ES2707067T3 - Aparato y método para proporcionar control de compensación de movimiento activo de un pasarela articulada - Google Patents

Aparato y método para proporcionar control de compensación de movimiento activo de un pasarela articulada Download PDF

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Abstract

Pasarela articulada (200) que comprende al menos una parte fija que puede montarse de manera fija en una embarcación de navegación marítima, una parte móvil que puede moverse con respecto a la parte fija, y al menos un actuador para mover la parte móvil con respecto a la parte fija, comprendiendo la pasarela un aparato para proporcionar un control de compensación de movimiento activo en la maniobra de dicha pasarela, caracterizada porque el aparato comprende: un primer dispositivo de referencia de posición que está adaptado para proporcionar, en una primera salida, información de posición y actitud (m) de la embarcación referenciada a la tierra, un segundo dispositivo de referencia de posición que está adaptado para proporcionar, en una segunda salida, información de posición y actitud (y) de la parte móvil referenciada a la pasarela, un dispositivo de accionamiento de actuador que está adaptado para generar una salida de control de actuador en respuesta a una señal de regulador (R), y un dispositivo controlador de compensación de movimiento activo que tiene entradas primera y segunda conectadas a unas respectivas de dichas salidas primera y segunda, una entrada de operario para recibir una entrada de control de operario (J), y una tercera entrada para recibir información de velocidad ( ) de la parte móvil referenciada a la pasarela, en la que el dispositivo controlador de compensación de movimiento activo comprende - un dispositivo cinemático diferencial (DiffKin) adaptado para calcular y emitir una posición actual (p) y velocidad (v) del punto de extremo de pasarela referenciado a la tierra en respuesta a entradas de dicha información de posición y actitud (m) de la embarcación y dicha información de posición y actitud (y) de la parte móvil, - un dispositivo de compensación de movimiento activo (AMC) adaptado para calcular y emitir una posición de referencia (ρ ) y velocidad (v)del punto de extremo de pasarela referenciado a la embarcación en respuesta a entradas de dicha entrada de control de operario (J) y dicha posición actual (p) y velocidad (v) calculadas por el DiffKin, - un dispositivo cinemático inverso (Inv) adaptado para calcular y emitir una referencia de posición (α) y referencia de velocidad (α ) del punto de extremo de pasarela referenciado a la pasarela en respuesta a entradas de dicha posición de referencia (p ) y velocidad (v )calculadas por el AMC, y - un dispositivo regulador (Regulador) adaptado para calcular y emitir dicha señal de regulación (R) en respuesta a entradas de dicha una referencia de posición (α) y referencia de velocidad ( α) calculadas por el AMC.

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y método para proporcionar control de compensación de movimiento activo de un pasarela articulada Campo de la invención.
La presente invención se refiere a un método ya un sistema para controlar una pasarela en un entorno dinámico, y particularmente a un método y a un sistema para controlar activamente una pasarela que se usa para proporcionar un puente entre dos embarcaciones en el mar que están moviéndose una con respecto a la otra debido al movimiento del mar.
Antecedentes.
Controlar una pasarela que se usa para proporcionar un puente entre dos embarcaciones en el mar que están moviéndose una con respecto a la otra debido al movimiento del mar.
En todo el mundo se usan pasarelas cortas como método de acceso conveniente y práctico desde una embarcación hasta una plataforma petrolífera, turbina eólica, la costa, un muelle y otras estructuras. Hay disponibles diferentes opciones de diseño, en las que la longitud y otros parámetros se adaptan por diseñadores y proveedores para adaptarse a las aportaciones y peticiones de clientes. Normalmente, las pasarelas pueden moverse en varios grados de libertad, usando actuadores hidráulicos o de otros tipos, y se hacen funcionar por un operario experto para establecer de manera segura un puente entre embarcaciones, o entre embarcación y una instalación fija, en el mar o en entornos semejantes a puertos. Cuando se hace funcionar, las funciones de la pasarela se controlan normalmente por el operario mediante el uso de palancas de mando, que pueden formar parte de una unidad de control remoto portátil o una unidad de control fija ubicada en una cabina de control para la pasarela.
A lo largo de los años, se han instalado numerosas pasarelas y sistemas de evacuación de este tipo, y pasarelas entre embarcaciones, o entre embarcación y unas instalaciones fijas, han estado funcionando durante décadas. Los usos típicos son embarcaciones de mantenimiento de desplazamiento al trabajo (“Walk to Work”) construidas con tal propósito y embarcaciones de “soporte submarino”, equipadas para inspecciones, mantenimiento y reparaciones en alta mar, además de para trabajos submarinos en general. Estas clases de equipos de embarcaciones también pueden incluir grúas en alta mar de largo alcance y las embarcaciones pueden estar preparadas para instalaciones de plataforma deslizable y ROV.
En todo el mundo se usan pasarelas como método de acceso crítico y práctico desde una embarcación hasta plataformas, plataformas petrolíferas, turbinas eólicas y otras estructuras en el mar. Hoy en día, la operación de acceso de personal de turbina eólica se hace trabando la proa de la embarcación contra la torre de turbina eólica, lo que es claramente una operación arriesgada.
