[發(fā)明專利]一種基于環(huán)境參數(shù)分析的海洋地質(zhì)絞車控制系統(tǒng)及控制方法

有效

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• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104310258B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王培剛;張洪欣;段康弘;張麗婷;楊敏;宋士林;馬龍;于灝;劉婷婷;張震
• 申請（專利權(quán)）人: 國家海洋局北海海洋技術(shù)保障中心
• 主分類號: B66D1/48
• 分類號: B66D1/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于環(huán)境參數(shù)分析的海洋地質(zhì)絞車控制系統(tǒng)，其特征在于：該控制系統(tǒng)包括以下三個部分：

(1)數(shù)據(jù)測控設(shè)備：其中設(shè)有：

海洋地質(zhì)絞車數(shù)據(jù)獲取組件，其包括纜繩張力傳感器、出纜速度傳感器、纜繩長度測量器；

海洋調(diào)查設(shè)備數(shù)據(jù)獲取組件，其中各設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)接口RJ-45與絞車信息服務(wù)器進行信號連接；

船舶信息收集組件，其包括GPS定位儀、羅經(jīng)、氣象儀、航速儀、多普勒聲學(xué)剖面儀以及測深儀；所述船舶信息收集組件中各設(shè)備通過串口接口RS-232與船舶信息服務(wù)器進行信號連接；其中的多普勒聲學(xué)剖面儀以及測深儀分別通過串口接口RS-232與絞車信息服務(wù)器進行信號連接；

(2)數(shù)據(jù)處理設(shè)備：包括由計算機構(gòu)成的數(shù)據(jù)中心工作站和數(shù)據(jù)收集轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器；所述數(shù)據(jù)中心工作站通過所述數(shù)據(jù)收集轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器與所述絞車信息服務(wù)器、船舶信息服務(wù)器進行接收信號連接，并與所述數(shù)絞車控制設(shè)備進行信號輸出連接；數(shù)據(jù)處理設(shè)備的功能是接收絞車數(shù)據(jù)、海洋數(shù)據(jù)與船舶數(shù)據(jù)，對上述數(shù)據(jù)進行處理，形成絞車控制指令并發(fā)送給絞車控制設(shè)備；

(3)絞車控制設(shè)備：設(shè)有絞車控制工控機及絞車控制執(zhí)行單元；工控機為市售工控機，絞車控制執(zhí)行單元設(shè)有絞車啟動控制執(zhí)行單元、絞車制動控制執(zhí)行單元、絞車前進控制執(zhí)行單元、絞車后退控制執(zhí)行單元、絞車放纜控制執(zhí)行單元、絞車收纜控制執(zhí)行單元；絞車控制設(shè)備的主要功能是接收數(shù)據(jù)處理設(shè)備提供的絞車控制指令，并將控制指令變成對絞車進行相應(yīng)操作的動作。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋地質(zhì)絞車控制系統(tǒng)，其特征在于：船舶信息收集組件、海洋調(diào)查設(shè)備數(shù)據(jù)獲取組件、海洋地質(zhì)絞車數(shù)據(jù)獲取組件完成相應(yīng)數(shù)據(jù)收集。

3.一種如權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，控制方法依次包括以下步驟：

步驟一：參數(shù)信息獲取步驟：所述參數(shù)信息包括狀態(tài)運行參數(shù)和環(huán)境參數(shù)；

其中，來源于海洋地質(zhì)絞車數(shù)據(jù)獲取單元的狀態(tài)運行參數(shù)包括出纜長度L、出纜速度S_M、等效纜繩張力F_M；環(huán)境參數(shù)包括經(jīng)度lo、緯度la、水深H_W、流速V_F、流向D_F、離海底深度H_B、船首向D_S；經(jīng)度lo、緯度la來源于GPS，水深H_W來源于測深儀，流速V_F和流向D_F來源于聲學(xué)多普勒流速剖面儀，離海底深度H_B來源于回波高度計，船首向D_S來源于羅經(jīng)；

步驟二：數(shù)據(jù)分析步驟：根據(jù)狀態(tài)運行參數(shù)及環(huán)境參數(shù)，進行數(shù)據(jù)分析，計算得出決策數(shù)據(jù)集，決策數(shù)據(jù)集包括纜繩傾角α、順逆流判別角β、船速V_S、等效張力差值ΔF_M；

其中：

纜繩傾角α＝arccos((H_W-H_B)/L)；

順逆流判別角β＝loc*(D_S-D_F)，其中，loc由絞車出纜位置決定，若從左舷出纜，loc＝-1；反之loc＝1；

船速V_S由經(jīng)緯度偏移量計算得出，其中，根據(jù)投影坐標系采用不同計算公式；

等效張力差值ΔF_M＝F_M2-F_M1，其中，F(xiàn)_M2、F_M1為相鄰采樣周期內(nèi)的等效張力值；

步驟三：異常判別步驟：

[1].若|ΔF_M|≥ΔF_max，則判斷異常類型為張力突變異常；其中：ΔF_max為等效張力差值的極限值，由所用鋼纜決定，在系統(tǒng)運行前由操作員根據(jù)不同鋼纜極限值手動錄入系統(tǒng)；對應(yīng)異常代碼為001；

[2].若|F_M|≥F_max，則判斷異常類型為張力過大異常，其中：F_max為等效張力的安全運行值，由所用鋼纜決定，在系統(tǒng)運行前由操作員根據(jù)不同鋼纜極限值手動錄入系統(tǒng)；對應(yīng)異常代碼為002；

