一种耙吸挖泥船耙臂姿态测量、显示报警与控制系统技术方案

一种耙吸挖泥船耙臂姿态测量、显示报警与控制系统，其特征在于，耙臂上安装加速度陀螺仪和超声波传感器，耙臂设备包括上耙管、下耙管、升降上耙管和下耙管的耙中绞车和耙头绞车，使用传感器采集的数据以及数学计算公式，计算机计算并且显示上耙管以及下耙管各自的水平角度和垂直角度、上耙管以及下耙管的夹角，距离船体的距离、耙头深度，耙臂相对于船体的位置和姿态；计算机按实际情况提供上耙管、下耙管、万向节距离船体过近或者过远、上耙管以及下耙管夹角正向或者反向过大的报警并由反馈控制PLC控制耙中、耙头绞车控制上下耙管采取处理动作以解除警告。采取处理动作以解除警告。采取处理动作以解除警告。

【技术实现步骤摘要】
一种耙吸挖泥船耙臂姿态测量、显示报警与控制系统


[0001]本专利技术属于疏浚工程测量与控制设备，尤其是耙吸挖泥船在施工状态下耙管姿态测量、角度与位置计算与显示、报警以及姿态控制的系统。

技术介绍

[0002]耙吸挖泥船是一种疏浚工程船舶，它能够挖掘场地处挖掘泥沙、挖掘过程中泵送并装载泥沙以及卸泥场地处卸载泥沙。耙臂包括耙头绞车、耙中绞车、上耙管、下耙管以及万向节。在耙吸挖泥船挖泥过程中，耙臂容易受到自身大幅度转向或者波浪的影响，导致上、下耙管以及万向节过于接近船体与船体撞击，或者远离船体牵引耙中绞车以及耙头绞车，造成上、下耙管以及船体的损伤等状况，也容易导致控制上耙管与下耙管的夹角超过工程限制，造成上下耙管之间的万向节损坏等状况。因而，浚工员需要通过控制绞车来控制耙臂在水中的施工状态，保持与船体一定距离以免与船体发生碰撞造成船舶损伤，同时保持耙臂上耙管与下耙管一定夹角以免上下耙管之间的万向节损坏。在传统挖泥船疏浚工作过程中，传统的挖泥船耙管上没有直接测量的传感器以及报警系统进行提醒接近、过远以及角度过小报警，也没有自动控制的耙中绞车以及耙头绞本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耙吸挖泥船耙臂姿态测量、显示报警与控制系统，其特征在于，包括耙吸挖泥船耙管姿态测量显示报警子系统和耙臂姿态控制子系统，共两个子系统；耙吸挖泥船耙臂姿态测量、显示报警与控制系统由一套耙臂设备、各类传感器、可编程控制器与计算机组成；耙臂设备包括耙臂和控制耙臂动作的执行机构，耙臂包括上耙管、万向节、下耙管，执行机构包括耙中、耙头绞车；耙臂上安装有检测耙臂角度变化的上耙管加速度陀螺仪和下耙管加速度陀螺仪，以及安装有检测上耙管、万向节、下耙管与船体的距离的上耙管超声波传感器、万向节超声波传感器以及下耙管超声波传感器；上述各个传感器的安装位置是：上耙管加速度陀螺仪安装于上耙管水平面处，用来测量上耙管绕X轴的角速度Δα1(t1)和绕Z轴的角速度Δβ1(t1)；下耙管加速度陀螺仪安装于下耙管水平面处，用来测量下耙管绕X轴的角速度Δα2(t1)和绕Z轴的角速度Δβ2(t1)；上耙管超声波传感器安装于上耙管侧边垂直处，用来测量上耙管与船体的距离D
UP
；万向节超声波传感器安装在下耙管靠近万向节处，用来测量万向节与船体的距离D
UF
；下耙管超声波传感器安装于下耙管侧边垂直处，用来测量下耙管与船体的距离D
LO
