一種用于提高絞吸式挖泥船挖泥效率的控制系統及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明一種用于提高絞吸式挖泥船挖泥效率的控制系統及其控制方法涉及用于 絞吸式挖泥船挖泥過程的控制，通過對絞吸式挖泥船排泥泵工作參數的控制來有效的提高 絞吸式挖泥船的工作效率并預防堵管事故的發生。 技術背景
[0002] 在中國沿海地區生活的人口占全國人口的比率約為45%，國民經濟的高速發展帶 來沿海的土地供應緊張，中國沿海港口建設、圍海造地等疏浚吹填工程逐年增加。尤其是沿 海灘涂、淺灘等地區，建造港口難度很大，對于圍海造地來說，卻十分有利。提高絞吸挖泥 船的施工效率對于疏浚工程企業來說，是很重要的一個課題。
[0003] 絞吸式挖泥船是目前世界上普遍使用的疏浚吹填施工主要設備，目前在絞吸式挖 泥船施工操作中普遍存在以下問題： 目前絞吸式挖泥船要達到最佳生產效率均需通過人的工作經驗和高度集中的注意力 來控制。
[0004] 缺陷是： I人的工作注意力有不確定性，不能保證持續的維持高度注意力使設備在最佳效率區 工作； ② 每個人的業務能力差距也客觀存在，無法及時意識到是否偏離了最佳效率區； ③ 偏離最佳施工效率點時無法及時糾正操作行為。
[0005] 以上三個原因導致絞吸挖泥船很難持續在最佳效率點工作，也是導致人為操作失 誤情況下發生堵管事故的根本原因，所以有必要設計出一種新的控制方法及裝置，在保證 安全的前提下提高生產效率，預防堵管事故的發生。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于：針對上述不足之處提供了一種用于提高絞吸式挖泥船挖泥效 率的控制系統，能夠有效地克服上述缺點，在保證安全的前提下提高生產效率。
[0007] 本發明的原理如下： 船上的排泥泵旋轉產生的一定的真空度，將挖掘的具有一定密度的泥漿經排泥泵吸口 吸入，泥漿在排泥泵中獲取相應的流速、排出壓力再通過船上的排泥管排出至指定地點。因 此絞吸式挖泥船上排泥泵的工作參數為吸入真空度、泥漿密度、泥漿流速、泥漿的排出壓力 四種。目前絞吸式挖泥船排泥泵的四種參數僅用于遠程顯示數值，沒有其它用途， 本發明通過四種排泥泵參數的信號來動態調節挖泥船的挖泥節奏，在滿足挖泥安全的 前提下，大幅度的提高挖泥船的挖泥效率。
[0008] 目前絞吸式挖泥船排泥泵參數的工作原理，四種排泥泵工作參數僅用于遠程顯示 數值，沒有其它用途，操作人員須時刻關注顯示儀表上的數據變化，然后運用個人的工作經 驗來作出手動操作動作。其中真空釋放閥的作用是用于在排泥泵吸口真空過高情況下自動 打開注入海水，這種憑借個人經驗來控制挖泥船工作的方式，存在著效率低、安全性差的缺 點。
[0009] 本發明一種用于提高絞吸式挖泥船挖泥效率的控制系統達到的目標如下： 1、設定最佳工作效率(密度和流速）區間，協助操作人員維持在最佳效率點挖泥工作， 提高產量，同時防止堵管發生。
[0010] 2、分析堵管發生原因，設定密度、流速、排出壓力的動作值，通過密度、流速、排出 壓力的動作值在滿足條件時及時打開真空釋放閥稀釋，降低堵管風險。
[0011] 3、設定密度下降速率報警，防止因操作原因導致密度突降而造成堵管。
[0012] 通過對絞吸式挖泥船排泥泵工作參數的控制來有效的提高絞吸式挖泥船的工作 效率并預防堵管事故的發生，在真空釋放閥上增加了真空過低控制真空釋放閥打開的功 能。
