專利名稱：一種海洋勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種海洋勘察設(shè)備，尤其涉及海洋勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
海洋蘊(yùn)藏著大量資源，資源勘探和開采利用對我國海洋事業(yè)發(fā)展具有重要意義。一般裝配了海洋勘察設(shè)備的勘探船出發(fā)到海上進(jìn)行勘探活動(dòng)時(shí)，由于船體及勘察設(shè)備在エ作過程中會隨著波浪運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生縱向和橫向振動(dòng)，從而使安裝在船頭或船體側(cè)面的用于吊住勘察設(shè)備的起吊鋼絲繩產(chǎn)生拉伸和彎曲變形，因此影響海洋勘察系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。為了保證勘察設(shè)備在海上風(fēng)浪中作業(yè)的穩(wěn)定性，在海洋勘察系統(tǒng)中需要増加海浪升沉補(bǔ)償控制。目前，海上作業(yè)所用的勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償系統(tǒng)按動(dòng)力供應(yīng)來分主要有被動(dòng)補(bǔ)償和主動(dòng)補(bǔ)償兩種。被動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的補(bǔ)償動(dòng)カ來源于船本身在海浪中的升沉，當(dāng)船升沉?xí)r，依靠海浪的舉升カ和船自身的重力來壓縮和釋放蓄能器中的壓縮空氣，從而對海浪造成的升沉進(jìn)行一定補(bǔ)償。此種波浪補(bǔ)償系統(tǒng)幾乎不消耗動(dòng)力，因此應(yīng)用比較廣泛。但是這種補(bǔ)償方式的最大缺點(diǎn)就是補(bǔ)償性能不穩(wěn)定，滯后比較大，無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制。而另ー種主動(dòng)型波浪補(bǔ)償系統(tǒng)的工作方式是按照發(fā)布的實(shí)時(shí)海浪預(yù)報(bào)信息，采用補(bǔ)償系統(tǒng)的動(dòng)カ機(jī)的能源對當(dāng)天的海浪進(jìn)行主動(dòng)補(bǔ)償，主動(dòng)控制補(bǔ)償系統(tǒng)工作來抵制海浪造成的升沉現(xiàn)象對勘察設(shè)備的影響，如采用液壓泵作為動(dòng)カ源。該類型補(bǔ)償系統(tǒng)可以采用反饋控制，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)性好，補(bǔ)償精度高，補(bǔ)償性能穩(wěn)定。但是消耗的功率較大，需要的信息量和處理的信息量也很大，不適合于中小功率勘察設(shè)備和小型勘察場合。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供ー種海洋勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)，解決現(xiàn)在的勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償系統(tǒng)部分滯后比較大，無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制，部分消耗的功率太大，需要的信息量和處理的信息量也很大，不適合于中小功率勘察設(shè)備和小型勘察場合的缺陷。技術(shù)方案ー種海洋勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)，包括勘察設(shè)備和采用鋼絲繩連接的起吊車，其特征在于還包括導(dǎo)向滑輪和補(bǔ)償油缸，所述導(dǎo)向滑輪和補(bǔ)償油缸設(shè)置在勘察設(shè)備和起吊車之間，連接勘察設(shè)備和起吊車的鋼絲繩從起吊車出來后在導(dǎo)向滑輪上繞過，再繞過補(bǔ)償油缸后和勘察設(shè)備連接，所述導(dǎo)向滑輪上安裝有鋼絲繩張カ傳感器，所述補(bǔ)償油缸連接有蓄能器，所述鋼絲繩張カ傳感器將信號傳送至升沉補(bǔ)償控制器，所述升沉補(bǔ)償控制器與起吊車連接，控制起吊車運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)整勘察設(shè)備。所述補(bǔ)償油缸上設(shè)置有位置開關(guān)，所述位置開關(guān)與所述升沉補(bǔ)償控制器電連接，將信號傳送至升沉補(bǔ)償控制器。[0008]所述位置開關(guān)包括分別安裝在補(bǔ)償油缸頂和底的上下限位開關(guān)。所述位置開關(guān)還包括中間位置開關(guān)和接近補(bǔ)償油缸底的下限位預(yù)判開關(guān)。所述中間位置開關(guān)包括中位上位置開關(guān)和中位下位置開關(guān)兩個(gè)位置開關(guān)。所述升沉補(bǔ)償控制器還與船舶升沉測量裝置之間以總線連接，所述船舶升沉測量裝置包括波浪傳感器，將波浪傳感器測得的加速度值和波高參數(shù)或位移值參數(shù)傳送給升沉補(bǔ)償控制器。