。上述各个传感器经过信号电缆与PLC的检测信号输入端连接；数据通过网络交换机将所有采集到的设备信息汇总至计算机里进行数据处理计算，最终输出至计算机的输出模块。2.如权利要求1所述的一种耙吸挖泥船耙臂姿态测量、显示报警与控制系统，其特征在于，所述计算机包括：测量模块、计算模块、判决模块、告警模块、控制模块和输出模块；其中，所述测量模块负责配置数据采集PLC模块并收集测量数据，提供给计算模块；计算模块根据测量数据计算上耙管与下耙管水平/垂直夹角、上耙管与船体的距离、万向节与船体的距离和下耙管与船体的距离等参数，提供给判决模块；判决模块判断计算模块获得的参数是否在安全范围，决定反馈控制的动作；告警模块根据判决模块的判决结果负责告警信息的生成并通过输出模块显示；同时，控制模块根据判决模块的判决结果，发送控制命令给控制反馈PLC模块，由控制反馈PLC模块控制耙中绞车或耙头绞车完成姿态修正；所述测量模块收集的测量数据包括：上耙管绕X轴的角速度Δα1(t1)和绕Z轴的角速度Δβ1(t1)、下耙管绕X轴的角速度Δα2(t1)和绕Z轴的角速度Δβ2(t1)、上耙管与船体的距离D
UP
、万向节与船体的距离D
UF
、下耙管与船体的距离D
LO
。此为原始测量数据；上述原始测量数据由计算模块做进一步处理，得到下列参数，计算过程如下：1)计算上耙管垂直角度和水平角度通过耙臂的上耙管加速度陀螺仪测得当前时刻t1的上耙管绕X轴的角速度，即上耙管垂直角速度变化量Δα1(t1)，进而计算当前时刻t1的上耙管垂直角度α1(t1)，即：α1(t1)＝α1(t0)+Δα1(t1)
×
(t1‑
t0)+ω1其中，α1(t0)代表前一时刻t0的上耙管垂直角度；ω1代表上耙管垂直角度的补偿量，由加速度陀螺仪的安装位置决定：通过耙臂的上耙管加速度陀螺仪测得当前时刻t1的上耙管的绕Z轴的角速度，即上耙管水平角速度变化量Δβ1(t1)，进而计算当前时刻t1的上耙管水平角度β1(t1)，即：
β1(t1)＝β1(t0)+Δβ1×
(t1‑
t0)+γ1其中，β1(t0)代表前一时刻t0的上耙管水平角度；γ1代表上耙管水平角度的补偿量，由加速度陀螺仪的安装位置决定。2)计算下耙管垂直角度和水平角度同理，通过耙臂的下耙管加速度陀螺仪测得下耙管的绕X轴旋转的角速度，即上耙管垂直角速度变化量Δα2(t1)，进而计算当前时刻t1的下耙管垂直角度α2(t1)：α2(t1)＝α2(t0)+Δα2(t1)
×
(t1‑
t0)+ω2其中，α2(t0)代表前一时刻t0的下耙管垂直角度；ω2代表下耙管垂直角度的补偿量，由加速度陀螺仪的安装位置决定：通过耙臂的下耙管加速度陀螺仪测得下耙管的绕Z轴旋转的角速度，即上耙管水平角速度变化量Δβ2(t1)，进而计算当前时刻的下耙管水平角度β2(t1)：β2(t1)＝β2(t0)+Δβ2(t1)
×
(t1‑
t0)+γ2其中，β2(t0)代表前一时刻t0的下耙管水平角度；γ2代表下耙管水平角度的补偿量，由加速度陀螺仪的安装位置决定：3)计算上耙管与下耙管垂直夹角和水平夹角基于1)、2)的结果，计算当前时刻t1的上耙管与下耙管垂直夹角α
MID
(t1)：α
MID
(t1)＝α1(t1)+α2(t1)其中，α1(t1)代表当前时刻t1的上耙管垂直角度α1(t1)，α2(t1)代表当前时刻t1的下耙管垂直角度。同理，计算当前时刻t1的上耙管与下耙管水平夹角β
MID
(t1)：β
MID
(t1)＝β1(t1)+β2(t1)其中，β1(t1)代表当前时刻t1的上耙管水平角度，β2(t1)代表当前时刻t1的下耙管水平角度。4)计算万向节深度通过上耙管的垂直以及水平角度，计算当前时刻t1的万向节深度H
UP
(t1)H
UF
(t1)＝L
UP
×
...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴文伯，沈彦超，王伟，肖晔，杨波，
申请(专利权)人：中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：