[发明专利]一种自航全回转起重船起重机的控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种自航全回转起重船起重机的控制系统，其特征在于，是将自航全 回转巨型起重船的起重机构、压载系统、锚泊系统3个控制系统集成于一个系 统，按协调控制原则进行综合控制与安全保护；在自航起重船整体的起重机构、 压载系统、锚泊系统中分别配置各类合适的传感器组，使自航起重船的起重控 制、压载控制、锚泊控制形成3个并行的闭环反馈；在此基础上增加协调控制 器，对3个子系统传感器组采集的相关信号进行计算，以将起重船的稳心控制 在船舶稳性的安全区域范围内为目标，运用协调控制器对3个子系统的操作、 控制进行监督和设定指令给定，最终起到安全保护控制作用；

所述控制系统包括协调控制子系统、起重控制子系统、压载控制子系统、 锚泊控制子系统4个子系统，所述协调控制子系统通过现场总线分别对起重控 制子系统、压载控制子系统、锚泊控制子系统进行综合协调控制；

协调控制子系统由工控PC机和作为核心控制器的实时微控制器组成；工 控PC机与微控制器之间进行数据信息的传输，并由微控制器通过现场总线实 现对外控制；

起重控制子系统包括操控主令控制器组、微控制器I、工控PC机、系统状 态检测显示仪表、起升控制及其双变频器组、变幅控制及其双变频器组、回转 控制及其变频器组、机构检测保护与报警装置，设备之间通过现场总线进行联 接，实现信息的双向传递，同时使多变频器组、多执行电机实行同步工作；同 时操控主令控制器组传输控制命令到微控制器，微控制器分别通过起升控制及 其双变频器组、变幅控制及其双变频器组、回转控制及其变频器组、机构检测 保护与报警装置对起重机钢结构中的起升电机组、变幅电机组、全回转电机群 以及起重机构状态传感器组进行控制和接受信号，实现起重过程的协调闭环反 馈控制；所述系统状态检测显示仪表实现信息的共享；

压载控制子系统包括压载泵和液压给水阀控制开关组、微控制器、工控PC 机、液位显示仪表、水泵电机控制及其软起动器组、液压驱动装置、液位检测 与保护装置，设备之间通过现场总线进行联接，可以实现信息的双向传递；该 控制开关组将控制命令传至微控制器，该控制器将根据命令通过水泵电机控制 以及软起动器组、液压驱动装置、液位检测与保护装置分别对压载水舱与管系 内的水泵机组、给水阀以及水位传感器组进行控制和接受信号，形成一个闭环 反馈控制和监视系统；同时液位显示仪表实现信息的共享；

所述锚泊控制子系统包括锚泊信号给定电位器组、微控制器、工控PC机、 图解检测显示屏、船位显示仪表、锚泊控制及其变频器组、锚泊检测与报警装 置、船位检测变送器，设备之间通过现场总线进行联接，可以实现信息的双向 传递；该给定电位器组将锚泊信号传至微控制器，该控制器通过锚泊控制及其 变频器组控制船体上的锚泊电机组，并通过锚泊检测与报警装置、船位检测变 送器接受锚泊传感器组和船舶GPS上的信息实现闭环反馈控制和监视；同时图 解板显示屏进行信息共享，同时船位显示仪表接受船位信息并显示出来；

同时自航全回转巨型起重船传感器根据需要配置模拟量、开关量传感器， 模拟量传感器获取的信号用于各种定量计算，开关量传感器获取的信号用于逻 辑判断，协调控制系统通过采集的信号计算与判断，确认起重船是否处于安全 工作状态；

起重机构配置重力、张力、扭矩、角度、速度、位置检测传感器，起到对 起重机钢结构状态的检测、安全限位与控制作用，检测被吊重物的起重情况。 压载系统配置压载泵流量、压载舱水位检测传感器，用于实时计算船舶压载与 平衡情况。锚泊系统配置张力、扭矩、速度、船舶吃水检测传感器，并与船舶 GPS信号联接，能获取实时的船舶位置信号，用于计算船位变化；全部的检测 参数可以计算出起重船的稳心位置；

