挖泥船管道输送系统优化控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种挖泥船管道输送系统优化控制方法及系统，包括：步骤1：录入工况参数，采用流量和浓度传感器感知泥沙输送系统的运行参数；步骤2：建立泥沙输送系统特性修正算法，根据土质和浆体特性，对泥泵特性进行修正，并计算泥管阻力特性；步骤3：建立以上述确定的施工参数为输入条件，以输送系统特性为边界条件，以最大产量为目标函数的多重优化算法，计算获取横移速度、绞刀转速、泥泵投入数量和各泥泵转速；步骤4：通过控制驱动各施工设备的驱动设备，实现对绞刀、横移绞车和各泥泵在各特定工况下的优化控制。本发明专利技术能有效提升挖泥船施工能力，适用于可多泵串联施工挖泥船的在线优化控制器。优化控制器。优化控制器。

【技术实现步骤摘要】
挖泥船管道输送系统优化控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及疏浚控制
，具体地，涉及一种挖泥船管道输送系统优化控制方法及系统。尤其地，涉及一种以最大产量为目标的挖泥船管道输送系统优化控制方法。

技术介绍

[0002]我国年疏浚能力超过10亿立方米，已经成为世界第一疏浚大国。我国也是世界上少数几个掌握了疏浚前沿技术、能够自主开展大规模吹填造陆和航道疏浚工程的国家之一。但是，我国疏浚业在精细管理，优化施工方面还有很大进步空间。为响应国家战略决策，推动高质量发展，实现碳达峰碳中和目标，挖泥船优化控制大有可为。
[0003]专利文献CN110847272A(申请号：CN201911146873.2)公开了一种绞吸挖泥船智能疏浚控制方法，通过神经网络算法在线建立模型，预测控制的方式，可以协助操作人员发现更佳的施工方法，保证高效能，高产量。步骤1.利用神经网络算法搭建五个控制因素和产量的模型。步骤2.进入新作业区，先采集记录疏浚施工工艺，通过训练得到产量预测模型，给定产量期望值Y期。步骤3安全控制范围限定。步骤4.以步骤2建立的产量预测模型、施工产量期望值。步骤5控制。步骤6迭代优化及实时最优控制。
[0004]目前新一代的绞吸挖泥船大都安装了集成控制系统，疏浚自动化优化目标包括疏浚产量的时间效率和能源效率，涉及到数十个方面的影响因素，而这些因素相互牵制关联，形成了复杂的非线性系统。基于传统方法的自动控制技术不足以应对优化疏浚产量与疏浚能耗的控制问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种挖泥船管道输送系统优化控制方法及系统。
[0006]根据本专利技术提供的挖泥船管道输送系统优化控制方法，包括：
[0007]步骤1：录入工况参数，包括泥泵清水特性、泥泵驱动特性、土质特性、挖深和排高，采用流量和浓度传感器感知泥沙输送系统的运行参数；
[0008]步骤2：建立泥沙输送系统特性修正算法，根据土质和浆体特性，对泥泵特性进行修正，并计算泥管阻力特性；
[0009]步骤3：建立以上述确定的施工参数为输入条件，以输送系统特性为边界条件，以最大产量为目标函数的多重优化算法，计算获取横移速度、绞刀转速、泥泵投入数量和各泥泵转速；
[0010]步骤4：通过控制驱动各施工设备的驱动设备，实现对绞刀、横移绞车和各泥泵在各特定工况下的优化控制。
[0011]优选的，泥泵特性修正公式为：
[0012]H
m
＝H
·
S
m
·
(1
‑
2.705S
m
(S
‑
1)
0.64
(d
50
/D
p
)
0.313
)
[0013]式中：H
m
为浆体扬程；H为清水扬程；S
m
为浆体与水密度比；S为颗粒与水密度比；d
50
为中值粒径；D
p
为泥泵叶轮直径；
[0014]泥管阻力计算公式为：
[0015][0016]式中：i
Ho
、i
SHo
、i
He
、i
SB
、i
FB
为沿程各部件的损失；L为管路长；ζ为管路上所有部件的局部损失系数之和；v为浆体输送速度；g为重力加速度；α为减阻系数。
[0017]优选的，多重优化算法包括：第一重，根据传感器监测到的流量Q和浓度C
V
，通过调整绞刀横移速度和转动速度，确定挖泥船施工最高浓度；第二重，根据监测数据，计算确定优化分配负荷给串联运行的各泵，以达到能耗最小；第三重，在挖泥船工作能力范围内，搜索能耗最小的工作点；
[0018]优化分配负荷需满足两个边界条件，一是泥泵驱动设备的功率、扭矩、转速特性，即每台泵在驱动设备特性、流量Q和浓度C
V
条件下的最大转速；二是各泥泵的汽蚀余量，即每台泵的转速必须保证后续泵的实际净正吸入扬程大于等于其需要的净正吸入扬程。
[0019]优选的，优化分配负荷过程包括：
[0020]根据泥泵的清水特性，经过修正，再插值计算流量Q下各泥泵的效率；
[0021]比较流量Q下各泥泵的效率；
[0022]计算汽蚀决定的每台泥泵的最小转速n
min
；
[0023]计算驱动特性限制下每台泥泵的最大转速n
max
；
[0024]根据不同转速分配下的泥泵效率和能耗确定每台泥泵的最优转速。
