CN102628719B - 船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测系统及检测方法，特别适用于对海洋钻井平台船用拖缆机锚泊线的张力检测、收放线的长度测量以及速度测量。本发明检测系统包括：荷重传感器，编码器，PLC电气模块，触摸屏显示模块。检测方法步骤包括：编码器采集传送缆绳位置和速度数据信号、荷重传感器采集传送荷重数据信号、PLC计算放缆绳的长度和速度、以及PLC计算缆绳的张力、结果显示参数整定和超限报警。本发明优点是：能及时准确得到放或收缆绳的长度、速度和张力数据信息，确保海面上的作业平台安全稳定；触摸屏能显示检测情况并且触摸屏显示模块还能实现参数的整定以及缆绳长度和张力的超限报警；能有效地保护船用拖缆机绞车和缆绳的安全运行。

Description

船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测系统及检测方法，特别适用于对海洋钻井平台船用拖缆机锚泊线的张力检测、收放线的长度测量以及速度测量，属于物理量测量技术领域。

背景技术

半潜式平台是一种技术相对成熟，投资较低的浮式结构，它具有适应水深范围宽（200～3000m），稳定性好，移运灵活等优点。因此，半潜式平台在深海钻井平台中有较多应用。为满足海上作业的要求，半潜式平台采用散开的锚泊系统定位，以抵御海洋环境的影响。锚泊系统由若干对称分布的锚泊线组成，这些锚泊线一端系在平台的不同位置，另一端锚固在海底，在散布的锚泊系统中，对锚泊线的两个基本要求是：1) 抛出的锚泊线长度有一定要求，即抛出的长度应足以保证船舶在受外力作用而漂移时锚泊线下端总能相切于水底，使锚的抓力得以充分发挥，防止走锚。2) 锚泊线上施加了预张力，若干根有预张力的锚泊线布置在平台的周围，使平台保持在要求的位置。船用拖缆机是锚泊系统的主要组成部分，是半潜式平台上最重要的设备之一，其主要用途是为没有自航能力的海洋平台提供拖带和起抛锚作业，是支持半潜式平台抵抗风、流、和环境的重要手段。

长期系泊于海面上的平台，要在各种恶劣的海洋环境中进行作业和生产，锚泊线所受的力常常大于100吨，有的甚至高达500吨以上。因此，正确测量其在海洋环境载荷作用下锚泊缆绳张力、抛出的锚泊缆绳长度就显得十分重要。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景，提供一种船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测系统及检测方法。本发明系统使用荷重传感器实现载荷测量，多圈绝对值编码器实现行程测量，PLC电气模块将采集到的荷重传感器信号和编码器信号进行处理计算，得到放出缆绳的长度、速度和张力，并显示在触摸屏上，触摸屏显示模块还可以实现相关参数的整定以及缆绳长度和张力的超限报警。

本发明船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测系统技术方案：它包括：

若干个荷重传感器，该荷重传感器上连接有变送器；

一个编码器，用于实时采集和输出缆绳长度和速度数据信号，该编码器为多圈绝对值编码器；

一个包括CPU模块、模拟量输入接口模块、SSI信号转换模块、模拟量输出接口模块、无源开关量输出接口模块的PLC电气模块，用于将过定位空间力学系统进行简化，由PLC软件实现功能算法，建立力学模型；

一个包括触摸屏软件的触摸屏显示模块，该触摸屏显示模块与CPU模块相连接，用于实时显示缆绳张力及放出缆绳长度和速度，并对张力和长度进行参数整定，当长度和张力值超限，无源开关量输出接口模块就向现场提供报警信号；

所述的荷重传感器与模拟量输入接口模块连接，将采集的荷重数据模拟量信号传送给模拟量输入接口模块；所述的编码器与绞车缆绳相连，记录绞车缆绳的当前绝对位置和速度，然后将位置和速度的数据信号传送给PLC电气模块。