所述起吊車采用液壓絞車，提供液壓絞車動(dòng)カ的液壓伺服系統(tǒng)與升沉補(bǔ)償控制器連接，接收升沉補(bǔ)償控制器的控制信號改變液壓絞車的動(dòng)力，控制液壓絞車的運(yùn)動(dòng)。所述張カ傳感器設(shè)置在所述導(dǎo)向滑輪的中心旋轉(zhuǎn)軸上。所述補(bǔ)償油缸包括缸體和沿缸體內(nèi)壁上下運(yùn)動(dòng)的柱塞，所述缸體與連接的定滑輪固定設(shè)置，所述柱塞上設(shè)置有動(dòng)滑輪，鋼絲繩從所述定滑輪和動(dòng)滑輪之間繞過。有益效果本實(shí)用新型的海洋勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)和方法使用油缸和張力補(bǔ)償結(jié)合，被動(dòng)補(bǔ)償和主動(dòng)補(bǔ)償結(jié)合，適用于各種波浪情況，而且節(jié)能的同時(shí)效率也高，因?yàn)橛透缀弯摻z繩張カ進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，因此更貼近現(xiàn)場狀況，控制速度快，數(shù)據(jù)處理量少，成本降低，適用于各類型勘察場合。

圖I是海洋勘査裝置升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)組成示意框圖。圖2是海洋勘査裝置示意圖。圖3是補(bǔ)償油缸結(jié)構(gòu)示意圖。其中I-液壓絞車，2-勘察設(shè)備，3-導(dǎo)向滑輪，4-補(bǔ)償油缸，5-蓄能器，6_行程位置開關(guān)，7-缸體，8-柱塞，9-油缸底座，10-定滑輪，11-動(dòng)滑輪，12-導(dǎo)桿。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，進(jìn)ー步闡述本實(shí)用新型。如附圖I和附圖2所示，本實(shí)用新型的補(bǔ)償控制系統(tǒng)主要包括船舶升沉測量裝置、張カ傳感器、升沉補(bǔ)償控制器、補(bǔ)償油缸4及油缸行程監(jiān)測的位置開關(guān)、導(dǎo)向滑輪3等組成。所述的船舶升沉測量裝置用于采集船舶垂直方向的加速度值及位移值，計(jì)算被動(dòng)補(bǔ)償壓力。本實(shí)用新型的張カ傳感器安裝在井架上的導(dǎo)向滑輪3的中心軸上，張カ傳感器用于測定液壓絞車鋼絲繩的張カ參數(shù)，升沉補(bǔ)償控制器模塊根據(jù)鋼絲繩張カ參數(shù)計(jì)算補(bǔ)償量，向液壓伺服系統(tǒng)發(fā)出控制信號，控制液壓絞車I進(jìn)行主動(dòng)補(bǔ)償和船舶漂移補(bǔ)償。主動(dòng)補(bǔ)償控制可分張カ控制模式和油缸行程位置控制模式，補(bǔ)償方式根據(jù)優(yōu)先級設(shè)置決定，被動(dòng)補(bǔ)償采用補(bǔ)償油缸和蓄能器控制模式。本實(shí)用新型中補(bǔ)償油缸底座9上布置有行程位置開關(guān)6，其中油缸上限Sxl和下限Sx5位置開關(guān)采用機(jī)械行程開關(guān)，其它油缸位置開關(guān)采用金屬感應(yīng)接近開關(guān)。油缸行程控制補(bǔ)償模式通過油缸上下限位開關(guān)、中間位置開關(guān)進(jìn)行主動(dòng)補(bǔ)償。本實(shí)用新型系統(tǒng)工作首先需要對升沉補(bǔ)償控制器進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)置作業(yè)水深(m)、海況條件，初歩設(shè)定控制器的PID參數(shù)。補(bǔ)償控制系統(tǒng)的設(shè)置采用預(yù)測設(shè)置，預(yù)測設(shè)置是在勘察設(shè)備降放之前進(jìn)行的ー種設(shè)置。計(jì)算①首先用測深儀測出工作點(diǎn)的水深確切數(shù)據(jù)h，根據(jù)h計(jì)算出鋼絲繩在水中的重力G(除去海水浮力后的重力)，例如在水深h等于3000m時(shí)，G3000 =514. 7kg/100MXlX9. 8(7. 8-1. 03)/7. 8 = 131. 3kN ;②計(jì)算出補(bǔ)償カ F，F(xiàn) = G+20，例如在水深3000m時(shí)F3000 = 151. 34kN ;③計(jì)算出補(bǔ)償油缸在中位時(shí)的油壓PO，操作PO = 24F/π D2，例如在3000m時(shí)PO = 14. 8MPa。④計(jì)算為補(bǔ)償油缸4的柱塞8全出時(shí)壓カP出=718/768P0，例如在3000m時(shí)Pa= 13. 