[0025]优选的，最优转速为同样流量同样浓度同样产量前提下，能耗最小的各泵转速，确定过程为：
[0026]按照流量Q和浓度C
V
条件下计算所得各泵的效率高低进行排序；
[0027]计算按照所有泵都最大转速产生的排压和系统排压之差；
[0028]在不低于后续泵汽蚀限制所需最低转速的前提下，优先降低效率最低泵的转速，直至泵总排压和系统阻力相等，输送系统达到平衡状态。
[0029]根据本专利技术提供的挖泥船管道输送系统优化控制系统，包括：
[0030]模块M1：录入工况参数，包括泥泵清水特性、泥泵驱动特性、土质特性、挖深和排高，采用流量和浓度传感器感知泥沙输送系统的运行参数；
[0031]模块M2：建立泥沙输送系统特性修正算法，根据土质和浆体特性，对泥泵特性进行修正，并计算泥管阻力特性；
[0032]模块M3：建立以上述确定的施工参数为输入条件，以输送系统特性为边界条件，以最大产量为目标函数的多重优化算法，计算获取横移速度、绞刀转速、泥泵投入数量和各泥泵转速；
[0033]模块M4：通过控制驱动各施工设备的驱动设备，实现对绞刀、横移绞车和各泥泵在各特定工况下的优化控制。
[0034]优选的，泥泵特性修正公式为：
[0035]H
m
＝H
·
S
m
·
(1
‑
2.705S
m
(S
‑
1)
0.64
(d
50
/D
p
)
0.313
)
[0036]式中：H
m
为浆体扬程；H为清水扬程；S
m
为浆体与水密度比；S为颗粒与水密度比；d
50
为中值粒径；D
p
为泥泵叶轮直径；
[0037]泥管阻力计算公式为：
[0038][0039]式中：i
Ho
、i
SHo
、i
He
、i
SB
、i
FB
为沿程各部件的损失；L为管路长；ζ为管路上所有部件的局部损失系数之和；v为浆体输送速度；g为重力加速度；α为减阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种挖泥船管道输送系统优化控制方法，其特征在于，包括：步骤1：录入工况参数，包括泥泵清水特性、泥泵驱动特性、土质特性、挖深和排高，采用流量和浓度传感器感知泥沙输送系统的运行参数；步骤2：建立泥沙输送系统特性修正算法，根据土质和浆体特性，对泥泵特性进行修正，并计算泥管阻力特性；步骤3：建立以上述确定的施工参数为输入条件，以输送系统特性为边界条件，以最大产量为目标函数的多重优化算法，计算获取横移速度、绞刀转速、泥泵投入数量和各泥泵转速；步骤4：通过控制驱动各施工设备的驱动设备，实现对绞刀、横移绞车和各泥泵在各特定工况下的优化控制。2.根据权利要求1所述的挖泥船管道输送系统优化控制方法，其特征在于，泥泵特性修正公式为：H
m
＝H
·
S
m
·
(1
‑
2.705S
m
(S
‑
1)
0.64
(d
50
/D
p
)
0.313
)式中：H
m
为浆体扬程；H为清水扬程；S
m
为浆体与水密度比；S为颗粒与水密度比；d
50
为中值粒径；D
p
为泥泵叶轮直径；泥管阻力计算公式为：式中：i
Ho
、i
SHo
、i
He
、i
SB
、i
FB
为沿程各部件的损失；L为管路长；ζ为管路上所有部件的局部损失系数之和；v为浆体输送速度；g为重力加速度；α为减阻系数。3.根据权利要求1所述的挖泥船管道输送系统优化控制方法，其特征在于，多重优化算法包括：第一重，根据传感器监测到的流量Q和浓度C
V
，通过调整绞刀横移速度和转动速度，确定挖泥船施工最高浓度；第二重，根据监测数据，计算确定优化分配负荷给串联运行的各泵，以达到能耗最小；第三重，在挖泥船工作能力范围内，搜索能耗最小的工作点；优化分配负荷需满足两个边界条件，一是泥泵驱动设备的功率、扭矩、转速特性，即每台泵在驱动设备特性、流量Q和浓度C
V
条件下的最大转速；二是各泥泵的汽蚀余量，即每台泵的转速必须保证后续泵的实际净正吸入扬程大于等于其需要的净正吸入扬程。4.根据权利要求3所述的挖泥船管道输送系统优化控制方法，其特征在于，优化分配负荷过程包括：根据泥泵的清水特性，经过修正，再插值计算流量Q下各泥泵的效率；比较流量Q下各泥泵的效率；计算汽蚀决定的每台泥泵的最小转速n
min
；计算驱动特性限制下每台泥泵的最大转速n
max
；根据不同转速分配下的泥泵效率和能耗确定每台泥泵的最优转速。5.根据权利要求1所述的挖泥船管道输送系统优化控制方法，其特征在于，最优转速为同样流量同样浓度同样产量前提下，能耗最小的各泵转速，确定过程为：按照流量Q和浓度C
V
条件下计算所得各泵的效率高低进行排序；计算按照所有泵都最大转速产生的排压和系统排压之差；在不低于后续泵汽蚀限制所需最低转速的前提下，优先降低效率最低泵的转速，直至
泵总排压和系统阻力相等，输送系统达到平衡状态。6.一种挖泥...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铭志，何炎平，李夏，刘亚东，黄超，赵永生，冯永军，谷孝利，童荣彬，张树阳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：