[0013] 本發明一種用于提高絞吸式挖泥船挖泥效率的控制系統的技術方案如下： 一種用于提高絞吸式挖泥船挖泥效率的控制系統由吸泥管、排泥管、排泥泵、真空釋放 閥、遠程顯示器、壓力傳感器、流速傳感器、密度傳感器、真空信號傳感器和參數控制報警裝 置組成； 所述的吸泥管為中通的圓筒，在吸泥管的一端設置有排泥泵，排泥泵的另一端設置有 排泥管； 在吸泥管的內壁安裝有真空信號傳感器，用于檢測吸泥管內的真空度； 在排泥管的內壁分別安裝有壓力傳感器、流速傳感器、密度傳感器； 壓力傳感器、流速傳感器、密度傳感器和真空信號傳感器上有信號線連接在每個傳感 器對應的遠程顯示器上，或共用的遠程顯示器上； 壓力傳感器、流速傳感器、密度傳感器還有信號線連接在參數控制報警裝置上，用以傳 輸相關信號數據，在參數控制報警裝置上設置有信號線連接在真空釋放閥上，用于控制參 數控制報警裝置的開啟，在參數控制報警裝置上還有信號線連接在遠程顯示器上，用于顯 示真空釋放閥的狀態。
[0014] 所述的參數控制報警裝置上還設有與壓力傳感器、流速傳感器、密度傳感器和真 空信號傳感器對應的聲、光報警裝置，用于在上述傳感器超出設置數值時提示報警。
[0015] 所述的參數控制報警裝置包括參數比較儀和PLC可編程控制器。
[0016] 所述的PLC可編程控制器內包含有模數轉換模塊。
[0017] 所述的參數比較儀和PLC可編程控制器采用市售的參數比較儀和PLC可編程控制 器。
[0018] 所述的參數比較儀數量為4個，分別對應比較流體密度P、流速V、出口壓力P、吸 入真空度Vac的參數。
[0019] 所述的遠程顯示器為遠程顯示儀表，每個遠程顯示儀表對應顯示流體密度P、流 速V、出口壓力P、吸入真空度Vac中的一種參數，用以避免控制系統與顯示儀表之間的相互 干擾，影響顯示與控制精度。
[0020] 本發明一種用于提高絞吸式挖泥船挖泥效率的控制系統的工作原理是通過分析 排泥泵工作的各技術參數隨工況的變化的關系，合理動態的設置各參數區間值，并通過參 數比較儀與PLC可編程控制器的控制，讓操作者高效的保持連續工作在最高效率區，并可 以防止堵管的發生。
[0021] 與排泥泵工作相關的動態技術參數包括流體密度P、泥漿流速V、排泥泵出口壓 力P、排泥泵吸口真空度Vac0
[0022] 設定絞吸挖泥船所輸送的泥漿為重力場中的不可壓縮均質流體，應用伯努利方程 式，其基本原理及理論分析如下： 伯努利方程式 p + (1/2)*pv ~2 + Pgh = c 式中P、P ^分別為流體的壓強、密度和線性速度（即泥漿流速）； h為鉛垂高度(換算為潮落差+排泥管爬坡高度）； g為重力加速度； c為常量（在此可理解為泥漿可以從排泥泵得到的總能量保持不變）。
[0023] 上式各項分別表示單位體積流體的壓力能p、重力勢能P gh和動能（l/2)*p V ~2,在沿流線運動過程中，總和保持不變，即總能量守恒。
[0024] 工作原理 1.假定其它參數不變時，流體密度P與流速V成反比，也就是說對于具體工況而言密 度P和流速V有最佳效率點，單純追求高密度導致堵管，就是說在保證不低于臨界流速的 前提下，盡量提高密度來提高工作效率。
[0025] 2.假定其它參數不變時，泥漿壓力p與流速V成反比； 3. 堵管時，排泥泵出口壓力p接近最大，流速V接近為零； 4. 流體密度P過高會導致流速V下降，當其下降至實際臨界流速時，泥漿在管路內停 止流動，發生堵管； 5. 堵管預兆時各參數的表現應為出口壓力p增大，吸入真空度Vac上升，流速V下降。
[0026] 通過PLC可編程控制器，將排泥泵工作時的四種參數(流體密度P、流速V、出口壓 力P、吸入真空度Vac)調整控制系統，信號輸入為連續變化的模擬量，輸出為開關量，輸出