一种船舶缆绳拉力检测及自动调整方法及系统与流程

1.本发明涉及海事船舶水运生产及安全技术领域，特别涉及一种船舶缆绳拉力检测及自动调整方法及系统。


背景技术：

2.船舶靠泊期间，潮汐起伏、船舶装卸载船体起伏对缆绳紧力的动态变化，使得缆绳受力动态变化，人员根据缆绳的松紧人为凭经验调节，时间、紧力不可控，极易发生过渡松缆，船舶受潮水影响，开裆距离大，对缆绳的冲击，缆绳崩断，船舶在航道漂移导致的碰撞事故的发生。
3.为此，提出一种船舶缆绳拉力检测及自动调整方法及系统。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例希望提供一种船舶缆绳拉力检测及自动调整方法及系统，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择；
5.本发明实施例的技术方案是这样实现的：第一方面，一种船舶缆绳拉力检测及自动调整方法，其中自动调整方法包括如下：
6.缆绳紧力反馈器模块安装：在船舶缆绳上安装压力传感器和绞缆调整机构，将它们连接到缆绳紧力反馈器模块中。
7.缆绳紧力反馈器模块校准：使用标准校准器校准压力传感器，以确保测量精度。
8.系统电源连接：将缆绳紧力反馈器模块、无线控制模块和西门子plc控制器的电源连接好。
9.系统连接：将无线控制模块连接到西门子plc控制器中。
10.船舶缆绳操作室安装：安装终端、云端操作模块和报警模块，并将它们连接好。
11.船舶缆绳操作室连接：将船舶缆绳操作室中的终端连接到西门子plc控制器中。
12.缆绳紧力反馈器模块测量：当缆绳开始工作时，压力传感器测量缆绳的张力，并将结果传输给绞缆调整机构。
13.缆绳紧力调整：绞缆调整机构根据测量结果控制缆绳的张力，使其保持在一个合适的范围内。
14.缆绳受力状态判断：根据之前的判断标准，判断缆绳的受力状态。如果缆绳受力正常，可以继续工作；如果缆绳受力预警，需要注意监控缆绳状态；如果缆绳受力过大，需要停止工作并进行检查；
15.一种船舶缆绳拉力检测及自动调整方法，具体包括如下步骤：
16.s1、应力检测：采用应力检测公式对船舶的船头、船中和船尾的缆绳进行应力检测，其中，应力检测公式：
17.σ＝m*y/i
18.σ：缆绳应力(pa)；m：缆绳弯矩(n
·
m)；y：缆绳截面上任一点到中性轴的距离(m)；
i：缆绳截面的惯性矩(m4)
19.s2、推导缆绳的最大拉力fmax，采用如下公式：
20.fmax＝(σs/n)*π*d^2/4
21.n：缆绳的安全系数；σs：缆绳材质的抗拉强度；d：缆绳直径；
22.s3、根据缆绳拉力节点数值，确定缆绳的实际拉力factual，并计算缆绳拉力与最大拉力fmax的比值factual/fmax，并根据所述比值执行如下操作：
23.比值小于1，继续工作；
24.比值大于或等于1，停止工作。
25.优选的，所述s1中，采用缆绳紧力反馈器对缆绳进行应力检测，其中：
26.所述缆绳紧力反馈器包括压力传感器和绞缆调整机构；
27.所述压力传感器用于检测缆绳的张紧度；
28.所述绞缆调整机构用于松紧或收放缆绳的张紧度。
29.优选的，所述绞缆调整机构在调整绞缆张紧度时，采用plc控制器控制绞缆装置的启停，并采用无线控制模块与船舶缆绳操作室进行信号交互，其中，信号交互时，包括如下步骤：
30.压力传感器通过一个无线控制模块将信号传递至plc控制器，plc控制器通过另一个无线控制模块将信号传递至船舶缆绳操作室的终端。
31.优选的，所述s3中，在缆绳拉力与最大拉力fmax的比值factual/fmax小于1，继续工作时，还包括：
32.factual/fmax《0.9：缆绳受力正常，继续工作；
33.0.9≤factual/fmax《1.0：缆绳受力预警，注意控制缆绳状态。
34.优选的，计算所述缆绳拉力与最大拉力fmax的比值factual/fmax时，还包括如下步骤：
35.plc控制器检测一个或多个船体的前、中、尾部的应力情况，具体包括：
36.s1、读取缆绳实际受力factual和缆绳最大允许受力fmax；
37.s2、计算factual/fmax的比值，并将结果存储在变量ratio中；
38.s3、根据变量ratio执行如下步骤：
39.若ratio小于0.9，则将warning和stop信号置为0，表示缆绳受力正常；
40.若ratio大于等于0.9并且小于1.0，则将warning信号置为1，表示缆绳受力预警，并通过绞缆调整机构对缆绳进行调整，同时不需要停止工作；
41.若ratio大于等于1.0，则将warning和stop信号都置为1，表示缆绳受力过大，停止工作并进行检查。
42.另一方面，本发明还提出了一种船舶缆绳拉力检测及自动调整系统，包括：