El documento WO2012/021062A1 de AMPELMANN OPERATIONS BV et al. se refiere a una embarcación que incluye una plataforma de compensación de movimiento. La plataforma comprende al menos un portador para soportar, mover y/o transferir una carga, y una pasarela dotada de un primer extremo conectado de manera pivotante al portador y un segundo extremo para entrar en contacto con una zona objetivo. Además, la plataforma comprende un número múltiple de primeros actuadores para mover el portador con respecto a la embarcación, y al menos un segundo actuador para mover la pasarela con respecto al portador. La plataforma comprende también un sistema de control dispuesto para accionar el número múltiple de primeros actuadores, y sensores de movimiento para medir movimientos con respecto a al menos un elemento en una zona objetivo, mediciones que se usan como entrada para el sistema de control. El sistema de control también está dispuesto para accionar el al menos un segundo actuador.
Aunque las pasarelas pueden estar hechas de aluminio resistente al agua del mar, lo que da como resultado construcciones duraderas y de poco peso que son altamente maniobrables, siempre existe un riesgo de que el operario no pueda compensar el movimiento del mar y otros efectos del entorno cuando intente maniobrar la pasarela para establecer una conexión de puente entre embarcaciones, o entre embarcación y una instalación fija. Perder la oportunidad de establecer la conexión de puente de pasarela puede dar como resultado la cancelación de una misión importante, lo que puede conducir a muy altos costes y riesgo de tener que paralizar las operaciones de una instalación en alta mar por falta de mantenimiento o falta de nuevo personal. Por consiguiente, es necesaria una solución de control activo para una pasarela que garantice una compensación de movimiento segura, fiable y precisa en la maniobra de la pasarela que permitirá establecer una conexión de puente de pasarela entre embarcaciones o entre embarcación y una instalación fija también en condiciones en las que no se pueda confiar de manera segura en el control manual.
Objetivos de la invención.
Un objetivo de la invención es proporcionar un aparato y un método para controlar activamente una pasarela para garantizar una compensación de movimiento segura, fiable y precisa en la maniobra de la pasarela para establecer una conexión de puente de pasarela entre embarcaciones o entre embarcación y una instalación fija también en condiciones en las que no puede se puede confiar de manera segura en el control manual.
Otros objetivos de la invención resultarán aparentes a partir de la siguiente descripción de la invención.
Sumario de la invención.
La presente invención proporciona una pasarela articulada que comprende al menos una parte fija que puede montarse de manera fija en una embarcación de navegación marítima, una parte móvil que puede moverse con respecto a la parte fija, y al menos un actuador para mover la parte móvil con respecto a la parte fija, comprendiendo la pasarela un aparato para proporcionar un control de compensación de movimiento activo en la maniobra de dicha pasarela, aparato cuyas características se mencionan en la reivindicación de patente independiente adjunta 1. En las reivindicaciones de patente dependientes adjuntas 2 - 5 se mencionan características de realizaciones de la pasarela articulada de la invención.
La presente invención proporciona un método para proporcionar control de compensación de movimiento activo de una pasarela articulada, método cuyas características se mencionan en la reivindicación de patente independiente adjunta 6.
Descripción de dibujos.
A continuación, se explicará la invención tanto de manera general como por medio de realizaciones a modo de ejemplo, y con referencia a las figuras de los dibujos adjuntos, en los que
la figura 1A es un primer dibujo en vista en perspectiva de una pequeña pasarela que tiene un punto de extremo adaptado para un modo de funcionamiento “TeleTension”;
la figura 1B es un segundo dibujo en vista en perspectiva de la pequeña pasarela ilustrada en figura 1;
la figura 2 es una ilustración en vista en perspectiva fotográfica de una pasarela grande colocada en una embarcación flotante libre más pequeña con su punto de extremo posado en una superficie sustancialmente horizontal de una instalación de plataforma petrolífera estacionaria, tendiendo un puente desde la embarcación flotante libre a la izquierda en la imagen hasta la instalación de plataforma petrolífera estacionaria a la derecha en la imagen;
la figura 3 es una ilustración en vista en perspectiva fotográfica de una pasarela grande colocada en una embarcación flotante libre más pequeña con su punto de extremo posado en una instalación de plataforma petrolífera estacionaria, tendiendo un puente desde la embarcación flotante libre a la derecha hasta la instalación de plataforma petrolífera estacionaria a la izquierda;
la figura 4 es una ilustración en vista en perspectiva fotográfica de una pasarela grande colocada en una embarcación más grande flotante libre con su punto de extremo desplegado en un espacio abierto y su sección telescópica totalmente extendida;
la figura 5A es un diagrama de bloques esquemático de una primera realización a modo de ejemplo de un controlador de pasarela de compensación de movimiento activo según la invención;
la figura 5B es un diagrama de bloques esquemático de una segunda realización a modo de ejemplo de un controlador de pasarela de compensación de movimiento activo según la invención;
la figura 6 es un diagrama de vectores esquemático que ilustra a modo de ejemplo las funciones de la AMC, y la figura 7 es un diagrama de estados esquemático de estados de una pasarela con compensación de movimiento activo proporcionada por una realización de un controlador de pasarela de compensación de movimiento activo según la presente invención.
