CN104374357A - 一种绞车缆绳放出长度测量方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种船舶用绞车缆绳的测量方法和装置，尤其是一种绞车缆绳放出长度测量方法和装置，属于船舶装置技术领域。本发明的装置包括卷筒主轴、套接在卷筒主轴上的卷筒及缠绕在卷筒上的缆绳，其特征在于：所述卷筒主轴的一端通过联轴器连接绝对值编码器，所述绝对值编码器电连接可编程控制器，所述可编程控制器内设有内部储存器，所述内部储存器电连接缆绳长度显示装置。其有益效果是：装置结构巧妙，方法切实可行，可以精确计算出缆绳放出长度，提高作业质量。

Description

一种绞车缆绳放出长度测量方法和装置
技术领域
本发明涉及一种船舶用绞车缆绳的测量方法和装置，尤其是一种绞车缆绳放出长度测量方法和装置，属于船舶装置技术领域。
背景技术
铠装缆绞车是一种特种绞车，卷筒收放缆绳为特殊的光电缆，用于机动型救生钟收放系统。工作母船通过铠装缆中的高压电力电缆为救生钟水下运行提供动力源；救生钟的水下工作状态动作和水下工作环境均通过铠装缆将小信号传送到中央控制室进行监控。由于铠装缆承担着信号传输和电力输送工作,对水下具有至关总要作用，水下绞车接收母船上绞车缆绳放出长度测量结果，实现对应收放作业；因此铠装缆绞车缆长精度要求高,然而，传统测量采用2-3个电感式接近开关检测焊接于卷筒周边的金属凸起或孔洞，结合收放缆操作信号判断，从而通过脉冲计数乘以脉冲对应的近似缆绳长度得出放缆长度，这种粗放式测量方式不能满足收放的需要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出一种绞车缆绳放出长度测量方法和装置，可以精确计算出缆绳放出长度，提高作业质量。
本发明通过以下技术方案解决技术问题：一种绞车缆绳放出长度测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.将缆绳全部收回至缆车卷筒上，用绝对值编码器检测绞车卷筒初始位置，所述绝对值编码器将初始位置的读数传输至可编程控制器，所述可编程控制器计算缆绳卷绕层数和每层缆绳圈数；
b.收、放缆绳时，编码器实时记录卷筒相对于初始零位转过的数
值，由可编程控制器计算当前缆绳所处的层数，计算缆绳放出或回收
的长度，储存至内部储存器，所述内部储存器连接缆绳长度显示装置，
显示结果。
所述收回缆绳时，以卷筒缆绳完全收回后按卷绕六层为例，计算放出长度的公式如下，
N1en<＝N1en6时，S＝6，LEN＝N1en*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
N1en 6+N1时，S＝5，LEN＝LTH6+LENS-LENS0+(N1en-N1en6)*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
N1en<＝N1en6+N1*2时，S＝4，LEN＝LTH5+LTH6+LENS-LENS0+(N1en-N1en6-N1)*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
N1en<＝N1en6+N1*3时，S＝3，LEN＝LTH4+LTH5+LTH6+LENS-LENS0+(N1en-N1en6-N1*2)*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
N1en<＝N1en6+N1*4时，S＝2，LEN＝LTH3+LTH4+LTH5+LTH6+LENS-LENS0+(N1en-N1en6-N1*3)*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
N1en<＝N1en6+N1*5时，S＝1，LEN＝LTH2+LTH3+LTH4+LTH5+LTH6+LENS-LENS0+(N1en-N1en6-N1*4)*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
其中：N1en＝编码器读数，
N1en6＝第六层容绳对应编码器读数；
S＝当前绳层；LEN＝缆绳放出长度；
D1＝卷筒直径；d1＝缆绳直径；
N1＝每层满缆对应的编码器读数；
LENS＝卷筒总容绳量；LENS0＝卷筒实际容绳量；
LTHi＝第i层容缆量。
所述放出缆绳时，以卷筒缆绳完全放出后计算放出长度的公式如下，收回缆绳长度＝总容绳量-放出缆绳长度。
本发明进一步提供基于上述方法的绞车缆绳放出长度测量装置，包括卷筒主轴、套接在卷筒主轴上的卷筒及缠绕在卷筒上的缆绳，其特征在于：所述卷筒主轴的一端通过联轴器连接绝对值编码器，所述绝对值编码器电连接可编程控制器，所述可编程控制器内设有内部储存器，所述内部储存器电连接缆绳长度显示装置。
所述联轴器和绝对值编码器的外部设有保护罩，所述绝对值编码器的底部固定支架。
所述支架为两个L型支架组合，所述两支架的长边相接呈直角，所述支架的L型弯折处位于背离长边形成的直角一侧。