43.应力检测及调整模块，用于对船舶的船头、船中和船尾的缆绳进行应力检测、调整；
44.缆绳最大拉力计算模块，用于计算缆绳最大拉力；
45.获取模块，用于获取缆绳的种类以及缆绳的实际拉力；
46.比值计算模块，用于计算缆绳实际拉力与最大拉力间的比值，并根据比值自动调整船舶缆绳拉力状态。
47.优选的，所述应力检测及调整模块包括缆绳紧力反馈器，缆绳紧力反馈器包括压力传感器和绞缆调整机构；
48.所述压力传感器用于检测缆绳的张紧度；
49.所述绞缆调整机构用于松紧或收放缆绳的张紧度。
50.优选的，还包括无线控制模块，所述无线控制模块用于传输缆绳拉力信号以及缆绳拉力调整信号。
51.优选的，还包括报警模块，用于在缆绳拉力超出阈值时，进行示警。
52.优选的，还包括云端操作模块，用于将当前船舶缆绳拉力数据与远程终端进行信号传输与存储。
53.报警处理：当缆绳的受力状态达到预警或过大时，报警模块会发出警报，提醒操作人员采取必要的措施。
54.另一方面，一种船舶缆绳拉力检测及自动调整系统，其中包括如下功能性的步骤：
55.s1、缆绳紧力反馈器模块测量：当plc控制器启动时，会发送指令给缆绳紧力反馈器模块，要求它进行测量。缆绳紧力反馈器模块接收到指令后，会读取压力传感器测量到的缆绳张力值，并将其传输给plc控制器。
56.s2、缆绳紧力调整：plc控制器会将缆绳张力值与设定的阈值进行比较，如果缆绳张力值大于设定阈值，则说明缆绳受力过大，需要进行调整。plc控制器会发送指令给绞缆调整机构，要求它进行缆绳松弛或紧绷。绞缆调整机构会根据指令调整缆绳的长度，以达到缆绳张力值稳定在设定阈值范围内的目的。
57.s3、缆绳受力状态判断和报警处理：根据之前的判断标准，plc控制器会判断缆绳的受力状态。如果缆绳受力正常，plc控制器会继续等待下一次测量，并记录下缆绳状态。如果缆绳受力预警，plc控制器会发送指令给船舶缆绳操作室的报警模块，发出缆绳受力预警的警报，并提示操作员注意监控缆绳状态。如果缆绳受力过大，plc控制器会发送指令给船舶缆绳操作室的报警模块，发出缆绳受力过大的警报，并停止绞缆调整机构的工作，以避免缆绳断裂或其他危险。此时，操作员需要及时停止船舶的工作，并进行检查、维修或更换缆绳等操作，确保船舶的安全。
58.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
59.一、提高了整体安全性：传统技术通常只能通过人工观察缆绳的状态来判断是否安全，而本发明技术可以实时测量缆绳的紧力状态，减少了人为误判和漏判的可能性，提高了船舶工作的安全性；
60.二、提高了工作效率：传统技术需要人工观察和调整缆绳的状态，而本发明技术可以通过自动控制缆绳紧力，提高了工作的效率和准确性；
61.三、减少了人力成本：传统技术需要专门的工作人员观察和调整缆绳的状态，而本发明技术可以实现自动化控制，减少了人工成本；
62.四、提高数据可靠性：本发明技术可以实时测量缆绳的紧力状态，并通过plc控制器进行数据处理和存储，提高了数据的可靠性和精度，有利于后续的数据分析和优化；
63.五、实现远程监控：本发明技术可以通过无线连接plc控制器和操作室，实现远程监控和控制，使得整套码头的系统化流程工作更加便捷和灵活。
附图说明
64.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
65.图1为本发明的模块化示意图；
66.图2为本发明的缆绳紧力反馈器模块化示意图；
67.图3为本发明的plc控制器判断判断缆绳受力状态的功能块编程图；
68.图4为本发明的plc控制器判断缆绳受力状态比较指令和逻辑运算指令编程图。
69.附图标记：1、缆绳紧力反馈器；101、压力传感器；102、绞缆调整机构；2、船舶缆绳操作室；201、终端；202、云端操作模块；203、报警模块；3、plc控制器；4、无线控制模块。
具体实施方式
70.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制；
71.需要注意的是，术语“第一”、“第二”、“对称”、“阵列”等仅用于区分描述与位置描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“对称”等特征的可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；同样，对于未以“两个”、“三只”等文字形式对某些特征进行数量限制时，应注意到该特征同样属于明示或者隐含地包括一个或者更多个特征数量；