8MPa。該計(jì)算通過控制臺上的計(jì)算機(jī)在初始化后自動(dòng)計(jì)算得到結(jié)果。計(jì)算出波浪補(bǔ)償蓄能器充氣壓力以及補(bǔ)償油缸充油壓力，并設(shè)置充氣和充油壓カ報(bào)警值，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行蓄能器充壓操作。絞車鋼絲繩放出長度采用在井架的對應(yīng)導(dǎo)向滑輪3上安裝接近開關(guān)測量滑輪轉(zhuǎn)速的方法來測定放繩速度與時(shí)間，從而計(jì)算出放繩長度，并介入控制系統(tǒng)。操作勘察設(shè)備下放，當(dāng)勘察設(shè)備到底后，系統(tǒng)壓カ會突然下降同時(shí)張カ傳感器也會出現(xiàn)張カ突然下降的狀況，此時(shí)表示勘察設(shè)備2已到底了，并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行標(biāo)定和記憶?？辈煸O(shè)備2到底的標(biāo)志為油缸中間行程開關(guān)第一次有信號，此時(shí)因?yàn)閴亥珳p少而油缸·動(dòng)作，勘察設(shè)備2到底后，設(shè)備被動(dòng)補(bǔ)償正式開始工作，由于負(fù)荷下降，補(bǔ)償油缸4在負(fù)荷減少的情況下，由于蓄能器作用補(bǔ)償油缸柱塞8將逐漸伸出，如附圖3所示。在油缸導(dǎo)桿底座上布置有行程位置開關(guān)，其中油缸上限Sxl和下限Sx5位置開關(guān)采用機(jī)械行程開關(guān)，其它油缸位置采用金屬感應(yīng)接近開關(guān)，以顯示油缸柱塞工作位置。被動(dòng)補(bǔ)償是液壓油缸自動(dòng)平衡海浪浮沉，假如補(bǔ)償量不夠，則系統(tǒng)介入自動(dòng)主動(dòng)補(bǔ)償工作，即主被動(dòng)補(bǔ)償同時(shí)作用。補(bǔ)償油缸行程開關(guān)設(shè)置了ー個(gè)上限位開關(guān)Sxl ;兩個(gè)中間位置開關(guān)，Sx2為中位上位置開關(guān)，Sx3為中位下位置開關(guān)；兩個(gè)下限位開關(guān)，Sx4為下限位預(yù)判開關(guān)，用來預(yù)計(jì)行程要接近下限位置吋，Sx5為下限位開關(guān)。中間設(shè)置兩個(gè)位置開關(guān)主要是用于記憶判斷油缸運(yùn)動(dòng)方向，兩開關(guān)間距離50-80mm。上下位置開關(guān)除用于顯示油缸行程位置外，還用于控制打開主動(dòng)補(bǔ)償，并確定主動(dòng)補(bǔ)償方向。當(dāng)由于波浪過大或船舶漂移造成補(bǔ)償油缸行程越過上下限位開關(guān)位置時(shí)，就啟動(dòng)主動(dòng)補(bǔ)償，上限位Sxl輸入有效時(shí)，主動(dòng)補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)絞車收繩；下限位預(yù)判開關(guān)Sx4有效時(shí)，開始起動(dòng)主動(dòng)補(bǔ)償并產(chǎn)生斜坡輸出信號，跨過控制死區(qū)。下限位Sx5輸入有效時(shí)，主動(dòng)補(bǔ)償加速驅(qū)動(dòng)絞車放繩；當(dāng)油缸行程離開極限位置，工作在中間位置時(shí)，主動(dòng)補(bǔ)償自動(dòng)關(guān)閉。此階段系統(tǒng)僅僅需要被動(dòng)補(bǔ)償就可以了。張カ傳感器安裝在井架上的滑輪軸上，用來測定鋼絲繩的張力，并通過張カ控制器輸出張力實(shí)時(shí)參數(shù)，根據(jù)鋼絲繩張カ參數(shù)進(jìn)行主動(dòng)波浪補(bǔ)償和船舶漂移補(bǔ)償控制。波浪傳感器提供加速度、波高參數(shù)，主動(dòng)補(bǔ)償控制的PID控制參數(shù)與測定的加速度相關(guān)，同時(shí)在波浪補(bǔ)償カ的理論計(jì)算時(shí)也需要加速度值用于計(jì)算慣性力。波浪加速度由船舶升沉測量裝置通過CANl總線輸入。主動(dòng)補(bǔ)償?shù)腜ID控制參數(shù)，引入波浪加速度控制參數(shù)，并按照設(shè)計(jì)的控制模型進(jìn)行控制響應(yīng)。張カ控制補(bǔ)償或油缸行程位置控制補(bǔ)償模式根據(jù)優(yōu)先級設(shè)置決定，當(dāng)勘察作業(yè)完工后，即關(guān)掉主動(dòng)補(bǔ)償，操作絞車提取勘察設(shè)備，提取設(shè)備到一定高度(離海底50m以上)后可以解除被動(dòng)補(bǔ)償工作，即可以對補(bǔ)償油缸進(jìn)行排油操作。
