操縱船舶的方法
【專利摘要】一種船舶例如挖掘船(10)、堆疊器、駁船或濕式選礦廠的操縱方法，該船舶上提供有至少四個(gè)絞盤(20、22、24、26和28)，絞盤繩索(40、42、44、46和48)從該至少四個(gè)絞盤延伸至位于遠(yuǎn)離該船舶的錨定點(diǎn)，該絞盤(20，22，24，26和28)可操作以操縱船舶，其中，在限定的扭矩下，至少一個(gè)絞盤被保持，而三個(gè)絞盤用于控制船舶的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明還揭露了用于實(shí)施描述的操縱方法的操縱控制系統(tǒng)。
【專利說明】
操縱船舶的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及操縱船舶(Vessel)的方法。
[0002] 在另一種形式中，本發(fā)明設(shè)及一種采礦方法。更具體地，本發(fā)明的采礦方法包含挖 掘，特別挖掘船的操縱。
[0003] 在進(jìn)一步的形式中，本發(fā)明設(shè)及一種堆疊方法。更具體地說，本發(fā)明的堆疊方法適 用于尾礦(tailings)的堆疊，運(yùn)些尾礦的堆疊可W在采礦和礦物處理操作中產(chǎn)生。
[0004] 在再進(jìn)一步的形式中，本發(fā)明設(shè)及一種實(shí)施前文所述和下文敘述的任何方法的操 縱控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0005] 采礦采用的傳統(tǒng)挖掘方法通常利用一個(gè)定位粧(spud)(為挖掘船內(nèi)包含的垂直桿 形組件）來將挖掘船固定在床上，W及副絞盤(sideline winches)將挖掘船順時(shí)針和逆時(shí) 針旋轉(zhuǎn)，同時(shí)它切入礦體。
[0006] 在每個(gè)回轉(zhuǎn)的最后，切割頭通過延伸定位粧拖架(spud carriage)(定位粧拖架的 最大延伸值為7-lOm)來推進(jìn)。一旦拖架全部伸出，輔助定位粧下降，主定位粧升高，使挖掘 船向前"行走"。一旦在新的位置，定位粧拖架縮回，輔助定位粧升高，主定位粧下降，使得采 礦得W繼續(xù)。
[0007] 運(yùn)種類型的挖掘存在許多缺點(diǎn)。由于定位粧為切割器提供了主要反作用力，因此 不可能在定位粧行走過程中繼續(xù)開采未開采區(qū)域，導(dǎo)致每個(gè)"行走"有典型的5至15分鐘的 生產(chǎn)損失。因此，錯(cuò)定定位粧設(shè)置的連續(xù)開采面積約為15X50米。
[000引挖掘船切割架的長度限制每個(gè)定位粧中屯、線的采礦寬度，如圖1所示。因此，對于 通常大于定位粧挖掘擺弧(一般為50至60米)的采礦寬度，有必要有多個(gè)定位粧中屯、線，由 于每個(gè)中屯、線變化的所需定位粧"蟹"運(yùn)動(dòng)（"crab" motion)，運(yùn)也導(dǎo)致典型的15至60分鐘的 生廣損失。
[0009] 隨著定位粧行走，采礦弧(mining-arcs)是非同屯、的，運(yùn)是由于弧的中屯、和弧的半 徑在變化。運(yùn)意味著除非回轉(zhuǎn)速度被控制W補(bǔ)償運(yùn)種效應(yīng)，否則整個(gè)面的有效切削速率會 不一致。
[0010] 定位粧挖掘船上的頭部總是相對于礦面固定。頭部不能更改W提高效率。
[0011] 隨著操作的深度，定位粧的長度和尺寸要求增加，其中定位粧挖掘應(yīng)用通常限于 22米的最大挖掘深度。
[0012] 還需要一種復(fù)雜的錯(cuò)定位置規(guī)劃，W確保切割器足夠的回轉(zhuǎn)力，切割器往往需要 更多的錯(cuò)移動(dòng)(anchor moves)。
[0013] 本發(fā)明的一個(gè)目是基本上克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，或至少提供一種有用的替 代方案。
[0014]
【申請人】已經(jīng)理解，并確定，為船舶例如采礦中使用的挖掘船或者堆疊機(jī)的操縱提 供一種新的方法將是有利的。運(yùn)些優(yōu)點(diǎn)可W理解為包括，但不限于:使挖掘船在一條直線上 運(yùn)動(dòng)，而不是現(xiàn)有技術(shù)典型的弧形運(yùn)動(dòng);能控制航向，特別是來提高效率;最小化或減少由 于定位粧行走和定位粧"蟹"運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的非生產(chǎn)性的停機(jī)時(shí)間；使用無定位粧挖掘船設(shè)計(jì)， 相比于15X50米的典型定位粧挖掘采礦區(qū)域，為了每組錯(cuò)定位置，采礦區(qū)域可W提高到至 少約45 X 200米;對于定位粧挖掘開采200米寬的礦池，運(yùn)轉(zhuǎn)化為每中屯、線=個(gè)定位粧行走 和跨過池的3個(gè)蟹運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致每個(gè)45 X 200米礦區(qū)大于一個(gè)小時(shí)的生產(chǎn)時(shí)間損失。
[0015] 進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)包括改善和流線化切割軌跡，W提高挖掘性能，特別是鄰近的池塘 角邊(pond corner edges)，開發(fā)確保切入礦體的一致的穿透力的切割軌跡和切割順序，提 供最大化切削效率的頭部，和開發(fā)可用于淺層和深層兩種操作的挖掘操縱控制方法。對于 超過22米的深度，使用定位粧挖掘機(jī)通常是很困難的，除非采取措施來減少池塘水位。
[0016] 更進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)包括:通過采用先進(jìn)的控制技術(shù)，來盡量增加挖掘回轉(zhuǎn)和切割速 度，同時(shí)盡量減少因超載導(dǎo)致的切割行程，實(shí)現(xiàn)最大限度地增加整體生產(chǎn)速率，提高自動(dòng)化 水平，從而降低操作員的投入，并制定錯(cuò)定遷移策略(anchor relocation strategy)，該錯(cuò) 定遷移策略通過盡量降低錯(cuò)定移動(dòng)頻率要求，而不減少有效的可用操縱力來優(yōu)化整體生產(chǎn) 量。
【背景技術(shù)】 [0017] 前面的討論是為了便于本發(fā)明的理解。該討論并非確認(rèn)或承認(rèn)任何提及 的材料是或者曾經(jīng)是作為本申請優(yōu)先權(quán)日的部分公知常識。
[0018] 在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，除非上下文另有要求，否則，詞"包括"或變體諸如 "包括"或"包含"，將被理解為暗示包括規(guī)定的整數(shù)或整數(shù)組，但不排除任何其它整數(shù)或整 數(shù)組。
[0019] 在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，除非上下文另有要求，否則，對"挖掘"或變體的引 用，將被理解為包括對"船舶"的引用，反之亦然。同樣地，除非上下文另有要求，否則，對挖 掘船或船舶的引用，或它們的變形，都應(yīng)當(dāng)理解為包括對濕式選礦廠的引用，"堆疊器"、"堆 疊器模塊"、或可用于船舶停泊或?qū)又械哪K。例如，挖掘船的引用被理解為包括深海挖 掘船和渠道挖掘船的參考。另外，對船舶的引用被理解為包括對例如海上駁船的引用。
[0020] 在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，除非上下文另有要求，否則，對"線"、"繩索"或"線 纜"的引用或它們的變形，應(yīng)當(dāng)理解為包括對彼此術(shù)語的引用，每個(gè)應(yīng)獨(dú)立解釋。另外，術(shù)語 "絞盤"或其變體，除非上下文另有要求，否則，應(yīng)理解為包括對任何其他機(jī)制的引用，通過 該機(jī)制，運(yùn)個(gè)船舶朝遠(yuǎn)離那個(gè)船舶的點(diǎn)移動(dòng)。
[0021] 在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書，除非上下文另有需要，否則，對"定義的扭矩"的引 用，或它們的變形，將被理解為對"扭矩控制模式"控制下的絞盤，或具有當(dāng)放置在"速度控 制模式"下具有扭矩極限的絞盤的引用。
[0022] 在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，除非上下文另有需要，否則，對"允許運(yùn)動(dòng)區(qū)域"的 引用，或其任何變體，由于可能在特定情況下適用，應(yīng)理解為包括對"允許切割區(qū)域"的引 用，或者反之亦然。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023] 本發(fā)明提供了一種操縱船舶的方法，該船舶上提供有至少四個(gè)絞盤，絞盤繩索從 該至少四個(gè)絞盤延伸至位于遠(yuǎn)離該船舶的錯(cuò)定點(diǎn)，該絞盤可操作W操縱該船舶，其中，至少 一個(gè)絞盤在限定的扭矩下被保持，而=個(gè)絞盤用于控制該船舶的運(yùn)動(dòng)。
[0024] 優(yōu)選地，在限定的扭矩下的該或每個(gè)絞盤保持在或接近該最低扭矩值，該最低扭 矩值達(dá)到低勢能，同時(shí)將該絞盤繩索保持在響應(yīng)狀態(tài)。
[0025] 更優(yōu)選地，該船舶通過操縱控制器操縱，該操縱控制器發(fā)送扭矩和速度參數(shù)到該 絞盤。
[0026] 再優(yōu)選地，該船舶根據(jù)該船舶的優(yōu)選軌跡來操縱。
[0027] 一冗余絞盤標(biāo)識符(Redundant Winch Identifier,RWI)組件優(yōu)選地提供來確定 不應(yīng)該利用哪個(gè)絞盤或哪些絞盤來實(shí)現(xiàn)該船舶的期望的操縱。該冗余絞盤標(biāo)識符通過分析 哪個(gè)或哪些絞盤最不能夠做有用工作來實(shí)現(xiàn)該期望的輸出或結(jié)果，來實(shí)現(xiàn)運(yùn)一目的。
[0028] 絞盤冗余與否的該選擇優(yōu)選地是優(yōu)選軌跡、船舶幾何形狀和期望速度各個(gè)參數(shù)的 函數(shù)。
[0029] 優(yōu)選地，該冗余絞盤標(biāo)識符采用主動(dòng)方式對該或每個(gè)冗余絞盤做出選擇。
[0030] 更優(yōu)選地，在該冗余絞盤標(biāo)識符無法采取主動(dòng)方式對該或每個(gè)冗余絞盤做出選擇 的情況下，采取被動(dòng)方式來對該或每個(gè)冗余絞盤做出選擇。
