專利名稱：絞吸挖泥船挖深自動控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)保疏浚技術領域，特別是涉及一種絞吸挖泥船挖深自動控制裝置。
背景技術：
在環(huán)保疏浚項目中，為保護河流及湖泊水下原狀土的自然生態(tài)，采用了更嚴格的疏浚質量控制。為保證環(huán)保疏浚質量要求的技術參數(shù)及嚴格的環(huán)境控制參數(shù)，精確測量疏浚過程中定位、挖深等重要參數(shù)并有效地控制挖深是保證疏浚質量的關鍵技術。
高精度的疏浚是環(huán)保疏浚項目成功實施的重要條件之一，其結果是減少原狀土被輸挖及細顆粒泥沙擴散所造成的污染，同時對污染泥沙能更有效的清除使浚后泥面平整，保護河流及湖泊水下的自然生態(tài)環(huán)境，是當今環(huán)保疏浚領域所追求的質量目標。
目前，絞吸挖泥挖深精度普遍較低，“浚湖”環(huán)保絞吸挖泥船配備的挖泥儀表有環(huán)保絞刀頭、濁度計、鋼樁臺車、產(chǎn)量計等設備。但沒有高精度的挖泥控制儀表，環(huán)保絞刀頭手動控制，施工時要保證環(huán)保絞刀挖掘面的水平較困難。如果頻繁調整絞刀，增加操作人員的勞動強度，影響施工效率、施工精度低且施工后的平整度較差。
發(fā)明內容
本發(fā)明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種絞吸挖泥船挖深自動控制裝置。
本發(fā)明目的是控制絞吸挖泥船的環(huán)保絞刀頭保持水平，實時性好，可靠性高，進而提高挖深自動控制及挖深精度。
本發(fā)明的裝置包括高精度GPS定位系統(tǒng)即RTK GPS定位儀，實時測量船舶位置；高精度3011 GPS羅經(jīng)儀，實時測量船舶航向；高精度角度傳感器即膜點位傾角傳感器，實時測量橋架、絞刀頭角度及深度；智能磁控吃水數(shù)字傳感器，實時測量船吃水；高精度臺車行程數(shù)字傳感器，確定疏浚面的行程及絞刀的位置；“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”(A、B機)采集各傳感信號數(shù)據(jù)處理、數(shù)字通訊；“雙機熱備監(jiān)視控制器(C機)”實時監(jiān)視“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”(A、B機)的工作狀態(tài)，當處于工作狀態(tài)的“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”出現(xiàn)故障時，“雙機熱備監(jiān)視控制器”則將工作在熱備狀態(tài)的“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”切換為當前工作狀態(tài)，并向系統(tǒng)主機發(fā)送檢修故障信息。
現(xiàn)場采集的數(shù)字信號、模擬信號、開關信號進行轉換、調理；通過網(wǎng)絡為上位機提供實時動態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)系統(tǒng)主機的計算、處理以數(shù)字、圖形的方式送顯同時對絞刀挖深、挖掘頭角度狀態(tài)進行控制，實時性好、挖深精度高；系統(tǒng)采用雙機熱備方式運行，關鍵部位橋架、刀頭采用雙角度傳感器，提高了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)接收GPS定位信號通過坐標轉換、高斯投影轉換后的平面x、y坐標，同時系統(tǒng)接收羅經(jīng)角度，與已知的船體參數(shù)通過投影計算，將平面位置定位于絞刀頭的挖深點，挖深控制以設計底高程控制挖深。
本發(fā)明采用先進的衛(wèi)星導航定位技術、地理信息處理技術、高精度微機測控技術和先進的傳感器技術，進行數(shù)字化處理，實現(xiàn)絞吸挖泥船高精度定位及挖深自動控制裝置。它通過安裝在橋架的雙角度傳感器、絞刀頭的雙角度傳感器、智能磁控吃水數(shù)字傳感器、高精度臺車行程數(shù)字傳感器、RTK GPS定位儀，3011 GPS羅經(jīng)儀及控制開關信號通過計算，實現(xiàn)高精度控制挖深。以數(shù)字及圖形的方式實時顯示橋架、絞刀頭姿態(tài)、挖深斷面、挖深平面圖。實現(xiàn)可視化疏浚，提高了疏浚質量?？：竽嗝嫫秸雀?，保護水資源生態(tài)環(huán)境。
