本發明屬于海洋風電領域，具體的說，是涉及一種分艙式沉箱基礎下沉姿態饋控系統。

背景技術：

在海上工程如海上油氣工程中，分艙式沉箱基礎相比傳統樁基和重力式基礎，具有施工環保便捷、可重復使用等優點，因此廣泛應用于海洋工程中。分艙式沉箱基礎拖航到目的地后放氣下沉，但由于施工工藝和現場環境等各種原因，基礎在進行下沉過程中，不會一直保持平衡，若基礎傾斜角過大，會在下沉過程中發生基礎傾覆等嚴重工程事故，需人工調節各個分艙內的氣壓，使基礎保持水平，但是此平衡調節過程存在施工周期長、成本高、施工過程復雜等缺點。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種分艙式沉箱基礎下沉姿態饋控系統，使分艙式沉箱基礎在下沉過程中能夠自動調平且無需人工干預，該系統具有施工周期短、成本低、調節過程簡單等優點，能夠有效地提高分艙式沉箱基礎在沉放過程中穩定性與安全性。

本發明通過以下的技術方案予以實現：

一種分艙式沉箱基礎下沉姿態饋控系統，該系統應用于分艙式沉箱基礎的下沉過程，包括數據采集系統、預警系統及姿態控制系統，所述數據采集系統信號連接所述預警系統，所述預警系統信號連接所述姿態控制系統；所述數據采集系統將處理后的數據通過系統總線傳輸至所述預警系統，所述預警系統接收并計算所述數據采集系統輸入的傾斜角度數據，根據結算結果對分艙式沉箱基礎的傾斜狀態進行判斷，并調用相應的策略后通過系統總線傳輸至所述姿態控制系統，所述姿態控制系統根據所述預警系統的策略對分艙式沉箱基礎進行調平控制。

所述數據采集系統包括水平傳感器模塊、數據處理模塊、平衡信息數據庫模塊；所述水平傳感器模塊用于測量分艙式沉箱基礎的傾斜角度數據，并將測量的傾斜角度數據傳輸給所述數據處理模塊；所述數據處理模塊刪除明顯偏差的傾斜角度數據，將糾正后的傾斜角度數據傳輸給所述平衡信息數據庫模塊和所述預警系統；所述平衡信息數據庫模塊用于儲存糾正后的傾斜角度數據用于研究分析。

其中，所述水平傳感器模塊包括6-20個水平傳感器，其安裝于分艙式沉箱基礎頂板上且周向均勻布置。

其中，所述水平傳感器模塊每分鐘測量100-200組數據。

所述預警系統包括模型計算模塊、判斷并輸出預警等級模塊、調用策略模塊、策略庫模塊；

所述模型計算模塊接受所述數據采集系統傳輸的糾正后的傾斜角度數據，計算每分鐘所述數據采集系統輸入的傾斜角度平均值θ；

所述判斷并輸出預警等級模塊根據傾斜角度平均值θ判斷當前的預警等級，并將當前的預警等級傳輸給所述調用策略模塊，判斷依據如下：

當0°≤θ≤0.5°時，判斷分艙式沉箱基礎處于微偏狀態，輸出預警等級為綠燈，屬于安全；當0.5°<θ≤1.5°時，判斷分艙式沉箱基礎處于輕偏狀態，輸出預警等級為黃燈，屬于非安全；當1.5°<θ≤3°時，判斷分艙式沉箱基礎處于中偏狀態，輸出預警等級為橙燈，屬于非安全；當θ>3°時，判斷分艙式沉箱基礎處于重偏狀態，輸出預警等級為紅燈，屬于非安全；

所述調用策略模塊根據四種預警等級分別調用所述策略庫模塊中的不同策略，并將相應的策略信息傳輸給所述姿態控制系統，調用依據如下：

當預警等級為綠燈時，對應的策略為所有抽氣/水閥以開啟度100％；當預警等級為黃燈時，對應的策略為向下傾斜分艙抽氣/水閥門關閉、向上傾斜分艙抽氣/水閥門開啟度30％；當預警等級為橙燈時，對應的策略為向下傾斜分艙抽氣/水閥門關閉、向上傾斜分艙抽氣/水閥門開啟度50％；當預警等級為紅燈時，對應的策略為向下傾斜分艙抽氣/水閥門關閉、向上傾斜分艙抽氣/水閥門開啟度80％。

所述姿態控制系統包括信號轉化模塊、動力控制模塊、氣壓控制模塊；所述信號轉化模塊將所述預警系統輸入的策略信息轉化為電信號；所述動力控制模塊接收電信號后啟動動力裝置以對各分艙的抽氣/水閥門進行控制，并為抽氣/水提供動力；所述氣壓控制模塊利用動力裝置調整分艙式沉箱基礎各分艙的抽氣/水閥門的開啟度并抽氣/水。

該系統還包括一船載顯示系統，所述船載顯示系統接收所述預警系統的判斷并輸出的狀態、預警等級和是否安全的判斷結果，并通過人機界面進行顯示。

本發明的有益效果是：

本發明的分艙式沉箱基礎下沉姿態饋控系統，使分艙式沉箱基礎在下沉過程中能夠自動調平而無需人工干預，該系統在分艙式沉箱基礎的下沉作業過程中，不斷地對分艙式沉箱基礎下沉姿態進行傾斜角度數據采集，從而自動調平，具有施工周期短、成本低、調節過程簡單等優點，該系統能夠有效地提高分艙式沉箱基礎在沉放過程中的穩定性與安全性。

