高海況下的風電平臺運維作業的人員輔助登乘系統及方法與流程
2023-08-11 14:44:13
1.本發明涉及一種海上運維技術，特別涉及一種高海況下的風電平臺運維作業的人員輔助登乘系統及方法。
背景技術：
2.在近岸風電設備的維護過程中，運維人員通常需要從小型運維船甲板上登程到風電平臺上，然而在風浪的影響下，運維船將不可避免地發生複雜動蕩，這使得運維人員在離開或返回甲板時容易與甲板發生碰撞造成安全事故，尤其是海況較高時。目前部分專利也提出了解決方案。
3.例如，實用新型cn 210852816 u提出了一種海上風電平臺登乘裝置，利用可遙控的電動小車和載人吊籃實現人員離開和返回運維船完成平臺登乘作業。此方案中，整個登乘過程完全通過運維人員操作遙控器實現，這不僅十分依賴運維人員的操作經驗，且在高海況時登乘作業風險大大增加。
4.實用新型cn 215399203 u提出了一種具備波浪補償功能的海上平臺登乘裝置，利用布置在登乘棧橋底部的傳感器測量船舶與登乘棧橋的相對距離，控制棧橋垂向滑動和水平迴轉實現波浪補償，使人員安全登乘到海上平臺。實用新型cn 212292574 u提出了一種用於海上人員轉移或物資輸送的海上平臺主動補償升降系統，利用雷射測距儀測量船舶甲板與平臺吊臂間的距離數據通過反饋控制方法控制吊繩收放，使人員與船舶甲板保持安全距離，避免人員因船舶動蕩而與甲板發生碰撞。這兩種方案均採用非接觸測量方法測量船舶的運動，然而高海況的海洋露天環境下往往伴隨出現雨/霧/日照強烈/甲板積水等強幹擾因素，這將大大降低非接觸測量方法的測量精度，甚至使傳感器失效，從而導致登程裝置無法運行增加登乘作業安全隱患。
技術實現要素：
5.針對小型運維船登錄穩定性和登錄窗口期問題，提出了一種高海況下的風電平臺運維作業的人員輔助登乘系統及方法，適用於海工、風電、船舶引航等領域的人員換乘作業，能夠顯著提高運維人員登乘的安全性和登乘作業效率。
6.本發明的技術方案為：一種高海況下的風電平臺運維作業的人員輔助登乘系統，包括風電運維船上的船載wifi基站、姿態傳感器、無線遙控器和海上風電維護平臺上加裝的電控系統、提升絞車、風電平臺wifi基站、雷射位移傳感器；
7.船載wifi基站與所需登乘的風電平臺無線wifi基站通過ssid橋接，互相通信；所述無線遙控器，用於發送升纜和放纜請求信號至船載wifi基站；
8.所述姿態傳感器，用於測量風電運維船的實時船姿數據送船載wifi基站；
9.所述風電平臺wifi基站與電控系統相連；
10.所述風電維護平臺上的雷射位移傳感器測量風電運維船甲板與風電維護平臺間的距離l，送電控系統；
11.所述電控系統，用於根據接收信號輸出控制驅動信號至提升絞車；
12.所述提升絞車執行放纜或收纜作業。
13.優選的，所述電控系統包括伺服驅動器、plc控制器和電源，電控系統接收無線遙控器、姿態傳感器和雷射位移傳感器信號，輸出控制信號至伺服驅動器，伺服驅動器驅動提升絞車執行放纜或收纜作業。
14.優選的，所述船載wifi基站根據不同的ssid與對應風電平臺wifi基站進行橋接，風電場中每一個風電平臺wifi基站設置獨有的一個ssid，單艘運維船通過輸入不同的ssid橋接風電場中所有風電平臺的wifi基站。
15.優選的，所述提升絞車包括伺服電機、減速機、捲筒和纜繩，plc控制器輸出控制信號至伺服驅動器驅動提升絞車中伺服電機，伺服電機帶動減速機及捲筒變速或恆速轉動。
16.優選的，所述雷射位移傳感器為雷射測距儀。
17.一種高海況下的風電平臺運維作業的人員輔助登乘方法，搭建人員輔助登乘系統，當風電運維船抵緊靠海上風電維護平臺船樁後，船載wifi基站根據所需登乘風電平臺無線wifi基站的ssid橋接到該風電平臺wifi基站，完成橋接後，風電運維船上的姿態傳感器測量數據和無線遙控器控制指令通過兩個wifi基站通信發送到電控系統，同時風電維護平臺上的雷射測距儀測量風電運維船甲板與風電維護平臺間的距離l；
18.登乘風電維護平臺過程中，運維人員通過無線遙控器操作提升絞車放纜，當電控系統根據距離l和絞車放纜長度判斷纜繩底部掛鈎進入甲板上方的危險區，此時電控系統利用姿態傳感器的測量數據實時控制調整放纜速度補償運維船的升沉運動；放纜到位置後，纜繩與運維人員連接，運維人員通過無線遙控器操作提升絞車提升，在提升過程中電控系統利用姿態傳感器測量數據調整收攬速度，通過主動補償的方式協助人員離開甲板危險區域，當電控系統判斷運維人員離開甲板危險區後則關閉主動補償，繼續提升運維人員到攀爬扶梯或平臺上。