本方案中，“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”通過對橋架角度傳感器、絞刀頭角度傳感器、智能磁控吃水數(shù)字傳感器、高精度臺車行程數(shù)字傳感器、控制開關信號與“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”連接，“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”采用標準的RS485串口向系統(tǒng)主機發(fā)送數(shù)據(jù)包。系統(tǒng)主機為一臺高性能工業(yè)控制計算機，設有八串口多用戶卡，對3011 GPS羅經(jīng)儀、RTKGPS定位儀、“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”“雙機熱備監(jiān)視控制器”等設備輸入的數(shù)據(jù)信息，以及輸出的數(shù)據(jù)信息進行通訊，對數(shù)據(jù)進行計算、處理、通過顯示器顯示各圖形及系統(tǒng)挖泥參數(shù)。同時系統(tǒng)主機收到絞刀頭的平面位置及深度與設計挖深進行比較后向“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”發(fā)出控制參數(shù)，“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”收到系統(tǒng)主機發(fā)出信號后，向設備執(zhí)行機構發(fā)出控制指令，控制橋架的執(zhí)行機構，同時控制絞刀頭的執(zhí)行裝置，并實時向系統(tǒng)主機發(fā)送當前絞刀挖深及絞刀的角度，當?shù)竭_挖深點及絞刀頭處在水平狀態(tài)時系統(tǒng)主機向“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”發(fā)出停止控制參數(shù)“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”收到停止信號后發(fā)出控制命令，控制橋架執(zhí)行裝置使橋架停止、控制絞刀頭執(zhí)行裝置使絞刀停止。從而達到控制絞刀水平挖深目的。
本發(fā)明技術方案特點1.高精度平面定位，定位點在絞刀頭。定位精度厘米級；2.高精度控制挖深，系統(tǒng)挖深精度±5厘米；
3.實時顯示、橋架、絞刀頭姿態(tài)、挖深斷面、平面圖；4.具有潮位自動/手動輸入功能；5.具有挖深自動/手動控制功能、手動優(yōu)先；實時控制橋架、實時控制絞刀頭水平姿態(tài)；按照設計底高程控制絞刀下放挖深。
6.具有挖深、挖寬超限報警功能；7.實時顯示挖深斷面，浚后更新色塊；8.挖深范圍根據(jù)需要設定；9.具有數(shù)據(jù)存儲、打印、數(shù)據(jù)回放；10.具有顯示故障點提示、自動檢測；11.具有雙機熱備，可靠性高。
本發(fā)明所采取的技術方案是絞吸挖泥船挖深自動控制裝置，由監(jiān)視控制器、定位裝置、船舶船向測量裝置、船舶吃水測量裝置構成，監(jiān)視控制器連接定位裝置、船舶船向測量裝置、船舶吃水測量裝置，其特點是監(jiān)視控制器連接臺車行程傳感器，監(jiān)視控制器連接橋架、絞刀頭的角度傳感器及控制傳動機構。
本發(fā)明還可以采用如下技術措施所述的絞吸挖泥船挖深自動控制裝置，其特點是監(jiān)視控制器連接橋架雙角度傳感器和絞刀頭雙角度傳感器。
所述的絞吸挖泥船挖深自動控制裝置，其特點是監(jiān)視控制器連接的橋架雙角度傳感器對稱安裝于橋架兩側，絞刀頭雙角度傳感器對稱安裝于絞刀頭的兩側。
所述的絞吸挖泥船挖深自動控制裝置，其特點是監(jiān)視控制器連接橋架和絞刀頭控制傳動機構為液壓缸傳動機構。
所述的絞吸挖泥船挖深自動控制裝置，其特點是監(jiān)視控制器由1臺系統(tǒng)計算機并連有1臺雙機熱備監(jiān)視控制器和2臺數(shù)據(jù)采集通訊控制器構成。
所述的絞吸挖泥船挖深自動控制裝置，其特點是系統(tǒng)計算機相連有顯示器和數(shù)據(jù)輸入、輸出設備。
