<Desc/Clms Page number 1>
Anordnung zur selbsttätigen Drehzahlregelung eines Schiffshauptmotors
Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige Drehzahlregelung eines Schiffsmotors in Abhängigkeit von der mit einem Echolot gemessenen Fahrwassertiefe, wobei die Ausgangsgrösse des Echolotes über einen Digitalwandler als Drehzahlsollwert und der Drehzahlistwert einem Additionsglied zum SollwertIstwert-Vergleich zugeführt wird und die Ausgangsgrösse des Additionsgliedes über einen Relaisverstärker einem Stellmotor zugeführt wird.
Eine solche Anordnung zur selbsttätigen Drehzahlregelung soll eine Schiffsbewegung mit optimaler Geschwindigkeit auch bei beschränkten Fahrwassertiefen ermöglichen, wobei unter optimaler Geschwindigkeit jene Geschwindigkeit verstanden wird, die einen optimalen Ablauf des Gütertransportes, d. h. einen Ablauf, bei dem der maximale Gewinn aus Güterbeförderung je Einheit des Aufwandes erreicht wird, gewährleistet.
Die bekannten Regelanordnungen der eingangs angeführten Art stellen jedoch die Bewegung des Schiffes nicht mit optimaler Geschwindigkeit sicher, da der jeweils vorgegebene Geschwindigkeitssollwert infolge beträchtlicher Signalverzögerungen im Regelkreis (endliche Stellgeschwindigkeit des Stell-
EMI1.1
haupt nicht erreicht wird. Darüber hinaus kann der Motor auf besonders seichten Strecken, wo der Abstand zwischen Schiffs- und Gewässerboden nur 10 cm beträgt und das Echolot infolge der Aufwühlung des Schlammes versagt, durch die bekannte Regelanordnung fälschlicherweise auf eine zu hohe Drehzahl gebracht werden.
Ziel der Erfindung ist eine Regelanordnung zur selbsttätigen Drehzahlregelung eines Schiffshauptmotors, durch welche die aufgezeigten Nachteile vermieden werden, was erfindungsgemäss dadurch erreicht wird, dass ein Bodenneigungsextrapolator vorgesehen ist, der aus der Ausgangsgrösse des Echolotes die zu erwartende Änderung der Fahrwassertiefe bestimmt und dessen Ausgangsgrösse über einen weiteren Digitalwandler dem Additionsglied als zusätzlicher Sollwert zugeführt wird, dass der Bodenneigungsextrapolator Speicher aufweist, von denen die den Fahrwassertiefen entsprechenden Ausgangsgrössen desEcholotes über Verstärker, deren Verstärkung dem jeweiligen Extrapolationskoeffizienten proportional ist, einem die Ausgangsgrösse des Bodenneigungsextrapolators bildenden weiteren Additionsglied zugeführt werden,
dass die Speicher durch als Und-Glieder ausgebildete Tore zu einer Speicherkette geschaltet sind und dass an einem Eingang jedes Und-Gliedes der Ausgang eines Taktimpulsgenerators liegt, wobei zur Änderung der Taktfrequenz in Abhängigkeit von der Fahrwassertiefe der Taktimpulsgenerator durch die über einen weiterenDigitalwandler geführte Ausgangsgrösse des Echolotes beaufschlagt wird.
Nach einemMerkmal derErfindung kann zurUmschaltung desSchiffshauptmotors auf Notbetrieb bei extrem kleinen Fahrwassertiefen ein auf einen vorgegebenen Minimalwert der Ausgangsgrösse des Echolotes ansprechender Notumschalter vorgesehen sein, der über den Stellmotor den Schiffshauptmotor auf minimale Drehzahl bringt.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles einer Anordnung zur selbst-
<Desc/Clms Page number 2>
tätigen Drehzahlregelung des Schiffshauptmotors, welches in der Zeichnung in einem Blockschaltbild dargestellt ist, näher erläutert.