Descripción detallada y realizaciones.
El aparato según la invención y el método de funcionamiento se describirán a continuación también por medio de realizaciones a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos.
Una pasarela que emplea un control de pasarela según la presente invención es muy adecuada para su uso en regiones tanto polares como tropicales, y se proporciona la integridad estructural así como del sistema.
La pasarela controlada según la invención proporciona también un sistema de pasarela con compensación de movimiento permanente para un acceso seguro y fácil hasta y desde instalaciones en alta mar.
Un sistema de pasarela que incorpora el método o sistema de control de la presente invención es una instalación de pasarela con compensación de movimiento único que prevé un funcionamiento en al menos dos modos principales: un primer modo de conexión de larga duración, en el que la pasarela puede funcionar desatendida por los operarios, y un segundo modo de empuje, en el que la pasarela proporciona una movilización rápida. Por tanto, con el modo de empuje, pueden hacerse desembarques muy rápidamente contra estructuras de casi cualquier clase. El sistema de la invención prevé una multitud de redundancias y dispositivos de seguridad para garantizar que la conexión de pasarela proporcionada mediante la presente invención sea una solución segura y a prueba de fallos.
Con el nuevo sistema o método de control novedoso de la invención, también es posible compensar los movimientos de la embarcación que porta la pasarela contra un objeto que flota libremente, tal como una instalación de producción, almacenamiento y descarga de crudo flotante (FPSO), otra embarcación, una embarcación volcada, o incluso una persona que se encuentra en el agua.
Según la invención, a pasarela disolución según la invención puede establecer y mantener una conexión de pasarela con compensación de movimiento permanente desde una embarcación hasta una instalación en alta mar sustancialmente estacionaria para un acceso seguro y fácil hasta y desde instalaciones en alta mar. La pasarela que emplea el método o sistema de la invención permite que se transfiera el personal mediante una pasarela con compensación de movimiento de manera segura desde una embarcación de transporte hasta la instalación de turbina eólica en alta mar. La embarcación es libre de moverse con el mar, pero el punto de extremo de la pasarela se mantiene sustancialmente estacionario contra la torre. La embarcación de transporte puede equiparse con hélices o chorros de agua, con o sin medios de posicionamiento dinámico (DP), y puede ser de tipo de un sólo casco o catamarán. Por consiguiente, será operativa en mar gruesa de lo que es posible con la técnica de bloqueo por impulso convencional.
Según la invención, el movimiento vertical y el cabeceo se absorben usando la compensación de movimiento activo proporcionada por la presente invención. Se contempla que la detección de movimiento se basa en señales desde una unidad de referencia de movimiento tradicional, MRU, que facilita acceso a objeto estacionario. Como alternativa o complemento a la unidad de referencia de movimiento, se contempla un sistema de reconocimiento de objeto, que hace posible compensar movimientos relativos de dos embarcaciones independientes y que flotan libremente. Por tanto, la pasarela que emplea la solución de control de la presente invención no es sólo para la industria de turbinas eólicas, sino también para rescate, mantenimiento de ayuda a la navegación, pilotos y mucho más. Teniendo en cuenta diferentes tipos de pasarelas que se consideran inicialmente para el empleo de la invención, el uso principal para la pasarela pequeña es una pasarela de transporte de personal, que proporciona acceso desde embarcaciones de transporte de personal pequeñas hasta turbinas eólicas u otras construcciones, faros, embarcaciones averiadas, etcétera. Los usos típicos son servicio y mantenimiento de turbina eólica, evacuación de embarcaciones o instalaciones, y transporte de personal cerca de la costa. El uso para la pasarela grande es principalmente para acceso desde embarcaciones de soporte de construcción grandes hasta cualquier otra construcción o embarcación, y el uso típico es el transporte de personal de construcción manual, la evacuación de plataformas o embarcaciones más grandes, el cambio de personal en instalaciones en alta mar, y desmantelamiento en alta mar.
Una pasarela típica, tal como la pasarela Uptime, tiene una longitud nominal de 19,4 m. La función telescópica proporciona un ajuste de longitud de pasarela dinámico en un intervalo de /-4 m, lo que significa que puede extenderse y retraerse hasta 4 m desde su longitud nominal.
La solución de control de la presente invención posibilita tres modos de funcionamiento:
Un primer “modo de desembarque”, en el que la pasarela se compensará activamente durante el procedimiento de desembarque. Después de que la pasarela haya desembarcado, se pone en un modo pasivo, que hace que la pasarela siga los movimientos relativos siempre que sea necesario. Ventajosamente, en el modo pasivo, los actuadores que acoplan directamente o indirectamente elementos de la pasarela a la embarcación, se establecen a un estado “libre” para desacoplar el elemento accionado desde otro elemento con respecto al cual se acciona mediante su actuador.
Un segundo “modo de carga constante”, en el que la pasarela tiene con compensación de movimiento activo total durante el procedimiento de desembarque, y tras el desembarque la pasarela se conserva situada con respecto al punto de desembarque retirando activamente la carga en el punto de desembarque, para mantener una presión estable en el punto de desembarque de la pasarela contra una instalación fija u otra instalación que se considere estacionaria con respecto al suelo.