[0031] 優(yōu)選地，該冗余絞盤標(biāo)識符組件的主動(dòng)方式，包括：
[0032] (a)加速度計(jì)算器，該加速度計(jì)算器根據(jù)該船舶的期望速度計(jì)算該船舶的加速度；
[0033] (b)船舶一絞盤速度轉(zhuǎn)換器，該船舶一絞盤速度轉(zhuǎn)換器根據(jù)該船舶的幾何形狀和 期望速度計(jì)算該絞盤的期望速度；
[0034] (C)標(biāo)量投影計(jì)算器（scalar projection calculator)，該標(biāo)量投影計(jì)算器提供 了設(shè)置在該船舶上并且與每個(gè)繩索和絞盤相關(guān)的滑輪的該期望加速度與它們各自的絞盤 繩索的該期望加速度的定量比較；W及
[0035] (d)定制的最小值選擇器，該定制的最小值選擇器在加速度計(jì)算器和標(biāo)量投影計(jì) 算器的輸出的基礎(chǔ)上識別該冗余絞盤。
[0036] 優(yōu)選地，該冗余絞盤標(biāo)識符組件的被動(dòng)方式包括：
[0037] (a)將絞盤扭矩反饋轉(zhuǎn)換為線張力的計(jì)算器；
[0038] (b)用作識別最適合作為冗余絞盤選擇的該或每個(gè)絞盤的定制的最小選擇器；W 及
[0039] (C)檢查器，用于確定選擇作為冗余絞盤的該或每個(gè)絞盤是按預(yù)期執(zhí)行的。
[0040] 再優(yōu)選地，識別為冗余的該或每個(gè)絞盤的該預(yù)期性能是該絞盤的速度為或接近其 期望速度。如果被識別為冗余的絞盤被確定為不按預(yù)期執(zhí)行的，那么一段時(shí)間內(nèi)不考慮它 作為冗余絞盤。
[0041] 優(yōu)選地，該操縱控制器考慮限制該船舶的最大速度的因素。
[0042] 限制該船舶的最大速度的該因素優(yōu)選地包括輸入/輸出保護(hù)因子。該輸入/輸出保 護(hù)因子優(yōu)選地用作限制該船舶的該速度，W防止輸入或輸出設(shè)備提供不希望的結(jié)果。
[0043] 在一種形式中，該輸入或輸出設(shè)備W切割頭的形式提供。優(yōu)選地，該輸入/輸出保 護(hù)因子包括切割器跳閩保護(hù)裝置(cutter trip protection)。
[0044] 在另一種形式中，該輸入或輸出裝置W堆疊吊桿的形式提供。
[0045] 限制該船舶的該最大速度的另一個(gè)因素是工序保護(hù)因子。該工序保護(hù)因子優(yōu)選地 用作限制該船舶的該速度，W避免下游/上游工序中斷或其它負(fù)面影響。
[0046] 在本發(fā)明的一種形式中，該工藝保護(hù)因子W "挖掘至濕式選礦廠工藝線路沼澤保 護(hù)（'Dredge to WCP Process Line Bog Protection)"因子的形式提供。
[0047] 操作者可W優(yōu)選地修改該船舶的軌跡或經(jīng)由圖形用戶界面（graphical user interface ,GUI)向該操縱控制器發(fā)送指令來啟動(dòng)新的軌跡。
[0048] 優(yōu)選地，該圖形用戶界面包括描繪該船舶的俯視平面圖的X-Y坐標(biāo)曲線圖。相對于 當(dāng)前的優(yōu)選軌跡，該X-Y坐標(biāo)曲線圖優(yōu)選地允許操作者將船舶實(shí)時(shí)具體化。更優(yōu)選地，關(guān)于 該船舶的該位置，該X-Y坐標(biāo)曲線圖進(jìn)一步允許操作者將歷史信息具體化。
[0049] 更優(yōu)選地，所述X-Y坐標(biāo)曲線圖上描繪的所述實(shí)時(shí)和歷史信息W-個(gè)信息容易地 與另一信息區(qū)別開的方式提供。在本發(fā)明的一種形式中，描繪在該X-Y坐標(biāo)曲線圖上的該實(shí) 時(shí)和歷史信息W不同的顏色來提供。
[0050] 該X-Y坐標(biāo)曲線圖優(yōu)選地被增強(qiáng)，W便在每個(gè)X、Y和Z坐標(biāo)中提供該船舶的實(shí)時(shí)和 歷史信息的=維可視化圖。
[0051] 優(yōu)選地，該操作員的該指令通過該操縱控制器解釋，并且輸出至該絞盤的該控制 器相應(yīng)地被調(diào)整，W實(shí)現(xiàn)該操作者的意圖。
[0052] 該錯(cuò)定點(diǎn)的位置優(yōu)選地通過識別允許移動(dòng)區(qū)域來實(shí)現(xiàn)，在該區(qū)域內(nèi)，由于所述錯(cuò) 定位置可W通過所述絞盤為所述運(yùn)動(dòng)提供足夠的力，因而運(yùn)動(dòng)是可能的。
[0053] 優(yōu)選地，允許運(yùn)動(dòng)區(qū)域的該識別是通過使用錯(cuò)定運(yùn)動(dòng)力計(jì)算器實(shí)現(xiàn)，通過該錯(cuò)定 運(yùn)動(dòng)力計(jì)算器，絞盤力可用于計(jì)算特定的錯(cuò)定位置和軌跡。
[0054] 在本發(fā)明的一種形式中，該船舶W無定位粧挖掘船的形式提供。
[0055] 在本發(fā)明的另一種形式中，該船舶W無定位粧濕式選礦廠的形式提供。
[0056] 在本發(fā)明的再一種形式中，該船舶W無定位粧堆疊器模塊的形式提供。優(yōu)選地，該 堆疊器模塊為尾礦堆疊器模塊。
[0057] 本發(fā)明還提供了一種采礦方法，該方法包括挖掘船的該操縱方法，該挖掘船上提 供有至少四個(gè)絞盤，絞盤繩索從該至少四個(gè)絞盤延伸至位于遠(yuǎn)離該挖掘船的錯(cuò)定點(diǎn)，該絞 盤可操作W操縱該挖掘船，其中，至少一個(gè)絞盤在限定的扭矩下被保持，同時(shí)=個(gè)絞盤利用 于控制該挖掘船的運(yùn)動(dòng)。
[0058] 優(yōu)選地，在限定的扭矩下，所述或每個(gè)絞盤保持在或接近該最低扭矩值，該最低扭 矩值達(dá)到低勢能，同時(shí)將該絞盤繩索保持在響應(yīng)狀態(tài)。
[0059] 優(yōu)選地，該挖掘船通過操縱控制器，該操縱控制器發(fā)送扭矩和速度參數(shù)到該絞盤。
[0060] 再優(yōu)選地，該挖掘船根據(jù)該挖掘船的優(yōu)選軌跡來操縱。
[0061] -冗余絞盤標(biāo)識符組件優(yōu)選地提供來確定哪個(gè)絞盤或哪些絞盤不應(yīng)該利用來實(shí) 現(xiàn)該挖掘船的期望操縱。該冗余絞盤標(biāo)識符優(yōu)選地通過分析哪個(gè)或哪些絞盤最不能夠做有 用工作來實(shí)現(xiàn)該期望的輸出或結(jié)果，來實(shí)現(xiàn)此目的。
[0062] 絞盤冗余與否的該選擇優(yōu)選地是優(yōu)選軌跡、船舶幾何形狀和期望速度各個(gè)參數(shù)的 函數(shù)。
[0063] 優(yōu)選地，該冗余絞盤標(biāo)識符采用主動(dòng)方式對該或每個(gè)冗余絞盤做出選擇。
[0064] 更優(yōu)選地，如果該冗余絞盤標(biāo)識符無法采取主動(dòng)方式對該或每個(gè)冗余絞盤做出選 擇的情況下，采取被動(dòng)方式對該或每個(gè)冗余絞盤做出選擇。
[0065] 優(yōu)選地，該冗余絞盤標(biāo)識符組件的主動(dòng)方式，包括：
[0066] (a)加速度計(jì)算器，該加速度計(jì)算器根據(jù)該挖掘船的期望速度計(jì)算該挖掘船的加 速度；
[0067] (b)挖掘船一絞盤速度轉(zhuǎn)換器，該挖掘船一絞盤速度轉(zhuǎn)換器根據(jù)該挖掘船的幾何 形狀和期望速度計(jì)算該絞盤的期望速度；
[0068] (C)標(biāo)量投影計(jì)算器，該標(biāo)量投影計(jì)算器提供了設(shè)置在挖掘船上并且與每個(gè)繩索 和絞盤相關(guān)的滑輪的該期望加速度，與它們各自的絞盤繩索的該期望加速度的定量比較； W及
[0069] (d)定制的最小選擇器，該定制的最小選擇器在加速度計(jì)算器和標(biāo)量投影計(jì)算器 的輸出的基礎(chǔ)上識別該冗余絞盤。
[0070] 優(yōu)選地，該冗余絞盤標(biāo)識符組件的被動(dòng)方式包括：
[0071] (a)將絞盤扭矩反饋轉(zhuǎn)換為線張力的計(jì)算器；
[0072] (b)用作識別最適合作為冗余絞盤選擇的該或每個(gè)絞盤的定制的最小選擇器；W 及
[0073] (C)檢查器，用于確定選擇作為冗余絞盤的該或每個(gè)絞盤是按預(yù)期執(zhí)行的。
[0074] 更優(yōu)選地，該或每個(gè)冗余絞盤的該期望性能是，該絞盤速度為或接近其期望速度。 如果冗余絞盤被確定為不按預(yù)期執(zhí)行的，那么一段時(shí)間內(nèi)不考慮它作為冗余絞盤。
[0075] 優(yōu)選地，該操縱控制器考慮限制該挖掘船的最大速度的因素。
[0076] 限制該挖掘船的最大速度的該因素優(yōu)選地包括輸入/輸出保護(hù)因子。該輸入/輸出 保護(hù)因子優(yōu)選地用作限制該挖掘船的該速度，W防止輸入或輸出設(shè)備提供不希望的結(jié)果。
[0077] 在本發(fā)明的一種形式中，該輸入或輸出設(shè)備W切割頭的形式提供。優(yōu)選地，該輸 入/輸出保護(hù)因子包括切割器跳閩保護(hù)裝置。
[0078] 限制該挖掘船的最大速度的另一個(gè)因素是工序保護(hù)因子。該工序保護(hù)因子優(yōu)選地 用作限制該挖掘船的速度，W避免下游/上游工序中斷或其它負(fù)面影響。
[0079] 在本發(fā)明的一種形式中，該工藝保護(hù)因子W "挖掘至濕式選礦廠工藝線路沼澤保 護(hù)"因子的形式提供。
[0080] 操作者優(yōu)選地可W修改該挖掘船的軌跡或經(jīng)由圖形用戶界面向該操縱控制器發(fā) 送指令來啟動(dòng)新的軌跡。
[0081] 優(yōu)選地，該圖形用戶界面包括描繪該船舶的俯視平面圖的X-Y坐標(biāo)曲線圖。相對于 當(dāng)前優(yōu)選軌跡，該X-Y坐標(biāo)曲線圖優(yōu)選地允許操作者將挖掘船實(shí)時(shí)具體化。更優(yōu)選地，關(guān)于 該挖掘船的該位置，該X-Y坐標(biāo)曲線圖進(jìn)一步允許操作者將歷史信息具體化。
[0082] 更優(yōu)選地，描繪在該X-Y坐標(biāo)曲線圖上的該實(shí)時(shí)和歷史信息W W下方式提供，每種 信息容易從另一信息當(dāng)中區(qū)別開來。在本發(fā)明的一種方式中，描繪在該X-Y坐標(biāo)曲線圖上的 實(shí)時(shí)和歷史信息W不同的顏色來提供。
[0083] 該X-Y坐標(biāo)曲線圖優(yōu)選地被增強(qiáng)，W便在每個(gè)X、Y和Z坐標(biāo)中提供該挖掘船的實(shí)時(shí) 和歷史信息的=維可視化圖。
[0084] 優(yōu)選地，該操作員的該指令通過該操縱控制器解釋，并且輸出至該絞盤的該控制 器被相應(yīng)調(diào)整，W實(shí)現(xiàn)該操作者的意圖。
