高海况救助艇收放装置控制系统设计及仿真

论文摘要

随着科学技术的不断发展,人类对资源的需求越来越多,这使得人们不断加强对海洋的探索和开发,所以国际船舶市场在进入20世纪以来也随之得到了更迅猛的发展,这对我国的船舶工业来说既是机遇也是挑战。因此,对船舶配套设备产业还需要投入更多的研究。救助艇收放装置是用于降放和收回救助艇的海上作业设备,它的任务是保证舰船上的救助艇和人员快速、安全地降放至水面,并将救助艇安全地收回到舰船上。对救助艇收放控制直接关系到救助人员的人身安全问题,特别是在高海况时,安全收放显得尤为重要。对收放装置控制系统的研究在民用和军事领域均具有重要的意义和实用价值。高海况救助艇收放控制的关键技术主要包括减摆与波浪补偿控制以及救助艇收放过程的逻辑保护。论文首先研究船舶运动理论,分析船舶横摇与纵摇运动对收放装置的影响,确定船舶摇荡是收放装置系统摆振的原因。研究收放装置减摆系统的结构及工作原理,建立救助艇摆振模型,并对其进行简化,根据影响救助艇摆振的主要因素对减摆阻尼装置的相关参数进行分析设计。并以某一具体收放装置为例,建立其虚拟样机仿真模型,在3级海况与6级海况下进行仿真,验证了被动式减摆系统的有效性。根据船舶运动原理分析了波浪补偿的必要性,利用双排量马达设计了具有主动式波浪补偿功能的起艇绞车,建立了波浪补偿起艇绞车的高扭矩工作模式和低扭矩工作模式的数学模型并进行了仿真分析,仿真结果表明所设计的波浪补偿绞车结构紧凑,响应迅速,波浪补偿精度高,性能可靠,为主动式波浪补偿系统的工程化应用奠定了理论基础。最后通过对救助艇收放控制关键技术的研究和对救助艇收放逻辑动作过程的分析,确定了控制系统应具备的功能,设计了控制系统方案,采用西门子S7-300PLC控制器作为核心控制器完成收放装置控制系统的设计。论文的研究结果,证明了救助艇收放装置减摆系统和主动式波浪补偿控制系统可以有效的提高救助艇收放装置适应高海况的能力,增加救助艇收放装置在高海况下使用的安全性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 收放装置国内外研究现状
• 1.3 减摆与波浪补偿技术现状
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第2章 收放装置减摆系统分析设计
• 2.1 船舶运动分析
• 2.2 船舶运动对收放装置的影响
• 2.3 减摆系统原理
• 2.4 减摆阻尼系统参数研究
• 2.4.1 影响摆振的因素
• 2.4.2 液压缸阻尼参数的分析
• 2.4.3 液压阀阻尼孔直径的分析
• 2.4.4 对于消除共振的研究
• 2.5 被动式减摆系统仿真分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 收放装置波浪补偿起艇绞车研究
• 3.1 波浪补偿起艇绞车工作原理
• 3.2 绞车高扭矩工作模式分析研究
• 3.2.1 高扭矩模式下的系统模型
• 3.2.2 仿真分析
• 3.3 绞车低扭矩工作模式分析研究
• 3.3.1 波浪补偿过程分析
• 3.3.2 低扭矩模式下的系统模型
• 3.3.3 仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 收放装置控制系统设计
• 4.1 PLC控制器介绍
• 4.1.1 PLC结构
• 4.1.2 PLC基本工作原理
• 4.2 救助艇收放逻辑过程分析
• 4.3 控制系统方案设计
• 4.4 控制系统实现
• 4.4.1 控制系统信号传输关系
• 4.4.2 PLC控制器及主要器件选择
• 4.4.3 控制系统电路设计
• 4.4.4 控制系统软件设计
• 4.5 系统调试与安装
• 4.5.1 系统调试
• 4.5.2 系统安装
• 4.5.3 系统调试中遇到的问题与解决方法
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录