Die als Ausführungsbeispiel dargestellte Drehzahlregelanordnung für einen Sehiffshauptmotor-l- enthält ein die Fahrwassertiefe erfassendes Echolot-2-, ein Additionsglied-3-, einen Relaisverstärker --4-- und einen Stellmotor --5--. Zwischen dem Echolot --2-- und dem Additionsglied-3befindet sich ein Digitalwandler-6-, der die erforderliche Zuordnung zwischen der Fahrwassertiefe und der Drehzahl des Schiffshauptmotors --1-- verkörpert, Der Relaisverstärker 4 und der Stellmotor-5-haben eine gemeinsame Rückführung, in der ein Tachometer-7-liegt, der die Drehzahl
EMI2.1
-8-,glied --10-- sowie Speicher --14,11',11"....11'''--, von denen die den Fahrwassertiefen entsprechenden Ausgangsgrössen des Echolotes --2-- über Umformer --15,12',12"....12'''-- und Verstärker --16,13',13"....13'''--,
deren Verstärkung dem jeweiligen Extrapolationskoeffizienten proportional ist, dem dieAusgangsgrösse des Bodenneigungsextrapolators --8-- bildenden Additionsglied --10-zugeführt werden. Die Einspeicherung der laufenden Fahrwassertiefenwerte wird vom Speicher-14- verwirklicht, der über den Umformer --15-- und Verstärker --16-- am Additionsglied --10-- liegt.
Die Speicher --14,11',11"....11'''-- sind durch als Und-Glieder ausgebildete Tore --17', 17"....
17'''-- zu einer Speicherkette geschaltet. An einem Eingang jedes Und-Gliedes --17',17"....17'''-liegt der Ausgang eines Taktimpulsgenerators-18-, wobei zur Änderung der Taktfrequenz in Abhängigkeit von der Fahrwassertiefe der Taktimpulsgenerator-18-durch die über einen weiteren Digital- wandler -19- geführte Ausgangsgrösse des Echolotes-2-beaufschlagt wird. Zur Umschaltung des Schiffshauptmotors-l-auf Notbetrieb bei extrem geringen Fahrwassertiefen ist in der Regelanordnung
EMI2.2
male Drehzahl steuert.
Die beschriebene Drehzahlregelanordnung funktioniert auf folgende Weise :
Das Echolot --2-- erfasst ununterbrochen die Fahrwassertiefen --h-- und formt sie in eine elektri- sche Grösse um, die dem laufend erfassten Wert der Fahrwassertiefe proportional ist. Die elektrische Aus-
EMI2.3
gang des Additionsgliedes --3-- gegeben wird. Am andernEingang dieses Additionsgliedes steht als Rückführgrösse die Generatorspannung des Tachometers-7-an, die dem Istwert der Hauptmotordrehzahl proportional ist. Die Abweichung A gelangt auf den Relaisverstärker --4--, der den Stellmotor --5-im Sinne einer Vergrösserung oder Verkleinerung der Drehzahl des Schiffshauptmotors-l-beeinflusst.
DerDrehzahlbereich, in dem die Drehzahl selbsttätig geregelt wird, wird mittels eines in der Zeichnung nicht angeführten Endschalters eingestellt. Kommt das Schiff in den Bereich einer gefährlich geringen Tiefe (bei welcher der Abstand zwischen Schiff- und Gewässerboden kleiner als 10 cm ist), spricht der Notumschalter-20-an und schaltet den Hauptmotor-l-auf die entsprechende Fahrweise um. Der Notumschalter --20-- ist ein Minimalspannungsrelais mit Verstärker und Stellmotor (in der Zeichnung nicht näher dargestellt). Der Stellmotor beeinflusst den Relaisverstärker in dem Sinne, dass die Drehzahl des Schiffshauptmotors --1-- auf den minimalen Wert absinkt. Ausserdem löst der Notumschalter-20- gleichzeitig ein akustisches Signal aus, das dem Kapitän des Schiffes die Gefahr meldet.
Das ganze System der Notumschaltung ist durch den Kapitän von Hand aus entriegelbar.
Auf den Eingang des Additionsgliedes-3-kommt auch das Ausgangssignal des Bodenneigungs- extrapolators-8-an. Die Extrapolation erfolgt nach der Formel :
EMI2.4
Mit hn+1, hn, hn-1.... hn-m sind die Fahrwassertiefen im laufenden und in den vergangenen Zeitpunkten bezeichnet. Diese Zeitpunkte liegen im gleichen Abstand voneinander. Mit k, kl, k.... kj sind die Extrapolationskoeffizienten bezeichnet. Sie werden durch die gewählte Optimierungsmethode bestimmt, die den minimalen mittleren quadratischen Fehler für den vorgegebenen, am häufigsten auftretenden Bodenabschnitt gewährleistet. #h ist der vorausberechnete Wert der Tiefenzunahme.