Un tercer “modo de planeo”, en el que el desembarque de la pasarela se hace lo más suavemente posible, y en el que la pasarela unida a la embarcación se controla usando un “modo de compensación de movimiento activo (AMC)” para situar y mantener la punta de pasarela en un punto fijo con respecto a una zona de desembarque u otro punto en una instalación fija u otra instalación que se considere estacionaria con respecto al suelo.
El sistema de control proporciona la monitorización y el control globales de las funciones de seguridad en el sistema. Se miden el alcance de pasarela, el ángulo de pasarela, posición de giro horizontal y los movimientos de embarcación, y el sistema de control está dispuesto para decidir qué contramovimientos, si los hay, son necesarios. Para el control y la monitorización de seguridad, el sistema está dotado de sensores unidos a pasarela, que tienen preferiblemente automonitorización incorporada. El sistema de control está adaptado para detectar errores y monitorizar continuamente señales de control y comportamiento real. El sistema de control ajusta automáticamente la calibración de válvulas hidráulicas para controlar el fluido hidráulico hacia actuadores de pasarela dentro de zonas definidas. Si no es posible el ajuste, el sistema de control establecerá una advertencia o error dependiendo de la situación.
Para la monitorización en el puente, se proporciona un sistema de monitorización adicional en el puente para posibilitar una monitorización y un control operativos. El sistema de control está adaptado para integración con un sistema de posicionamiento dinámico (DP) en la embarcación, mejorando de ese modo la seguridad.
El sistema proporciona un modo de emergencia, que se activa preferiblemente de manera automática. La activación automática del modo de emergencia se produce cuando el sistema está fuera de los límites de funcionamiento permisibles. Se dará una advertencia previa, usando signos de advertencia audibles y visuales cuando se alcance un valor límite preestablecido para un parámetro de funcionamiento crítico. Cuando se encuentra en el modo de emergencia, el sistema de control controla los actuadores para elevar la pasarela a su posición más superior y para retraer la parte telescópica de la pasarela a su posición más interna. La presión hidráulica hacia actuadores para estas operaciones se almacena normalmente en un acumulador hidráulico. El giro horizontal de la pasarela puede realizarse manualmente, pero si el motivo de un despegue de emergencia es un fallo del suministro de energía para proporcionar energía a los motores de actuador o un fallo de una unidad de alta presión hidráulica (HPU) para proporcionar presión hidráulica a actuadores hidráulicos, entonces los movimientos de elevación y retracción son prioritarios.
El sistema prevé un modo de funcionamiento manual completo, en el que se realiza el funcionamiento manual de las válvulas de fluido hidráulico en la HPU para mover la pasarela en caso de daño de la cabina de control u otro sistema de control.
La pasarela más pequeña 200 de las figuras 1A y 1B incluye un elemento de giro horizontal 210 activado por un actuador de giro horizontal 215 para rotar alrededor de lo que se denomina en el presente documento el eje de giro horizontal, y un elemento de pluma alargado y pivotante 220 accionado por un actuador de pluma 225 para pivotar alrededor de lo que se denomina en el presente documento el eje de pluma, estando dispuesto normalmente el eje de pluma perpendicular al eje de giro horizontal para permitir ventajosamente el movimiento de un punto de extremo de la pasarela en direcciones hacia arriba y hacia abajo en un plano que es coincidente con el eje de giro horizontal. El elemento de pluma pivotante 220 incluye una disposición telescópica 230 de componentes de pluma que permite un ajuste dinámico de la longitud del elemento de pluma, y los componentes de pluma se accionan mediante un actuador de extensión 235 para desplazar los componentes de pluma a lo largo de lo que se denomina en el presente documento el eje longitudinal de pluma telescópico, o sólo eje telescópico, para simplificar. En la pasarela más pequeña 200 de la figura 1, un elemento telescópico proporciona un punto de extremo 240 de la pasarela que incluye una punta de desembarque 245, por la que la pasarela está adaptada para el modo de funcionamiento “TeleTension” en el que el punto de extremo se sostiene contra una superficie de desembarque o punto de desembarque 400 en la instalación estacionaria por una fuerza constante, aplicada normalmente por el actuador de la junta telescópica de la pasarela.
Las figuras 2, 3 y 4 ilustran realizaciones de una pasarela más grande 300, que de manera similar a la pasarela más pequeña de las figuras 1A y 12B incluyen un elemento de giro horizontal 310 accionado por un actuador de giro horizontal 315, un elemento de pluma alargado y pivotante 320 accionado por un actuador de pluma 325, y una disposición telescópica 330 accionada por un actuador de extensión 335. En la pasarela más grande 300 de las figuras 2, 3 y 4, un elemento telescópico proporciona un punto de extremo 340 de la pasarela que está adaptada para desembarcar y descansar el punto de extremo en una superficie de desembarque 410 de una instalación sustancialmente estacionaria, incluyendo un cono de desembarque 345.
Con referencia a la ilustración de diagrama esquemático de las figuras 5A, 5B y 6, a continuación se explican detalles adicionales de una realización a modo de ejemplo del controlador de pasarela con compensación de movimiento activo.
CONTROLADOR DE PASARELA
A continuación, se dan a conocer detalles adicionales de la estructura y el funcionamiento del controlador para la pasarela con compensación de movimiento activo.