在上述技术方案基础上更进一步的方案是：

所述的船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测系统，其CPU模块分别与模拟量输入接口模块、SSI信号转换模块、模拟量输出接口模块和无源开关量输出接口模块以及触摸屏显示模块连接，用于处理数据信息以及发送命令；模拟量输入接口模块用于接收荷重传感器的信号，SSI信号转换模块用于接收编码器的信号，模拟量输出接口模块用于向现场提供计算出的缆绳长度、速度和张力的模拟量信号，无源开关量输出接口模块用于向现场提供张力和长度超限报警信号。

本发明的一种用上述的系统进行船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测方法，包括下述步骤：

A、编码器采集传送缆绳位置和速度数据信号：编码器将采集到的位置和速度数据信号传送给SSI信号转换模块；

B、荷重传感器采集传送荷重数据信号：荷重传感器的变送器将感应到的压力转换成模拟量信号，并将模拟量信号传送给PLC电气模块中的模拟量输入接口模块；

C、PLC计算缆绳的长度和速度： CPU模块将SSI信号转换模块接收到编码器的信号进行计算处理，得到当前放出的缆绳的长度以及此时放缆绳的速度；

D、PLC计算缆绳的张力：模拟量输入接口模块将接收到的变送器传送的模拟量信号传给CPU模块，该CPU模块将模拟量信号再转化为压力值，并由CPU模块中的PLC软件根据力学计算模型，将包括压力值和缆绳长度值已知量进行计算处理，最终得到缆绳当前的张力值；

E、结果显示、参数整定和超限报警： CPU模块将缆绳的位置、速度和张力值传送给触摸屏显示模块，然后触摸屏显示模块将接收到的缆绳位置、速度和张力值显示在触摸屏上，通过触摸屏软件进行参数整定并发送给CPU模块，当缆绳长度和张力超过整定值的范围时，无源开关量输出接口模块就会向现场提供报警信号。

在上述方法技术方案基础上更进一步的技术方案是：

所述的船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测方法，其C步骤所述PLC计算缆绳长度步骤是先输入缆绳所处的层数n和圈数i，然后根据下式计算放出的缆绳长度：

其中：

h——缆绳层与层之间的中心距，单位mm；

n——缆绳所处的层数；

i——缆绳所处的圈数；

D——卷筒直径，单位mm；

d——缆绳直径，单位mm；

       ——每层的容绳量，单位mm；

公式中卷筒每层容绳量 按下式确定：

当n为奇数时：

当n为偶数时： 。

所述的船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测方法，其公式 中，缆绳所处的层数n和圈数i的测定，以行程检测装置中的编码器2确定，包括下述步骤：

C1、确定缆绳内层和外层参数：绞车缆绳共有k层，第1层为最内层，第k层为最外层；奇数层有P圈，偶数层有Q圈，每层中靠近绞车传动齿轮的为第一圈；缆绳层数与圈数由编码器的读数确定；

C2、编码器对缆绳层数与圈数按以下公式确定：

第1层的读数范围为（1～P）×360°         --------

第2层的读数范围为（（P+1）～(P+Q)）×360° --------，

……；

第n层的读数范围为 

［（n/2*P+n/2*Q+1）~（n/2*P+n/2*Q+P）］×360°(当n为奇数)

［（n/2*P+n/2*Q-Q+1）~（n/2*P+n/2*Q）］ ×360°(当n为偶数)                       

 -------

当编码器2的读数为α，缆绳层数与圈数的判定方法为：计算编码器2的读数α与360°的商，判断该值对应的层数，用商与所处层数起始圈数的差进位取整后加1即为相应的圈数；

缆绳的层数与圈数的范围段为：

所述的船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测方法，其C步骤所述放缆绳的速度由CPU模块中的PLC软件按下式确定：

      

其中：

υ——缆绳输出的线速度，单位m/s；

——缆绳输出的角速度，可根据编码器读数值的变化计算得出，单位r/min；

r——与绞车缆绳层数n相关的半径，单位mm。

所述的船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测方法，其D步骤所述缆绳的张力，包括放缆张力和收缆张力，由CPU模块中的PLC软件分别按下式确定：