本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是絞吸挖泥船挖深自動控制裝置，采用多CPU技術，分布數(shù)據(jù)采集、數(shù)字通訊、集中處理、實時監(jiān)控、雙機熱備，具有可靠性高、操作簡單、通用性強等特點。通過采集不同傳感器信號進行運算、處理、按照設計底高程控制絞刀下放挖深。實時顯示絞刀挖深姿態(tài)、挖泥平面圖及橫斷面圖。實現(xiàn)高精度平面定位，高精度挖深自動控制。系統(tǒng)顯示挖深精度±5cm；系統(tǒng)平面定位精度≤±20cm；根據(jù)施工現(xiàn)場的具體工況，通過自動控制，采用合理施工工藝使浚后疏浚精度控制≤10cm。
圖1是本發(fā)明系統(tǒng)組成框圖結構示意圖；圖2是本發(fā)明安裝結構示意圖；圖3是圖2俯視結構示意圖；圖4是本發(fā)明自動控制原理示意圖；圖5是絞刀頭角度傳感器及傳動機構結構示意圖；圖6是橋架角度傳感器安裝位置示意圖。
圖中1-系統(tǒng)主機，2-數(shù)據(jù)采集通訊控制器(A)，3-數(shù)據(jù)采集通訊控制器(B)，4-雙機熱備監(jiān)視控制器(C)，5-顯示器，6-RTK GPS定位儀，7-3011 GPS羅經(jīng)儀，8-RTKGPS定位儀天線，9-3011 GPS羅經(jīng)儀天線，10-臺車行程傳感器，11-吃水傳感器，12、13-橋架角度傳感器。14，15-絞刀頭角度傳感器，16-A或B機自動執(zhí)行信號選通邏輯，17-自動執(zhí)行信號反饋邏輯，18-手動執(zhí)行信號反饋邏輯，19-自動、手動信號選通邏輯，20-挖泥控制臺自動開關，21-挖泥控制臺手動開關，22-執(zhí)行裝置電磁閥，23-挖泥絞刀頭，24-橋架，25-絞刀頭推/拉液壓缸裝置，26-絞刀頭支撐活動軸。
具體實施例方式
為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下請參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6。
絞吸挖泥船挖深自動控制裝置是由系統(tǒng)主機1、“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”(A機、B機)2、3、“雙機熱備監(jiān)視控制器”4、顯示器5、RTK GPS定位儀6、3011 GPS羅經(jīng)儀7、臺車行程傳感器10、吃水傳感器11、橋架雙對稱角度傳感器12、13、絞刀頭雙對稱角度傳感器14、15等設備組成?！皵?shù)據(jù)采集通訊控制器”2、3連接臺車行程傳感器10，監(jiān)視控制器連接橋架雙角度傳感器12、13，絞刀頭的雙角度傳感器14、15及推/拉液壓缸控制傳動機構25。系統(tǒng)主機連有顯示器和數(shù)據(jù)輸入及打印機。為獲取挖深自動控制，高精度傳感器及控制系統(tǒng)是本發(fā)明的關鍵部件。
絞吸挖泥船挖深自動絞刀頭控制控制裝置過程系統(tǒng)主機1接收RTK GPS定位儀6從天線8獲得的信號和3011 GPS羅經(jīng)儀7從天線9獲得的信號，計算出當前位置后，根據(jù)電子施工圖將設定的施工參數(shù)發(fā)送給“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”2，3?！皵?shù)據(jù)采集通訊控制器”(A機、B機)2、3采集臺車行程傳感器10、吃水傳感器11、橋架角度傳感器12、13、絞刀頭角度傳感器14、15的信號參數(shù)進行處理?！皵?shù)據(jù)采集通訊控制器”，一臺工作在熱備狀態(tài)，另一臺則處于當前工作狀態(tài)。“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”的工作狀態(tài)由“雙機熱備監(jiān)視控制器”4決定。當處于工作狀態(tài)的“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”出現(xiàn)故障時，“雙機熱備監(jiān)視控制器”則將工作在熱備狀態(tài)的“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”切換為當前工作狀態(tài)，并向系統(tǒng)主機發(fā)送檢修故障信息。