[0085] 該錯(cuò)定點(diǎn)的位置優(yōu)選地通過識別允許切割區(qū)域來實(shí)現(xiàn)，在該區(qū)域內(nèi)，由于所述錯(cuò) 定位置可W通過所述絞盤為運(yùn)動(dòng)提供足夠的力，因而運(yùn)動(dòng)是可能的。
[0086] 優(yōu)選地，允許切割區(qū)域的該識別是通過使用錯(cuò)定運(yùn)動(dòng)力計(jì)算器實(shí)現(xiàn)，通過該錯(cuò)定 力運(yùn)動(dòng)計(jì)算器，絞盤力可用于計(jì)算特定的錯(cuò)定位置、估計(jì)的切割力和軌跡。
[0087] 本發(fā)明還提供了一種堆疊方法，該堆疊方法包含堆疊模塊的該操縱方法，該堆疊 模塊上提供有至少四個(gè)絞盤，絞盤繩索從該至少四個(gè)絞盤延伸至位于遠(yuǎn)離該堆疊模塊的錯(cuò) 定點(diǎn)，該絞盤可操作W操縱該堆疊模塊，其中，至少一個(gè)絞盤在限定的扭矩下被保持，而= 個(gè)絞盤用于控制該挖掘船的運(yùn)動(dòng)。
[0088] 本發(fā)明再提供了一種操縱模塊的方法，該模塊上提供有至少四個(gè)絞盤，絞盤繩索 從該至少四個(gè)絞盤延伸至位于遠(yuǎn)離該模塊的錯(cuò)定點(diǎn)，該絞盤可操作W操縱該模塊，其中，每 個(gè)絞盤和繩索是動(dòng)態(tài)維護(hù)的，至少一個(gè)絞盤在限定的扭矩下被保持，而=個(gè)絞盤用于控制 該船舶的運(yùn)動(dòng)。
[0089] 該模塊為船舶、挖掘船、駁船、濕式選礦廠、或堆疊模塊之一。
[0090] 本發(fā)明還提供了用于實(shí)施上述任何一個(gè)或多個(gè)方法的操縱控制系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0091] 本發(fā)明現(xiàn)在將僅通過示例的方式并參考若干實(shí)施例和附圖進(jìn)行描述，其中：
[0092] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)傳統(tǒng)定位粧挖掘的示意俯視平面圖；
[0093] 圖2是本發(fā)明操縱船舶的方法和采礦方法中可能用到的挖掘船的俯視平面圖；
[0094] 圖3是本發(fā)明采礦方法的示意俯視平面圖；
[0095] 圖4是根據(jù)本發(fā)明操縱船舶方法和采礦方法的整體挖掘船幾何形狀動(dòng)態(tài)模型的示 意俯視平面圖；
[0096] 圖5是圖3動(dòng)態(tài)模型的示意端視圖，代表該模型如何允許對非對稱的礦面或沙丘；
[0097] 圖6是圖3挖掘船幾何形狀與絞盤力的示意俯視平面圖，展示了所需的力、方向和 角度的指引規(guī)則；
[0098] 圖7是本發(fā)明被操縱的船舶的示意俯視平面圖，展示了在冗余絞盤識別中發(fā)揮作 用的=種感興趣的運(yùn)動(dòng)和力的平衡；
[0099] 圖8是本發(fā)明方法中使用的控制模型的開發(fā)中使用的錯(cuò)定定位的兩個(gè)例子的示意 圖；
[0100] 圖9是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例方法中示例性允許切割區(qū)域(PCR)和錯(cuò)的前進(jìn)路線的示 意圖；
[0101] 圖10本發(fā)明方法中使用的控制模型的開發(fā)中使用的單個(gè)絞盤的絞盤幾何形狀的 示意圖；
[0102] 圖11是絞盤力和加速度計(jì)算的示意圖，據(jù)此絞盤2的力可W通過一組方程推導(dǎo)出 來，W用于本發(fā)明方法中使用的控制模型的開發(fā)；
[0103] 圖12是本發(fā)明采礦方法中允許切割/運(yùn)動(dòng)區(qū)域(PCR/PMR)長度和相對錯(cuò)位置的示 意俯視平面圖；W及
[0104] 圖13是本發(fā)明方法中的各個(gè)部件的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0105] 本發(fā)明提供了操縱船舶例如挖掘機(jī)的方法、采礦整合挖掘方法，特別是挖掘機(jī)的 操縱、特別應(yīng)用于尾礦堆疊的堆疊方法，W及實(shí)施任何運(yùn)些方法的操縱控制系統(tǒng)。本發(fā)明方 法有利地將控制點(diǎn)（W下將描述)沿著優(yōu)選的軌跡在船舶上移動(dòng)，參考每個(gè)X和Y坐標(biāo)、船舶 頭部和可供選擇的Z坐標(biāo)。
[0106] 被操縱的容器，例如無定位粧挖掘船10,展示在圖2中。挖掘船10設(shè)計(jì)來使用絞盤 繩索來操控，從而旨在避免現(xiàn)有技術(shù)挖掘船使用定位粧存在的問題。挖掘船10包括平臺12， 其上設(shè)置有切割器14、切割架16、控制室18W及一系列絞盤。該系列絞盤包括右艇船頭絞盤 20、右艇船尾絞盤22、尾絞盤24、端口船尾絞盤(port aft winch)26和端口船頭絞盤(port bow winch)28。
[0107] 該挖掘船10還包括一個(gè)右艇船頭滑輪30、右艇船尾滑輪32、尾滑輪34、端口船尾滑 輪36和端口船頭滑輪38。絞盤20至26中的每個(gè)設(shè)有絞盤線或繩40至48，該絞盤線或繩40至 48分別延伸至各自的錯(cuò)，該各自的錯(cuò)在遠(yuǎn)離挖掘船10的位置。
[0108] 通過一系列絞盤具體的和可選的操作（后文將描述），在操縱挖掘船10的操縱中， 挖掘或采礦方法，如圖3,是可W實(shí)現(xiàn)的。在圖3中，挖掘船10的軌跡被示為橫穿池塘或通道 50并延伸，分別在左、右采掘面52和54之間，限定了通道50，挖掘船10在通道50內(nèi)工作。挖掘 船10的軌跡與有效定義的礦面56重合。
[0109] 挖掘船10的優(yōu)選的操作模式或軌跡被理解為是一條直線，而無需挖掘船擊中采掘 面52和54。然而，優(yōu)選的軌跡可W變化為接近采掘面52和54。是否是運(yùn)種情況通過采掘面52 和54的幾何形狀/地理位置多方面決定，其中，較高的采掘面/壁是更成問題的，當(dāng)它接近采 掘面52和54時(shí)，需要挖掘船10采取最終的弧形或橫擺的（slewed)軌跡58,如圖3所示。
[0110] 本
【申請人】理解，挖掘船10的軌跡在一定程度上取決于切割器14的屬性，因?yàn)榭赡?使用的每種形式的切割器具有其獨(dú)特的幾何形狀。例如，玫瑰頭切割器的幾何形狀與斗輪 切割器的幾何形狀不同，并且將具有不同的偏移角度。采用特定幾何形狀的切割器可能需 要不同的頭部控制，W確保最大的切割效率。
[0111] 操作員可W修改船舶的軌跡或通過經(jīng)由圖形用戶界面(GUI)發(fā)送指令到操縱控制 器來啟動(dòng)一個(gè)新的軌跡。該GUI包括X-Y坐標(biāo)曲線圖，描繪了船舶的俯視圖，允許操作者將實(shí) 時(shí)的船舶相對于當(dāng)前優(yōu)選軌跡具體化。此外，X-Y坐標(biāo)曲線圖進(jìn)一步允許操作員將關(guān)于船舶 位置的歷史信息具體化。
[0112] 值得注意的是，描繪在X-Y坐標(biāo)曲線圖上的實(shí)時(shí)和歷史信息W W下方式提供，每種 信息容易從另一信息當(dāng)中區(qū)別開來。例如，描繪在X-Y坐標(biāo)曲線圖中的實(shí)時(shí)和歷史信息，可 W W不同的顏色來提供。
[0113] X-Y坐標(biāo)曲線圖可W優(yōu)選地增強(qiáng)，W便在每個(gè)X、Y和Z坐標(biāo)中提供船舶的實(shí)時(shí)和歷 史信息的=維可視化圖。
[0114] 操作員的操作指令通過操縱控制器解釋，并且輸出至絞盤的控制器被相應(yīng)調(diào)整， W實(shí)現(xiàn)操作者的意圖。
[0115] 本發(fā)明方法相對于現(xiàn)有技術(shù)方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)些優(yōu)點(diǎn)將在下面進(jìn)行詳細(xì)討 論。但是應(yīng)該理解的是，W下的實(shí)施例對挖掘船的引用是不限制的，并且所討論的原理通常 也同樣適用于本發(fā)明方法，本實(shí)施可用于其他船舶，包括堆疊機(jī)和駁船。
[01W 控制模型開發(fā)
[0117]本發(fā)明方法的早期開發(fā)中，挖掘船或船舶幾何形狀的理論分析，W及用作實(shí)際的 挖掘船或船舶代表的控制模型的開發(fā)，由本
【申請人】進(jìn)行。該模型的開發(fā)和應(yīng)用促進(jìn)了本發(fā) 明方法的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
[011引控制模型的目的是：
[0119] (a) 了解挖掘操縱系統(tǒng)的機(jī)械動(dòng)力學(xué)。
[0120] (b)開發(fā)、研究和優(yōu)化挖掘操縱控制策略。
[0121] (C)相對于錯(cuò)位置的不確定性，檢查控制策略的穩(wěn)定性。
[0122] (d)提供絞盤力對錯(cuò)位置的影響的考察手段。
[0123] (e)提供錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的優(yōu)化工具。
[0124] (f)便于自動(dòng)化軟件的全部功能測試。
[0125] 控制模型由兩部分組成，為：
[01%] (a)挖掘動(dòng)態(tài)模型;和
[0127] (b)挖掘操縱力計(jì)算器。
[0128] 模型的開發(fā)和實(shí)施選擇的語言是一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)仿真語言，Matlab?/Simulink?。 該模型采用框圖語言Simulink?的框圖形式來描述。每個(gè)框圖的模型參數(shù)指定為Matlab? 變量，其值被存放在Matlab?宏文件中。不同的軌跡和錯(cuò)位置可W通過模型用戶界面輸入到 系統(tǒng)中。
[0129] 該模型使用Mathworks? OPC Too化OX?連接到可編程邏輯控制器(PLC)軟件，W 便于軟件的全部功能測試。
[0130] Matlab?、Simulink?和Mathworks? OPC Too化OX?是業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的軟件產(chǎn)品，其得 到廣泛應(yīng)用，并在mathworks. com. au中充分描述，而且還有其他網(wǎng)站和供應(yīng)商。
[0131] 挖掘動(dòng)態(tài)模型