Una pasarela adecuada para el empleo del controlador de la invención está construida normalmente con tres juntas móviles; una junta de giro horizontal que proporciona la rotación de la pasarela, una junta de pluma que proporciona el movimiento arriba y abajo de la pasarela, y una junta telescópica que proporciona el ajuste de la longitud de la pasarela. Estas juntas se accionan, de manera que la pasarela puede moverse en tres grados de libertad, respectivamente, con referencia a la embarcación sobre la que está montada la pasarela. Cuando se monta en una embarcación de navegación marítima, toda la pasarela se ve afectada por el movimiento de la embarcación debido al viento y al movimiento del mar. Cuando se atraca con una instalación tal como una plataforma petrolífera o una turbina eólica, que normalmente se ve menos afectada o no se ve afectada por estas alteraciones y por tanto puede considerarse estacionaria con respecto a la tierra, la parte de atraque de la pasarela, que es el punto de extremo más externo de la pasarela, se moverá con respecto a la superficie de desembarque en la plataforma petrolífera o la turbina eólica.
Según la invención, se miden los movimientos de la embarcación con respecto a la tierra, y se accionan las juntas para conservar el punto de extremo de la pasarela estacionario con respecto a la tierra, para compensar estos movimientos. Las mediciones de los movimientos de la embarcación se hacen normalmente mediante una unidad de referencia de movimiento (MRU), y se realizan cálculos para determinar cuáles deben ser las posiciones y las velocidades de cada una de las juntas con el fin de conservar el punto de extremo de la pasarela estacionario con respecto a un punto seleccionado en la instalación estacionaria, punto que es normalmente la superficie de desembarque designada para recibir el punto de extremo de la pasarela.
Controlador de AMC
En la figura X se muestra la estructura funcional de un controlador de compensación de movimiento activo (AMC) según la presente invención. El controlador aplica control tanto predictivo como de realimentación, y está diseñado para diferenciar entre dos marcos de referencia diferentes, uno fijo a la tierra (marco mundial) y uno fijo a embarcación (marco de embarcación). Además, las coordenadas de junta son las coordenadas generalizadas de la pasarela, es decir las posiciones y velocidades de las juntas. La MRU mide la posición y el movimiento de la embarcación con respecto al marco mundial, sin embargo estos serán diferentes de los del punto de extremo de la pasarela. Por tanto, el controlador incluye un dispositivo para cinemática diferencial que está adaptado para realizar cálculos de manera en uno sentido y en otro entre el marco mundial, el marco de embarcación y las coordenadas de la pasarela.
Para gestionar el arranque, varios estados están presentes en el controlador. En el estado manual, la pasarela no está compensada, pero mantiene una posición constante con respecto a la embarcación (es decir, las juntas son estáticas). Cuando se activa la compensación de movimiento activo, el sistema entra en un estado de entrada gradual, en el que el controlador proporciona una transición suave del control de pasarela de basarse en una referencia de control proporcionada manualmente a la referencia con compensación de movimiento activo calculada por el controlador. En el estado de compensación de movimiento activo, la pasarela está totalmente compensada. Cuando se desactiva la compensación de movimiento activo, el controlador proporciona un estado de salida gradual que hace lo opuesto al estado de entrada gradual, en el que el controlador proporciona una transición suave del control de pasarela de basarse en la referencia con compensación de movimiento activo calculada por el controlador a una referencia de control proporcionada manualmente. En su forma más simple, la transición suave está basada en el tiempo.
A continuación, se da una descripción de cada componente en el controlador de AMC que se ilustra en la figura 5A, y de las funciones de los componentes.
El elemento de DiffKin lee la información de posición y velocidad m de la embarcación, proporcionada por la unidad de referencia de movimiento (MRU). Ventajosamente, la información de posición y velocidad m de la embarcación es para un total de 6 grados de libertad (DOF). Por tanto, se adquieren un total de 12 mediciones desde la MRU por el elemento de DiffKin. El DiffKin lee también las coordenadas de junta actuales y. Basándose en la información de posición y velocidad m de la embarcación y las coordenadas de junta actuales y, el elemento de DiffKin calcula la posición actual p del punto de extremo de la pasarela en el marco mundial, y también la velocidad v del punto de extremo de la pasarela en el marco mundial. La velocidad calculada v es la velocidad que se compensará mediante predicción.
El elemento de AMC tiene una entrada para recibir una entrada de control de pasarela manual de operario J, y entradas para recibir desde el elemento de DiffKin la posición actual p y la velocidad v calculadas del punto de extremo de la pasarela en el marco mundial. Basándose en estas entradas, el elemento de AMC calcula la posición de referencia j j en el marco de embarcación que representa la posición deseada. El elemento de AMC también calcula la velocidad de predicción en el marco de embarcación, que se requiere para mantener el punto de extremo de pasarela estacionario en el marco mundial, estableciendo de ese modo lo que se denomina comúnmente un problema cinemático inverso totalmente determinado. Cuando se entra en el estado de entrada gradual, el elemento de AMC guarda también las coordenadas de junta iniciales ao, que van a cambiarse gradualmente durante la transición suave a la operación con compensación de movimiento activo, y alimenta las coordenadas de junta iniciales ao, al elemento Refcalc para el sistema de control.