放缆时：

收缆时：

其中：

——A轴承的支反力，单位N；

——B轴承的支反力，单位N；

——钢丝绳的垂向张力，单位N；

距B支座的作用距离，单位mm；

——绞车卷筒本体自重，单位N；

——绞车卷筒本体重心距B支座的作用距离，单位mm；

——绞车上剩余缆绳的自重，单位N；

——绞车上剩余缆绳的自重的重心距B支座的作用距离，单位mm；

——当略去齿面间的摩擦力时，作用在与齿面垂直的法向啮合平面内的法向力分解出的圆周力，单位N；

——圆周力作用点距B支座的作用距离，单位mm；

——A支座距B支座的作用距离，单位mm；

上两式 的参数计算如下：

的计算公式如下：

n为奇数时：

n为偶数时：

其中：

——第一圈缆绳距离轴承支座的距离，单位mm；

t—— 线槽节距，单位mm。

所述的船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测方法，其公式 中绞车上剩余缆绳的自重G₂的计算公式如下：

其中：

——缆绳总长度，单位mm；

——缆绳单位长度重量，单位Kg/mm；

s——F_c作用点所在的层数；

公式 中L₃的计算公式如下：

n为奇数时：

n为偶数时：

其中：

B_t——卷筒容绳宽度，单位mm；

公式 中的计算公式如下：

其中：

——齿轮的分度圆直径，单位mm；

T₁——齿轮传递的扭矩，单位Nm；

P——输入的功率，单位KW；

——卷筒的转速，单位rpm；

η——传递的效率。

所述的船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测方法，其公式 中卷筒轴颈对轴承的压力由轴承支座的两个支脚其下安装荷重传感器1测定参数后再按下述公式计算：

其中：

——卷筒轴颈对轴承的压力，单位N；

在轴承基座上分解出的两个相等的力，单位N；

——荷重传感器1的输出值，在实际的测试系统中为已知值。

本发明的技术效果显著：

1、能及时准确得到放或收缆绳的长度、速度和张力，确保海面上的作业平台安全稳定；2、触摸屏能直观检测情况并且触摸屏显示模块还能实现参数的整定以及缆绳长度和张力的超限报警；3、能有效地保护船用拖缆机绞车和缆绳的安全运行。

附图说明

图1为本发明船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测系统结构框图；

图2为本发明船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测步骤示意图；

图3为放缆时的力学模型简化图；

图4为收缆时的力学模型简化图；

图5为轴承支座力学模型简化图，图中a是卷筒轴颈压力与轴承基座受力的力学关系模型，图中b是轴承基座受力与荷重传感器测值的力学关系模型。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明作进一步说明如下：

实施例1：

如图1所示，一种船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测系统，包括：

若干个荷重传感器1，该荷重传感器1上连接有变送器1.1；

一个编码器2，用于实时采集和输出缆绳长度和速度数据信号，该编码器2为多圈绝对值编码器；

一个包括CPU模块3、模拟量输入接口模块4、SSI信号转换模块5、模拟量输出接口模块6、无源开关量输出接口模块7的PLC电气模块8，用于将过定位空间力学系统进行简化，由PLC软件实现功能算法，建立力学模型；

一个包括触摸屏软件的触摸屏显示模块9，该触摸屏显示模块9与CPU模块3相连接，用于实时显示缆绳张力及放出缆绳长度和速度，并对张力和长度进行参数整定，当长度和张力值超限，无源开关量输出接口模块7就向现场提供报警信号；

所述的荷重传感器1与模拟量输入接口模块4连接，将采集的荷重数据模拟量信号传送给模拟量输入接口模块4；所述的编码器2与绞车缆绳相连，记录绞车缆绳的当前绝对位置和速度，然后将位置和速度的数据信号传送给PLC电气模块8。所述的CPU模块3分别与模拟量输入接口模块4、SSI信号转换模块5、模拟量输出接口模块6和无源开关量输出接口模块7以及触摸屏显示模块9连接，用于处理数据信息以及发送命令；模拟量输入接口模块4用于接收荷重传感器1的信号，SSI信号转换模块5用于接收编码器2的信号，模拟量输出接口模块6用于向现场提供计算出的缆绳长度、速度和张力的模拟量信号，无源开关量输出接口模块7用于向现场提供张力和长度超限报警信号。

