一种应用于绞吸挖泥船的克服滚刀智能控制方法技术

一种应用于绞吸挖泥船的克服“滚刀”智能控制方法，包括数据采集、智能控制、控制反馈；数据采集，数据存储在计算机的数据库中；智能控制，首先从计算机的数据库中获取施工状态参数数据，并根据具体工况设置上述施工状态参数的安全限值，再经过数据预处理、在线预测、滚刀现象判断，然后根据判定结果选择控制策略，最后输出模块把控制策略经过网络交换机传输到控制反馈PLC模块；控制反馈PLC模块通过信号电缆控制背压调节阀、横移绞车、绞刀电机、桥架绞车、台车绞吸挖泥船疏浚设备。台车绞吸挖泥船疏浚设备。台车绞吸挖泥船疏浚设备。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于绞吸挖泥船的克服滚刀智能控制方法


[0001]本专利技术涉及一种绞吸挖泥船克服“滚刀”的智能控制。

技术介绍

[0002]绞吸挖泥船是一种疏浚工程船舶，疏浚过程主要由土壤切削、桥架升降、船体横移、台车步进和泥浆输送五个子过程的相关机械设备协调作业完成。在施工过程中绞吸挖泥船向右边作扇形运动时，绞刀运动方向为正刀；正刀挖泥时遇到比较硬的沙土会出现滚刀现象，而向左横移时绞刀运动方向为反刀，一般不会出现滚刀现象。为了克服绞吸挖泥船在施工生产中出现正刀滚刀现象而影响生产效率，需在左横移上增加背压阀来加大阻力，这样绞刀在正刀运动时可以减少出现滚刀现象的次数，达到更高的切削沙土的效果。其调节方法是顺时针旋转压力增加，逆时针旋转压力减小，从而实现调节挖泥船左右横移绞车的对速度快慢的控制。
[0003]当挖泥船向右横移挖泥发生绞刀头滚刀现象时，右横移绞车油压会突然变得很小且下降速度变得很快，船体快速向右横移，左横移速度明显大于右横移速度，绞刀压力和横移压力会变大。当现场施工人员发现此现象时，以手动采取的措施包括减少切层厚度、控制左横移缆保持一定拉力、加大绞刀下放深度以增大切削陡坎的阻力、降低绞刀转速、减慢右横移速度、掏挖下层以避开上层硬质土等。但是，人眼判断(即靠操作者自身)在时间上存在一定滞后，即使采取相应措施，滚刀现象可能已持续一段时间，影响施工效率，且可能引起安全隐患。
[0004]绞吸挖泥船相关的“滚刀”现有技术文献：
[0005]现有文献“黄河专用型120m3/h绞吸式挖泥船的结构原理和设计特点”中提到了“绞刀有足够大的单位切削力来切削、粉碎“铁板沙”，有足够大的质量来克服切削力反力，防止“滚刀”；同时还要有较高的转速，以减少切削厚度，降低切削阻力。”DOI：10.3969/j.issn.1674
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1951.2001.05.018，见2001年10月《水利电力机械》第51页。
[0006]现有文献“绞吸式挖泥船的施工工艺”中提到了“开挖硬质粘土操作方法。硬粘土含水量低，粘聚力大，绞刀转动为顺时针方向，在向右横移时产生“滚刀”现象，除了适当控制左锚机制动压力外，同时要适当降低绞刀转速、横移速度，减少前移距，必要时要以加大绞刀架下放深度(以不搁绞刀架为原则)。
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https://jz.docin.com/p
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912452026.html，见链接文档的第4页。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是为了解决施工过程中绞吸挖泥船遇到滚刀现象，使用手动控制来克服“滚刀”，可能存在安全隐患，影响施工效率的问题，本专利技术提供了一种集数据采集、数据预处理、在线预测、策略选择、反馈控制为一体的克服“滚刀”的智能控制方法、系统；以及构建方法和绞吸挖泥船。
[0008]本专利技术的技术方案是：
[0009]一种应用于绞吸挖泥船的克服“滚刀”智能控制方法，包括数据采集、智能控制、控制反馈；
[0010]所述数据采集是指，克服“滚刀”所需施工状态参数的数据由各自对应的传感器测量得到，再通过信号电缆传输到设备工况数据采集PLC模块，然后通过网络交换机传输到计算机，这些数据存储在计算机的数据库中。
[0011]所述智能控制是在计算机上执行的。首先从计算机的数据库中获取施工状态参数数据，并根据具体工况设置上述施工状态参数的安全限值，再经过数据预处理、在线预测、滚刀现象判断，然后根据判定结果选择控制策略，最后输出模块把控制策略经过网络交换机传输到控制反馈PLC模块。