A continuación, se explica el elemento de AMC con referencia a la figura 6 adjunta. El marco mundial, denominado también marco w, es el marco de referencia de coordenadas mundial “fijo” con respecto a la tierra. “Fijo” quiere decir que el marco es estacionario con respecto a movimientos rápidos, sin embargo, con el tiempo puede moverse lentamente hasta donde está colocada la MRU en un sistema de referencia de posición mundial. El marco b es el marco de base que está ubicado fijo en la base de la pasarela. El marco b0 es el marco con respecto al cual se mueve el marco b. Extremo denota la posición del punto de extremo de pasarela. La unidad de referencia de movimiento (MRU) emite datos que describen su posición y movimiento con respecto al marco wfijo. Cuando se une de manera fija a la embarcación, los datos de MRU describen la posición y el movimiento de la embarcación con respecto al marco w fijo a la tierra. Por consiguiente, el marco b se mueve con respecto al marco b0 según el movimiento medido con respecto al marco w “fijo” con la matriz de rotación desde el marco b hasta el marco b0.
La AMC calcula la posición y la velocidad de pasarela deseadas dadas en el marco b. Los vectores de posición y movimiento se calculan de manera dinámica a partir del movimiento opuesto del marco b con respecto al marco b0 y la posición deseada, en la que va a ubicarse el punto de extremo de la pasarela, dada en el marco b0. El movimiento del marco b con respecto al marco b0 es igual que el movimiento medido de la unidad de referencia de movimiento (MRU) con respecto al marco w, con corrección para la posición del marco b0 con respecto al marco w.
A continuación, se describen cálculos realizados por la AMC mediante un ejemplo, y con referencia a la figura 6: Cálculos
Figure imgf000007_0001
en los que
Figure imgf000007_0002
y A .S
« = vector de velocidad de referencia en el marco b
La siguiente descripción de una parte del método o dispositivo de AMC que está adaptada para calcular y emitir señales o datos de control de pasarela se leerá en el contexto de la descripción de AMC anterior. El movimiento de la posición deseada del punto de extremo de la pasarela se hace en el marco b0. Esto hará lógico el movimiento del punto de extremo de la pasarela para el operario. El movimiento de giro horizontal es dependiente de la posición de radio actual con respecto al marco b, el radio se mueve con respecto al marco b y la posición de movimiento vertical es con respecto a la posición actual en el marco b.
A continuación, se describen mediante un ejemplo cálculos realizados por el AMC que están relacionadas con entradas de palanca de mando manuales (J), y con referencia a la figura 6:
Cálculos
rXY += JoystickTeie
Qft'l™ kSX*c©5 í slewM&f j
l t0}=rXJr * sen{slewRef}
slmvMsf =J&ystt£-kSlmv
bmmM&f™ tas”11 f í 2,:G ) - & Mf rX f - h))
p f { 2 f i } ~= JoystickSoom
en los que:
rXY = radio en plano xy dado en marco b0
slewRef = referencia de ángulo de giro horizontal
boomRef = referencia de ángulo de pluma
a = constante
b = constante
JoystickSlew = Contribución de palanca de mando al giro horizontal
JoystickBoom = Contribución de palanca demando para subir/bajar
JoystickTele = Contribución de palanca de mando para entrar/salir
El elemento InvKin está adaptado para resolver el problema cinemático inverso de 3-DOF, y calcula las posiciones de junta deseadas a que son necesarias para que el punto de extremo de pasarela se ubique en la posición de referencia. (Usado en control de realimentación en el regulador).
El elemento InvDiffKin está adaptado para resolver el problema cinemático diferencial inverso de 3-DOF, y calcula las velocidades de junta s que se necesitan para conservar el punto de extremo de la pasarela estacionario en el marco mundial. (Usado en control predictivo en el regulador).
El elemento Refcalc realiza el cambio gradual entre los estados manual y de AMC, y alimenta las referencias de junta hacia los controladores de bajo nivel. Inicialmente en el estado de entrada gradual, el Refcalc emitirá simplemente ao y un vector cero como referencia de posición y velocidad respectivamente, y lentamente cambiará de manera gradual a a y rt.
El elemento Regulador proporciona un control de bajo nivel de las juntas de la pasarela. Incorpora un controlador de PID y una ganancia para el bucle de control predictivo para situar el punto de extremo de la pasarela en el punto deseado en el espacio, lo que implica determinar diferencias entre la posición calculada a a y la velocidad rt del punto de extremo de pasarela en el sistema de referencia de pasarela y la posición y y la velocidad y reales del punto de extremo de pasarela en el sistema de referencia de pasarela.
El elemento Junta convierte la referencia en flujo adecuado para sistemas de actuador hidráulicos de la pasarela. El elemento Válvula es el componente para controlar físicamente las válvulas hidráulicas para los actuadores hidráulicos o la energía eléctrica para actuadores eléctricos que accionan la pasarela. Convierte la velocidad de junta deseada desde el regulador en un punto de ajuste para el ajuste de válvula proporcional o el ajuste de alimentación de energía eléctrica.