实施例2：

如图2-图5所示，一种用本发明的船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测系统进行船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测方法基本实施例，包括下述步骤：

A、编码器采集传送缆绳位置和速度数据信号：编码器2将采集到的位置和速度数据信号传送给SSI信号转换模块5；

B、荷重传感器1采集传送荷重数据信号：荷重传感器1的变送器1.1将感应到的压力转换成模拟量信号，并将模拟量信号传送给PLC电气模块8中的模拟量输入接口模块4；

C、PLC计算缆绳的长度和速度： CPU模块3将SSI信号转换模块5接收到编码器2的信号进行计算处理，得到当前放出的缆绳的长度以及此时放缆绳的速度；

D、PLC计算缆绳的张力：模拟量输入接口模块4将接收到的变送器1.1传送的模拟量信号传给CPU模块3，该CPU模块3将模拟量信号再转化为压力值，并由CPU模块中3的PLC软件根据力学计算模型，将包括压力值和缆绳长度值已知量进行计算处理，最终得到缆绳当前的张力值；

E、结果显示、参数整定和超限报警： CPU模块3将缆绳的位置、速度和张力值传送给触摸屏显示模块9，然后触摸屏显示模块9将接收到的缆绳位置、速度和张力值显示在触摸屏上，通过触摸屏软件进行参数整定并发送给CPU模块3，当缆绳长度和张力超过整定值的范围时，无源开关量输出接口模块7就会向现场提供报警信号。

缆绳长度的检测：

C步骤所述PLC计算缆绳长度步骤是先输入缆绳所处的层数n和圈数i，然后根据下式计算放出的缆绳长度：

其中：

h——缆绳层与层之间的中心距，单位mm；

n——缆绳所处的层数；

i——缆绳所处的圈数；

D——卷筒直径，单位mm；

d——缆绳直径，单位mm；

 ——每层的容绳量，单位mm；

公式中卷筒每层容绳量 按下式确定：

当n为奇数时：

当n为偶数时：。

所述公式 中，缆绳所处的层数n和圈数i的测定，以行程检测装置中的编码器2确定，包括下述步骤：

C1、确定缆绳内层和外层参数：绞车缆绳共有k层，第1层为最内层，第k层为最外层；奇数层有P圈，偶数层有Q圈，每层中靠近绞车传动齿轮的为第一圈；缆绳层数与圈数由编码器2的读数确定；

C2、编码器2对缆绳层数与圈数按以下公式确定：

第1层的读数范围为（1～P）×360°         --------

第2层的读数范围为（（P+1）～(P+Q)）×360° --------，

……；

第n层的读数范围为 

［（n/2*P+n/2*Q+1）~（n/2*P+n/2*Q+P）］×360°(当n为奇数)

［（n/2*P+n/2*Q-Q+1）~（n/2*P+n/2*Q）］ ×360°(当n为偶数)                       

 -------

当编码器2的读数为α，缆绳层数与圈数的判定方法为：计算编码器2的读数α与360°的商，判断该值对应的层数，用商与所处层数起始圈数的差进位取整后加1即为相应的圈数；

缆绳的层数与圈数的范围段为：

放缆绳的速度检测：

所述C步骤所述放缆绳的速度按下式确定：

                 