19.進一步，所述雷射測距儀在wifi基站橋接完成後，記錄1000組運維船甲板與風電平臺的距離並取平均值，然後將該平均值設定為運維船甲板與風電平臺間的距離l存入plc控制器中，之後整個登乘作業中雷射測距儀將不參與工作。
20.本發明的有益效果在於：本發明高海況下的風電平臺運維作業的人員輔助登乘系統，能夠幫助運維人員在較高的海況條件下安全登乘到風電平臺上，擴大了風電運維的窗口期，提高了登乘作業的安全性；主動補償過程中，控制系統僅利用安裝在運維船上姿態傳感器的測量數據跟蹤運維船升沉運動速度實現補償，相比於利用雷射雷達、雷射位移傳感器等非接觸測量傳感器的測量數據，這種方式能夠有效避免由於測量點偏移到障礙物上、海水中和大霧、大雨等能見度較低氣候下測量數據跳動和丟失的問題，從而有效提高惡劣室外環境下主動補償控制系統的可靠性；通過對單艘運維船上的wifi基站輸入不同的ssid和不同的風電平臺wifi基站橋接，在不增加成本的基礎上，實現單艘運維船對風電場中任意風機的運維登程作業，這不僅使該方法在風電場中的應用更加靈活，同時也降低了風電場運維成本。
附圖說明
21.圖1為本發明高海況下的風電平臺運維作業的人員輔助登乘系統示意圖；
22.圖2為本發明輔助登乘系統通信示意圖。
具體實施方式
23.下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
24.該人員輔助登乘系統用於在規定的作業條件下完成風機運維人員登乘作業。如圖1所示人員輔助登乘系統示意圖，該系統主要包括風電運維船1上的船載wifi基站2、姿態傳感器3、無線遙控器和海上風電維護平臺上加裝的電控系統4、提升絞車5、風電平臺wifi基站6、雷射位移傳感器7。其中電控系統4主要包括伺服驅動器、plc控制器、模擬量輸入輸出模塊、電源、顯示屏、控制箱等，提升絞車5包括伺服電機、減速機、捲筒、纜繩等。姿態傳感器3通過網線將測量數據發送到船載wifi基站2，無線遙控器採用無線通信的方式與船載wifi基站2通信。風電平臺wifi基站6與電控系統4相連，可以將基站接收到的數據發送到電控系統的plc控制器。
25.如圖2所示輔助登乘系統通信示意圖，當風電運維船1抵緊靠海上風電維護平臺船樁後，船載wifi基站根據所需登乘風電平臺無線wifi基站的ssid橋接到該風電平臺wifi基站，完成橋接後，風電運維船上的姿態傳感器測量數據和無線遙控器控制指令可通過兩個wifi基站通信發送到電控系統，同時風電維護平臺上的雷射測距儀將測量風電運維船甲板與風電維護平臺間的距離l。
26.登乘風電維護平臺過程中，運維人員通過無線遙控器操作提升絞車放纜，當電控系統根據l和絞車放纜長度判斷纜繩底部掛鈎進入甲板上方的危險區，此時電控系統利用姿態傳感器的測量數據實時控制調整放纜速度補償運維船的升沉運動。放纜到合適位置後，將纜繩與運維人員連接，然後操作提升絞車提升，在提升過程中利用姿態傳感器測量數據調整收攬速度，通過主動補償的方式協助人員離開甲板危險區域，當電控系統判斷運維人員離開甲板危險區後則關閉主動補償功能，繼續提升運維人員到攀爬扶梯或平臺上。
27.返回運維船過程中，運維人員通過無線遙控器操作提升絞車放纜，當電控系統判斷運維人員進入甲板上方危險區後，則開啟主動補償的方式調整運維人員的下落速度，防止運維人員與船舶甲板相撞，實現運維人員在甲板上的「軟著陸」。
28.雷射測距儀在wifi基站橋接完成後，記錄1000組運維船甲板與風電平臺的距離並取平均值，然後將該值設定為運維船甲板與風電平臺間的距離l存入plc中，之後整個登乘作業中雷射測距儀將不再工作，即雷射測距儀僅在登乘作業開始前測量l用於判斷甲板上方危險區範圍而不參與到主動補償的過程中。這對雷射測距儀的測量精度要求大大降低，同時通過取平均值的方法能夠進一步減小雷射測距儀測量帶來的誤差。
29.船載wifi基站可以根據不同的ssid與對應風電平臺wifi基站進行橋接，只需對風電場中每一個風電平臺wifi基站設置一個ssid，單艘運維船即可通過輸入不同的ssid橋接對應風電平臺的wifi基站，從而控制所需登乘風電平臺的人員輔助登乘系統。
30.交流伺服電機可利用尾部的編碼器測量電機速度、位移，可用於判斷是否進入甲板危險區和完成主動補償等控制要求。
31.以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並
不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。