规模化海上风电平台运维作业的人员辅助登乘系统及方法与流程

1.本发明涉及一种海上运维技术，特别涉及一种规模化海上风电平台运维作业的人员辅助登乘系统及方法。


背景技术：

2.一般来说，对于沿海(近岸)的风电设备，通常采用小型运维船，以运送维护人员及零备件为主。近岸风机登乘主要困难在于小型运维船顶靠风电平台桩腿后，在风浪影响下不可避免地存在复杂动荡，运维人员在离开甲板或返回甲板时，如不能有效预判船体的大致运动，极有可能发生意外而受伤。海况愈高这种风险愈大，运维单位或业主单位为避免发生安全事故，往往不得不降低运维船和人员外出海况等级，这也导致了不少风场全年运维作业窗口期大大缩短。
3.针对上述问题，部分专利也提出了解决方案。
4.例如，实用新型cn 212292574 u提出了一种用于海上人员转移或物资输送的海上平台主动补偿升降系统，利用激光测距仪测量船舶甲板与平台吊臂间的距离数据并主动控制调整安全吊绳的长度实现主动补偿，避免甲板撞上运维人员，一定程度上提高了海上作业的安全性。此方案中，激光传感器仅适用于天气条件较好的工况，高海况的海洋露天环境下往往伴随出现雨/雾/日照强烈/甲板积水等强干扰因素，此时传感器测量不够稳定往往将导致系统无法完成任务。
5.例如，实用新型cn 210437355 u提出了一种海上登靠步桥，由圆柱壳、圆锥壳、桥梯、补偿平台回转基座以及电液驱动系统等组成，在风浪较大海况下能多次转移较高位置处的人员和物资，提高了效率。例如，专利cn 106320161 b提出了一种主动补偿式海上平台登乘栈桥，包括控制器、六自由度补偿平台、登乘平台和栈桥，能够实现对船舶运动的六自由度主动补偿，满足船舶与风电平台对接要求。上述专利的解决方案在一定程度上实现人员登乘，但由于系统及设备重、尺寸大、功率要求高，并不适用于现有小型风电运维船使用。


