大型拖网渔船曳纲张力平衡控制系统的研究

摘要

随着全球人口增加，食品需求的压力增大，各国竞相发展海洋渔业，特别是远洋渔业。海洋不仅渔业资源丰富，还蕴藏着丰富矿产和油气资源。虽然我国是一个渔业大国，但不是一个渔业强国，尤其是远洋捕捞装备与发达国家相比极为落后，存在着自动化程度低、设备捕捞效率低的问题。为了提高我国捕捞效率的成套关键控制装备，实现拖网渔船最佳网形自动化控制为目标。通过开展拖网曳纲张力对网形的影响、信号采集及控制系统一体化、液压驱动高效传动与控制等技术的研究。并对国内远洋渔业进口的典型机型进行样机研制和示范，形成具有自主知识产权、技术水平与国际一流企业产品相当的自主品牌产品，打破高效捕捞甲板绞车领域被国外供应商垄断的格局，填补国内大型渔船变频电动捕捞甲板系统绞车设计和制造的空白，为我国大洋性渔业发展提供装备技术支撑，带动相关产业的发展。
　　本文以深水层大型拖网网形变形问题为研究对象，开展大型拖网渔船捕捞装备曳纲张力平衡控制技术研究，包括拖网曳纲张力传感器信号采集与处理技术、张力平衡液压控制技术、电气自动控制技术与控制软件的研究。通过采集曳纲张力或系统压力信号，对曳纲绞车液压传动系统模块进行控制，实现拖网自动化控制，采用液压控制技术驱动绞纲机调整左右曳纲张力与位置，使左右曳纲达到动态平衡，解决拖网航速、航向变化时对网形变化的影响。采用Labview组态软件设计了人机界面，记录了采集的信号、反馈响应以及整个拖网作业的运动控制，实现了实时自动监控的功能。曳纲张力平衡控制技术，为提高国内拖网捕捞装备自动化水平和捕鱼效率提供了技术支持。
　　本论文具体的研究内容如下：
　　第一章,通过分析大型拖网渔船曳纲张力控制系统的研究背景提出课题研究的目的和主要内容。简要概述了拖网曳纲张力控制系统结构，介绍了拖网曳纲张力控制系统功能，综述了国内外拖网曳纲张力控制系统在各领域的研究现状及研究的意义，最后并对课题研究的技术路线做了详细总结。
　　第二章,通过分析拖网曳纲张力平衡控制系统的设计要求，提出了拟解决的技术问题。总结国内外相关曳纲张力平衡控制技术的研究经验和现有的产学研用联合资源优势，针对曳纲张力平衡控制系统开展关键技术的研究。结合曳纲绞车张力控制系统液压原理，拟定了两种控制方案，为了更好的满足捕捞工况的需要最后对这两种控制方案优化设计。最终采用曳纲张力和速度复合控制的方案，并对该方案的控制模型做了详细介绍。
　　第三章,根据拖网曳纲张力控制系统液压原理,对曳纲绞车液压系统的各元器件进行参数确定,基于本课题提出的设计控制方案建立了曳纲绞车恒张力系统数学模型。详细分析了绞车与液压马达之间的函数关系以及曳纲长度的计算方法，最后推导出曳纲张力表达式为网形的控制奠定了基础。
　　第四章,本章主要是对拖网曳纲张力平衡控制技术模块的集成研究，通过简要的分析，确立了选用PLC为集中控制系统的硬件设计，并根据曳纲恒张力控制系统的需求对PLC控制器进行选型，基于 PLC控制的基本原理绘制出整个控制系统的主电路接线图。为了更好地了解电气系统工作状态，本课题采用Labview组态软件为集中控制系统设计了人机界面，实现了实时自动监控的功能。最后并对其与工控机的通讯过程进行了详细介绍。
　　第五章,本章首先介绍了曳纲绞车张力平衡控制系统的设备实物制作，并对设备在实验室环境下进行了相关性能的测试，详细介绍了测试的内容和注意事项。成功完成测试后将设备安装到远洋渔船“开裕号”上然后现场进行安装调试。调试成功完最后到海上试验，通过渔船上的监控设备扫描到了网口的形状变化，通过分析试验结果即验证了所设计的曳纲张力平衡控制系统对网形调整可行性，为远洋捕捞作业提供了一定的技术支持。

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第一章 引 言

1.1课题研究的背景、目的及主要内容

1.2拖网捕捞曳纲张力控制系统

1.3拖网曳纲张力控制系统国内外研究现状

1.4课题的研究意义

1.5本章小结

第二章 拖网曳纲恒张力控制系统的设计方案

2.1拖网曳纲恒张力控制系统设计要求

2.2拖网曳纲张力平衡控制系统结构组成

2.3拖网曳纲张力平衡控制液压系统工作原理

2.4拖网曳纲张力平衡电气控制系统

2.5曳纲恒张力控制系统方案设计

2.6 本章小结

第三章 拖网曳纲张力控制系统的参数确定及建模

3.1拖网机械设备基本参数

3.2元器件参数确定

3.3曳纲恒张力系统数学建模

3.4本章小结

第四章 拖网曳纲张力平衡控制系统模块集成

4.1控制系统硬件设计

4.2 PLC软件设计

4.3基于Labview软件组态界面设计

4.4 本章小结

第五章 设备安装调试及海上试验

5.1设备安装测试

5.2 现场调试

5.3 海上试验

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文总结

6.2展望

参考文献

附录

攻读学位期间申请的专利与发表的论文

致谢