[3].若(V_F＞1)&&(30＜β＜150)，則判斷異常類型為逆流異常，其中：此情況下存在纜繩切割船體危險；對應(yīng)異常代碼為003；

[4].若α＞30，則判斷異常類型為傾角異常，其中：此情況下存在跳纜風險；對應(yīng)異常代碼為004；

[5].若(H_B＜100)&&(V_S＞2)，則判斷異常類型為觸底風險異常，其中：船漂流速度過快時離地距離過近存在觸底風險；對應(yīng)異常代碼為005；

[6].若(V_F*|cosβ|-V_S＞0)&&(β＞180)，則判斷異常類型為上浮風險異常；對應(yīng)異常代碼為006；

[7].若S_M＞2，則判斷異常類型為超速異常；對應(yīng)異常代碼為007；

步驟四：未若發(fā)生上述7種異常情況之一，則返回至步驟一的參數(shù)信息獲取步驟；

若發(fā)生上述7種異常情況之一，則發(fā)出異常報警，跳轉(zhuǎn)至命令生成子系統(tǒng)，進行命令生成，其中包括5種基本命令：

[1].命令名稱為放纜，命令碼為release；發(fā)送方式為TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)傳輸；執(zhí)行動作為啟動絞車以1m/min速度進行放纜操作；

[2].命令名稱為收攬，命令碼為recover；發(fā)送方式為TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)傳輸；執(zhí)行動作為啟動絞車以1m/min速度進行收攬操作；

[3].命令名稱為制動，命令碼為stop；發(fā)送方式為TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)傳輸；執(zhí)行動作為停止絞車收放纜操作；

[4].命令名稱為加速，命令碼為up；發(fā)送方式為TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)傳輸；執(zhí)行動作為每次執(zhí)行，提升1m/min絞車速度；

[5].命令名稱為減速，命令碼為down；發(fā)送方式為TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)傳輸；執(zhí)行動作為每次執(zhí)行，降低1m/min絞車速度；

步驟五：執(zhí)行絞車調(diào)整命令，調(diào)整絞車狀態(tài)，步驟如下：

[1]當接收到異常碼為001時，對應(yīng)操作為：

(1).設(shè)置計數(shù)器i＝1000；

(2).對絞車發(fā)送down命令，降低1m/min絞車速度；

(3).若i！＝0，跳轉(zhuǎn)至第(4)步；否則，跳轉(zhuǎn)至第(5)步；

(4).執(zhí)行001異常檢查，若異常排除，跳出子系統(tǒng)；若異常仍存在，i執(zhí)行自減操作，跳轉(zhuǎn)至第(2)步；

(5).發(fā)送stop命令，停止絞車操作；

[2]當接收到異常碼為002時，對應(yīng)操作為：

(1).發(fā)送stop命令，停止絞車收放纜操作；

(2).啟動軟件計時器，進行3min倒計時操作；

(3).發(fā)送recover命令，啟動絞車以1m/min速度進行收攬操作以回收設(shè)備；

[3]當接收到異常碼為003時，對應(yīng)操作為：

(1).執(zhí)行007異常檢查，若無異常，對絞車發(fā)送up命令，提升1m/min絞車速度；

(2).啟動軟件計時器，進行10s倒計時操作；

(3).執(zhí)行003異常檢查，若異常排除，跳出子系統(tǒng)；若異常仍存在，跳轉(zhuǎn)至第(1)步；

[4]當接收到異常碼為004時，對應(yīng)操作為：

(1).設(shè)置計數(shù)器i＝100；

(2).對絞車發(fā)送down命令，降低1m/min絞車速度；

(3).若i！＝0，跳轉(zhuǎn)至第(4)步；否則，跳轉(zhuǎn)至第(5)步；

(4).執(zhí)行004異常檢查，若異常排除，跳出子系統(tǒng)；若異常仍存在，i執(zhí)行自減操作，跳轉(zhuǎn)至第(1)步；

(5).發(fā)送stop命令，停止絞車收放纜操作；

(6).進行軟件預(yù)警，通知船長調(diào)整船向；

(7).手動發(fā)送release或recover命令重啟操作，啟動絞車以1m/min速度進行放纜或收纜操作；

[5]當接收到異常碼為005時，對應(yīng)操作為：

(1).發(fā)送down命令，降低1m/min絞車速度；

(2).持續(xù)監(jiān)控H_B，若H_B≥100，跳出子系統(tǒng)；若50≤H_B＜100，跳至第(1)步；若H_B＜50，跳至第(3)步；

(3).執(zhí)行stop命令，停止絞車收放纜操作，啟動3min計時器；

(4).計時結(jié)束后，執(zhí)行recover命令，啟動絞車以1m/min速度進行收纜操作；

[6]當接收到異常碼為006時，對應(yīng)操作為：

(1).執(zhí)行007異常檢查，若無異常，對絞車發(fā)送up命令，提升1m/min絞車速度；

(2).啟動軟件計時器，進行10s倒計時操作；

(3).執(zhí)行006異常檢查，若異常排除，跳出子系統(tǒng)；若異常仍存在，跳轉(zhuǎn)至第(1)步；

[7]當接收到異常碼為007時，對應(yīng)操作為：

(1).發(fā)送down命令，降低1m/min絞車速度；

(2).持續(xù)監(jiān)控S_M，若S_M大于2，跳至(1)；否則跳出子系統(tǒng)。