用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，包括控制系统和定位系统，其中，所述定位系统用于确定所述气举取土设备所在的空间坐标信息；所述控制系统包括：数据存储单元，其接收并储存所述气举取土设备的预设路径；路线预设单元，其连接于所述数据存储单元，并根据所述预设路径设置相应的坐标点数据；作业规划单元，其根据待吸泥深度H，将吸泥作业分为N个循环作业；控制单元，其与所述数据存储单元、所述路线预设单元、所述定位系统连接。本发明专利技术的集中控制系统借助于控制系统、定位系统、视频系统和安全故障系统，实现门式起重机吊装气举取土设备的精确自动取土作业。

【技术实现步骤摘要】
用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统和方法
本专利技术涉及沉井下沉施工的自动化气举取土领域。更具体地说，本专利技术涉及一种用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统和方法。
技术介绍
取土下沉是沉井基础施工中最为重要的环节之一。为使沉井基础下沉至设计深度，需将沉井内部的土体排出，使得沉井在自重的作用下克服井壁外侧摩阻力，穿透软弱地层下沉至可作为持力层的坚硬地层。沉井取土下沉过程中，对开挖所形成泥面状态的控制尤为关键，开挖不足则沉井下沉困难，过量或不均则易造成沉井结构倾斜、扭转，甚至引发涌砂、突沉等严重后果。传统沉井取土下沉施工多采用气举取土法，通过在沉井顶面架设门式起重机等起重设备，人工操作门式起重机下放气举取土设备通过气举反循环进行吸泥作业。作业过程中，气举取土设备下放时机和下放深度依赖于排泥口处观察员的反馈，效率较低；单次吸泥深度和移动路径均依赖操作人员的主观判断，泥面成型质量得不到保证。目前，行业内虽然出现了通过超宽带定位技术等手段实现自动化气举取土的理念，但其实现方法成本较高、控制过程复杂，可实施性不足。因此，亟需开发一种可精准自动化且控制过程简单的自动化气举取土的控制系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，其借助于控制系统、定位系统、视频系统和安全故障系统，实现精准而且较为简单的门式起重机吊装气举取土设备的自动取土作业。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，包括门式起重机和可升降吊装在所述门式起重机上的气举取土设备，还包括控制系统和定位系统，其中，所述定位系统用于确定所述气举取土设备所在的空间坐标信息；所述控制系统包括：数据存储单元，其接收并储存所述气举取土设备的预设路径；路线预设单元，其连接于所述数据存储单元，并根据所述预设路径建立坐标系和设置相应的坐标点数据；作业规划单元，其根据待吸泥深度H，将吸泥作业分为N个循环作业，每个循环作业的吸泥深度为H/N；以及控制单元，其与所述数据存储单元、所述路线预设单元、所述定位系统连接，根据所述预设路径以及所述气举取土设备所在的空间坐标信息，控制所述气举取土设备移动至所述预设路线中的作业起始点；再依次进行N个循环作业，其中每个循环作业包括：控制所述气举取土设备下放至预设高度，再进行吸泥操作，并控制吸泥深度达到预设值H/N。根据本专利技术的一优选实施例，所述的用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，所述门式起重机包括：支撑主体，其包括至少两个支腿，以及架设在两个所述支腿之间的横梁；小车，其可移动设置在所述横梁上；所述小车可沿着所述横梁的长度方向移动，所述气举取土设备通过起升卷筒吊装在所述小车上；大车，其可移动的设置在所述支撑主体下方，所述大车驱动所述支撑主体移动。根据本专利技术的一优选实施例，所述的用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，所述定位系统包括：大车定位单元，包括设置在所述大车的检测轮上的两套第一多圈绝对值编码器，二者相互校检，还包括设置在所述大车的检测轮上的接触式磁开关和布置在大车的轨道上的磁块，所述接触式磁开关用于对作业原点坐标进行设定，所述磁块所在位置被认定为相对坐标系原点；小车定位单元，包括设置在小车的行走机构上的两套第二多圈绝对值编码器，二者相互校检，还包括设置在小车上的行程限位器，以进行定点校检；起升定位单元，其包括设置在所述门式起重机的起升卷筒上的两套第三多圈绝对值编码器，二者相互校检，还包括设置在所述起升卷筒上的上极限位置限制器，以进行定点校检；坐标计算单元，其连接于所述大车定位单元、所述小车定位单元以及所述起升定位单元，并根据所述大车的空间坐标信息、所述小车的空间坐标信息以及所述起升卷筒的高度，计算出所述气举取土设备所在的空间坐标信息。根据本专利技术的一优选实施例，所述的用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，还包括吊重传感器，其设置在所述起升卷筒上，用于读取起吊物的荷载变化情况。