专利名称：绞吸挖泥船挖深自动控制装置的制作方法
技术领域：
本发明属于环保疏浚技术领域，特别是涉及一种绞吸挖泥船挖深自动控制装置。
背景技术：
在环保疏浚项目中，为保护河流及湖泊水下原状土的自然生态，采用了更严格的疏浚质量控制。为保证环保疏浚质量要求的技术参数及严格的环境控制参数，精确测量疏浚过程中定位、挖深等重要参数并有效地控制挖深是保证疏浚质量的关键技术。
高精度的疏浚是环保疏浚项目成功实施的重要条件之一，其结果是减少原状土被输挖及细颗粒泥沙扩散所造成的污染，同时对污染泥沙能更有效的清除使浚后泥面平整，保护河流及湖泊水下的自然生态环境，是当今环保疏浚领域所追求的质量目标。
目前，绞吸挖泥挖深精度普遍较低，“浚湖”环保绞吸挖泥船配备的挖泥仪表有环保绞刀头、浊度计、钢桩台车、产量计等设备。但没有高精度的挖泥控制仪表，环保绞刀头手动控制，施工时要保证环保绞刀挖掘面的水平较困难。如果频繁调整绞刀，增加操作人员的劳动强度，影响施工效率、施工精度低且施工后的平整度较差。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种绞吸挖泥船挖深自动控制装置。
本发明目的是控制绞吸挖泥船的环保绞刀头保持水平，实时性好，可靠性高，进而提高挖深自动控制及挖深精度。
本发明的装置包括高精度GPS定位系统即RTK GPS定位仪，实时测量船舶位置；高精度3011 GPS罗经仪，实时测量船舶航向；高精度角度传感器即膜点位倾角传感器，实时测量桥架、绞刀头角度及深度；智能磁控吃水数字传感器，实时测量船吃水；高精度台车行程数字传感器，确定疏浚面的行程及绞刀的位置；“数据采集通讯控制器”(A、B机)采集各传感信号数据处理、数字通讯；“双机热备监视控制器(C机)”实时监视“数据采集通讯控制器”(A、B机)的工作状态，当处于工作状态的“数据采集通讯控制器”出现故障时，“双机热备监视控制器”则将工作在热备状态的“数据采集通讯控制器”切换为当前工作状态，并向系统主机发送检修故障信息。
现场采集的数字信号、模拟信号、开关信号进行转换、调理；通过网络为上位机提供实时动态数据，经系统主机的计算、处理以数字、图形的方式送显同时对绞刀挖深、挖掘头角度状态进行控制，实时性好、挖深精度高；系统采用双机热备方式运行，关键部位桥架、刀头采用双角度传感器，提高了系统的可靠性。系统接收GPS定位信号通过坐标转换、高斯投影转换后的平面x、y坐标，同时系统接收罗经角度，与已知的船体参数通过投影计算，将平面位置定位于绞刀头的挖深点，挖深控制以设计底高程控制挖深。
本发明采用先进的卫星导航定位技术、地理信息处理技术、高精度微机测控技术和先进的传感器技术，进行数字化处理，实现绞吸挖泥船高精度定位及挖深自动控制装置。它通过安装在桥架的双角度传感器、绞刀头的双角度传感器、智能磁控吃水数字传感器、高精度台车行程数字传感器、RTK GPS定位仪，3011 GPS罗经仪及控制开关信号通过计算，实现高精度控制挖深。以数字及图形的方式实时显示桥架、绞刀头姿态、挖深断面、挖深平面图。实现可视化疏浚，提高了疏浚质量。浚后泥面平整度高，保护水资源生态环境。
本方案中，“数据采集通讯控制器”通过对桥架角度传感器、绞刀头角度传感器、智能磁控吃水数字传感器、高精度台车行程数字传感器、控制开关信号与“数据采集通讯控制器”连接，“数据采集通讯控制器”采用标准的RS485串口向系统主机发送数据包。系统主机为一台高性能工业控制计算机，设有八串口多用户卡，对3011 GPS罗经仪、RTKGPS定位仪、“数据采集通讯控制器”“双机热备监视控制器”等设备输入的数据信息，以及输出的数据信息进行通讯，对数据进行计算、处理、通过显示器显示各图形及系统挖泥参数。同时系统主机收到绞刀头的平面位置及深度与设计挖深进行比较后向“数据采集通讯控制器”发出控制参数，“数据采集通讯控制器”收到系统主机发出信号后，向设备执行机构发出控制指令，控制桥架的执行机构，同时控制绞刀头的执行装置，并实时向系统主机发送当前绞刀挖深及绞刀的角度，当到达挖深点及绞刀头处在水平状态时系统主机向“数据采集通讯控制器”发出停止控制参数“数据采集通讯控制器”收到停止信号后发出控制命令，控制桥架执行装置使桥架停止、控制绞刀头执行装置使绞刀停止。从而达到控制绞刀水平挖深目的。