[0132] 該模型的運(yùn)部分模擬挖掘船操縱，并建立在整體挖掘幾何圖基礎(chǔ)上，如圖4所示， 其中，參照圖2中的挖掘船10,相同的數(shù)字表示相同的部件。圖4描述并定義了分量坐標(biāo) (component coordinates)，包括切割器（Xe,Yc)，繩索輪2(X2，Y2)至6(X6，Y6)，錯(cuò)2(Ax2，Ay2) 至5((Ax5，Ay5)，繩長度L2至Ls,繩角度至46，W及航向角Ac,它們使用在模型方程中。圖4的 公開內(nèi)容將在下文的實(shí)施例中更詳細(xì)地討論。
[0133] 簡單地說，模型的開發(fā)是基于W下的步驟。
[0134] 使用S角法(trigonome化y)推導(dǎo)繩長方程。利用運(yùn)些方程的第一和第二階微分確 定繩速度和繩加速度。
[0135] 由于繩長加速度與絞盤力(F=m*A)直接相關(guān)，絞盤力可W與挖掘加速度相關(guān)。
[0136] 使用該挖掘船和錯(cuò)定點(diǎn)之間的幾何關(guān)系，和力與加速度的牛頓法相關(guān)法，合力可 W用來計(jì)算挖掘船的線加速度。同樣，基于挖掘船10作為集中于其重屯、的點(diǎn)質(zhì)量，W及原點(diǎn) (切割頭14)為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)或控制點(diǎn)，挖掘船的角加速度可W利用力矩代替力來計(jì)算。圍繞挖掘 船原點(diǎn)的合力矩通過每個(gè)絞盤20、22、24、26和28提供的力矩得到。
【申請人】理解，其它形式的 船舶要求識別或提名合適的控制點(diǎn)W用于運(yùn)些計(jì)算目的。
[0137] 開發(fā)模型中需要處理的其他力包括：
[013引（a)尾繩張力；
[0139] (b)切割力；
[0140] (C)水阻力（Water 化ag);和
[0141] (d)繩重力。
[0142] 挖掘動(dòng)態(tài)模型連接到化C控制器，W證明了控制策略的完整性，W方便測試，包括 用于監(jiān)測模擬操作的一個(gè)或多個(gè)人機(jī)界面化uman Machine Inte計(jì)ace,麗I)顯示器的使 用。
[0143] 挖掘動(dòng)態(tài)模型的輸入是絞盤速度和P L C控制器輸出的扭矩引用 (torquereferences)。該模型內(nèi)有代表每個(gè)操縱絞盤絞盤驅(qū)動(dòng)裝置的單個(gè)PI控制器。運(yùn)些 迭代計(jì)算實(shí)際扭矩和驅(qū)動(dòng)器的速度，并發(fā)送反饋給化C控制器。此外，每個(gè)絞盤驅(qū)動(dòng)扭矩用 于確定線張力和線角度，求和挖掘船上的力得到凈加速度(net acceleration)。然后將凈 加速度2次積分來確定挖掘位置，該挖掘位置被反饋給控制器，W作為GI^位置輸入的代表。
[0144] 挖掘操縱力計(jì)算器
[0145] 開發(fā)模型的力計(jì)算部分是為了研究不同錯(cuò)位置的影響。通過指定錯(cuò)位置，估計(jì)的 切割力和軌跡，力計(jì)算器計(jì)算所需的絞盤力。運(yùn)有利于最優(yōu)軌跡、錯(cuò)方向和位置的研究。
[0146] 優(yōu)化錯(cuò)運(yùn)動(dòng)通過識別允許切割區(qū)域(PCR，pe;rmissible cutting regions)和每組 錯(cuò)位置來實(shí)現(xiàn)。允許切割區(qū)域(PCR)定義為開采是切實(shí)可行的物理區(qū)域，定義為該當(dāng)前組錯(cuò) 位置允許通過絞盤產(chǎn)生用于切割的足夠的力。如果足夠的力不能同特定組錯(cuò)位置產(chǎn)生，貝U 采礦將不會被認(rèn)為是實(shí)際可行的。
[0147] 錯(cuò)運(yùn)動(dòng)力計(jì)算器延伸為確定每組錯(cuò)位置的允許切割區(qū)域，允許優(yōu)化運(yùn)些位置，并 允許確定錯(cuò)步驟提高要求。
[0148] 圖形用戶界面使用Matlab?來配置和運(yùn)行挖掘模型和仿真。運(yùn)種配置接口在歷I中 實(shí)現(xiàn)并允許輸入W下用戶輸入項(xiàng)：
[0149] (a)錯(cuò)位置；
[0150] (b)初始挖掘位置；
[0151] (C)期望軌跡參數(shù)；
[0152] (d)礦業(yè)池塘規(guī)范(Mining pond specif ication); W及
[0153] (e)采礦工作面的切割器上的仿真力。
[0154] 一旦輸入項(xiàng)已經(jīng)被輸入，則運(yùn)行仿真。在仿真過程中，可W看到W下輸出：
[0155] (a)軌跡的形狀；
[0156] (b)挖掘位置；
[0157] (C)絞盤線的角度和長度；
[0158] (d)需要的絞盤線張力；
[0159] (e)最大和最小可用絞盤線張力；
[0160] (f)采礦工作面的挖掘船上的力的幅度和方向W及水阻力；
[0161] (g)運(yùn)行時(shí)間；和
[0162] 化)捕捉和顯示由超過最大絞盤扭矩、超過最大絞盤線長，與池塘采掘面的碰撞， 和不兼容的絞盤線角引起的故障。
[0163] 上述輸出用于管理和優(yōu)化錯(cuò)定位置、采礦軌跡的形狀和基本挖掘操作。
[0164] 絞盤操縱船舶的冗余絞盤識別
[0165] 在操縱船舶例如挖掘船10中，有=個(gè)感興趣的運(yùn)動(dòng)，即，X軸運(yùn)動(dòng)、y軸運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)， 如圖7。
[0166] 興趣運(yùn)動(dòng)：
[0167] 期望的X位置(即北向）和X速度
[0168] 期望的y位置(即東向）和y速度
[0169] 期望的方向（即方位)和旋轉(zhuǎn)速度
[0170] 可控制：
[0171] 絞盤扭矩和
[0172] n絞盤速度
[0173] 約束；
[0174] 最大絞絞盤扭矩和速度，
[0175] 絞盤只能通過拉動(dòng)來有助于運(yùn)動(dòng)控制（推動(dòng)會產(chǎn)生松馳的繩或線，因此不會對運(yùn) 動(dòng)有任何影響）。
[0176] 運(yùn)動(dòng)控制通過力（通過絞盤扭矩產(chǎn)生）的平衡來實(shí)現(xiàn)。為了改變船舶的速度，有必 要控制船舶上力的凈差來創(chuàng)建必要的加速度，W實(shí)現(xiàn)期望的速度變化。
[0177] 因?yàn)橛?個(gè)關(guān)鍵的控制運(yùn)動(dòng)，運(yùn)些運(yùn)動(dòng)可W通過使用由3個(gè)絞盤，也被稱為"主要 (leading)"絞盤產(chǎn)生的力來控制。當(dāng)有超過3個(gè)絞盤可用于控制船舶時(shí)，控制系統(tǒng)必須'選 擇'該3個(gè)絞盤來控制運(yùn)動(dòng)。其余絞盤實(shí)際上不需要。鑒于運(yùn)個(gè)原因，任何運(yùn)樣的絞盤可稱為 "冗余絞盤"。
[0178] 然而，任何運(yùn)些多余的絞盤將會影響力的穩(wěn)態(tài)平衡。為了解決操縱問題，運(yùn)些冗余 絞盤必須穩(wěn)定在規(guī)定的扭矩下。為了確保操縱系統(tǒng)使用最少能量來實(shí)現(xiàn)操縱目標(biāo)，運(yùn)些冗 余絞盤應(yīng)當(dāng)被設(shè)置為具有最低可能定義的扭矩，從而最小化功耗。運(yùn)可W在一種形式中，通 過在繩索中保持足夠的張力來保持繩索高于水面，從而實(shí)現(xiàn)最小化功耗。換句話說，在定義 扭矩下的該或每個(gè)絞盤穩(wěn)定在或接近最低扭矩值，該最低扭矩值達(dá)到低勢能，同時(shí)保持該 絞盤繩索在響應(yīng)狀態(tài)。
[0179] 在確定哪個(gè)絞盤(哪些絞盤)不應(yīng)該被利用來實(shí)現(xiàn)期望輸出方面，該冗余絞盤標(biāo)識 符系統(tǒng)是必不可少的。該RWI系統(tǒng)通過分析哪個(gè)絞盤(哪些絞盤)最不能夠做有用工作來實(shí) 現(xiàn)期望的輸出或結(jié)果來實(shí)現(xiàn)運(yùn)個(gè)目的。
[0180] 該冗余絞盤標(biāo)識符系統(tǒng)包括：
[0181] (a)加速度計(jì)算器，該加速度計(jì)算器根據(jù)船舶的期望速度來計(jì)算船舶的加速度；
[0182] (b)船舶一絞盤速度轉(zhuǎn)換器，該船舶一絞盤速度轉(zhuǎn)換器根據(jù)該船舶的幾何形狀 (geomet巧)和期望速度來計(jì)算絞盤的期望速度；
[0183] (C)標(biāo)量投影計(jì)算器，該標(biāo)量投影計(jì)算器提供了絞盤的期望速度與絞盤的期望繩 索速度的定量比較；W及
[0184] (d)定制的最小值選擇器，該定制的最小選擇器基于加速度計(jì)算器和標(biāo)量投影計(jì) 算器的輸出基礎(chǔ)上識別該冗余絞盤。
[0185] 船舶的操縱通過操縱控制器發(fā)送扭矩和速度參數(shù)到絞盤。如上文所述，絞盤的絞 盤線連接到遠(yuǎn)程或陸上的錯(cuò)。用戶或操作員可W修改船舶的軌跡或通過圖形用戶界面向操 縱控制器發(fā)送指令從而啟動(dòng)新軌跡。運(yùn)些指令由操縱控制器解釋，并且輸出到絞盤的控制 器被相應(yīng)調(diào)整，W實(shí)現(xiàn)操作者的意圖。冗余或主要絞盤的選擇是軌跡參數(shù)的函數(shù)。
[0186] 加速度計(jì)算需要，作為輸入，船舶的期望速度大小。從船舶當(dāng)前期望速度大小（即 在t = tnow)中減去上次計(jì)算迭代（即在t = tlast)的船舶期望速度大小，結(jié)果除W當(dāng)前 (tnow)和上次(tlast)之間的時(shí)間間隔。一個(gè)超前滯后濾波器（Ieadlag filter)隨后用于 對結(jié)果進(jìn)行平滑：
[0187]
[0188] 船舶一絞盤速度轉(zhuǎn)換器的輸入是船舶的期望速度、船舶的當(dāng)前方位和相對于船舶 參考點(diǎn)的單個(gè)絞盤位置。首先，計(jì)算船舶期望角速度和船舶當(dāng)前方位的總和，得到船舶一秒 鐘的時(shí)間的期望方位。該量的余弦和正弦分量隨后用于構(gòu)建一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣。然后，運(yùn)個(gè)旋轉(zhuǎn) 矩陣用于將船舶的期望速度轉(zhuǎn)換為絞盤的期望速度：
[0189] Angular velocityi sec〇nd = an邑ular velocityn〇w+an邑ular accelvessei
[0190] a = cos(angular velocityi second)-cos(angular velocitynow)
[01 91 ] H = QinrAncnilAT vp I n。i tvi 'l-si n T gncni I at vpI n。i 十 v。?')