根据本专利技术的一优选实施例，所述的用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，控制所述气举取土设备下放至预设高度，具体为：利用电动葫芦下放所述气举取土设备过程中，当所述吊重传感器检测到起吊物的荷载小于预设值时，此时所述气举取土设备已接触于泥面，停止下放所述气举取土设备，此时电动葫芦的编码器将记录电动葫芦的钢丝绳下放长度X0，并再次提升所述气举取土设备预设高度L0，此时所述气举取土设备下放至预设高度。根据本专利技术的一优选实施例，所述的用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，还包括视频系统，其包括若干摄像设备，其采集所述门式起重机、所述气举取土设备的视频图像，并传送至显示屏，以供工作人员查看。根据本专利技术的一优选实施例，所述的用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，还包括泥面标高计算单元，其用于计算泥面标高H，所述泥面标高计算单元预存所述气举取土设备的总长h1、电动葫芦的吊钩初始位置与沉井顶面的距离h2、沉井顶面标高h4；待完成所有循环作业的吸泥操作之后，所述控制单元控制所述气举取土设备下放，电动葫芦上的编码器记录其钢丝绳下放量h3；并将该数据传送给所述泥面标高计算单元；所述泥面标高测量单元根据公式泥面标高H＝h4-(h3+h1—h2)计算出泥面标高H；并将该泥面标高数据反馈至所述数据存储单元储存并更新。根据本专利技术的一优选实施例，所述的用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，所述控制系统还包括若干安全故障系统，其包括安全防护系统、门式起重机失压、欠压以及过压保护系统、过流和短路保护系统、过载保护系统、相序保护系统、超速保护系统、行程保护系统、零位保护系统、联锁保护系统、超负荷保护系统、紧急停止按钮系统以及通讯故障系统；当所述安全故障系统发生故障时，所述控制单元控制所有操作停止，发出警报并反馈信号至显示屏，显示安全故障种类。本专利技术的另一优选实施例还提供了一种用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制方法，包括以下步骤；步骤1)、路线预设单元接收并储存所述气举取土设备的预设路径，并设置相应的坐标点数据；步骤2)、作业规划单元根据待吸泥深度H，将吸泥作业分为N个循环作业，每个循环作业的吸泥深度为H/N；步骤3)、所述定位系统确定所述气举取土设备所在的空间坐标信息；步骤4)、控制单元根据所述预设路径以及所述气举取土设备所在的空间坐标信息，控制所述气举取土设备移动至所述预设路线中的作业起始点；再依次进行N个循环作业，其中每个循环作业包括：控制所述气举取土设备下放至预设高度，再进行吸泥操作，并控制吸泥深度达到预设值H/N。根据本专利技术的一优选实施例，所述的用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制方法，还包括：步骤5)、待完成所有循环作业的吸泥操作之后，所述控制单元控制所述气举取土设备下放，电动葫芦上的编码器记录本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，包括门式起重机和可升降吊装在所述门式起重机上的气举取土设备，其特征在于，还包括控制系统和定位系统，其中，所述定位系统用于确定所述气举取土设备所在的空间坐标信息；/n所述控制系统包括：/n数据存储单元，其接收并储存所述气举取土设备的预设路径；/n路线预设单元，其连接于所述数据存储单元，并根据所述预设路径设置相应的坐标点数据；/n作业规划单元，其根据待吸泥深度H，将吸泥作业分为N个循环作业，每个循环作业的吸泥深度为H/N；以及/n控制单元，其与所述数据存储单元、所述路线预设单元、所述定位系统连接，根据所述预设路径以及所述气举取土设备所在的空间坐标信息，控制所述气举取土设备移动至所述预设路线中的作业起始点；再依次进行N个循环作业，其中每个循环作业包括：控制所述气举取土设备下放至预设高度，再进行吸泥操作，并控制吸泥深度达到预设值H/N。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，包括门式起重机和可升降吊装在所述门式起重机上的气举取土设备，其特征在于，还包括控制系统和定位系统，其中，所述定位系统用于确定所述气举取土设备所在的空间坐标信息；
所述控制系统包括：
数据存储单元，其接收并储存所述气举取土设备的预设路径；
路线预设单元，其连接于所述数据存储单元，并根据所述预设路径设置相应的坐标点数据；
作业规划单元，其根据待吸泥深度H，将吸泥作业分为N个循环作业，每个循环作业的吸泥深度为H/N；以及
控制单元，其与所述数据存储单元、所述路线预设单元、所述定位系统连接，根据所述预设路径以及所述气举取土设备所在的空间坐标信息，控制所述气举取土设备移动至所述预设路线中的作业起始点；再依次进行N个循环作业，其中每个循环作业包括：控制所述气举取土设备下放至预设高度，再进行吸泥操作，并控制吸泥深度达到预设值H/N。