駕駛臺挖泥操作面板自動/手動控制轉換開關20，21，由挖泥施工人員來決定施工狀態(tài)選擇的命令開關。當施工狀態(tài)選擇為自動控制狀態(tài)時，系統(tǒng)進入自動挖深。同時挖泥施工員可隨時進行手動操作，系統(tǒng)自動退出自動控制狀態(tài)。
手動執(zhí)行反饋信號18，將信號送入下一邏輯，同時將信號反饋到“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”(A機或B機)，其作用是使“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”實時跟蹤當前挖泥工作狀態(tài)，避免當切換到自動狀態(tài)時產(chǎn)生工作狀態(tài)的不銜接，從而平滑的完成由手動狀態(tài)到自動狀態(tài)的轉換過程。
“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”(A機或B機)自動執(zhí)行信號的選通邏輯16，在“雙機熱備監(jiān)視控制器”(C機)4的控制下，選通“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”(A機或B機)的相應通道后，“自動執(zhí)行信號反饋邏輯”17。
“自動執(zhí)行信號反饋邏輯”17，將信號送入下一邏輯，同時將信號反饋到選通“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”(A機或B機)，其作用是使工作在熱備狀態(tài)的“數(shù)據(jù)采集通訊控制器”實時跟蹤工作狀態(tài)，避免切換時產(chǎn)生工作狀態(tài)的振蕩，從而平滑的完成熱備狀態(tài)到工作狀態(tài)的切換。
“自動、手動信號選通邏輯”19自動信號輸入時手動通道被關閉，手動信號輸入時自動通道被關閉?！白詣?、手動信號選通邏輯”的輸出信號控制執(zhí)行裝置電磁閥22，進而驅動橋架及絞刀推/拉液壓缸執(zhí)行裝置，從而實現(xiàn)絞吸挖泥船挖深自動控制。
權利要求
1.一種絞吸挖泥船挖深自動控制裝置，由監(jiān)視控制器、定位裝置、船舶船向測量裝置、船舶吃水測量裝置構成，監(jiān)視控制器連接定位裝置、船舶船向測量裝置、船舶吃水測量裝置，其特征是監(jiān)視控制器連接臺車行程傳感器，監(jiān)視控制器連接橋架、絞刀頭的角度傳感器及控制傳動機構。
2.根據(jù)權利要求1所述的絞吸挖泥船挖深自動控制裝置，其特征是監(jiān)視控制器連接橋架雙角度傳感器和絞刀頭雙角度傳感器。
3.根據(jù)權利要求2所述的絞吸挖泥船挖深自動控制裝置，其特征是監(jiān)視控制器連接的橋架雙角度傳感器對稱安裝于橋架兩側，絞刀頭雙角度傳感器對稱安裝于絞刀頭的兩側。
4.根據(jù)權利要求1所述的絞吸挖泥船挖深自動控制裝置，其特征是監(jiān)視控制器連接橋架和絞刀頭控制傳動機構為液壓缸傳動機構。
5.根據(jù)權利要求1所述的絞吸挖泥船挖深自動控制裝置，其特征是監(jiān)視控制器由1臺系統(tǒng)計算機并連有1臺雙機熱備監(jiān)視控制器和2臺數(shù)據(jù)采集通訊控制器構成。
6.根據(jù)權利要求5所述的絞吸挖泥船挖深自動控制裝置，其特征是系統(tǒng)計算機相連有數(shù)據(jù)輸入、輸出設備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種絞吸挖泥船挖深自動控制裝置。本發(fā)明屬于環(huán)保疏浚技術領域。絞吸挖泥船挖深自動控制裝置，由監(jiān)視控制器、定位裝置、船舶船向測量裝置、船舶吃水測量裝置構成，監(jiān)視控制器連接定位裝置、船舶船向測量裝置、船舶吃水測量裝置，其特點是監(jiān)視控制器連接臺車行程傳感器，監(jiān)視控制器連接橋架、絞刀頭的角度傳感器及控制傳動機構。本發(fā)明實現(xiàn)可視化疏浚，系統(tǒng)的可靠性高，對絞刀挖深、挖掘頭角度狀態(tài)進行控制，實時性好、挖深精度高，泥面平整度高，提高了疏浚質量，能有效保護水資源生態(tài)環(huán)境。
文檔編號G05D3/00GK1740462SQ200410020379
公開日2006年3月1日 申請日期2004年8月27日 優(yōu)先權日2004年8月27日
發(fā)明者李金貴, 李進軍, 楊建華, 王勇, 李智, 孫培璟, 葛文華, 柴虹 申請人:天津航道勘察設計研究院