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全回转起重船动态压载控制系统设计
| 论文题名： | 全回转起重船动态压载控制系统设计 |
| 关键词： | 全回转起重船;动态压载控制系统;硬件结构;软件设计 |
| 摘要： | 全回转起重船是海上作业平台安装、救助打捞、海上路桥工程、深海作业等海洋工程的关键技术装备，对其海上作业安全性、高效性具有迫切需求，促进了对自动化、智能化压载系统的研究。本文在分析了全回转起重船海上吊装压载作业过程的基础上，建立了起重船刚体动力学模型，提出了动态压载控制系统硬件组成和软件设计方案，搭建了动态压载缩尺试验船模。本文主要研究内容包括： （1）剖析了起重船海上吊装和压载作业过程以及影响船舶作业安全的因素，基于六自由度刚体动力学、船舶原理和船舶控制理论，采用分离法将压载系统和吊物系统作为影响船体姿态的外力，分别对船体、吊物系统、压载系统等进行动力学建模，并通过Simulink建立动力学微分方程数值仿真求解模型，对压载作业船舶姿态响应进行仿真分析。结果表明，在压载作业时，船体在吊物系统的非线性激励下通过压载水的调拨其横倾角始终处于安全范围内，最大幅值为1.4 °。 （2）针对起重船作业过程中姿态影响因素，提出动态压载控制系统硬件组成框架、软件通信设计方案、Human Machine Interface（HMI）界面设计方案。按系统执行级别将硬件系统分为管理层、控制层和设备层，按系统实现功能分别对压载系统、吊物系统、吃水监测系统和监控系统等子系统进行设计并给出软件数据通信设计方案，实现了各设备参数实时采集传输交互与调拨方案的实时调整，从而保证压载系统作业的灵活性。 （3）根据所提设计方案，以八个压载舱为例，从船体设计、硬件选型参数、设备布局、电路接线等方面设计搭建动态压载缩尺试验船模。采用 PLC 作为现场控制器和数据采集端；采用工控机作为系统上位机；采用WinCC软件开发HMI系统；采用OPC技术将WinCC与MATLAB进行数据交互，WinCC将现场数据实时传输至MATLAB， MATLAB 根据现场数据实时判断调整调拨方案并将结果返回至 WinCC 中，WinCC 根据返回数据控制现场设备响应，实现系统动态压载控制。 本文可实现起重船海上吊装压载作业实时信息采集、传输、交互，压载水调拨优化算法可根据实际工况实时调整调拨方案并反馈至控制系统，从而实现压载水的动态调拨，使起重船压载系统具有自主决策分析功能。对于提高起重船海上吊装作业的自动化程度具有一定的理论价值和现实工程意义。 |
| 作者： | 林鹏 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 刘志杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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