[0012]所述控制反馈是指根据控制策略，控制反馈PLC模块通过信号电缆控制背压调节阀、横移绞车、绞刀电机、桥架绞车、台车等绞吸挖泥船疏浚设备。
[0013]所述施工状态参数有五个，分别为左横移速度(LSS，left swing speed)、右横移速度(RSS，right swing speed)、横移压力(SP，swing pressure)、右横移绞车油压(ROP，right swing winch oil pressure)、绞刀压力(CP，cutter pressure)，对应的传感器分别为左横移速度旋转编码器、右横移速度旋转编码器、横移液压系统压力传感器、右横移绞车油压压力传感器、绞刀液压系统压力传感器。
[0014]上述各个传感器的安装位置是：
[0015]左横移速度旋转编码器安装于左横移绞车转轴处，用来测量左横移绞车转速即角速度，通过转换公式v＝wr(其中v是线速度、w是角速度、r是左横移绞车半径)转换成线速度，即可得到左横移速度LSS；
[0016]右横移速度旋转编码器安装于右横移绞车转轴处，用来测量右横移绞车转速即角速度，通过转换公式v＝wr(其中v是线速度、w是角速度、r是右横移绞车半径)转换成线速度，即可得到右横移速度RSS；
[0017]横移液压系统压力传感器安装于横移液压系统上，用来测量横移压力SP；
[0018]右横移绞车油压压力传感器安装于右横移绞车液压缸进油管道上，用来测量右横移绞车油压ROP；
[0019]绞刀液压系统压力传感器安装于绞刀液压系统上，用来测量绞刀压力CP。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是结合人工智能算法和克服滚刀的施工经验，提出了一种应用于绞吸挖泥船的克服“滚刀”智能控制方法，代替传统的手动控制，从而减少了人工参与，提高了控制执行效率，避免发生安全隐患，提高施工效率。
附图说明
[0021]图1本专利技术绞吸挖泥船克服“滚刀”的智能控制系统和方法整体设计框图
[0022]图2本专利技术GRNN网络学习拓扑图(以绞刀压力为例)
[0023]图3本专利技术控制策略选择图
[0024]图4本专利技术数据预处理流程图(以绞刀压力为例)
具体实施方式
[0025]核心方案
[0026]一种应用于绞吸挖泥船的克服“滚刀”智能控制方法
[0027]一种应用于绞吸挖泥船的克服“滚刀”智能控制方法，包括数据采集、智能控制、控制反馈；
[0028]所述数据采集是指，克服“滚刀”所需施工状态参数的数据由各自对应的传感器测量得到，再通过信号电缆传输到设备工况数据采集PLC模块，然后通过网络交换机传输到计算机，这些数据存储在计算机的数据库中。
[0029]所述智能控制是在计算机上执行的。首先从计算机的数据库中获取施工状态参数数据，并根据具体工况设置上述施工状态参数的安全限值，再经过数据预处理、在线预测、滚刀现象判断，然后根据判定结果选择控制策略，最后输出模块把控制策略经过网络交换机传输到控制反馈PLC模块。
[0030]所述控制反馈是指根据控制策略，控制反馈PLC模块通过信号电缆控制背压调节阀、横移绞车、绞刀电机、桥架绞车、台车等绞吸挖泥船疏浚设备。
[0031]所述施工状态参数有五个，分别为左横移速度(LSS，left swing speed)、右横移速度(RSS，righ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于绞吸挖泥船的克服“滚刀”智能控制方法，其特征在于：包括数据采集、智能控制、控制反馈；所述数据采集是指，克服“滚刀”所需施工状态参数的数据由各自对应的传感器测量得到，再通过信号电缆传输到设备工况数据采集PLC模块，然后通过网络交换机传输到计算机，这些数据存储在计算机的数据库中；所述智能控制是在计算机上执行的；首先从计算机的数据库中获取施工状态参数数据，并根据具体工况设置上述施工状态参数的安全限值，再经过数据预处理、在线预测、滚刀现象判断，然后根据判定结果选择控制策略，最后输出模块把控制策略经过网络交换机传输到控制反馈PLC模块；所述控制反馈是指根据控制策略，控制反馈PLC模块通过信号电缆控制背压调节阀、横移绞车、绞刀电机、桥架绞车、台车绞吸挖泥船疏浚设备。2.