其中：

υ——缆绳输出的线速度，单位m/s；

——缆绳输出的角速度，可根据编码器读数值的变化计算得出，单位r/min；

r——与绞车缆绳层数n相关的半径，单位mm。

所述D步骤所述缆绳的张力，包括放缆张力和收缆张力，分别按下式确定：

放缆时：

收缆时：

其中：

——A轴承的支反力，单位N；

——B轴承的支反力，单位N；

——钢丝绳的垂向张力，单位N；

距B支座的作用距离，单位mm；

——绞车卷筒本体自重，单位N；

——绞车卷筒本体重心距B支座的作用距离，单位mm；

——绞车上剩余缆绳的自重，单位N；

——绞车上剩余缆绳的自重的重心距B支座的作用距离，单位mm；

——当略去齿面间的摩擦力时，作用在与齿面垂直的法向啮合平面内的法向力分解出的圆周力，单位N；

——圆周力作用点距B支座的作用距离，单位mm；

——A支座距B支座的作用距离，单位mm；

上两式 的参数计算如下：

的计算公式如下：

     n为奇数时：

    n为偶数时：

其中：

——第一圈缆绳距离轴承支座的距离，单位mm；

 剩余缆绳的自重G₂的计算：

所述公式 中绞车上剩余缆绳的自重G₂的计算公式如下：

其中：

——缆绳总长度，单位mm；

——缆绳单位长度重量，单位Kg/mm；

s——F_c作用点所在的层数。

公式 中L₃的计算公式如下：

n为奇数时：

n为偶数时：

其中：

B_t——卷筒容绳宽度，单位mm。

公式 中的计算公式如下：

其中：

——齿轮的分度圆直径，单位mm；

T₁——齿轮传递的扭矩，单位Nm；

P——输入的功率，单位KW；

——卷筒的转速，单位rpm；

η——传递的效率。

所述公式 中卷筒轴颈对轴承的压力由轴承支座的两个支脚其下安装荷重传感器1测定相关参数后再按下述公式计算：

其中：

——卷筒轴颈对轴承的压力，单位N；

在轴承基座上分解出的两个相等的力，单位N；

——荷重传感器1的输出值，在实际的测试系统中为已知值。

结合本发明的技术方案与原理对本发明的效果进一步说明如下：

本发明是一个过定位空间力学系统，具体地说是将该过定位空间力学系统转化为易于计算的力学模型，并进行工程化计算。

首先，荷重传感器将测量得到的支撑力通过变送器传送给模拟输入接口模块，多圈绝对值编码器将卷筒位置信息记录下来并传送给SSI信号转换模块，然后，CPU模块中的PLC软件负责荷重传感器模拟量的采集，计算绞车缆绳张力；负责绝对值编码器信号采集，计算绞车缆绳放出长度和缆绳的速度；提供缆绳张力、长度及速度量输出到触摸屏，同时向集控室提供缆绳张力、长度及速度共3路模拟量输出；当缆绳张力、长度超限时，现场声光报警，同时向集控室提供缆绳张力、长度超限报警输出。最后，触摸屏软件负责实时显示缆绳张力，放出缆绳长度和速度，具备参数整定功能，由操作者进行显示数据的零位、最大量程、报警值的整定，整定功能需要输入密码。PLC软件和触摸屏软件之间采用RS232/RS485协议，借助MPI接口电缆完成通讯。

本发明权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims (7)

1.一种船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测系统，其特征在于，包括：

若干个荷重传感器（1），该荷重传感器（1）上连接有变送器（1.1）；

一个编码器（2），用于实时采集和输出缆绳长度和速度数据信号，该编码器（2）为多圈绝对值编码器；

一个包括CPU模块（3）、模拟量输入接口模块（4）、SSI信号转换模块（5）、模拟量输出接口模块（6）、无源开关量输出接口模块（7）的PLC电气模块（8），用于将过定位空间力学系统进行简化，由PLC软件实现功能算法，建立力学模型；

一个包括触摸屏软件的触摸屏显示模块（9），该触摸屏显示模块（9）与CPU模块（3）相连接，用于实时显示缆绳张力及放出缆绳长度和速度，并对张力和长度进行参数整定，当长度和张力值超限，无源开关量输出接口模块（7）就向现场提供报警信号；

所述的荷重传感器（1）与模拟量输入接口模块（4）连接，将采集的荷重数据模拟量信号传送给模拟量输入接口模块（4）；所述的编码器（2）与绞车缆绳相连，记录绞车缆绳的当前绝对位置和速度，然后将位置和速度的数据信号传送给PLC电气模块（8）；