En el diagrama de estados de la figura 7, están dibujadas líneas discontinuas para indicar, a) el modo de control manual por encima de las líneas dibujadas horizontalmente, b) los modos de control de compensación de movimiento entre las líneas dibujadas horizontalmente, c) el modo de control de emergencia automático por debajo de las líneas dibujadas horizontalmente, d) el modo de control de compensación de movimiento activo (AMC) a la derecha de la línea dibujada verticalmente, y e) el modo de control de compensación de movimiento de planeo a la izquierda de la línea dibujada verticalmente.
En el modo de control de compensación de movimiento de planeo, la posición deseada del punto de extremo de la pasarela se proporciona por una referencia de posición que está vinculada al punto de desembarque de pasarela en la instalación estacionaria.
Modo de funcionamiento “TeleTension”.
Para situaciones en las que no hay superficie horizontal u otra adecuada para que desembarque el punto de extremo de pasarela, se proporciona un modo de funcionamiento “TeleTension” de la pasarela, en el que se aplica una fuerza constante a la junta telescópica o se controla y se hace funcionar de manera adecuada el actuador para la junta telescópica. Cuando se entra en el estado de modo de funcionamiento “TeleTension”, se hace funcionar el actuador para la junta telescópica para extender la junta telescópica con una velocidad predeterminada, normalmente baja, y aumentando la fuerza hasta que alcanza un umbral de resistencia, cuando el punto de extremo de la pasarela choca y entra en contacto con su objeto de atraque. En la práctica, el actuador hidráulico para la junta telescópica continuará ejerciendo una fuerza de empuje hasta que se alcance una presión objetivo en el sistema hidráulico, correspondiente a la fuerza deseada que se haya establecido o definido por un operario.
Modo de funcionamiento “libre”.
Cuando se produce el atraque en una superficie horizontal, puede habilitarse un modo libre cuando se detecta un desembarque por una célula de carga en el punto de extremo de la pasarela. Esto deshabilita la AMC, sin embargo en lugar de cambiar gradualmente a manual, libera la fuerza en las juntas, de manera que la pasarela se moverá libremente entre la embarcación y la superficie de desembarque.
Explicación de signos de referencia, acrónimos y abreviaturas:
m: Movimiento de embarcación en el punto de medición
y: Vector de posición actual en la geometría de pasarela
y: Vector de velocidad actual en la geometría de pasarela
J\ Entrada de palanca de mando. Mover p de manera ¡ncremental
p: Vector de posición de extremo de pasarela actual en el marco mundial
v: Vector de velocidad de extremo de pasarela actual en el marco mundial
jj: Vector de referencia de posición en marco de base
í: Vector de referencia de velocidad en marco de base
ao: Vector de referencia de posición bloqueada en la geometría de pasarela. Bloqueado al inicio de la AMC. Usado para entrada y salida gradual
a Vector de referencia de posición en la geometría de pasarela
é: Vector de referencia de velocidad en la geometría de pasarela
r Vector de referencia de posición en la geometría de pasarela tras entrada y salida gradual. Entrada gradual entre a0 y a
r. Referencia de velocidad en la geometría de pasarela tras entrada y salida gradual. Cambio gradual entre 0 y * R: Salida de regulador
R: Salida para válvula limitada y adecuada para sistemas hidráulicos

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Pasarela articulada (200) que comprende al menos una parte fija que puede montarse de manera fija en una embarcación de navegación marítima, una parte móvil que puede moverse con respecto a la parte fija, y al menos un actuador para mover la parte móvil con respecto a la parte fija, comprendiendo la pasarela un aparato para proporcionar un control de compensación de movimiento activo en la maniobra de dicha pasarela, caracterizada porque el aparato comprende:
    un primer dispositivo de referencia de posición que está adaptado para proporcionar, en una primera salida, información de posición y actitud (m) de la embarcación referenciada a la tierra,
    un segundo dispositivo de referencia de posición que está adaptado para proporcionar, en una segunda salida, información de posición y actitud (y) de la parte móvil referenciada a la pasarela,
    un dispositivo de accionamiento de actuador que está adaptado para generar una salida de control de actuador en respuesta a una señal de regulador (R), y
    un dispositivo controlador de compensación de movimiento activo que tiene entradas primera y segunda conectadas a unas respectivas de dichas salidas primera y segunda, una entrada de operario para recibir una entrada de control de operario (J), y una tercera entrada para recibir información de velocidad (y) de la parte móvil referenciada a la pasarela,
    en la que el dispositivo controlador de compensación de movimiento activo comprende
    - un dispositivo cinemático diferencial (DiffKin) adaptado para calcular y emitir una posición actual (p) y velocidad (v) del punto de extremo de pasarela referenciado a la tierra en respuesta a entradas de dicha información de posición y actitud (m) de la embarcación y dicha información de posición y actitud (y) de la parte móvil,
    - un dispositivo de compensación de movimiento activo (AMC) adaptado para calcular y emitir una posición de referencia (p) y velocidad (ü)del punto de extremo de pasarela referenciado a la embarcación en respuesta a entradas de dicha entrada de control de operario (J) y dicha posición actual (p) y velocidad (v) calculadas por el DiffKin,
    - un dispositivo cinemático inverso (Inv) adaptado para calcular y emitir una referencia de posición (a) y referencia de velocidad (*) del punto de extremo de pasarela referenciado a la pasarela en respuesta a entradas de dicha posición de referencia (p) y velocidad (iJ)calculadas por el AMC, y
    - un dispositivo regulador (Regulador) adaptado para calcular y emitir dicha señal de regulación (R) en respuesta a entradas de dicha una referencia de posición (a) y referencia de velocidad (ri) calculadas por el AMC.
