一种自航全回转起重船起重机的控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自航全回转起重船起重机的控制系统，该系统中的协调控制子系统通过现场总线分别对起重控制子系统、压载控制子系统、锚泊控制子系统进行综合协调控制。该系统的控制方法，该方法是使自航起重船的起重控制、压载控制、锚泊控制形成３个并行的内闭环控制回路，并通过外闭环控制回路对３个并行的内闭环控制回路进行整体的协调控制。本发明专利技术能够使得自航全回转巨型起重船通过协调控制进行安全保护与综合控制，可以对重物的起重过程进行实时检测与控制，对于防止工作人员的误操作有实际意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自航全回转起重船起重机的控制技术，特别涉及一种自航全回转起重船起重机的反馈控制系统以及一种适合起重机进行稳定控制的控制方法。
技术介绍
随着海洋资源开发的发展，海洋油气与海洋勘探平台、海洋打捞工程、跨海大桥建 设持续不断增加，海上大型工程作业对大型自航全回转起重船工程施工的需求大量增加， 并且施工使用的起重船越来越趋于大型化。在海上，起重船作业过程是一个庞大而复杂的 系统工程，作业时起重功能由船上的起重机大型钢结构与电气传动控制系统完成，作业过 程系统的状态变化大，作业环境非常复杂、成本高，在短时间内起吊数千吨重物，将在短时 间内使船舶排水量急剧增加数千吨之多，对起重船的安全影响很大，由此带来在起重作业 过程中操作者工作强度大、紧张度高。起重机的安全运行对于海上作业的成功完成起到主 要作用，系统的安全保护面临高要求。全回转起重机工作过程影响船舶的各个方面，以起重 机为主，结合起重过程相关的船舶压载水系统、船舶锚泊定位系统进行多重安全保护十分 有必要。 目前微控制器在工业领域得到了广泛地应用，自动控制技术的应用受到广泛重 视，自动控制技术成为提高生产率和保障安全的有效手段。自航全回转巨型起重船机械结 构、电气控制复杂，设备数量大，控制系统执行器件的分布相距有较长的距离，给工程作业 安全保障带来了困难。基于现场总线的分布式控制技术成为复杂系统自动控制与安全保护 的基础；应用工业PC机、微控制器及其现场总线的软/硬件技术进行自航全回转巨型起重 船起重机的安全保护值得研究。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有的自航全回转起重船起重机在控制方面所存在的问题，而提 供一种能对自航全回转巨型起重船的海上作业过程进行反馈控制的系统和方法，以此提供 起重船的安全保护和进行实时控制。系统构成以自航起重船的起重控制为主，结合船舶压 载控制与锚泊控制，产生安全协调控制系统；将自航起重船的3个控制子系统有机结合起 来，通过协调控制器进行重物起吊过程的船舶稳性实时监控，保证起重船作业过程的安全。 为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案 —种自航全回转起重船起重机的控制系统，该系统包括协调控制子系统、起重控制子系统、压载控制子系统、锚泊控制子系统4个子系统，所述协调控制子系统通过现场总线分别对起重控制子系统、压载控制子系统、锚泊控制子系统进行综合协调控制。 所述协调控制子系统由上位工控PC机和作为核心控制器的实时微控制器组成；PC机与微控制器之间进行数据信息的传输，并由微控制器通过现场总线实现对外控制。 所述起重控制子系统包括操控主令控制器组、微控制器1、工业控制PC机1、系统状态检测显示仪表、起升控制及其双变频器组、变幅控制及其双变频器组、回转控制及其变5频器组、检测传感器组与信号变送器、安全保护与报警装置，设备之间通过现场总线进行联接，实现信息的双向传递，同时使多变频器组、多执行电机实行同步工作。 所述操控主令控制器组传输控制命令到微控制器I，微控制器I分别通过起升控制及其双变频器组、变幅控制及其双变频器组、回转控制及其变频器组、检测传感器组与信号变送器、安全保护与报警装置对起重机钢结构中的起升电机组、变幅电机组、全回转电机群以及起重结构传感器组进行控制，实现起重过程的协调闭环反馈控制。 所述显示仪表实现信息的共享。 