该PLC电气模块（8）计算缆绳长度步骤是先输入缆绳所处的层数n和圈数i，然后根据下式计算放出的缆绳长度：

  ----------    

其中：

h——缆绳层与层之间的中心距，单位mm；

n——缆绳所处的层数；

i——缆绳所处的圈数；

D——卷筒直径，单位mm；

d——缆绳直径，单位mm；

   ——每层的容绳量，单位mm；

公式中卷筒每层容绳量 按下式确定：

当n为奇数时：--------

当n为偶数时：------

其中：

P——奇数层的缆绳的圈数；

Q——偶数层的缆绳的圈数；

缆绳所处的层数n和圈数i的测定，由编码器（2）的读数确定，包括下述步骤：

C1、确定缆绳内层和外层参数：绞车缆绳共有k层，第1层为最内层，第k层为最外层；奇数层有P圈，偶数层有Q圈，每层中靠近绞车传动齿轮的为第一圈；缆绳层数与圈数由编码器（2）的读数确定；

C2、编码器（2）对缆绳层数与圈数按以下公式确定：

第1层的读数范围为（1～P）×360°         --------

第2层的读数范围为（（P+1）～(P+Q)）×360° --------，

……；

第n层的读数范围为 

［（n/2*P+n/2*Q+1）~（n/2*P+n/2*Q+P）］×360°(当n为奇数)

［（n/2*P+n/2*Q-Q+1）~（n/2*P+n/2*Q）］ ×360°(当n为偶数)                     -------

当编码器（2）的读数为α，缆绳层数与圈数的判定方法为：计算编码器（2）的读数α与360°的商，判断该商的值对应的层数n，用商与所处层数起始圈数的差进位取整后加1即为相应的圈数i；

缆绳的层数与圈数的范围段为：

 。

2.根据权利要求1所述的船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测系统，其特征在于，所述的CPU模块（3）分别与模拟量输入接口模块（4）、SSI信号转换模块（5）、模拟量输出接口模块（6）和无源开关量输出接口模块（7）以及触摸屏显示模块（9）连接，用于处理数据信息以及发送命令；模拟量输入接口模块（4）用于接收荷重传感器（1）的信号，SSI信号转换模块（5）用于接收编码器（2）的信号，模拟量输出接口模块（6）用于向现场提供计算出的缆绳长度、速度和张力的模拟量信号，无源开关量输出接口模块（7）用于向现场提供张力和长度超限报警信号。

3.一种用权利要求1所述的系统进行船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测方法，其特征在于，包括下述步骤：

A、编码器（2）采集传送缆绳位置和速度数据信号：编码器（2）将采集到的位置和速度数据信号传送给SSI信号转换模块（5）；

B、荷重传感器（1）采集传送荷重数据信号：荷重传感器（1）的变送器（1.1）将感应到的压力转换成模拟量信号，并将模拟量信号传送给PLC电气模块（8）中的模拟量输入接口模块（4）；

C、PLC计算缆绳的长度和速度： CPU模块（3）将SSI信号转换模块（5）接收到编码器（2）的信号进行计算处理，得到当前放出的缆绳的长度以及此时放缆绳的速度；

D、PLC计算缆绳的张力：模拟量输入接口模块（4）将接收到的变送器（1.1）传送的模拟量信号传给CPU模块（3），该CPU模块（3）将模拟量信号再转化为压力值，并由CPU模块中（3）的PLC软件根据力学计算模型，将包括压力值和缆绳长度值已知量进行计算处理，最终得到缆绳当前的张力值；

E、结果显示、参数整定和超限报警： CPU模块（3）将缆绳的位置、速度和张力值传送给触摸屏显示模块（9），然后触摸屏显示模块（9）将接收到的缆绳位置、速度和张力值显示在触摸屏上，通过触摸屏软件进行参数整定并发送给CPU模块（3），当缆绳长度和张力超过整定值的范围时，无源开关量输出接口模块（7）就会向现场提供报警信号；