[0192]
[0193] 標(biāo)量投影計(jì)算器輸入是絞盤的期望速度(來自船舶一絞盤速度轉(zhuǎn)換器)和絞盤期 望的繩加速度。標(biāo)量投影量的計(jì)算方法為兩個(gè)輸入向量的標(biāo)量積(dot product)除W絞盤 的期望繩索加速度幅值：
[0194]
[01M]定制的最小選擇器，如果船舶正在加速，選擇具有最小負(fù)標(biāo)量投影的絞盤為冗余 的，如果船舶正在減速，選擇具有最小正標(biāo)量投影的絞盤為冗余的。船舶加速度從加速度計(jì) 算器輸入，并且每個(gè)絞盤的標(biāo)量投影從標(biāo)量投影計(jì)算器輸入。如果有n個(gè)絞盤，則n-3個(gè)絞盤 將被設(shè)定為冗余的。對于具有四個(gè)絞盤的船舶，冗余絞盤將使用下面的代碼來選擇。
[0196] ScalarProJTempMin=arbitrarily large number for initiation
[0197] If((Scala;rP;rojwincta< = 〇AND avessei〉= 〇)〇R(Scala;rP;rojwinchi〉= 〇AND avesse：L< = 〇))
[0198] AND I Scala;rP;ro jwinchi I <Scala;rP;ro jTempMin
[0199] then
[0200] ScalarPro jTempMin= I ScalarPro jwinchi I ;
[0201] Redundant winch number = !；
[0202] End；
[0203] If((Scala;rP;rojwinch2< = 〇AND avessei〉= 〇)〇R(Scala;rP;rojwinch2〉= 〇AND avesse：L< = 〇))
[0204] AND I Scala;rP;rojwinGh21 <Scala;rP;ro jTempMin
[0205] then
[0206] ScalarPro jTempMin= I ScalarPro jwinch21 ;
[0207] Redundant winch number = 2；
[020引 End;
[0209] If ((ScalarPro jwinch3< = 0 AND avessei> = 0)0R(ScalarPro jwinch3> = 0AND avessei< = 0))
[0^0] AND I Scala;rP;ro jwinch31 <Scala;rP;ro jTempMin
[0211] then
[0212] ScalarProjTempMin= I ScalarPro jwinchs I ;
[0213] Redundant winch number = 3；
[0214] 化d;
[0^5] If((ScalarProjwinch4< = 0AND avessei〉= 0)0R(Scala;rP;rojwinch4〉= 0AND avesse：L< = 〇))
[0216] AND I Scala;rP;ro jwincM I <Scala;rP;ro j'TempMin
[0217] then
[021 引 ScalarProjTempMin= I Scala;rP;rojwinch41 ;
[0219] Redundant winch number = 4；
[0220] End;
[0221] 因此，使用上文所述的RWI系統(tǒng)中，操縱控制器將絞盤歸類為主要的或冗余的，W 實(shí)現(xiàn)期望的輸出。
[0222] 本發(fā)明方法現(xiàn)在將參考W下非限制性實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0223]
[0224] ^文指出，使用挖掘船的幾何形狀的理論分析，開發(fā)控制模型來代表實(shí)際的挖 掘船。開發(fā)控制模型的意圖是：
[0225] (a) 了解挖掘操縱系統(tǒng)的機(jī)械動(dòng)力學(xué)。
[0226] (b)制定、研究和優(yōu)化挖掘操縱控制策略。
[0227] (C)相對于錯(cuò)位置的不確定性，檢查控制策略的穩(wěn)定性。
[0228] (d)提供絞盤力對錯(cuò)位置的影響的調(diào)查手段。
[0229] (e)提供錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的優(yōu)化工具。
[0230] (f)促進(jìn)自動(dòng)化軟件的全部功能測試。
[0231] 開發(fā)的挖掘控制模型由=部分組成：
[0232] (a)錯(cuò)運(yùn)動(dòng)力計(jì)算器。
[0233] (b)錯(cuò)運(yùn)動(dòng)優(yōu)化器。
[0234] (C)挖掘和絞盤幾何模型。
[0235] 理論分析中采用的標(biāo)號規(guī)則在控制系統(tǒng)中是一致的：
[0236] (a)正X方向一從港口向右艇。
[0237] (b)正y方向一從船尾到船頭。
[0238] (C)正絞盤速度增加繩索長度(繩索放線(rope pay-out))。
[0239] (d)正挖掘方向?yàn)轫槙r(shí)針。
[0240] 錯(cuò)運(yùn)動(dòng)力計(jì)算器
[0241] 開發(fā)錯(cuò)運(yùn)動(dòng)力計(jì)算器W調(diào)查不同錯(cuò)位置和相關(guān)的絞盤力的影響。它也被用來確保 所有合力在指定的切割操作限制內(nèi)：SOOkN的最大切割反作用力。
[0242] 通過指定錯(cuò)位置、估計(jì)的切割力和軌跡，力計(jì)算器計(jì)算所需的絞盤力。力計(jì)算器使 最優(yōu)軌跡和錯(cuò)方向及位置的研究成為可能，如圖8。
[0243] 初步力計(jì)算分析表明，圖8中示例方向2是可能的，但不是有利的，因?yàn)殄e(cuò)定器之間 的間隔需要比示例方向1小得多。
[0244] 錯(cuò)運(yùn)動(dòng)優(yōu)化器
[0245] 優(yōu)化錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)是通過確定允許切割區(qū)域（PCR)，或者允許運(yùn)動(dòng)區(qū)域（PMRs， permissible movement regions)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)船舶，允許切割區(qū)域或者允許運(yùn)動(dòng)區(qū)域與每組 錯(cuò)位置是相稱的(appropriate)。如上所述，允許切割區(qū)域被定義為開采是切實(shí)可行的物理 區(qū)域，運(yùn)意味著當(dāng)前組錯(cuò)位置可W提供足夠的力。上一節(jié)的錯(cuò)運(yùn)動(dòng)力計(jì)算器應(yīng)擴(kuò)展到確定 允許切割區(qū)域。作為陰影橫向區(qū)域，圖9展示了示例允許切割區(qū)域和錯(cuò)的前進(jìn)路線，兩者均 相對于起點(diǎn)。
[02W 挖掘和絞盤幾何形狀
[0247] 下面的假設(shè)條件應(yīng)用到挖掘和絞盤幾何形狀，該挖掘和絞盤幾何形狀使用在模型 中：
[0248] (a)挖掘船假定為"集中"在其重屯、的集中質(zhì)量。
[0249] (b)由水阻力和風(fēng)阻力引起的力被建模為抗拒挖掘運(yùn)動(dòng)方向的集中力。
[0250] (C)繩索長度應(yīng)被假定為每個(gè)滑輪和其各自的錯(cuò)之間的距離，不考慮錯(cuò)鏈。
[0251] (d)從每個(gè)電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)器的輸出應(yīng)被假設(shè)為正比于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。
[0252] 總體挖掘船幾何形狀如圖4所示。已在模型實(shí)現(xiàn)中使用的變量W下面的方式定義。 切割頭選定作為挖掘船和絞盤幾何計(jì)算的原點(diǎn)，或者控制點(diǎn)。如前面提到的，其它形式的船 舶將需要指定(nomination)它們自己的控制點(diǎn)。切割頭具有坐標(biāo)(Xg，Yg)。方位角定義為y方 向和挖掘方位之間的角度。方位角記作斬，其中y方向垂直于面。
[0253] 切割器的操縱使用5個(gè)絞盤來控制。每個(gè)絞盤滑輪上都標(biāo)有坐標(biāo)(X2，Y2) ... (X6,， Y6)。絞盤6是尾部絞盤，錯(cuò)定到濕式選礦廠。對應(yīng)于每個(gè)絞盤的是繩索長度，記作L2(t)，-L6 (t)。
[0254] 本實(shí)施例具有四個(gè)陸上錯(cuò)（onshore anchorS)，標(biāo)記為坐標(biāo)(Ax2，Ay2 )... (Ax日，Ay5 )。 尾部絞盤錯(cuò)標(biāo)有坐標(biāo)(Ax6，Ay6)。在絞盤滑輪處通過每個(gè)繩索和挖掘/切割方向形成的繩索 角度記作恥…化。絞盤速度記作應(yīng)當(dāng)注意的是，絞盤1指的是梯式絞盤。
[0255] 模型中使用的幾何關(guān)系在圖10中詳細(xì)說明。所示的例子是絞盤2。由于其物理對稱 性，絞盤2的幾何關(guān)系也適用絞盤3、4和5。注意，該模型允許非對稱性采礦工作面或沙丘高 度(例如5米端口，20米右艇）。并且在運(yùn)方面，可W參照圖5。
[0256] 在圖10和圖5中，定義W下變量：
[0257] (a)Z2(t)-原點(diǎn)和錯(cuò)之間的距離。
[0巧引（b)R2-原點(diǎn)和絞盤滑輪位置之間的距離。
[0259] (C) 丫（t)的一從切割器到Z(t)的角度。
[0260] (d)a(t)的一從切割器到R的角度。
[0%1] (e)H-錯(cuò)高度。
[0262]使用S角法，關(guān)于L(t)、X、Y和丫（t)的一組方程組可W推導(dǎo)得到。通過微分繩索長 度方程，繩索速度和繩索加速度方程可W導(dǎo)出。將絞盤2作為示例，下面導(dǎo)出繩索長度方程：
[0%3] l2(t) = {S2(t)+R22-2I?2Z2(t)COS[丫 2(t)]+H2}l/2
[0264]其中，
[02 化]

[0266]去除下標(biāo)(方程適用于四個(gè)絞盤中的每個(gè)，除了尾部絞盤），并對L(t)求微分，得到 繩索長度的變化率：
[0%7]
[0%引
[0269]
[0270]
[0271]
[0272]
[0273] 運(yùn)使得利用挖掘船相對于錯(cuò)定點(diǎn)的幾何關(guān)系計(jì)算有效挖掘加速度成為可能。然 后，可W根據(jù)繩索長度加速度表達(dá)出挖掘船的有效加速度。
[0274] 繩索長度加速度與絞盤力直接相關(guān)(力=質(zhì)量X加速度），由此提供了一種將絞盤 力與挖掘加速度相關(guān)的方法。圖6示出了挖掘船幾何形狀和絞盤力，并展示了所需的力、方 向和角度的指引規(guī)則(direction conventions)。需要注意的是，正絞盤速度增加繩索長度 (繩索放線），和負(fù)絞盤速度將繩索拉回(挖掘船朝錯(cuò)定點(diǎn)移動(dòng)）。