如权利要求1所述的“滚刀”智能控制方法，其特征在于：所述施工状态参数有五个，分别为左横移速度LSS，left swing speed、右横移速度RSS，right swing speed、横移压力SP，swing pressure、右横移绞车油压ROP，right swing winch oil pressure、绞刀压力CP，cutter pressure，对应的传感器分别为左横移速度旋转编码器、右横移速度旋转编码器、横移液压系统压力传感器、右横移绞车油压压力传感器、绞刀液压系统压力传感器。3.如权利要求2所述的“滚刀”智能控制方法，其特征在于：所述各个传感器的安装位置是：左横移速度旋转编码器安装于左横移绞车转轴处，用来测量左横移绞车转速即角速度，通过转换公式v＝wr，其中v是线速度、w是角速度、r是左横移绞车半径，转换成线速度，即得到左横移速度LSS；右横移速度旋转编码器安装于右横移绞车转轴处，用来测量右横移绞车转速即角速度，通过转换公式v＝wr，其中v是线速度、w是角速度、r是右横移绞车半径，转换成线速度，即得到右横移速度RSS；横移液压系统压力传感器安装于横移液压系统上，用来测量横移压力SP；右横移绞车油压压力传感器安装于右横移绞车液压缸进油管道上，用来测量右横移绞车油压ROP；绞刀液压系统压力传感器安装于绞刀液压系统上，用来测量绞刀压力CP。4.一种能克服“滚刀”绞吸挖泥船船载智能控制系统构建方法，其特征在于：第一部分：构建采集系统和数据库；第二部分：构建计算机智能系统，即预测网络、识别“滚刀”现象和调控系统；第三部分：构建执行设备和反馈控制。5.如权利要求4所述的一种能克服“滚刀”绞吸挖泥船船载智能控制系统构建方法，其特征在于：第一部分的构建采集系统和数据库，具体为：影响“滚刀”施工状态参数确定五个，分别为左横移速度LSS、右横移速度RSS、横移压力SP、右横移绞车油压ROP、绞刀压力CP；这些参数数据通过在绞吸船已有机具设备上布设对应的传感器测量得到，再通过信号电缆传输到设备工况数据采集PLC模块，然后通过网络交换机传输到计算机智能系统，这些数据存储在计算机智能系统的数据库中；
所述的五个施工状态参数对应的传感器分别为左横移速度旋转编码器、右横移速度旋转编码器、横移液压系统压力传感器、右横移绞车油压压力传感器、绞刀液压系统压力传感器；所述各个传感器的安装位置是：左横移速度旋转编码器安装于左横移绞车转轴处，用来测量左横移绞车转速即角速度，通过转换公式v＝wr，其中v是线速度、w是角速度、r是左横移绞车半径，转换成线速度，得到左横移速度LSS；右横移速度旋转编码器安装于右横移绞车转轴处，用来测量右横移绞车转速即角速度，通过转换公式v＝wr，其中v是线速度、w是角速度、r是右横移绞车半径，转换成线速度，得到右横移速度RSS；横移液压系统压力传感器安装于横移液压系统上，用来测量横移压力SP；右横移绞车油压压力传感器安装于右横移绞车液压缸进油管道上，用来测量右横移绞车油压ROP；绞刀液压系统压力传感器安装于绞刀液压系统上，用来测量绞刀压力CP。6.如权利要求4所述的一种能克服“滚刀”绞吸挖泥船船载智能控制系统构建方法，其特征在于：第二部分的构建计算机智能系统具体为：所述计算机智能系统，从数据库中获取施工状态参数数据：左横移速度LSS、右横移速度RSS、横移压力SP、右横移绞车油压ROP、绞刀压力CP；进行预处理；所述计算机智能系统，根据具体工况设置滚刀特征的预先设置参数的安全限值；所述计算机智能系统，构建神经网络用于实时在线预测；使用广义回归神经网络GRNN，分别对五类经过预处理后的施工状态参数数据进行实时预测；所述计算机智能系统，通过GRNN对学习样本数据进行网络学习，从而得到预测模型；通过预测模型在线输出五类参数预测值；GRNN网络：输入层：输入层神经元的数目等于学习样本中输入向量(x1,x2,...,x
m1
)的维数m1，各神经元是简单的分布单元，直接将输入变量传递给模式层；模式层：模式层神经元数目等于学习样本的数目n，各神经元对应不同的样本，模式层神经元传递函数为神经元i的输出为输入变量与其对应的样本X之间Euclid距离平方的指数平方的指数形式；式中，X为网络输入变量；X
i
为第i个神经元对应的学习样本；σ称光滑因子；求和层：求和层中...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴文伯，王伟，沈彦超，王柳艳，杨波，鲁嘉俊，徐婷，
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：