附圖說明

圖1是本發明所提供的分艙式沉箱基礎下沉姿態饋控系統的結構示意圖；

圖2是數據采集系統的結構示意圖；

圖3是預警系統的結構示意圖；

圖4是姿態控制系統的結構示意圖；

圖5是本發明所提供的分艙式沉箱基礎下沉姿態饋控系統的工作流程圖。

具體實施方式

為能進一步了解本發明的發明內容、特點及效果，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：

如圖1所示，本實施例公開了一種分艙式沉箱基礎下沉姿態饋控系統，該系統應用于分艙式沉箱基礎的下沉過程，包括數據采集系統1、預警系統2及姿態控制系統3，上述各系統在邏輯上形成層進式結構。數據采集系統1信號連接預警系統2，數據采集系統1將處理后的數據通過系統總線傳輸至預警系統2。預警系統2信號連接姿態控制系統3，預警系統2接收并計算數據采集系統1輸入的傾斜角度數據，根據結算結果對分艙式沉箱基礎的傾斜狀態進行判斷，并調用相應的策略后通過系統總線傳輸至姿態控制系統3。姿態控制系統3根據預警系統2的不同策略對分艙式沉箱基礎進行調平控制。

如圖2所示，數據采集系統1包括水平傳感器模塊101、數據處理模塊102、平衡信息數據庫模塊103。水平傳感器模塊101包括6-20個水平傳感器，其普遍安裝于分艙式沉箱基礎頂板上并且周向均勻布置，用于測量分艙式沉箱基礎的傾斜角度數據，每分鐘測量100-200組數據；同時將測量的傾斜角度數據傳輸給數據處理模塊102。數據處理模塊102用于接收水平傳感器模塊101輸入的傾斜角度數據，刪除由于儀器誤差等因素而導致明顯偏差的傾斜角度數據以達到糾正傾斜角度數據的目的，將糾正后的傾斜角度數據傳輸給平衡信息數據庫模塊103和預警系統2的模型計算模塊201。平衡信息數據庫模塊103用于儲存糾正后的分艙式沉箱基礎的傾斜角度數據，并用于后期相關性研究分析。其中，明顯偏差的傾斜角度數據是指存在某些數據與這組數據平均值的絕對差值大于該組數據平均值的30％，則稱這些數據是明顯偏差的數據。

如圖3所示，預警系統2包括模型計算模塊201、判斷并輸出預警等級模塊202、調用策略模塊203、策略庫模塊204。模型計算模塊201用于接受數據采集系統1的數據處理模塊102傳輸的糾正后的傾斜角度數據，計算每分鐘數據采集系統1輸入的傾斜角度平均值θ。

判斷并輸出預警等級模塊202首先用于根據傾斜角度平均值θ判斷當前的狀態、預警等級和是否安全，表1是分艙式沉箱基礎傾斜角度平均值θ與預警等級對應表。θ為每分鐘數據采集系統1輸入的傾斜角度平均值，當0°≤θ≤0.5°時，分艙式沉箱基礎處于微偏狀態，輸出預警等級綠燈，屬于安全；當0.5°<θ≤1.5°時，分艙式沉箱基礎處于輕偏狀態，輸出預警等級黃燈，屬于非安全；當1.5°<θ≤3°時，分艙式沉箱基礎處于中偏狀態，輸出預警等級橙燈，屬于非安全；當θ>3°時，分艙式沉箱基礎處于重偏狀態，輸出預警等級紅燈，屬于非安全。判斷并輸出預警等級模塊202將當前的預警等級傳輸給調用策略模塊203。

表1

表2是分艙式沉箱基礎預警等級與策略對應表。調用策略模塊203根據四種預警等級調用策略庫模塊204中的不同策略，并將相應的策略信息傳輸給姿態控制系統3。策略庫模塊204中包含四種預警等級對應的策略數據：當預警等級為綠燈時，對應的策略為所有抽氣/水閥抽氣/水閥門開啟度100％；當預警等級為黃燈時，對應的策略為向下傾斜分艙抽氣/水閥門關閉、向上傾斜分艙抽氣/水閥門開啟度30％；當預警等級為橙燈時，對應的策略為向下傾斜分艙抽氣/水閥門關閉、向上傾斜分艙抽氣/水閥門開啟度50％；當預警等級為紅燈時，對應的策略為向下傾斜分艙抽氣/水閥門關閉、向上傾斜分艙抽氣/水閥門開啟度80％。

表2

如圖4所示，姿態控制系統3包括信號轉化模塊301、動力控制模塊302、氣壓控制模塊303。信號轉化模塊301將預警系統2的調用策略模塊203輸入的策略信息轉化為電信號。動力控制模塊302接收電信號后啟動動力裝置，以按照當前的策略信息電信號對各分艙的抽氣/水閥門進行控制，并為抽氣/水提供動力。氣壓控制模塊303利用動力裝置調整分艙式沉箱基礎各分艙的抽氣/水閥門的開啟度并抽氣/水，進行分艙式沉箱基礎的調平控制。

數據采集系統1、預警系統2及姿態控制系統3協同完成的分艙式沉箱基礎的調平過程會一直持續下去，直到完成分艙式沉箱基礎下沉作業。分艙式沉箱基礎下沉過程中，開啟分艙式沉箱基礎分艙的抽氣/水閥門并抽氣/水，打開分艙式沉箱基礎下沉姿態饋控系統開關即可，調平過程皆無需人工干預。

分艙式沉箱基礎姿態饋控系統還可以包括一船載顯示系統，預警系統2的判斷并輸出預警等級模塊202將四種狀態、預警等級和是否安全的判斷結果輸出給船載顯示系統。船載顯示系統提供了一個人機界面，接收并顯示預警等級模塊202傳輸的判斷結果信息，以即時反映自動調平的全過程，施工人員可監控全過程，必要時及時干預，以增加分艙式沉箱基礎下沉的安全系數。

盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬于本發明的保護范圍之內。