72.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征；同时，所有的轴向描述例如x轴向、y轴向、z轴向、x轴向的一端、y轴向的另一端或z轴向的另一端等，均基于笛卡尔坐标系。
73.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体成型；可以是机械连接，可以是直接相连，可以是焊接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据说明书附图结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
74.在现有技术中，船舶靠泊期间，潮汐起伏、船舶装卸载船体起伏对缆绳紧力的动态变化，使得缆绳受力动态变化，人员根据缆绳的松紧人为凭经验调节，时间、紧力不可控，极易发生过渡松缆，船舶受潮水影响，开裆距离大，对缆绳的冲击，缆绳崩断，船舶在航道漂移导致的碰撞事故的发生；为此，请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案以解决上述技术问题：一种船舶缆绳拉力检测及自动调整系统及该系统的具体使用方法；
75.其中，在本技术一些具体实施方式中，请结合参阅图1：在本具体实施方式中，示例性展示一个船舶的船头、船中和船尾的缆绳的连接方式；其中，三组缆绳各自搭配一个缆绳紧力反馈器1，缆绳紧力反馈器1包括压力传感器101和绞缆调整机构102；绞缆调整机构102用于松紧或收放缆绳的张紧度，压力传感器101用于检测缆绳的张紧度；同时，压力传感器101的数量为两个；plc控制器3读取两个压力传感器101的值后，接着调用比较功能块，判断当前的实际拉力是否超过了预设最大拉力的90％，并分别调用设置报警和停止工作的功能块，根据判断结果进行相应的处理；
76.在本方案中，首先每个压力传感器101对当前缆绳进行应力评估；公式为：
77.σ＝m*y/i
78.其中，m为绳子所受的最大弯曲力矩，y为绳子截面最大距离中心轴线的距离，i为绳子截面的惯性矩。
79.根据上述公式，可以进一步推导出缆绳的最大拉力fmax，假设缆绳所承受的最大弯曲力矩为mmax，缆绳直径为d，绳子材质的抗拉强度为σs，则缆绳的最大拉力为：
80.fmax＝(σs/n)*π*d^2/4
81.n：缆绳的安全系数；σs：缆绳材质的抗拉强度；d：缆绳直径；
82.其中，factual/fmax《0.9：缆绳受力正常，继续工作；
83.0.9≤factual/fmax《1.0：缆绳受力预警，注意控制缆绳状态；
84.factual/fmax≥1.0：缆绳受力过大，停止工作并进行检查；
85.上述公式配合plc控制器3，对实际情况进行监测和控制。具体来说，以压力传感器101将缆绳的实际拉力值反馈给plc控制器3。plc控制器3根据上述公式计算出缆绳的最大拉力，并与实际拉力进行比较，根据比较结果控制绞缆装置的启停，从而保证缆绳的安全工作。
86.示例性的
[0087][0088][0089]
可以理解的是，在本具体实施方式中，通过上文所述的公式，不同材质、型号及其直径(cm)、股数、延伸率(％)、拉伸强度(吨)等参数会对公式中的一些变量产生影响，因此将这些参数纳入考虑，并通过本公式进行总体性的调整，使得判定标准适用于不同材质、型
号及其直径(cm)、股数、延伸率(％)、拉伸强度(吨)的缆绳；
[0090]
示例性的，假设当前缆绳是镀锌钢丝绳，它的直径为1cm，股数为6，延伸率为0.1％；假设它的材质属于普通碳素钢，其屈服强度为300mpa，安全系数n取为5。
[0091]
根据公式
[0092]
fmax＝(σs/n)*π*d^2/4
[0093]
得到：
[0094]
fmax＝(300mpa/5)*π*(1cm)^2/4＝942.48n
[0095]
因此，当施加在这根钢丝绳上的力不超过942.48n时，它的受力状态是正常的，超过这个范围就需要注意监控缆绳状态，如果受力过大需要停止工作并进行检查；
[0096]
在本技术一些具体实施方式中，请结合参阅图1～4：压力传感器101通过一个无线控制模块4将信号传递至plc控制器3，plc控制器3通过另一个无线控制模块4将信号传递至船舶缆绳操作室2的终端201；
[0097]
船舶缆绳操作室2还包括与终端201连接的报警模块203，用于示警；
[0098]
具体的：
[0099]
(1)压力传感器101通过一个无线控制模块4将缆绳紧力传感信号传递至plc控制器3；
[0100]
(2)plc控制器3通过另一个无线控制模块4将缆绳紧力信息传递至船舶缆绳操作室2的终端201；
[0101]
(3)终端201将缆绳紧力信息记录在本地存储器中，并将信息通过云端操作模块202传递至云端；
[0102]