  2. 2. Pasarela articulada según la reivindicación 1, en la que el dispositivo de compensación de movimiento activo (AMC) está adaptado para emitir una referencia de posición bloqueada (ao) referenciada a la pasarela, y el dispositivo controlador de compensación de movimiento activo comprende además un dispositivo de cálculo de referencia (Refcalc) en una trayectoria de señal entre el dispositivo cinemático inverso (Inv) y el regulador (Regulador), estando el dispositivo de cálculo de referencia (Refcalc) adaptado para calcular y emitir al dispositivo regulador (Regulador) una referencia de posición de entrada gradual o salida gradual (r) que varía entre dicha referencia de posición bloqueada (ao) y dicha referencia de posición (a) y una referencia de velocidad de entrada gradual o salida gradual (r) que varía entre 0 y dicha referencia de velocidad (ti) en respuesta a una orden de entrada gradual o salida gradual.
  3. 3. Pasarela articulada según la reivindicación 2, en la que el dispositivo controlador de compensación de movimiento activo comprende además un dispositivo limitador de junta (Junta) en una trayectoria de señal entre el dispositivo de cálculo de referencia (Refcalc) y el dispositivo regulador (Regulador), estando el dispositivo limitador de junta (Junta) adaptado para limitar un valor de al menos una de dicha referencia de posición de entrada gradual o salida gradual (r) y dicha referencia de velocidad de entrada gradual o salida gradual (r) en respuesta a al menos un límite de funcionamiento asociado con dicho al menos un actuador.
  4. 4. Pasarela articulada según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el dispositivo cinemático inverso (Inv) comprende un dispositivo de resolución cinemático inverso (InvKin) adaptado para calcular y emitir dicha referencia de posición (a) basándose en dicha posición de referencia (p) resolviendo un problema cinemático inverso de tres grados de libertad.
  5. 5. Pasarela articulada según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el dispositivo cinemático inverso (Inv) comprende un dispositivo de resolución cinemático diferencial inverso (InvDiffKin) adaptado para calcular y emitir dicha referencia de velocidad (re) basándose en dicha velocidad de referencia © resolviendo un problema cinemático diferencial inverso de tres grados de libertad.
    Método para proporcionar control de compensación de movimiento activo de una pasarela articulada (200) que comprende al menos una parte fija montada de manera fija en una embarcación de navegación marítima, una parte móvil que puede moverse con respecto a la parte fija y al menos un actuador para mover la parte móvil con respecto a la parte fija, comprendiendo el método
    proporcionar un primer dispositivo de referencia de posición que está adaptado para proporcionar, en una primera salida, información de posición y actitud (m) de la embarcación referenciada a la tierra,
    proporcionar un segundo dispositivo de referencia de posición que está adaptado para proporcionar, en una segunda salida, información de posición y actitud (y) de la parte móvil referenciada a la pasarela,
    proporcionar un dispositivo de accionamiento de actuador que está adaptado para generar una salida de control de actuador en respuesta a una señal de regulador (R), y
    proporcionar un dispositivo controlador de compensación de movimiento activo que tiene entradas primera y segunda conectadas a unas respectivas de dichas salidas primera y segunda, una entrada de operario para recibir una entrada de control de operario (J), y una tercera entrada para recibir información de velocidad (y) de la parte móvil referenciada a la pasarela,
    en el que el dispositivo controlador de compensación de movimiento activo comprende
    - calcular y emitir mediante un dispositivo cinemático diferencial (DiffKin) en el dispositivo controlador de compensación de movimiento activo, una posición actual (p) y velocidad (v) del punto de extremo de pasarela referenciado a la tierra en respuesta a entradas de dicha información de posición y actitud (m) de la embarcación y dicha información de posición y actitud (y) de la parte móvil,
    - calcular y emitir mediante un dispositivo de compensación de movimiento activo (AMC) en el dispositivo controlador de compensación de movimiento activo, una posición de referencia (p) y velocidad © del punto de extremo de pasarela referenciado a la embarcación en respuesta a entradas de dicha entrada de control de operario (J) y dicha posición actual (p) y velocidad (v) calculadas por el DiffKin,
    - calcular y emitir mediante un dispositivo cinemático inverso (Inv) en el dispositivo controlador de compensación de movimiento activo, una referencia de posición (a) y una referencia de velocidad (k ) del punto de extremo de pasarela referenciado a la pasarela en respuesta a entradas de dicha posición de referencia (jj) y velocidad (v) calculadas por el AMC, y
    - calcular y emitir mediante un dispositivo regulador (Regulador) dicha señal de regulación (R) en respuesta a entradas de dicha referencia de posición (a) y referencia de velocidad (ó:) calculadas por el AMC.
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