耙吸挖泥船网络集成监控系统.pdf

本发明涉及一种耙吸挖泥船网络集成监控系统。该系统中，耙臂位置指示系统和吃水装载系统中的各传感器的传感信号通过若干个CANBUS采集模块连接到CANBUS现场总线上并通过CANBUS现场总线与CANBUS/RS232协议转换器连接，CANBUS/RS232协议转换器的信号输出部分经过网关和交换机与服务器连接；系统中的GPS、罗经和潮位仪的信号输出部分分别经过网关和交换机与服务器连接；左耙臂位置显示模块、右耙臂位置显示模块及吃水装载显示模块经过交换机与服务器连接。本发明能够实现监测数据的网内共享，疏浚过程数据进行集中采集、存储和显示，提高疏浚过程的可靠性。

1、  一种耙吸挖泥船网络集成监控系统，包括有用于船舶、耙头的定位，并提供施工过程中耙臂在水下的工作姿态的耙臂位置指示系统，还包括有用于监测施工过程中船舶的装载状况的吃水装载系统，其特征是：耙臂位置指示系统和吃水装载系统中的各传感器的传感信号通过若干个CANBUS采集模块连接到CANBUS现场总线上并通过CANBUS现场总线与CANBUS/RS232协议转换器连接，CANBUS/RS232协议转换器的信号输出部分经过网关和交换机与服务器连接；系统中的6PS、罗经和潮位仪的信号输出部分分别经过网关和交换机与服务器连接；左耙臂位置显示模块、右耙臂位置显示模块及吃水装载显示模块经过交换机与服务器连接，相应的监控显示输出通过个各显示模块访问服务器参数获得。

2、  根据权利要求1所述的耙吸挖泥船网络集成监控系统，其特征是：所述耙臂位置指示系统包括有GPS、罗经、潮位仪、角度传感器、吸口吃水深度传感器和吸口到位传感器。

3、  根据权利要求1或2所述的耙吸挖泥船网络集成监控系统，其特征是：所述吃水装载系统可以包括有艏吃水传感器、艉左吃水传感器、艉右吃水传感器、左舯吃水传感器、右舯吃水传感器、左雷达液位传感器、右雷达液位传感器，左进舱泥浆密度计、左进舱泥浆流量计、右进舱泥浆密度计、右进舱泥浆流量计。