[0275] 參考圖11，一組方程可W推導(dǎo)出來自絞盤2的力
[0276]
[0277] 來自絞盤3、4和5的力可W W類似的方式導(dǎo)出。使用有關(guān)力和加速度有關(guān)的牛頓法 貝1J，合力可W用來得到挖掘船的線性加速度。
[027引
[0279]類似的方法可W用來計(jì)算角加速度，使用力矩代替力。假設(shè)該挖掘船是集中在其 重屯、的點(diǎn)質(zhì)量(point mass),其中原點(diǎn)（切割頭)作為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，圍繞挖掘船原點(diǎn)的合力矩通 過每個(gè)絞盤提供的力矩求和得到。矢量方程用來計(jì)算力矩。力矩的計(jì)算由下面的向量方程 表不：
[0280]
[0281] 化^還的刀巧為程中，大量r為從旋轉(zhuǎn)點(diǎn)到力的作用點(diǎn)，而矢量F是力。每個(gè)絞盤提 供的力矩相加在一起，得到引起該挖掘船旋轉(zhuǎn)的合力矩。應(yīng)用角動(dòng)量的原理，角加速度可W 按如下來確定。
[0282]
[0283] 其中；
[0284] m =挖掘船的質(zhì)量
[02化]r =原點(diǎn)到挖掘船的重屯、的距離
[0286] 如上文所指出的，需要在模型中考慮的其他因素是：
[0287] (a)尾繩張力一建模為固定力。
[028引（b)切割力一從絞盤的合力中減去，作為切割力，一般與挖掘運(yùn)動(dòng)相反。
[0289] (C)水阻力一建模為恒定負(fù)荷，與挖掘運(yùn)動(dòng)相反。
[0290] (d)繩重量一建模為施加在絞盤上的恒定重量。
[029。仿真模型
[0292]如上文所述，模型的開發(fā)和實(shí)施選擇的語言是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)仿真語言，Matlab?/ Simulink?。該模型使用框圖語言Simulink?的框圖形式進(jìn)行說明。每個(gè)框圖的模型參數(shù)指 定為Matlab?變量，其值被存儲在Matlab?宏文件中。不同的軌跡和錯(cuò)定位置可W通過該模 型的用戶界面來輸入到系統(tǒng)中。
[0巧3]該模型連接到使用Mathworks? OPC too化OX?的化C軟件，W便于軟件的全部功 能測試。
[0巧4]"下10個(gè)錯(cuò)在先"管理
[02巧]"下10個(gè)錯(cuò)在先(Next IOAnchors Ahead)"管理是由
【申請人】開發(fā)的，用于計(jì)劃和實(shí) 際標(biāo)示出用于每個(gè)錯(cuò)的下十個(gè)錯(cuò)定位置。
[0296] 該挖掘操縱力計(jì)算器被用于獲取允許切割區(qū)域(PCR)長度和錯(cuò)定位置，將允許良 好的挖掘生產(chǎn)量，而不對絞盤提出過多要求。PCR長度和相關(guān)的錯(cuò)定位置是錯(cuò)定區(qū)域地形的 函數(shù)，錯(cuò)定區(qū)域地形包括例如服務(wù)道路標(biāo)高化）、休止角(repose angle)(0R)和池塘寬度、 指定的軌跡參數(shù)(0T)和所需的反作用力，例如切割力，如圖12所示。
[0297] 該系統(tǒng)能夠沿礦塊的長度"堆疊"允許切割區(qū)域，并使用從挖掘操縱力計(jì)算器輸出 的數(shù)據(jù)和礦塊W及錯(cuò)定區(qū)域數(shù)據(jù)一起確定每個(gè)允許切割區(qū)域的錯(cuò)定位置。
[0298] 如果障礙物防止錯(cuò)定器定位在計(jì)算位置，操作者應(yīng)當(dāng)人工使用編輯下一錯(cuò)定位置 功能來提供實(shí)際位置。如果不運(yùn)樣做，將導(dǎo)致挖掘船產(chǎn)量的減少。
[0巧9] 停機(jī)時(shí)間減少
[0300] 相對于現(xiàn)有技術(shù)方法，本發(fā)明方法停機(jī)時(shí)間減少。如上文所述，本發(fā)明方法通過最 小化由于定位粧的行走和定位粧的蟹運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的生產(chǎn)性停機(jī)時(shí)間，提供改進(jìn)的挖掘船產(chǎn)量 的可用性。此外，相比于典型的現(xiàn)有技術(shù)15X50米的定位粧挖掘采礦面積，使用無定位粧挖 掘船設(shè)計(jì)，采礦區(qū)域可擴(kuò)大至每組錯(cuò)定位置至少約45X200米。更進(jìn)一步地，對于現(xiàn)有技術(shù) 定位粧挖掘采礦200米寬礦池，運(yùn)轉(zhuǎn)化為每中屯、線3個(gè)定位粧行走和跨越池塘3個(gè)定位粧蟹 運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致每45 X 200米采礦區(qū)域超過一小時(shí)的生產(chǎn)時(shí)間損失。
[0301] 其它優(yōu)點(diǎn)包括改善及精簡了切割軌跡，W改善池塘角邊附近的挖掘性能，開發(fā)切 割軌跡和切割順序，W保證切入礦體的一致的穿透力，W及開發(fā)可用于淺層和深層兩種操 作的挖掘操縱控制方法。對于超過22米的深度，使用現(xiàn)有技術(shù)定位粧挖掘船通常是很困難 的，除非采取措施來減少池塘水平。
[0302 ]通過文中采礦方法示例，給出W下參數(shù)：
[0303] (i )200m寬和45mm穿過長度的池塘尺寸；
[0304] (i O挖掘船18m/min的切割速度，0.7米的切割寬度；
[0305] (iii)每個(gè)角落0.5分鐘的回轉(zhuǎn)延遲(turn around delay)(最小化生產(chǎn)）；
[0306] (iv)5分鐘的定位粧行走(重新定位前進(jìn))生產(chǎn)時(shí)間損失；
[0307] (V) 15分鐘的定位粧蟹運(yùn)動(dòng)(重新定位橫向移動(dòng))生產(chǎn)時(shí)間損失，
[0308] 本發(fā)明的采礦方法提供了理論性的停機(jī)時(shí)間，保存為限定區(qū)域的開采，該停機(jī)時(shí) 間超過傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)定位粧挖掘約26 %。
[0309] 除了上述提到的運(yùn)些，下文提供的表1詳細(xì)提供了做出的假設(shè)和假設(shè)的計(jì)算變量， W確定上述理論性停機(jī)時(shí)間減少。
[0310]
[03111
[0312] 表1停機(jī)時(shí)間減少計(jì)算變量
[0313] 本發(fā)明方法，尤其是設(shè)及到的采礦方法，除了已經(jīng)強(qiáng)調(diào)過的相比于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu) 點(diǎn)，還對可持續(xù)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。
[0314] 由于本發(fā)明方法控制挖掘船維持所需的軌跡和盡可能平滑地切入礦體，設(shè)備磨損 最小化，從而增加了挖掘船資產(chǎn)的壽命和減少維護(hù)成本。運(yùn)反過來又降低了持續(xù)維持資本 要求、人力和精力投入，均為可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
[0315] 由于本發(fā)明方法提供更優(yōu)異的軌跡控制方法，礦體的邊界可更精確地開采，從而 將資源回收最大化，并將對周圍區(qū)域的意外影響最小化。
[0316] 本發(fā)明方法優(yōu)化了岸邊錯(cuò)相對于絞盤的移動(dòng)要求，并且提供了精確的位置坐標(biāo)。 運(yùn)些錯(cuò)定器包括重型前端裝載機(jī)和使用GI^定位的改良挖斗(buckets)。優(yōu)化的錯(cuò)定布置和 位置降低了人力和精力的投入。
[0317] 本發(fā)明方法典型地在遠(yuǎn)程站點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)。因此，盡量降低現(xiàn)場人員要求和相關(guān)的運(yùn) 輸和支持設(shè)備要求是有利的。
【申請人】的總控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有助于提高可靠性，有助于站外 支持，從而減少了技術(shù)人員的現(xiàn)場要求。
[0318] 在設(shè)計(jì)階段過程中本發(fā)明方法應(yīng)用到新挖掘船的情況下，定位粧、定位粧托架、輔 助定位粧和相關(guān)設(shè)備/系統(tǒng)的隨后移除大幅減少了資本支出。
[0319] 從W上描述可W看出，本發(fā)明克服了許多，即便不是全部，現(xiàn)有技術(shù)中存在的問 題，提供，除其他W外，適應(yīng)靈活的切割軌跡的挖掘船、船舶或堆疊器操縱方法，而不需要定 位粧。本發(fā)明方法能夠W直軌跡的方式操縱挖掘船，或一些其他形式船舶，運(yùn)在理論上表現(xiàn) 為類似于定位粧挖掘船，其中定位粧具有無窮大的半徑。
[0320] 一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是：
[0321] (a)每45米的掘進(jìn)(對于200米的礦井寬度來說)約26% (通常是幾個(gè)小時(shí)）的停機(jī) 時(shí)間減少，運(yùn)是由于消除了定位粧前進(jìn)和中屯、線變化的需要。使用本發(fā)明采礦方法，有可能 連續(xù)挖掘更大的區(qū)域，而沒有任何由于錯(cuò)移動(dòng)導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間。
[0322] (b)多變量控制技術(shù)的使用，盡量減少了操縱絞盤之間的相互作用，提供最大可用 的切削力，避免松弛繩索條件。
[0323] (C)允許提供靈活的操縱軌跡，W適應(yīng)挖掘船的輪廓和挖掘路徑，同時(shí)提高池塘角 落挖掘效率，最大限度地減少來自礦體出露面的回落。位于挖掘船上的雙D-GPS接收器為控 制程序提供準(zhǔn)確、快速的挖掘定位和方向反饋。應(yīng)當(dāng)注意的是，測試工作已經(jīng)表明控制系統(tǒng) 能夠操縱挖掘船300mm內(nèi)的所需軌跡。
[0324] (d)控制策略，允許切割器功率的最大化，同時(shí)最小化絞盤扭矩要求和能量消耗。
[0325] 本發(fā)明另外特別的優(yōu)點(diǎn)通過由本