技术实现要素：

6.针对小型运维船换乘作业对作业环境安全性要求高的问题，提出了一种规模化海上风电平台运维作业的人员辅助登乘系统及方法，适用于海工、风电、船舶引航等领域的人员换乘作业，能够显著提高运维人员登乘的安全性和登乘作业效率。
7.本发明的技术方案为：一种规模化海上风电平台运维作业的人员辅助登乘系统，包括海上风电的维护平台上加装的辅助提升装置和运维船上对应的无线遥控器；
8.每套辅助提升装置包括传感器组件、电控系统、提升绞车和无线接收器；
9.所述无线遥控器，用于发送放缆请求信号至无线接收器；
10.所述传感器组件，用于测量风电运维船的升沉位移送电控系统；
11.所述无线接收器，用于接收无线遥控器的无线信号送电控系统；
12.所述电控系统，用于根据接收信号输出控制驱动信号至提升绞车；
13.所述提升绞车执行放缆或收缆作业。
14.优选的，所述传感器组件包含激光位移传感器和激光雷达，激光雷达和激光位移传感器同时对风电运维船的升沉位移进行测距，测距信号送电控系统中进行融合计算，获得实际升沉位移。
15.优选的，所述电控系统包括伺服驱动器、plc控制器和电源，电控系统接收无线接收器信号和传感器组件信号，输出控制信号至伺服驱动器，伺服驱动器驱动提升绞车执行放缆或收缆作业。
16.优选的，所述无线遥控器选用可通过不同id卡刷卡激活的手持无线遥控器，与海上风电的维护平台上辅助提升装置对接。
17.优选的，所述无线遥控器输出配对信号、放缆模式信号至电控系统。
18.优选的，所述提升绞车包括伺服电机、减速机、卷筒和缆绳，plc控制器输出控制信号至伺服驱动器驱动提升绞车中伺服电机，伺服电机带动减速机及卷筒变速或恒速转动。
19.一种规模化海上风电平台运维作业的人员辅助登乘方法，搭建人员辅助登乘系统，当风电运维船抵紧靠维护平台的船桩后，运维人员通过无线遥控器与所需辅助提升装置对接，电控系统接收传感器组件测量的风电运维船的实时升沉位移信号，plc控制器跟随升沉位移信号输出控制信号至伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服电机运行在速度及位置控制模式，带动减速机及卷筒转动，使缆绳长短主动跟随风电运维船舶甲板变化；电控系统接收无线遥控器攀爬辅助模式信号后，plc控制提升绞车中伺服电机运行维持设定的恒转矩值，使卷筒上的缆绳跟随人员攀爬自动收紧或放出，同时在攀爬过程中实时判断人员是否意外踏空，一旦检测到人员踏空则抱紧刹车防止坠落。。
20.本发明的有益效果在于：本发明规模化海上风电平台运维作业的人员辅助登乘系统及方法，能够使运维人员在海况较为恶劣的环境下进行风电平台登乘作业，同时还能降低运维人员攀爬过程中消耗的体力并防止运维人员坠落，有效扩大了风电运维窗口期、提高了登乘作业的安全性并降低了运维人员的劳动强度；采用传感器组件，通过利用传感器融合技术，有效解决了海上恶劣条件下船舶升沉运动测量中存在的障碍物遮挡、船舶偏移等问题，提高了测量的准确性和稳定性，进一步增加了登乘作业的安全性；通过单个无线遥控器配合不同id卡获取不同登乘装置控制权的方式，不仅大大增加了多风机风场的维护效率，同时又缩减了成本。
附图说明
21.图1为本发明规模化海上风电平台运维作业的人员辅助登乘系统示意图；
22.图2为本发明近岸风机平台辅助提升装置遥控示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
24.分布式辅助登乘系统由辅助提升装置构成，用于在规定的作业条件下完成风机运维人员登乘作业。如图1所示人员辅助登乘系统示意图，辅助提升装置采用平台加装方式，
固定到海上风电的维护平台上，辅助提升装置主要包括传感器组件3、电控系统4、提升绞车5、无线接收器6。其中，用于测量风电运维船的升沉位移的传感器组件3包含激光位移传感器和激光雷达，传感器组件3将测量信号送电控系统4，无线接收器6接收风电运维船的无线信号送电控系统4，电控系统4主要包括伺服驱动器、plc控制器、模拟量输入输出模块、电源、显示屏、控制箱等，电控系统4根据接收信号输出控制信号至伺服驱动器，伺服驱动器驱动提升绞车5，提升绞车5包括伺服电机、减速机、卷筒、缆绳等。
25.当风电运维船1抵紧靠船桩后，通过遥控方式操作提升绞车5放缆与运维人员连接，利用主动补偿方式协助运维人员登离甲板危险区域，并在攀爬过程中开启恒张力跟随模式，辅助维护人员攀爬爬梯，能够极大地提高登乘作业安全性和效率。
26.主动补偿模式下，通过传感器组件3获取风电运维船1升沉运动实时数据，电控系统4中plc控制器根据制定的控制策略发出指令，控制交流伺服驱动器驱动提升绞车5中伺服电机运行在速度及位置控制模式，带动减速机及卷筒转动，从而使缆绳长短主动跟随船舶甲板变化，实现人员在甲板上“软着陆”或“软脱离”。
