[發明專利]一種絞吸挖泥船基于產量的自動挖泥控制方法

有效

• 申請號: 201910184285.1
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN109750697B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 顧明;丁樹友;羅剛;王明會;李鵬超;趙春峰;趙輝;方磊;高峰;劉東波;李雁龍
• 申請（專利權）人: 中交天津航道局有限公司
• 主分類號: E02F3/88
• 分類號: E02F3/88;E02F3/90;E02F5/28
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 鄭乘澄

1.一種絞吸挖泥船基于產量的自動挖泥控制方法，其特征在于，該方法根據施工需求可實現四種自動挖泥功能，分別是：目標參數自動、目標產量自動、最大產量自動和經濟產量自動；為實現任一功能，可人為選擇以下三種自動挖泥模式中的一種：單層多進尺自動模式、多層多進尺自動模式和多進尺多層自動模式；在每種模式下，首先設定控制參數，然后通過聯合控制絞刀、橫移絞車、橋架絞車、鋼樁臺車、泥泵和真空釋放閥疏浚機具及其驅動設備以不同次序動作來實現絞吸挖泥船自動挖泥作業，從而實現高產穩產的自動挖泥疏浚；

其中，目標參數自動：在任一自動挖泥模式下，設定所要控制的施工工藝目標參數值，在施工過程中始終保持被控目標的施工參數保持在設定目標參數值；

目標產量自動：在目標參數自動控制功能基礎上，以獲得目標產量為目標，由產量推算出濃度,再由濃度推算出密度，設定水下泵真空或真空預報泥漿密度，橫移控制器依據設定的水下泵真空或密度預報濃度自動控制橫移速度，當水下泵真空或密度預報濃度高于設定值時自動降低橫移速度，反之增加橫移速度，確保挖掘產量平穩在設定目標范圍；

其中，產量計算公式：

式中：流速為手動挖泥時，系統記錄的管路泥漿流速的歷史數據取平均值，以該值作為工作流速進行計算；

濃度計算公式：

最大產量自動：在目標產量自動控制功能基礎上，通過估計器計算得到管路輸送臨界流速，在保證管路流速大于臨界流速的前提下，盡可能的提高橫移速度，泥漿輸送流速控制器和橫移控制器聯合自動控制橫移速度，且泥漿輸送流速控制器優先，當管路平均流速持續低于設定的臨界流速時，自動降低橫移速度，反之增加橫移速度，確保最大挖掘產量下平穩輸送能力；

對于輸送臨界流速的計算公式為:

上式中，V_t代表臨時流速，C_vd代表管路平均濃度，α為根據實驗數據得到的計算系數，取值范圍在5.2-8.7之間；

經濟產量自動：在最大產量自動控制功能基礎上，引入挖泥產量與油耗比參數，確定該工況下最具經濟效益的“經濟產量目標值”，以此“經濟產量目標值”來確定對應的吸入真空設定值和泥漿流速，泥漿輸送流速控制器和橫移自動控制器聯合自動控制橫移速度，同時保持泥漿流速和水下泵吸入真空處于控制范圍，確保挖掘濃度與輸送產量保持在設定經濟產量目標值；

本控制方法針對主要疏浚控制對象分別建立子控制器，包括：橫移自動控制器、絞刀轉速自動控制器器、橋架自動控制器、鋼樁臺車自動控制器、泥漿輸送流速控制器和真空釋放閥自動控制器；各子控制器之間通過共同涉及的控制參數相互影響；

所述絞刀轉速自動控制器器，引入絞刀切片厚度即絞刀轉速與橫移速度比數學模型，獲得絞刀轉速與橫移速度聯動控制，實現絞刀轉速自動控制，確保不同土質切削量與泵吸入及輸送能力達到一種平衡；

所述泥漿輸送流速控制器，(1)根據施工工況設定，泥泵自動控制器自動控制泥泵系統工作在最優工況點；(2)當管路流速低于管路輸送臨界流速時，將向橫移絞車自動控制器發出降速指令，反之將向橫移絞車自動控制器發出升速指令，確保管路輸送濃度和流速，實現高產穩產。

2.根據權利要求1所述的一種絞吸挖泥船基于產量的自動挖泥控制方法，其特征在于，控制過程中需要的信號有：橫移速度、橫移拉力、絞刀轉速、絞刀扭矩、橋架深度、泥泵吸入真空、泥泵排出壓力、泥泵轉速、臺車行程、泥漿濃度、泥漿流速、水深、橋架絞刀距邊線的距離和挖泥剖面；各個信號通過對應安裝位置的傳感器采集。

3.根據權利要求1所述的一種絞吸挖泥船基于產量的自動挖泥控制方法，其特征在于，還需要的控制狀態指示和設定的施工參數包括自動挖泥工作模式狀態、挖掘深度設定、切削厚度設定、橫移加/減速率設定、橫移速度設定、臺車進尺設定、是否啟用同軌跡挖掘以及相關監測信號數據。

4.根據權利要求1所述的一種絞吸挖泥船基于產量的自動挖泥控制方法，其特征在于，所述橫移自動控制器，實時計算絞刀偏移距離，當橋架絞刀擺動到邊線時，自動控制橫移絞車減速停止且自動回擺。

5.根據權利要求1所述的一種絞吸挖泥船基于產量的自動挖泥控制方法，其特征在于，所述橋架自動控制器，包括絞刀深度偏差自動控制和臺車進關橋架自動聯動控制。