【申請人】開發(fā)的挖掘船、船舶或堆疊器操縱模型實(shí) 現(xiàn)。如上所述，運(yùn)種模式將初始和復(fù)雜的幾何方程式轉(zhuǎn)換為關(guān)于絞盤力和挖掘船、船舶和堆 疊器加速度的二階微分方程。形成部分模型的操縱力計(jì)算器，允許要被考察和優(yōu)化的不同 錯(cuò)定位置的影響，包括每組錯(cuò)定位置的允許移動(dòng)或切割區(qū)域。運(yùn)種方法允許挖掘船或船舶 "無定位粧"的操縱控制，從而克服了使用定位粧的缺點(diǎn)。運(yùn)種模型的使用允許挖掘操縱力 的精確預(yù)測，W優(yōu)化錯(cuò)定位置。運(yùn)種優(yōu)化包括：
[0326] (a)為特定錯(cuò)定間隔和設(shè)置，最大化允許移動(dòng)或切割區(qū)域；
[0327] (b)最大化錯(cuò)定間隔，W最小化錯(cuò)定移動(dòng)頻率，W提高生產(chǎn)效率;和
[0328] (C)最大化錯(cuò)定位置重復(fù)使用率和盡量使錯(cuò)定調(diào)查的要求最小化的算法。運(yùn)減少 了該領(lǐng)域內(nèi)太多錯(cuò)定孔和不正確錯(cuò)定位的風(fēng)險(xiǎn)。
[0329] 本發(fā)明方法限定、包括和連接大量的組件，運(yùn)些組件提供全面的挖掘船、船舶或堆 疊器操縱控制方法。運(yùn)種關(guān)系在圖3中示意性地描述，本
【申請人】參考的是艙口虛擬定位粧技 術(shù)（HVST，化tch Virtual Spud Technology)。
[0330] 例如對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的修改和變化，被認(rèn)為屬于本發(fā)明的范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種操縱船舶的方法，所述船舶上提供有至少四個(gè)絞盤，絞盤繩索從所述至少四個(gè) 絞盤延伸至位于遠(yuǎn)離所述船舶的錨定點(diǎn)，所述絞盤可操作以操縱所述船舶，其特征在于，至 少一個(gè)絞盤在限定的扭矩下被保持，而三個(gè)絞盤用于控制所述船舶的運(yùn)動(dòng)。2. 如權(quán)利要求1的所述方法，其特征在于，在限定的扭矩下，所述或每個(gè)絞盤保持在或 接近所述最低扭矩值，所述最低扭矩值達(dá)到低勢能，同時(shí)將該絞盤繩索保持在響應(yīng)狀態(tài)。3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述船舶通過操縱控制器操縱，所述操縱 控制器發(fā)送扭矩和速度參數(shù)到所述絞盤。4. 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述船舶根據(jù)所述船舶的優(yōu)選軌跡 來操縱。5. 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，提供一冗余絞盤標(biāo)識符組件來確定 不應(yīng)該利用哪個(gè)絞盤或哪些絞盤實(shí)現(xiàn)所述船舶的期望操縱。6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述冗余絞盤標(biāo)識符通過分析哪個(gè)或哪些絞 盤最不能夠做有用工作來實(shí)現(xiàn)所述期望的輸出或結(jié)果來確定不應(yīng)該利用哪個(gè)絞盤或哪些 絞盤來實(shí)現(xiàn)所述船舶的期望操作。7. 如權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，絞盤冗余與否的所述選擇是各個(gè)優(yōu)選軌 跡、船舶幾何形狀和期望速度參數(shù)的函數(shù)。8. 如權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述冗余絞盤標(biāo)識符 采用主動(dòng)方式對所述或每個(gè)冗余絞盤做出選擇。9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所述冗余絞盤標(biāo)識符無法采取主動(dòng)方式對 所述或每個(gè)冗余絞盤做出選擇的情況下，采取被動(dòng)方式來對所述或每個(gè)冗余絞盤做出選 擇。10. 如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述冗余絞盤標(biāo)識符組件的主動(dòng)方式， 包括： (a) 加速度計(jì)算器，所述加速度計(jì)算器根據(jù)所述船舶的期望速度計(jì)算所述船舶的加速 度； (b) 船舶一絞盤速度轉(zhuǎn)換器，所述船舶一絞盤速度轉(zhuǎn)換器根據(jù)所述船舶的幾何形狀和 期望速度計(jì)算所述絞盤的期望速度； (c) 標(biāo)量投影計(jì)算器，所述標(biāo)量投影計(jì)算器提供了設(shè)置在所述船舶上并且與每個(gè)繩索 和絞盤相關(guān)的滑輪的所述期望加速度與它們各自的絞盤繩索的所述期望加速度的定量比 較；以及 (d) 定制的最小選擇器，所述定制的最小選擇器在加速度計(jì)算器和標(biāo)量投影計(jì)算器的 輸出的基礎(chǔ)上識別所述冗余絞盤。11. 如權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述冗余絞盤標(biāo)識符組件的被動(dòng)方式 包括： (a) 將絞盤扭矩反饋轉(zhuǎn)換為線張力的計(jì)算器； (b) 用作識別最適合作為冗余絞盤選擇的所述或每個(gè)絞盤的定制的最小選擇器；以及 (c) 檢查器，用于確定選擇作為冗余絞盤的所述或每個(gè)絞盤是按預(yù)期執(zhí)行的。12. 如權(quán)利要求5至11中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，識別為冗余的所述 或每個(gè)絞盤的所述期望性能是所述絞盤的速度為或接近其期望速度。13. 如權(quán)利要求5至12中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，如果被識別為冗余 的絞盤被確定為不按預(yù)期執(zhí)行的，那么一段時(shí)間內(nèi)不考慮它作為冗余絞盤。14. 如權(quán)利要求3至13中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述操縱控制器考 慮限制所述船舶的最大速度的因素。15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，限制所述船舶的最大速度的所述因素包括 輸入/輸出保護(hù)因子。16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述輸入/輸出保護(hù)因子用于限制所述船 舶的所述速度，以防止輸入或輸出設(shè)備提供不希望的結(jié)果。17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述輸入或輸出設(shè)備以切割頭的形式提 供。18. 如權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述輸入/輸出保 護(hù)因子包括切割器跳閘保護(hù)裝置。19. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述輸入或輸出裝置以堆疊吊桿的形式提 供。20. 如權(quán)利要求14至19中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，限制所述船舶的所 述最大速度的另一個(gè)因素是工序保護(hù)因子。21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述工序保護(hù)因子用于限制所述船舶的所 述速度，以避免下游/上游工序中斷或其它負(fù)面影響。22. 如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述工藝保護(hù)因子以"挖掘至濕式選礦廠 工藝線路沼澤保護(hù)"因子的形式提供。23. 如權(quán)利要求3至22中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，操作者可以修改所 述船舶的軌跡或經(jīng)由圖形用戶界面向所述操縱控制器發(fā)送指令來啟動(dòng)新的軌跡。24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述圖形用戶界面包括描繪所述船舶的俯 視平面圖的X-Y坐標(biāo)曲線圖。25. 如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，相對于當(dāng)前的優(yōu)選軌跡，所述X-Y坐標(biāo)曲線 圖允許操作者將船舶實(shí)時(shí)具體化。26. 如權(quán)利要求24或25所述的方法，其特征在于，關(guān)于所述船舶的所述位置，所述X-Y坐 標(biāo)曲線圖進(jìn)一步允許操作者將歷史信息具體化。27. 如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述X-Y坐標(biāo)曲線圖上描繪的所述實(shí)時(shí)和 歷史信息以一個(gè)信息容易地與另一信息區(qū)別開的方式提供。28. 如權(quán)利要求26或27所述的方法，其特征在于，所述X-Y坐標(biāo)曲線圖上描繪的所述實(shí) 時(shí)和歷史信息以不同的顏色來提供。29. 如權(quán)利要求26至28中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述X-Y坐標(biāo)曲線 圖被增強(qiáng)，以便在每個(gè)X、Y和Z坐標(biāo)中提供所述船舶的實(shí)時(shí)和歷史信息的三維可視化圖。30. 如權(quán)利要求23至29中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述操作員的所述 指令通過所述操縱控制器解釋，并且輸出至所述絞盤的所述控制器相應(yīng)地被調(diào)整，以實(shí)現(xiàn) 所述操作者的意圖。31. 如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述錨定點(diǎn)的位置通過識別允許 移動(dòng)區(qū)域來實(shí)現(xiàn)，在所述區(qū)域內(nèi)，由于所述錨定位置可以通過所述絞盤為所述運(yùn)動(dòng)提供足 夠的力，因而運(yùn)動(dòng)是可能的。32. 如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，允許運(yùn)動(dòng)區(qū)域的所述識別通過使用錨定運(yùn) 動(dòng)力計(jì)算器實(shí)現(xiàn)，通過所述錨定運(yùn)動(dòng)力計(jì)算器，絞盤力可用于計(jì)算特定的錨定位置和軌跡。