2.根据权利要求1所述的用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，其特征在于，所述门式起重机包括：
支撑主体，其包括至少两个支腿，以及架设在两个所述支腿之间的横梁；
小车，其可移动设置在所述横梁上；所述小车可沿着所述横梁的长度方向移动，所述气举取土设备通过起升卷筒吊装在所述小车上；
大车，其可移动的设置在所述支撑主体下方，所述大车驱动所述支撑主体移动。


3.根据权利要求2所述的用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，其特征在于，所述定位系统包括：
大车定位单元，包括设置在所述大车的检测轮上的两套第一多圈绝对值编码器，二者相互校检，还包括设置在所述大车的检测轮上的接触式磁开关和布置在大车的轨道上的磁块，所述接触式磁开关用于对作业原点坐标进行设定，所述磁块所在位置被认定为相对坐标系原点；
小车定位单元，包括设置在小车的行走机构上的两套第二多圈绝对值编码器，二者相互校检，还包括设置在小车上的行程限位器，以进行定点校检；
起升定位单元，其包括设置在所述门式起重机的起升卷筒上的两套第三多圈绝对值编码器，二者相互校检，还包括设置在所述起升卷筒上的上极限位置限制器，以进行定点校检；
坐标计算单元，其连接于所述大车定位单元、所述小车定位单元以及所述起升定位单元，并根据所述大车的空间坐标信息、所述小车的空间坐标信息以及所述起升卷筒的高度，计算出所述气举取土设备所在的空间坐标信息。


4.根据权利要求1所述的用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，其特征在于，还包括吊重传感器，其设置在所述起升卷筒上，用于读取起吊物的荷载变化情况。


5.根据权利要求4所述的用于沉井下沉施工的自动化气举取土集中控制系统，其特征在于，控制所述气举取土设备下放至预设高度，具体为：利用电动葫芦下放所述气举取土设备过程中，当所述吊重传感器检测到起吊物的荷载小于预设值时，此时所述气举取土设备已接触于泥面，停止下放所述气举取土设备，此时电动葫芦的编码器将记...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鸿，张永涛，杨秀礼，陈鸣，程茂林，刘修成，管政霖，苏胜丰，吴启和，陈建荣，李拔周，华晓涛，张益鹏，徐杰，桂汉杰，蔡正茂，许硕，夏昊，吴中正，朱明清，黄剑，
申请(专利权)人：中交第二航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42