(4)在云端，缆绳紧力信息被保存在数据库中，并进行进一步的处理和分析；
[0103]
(5)当缆绳紧力超出预设阈值时，云端会自动发送预警信息至指定的手机或电子邮件；
[0104]
(6)当缆绳紧力达到或超过最大阈值时，云端会自动触发报警处理程序，通知相关人员进行相应的操作，例如停止工作并进行检查。
[0105]
示例性的，假设缆绳材料为钢绞线，型号为6*37+fc，直径为3.5cm，股数为6，延伸率为0.5％；根据公式：
[0106]
fmax＝(σs/n)*π*d^2/4
[0107]
fmax＝(2160mpa/6)*3.14*(3.5cm)^2/4＝12179.38kn
[0108]
因此，这条缆绳的最大承载力为12179.38kn。
[0109]
当压力传感器101检测到缆绳紧力超过预设阈值时，会自动向plc控制器3发送信号，plc控制器3将信号通过无线控制模块4发送至船舶缆绳操作室2的终端201。终端201将缆绳紧力信息记录在本地存储器中，并将信息通过云端操作模块202传递至云端；在云端，缆绳紧力信息被保存在数据库中，并进行进一步的处理和分析。如果缆绳紧力超过预设阈值，云端会自动发送预警信息至指定的手机或电子邮件。如果缆绳紧力达到或超过最大阈值，云端会自动触发报警处理程序，通知相关人员进行相应的操作，例如停止工作并进行检查。
[0110]
在本技术一些具体实施方式中，请结合参阅图3～4：对于plc控制器3的编程而言，其总体功能性工作状态如下所示：
[0111]
船舶缆绳拉力检测及自动调整系统的方法，包括如权利要求1～6所述的系统，其特征在于：一个所述plc控制器(3)用于检测一个或多个船体的前、中、尾部的应力情况；其中：
[0112]
s1、plc控制器3读取缆绳实际受力factual和缆绳最大允许受力fmax；
[0113]
s2、plc控制(3计算factual/fmax的比值，并将结果存储在变量ratio中；
[0114]
s3、plc控制器3判断ratio是否小于0.9，如果是，则将warning和stop信号置为0，表示缆绳受力正常；
[0115]
s4、如果ratio大于等于0.9并且小于1.0，将warning信号置为1，表示缆绳受力预警，通过绞缆调整机构102对缆绳进行调整，同时不需要停止工作；
[0116]
s5、如果ratio大于等于1.0，将warning和stop信号都置为1，表示缆绳受力过大，需要停止工作并进行检查。
[0117]
具体的，请首先参阅图3：
[0118]
s1、定义以下变量：
[0119]
factual：缆绳实际受力(吨)；
[0120]
fmax：缆绳最大允许受力(吨)；
[0121]
warning：缆绳状态预警信号，如果为1表示缆绳受力预警，如果为0表示缆绳受力正常；
[0122]
stop：缆绳状态停止信号，如果为1表示缆绳受力过大，需要停止工作并进行检查，如果为0表示缆绳受力正常；
[0123]
s2、使用比较指令来判断缆绳受力状态：
[0124]
程序说明：
[0125]
第一行：读取缆绳实际受力factual和缆绳最大允许受力fmax；
[0126]
第二行：计算factual/fmax的比值，并将结果存储在变量ratio中；
[0127]
第三行：判断ratio是否小于0.9，如果是，则将warning和stop信号置为0，表示缆绳受力正常；
[0128]
第四行：如果ratio大于等于0.9并且小于1.0，将warning信号置为1，表示缆绳受力预警，但不需要停止工作；
[0129]
第五行：如果ratio大于等于1.0，将warning和stop信号都置为1，表示缆绳受力过大，需要停止工作并进行检查；
[0130]
具体的，在该功能块图中，主程序接收到外部输入信号后，会调用读取第一个压力传感器101的功能块和读取第二个压力传感器101的功能块。读取两个传感器的值后，接着调用比较功能块，判断当前的实际拉力是否超过了预设最大拉力的90％(即是否出现了缆绳受力预警或缆绳受力过大的情况)，然后分别调用设置报警和停止工作的功能块，根据判断结果进行相应的处理；
[0131]
s3、进行更进一步的处理，请参阅图4：
[0132]
该程序由三个部分组成，分别是输入模块、中间处理模块和输出模块。具体实现的原理如下：
[0133]
输入模块：输入模块包含了两个输入信号：factual和fmax，分别代表了缆绳的实际受力和最大受力。这些信号可以通过传感器或其它设备来获取，并通过plc输入模块接口
传入到plc中；
[0134]
中间处理模块：中间处理模块对输入信号进行处理，并将处理后的结果与阈值0.9和1.0进行比较，用于判断缆绳的受力状态。这个模块包括以下几个步骤：
[0135]