耙吸挖泥船网络集成监控系统
技术领域
本发明涉及挖泥船疏浚施工的监控技术，具体是一种耙吸挖泥船网络集成监控系统。
背景技术
现代耙吸挖泥船的监控系统一般包括有耙臂位置指示系统和吃水装载系统，其作用主要是为了提高和监视疏浚产量，同时也为了提高船舶的安全性。
耙臂位置指示系统主要用来了解船舶的船位以及耙臂在水下的姿态、耙头的深度和位置等信息。其中船舶的船位主要通过船舶上的DGPS、罗经和船体尺度信息来确定；耙臂的姿态主要通过在耙臂上安装角度传感器(垂直传感器和水平传感器)以及在吸口处安装的吸口到位传感器来获得；耙头的深度则主要由吸口吃水传感器、垂直传感器和耙头的高度来决定，其中吸口吃水传感器用来确定耙臂的基准点；根据船体的精确方位及耙臂的水平角度，即可以计算出耙臂的水平方位和耙头的精确位置。
吃水装载系统根据船体上安装的吃水传感器(包括艏吃水、左舯吃水、右舯吃水、艉左吃水、艉右吃水等)、雷达液位传感器(包括船体左侧和右侧雷达传感器)和密度计及流量计(包括船体左进舱泥浆和右进舱泥浆的密度测量及流量测量)的信号值来计算和显示船舶吃水与装载的基本状况。
传统的监控系统主要采用计算机集中监控，上述的耙臂位置指示系统和吃水装载系统在功能和组成上完全分开，不能实现信息共享，系统的冗余性差。同时由于采用集中监控，各传感器信号均通过相应传输线进入计算机系统，在船舶建造中布线工作量大，成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够使两个子系统通过计算机网络实现进行监测数据的网内共享，能够对疏浚过程数据进行集中采集、存储和显示，能够提高疏浚过程的可追溯性、可操作性、可维护性和可靠性的耙吸挖泥船网络集成监控系统。
本发明的耙吸挖泥船网络集成监控系统包括有用于船舶、耙头的定位，并提供施工过程中耙臂在水下的工作姿态的耙臂位置指示系统，还包括有用于监测施工过程中船舶的装载状况(包括有船舶吃水、舱容、装载量、土方量等)的吃水装载系统。所述的耙臂位置指示系统可以包括有GPS、罗经、潮位仪、角度传感器、吸口吃水深度传感器和吸口到位传感器；所述的吃水装载系统可以包括有艏吃水传感器、艉左吃水传感器、艉右吃水传感器、左舯吃水传感器、右舯吃水传感器、左雷达液位传感器、右雷达液位传感器、左进舱泥浆密度计、左进舱泥浆流量计、右进舱泥浆密度计、右进舱泥浆流量计。耙臂位置指示系统和吃水装载系统中的各传感器的传感信号通过若干个CANBUS采集模块连接到CANBUS现场总线上并通过CANBUS现场总线与CANBUS/RS232协议转换器连接，CANBUS/RS232协议转换器的信号输出部分经过网关和交换机与服务器连接；系统所用设备GPS、罗经和潮位仪的信号输出部分分别经过网关和交换机与服务器连接；左耙臂位置显示模块、右耙臂位置显示模块及吃水装载显示模块经过交换机与服务器连接，相应的监控显示输出通过个各显示模块访问服务器参数获得。
本发明由于将传统耙吸挖泥船中的耙臂位置指示系统和吃水装载系统利用计算机网络进行集成，其底层采用CANBUS现场总线，就地完成传感器信号的采集，上层采用工业以太网，使两个子系统通过计算机网络实现了监测数据的网内共享，全面拓宽了耙吸挖泥船重要设备的状态监测，实现了疏浚过程数据的集中采集、存储和显示，提高了疏浚过程的可追溯性、可操作性、可维护性和可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例中网络集成系统的原理框图；
图2是本发明实施例的CANBUS采集模块的输入输出接口的示意图。
具体实施方式
本发明的耙吸挖泥船网络集成监控系统包括有耙臂位置指示系统和吃水装载系统两个子系统。
耙臂位置指示系统用于船舶、耙头的定位，并提供施工过程中耙臂在水下的工作姿态，主要包含以下信号：GPS、罗经、潮位仪、上耙管垂直角度、下耙管垂直角度、上耙管水平角度、下耙管水平角度、吸口吃水深度和吸口到位。
吃水装载系统用于监测施工过程中船舶的装载状况，有船舶吃水、舱容、装载量、土方量等。主要包含以下信号：艏吃水、艉左吃水、艉右吃水、左舯吃水、右舯吃水、左雷达液位、右雷达液位、左进舱泥浆密度、左进舱泥浆流量、右进舱泥浆密度、右进舱泥浆流量。
上述的两个子系统通过网络集成系统进行集成，如图1所示，网络集成系统包含了传感器、4个CANBUS采集模块、1个CANBUS/RS232协议转换器和1个RS232/TCP网关，以及GPS信标机、罗经和潮位仪等。以上设备中传感器和CANBUS采集模块分别安装在测量现场，不同的船舶安装位置有所不同，其余设备均安装在驾驶室内。在由交换机、服务器以及包含了左耙臂位置显示模块、右耙臂位置显示模块和吃水装载显示模块的客户端计算机构成的计算机网络系统中，原始数据从RS232/TCP网关中获得，服务器可以通过网络读入原始数据并在处理后及时传输到其他客户端。
本实施例中各部分的特性如下：
一、本实施例中的CANBUS采集模块特性：
每个CANBUS采集模块有12路模拟量和9路开关量通道。其中模拟量通道为100Ω采样电阻，来自于传感器的输入电流范围为4-20mA，对应的电压范围为0.4-2V。CANBUS采集模块将所有通道的模拟量和开关量打包，转化为高低电平信号，再通过CANBUS/RS232转换为RS232信号并传送到RS232/TCP网关。服务器通过网络从网关上采集数据，读入数据后按照250Ω采样电阻来处理，也就是说，服务器读出的信号范围为1-5V。CANBUS采集模块的输入/输出接口见图2所示。其中
1、电气特性：输入电源电压：24V±1V；自耗：＜5W；工作环境温度：-20℃~+55℃；储存环境温度：-55℃～+85℃。
2、接口特性：CANBUS1：遵从CAN2.0B标准；125kbps CAN总线波特率。
CANBUS2：遵从CAN2.0B标准；125kbps CAN总线波特率。
模拟输入：AD1~AD4：4~20mA输入，12位数字精度，与输入电源共地；
AD5~AD12：4~20mA输入，16位数字精度，与输入电源共地。
模拟输出：4~20mA输出，12位数字精度；隔离供电，DA+为供电端，DAO为电流输出端。
模拟供电：AD+：模拟输入输出供电端，可提供200mA电流，与模块输入24V电源共地；
模拟地：AGND：与模块输入24V电源共地。
开关量输入：FX1、FX2、X3~X9：NPN输入。
XG：开关量输入地。
开关量输出：与输入电源隔离，触点电流电压小于1A/30V；
Y1、Y2：开关量1、开关量2的常开端；
YCOM：开关量Y1和Y2的公共端；
本系统共有四个CANBUS采集模块，站号分别为4号、5号、6号、7号。其中站号为7号的CANBUS采集模块作为整个系统的备用，其它CANBUS采集模块的接入信号分别如下：
表一：CANBUS采集模块(一)  站号4