自航全回转巨型起重船的起吊过程中船舶的稳性受起重机构、锚泊机构和 压载水系统的作用最大；起重机操控人员通过主令控制器组发出对起重机的操 控指令，该指令经过微控制器的模拟量或数字量输入口输入到微控制器，微控 制器进行计算与判断，输出分类执行信号，通过现场总线分别传输给起升控制 及其双变频器组、变幅控制及其双变频器组、回转控制及其变频器组，控制巨 型起重船的起升电机组、变幅电机组、全回转电机群工作，改变起重机作业状 态，完成起重任务；其中的全回转电机群中的并行执行电机通过同步信号实施 同步运行；起重机构的状态由起重机构状态传感器组检测，通过检测机构将分 类执行信号传送到现场总线，提供给微控制器、系统状态检测显示仪表进行信 息共享，最终形成起重过程的协调闭环反馈控制；

依赖于工控PC机的设定，锚泊控制与压载控制可以工作在自动与手动作业 装态；当工作在自动状态，船舶的定位要求可以通过工控PC机设定，压载要求 可以通过工控PC机设定；通过工控PC机设定的信号需要通过微控制器将指令 通过现场总线传给微控制器进行控制；自动控制的执行过程与手动控制类似；

当控制系统处于手动状态时；锚泊定位信号由给定电位器组发出，该锚泊 定位信号通过微控制器的模拟量或数字量输入口输入到微控制器，微控制器通 过计算与判断，输出执行信号，通过现场总线传输给锚泊控制及其变频器组， 控制锚泊电机组运行，改变船舶的锚泊状态；船舶的锚泊状态通过锚泊传感器 组检测，输入到锚泊检测与报警装置，锚泊检测与报警装置将执行信号传送到 现场总线，提供给微控制器、图解板显示屏进行信息共享，形成锚泊闭环反馈 控制；船位信号受到船舶GPS定位系统的监视，船位信号由船舶GPS单元检测 到，传送到现场总线，提供给微控制器、船位显示仪表共享，形成闭环反馈， 同时起到监视的作用；当控制系统处于手动状态时，压载控制信号由控制开关 组发出，该压载控制信号经过微控制器的数字量输入口输入到微控制器，微控 制器经过计算与判断，输出执行信号，通过现场总线传输给水泵电机控制及其 软起动器组，控制水泵电机组运行；同时通过现场总线控制液压驱动装置，控 制给水阀的开与关，改变各压载舱的水位，改变船舶的压载状态；船舶的压载 状态由水位传感器组检测，传送给液位检测与保护装置，传送到现场总线，提 供给微控制器、液位显示仪表进行信息共享，形成闭环反馈并起到监视作用；

控制系统的控制形成局部控制的3个并行内闭环和总体协调控制的1个外 闭环；3个内闭环分别是起重控制子系统闭环、压载控制子系统闭环、锚泊控制 子系统闭环；1个外闭环是协调控制系统闭环；3个内闭环在外闭环中形成并行 控制结构；

起重控制闭环子系统的起重机操控指令由主令控制器组发出，输入到微控 制器，微控制器同时接收综合协调控制器的输出指令，经过计算与逻辑判断后 输出执行指令给执行电机群，作用到被控对象起重机钢结构，完成起重功能； 起重机构状态传感器组检测起重机状态，反馈到比较器与综合协调控制器的输 出指令比较，产生偏差量，同时形成闭环反馈；

对于压载控制闭环子系统，自动控制时指令由综合协调控制器发出，手动 控制时指令由控制开关组发出，输入到微控制器，微控制器同时接收综合协调 控制器的输出指令，计算与逻辑判断后输出执行指令给电动泵与液压阀，作用 到压载水的管系与水舱，完成压载水调控任务；压载水系统状态由水位检测传 感器组检测，反馈到比较器与综合协调控制器的输出指令比较，产生偏差量， 同时形成闭环反馈；

对于锚泊控制闭环子系统，自动控制时指令由综合协调控制器发出，手动 控制时指令由锚泊信号给定电位器组发出，输入到微控制器，微控制器同时接 收综合协调控制器的输出指令，计算与逻辑判断后输出执行指令给执行电机群， 作用到被控对象船舶大力锚与船体，完成锚泊控制功能；锚泊定位状态由船舶 定位检测装置检测，反馈到比较器与综合协调控制器的输出指令比较，产生偏 差量，同时形成闭环反馈；

对于外闭环，由起重机构状态传感器组检测起重机状态、压载水系统水位检测 传感器组检测压载状态、锚泊定位状态检测装置检测船舶位置，并共同输入到 船舶稳性计算单元进行计算，船舶稳性计算单元的输出反馈到比较单元，与稳 性给定状态比较产生偏差，输入到综合协调控制器，综合协调控制器分别输出 起重协调指令、压载协调指令、锚泊协调指令给3个内控制环，最终形成起重 船稳性自动控制外闭环。