C步骤所述PLC计算缆绳长度步骤是先输入缆绳所处的层数n和圈数i，然后根据下式计算放出的缆绳长度：

  ----------    

其中：

h——缆绳层与层之间的中心距，单位mm；

n——缆绳所处的层数；

i——缆绳所处的圈数；

D——卷筒直径，单位mm；

d——缆绳直径，单位mm；

   ——每层的容绳量，单位mm；

公式中卷筒每层容绳量 按下式确定：

当n为奇数时：--------

当n为偶数时：------

其中：

P——奇数层的缆绳的圈数；

Q——偶数层的缆绳的圈数；

缆绳所处的层数n和圈数i的测定，由编码器（2）的读数确定，包括下述步骤：

C1、确定缆绳内层和外层参数：绞车缆绳共有k层，第1层为最内层，第k层为最外层；奇数层有P圈，偶数层有Q圈，每层中靠近绞车传动齿轮的为第一圈；缆绳层数与圈数由编码器（2）的读数确定；

C2、编码器（2）对缆绳层数与圈数按以下公式确定：

第1层的读数范围为（1～P）×360°         --------

第2层的读数范围为（（P+1）～(P+Q)）×360° --------，

……；

第n层的读数范围为 

［（n/2*P+n/2*Q+1）~（n/2*P+n/2*Q+P）］×360°(当n为奇数)

［（n/2*P+n/2*Q-Q+1）~（n/2*P+n/2*Q）］ ×360°(当n为偶数)                       -------

当编码器（2）的读数为α，缆绳层数与圈数的判定方法为：计算编码器（2）的读数α与360°的商，判断该商的值对应的层数n，用商与所处层数起始圈数的差进位取整后加1即为相应的圈数i。

4.根据权利要求3所述的船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测方法，其特征在于，C步骤所述放缆绳的速度按下式确定：

                 --------

----------      

其中：

υ——缆绳输出的线速度，单位m/s；

——缆绳输出的角速度，可根据编码器读数值的变化计算得出，单位r/min；

——与绞车缆绳层数n相关的半径，单位mm。

5.根据权利要求3所述的船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测方法，其特征在于，D步骤所述缆绳的张力，包括放缆张力和收缆张力，分别按下式确定：

放缆时：---------

收缆时：----------

其中：

——卷筒轴颈对A轴承的压力，单位N；

——卷筒轴颈对B轴承的压力，单位N；

——钢丝绳的垂向张力，单位N；

——距B轴承的作用距离，单位mm；

——绞车卷筒本体自重，单位N；

——绞车卷筒本体重心距B轴承的作用距离，单位mm；

——绞车上剩余缆绳的自重，单位N；

——绞车上剩余缆绳的自重的重心距B轴承的作用距离，单位mm；

——当略去齿面间的摩擦力时，作用在与齿面垂直的法向啮合平面内的法向力分解出的圆周力，单位N；

——圆周力作用点距B轴承的作用距离，单位mm；

——A轴承距B轴承的作用距离，单位mm；

上两式 的参数计算如下：

的计算公式如下：

     n为奇数时：  i=1，2，3………..P；------

    n为偶数时：  i=1，2，3 ….…Q；------

其中：

、——第一圈缆绳距离B轴承的距离，单位mm；

t—— 线槽节距，单位mm。

6.根据权利要求5所述的船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测方法，其特征在于， 公式 中绞车上剩余缆绳的自重G₂的计算公式如下：

---------

其中：

——缆绳总长度，单位mm；

——缆绳单位长度重量，单位Kg/mm；

s——F_c作用点所在的层数；

公式 中L₃的计算公式如下：

n为奇数时：

      -----

n为偶数时：

         ------

其中：

B_t——卷筒容绳宽度，单位mm；

公式 中的计算公式如下：

--------

--------

其中：

——齿轮的分度圆直径，单位mm；

T₁——齿轮传递的扭矩，单位Nm；

P₁——输入的功率，单位KW；

——缆绳输出的角速度，单位rpm；

η——传递的效率。

7.根据权利要求5所述的船用拖缆机绞车缆绳张力和长度检测方法，其特征在于，公式 中卷筒轴颈对A轴承的压力由A轴承支座的两个支脚其下安装荷重传感器（1）测定相关参数后再按下述公式计算：

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其中：

——卷筒轴颈对A轴承的压力，单位N；

——A轴承的中心分别与两个支脚位置的连线与垂直方向的夹角；

在A轴承支座上分解出的两个相等的力，单位N；

——荷重传感器（1）的输出值，在实际的测试系统中为已知值。