(1)将factual除以fmax，得到缆绳实际受力与最大受力的比值，存储到变量ratio中；
[0136]
(2)通过比较指令(cmp)，将变量ratio与阈值0.9进行比较，得到比较结果cmp1；
[0137]
(3)通过比较指令(cmp)，将变量ratio与阈值1.0进行比较，得到比较结果cmp2；
[0138]
(4)通过逻辑运算指令(and)，将比较结果cmp1和cmp2进行与运算，得到受力状态的输出信号fstatus；
[0139]
输出模块：输出模块将中间处理模块得到的受力状态输出到外部设备或接口中，以实现相应的应用功能。在这个编程框中，输出模块只包含一个输出信号fstatus，该信号通过plc输出模块接口输出。
[0140]
综上，该编程框通过获取缆绳的实际受力和最大受力，并比较二者的比值，从而判断缆绳的受力状态。其中阈值0.9和1.0可以根据实际情况进行调整，以满足不同场景下的需要。
[0141]
示例性的，假设现在有一个船舶停靠在一个码头上，船舶的缆绳已经布置好；需要通过plc控制器3来监控缆绳的受力状态，并根据上述制定的判断标准来判断缆绳是否需要停止使用；下面是这个模拟场景的详细步骤：
[0142]
定义缆绳参数：首先，定义缆绳的各种参数，包括材质、直径、股数、延伸率和拉伸强度。假设缆绳材质是钢丝绳，直径为4厘米，有6股，延伸率为0.1％，拉伸强度为100吨；
[0143]
定义plc控制器3：使用plc控制器3来监控缆绳的受力状态。假设选择的plc控制器3型号为西门子s7-1200。通过上述程序来监控缆绳的受力状态，并根据判断标准来判断缆绳是否需要停止使用。
[0144]
采集缆绳受力数据：需要在缆绳的适当位置安装缆绳紧力反馈器1来采集缆绳的受力数据。假设安装了一个压力传感器101，用于测量缆绳的拉力。
[0145]
编写程序：在plc控制器中编写程序来监控缆绳的受力状态，流程如下：
[0146]
a.读取缆绳拉力数据：从压力传感器中读取缆绳的拉力数据。
[0147]
b.计算缆绳的最大拉力：根据缆绳的材质、直径、股数和拉伸强度计算出缆绳的最大拉力。根据之前的公式，可以得到最大拉力为：
[0148]
fmax＝(π*d^2/4)*n*σmax
[0149]
其中，d是缆绳直径，n是缆绳的股数，σmax是缆绳的拉伸强度。
[0150]
c.计算缆绳的实际拉力：将步骤a中读取的缆绳拉力数据除以缆绳的最大拉力，得到缆绳的实际拉力。
[0151]
d.判断缆绳受力状态：根据之前的判断标准，判断缆绳的受力状态。如果缆绳受力正常，可以继续工作；如果缆绳受力预警，需要注意监控缆绳状态；如果缆绳受力过大，需要停止工作并进行检查。
[0152]
f.控制缆绳状态：根据缆绳受力状态的判断结果，控制缆绳的状态。如果缆绳受力正常，plc控制器3可以继续控制缆绳的工作状态；如果缆绳受力预警，plc控制器3通过降低工作负载、减小工作范围等方式来降低缆绳的负荷；如果缆绳受力过大，plc控制器3会立即
停止缆绳的工作状态。
[0153]
g.输出报警信息：如果缆绳的受力状态预警或过大，plc控制器3会通过报警模块203、警示灯等方式输出报警信息，以便相关人员及时处理。
[0154]
h.plc控制器3将信号通过无线控制模块4发送至船舶缆绳操作室2的终端201。终端201将缆绳紧力信息记录在本地存储器中，并将信息通过云端操作模块202传递至云端；在云端，缆绳紧力信息被保存在数据库中，并进行进一步的处理和分析。如果缆绳紧力超过预设阈值，云端会自动发送预警信息至指定的手机或电子邮件。如果缆绳紧力达到或超过最大阈值，云端会自动触发报警处理程序，通知相关人员进行相应的操作，例如停止工作并进行检查。
[0155]
在本方案中，本装置整体的所有电器元件依靠市电进行供能；具体的，装置整体的电器元件与市电输出端口处通过继电器、变压器和按钮面板等装置进行常规电性连接，以满足本装置的所有电器元件的供能需求。
[0156]
优选的，plc控制器3外还配置独立的无线发射模块和无线接收模块，该独立的无线发射模块发出工作或暂停的指令信号经由介质传送至无线接收模块；必要时，工作人员可通过后台无线遥控装置对该无线收发模块输入指令，以远程控制控制器，并进而遥控本装置的所有电器元件按照相关驱动模式进行驱动；同时，无线收发模块还可传递本装置中相关传感元件，或伺服驱动元件的系统所检测的相关系数或其他信息于后台的工作人员。
[0157]
在本方案中，相关传统技术存在“单股缆绳拉力节点”的概念，基于不同的应力情况，其有标准的应对表格，如下所示：
[0158][0159]