本发明技术方案特点1.高精度平面定位，定位点在绞刀头。定位精度厘米级；2.高精度控制挖深，系统挖深精度±5厘米；
3.实时显示、桥架、绞刀头姿态、挖深断面、平面图；4.具有潮位自动/手动输入功能；5.具有挖深自动/手动控制功能、手动优先；实时控制桥架、实时控制绞刀头水平姿态；按照设计底高程控制绞刀下放挖深。
6.具有挖深、挖宽超限报警功能；7.实时显示挖深断面，浚后更新色块；8.挖深范围根据需要设定；9.具有数据存储、打印、数据回放；10.具有显示故障点提示、自动检测；11.具有双机热备，可靠性高。
本发明所采取的技术方案是绞吸挖泥船挖深自动控制装置，由监视控制器、定位装置、船舶船向测量装置、船舶吃水测量装置构成，监视控制器连接定位装置、船舶船向测量装置、船舶吃水测量装置，其特点是监视控制器连接台车行程传感器，监视控制器连接桥架、绞刀头的角度传感器及控制传动机构。
本发明还可以采用如下技术措施所述的绞吸挖泥船挖深自动控制装置，其特点是监视控制器连接桥架双角度传感器和绞刀头双角度传感器。
所述的绞吸挖泥船挖深自动控制装置，其特点是监视控制器连接的桥架双角度传感器对称安装于桥架两侧，绞刀头双角度传感器对称安装于绞刀头的两侧。
所述的绞吸挖泥船挖深自动控制装置，其特点是监视控制器连接桥架和绞刀头控制传动机构为液压缸传动机构。
所述的绞吸挖泥船挖深自动控制装置，其特点是监视控制器由1台系统计算机并连有1台双机热备监视控制器和2台数据采集通讯控制器构成。
所述的绞吸挖泥船挖深自动控制装置，其特点是系统计算机相连有显示器和数据输入、输出设备。
本发明具有的优点和积极效果是绞吸挖泥船挖深自动控制装置，采用多CPU技术，分布数据采集、数字通讯、集中处理、实时监控、双机热备，具有可靠性高、操作简单、通用性强等特点。通过采集不同传感器信号进行运算、处理、按照设计底高程控制绞刀下放挖深。实时显示绞刀挖深姿态、挖泥平面图及横断面图。实现高精度平面定位，高精度挖深自动控制。系统显示挖深精度±5cm；系统平面定位精度≤±20cm；根据施工现场的具体工况，通过自动控制，采用合理施工工艺使浚后疏浚精度控制≤10cm。
图1是本发明系统组成框图结构示意图；图2是本发明安装结构示意图；图3是图2俯视结构示意图；图4是本发明自动控制原理示意图；图5是绞刀头角度传感器及传动机构结构示意图；图6是桥架角度传感器安装位置示意图。
图中1-系统主机，2-数据采集通讯控制器(A)，3-数据采集通讯控制器(B)，4-双机热备监视控制器(C)，5-显示器，6-RTK GPS定位仪，7-3011 GPS罗经仪，8-RTKGPS定位仪天线，9-3011 GPS罗经仪天线，10-台车行程传感器，11-吃水传感器，12、13-桥架角度传感器。14，15-绞刀头角度传感器，16-A或B机自动执行信号选通逻辑，17-自动执行信号反馈逻辑，18-手动执行信号反馈逻辑，19-自动、手动信号选通逻辑，20-挖泥控制台自动开关，21-挖泥控制台手动开关，22-执行装置电磁阀，23-挖泥绞刀头，24-桥架，25-绞刀头推/拉液压缸装置，26-绞刀头支撑活动轴。
具体实施例方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下请参阅图1、图2、图3、图4、图5和图6。
绞吸挖泥船挖深自动控制装置是由系统主机1、“数据采集通讯控制器”(A机、B机)2、3、“双机热备监视控制器”4、显示器5、RTK GPS定位仪6、3011 GPS罗经仪7、台车行程传感器10、吃水传感器11、桥架双对称角度传感器12、13、绞刀头双对称角度传感器14、15等设备组成。“数据采集通讯控制器”2、3连接台车行程传感器10，监视控制器连接桥架双角度传感器12、13，绞刀头的双角度传感器14、15及推/拉液压缸控制传动机构25。系统主机连有显示器和数据输入及打印机。为获取挖深自动控制，高精度传感器及控制系统是本发明的关键部件。