所述起重结构传感器组配置模拟量、开关量传感器，模拟量传感器获取的信号用于各种定量计算，开关量传感器获取的信号用于逻辑判断，协调控制系统通过采集的信号计算与判断，确认起重船是否处于安全工作状态；同时该传感器组还配置重力、张力、扭矩、角度、速度、位置检测传感器，起到对起重机钢结构状态的检测、安全限位与控制作用，检测被吊重物的起重情况。 所述压载控制子系统包括压载泵和液压给水阀控制开关组、微控制器11、工业控制PC机II、检测显示仪表、水泵电机控制以及软起动器组、液压驱动装置、水位检测传感器组与信号变送器、保护与报警装置，设备之间通过现场总线进行联接，可以实现信息的双向传递。 所述控制开关组将控制命令传至微控制器II，该控制器将根据命令通过水泵电机控制以及软起动器组、液压驱动装置、水位检测传感器组与信号变送器、保护与报警装置分别对压载水舱与管系内的水泵机组、给水阀以及水位传感器组进行控制，形成一个闭环反馈控制和监视系统。 所述检测显示仪表实现信息的共享。 所述水位传感器组中配置模拟量、开关量传感器，模拟量传感器获取的信号用于各种定量计算，开关量传感器获取的信号用于逻辑判断，协调控制系统通过采集的信号计算与判断，确认起重船是否处于安全工作状态；该传感器组还配置压载泵流量、压载舱水位检测传感器，用于实时计算船舶压载与平衡情况。 所述锚泊控制子系统包括锚泊信号给定电位器组、微控制器III、工业控制PC机ni、图解检测显示屏、船舶GPS定位检测与显示器、锚泊控制及其变频器组、检测传感器组与信号变送器、保护与报警装置，设备之间通过现场总线进行联接，可以实现信息的双向传递。 所述给定电位器组将信号传至微控制器III，该控制器通过锚泊控制及其变频器组控制船体上的锚泊电机组，并通过保护与报警装置、检测传感器组与信号变送器接受锚泊传感器组和船舶GPS上的信息实现闭环反馈控制和监视。 所述图解板显示屏进行信息共享，同时船舶GPS定位检测与显示器接受船位信息并显示出来。 所述锚泊传感器组配置模拟量、开关量传感器，模拟量传感器获取的信号用于各种定量计算，开关量传感器获取的信号用于逻辑判断，协调控制系统通过采集的信号计算与判断，确认起重船是否处于安全工作状态；该传感器组还配置张力、扭矩、速度、船舶吃水检测传感器，并与船舶GPS信号联接，能获取实时的船舶位置信号，用于计算船位变化。 基于上述自航全回转起重船起重机的控制系统的控制方法，该方法是在自航起重船整体的起重机构、压载系统、锚泊系统中分别配置各类合适的传感器组，使自航起重船的起重控制、压载控制、锚泊控制形成3个并行的内闭环控制回路，并通过将起重船的稳心控制在船舶稳性的安全区域范围内为目标的外闭环控制回路对3个并行的内闭环控制回路进总体行协调控制，从而形成多闭环回路的反馈控制方法。 所述3个并行的内闭环控制回路为起重控制子系统闭环控制回路、压载控制子系统闭环控制回路、锚泊控制子系统闭环控制回路。 所述起重控制子系统闭环控制回路通过以下步骤实现 (1A)主令控制器组发出起重机操控指令，输入到微控制器； (2A)微控制器同时接收协调控制器的输出指令，经过计算与逻辑判断后输出执行指令给执行电机群，作用到被控对象起重机钢结构，完成起重功能； (3A)起重机构状态传感器组检测起重机状态，反馈到比较器与协调控制器的输出指令比较，产生偏差量，同时形成闭环反馈。所述压载控制子系统闭环控制回路通过以下步骤实现 (1B)自动控制时协调控制器发出指令，手动控制时指令由控制开关组发出，输入到微控制器； (2B)微控制器同时接收协调控制器的输出指令，计算与逻辑判断后输出执行指令给电动泵与液压阀，作用到压载水的管系与水舱，完成压载水调控任务； (3B)压载水系统状态由水位检测传感器组检测，反馈到比较器与协调控制器的输出指令比较，产生偏差量，同时形成闭环反馈。 所述锚泊控制子系统闭环控制回本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自航全回转起重船起重机的控制系统，该系统包括协调控制子系统、起重控制子系统、压载控制子系统、锚泊控制子系统４个子系统，其特征在于，所述协调控制子系统通过现场总线分别对起重控制子系统、压载控制子系统、锚泊控制子系统进行综合协调控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施伟锋，费国，宓为建，沈柳锋，施振华，
申请(专利权)人：上海海事大学，上海振华港口机械集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]