绳索实时监测 技术领域 背景技术 [0001] 多股绳索被用于海上和陆上项目的许多不同应用中，并且必须在其整个使用期中安全地工作。由于这些绳索经常用于起重作业，它们会受到大范围的弯曲和磨损。用于起重设备可以在2-3公里的深度运转的海上作业的绳索，尤其受到主动升沉补偿(“AHC”)系统导致的磨损和疲劳问题，AHC系统通常用于这些海上作业。 [0002] 当绳索开始磨损时，构成绳索的单股可能断裂，从而降低了绳索的横截面积和强度，并且增加了绳索的灾难性的事故或故障的机会。通常，这些断裂的股是内部的股，并且因此不能通过简单的目视检查发现。检查整个绳索(包括内部)，测量绳索横截面积的装置可以连接在绳索附近。整个绳索，然后通常贯穿该设备，并且横截面积测量用来评估绳索是否需要更换。该装置在EP0845672A1中进行了描述，其使用磁测试装置，用于通过使绳索穿过该装置来获得绳索损伤指数。该装置包括检测局部缺陷(例如，有裂痕或断裂的金属丝)的传感器和检测金属区域损失的传感器，例如，由于磨损或腐蚀。绳索损伤程度的实时指示，通过处理来自局部缺陷传感器和金属区域损失传感器(以及参考局部缺陷的长度变换器)的数据，在手持式读出单元上产生，并且显示损伤指数。用于检测绳索中的缺陷的其它类似的设备可以在WO201/098756 A1,、WO2010/092619 A1,和WO2004/022469中发现。这些文献的每一个公开了用于检测电梯电缆中的缺陷的设备，其通过使电缆穿过检测设备来检测电缆中的弱点或故障以及相关的位置。这些设备中的每一个只在一个时刻测量绳索或电缆的当前状态，以根据该测量作出关于缺陷或损伤的决定。对于正常操作没有任何意义和/或存储使用数据。 [0003] 如果绳索或缆线不需要立即更换，区域测量经常用于建议在特定时间段之后更换绳索。该时间段通常是基于船级社方针的保守估计，以保证在检查时系统的安全性和绳索的状态。 发明内容 [0004] 一种监测和分析多股绳索的系统，包括：绳索数据传感器，采集关于该绳索的物理状态的数据；一个或多个使用传感器，采集关于该绳索的使用的数据；位置测量装置，测量该绳索的该位置；和计算机系统，连接到该绳索数据传感器、该一个或多个使用传感器和该位置测量装置，将该采集的数据和位置测量相关联，以给出关于该绳索在一个或多个部分的状态的实时数据。 [0005] 这样的系统可以提供在操作期间的绳索的实时监测和/或分析。该实时监测和/或分析可以允许了解关于在一个或多个部分的绳索的状况，并可以用来更好地预测在未来的操作之后绳索的状态和状况，并计划维护和/或更换操作。 [0006] 根据一个实施例，计算机系统包括一个或多个处理器和/或数据库，用于存储和/或处理数据。 [0007] 根据一个实施例，该绳索数据传感器检测该绳索的一个或多个横截面积以及该绳索的体积。 [0008] 根据一个实施例，关于该绳索的使用的数据包括一个或多个以下内容：该绳索的弯曲、该绳索中的张力、该绳索的温度、该绳索的直径和该绳索的形状。 [0009] 根据一个实施例，该位置测量装置是测量轮或非接触式测量系统。 [0010] 根据一个实施例，该计算机系统使用该数据和该状态来预测该绳索的至少一部分故障。 [0011] 根据一个实施例，该计算机系统使用该数据和该状态来预测该绳索的至少一部分的维护 [0012] 根据一个实施例，该一个或多个使用传感器包括温度传感器、负载传感器、弯曲传感器和/或直径传感器。 [0013] 根据一个实施例，该数据库包括关于该绳索的一个或多个部分的历史使用、历史状态和该当前状态的信息。 [0014] 根据一个实施例，该绳索是金属丝绳索。可选地，该绳索是钢丝绳。 [0015] 根据一个实施例，该绳索是纤维绳。 [0016] 根据一个实施例，该计算机系统包括用户接口。 [0017] 根据一个实施例，该计算机系统包括用于将数据输入系统的数据输入。 [0018] 根据另一方面，一种用于绳索的实时监测与分析的方法，包括：测量和采集该绳索的物理性能数据；测量和采集该绳索的使用数据；测量该绳索的位置；以及将该物理性能数据、该使用数据和该位置相关联，以给出在一个或多个部分该绳索的状态和事件历史的实时测量。 [0019] 根据一个实施例，该测量和采集该绳索的物理性能数据的步骤包括：测量和采集该绳索的横截面积数据；和/或测量和采集该绳索的伸长或蠕变数据。 [0020] 根据一个实施例，该测量和采集该绳索的使用数据的步骤包括：使用一个或多个传感器来测量和采集与以下一个或多个有关的数据：该绳索的弯曲、该绳索的张力、该绳索的温度、该绳索的直径和该绳索的形状。 [0021] 根据一个实施例，该方法进一步包括存储和/或处理计算机系统中的该数据。 [0022] 根据一个实施例，该方法进一步包括基于该物理性能数据、该使用数据和位置，预测何时该绳索的至少一部分将发生故障。 [0023] 根据一个实施例，该基于该物理性能数据、该使用数据和位置，预测何时该绳索的至少一部分将发生故障的步骤，包括：将该绳索的物理性能数据与预定故障阈值进行比较； 以及基于采集的使用数据和物理性能数据，预测何时将达到该阈值。 附图说明 [0024] 图1示意性地示出绳索监测和分析系统的示例。 [0025] 图2显示了绳索监测和分析系统的示例数据输出曲线图。 具体实施例 [0026] 图1示意性地示出绳索监测和分析系统10，其与用于绳索16提升和降下负荷17的起重系统12和主动式升沉补偿(“AHC”)系统14一起使用。绳索监测和分析系统10包括绳索数据传感器18、位置测量装置20、张力传感器22、温度传感器24和计算机系统26。计算机系统26包括起重系统处理器和数据库28、绳索数据传感器处理器和数据库30、整体处理器和数据库32、人机接口34和外部数据输入36。 [0027] 在实施例中显示，起重系统12包括滑轮13。在其它系统中，起重系统12可以包括一个或多个绞盘和/或零到两个滑轮。起重系统12的滑轮13安装在船舶和起重机上，以引导和弯曲绳锁16从起重系统12到起重系统挂钩。 [0028] 绳索16是由多股制成的绳索。绳索16可以由金属丝(例如，钢丝)制成，或者可以由纤维绳制成。在某些情况下，油脂用于金属丝的股之间。取决于形成绳索16的材料，可以使用不同的传感器18、20、22、24。 [0029] AHC系统14通常用于水深范围从约40米到约3000米的海上系统。AHC系统在水深非常深(例如，2-3公里)的系统中，以及当用于大量和/或大型物体，以协助顺利过渡在海床或飞溅区域落地之前的几米的时候，特别有用。AHC系统14对船舶在波浪中的运动(或在降低通过飞溅区域的情况下的波浪)进行补偿，保持负载17相对于固定位置(例如，海床)不动。 AHC系统14的补偿运动导致绳索16中，并且特别是在构成绳索的股之间的摩擦。这种摩擦会加热绳索16，并且会导致绳索16中的油脂熔化掉和/或导致其它疲劳问题。 [0030] 绳索数据传感器18可以是横截面测量装置，例如非接触式电磁线缆检测传感器，例如，由位于康涅狄格州南温莎的NDT科技公司制造的LMA测试系统。在另一个实施例中，绳索数据传感器18可以是另一类型型的传感器和/或可以通过其它手段测量绳索的物理状态、伸长、蠕变(creep)和/或外观。在图1所示的实施例中，绳索数据传感器18连接到起重系统12内的绳索16。这将确保任何穿过起重系统12被使用的绳索16被绳索数据传感器18监测，从而检测指示绳索状态的物理性能，并发送到计算机系统26。 [0031] 张力传感器22测量绳索16中的张力，并且温度传感器24测量绳索16的弯曲点的温度。其它实施例可以具有更多或更少的绳索使用传感器，来采集关于绳索使用的其它数据，例如，绳索的直径和/或形状。一些系统10可以包括与与诸如船舶在操作过程中工作的海洋状态或天气状况的外部因素有关的传感器。 [0032] 位置测量装置20可以是绳索速度/截面位移传感器、测量轮或其它类型的位置传感器，例如，非接触式测量系统。位置测量装置20工作，从而由绳索数据传感器18和使用传感器22、24进行的测量可以被精确跟踪和被指定对应于绳索16的特定部分。 [0033] 计算机系统26可以包括一些处理器和/或数据库，来接收来自传感器18、22、24和来自位置测量装置20的信息，存储该信息，分析它，并使用它用于所有或部分绳索16的使用、维护和/或更换规划。在图1所示的示例中，计算机系统26包括绳索数据传感器处理器和数据库30，来处理和存储来自绳索数据传感器18的数据；起重系统处理器和数据库28，来处理和存储来自位置测量装置20、张力传感器22和温度传感器24的数据；以及整体处理器和数据库32，来接收来自绳索数据传感器处理器30和起重系统处理器和数据库28的输入。整体处理器和数据库32也可以接收外部统计数据输入36的输入。该输入数据可以是，例如，来自绳索16或另一根绳索的历史使用的数据和/或来自在绳索16或另一根绳索上进行的测试的数据。接口34连接到整体处理器和数据库32，并且可以用于控制计算机系统36和绳索监测和分析系统10。接口34可以用于各种任务，包括：控制绳索16；实时监测绳索16；为部分或所有绳索16预测维护和/或更换时间表；基于采集的数据来分析数据和/或生成报告。计算机系统26可以接收和/或存储关于绳索16的整个工作长度、绳索16的一个或多个特定部分(例如，大量使用的部分)和/或任意数量的有有用的数据的部分的绳索16的每部分的数据。 [0034] 绳索监测和分析系统10，通过使用绳索数据传感器18、一些绳索使用传感器22、 24、位置测量装置20和计算机系统26，允许对绳索16进行精确的分析和监测，实时指示在任意时间点上的绳索16的一个或多个部分的状态。