基于上文所述，在本具体实施方式中，通过上文所述的公式，不同材质、型号及其直径(cm)、股数、延伸率(％)、拉伸强度(吨)等参数会对公式中的一些变量产生影响，因此将这些参数纳入考虑，并通过本公式进行总体性的调整，使得判定标准适用于不同材质、型号及其直径(cm)、股数、延伸率(％)、拉伸强度(吨)的缆绳；因此，传统技术中单股缆绳拉力节点数值也可进行相应的公式带入以及解算，并按照其工作流程进行相应的驱动模式作业；
[0160]
示例性的，结合上述展示的船舶缆绳拉力检测及自动调整系统的方法对“紧缆模式”进行作业的流程如下：
[0161]
(1)缆绳紧力反馈器1模块测量：
[0162]
a.压力传感器101实时测量缆绳的紧力，将数据通过无线控制模块传递给plc控制器3。
[0163]
b.plc控制器3将压力数据进行处理，计算缆绳的紧力f。
[0164]
c.plc控制器3通过另一个无线控制模块将处理后的数据传递给船舶缆绳操作室的终端，供工作人员监控。
[0165]
(2)缆绳紧力调整：
[0166]
a.当缆绳的紧力f超过预设阈值时，plc控制器3会自动启动缆绳紧力调整功能。
[0167]
b.plc控制器3会根据预设的紧力目标值ftarget计算出缆绳需要调整的长度差量δl。
[0168]
c.plc控制器3通过控制绞缆调整机构调整缆绳长度，直到缆绳达到预设的紧力目标值ftarget。
[0169]
d.在缆绳紧力调整的过程中，plc控制器3会实时监控缆绳的紧力变化，防止超过预设的安全阈值。
[0170]
(3)紧缆模式作业：
[0171]
a.当需要进行紧缆作业时，工作人员在船舶缆绳操作室2的终端201上选择“启动紧缆模式”。
[0172]
b.plc控制器3会将缆绳的紧力目标值设置为最大允许值fmax。
[0173]
c.plc控制器3通过控制绞缆调整机构，将缆绳逐渐收紧，直到缆绳的紧力达到预设的目标值fmax。
[0174]
d.在紧缆模式作业的过程中，plc控制器3会实时监控缆绳的紧力变化，防止超过预设的安全阈值。
[0175]
(4)缆绳受力状态判断和报警处理：
[0176]
a.根据之前的判断标准，plc控制器3会判断缆绳的受力状态。如果缆绳受力正常，可以继续工作；如果缆绳受力预警，需要注意监控缆绳状态；如果缆绳受力过大，需要停止工作并进行检查。
[0177]
b.如果缆绳出现异常情况，plc控制器3会发出警报信号，并通过无线控制模块将信号传递至船舶缆绳操作室的报警模块。报警模块会发出声光报警提示，提醒操作员及时处理缆绳问题。
[0178]
对于缆绳受力过大的情况，plc控制器3会自动停止绞缆机的工作，保护缆绳和绞缆机；此时需要进行缆绳状态检查，查明问题原因，并采取相应措施予以解决。在缆绳紧力调整和紧缆模式作业时，也需要对缆绳的状态进行实时监控和记录，以便及时发现和解决问题。
[0179]
通过这些措施，可以大大减少缆绳损坏和事故的发生，提高缆绳的使用寿命和安全性能，为海上作业提供更加可靠的保障。
[0180]
需要指出的是，在本具体实施方式中，由于压力传感器101可能存在损坏、误差等问题，可能会导致测量数据的不准确。因此，需要在系统中加入常规的传感器故障检测机制，并设置传感器备份，确保数据的准确性。
[0181]
需要指出的是，在本具体实施方式中，在传输过程中，由于信号干扰、传输距离等原因，可能会出现信号丢失的情况，影响数据的及时传输。为此，需要在系统中加入常规的信号重发机制，确保数据的稳定传输。
[0182]
需要指出的是，在本具体实施方式中，plc控制器3是整个系统的核心，一旦出现故障可能会导致整个系统的失效。因此，需要在系统中加入plc控制器3的自动备份机制，并设置相应的告警机制，确保系统的稳定运行。
[0183]
需要指出的是，在本具体实施方式中，整个系统的稳定运行需要电力的支持，一旦出现电力故障，可能会导致整个系统的失效。为此，需要在系统中加入ups备份电源，确保系统在短时间内不间断供电，避免数据丢失。
[0184]
需要指出的是，在本具体实施方式中，在实际操作中，可能会出现操作失误，例如误操作等问题。为此，需要对操作人员进行专业的培训和操作指导，并设置相应的告警机制，以防止操作失误导致的事故发生。
[0185]
以上所述具体实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述具体实施方式中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0186]
实施例一
[0187]
为使本发明的上述具体实施方式更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的示例性的说明。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的实施例的限制。
[0188]