绞吸挖泥船挖深自动绞刀头控制控制装置过程系统主机1接收RTK GPS定位仪6从天线8获得的信号和3011 GPS罗经仪7从天线9获得的信号，计算出当前位置后，根据电子施工图将设定的施工参数发送给“数据采集通讯控制器”2，3。“数据采集通讯控制器”(A机、B机)2、3采集台车行程传感器10、吃水传感器11、桥架角度传感器12、13、绞刀头角度传感器14、15的信号参数进行处理。“数据采集通讯控制器”，一台工作在热备状态，另一台则处于当前工作状态。“数据采集通讯控制器”的工作状态由“双机热备监视控制器”4决定。当处于工作状态的“数据采集通讯控制器”出现故障时，“双机热备监视控制器”则将工作在热备状态的“数据采集通讯控制器”切换为当前工作状态，并向系统主机发送检修故障信息。
驾驶台挖泥操作面板自动/手动控制转换开关20，21，由挖泥施工人员来决定施工状态选择的命令开关。当施工状态选择为自动控制状态时，系统进入自动挖深。同时挖泥施工员可随时进行手动操作，系统自动退出自动控制状态。
手动执行反馈信号18，将信号送入下一逻辑，同时将信号反馈到“数据采集通讯控制器”(A机或B机)，其作用是使“数据采集通讯控制器”实时跟踪当前挖泥工作状态，避免当切换到自动状态时产生工作状态的不衔接，从而平滑的完成由手动状态到自动状态的转换过程。
“数据采集通讯控制器”(A机或B机)自动执行信号的选通逻辑16，在“双机热备监视控制器”(C机)4的控制下，选通“数据采集通讯控制器”(A机或B机)的相应通道后，“自动执行信号反馈逻辑”17。
“自动执行信号反馈逻辑”17，将信号送入下一逻辑，同时将信号反馈到选通“数据采集通讯控制器”(A机或B机)，其作用是使工作在热备状态的“数据采集通讯控制器”实时跟踪工作状态，避免切换时产生工作状态的振荡，从而平滑的完成热备状态到工作状态的切换。
“自动、手动信号选通逻辑”19自动信号输入时手动通道被关闭，手动信号输入时自动通道被关闭。“自动、手动信号选通逻辑”的输出信号控制执行装置电磁阀22，进而驱动桥架及绞刀推/拉液压缸执行装置，从而实现绞吸挖泥船挖深自动控制。
权利要求
1.一种绞吸挖泥船挖深自动控制装置，由监视控制器、定位装置、船舶船向测量装置、船舶吃水测量装置构成，监视控制器连接定位装置、船舶船向测量装置、船舶吃水测量装置，其特征是监视控制器连接台车行程传感器，监视控制器连接桥架、绞刀头的角度传感器及控制传动机构。
2.根据权利要求1所述的绞吸挖泥船挖深自动控制装置，其特征是监视控制器连接桥架双角度传感器和绞刀头双角度传感器。
3.根据权利要求2所述的绞吸挖泥船挖深自动控制装置，其特征是监视控制器连接的桥架双角度传感器对称安装于桥架两侧，绞刀头双角度传感器对称安装于绞刀头的两侧。
4.根据权利要求1所述的绞吸挖泥船挖深自动控制装置，其特征是监视控制器连接桥架和绞刀头控制传动机构为液压缸传动机构。
5.根据权利要求1所述的绞吸挖泥船挖深自动控制装置，其特征是监视控制器由1台系统计算机并连有1台双机热备监视控制器和2台数据采集通讯控制器构成。
6.根据权利要求5所述的绞吸挖泥船挖深自动控制装置，其特征是系统计算机相连有数据输入、输出设备。
全文摘要
本发明涉及一种绞吸挖泥船挖深自动控制装置。本发明属于环保疏浚技术领域。绞吸挖泥船挖深自动控制装置，由监视控制器、定位装置、船舶船向测量装置、船舶吃水测量装置构成，监视控制器连接定位装置、船舶船向测量装置、船舶吃水测量装置，其特点是监视控制器连接台车行程传感器，监视控制器连接桥架、绞刀头的角度传感器及控制传动机构。本发明实现可视化疏浚，系统的可靠性高，对绞刀挖深、挖掘头角度状态进行控制，实时性好、挖深精度高，泥面平整度高，提高了疏浚质量，能有效保护水资源生态环境。
文档编号G05D3/00GK1740462SQ200410020379
公开日2006年3月1日 申请日期2004年8月27日 优先权日2004年8月27日
发明者李金贵, 李进军, 杨建华, 王勇, 李智, 孙培璟, 葛文华, 柴虹 申请人:天津航道勘察设计研究院