權(quán)利要求1.ー種海洋勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)，包括勘察設(shè)備和采用鋼絲繩連接的起吊車，其特征在于還包括導(dǎo)向滑輪和補(bǔ)償油缸，所述導(dǎo)向滑輪和補(bǔ)償油缸設(shè)置在勘察設(shè)備和起吊車之間，連接勘察設(shè)備和起吊車的鋼絲繩從起吊車出來后在導(dǎo)向滑輪上繞過，再繞過補(bǔ)償油缸后和勘察設(shè)備連接，所述導(dǎo)向滑輪上安裝有鋼絲繩張カ傳感器，所述補(bǔ)償油缸連接有蓄能器，所述鋼絲繩張カ傳感器將信號傳送至升沉補(bǔ)償控制器，所述升沉補(bǔ)償控制器與起吊車連接，控制起吊車運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)整勘察設(shè)備。
2.如權(quán)利要求I所述的海洋勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于所述補(bǔ)償油缸上設(shè)置有位置開關(guān)，所述位置開關(guān)與所述升沉補(bǔ)償控制器電連接，將信號傳送至升沉補(bǔ)償控制器。
3.如權(quán)利要求2所述的海洋勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于所述位置開關(guān)包括分別安裝在補(bǔ)償油缸頂和底的上下限位開關(guān)。
4.如權(quán)利要求3所述的海洋勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于所述位置開關(guān)還包括中間位置開關(guān)和接近補(bǔ)償油缸底的下限位預(yù)判開關(guān)。
5.如權(quán)利要求4所述的海洋勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于所述中間位置開關(guān)包括中位上位置開關(guān)和中位下位置開關(guān)兩個(gè)位置開關(guān)。
6.如權(quán)利要求I所述的海洋勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于所述升沉補(bǔ)償控制器還與船舶升沉測量裝置之間以總線連接，所述船舶升沉測量裝置包括波浪傳感器，將波浪傳感器測得的加速度值和波高參數(shù)或位移值參數(shù)傳送給升沉補(bǔ)償控制器。
7.如權(quán)利要求I所述的海洋勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于所述起吊車采用液壓絞車，提供液壓絞車動(dòng)カ的液壓伺服系統(tǒng)與升沉補(bǔ)償控制器連接，接收升沉補(bǔ)償控制器的控制信號改變液壓絞車的動(dòng)力，控制液壓絞車的運(yùn)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求I所述的海洋勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于所述張カ傳感器設(shè)置在所述導(dǎo)向滑輪的中心旋轉(zhuǎn)軸上。
9.如權(quán)利要求I所述的海洋勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于所述補(bǔ)償油缸包括缸體和沿缸體內(nèi)壁上下運(yùn)動(dòng)的柱塞，所述缸體與連接的定滑輪固定設(shè)置，所述柱塞上設(shè)置有動(dòng)滑輪，鋼絲繩從所述定滑輪和動(dòng)滑輪之間繞過。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種海洋勘察設(shè)備，屬于海洋勘察領(lǐng)域。一種海洋勘察設(shè)備的升沉補(bǔ)償控制系統(tǒng)，包括勘察設(shè)備和采用鋼絲繩連接的起吊車，還包括導(dǎo)向滑輪和補(bǔ)償油缸，所述導(dǎo)向滑輪和補(bǔ)償油缸設(shè)置在勘察設(shè)備和起吊車之間，連接勘察設(shè)備和起吊車的鋼絲繩從起吊車出來后在導(dǎo)向滑輪上繞過，再繞過補(bǔ)償油缸后和勘察設(shè)備連接，所述導(dǎo)向滑輪上安裝有鋼絲繩張力傳感器，所述補(bǔ)償油缸連接有蓄能器，所述鋼絲繩張力傳感器將信號傳送至升沉補(bǔ)償控制器，所述升沉補(bǔ)償控制器與起吊車連接，控制起吊車調(diào)整勘察設(shè)備。本實(shí)用新型使用油缸和張力補(bǔ)償結(jié)合，被動(dòng)補(bǔ)償和主動(dòng)補(bǔ)償結(jié)合，適用于各種波浪情況，而且節(jié)能的同時(shí)效率也高，更貼近現(xiàn)場狀況，控制速度快。
文檔編號B66D1/50GK202499677SQ20122012185
公開日2012年10月24日 申請日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者徐志強(qiáng), 江濤, 王志勇, 諶志新 申請人:中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所