本实施例基于上述具体实施方式中描述的相关原理，其中示例性应用时：
[0189]
s1、缆绳紧力测量：缆绳紧力反馈器1模块通过压力传感器101对缆绳紧力进行测量，并将测量值通过无线控制模块发送给plc控制器进行处理。
[0190]
s2、缆绳紧力调整：plc控制器3将收到的缆绳紧力测量值与预设值进行比较，若存在偏差则通过无线控制模块发送指令控制绞缆调整机构进行缆绳收放调整，以达到预设紧力状态。
[0191]
s3、紧缆模式作业：根据要求，plc控制器3接收到启动紧缆模式的指令后，通过无线控制模块发送指令控制绞缆调整机构进行缆绳的收放调节，直至缆绳达到最佳应力状态。
[0192]
s4、缆绳状态判断与处理：缆绳紧力反馈器1模块不断对缆绳紧力进行测量，并将测量值通过无线控制模块4发送给plc控制器3进行处理。当缆绳出现异常情况(如受力过大、预警等)时，plc控制器3会发出警报信号，并通过无线控制模块4将信息发送至船舶缆绳操作室2的报警模块203进行处理。
[0193]
s5、信息记录与分析：plc控制器3将缆绳紧力测量值和缆绳状态信息通过无线控制模块4发送至船舶缆绳操作室2的终端201，并通过云端操作模块202将信息传递至云端进行记录和分析。
[0194]
以上所述实施例仅表达了本发明的相关实际应用的实施方式，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。
[0195]
实施例二
[0196]
为使本发明的上述具体实施方式更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的示例性的说明。本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的实施例的限制。
[0197]
本实施例基于上述具体实施方式中描述的相关原理，其中示例性应用时：
[0198]
s1、缆绳紧力反馈器1测量：
[0199]
a.压力传感器101获取缆绳张力信息，并将信号通过无线控制模块4传输至plc控
制器3；
[0200]
b.plc控制器3接收信号并计算缆绳张力值；
[0201]
c.plc控制器3将缆绳张力值传输至船舶缆绳操作室的终端201。
[0202]
s2、缆绳紧力调整：
[0203]
a.终端201接收缆绳张力值，并将其显示在操作界面上；
[0204]
b.操作员通过控制界面上的绞缆调整机构102，调整缆绳张力至最佳应力状态；
[0205]
s3、缆绳状态判断：
[0206]
a.压力传感器101继续监测缆绳张力值，并将数据通过无线控制模块4传输至plc控制器3；
[0207]
b.plc控制器3对缆绳张力值进行实时分析，判断缆绳是否处于正常状态；
[0208]
c.如果缆绳受力正常，plc控制器3继续传输张力值至终端201；
[0209]
d.如果缆绳出现异常情况，plc控制器3会发出警报信号，并通过无线控制模块4将信号传输至船舶缆绳操作室的报警模块203；
[0210]
s4、紧缆模式启动：
[0211]
a.操作员通过控制界面上的按钮，启动紧缆模式；
[0212]
b.plc控制器3接收到启动信号后，控制绞缆调整机构102收紧或放松缆绳，以实现其达到最佳应力状态；
[0213]
s5、船舶缆绳操作室与云端通信：
[0214]
a.终端201将缆绳张力数据通过云端操作模块202传输至云端；
[0215]
b.云端对数据进行分析处理，并提供相关的分析结果和指导建议。
[0216]
s6、缆绳质量检测：
[0217]
a.定期对缆绳进行质量检测，包括外观、强度和延伸率等指标；
[0218]
b.将检测结果反馈给plc控制器3，以便及时调整缆绳状态和预防缆绳断裂的情况。
[0219]
s7、故障排查：
[0220]
a.当系统出现异常情况时，plc控制器3会记录并报警；
[0221]
b.操作员可通过终端201查看报警信息，
[0222]
c.操作员根据报警信息，对异常情况进行排查，检查设备是否正常运转。
[0223]
d.如果设备运转正常，操作员可以根据报警信息中的提示信息，检查传感器、执行器等设备是否损坏或者需要更换；
[0224]
e.如果设备出现故障，操作员可以进行维修或更换设备；
[0225]
f.在故障排除后，操作员需要重新启动系统，并进行测试，以确保系统可以正常运行。
[0226]
以上所述实施例仅表达了本发明的相关实际应用的实施方式，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：
1.一种船舶缆绳拉力检测及自动调整方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、应力检测：采用应力检测公式对船舶的船头、船中和船尾的缆绳进行应力检测，其中，应力检测公式：σ＝m*y/iσ：缆绳应力(pa)；m：缆绳弯矩(n