Für denExtrapolator eignen sich am besten funktionsmässig getrennte Bausteine, da die Information auf längere Dauer in den Speichern --11',11"....11'''-- gespeichert und gleichzeitig abgefragt und
<Desc/Clms Page number 3>
erneuert werden soll. Die Anwendung dieser Bausteine ist auch aus dem Grunde vorteilhaft, da die Echolote üblicherweise nicht eine kontinuierliche Anzeige, sondern eine Folge von einzelnen Mischwerten liefern.
AmEingang desBodenneigungsextrapolators-8-kommt vom Echolot-2-die elektrische Grösse
EMI3.1
an,- 14--. Im Impulsgenerator wird sie inimpulsgruppen umgeformt, deren Impulszahl der Breite der Echo- lotausgangsimpulse proportional ist. Der Speicher-14-erfasst die Impulszahl der Gruppen, wobei die ) Häufigkeit der Zählzyklen gleich der Folgefrequenz der ankommenden Impulsgruppen ist.
Der Ausgangsimpuls des Speichers-14-wird im Umformer-15-umgeformt, im Verstärker -16- um K-Mal verstärkt, so dass auf den Eingang des Additionsgliedes eine dem Produkt k-hhn pro- portionaleGrösse gelangt. Die Übertragung der den Einzelwerten der Fahrwassertiefe proportionalen Aus- gangsgrössen des Zählers in die Speicher -11', 11 ".... 11111-- erfolgt über die Tore-17', 17"....
17'"¯, die von den vom Taktimpulsgenerator-18-erzeugten Steuerimpulsen geöffnet werden. Die
Folgefrequenz dieser Impulse ist direkt proportional der Schiffsgeschwindigkeit v. Diese Abhängigkeit wird vom Digitalwandler --19-- verwirklicht. Die Schiffsgeschwindigkeit wird dabei unmittelbar aus
EMI3.2
-19-- amZunahme A h der Fahrwassertiefe proportional ist, gelangt über den Digitalwandler --9- auf den Eingang des Additionsgliedes --3-- als zusätzlicher Sollwert der Drehzahl n.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur selbsttätigen Drehzahlregelung eines Schiffshauptmotors in Abhängigkeit von der mit einem Echolot gemessenen Fahrwassertiefe, wobei die Ausgangsgrösse des Echolotes über einen Digitalwandler als Drehzahlsollwert und der Drehzahlistwert einem Additionsglied zum Sollwert-Istwert- Vergleich zugeführt wird und die Ausgangsgrösse des Additionsgliedes über einen Relaisverstärker einem
EMI3.3
vorgesehen ist, der aus der Ausgangsgrösse des Echolotes (2) die zu erwartende Änderung der Fahrwassertiefe bestimmt und dessen Ausgangsgrösse über einen weiteren Digitalwandler (9) dem Additionsglied (3) als zusätzlicher Sollwert zugeführt wird, dass der Bodenneigungsextrapolator (8) Speicher (14, 11', 1111....
11111) aufweist, von denen die den Fahrwassertiefen entsprechenden Ausgangsgrössen des Echolotes (2) über Verstärker (16, 13', 1311.... 13"'), deren Verstärkung dem jeweiligen Extrapolationskoeffizienten proportional ist, einem dieAusgangsgrösse desBodenneigungsextrapolators (8) bildenden weiteren Additionsglied (10) zugeführt werden, dass die Speicher (14, 11', 11 ".... 11'") durch als Und- Glieder ausgebildete Tore (17', 17"....17''') zu einerSpeicherkette geschaltet sind und dass an einem Eingang jedes Und-Gliedes (17',17"....17''') der Ausgang eines Taktimpulsgenerators (18) liegt, wobei zur Änderung der Taktfrequenz in Abhängigkeit von der Fahrwassertiefe derTaktimpulsgenerator (18) durch die über einen weiterenDigitalwandler (19) geführte Ausgan gsgrösse des Echolotes (2) beaufschlagt wird.