33. 如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述船舶為無定位粧挖掘船、無定 位粧濕式選礦廠、無定位粧堆疊器模塊之一，后者任選地為尾礦堆疊器模塊。34. -種采礦方法，所述方法包括挖掘船的所述操縱方法，所述挖掘船上提供有至少四 個(gè)絞盤，絞盤繩索從所述至少四個(gè)絞盤延伸至位于遠(yuǎn)離所述挖掘船的錨定點(diǎn)，所述絞盤可 操作以操縱所述挖掘船，其特征在于，至少一個(gè)絞盤在限定的扭矩下被保持，同時(shí)三個(gè)絞盤 利用于控制所述挖掘船的運(yùn)動(dòng)。35. 如權(quán)利要求34所述的采礦方法，其特征在于，在限定的扭矩下，所述或每個(gè)絞盤保 持在或接近所述最低扭矩值，所述最低扭矩值達(dá)到低勢能，同時(shí)將該絞盤繩索保持在響應(yīng) 狀態(tài)。36. 如權(quán)利要求34或35所述的采礦方法，其特征在于，所述挖掘船通過操縱控制器，所 述操縱控制器發(fā)送扭矩和速度參數(shù)到所述絞盤。37. 如權(quán)利要求34至36中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的采礦方法，其特征在于，所述挖掘船根 據(jù)所述挖掘船的優(yōu)選軌跡來操縱。38. 如權(quán)利要求34至37中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的采礦方法，其特征在于，提供一冗余絞 盤標(biāo)識符組件來確定不應(yīng)該利用哪個(gè)絞盤或哪些絞盤實(shí)現(xiàn)所述挖掘船的期望操縱。39. 如權(quán)利要求38所述的采礦方法，其特征在于，所述冗余絞盤標(biāo)識符通過分析哪個(gè)或 哪些絞盤最不能夠做有用工作來實(shí)現(xiàn)所述期望的輸出或結(jié)果來確定不應(yīng)該利用哪個(gè)絞盤 或哪些絞盤來實(shí)現(xiàn)所述船舶的期望操作。40. 如權(quán)利要求39所述的采礦方法，其特征在于，絞盤冗余與否的所述選擇是各個(gè)優(yōu)選 軌跡、船舶幾何形狀和期望速度參數(shù)的函數(shù)。41. 如權(quán)利要求38至40中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的采礦方法，其特征在于，所述冗余絞盤 標(biāo)識符采用主動(dòng)方式對所述或每個(gè)冗余絞盤做出選擇。42. 如權(quán)利要求33至41中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的采礦方法，其特征在于，如果所述冗余 絞盤標(biāo)識符無法采取主動(dòng)方式對所述或每個(gè)冗余絞盤做出選擇的情況下，采取被動(dòng)方式對 所述或每個(gè)冗余絞盤做出選擇。43. 如權(quán)利要求41所述的采礦方法，其特征在于，所述冗余絞盤標(biāo)識符組件的主動(dòng)方 式，包括： (a) 加速度計(jì)算器，所述加速度計(jì)算器根據(jù)所述挖掘船的期望速度計(jì)算所述挖掘船的 加速度； (b) 挖掘船一絞盤速度轉(zhuǎn)換器，所述挖掘船一絞盤速度轉(zhuǎn)換器根據(jù)所述挖掘船的幾何 形狀和期望速度計(jì)算所述絞盤的期望速度； (c) 標(biāo)量投影計(jì)算器，所述標(biāo)量投影計(jì)算器提供了設(shè)置在挖掘船上并且與每個(gè)繩索和 絞盤相關(guān)的滑輪的所述期望加速度與它們各自的絞盤繩索的所述期望加速度的定量比較； 以及 (d) 定制的最小選擇器，所述定制的最小選擇器在加速度計(jì)算器和標(biāo)量投影計(jì)算器的 輸出的基礎(chǔ)上識別所述冗余絞盤。44. 如權(quán)利要43所述的方法，其特征在于，所述冗余絞盤標(biāo)識符組件的被動(dòng)方式包括： (a) 將絞盤扭矩反饋轉(zhuǎn)換為線張力的計(jì)算器； (b) 用作識別最適合作為冗余絞盤選擇的所述或每個(gè)絞盤的定制的最小選擇器；以及 (c) 檢查器，用于確定選擇作為冗余絞盤的所述或每個(gè)絞盤是按預(yù)期執(zhí)行的。45. 如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，所述或每個(gè)冗余絞盤的所述期望性能是所 述絞盤速度為或接近其期望速度。46. 如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，如果冗余絞盤被確定為不按預(yù)期執(zhí)行的， 那么一段時(shí)間內(nèi)不考慮它作為冗余絞盤。47. 如權(quán)利要求34至46中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述操縱控制器考 慮限制所述挖掘船的最大速度的因素。48. 如權(quán)利要求47所述的方法，其特征在于，限制所述挖掘船的最大速度的所述因素包 括輸入/輸出保護(hù)因子。49. 如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，所述輸入/輸出保護(hù)因子用于限制所述挖 掘船的所述速度，以防止輸入或輸出設(shè)備提供不希望的結(jié)果。50. 如權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于，所述輸入或輸出設(shè)備以切割頭的形式提 供。51. 如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，所述輸入/輸出保護(hù)因子包括切割器跳閘 保護(hù)裝置。52. 如權(quán)利要求47至51中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，限制所述挖掘船的 最大速度的另一個(gè)因素是工序保護(hù)因子。53. 如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于，所述工序保護(hù)因子用于限制所述挖掘船的 速度，以避免下游/上游工序中斷或其它負(fù)面影響。54. 如權(quán)利要求52或53所述的方法，其特征在于，所述工藝保護(hù)因子以"挖掘至濕式選 礦廠工藝線路沼澤保護(hù)"因子的形式提供。55. 如權(quán)利要求36至54中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，操作者可以修改所 述挖掘船的軌跡或經(jīng)由圖形用戶界面向所述操縱控制器發(fā)送指令來啟動(dòng)新的軌跡。56. 如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，所述圖形用戶界面包括描繪所述船舶的俯 視平面圖的X-Y坐標(biāo)曲線圖。57. 如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于，相對于當(dāng)前的優(yōu)選軌跡，所述X-Y坐標(biāo)曲線 圖允許操作者將挖掘船實(shí)時(shí)具體化。58. 如權(quán)利要求56或57所述的方法，其特征在于，關(guān)于所述挖掘船的所述位置，所述X-Y 坐標(biāo)曲線圖進(jìn)一步允許操作者將歷史信息具體化。59. 如權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，在所述X-Y坐標(biāo)曲線圖上描繪的所述實(shí)時(shí) 和歷史信息以一個(gè)信息容易地與另一信息區(qū)別開的方式提供。60. 如權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，在所述X-Y坐標(biāo)曲線圖上描繪的實(shí)時(shí)和歷 史信息以不同的顏色來提供。61. 如權(quán)利要求59或60所述的方法，其特征在于，所述X-Y坐標(biāo)曲線圖被增強(qiáng)，以便在每 個(gè)X、Y和Z坐標(biāo)中提供所述挖掘船的實(shí)時(shí)和歷史信息的三維可視化圖。62. 如權(quán)利要求55至61中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述操作員的所述 指令通過所述操縱控制器解釋，并且輸出至所述絞盤的所述控制器被相應(yīng)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)所 述操作者的意圖。63. 如權(quán)利要求34至62中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述錨定點(diǎn)的位置 通過識別允許切割區(qū)域來實(shí)現(xiàn)，在該區(qū)域內(nèi)，由于所述錨定位置可以通過所述絞盤為運(yùn)動(dòng) 提供足夠的力，因而運(yùn)動(dòng)是可能的。64. 如權(quán)利要求63所述的采礦方法，其特征在于，允許切割區(qū)域的所述識別通過使用錨 定運(yùn)動(dòng)力計(jì)算器實(shí)現(xiàn)，通過所述錨定力運(yùn)動(dòng)計(jì)算器，絞盤力可用于計(jì)算特定的錨定位置、估 計(jì)的切割力和軌跡。65. -種堆疊方法，所述堆疊方法包含堆疊模塊的所述操縱方法，所述堆疊模塊上提供 有至少四個(gè)絞盤，絞盤繩索從所述至少四個(gè)絞盤延伸至位于遠(yuǎn)離所述堆疊模塊的錨定點(diǎn)， 所述絞盤可操作以操縱所述堆疊模塊，其特征在于，在限定的扭矩下，至少一個(gè)絞盤被保 持，而三個(gè)絞盤用于控制所述挖掘船的運(yùn)動(dòng)。66. -種操縱模塊的方法，所述模塊上提供有至少四個(gè)絞盤，絞盤繩索從所述至少四個(gè) 絞盤延伸至位于遠(yuǎn)離所述模塊的錨定點(diǎn)，所述絞盤可操作以操縱所述模塊，其特征在于，每 個(gè)絞盤和繩索是動(dòng)態(tài)維護(hù)的，在限定的扭矩下，至少一個(gè)絞盤被保持，而三個(gè)絞盤用于控制 所述船舶的運(yùn)動(dòng)。67. 如權(quán)利要求66所述的方法，其特征在于，所述模塊為船舶、挖掘船、駁船、濕式選礦 廠或堆疊模塊之一。68. 用于實(shí)施如權(quán)利要求1至67中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的任何一個(gè)或多個(gè)方法的操縱 控制系統(tǒng)。
【文檔編號】E02F9/20GK106029990SQ201480049990
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年9月12日
【發(fā)明人】金泰·勞
【申請人】赫氏公司