一种船用气囊隔振控制系统及方法与流程

1.本发明属于船舶减振技术领域，尤其涉及一种船用气囊隔振控制系统及方法。


背景技术：

2.船舶的振动与噪声源于发动机和螺旋桨等，振动和噪声对船舶隐身性能有很大的影响。如果船舶的振动噪声能降低6db以上，隐身性能能够大大提升。如何有效控制船舶的振动和噪声，提高船舶的隐身性能是一个难题。使用隔振气囊是一个不错的解决方向。气囊通过柔性支撑，可以衰减主机振动向船舶主体的传递。
3.现有的气囊隔振控制系统将多个气囊隔振器设置在船舶的公共浮筏平台上，多气囊隔振器平行于动力装置输出轴中心线且对称设置，有效减小船上设备的震动产生的噪声。但现有的气囊隔振控制系统每个位置上只设置一个气囊，某个气囊的高度变化会导致浮筏平台对中高度的变化，从而引起控制器对其它的气囊的高度进行调整。
4.传统的气囊隔振控制系统的总线结构不能适应一对多的结构，可靠性不高，互换性不好，不具有互操作性，是非统一组态的封闭式系统，也不利于软件升级。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提出了一种船用气囊隔振控制系统，使用多组气囊，每组气囊包括两个并列设置的气囊，组内的某个气囊发生漏气或破损，另一个气囊可以起作用，不会导致该组气囊的高度立刻变化，进而引起其它位置的气囊组高度变化，避免控制器频繁调整各个气囊的高度。同时利用可寻址远程传感器高速通道(hart，highway addressable remote transducer)协议优点，在兼容传统电流环通信的同时利用同一电缆进行双向数字通信，实现修改量程、维护、诊断等功能，提高系统运行效率。
6.本发明第一方面公开的船用气囊隔振控制系统，包括多个气囊，所述气囊分为多组，每组气囊包括并列设置的双气囊，双气囊分别连接进气管和排气管，所述进气管和排气管连接气源；所述控制系统还包括：
7.设置于气囊进气管和排气管上的电磁进气阀和电磁排气阀，所述电磁进气阀和电磁排气阀连接hart总线，控制气囊进气和排气；
8.双气囊上分别设置独立的压力传感器，所述压力传感器连接到hart总线上，检测气囊压力；
9.双气囊上分别设置独立的高度传感器，所述高度传感器连接到hart总线上，检测气囊的高度；
10.气囊控制器连接到hart总线上，接收压力传感器和高度传感器的数据，并控制所述电磁进气阀和电磁排气阀进行进气或排气。
11.进一步的，所述压力传感器和高度传感器先通过a/d转换器完成模数转换，再连接到hart通信模块，将数据通过hart总线传输到所述气囊控制器。
12.进一步的，每组气囊共用一个a/d转换器和hart通信模块。
13.进一步的，所述气囊分为8组，对称设置在船舶公共浮筏平台的两条平行轴上。
14.本发明第二方面公开的船用气囊隔振控制方法，气囊控制器比较每组内的双气囊的压力和高度，当组内双气囊之间高度的差值小于第一阈值时，将两个气囊的高度取平均值作为该组气囊高度，将该组气囊的高度都调整到所述平均值；当组内双气囊之间高度的差值大于第一阈值时，比较其它组气囊的高度，如果某条平行轴上的气囊高度呈递增或递减，则选择这些气囊高度中的中值为基准值，高度高于基准值的气囊放气，高度低于基准值的气囊进气，直到该平行轴上的所有气囊高度都调整到基准值。
15.进一步的，当组内双气囊之间高度的差值大于第一阈值时，且某条平行轴上的气囊高度呈不规律变化，比较连续三个检测周期的各组气囊压力变化，选择这些气囊组中压力变化最小的那组气囊的平均高度值为基准值，高度高于基准值的气囊放气，高度低于基准值的气囊进气，直到该平行轴上的所有气囊高度都调整到基准值。
16.进一步的，当组内双气囊的压力差大于第二阈值时，某个气囊发生破损，所述气囊控制器向上位机报警。
17.本发明的有益效果如下：
18.使用多组双气囊，可以减小组内的某个气囊发生漏气或破损造成对其它组气囊的影响，避免控制器频繁调整各个气囊的高度。
19.使用hart协议在同一电缆进行双向数字通信时，实现修改量程、维护、诊断等功能，提高系统运行效率。
附图说明
20.图1本发明的船用气囊隔振系统结构图；
21.图2本发明的船用气囊隔振方法流程图。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
23.实施例1
24.如图1所示，本实施例中公开的船用气囊隔振控制系统，包括16个气囊，气囊分为8组，对称设置在船舶公共浮筏平台的两条平行轴上。气囊分为多组，每组气囊包括并列设置的双气囊，如气囊组1包括气囊1和气囊1’两个气囊，两个气囊分别连接进气管和排气管，进气管和排气管连接气源；控制系统还包括：
25.设置于气囊进气管和排气管上的电磁进气阀和电磁排气阀，电磁进气阀和电磁排气阀连接hart总线，控制气囊进气和排气；