在过去的使用多股绳索的海上和陆上作业中，绳索通常被目视检查或在特定的时间点测量绳索的横截面积。该测量可以使用绳索穿过的设备进行，并且该设备能够基于穿过该设备的绳索的测量检测弱化和/或缺陷。该单一数据点检查(与船级社方针相关，以保证系统的安全性)，随后用于预测什么时候绳索需要更换。这种过去的方法作为防止灾难性故障的保守的措施，往往导致过早更换绳索，并导致很高的材料和更换成本。 [0035] 通过使用绳索监测和分析系统10，可以进行绳索16的物理性能的连续实时数据采集，并将绳索16的物理性能的连续实时数据与连续采集的关于绳索16的使用和/或在绳索 16的使用期间的环境状况相关联，以给出在任意时间点绳索16的一部分的状况的实时指示。如果需要的话，也可以提供关于其它统计和/或测试数据的附加输入。计算机系统26中的数据随后可以用来延长绳索16的使用期，在使用绳索16的操作期间保持安全，并通过能够指示什么时候需要更换一些或所有绳索16，减少材料和更换成本。数据和相关性也可以用来预测金属丝状态、绳索16的使用寿命和一些或所有绳索16的维护或更换时间表。此外，数据可以被编辑并存储，未来用于预测关于绳索16或其它绳索的一个或多个部分的使用和/或使用事件的状况、维护和/或更换计划。 [0036] 图2显示了绳索监测和分析系统10的示例数据输出曲线图39，并且包括起重系统操作数据算法输出40和横截面积输出42。沿x轴是绳索的长度或截面位移，从而将测量(和来自传感器数据的算法输出)与部分绳索16的相关联。 [0037] 横截面积输出42显示了在沿绳索16的每个点上的绳索16的横截面积的测量。该数据来自绳索数据传感器18，并给出了横截面积的测量，并且因此，给出了沿绳索16的每个点的整体强度。 [0038] 系统操作数据算法输出40是通过采集关于绳索16的每个点上的张力、弯曲和温度的数据形成的。这是由一个或多个使用传感器采集的，在图1中作为张力传感器22和温度传感器24示出。在其它报告中，关于张力、弯曲、温度或任何其它测量的性能的数据，可以在曲线图39中分别用曲线图表示。集成数据并形成输出40的算法，可以用由系统10采集的数据、存储的关于绳索16和/或其它类似的绳索的历史数据和/或输入计算机系统26的数据进行开发。 [0039] 通过绘制出横截面积和操作或使用数据相对于绳索16长度的曲线，可以看出使用事件和绳索横截面积之间的相关性，例如，在沿绳索长度的A点，可以看出，起重系统运算数据输出40具有高的部分。这可以对应于绳索具有高张力和/或高温的部分。例如，当负载17由于特定的操作将要接触到海床的时候，这可以与一个区域相关。在这一点上，AHC系统14通常为确保负载17平稳过渡地触地而努力工作。这会导致在绳索16的这一点上高温和很大的张力和/或弯曲。从横截面积42的曲线中可以看出，横截面积在A点处有一个下降。因此，由于来自操作的应力，绳索16的一股或多股可能在这一点上突然断掉。基于与绳索16必须保持在安全状况的横截面积的阈值点的比较，这可能是绳索16需要立即或在短时间内更换的点。此外，如曲线图42所示，当在绳索16的具有更高横截面积的区域上执行其它张力操作并尝试集中任何未来的张力操作的时候，该数据可以告诉用户避免该部分的绳索。 [0040] 由于关于绳索16使用的数据被记录并存储在计算机系统26中的一个或多个数据库中，它可以被访问，并用于预测什么样的使用将可能导致横截面积减少到或低于指示需要更换的阈值。例如，如果记录了特定数量的弯曲和特定量的张力已被记录在特定的点上，操作者可以基于期望的工作参数，依靠未来的操作来预测在任何一点的横截面积减少。然后，这可以被用来计划与绳索的实际状态和使用相关联的维护或更换操作，而不是简单地设定时间段(如在过去的系统中)。 [0041] 总之，通过采集、存储、关联和/或分析与绳索16的状况和使用相关的数据，绳索监测和分析系统10能够显示绳索16状态的实时数据，并使用这些数据来预测和确定维护和/或更换时间表。由于实际的绳索16状态数据被跟踪和分析，这会致使系统能够避免灾难性的事件，并通过只在必要时更换所有或部分绳索16节省资源。这也可以有助于更好地预测绳索16在未来的操作后的状态和状况，并计划维修操作，将由于维修导致的可操作停工期保持在最小。 [0042] 已经参考示例性实施例描述了本发明，本领域技术人员将理解，可以进行各种改变，并且在不背离本发明范围的同时，采用可能取代其元件的等同物。此外，可以对本发明的教导进行许多修改，以适应特定的情况或材料，而不离开其基本范围。因此，其旨在，本发明不局限于描述的特定实施例，而是，本发明将包括落在附加的权利要求的范围内的所有实施例。