27.攀爬辅助模式下，电控系统4中plc控制提升绞车5中伺服电机运行维持设定的恒转矩值，从而使卷筒上的缆绳跟随人员攀爬自动收紧或放出，实现人员负载减重功能。同时在攀爬过程中实时判断人员是否意外踏空，一旦检测到人员踏空则抱紧刹车防止坠落。
28.如图2所示近岸风机平台辅助提升装置遥控示意图，无线遥控器可通过不同id卡刷卡激活后与无线接收器无线通信对应风机平台上辅助提升装置，获取控制权限。运维船仅需准备多套无线遥控器/id卡，即可实现操作转移切换。
29.交流伺服电机驱动器在交流伺服电机中提供动力和控制作用，利用电机尾部编码器，检测电机速度、位置等信号，并以此为依据实时调整电机动作，从而确保电机达到控制要求。
30.传感器组件用于测量风电运维船的升沉位移，利用激光雷达和激光位移传感器融合测量实际升沉位移，当两传感器均正常工作时，升沉位移＝a
×
激光雷达测距值+(1-a)激光位移传感器测距值，其中a的取值范围为0～1并通过实验确定，当两传感器仅有一个正常工作时，则升沉位移取正常工作传感器的测距值。当两个传感器均不能正常工作，停止登乘系统运行并报警，若此时正在进行登程作业则快速提升使运维人员脱离危险区，保证运维人员安全。通过多传感器融合的方式能够提高测量的稳定性，进一步提高登乘系统的安全性。
31.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种规模化海上风电平台运维作业的人员辅助登乘系统，其特征在于，包括海上风电的维护平台上加装的辅助提升装置和运维船上对应的无线遥控器；每套辅助提升装置包括传感器组件、电控系统、提升绞车和无线接收器；所述无线遥控器，用于发送放缆请求信号至无线接收器；所述传感器组件，用于测量风电运维船的升沉位移送电控系统；所述无线接收器，用于接收无线遥控器的无线信号送电控系统；所述电控系统，用于根据接收信号输出控制驱动信号至提升绞车；所述提升绞车执行放缆或收缆作业。2.根据权利要求1所述规模化海上风电平台运维作业的人员辅助登乘系统，其特征在于，所述传感器组件包含激光位移传感器和激光雷达，激光雷达和激光位移传感器同时对风电运维船的升沉位移进行测距，测距信号送电控系统中进行融合计算，获得实际升沉位移。3.根据权利要求1或2所述规模化海上风电平台运维作业的人员辅助登乘系统，其特征在于，所述电控系统包括伺服驱动器、plc控制器和电源，电控系统接收无线接收器信号和传感器组件信号，输出控制信号至伺服驱动器，伺服驱动器驱动提升绞车执行放缆或收缆作业。4.根据权利要求3所述规模化海上风电平台运维作业的人员辅助登乘系统，其特征在于，所述无线遥控器选用可通过不同id卡刷卡激活的手持无线遥控器，与海上风电的维护平台上辅助提升装置对接。5.根据权利要求4所述规模化海上风电平台运维作业的人员辅助登乘系统，其特征在于，所述无线遥控器输出配对信号、放缆模式信号至电控系统。6.根据权利要求5所述规模化海上风电平台运维作业的人员辅助登乘系统，其特征在于，所述提升绞车包括伺服电机、减速机、卷筒和缆绳，plc控制器输出控制信号至伺服驱动器驱动提升绞车中伺服电机，伺服电机带动减速机及卷筒变速或恒速转动。7.一种规模化海上风电平台运维作业的人员辅助登乘方法，其特征在于，搭建人员辅助登乘系统，当风电运维船抵紧靠维护平台的船桩后，运维人员通过无线遥控器与所需辅助提升装置对接，电控系统接收传感器组件测量的风电运维船的实时升沉位移信号，plc控制器跟随升沉位移信号输出控制信号至伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服电机运行在速度及位置控制模式，带动减速机及卷筒转动，使缆绳长短主动跟随风电运维船舶甲板变化；电控系统接收无线遥控器攀爬辅助模式信号后，plc控制提升绞车中伺服电机运行维持设定的恒转矩值，使卷筒上的缆绳跟随人员攀爬自动收紧或放出，同时在攀爬过程中实时判断人员是否意外踏空，一旦检测到人员踏空则抱紧刹车防止坠落。

技术总结
本发明涉及一种规模化海上风电平台运维作业的人员辅助登乘系统及方法，包括海上风电的维护平台上加装的辅助提升装置和运维船上对应的无线遥控器，能够使运维人员在海况较为恶劣的环境下进行风电平台登乘作业，同时还能降低运维人员攀爬过程中消耗的体力并防止运维人员坠落，有效扩大了风电运维窗口期、提高了登乘作业的安全性并降低了运维人员的劳动强度


技术研发人员：丁鑫 李浩 夏明辉 马建伟 陈亚杰
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七〇四研究所
技术研发日：2022.12.05
技术公布日：2023/7/4