26.双气囊上分别设置独立的压力传感器和高度传感器，压力传感器和高度传感器连接到hart总线上，分别检测气囊压力和高度；本实施例中高度传感器为电涡流位移传感器，可以精确检测到气囊的高度。
27.气囊控制器连接到hart总线上，接收压力传感器和高度传感器的数据，并控制电磁进气阀和电磁排气阀进行进气或排气。
28.每组气囊共用一个a/d转换器和hart通信模块。压力传感器和高度传感器先通过
a/d转换器完成模数转换，再连接到hart通信模块，将数据通过hart总线传输到所述气囊控制器。
29.hart通信模块包括hart调制解调电路和载波检测电路，高度传感器和压力传感器采集的差分采样信号数据经过a/d转换器变为数字信号后，发送到hart调制解调电路；hart调制解调电路将调制的工业标准数字信号叠加到4～20ma模拟信号上通过总线进行传输。hart协议需要的带宽窄，响应时间段，是一种通用的智能仪表的工业标准，可以快速实现现场信号的传输。
30.每组气囊包括两个并列设置的气囊，当一个气囊发生漏气或破损时，另一个气囊可以继续工作，不会引起对中高度的较大变化。
31.每个气囊上的压力传感器和高度传感器实时检测其压力和高度值，并将压力值和高度值实时发送给气囊控制器，气囊控制器根据压力和高度值调整各气囊的高度，实现动力装置输出轴轴系对中和公共浮筏水平姿态的调整。
32.气囊控制器还连接上位机，上位机包括监控终端和服务器。上位机可对气囊控制器进行数据配置，如采样频率的设置等。通过hart总线，气囊控制器也可快速检测各类传感器和执行机构如电动阀的故障，从而快速向上位机进行报警，在监控终端显示故障信息。通过hart总线结构，上位机也可快速对气囊控制器、传感器和电动阀进行软件升级。
33.实施例2
34.如图2所示，本实施例中公开的船用气囊隔振控制方法，包括如下步骤：将8组气囊对称设置在浮筏的两条平行轴上，气囊的压力传感器和高度传感器每隔一个检测周期，将采样的压力信号和高度信号发送到气囊控制器，气囊控制器比较每组内的双气囊高度，当组内双气囊之间高度的差值小于第一阈值时，将两个气囊的高度取平均值作为该组气囊高度，将该组气囊的高度都调整到所述平均值；当组内双气囊之间高度的差值大于第一阈值时，比较其它组气囊的高度，如果某条平行轴上的气囊高度呈递增或递减，则选择这些气囊高度中的中值为基准值，高度高于基准值的气囊放气，高度低于基准值的气囊进气，直到该平行轴上的所有气囊高度都调整到基准值。
35.当组内双气囊之间高度的差值大于第一阈值时，且某条平行轴上的气囊高度呈不规律变化，比较连续三个检测周期的各组气囊压力变化，选择这些气囊组中压力变化最小的那组气囊的平均高度值为基准值，高度高于基准值的气囊放气，高度低于基准值的气囊进气，直到该平行轴上的所有气囊高度都调整到基准值。第一阈值的设置通过实验得到。当有两个气囊组的连续三个检测周期的压力变化值都相同时，选择压力变化值递增或递减的那组气囊的平均高度值为基准值，高度高于基准值的气囊放气，高度低于基准值的气囊进气，直到该平行轴上的所有气囊高度都调整到基准值。
36.当组内双气囊的压力差大于第二阈值时，某个气囊发生破损，气囊控制器向上位机报警。第二阈值的设置通过实验得到。
37.优选的，本实施例中传感器的检测周期为50ms。
38.本发明的有益效果如下：
39.使用多组双气囊，可以减小组内的某个气囊发生漏气或破损造成对其它组气囊的影响，避免控制器频繁调整各个气囊的高度。
40.使用hart协议在同一电缆进行双向数字通信时，实现修改量程、维护、诊断等功
能，提高系统运行效率。
41.本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。本文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本技术中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“x使用a或b”意指自然包括排列的任意一个。即，如果x使用a；x使用b；或x使用a和b二者，则“x使用a或b”在前述任一示例中得到满足。
42.而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。
43.本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的存储方法。
44.综上所述，上述实施例为本发明的一种实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、代替、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。