·
m)；y：缆绳截面上任一点到中性轴的距离(m)；i：缆绳截面的惯性矩(m4)s2、推导缆绳的最大拉力fmax，采用如下公式：fmax＝(σs/n)*π*d^2/4n：缆绳的安全系数；σs：缆绳材质的抗拉强度；d：缆绳直径；s3、根据缆绳拉力节点数值，确定缆绳的实际拉力factual，并计算缆绳拉力与最大拉力fmax的比值factual/fmax，并根据所述比值执行如下操作：比值小于1，继续工作；比值大于或等于1，停止工作。2.根据权利要求1所述的一种船舶缆绳拉力检测及自动调整方法，其特征在于：所述s1中，采用缆绳紧力反馈器对缆绳进行应力检测，其中：所述缆绳紧力反馈器包括压力传感器和绞缆调整机构；所述压力传感器用于检测缆绳的张紧度；所述绞缆调整机构用于松紧或收放缆绳的张紧度。3.根据权利要求2所述的一种船舶缆绳拉力检测及自动调整方法，其特征在于：所述绞缆调整机构在调整绞缆张紧度时，采用plc控制器控制绞缆装置的启停，并采用无线控制模块与船舶缆绳操作室进行信号交互，其中，信号交互时，包括如下步骤：压力传感器通过一个无线控制模块将信号传递至plc控制器，plc控制器通过另一个无线控制模块将信号传递至船舶缆绳操作室的终端。4.根据权利要求1所述的一种船舶缆绳拉力检测及自动调整方法，其特征在于：所述s3中，在缆绳拉力与最大拉力fmax的比值factual/fmax小于1，继续工作时，还包括：factual/fmax<0.9：缆绳受力正常，继续工作；0.9≤factual/fmax<1.0：缆绳受力预警，注意控制缆绳状态。5.根据权利要求3所述的一种船舶缆绳拉力检测及自动调整方法，其特征在于：计算所述缆绳拉力与最大拉力fmax的比值factual/fmax时，还包括如下步骤：plc控制器检测一个或多个船体的前、中、尾部的应力情况，具体包括：s1、读取缆绳实际受力factual和缆绳最大允许受力fmax；s2、计算factual/fmax的比值，并将结果存储在变量ratio中；s3、根据变量ratio执行如下步骤：若ratio小于0.9，则将warning和stop信号置为0，表示缆绳受力正常；若ratio大于等于0.9并且小于1.0，则将warning信号置为1，表示缆绳受力预警，并通过绞缆调整机构对缆绳进行调整，同时不需要停止工作；若ratio大于等于1.0，则将warning和stop信号都置为1，表示缆绳受力过大，停止工作并进行检查。6.一种船舶缆绳拉力检测及自动调整系统，其特征在于，包括：
应力检测及调整模块，用于对船舶的船头、船中和船尾的缆绳进行应力检测、调整；缆绳最大拉力计算模块，用于计算缆绳最大拉力；获取模块，用于获取缆绳的种类以及缆绳的实际拉力；比值计算模块，用于计算缆绳实际拉力与最大拉力间的比值，并根据比值自动调整船舶缆绳拉力状态。7.根据权利要求6所述的一种船舶缆绳拉力检测及自动调整系统，其特征在于：所述应力检测及调整模块包括缆绳紧力反馈器，缆绳紧力反馈器包括压力传感器和绞缆调整机构；所述压力传感器用于检测缆绳的张紧度；所述绞缆调整机构用于松紧或收放缆绳的张紧度。8.根据权利要求6所述的一种船舶缆绳拉力检测及自动调整系统，其特征在于：还包括无线控制模块，所述无线控制模块用于传输缆绳拉力信号以及缆绳拉力调整信号。9.根据权利要求6所述的一种船舶缆绳拉力检测及自动调整系统，其特征在于：还包括报警模块，用于在缆绳拉力超出阈值时，进行示警。10.根据权利要求6所述的一种船舶缆绳拉力检测及自动调整系统，其特征在于：还包括云端操作模块，用于将当前船舶缆绳拉力数据与远程终端进行信号传输与存储。

技术总结
本发明公开了一种船舶缆绳拉力检测及自动调整方法及系统，其中方法包括一种船舶缆绳拉力检测及自动调整方法，包括如下步骤：S1、应力检测：采用应力检测公式对船舶的船头、船中和船尾的缆绳进行应力检测，S2、推导缆绳的最大拉力Fmax，S3、根据缆绳拉力节点数值，确定缆绳的实际拉力Factual，并计算缆绳拉力与最大拉力Fmax的比值Factual/Fmax；本发明技术可以实时测量缆绳的紧力状态，减少了人为误判和漏判的可能性，提高了船舶工作的安全性；二、提高了工作效率：传统技术需要人工观察和调整缆绳的状态，而本发明技术可以通过自动控制缆绳紧力，提高了工作的效率和准确性。提高了工作的效率和准确性。提高了工作的效率和准确性。


技术研发人员：张炜 李建国 房勇 朱政操
受保护的技术使用者：华能太仓港务有限责任公司
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/6/4