本发明的绝对值编码器用于检测绞车卷筒初始位置和实时位置，可编程控制器用于对编码器读数进行运算处理，显示装置用于缆绳放出长度显示的，各部件之间连接实现数据传输的通讯回路。多圈绝对值编码器通过柔性联轴器安装于绞车卷筒中心轴上，绞车收放缆操作时卷筒旋转带动编码器旋转，实时记录卷筒相对于初始零位转过的数值；编码器读数通过通讯线路传输至可编程序控制器，由可编程逻辑控制器根据编码器读数，通过逻辑判断和数学运算，计算当前光电缆所处的层数，根据卷筒直径、缆绳层数和方向，计算得出转过的线距离，即缆绳放出或回收长度，存储于内部寄存器。缆绳长度显示装置根据通讯协议读取可编程控制器内存储的缆绳长度数据直观显示。
其中：多圈绝对值编码器单圈分辨率可达8192位置/转，同时，它的多圈计数可达4096圈，绝对值编码器的位置是由输出代码的读数来确定的，输出代码用于指定绝对位置，在一转内每个位置的读数是唯一的。
通讯线路：该装置使用了MPI和PROFIBUS-DP两种通讯方式。MPI主要用于人机界面和可编程控制器进行数据传送；PROFIBUS-DP用于将多圈绝对值编码的输出的二进制码送至可编程控制器进行数据的计算。
可编程控制器:一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令。
人机界面：系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。
本发明的有益效果是：装置结构巧妙，方法切实可行，可以精确计算出缆绳放出长度，提高作业质量。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图2为图1的系统配置图。
具体实施方式
实施例
本实施例的装置如图1所示，包括卷筒主轴2、套接在卷筒主轴2上的卷筒7及缠绕在卷筒7上的缆绳1，卷筒主轴2的一端通过联轴器3连接绝对值编码器5，绝对值编码器5电连接可编程控制器，可编程控制器内设有内部储存器，内部储存器电连接缆绳长度显示装置。联轴器3和绝对值编码器5的外部设有保护罩4，绝对值编码器5的底部固定支架6。支架6为两个L型支架组合，两L型支架的长边相接呈直角，两L型支架的L型弯折处位于背离长边形成的直角一侧。其系统配置如图2所示，编码器10通过PROFIBUS-DP总线通讯9，将数据送至可编程控制器11,通过对程序的编辑，将需要显示的绳长度通过MPI多点通讯8将数据传送值人机界面12，显示缆绳长度。
具体的测量方法如下：
将缆绳全部收回至缆车卷筒上，用绝对值编码器检测绞车卷筒初始位置，所述绝对值编码器将初始位置的读数传输至可编程控制器，所述可编程控制器计算缆绳卷绕层数和每层缆绳圈数；
b.收、放缆绳时，编码器实时记录卷筒相对于初始零位转过的数值，由可编程控制器计算当前缆绳所处的层数，计算缆绳放出或回收的长度，储存至内部储存器，所述内部储存器连接缆绳长度显示装置，显示结果。
初始状态：当所有正常缆绳全部收回到卷筒上，也就是放缆长度为零时，按下缆绳长度复位按钮，清除卷绕误差，防止误差累积影响缆绳长度测量精度。此时可编程控制器记录当前编码器读数作为初始基准，计算缆绳卷绕层数和每层缆绳圈数。
开始放缆：放缆时卷筒转动，经联轴器带动编码器轴旋转，编码器数值随之变化。可编程控制器实时接收编码器当前数值，根据卷筒出绳方向、编码器初始转向设定等信息，确定放缆长度增加。根据卷筒直径、缆绳外径、卷筒上缆绳层数等信息，经内部计算得出缆绳放出长度。
收揽过程：与放缆过程相反，卷筒转动带动编码器数值向与放缆相反的方向变动，可编程控制器实时接收编码器当前数值，根据卷筒出绳方向、编码器初始转向设定等信息，确定放缆长度增加。根据卷筒直径、缆绳外径、卷筒上缆绳层数等信息，经内部计算得出当前缆绳放出长度。以卷筒缆绳完全收回后卷绕六层为例，缆绳放出长度计算公式如下：
N1en<＝N1en6时，S＝6，LEN＝N1en*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
N1en 6+N1时，S＝5，LEN＝LTH6+LENS-LENS0+(N1en-N1en6)*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
N1en<＝N1en6+N1*2时，S＝4，LEN＝LTH5+LTH6+LENS-LENS0+(N1en-N1en6-N1)*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
N1en<＝N1en6+N1*3时，S＝3，LEN＝LTH4+LTH5+LTH6+LENS-LENS0+(N1en-N1en6-N1*2)*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
N1en<＝N1en6+N1*4时，S＝2，LEN＝LTH3+LTH4+LTH5+LTH6+LENS-LENS0+(N1en-N1en6-N1*3)*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
N1en<＝N1en6+N1*5时，S＝1，LEN＝LTH2+LTH3+LTH4+LTH5+LTH6+LENS-LENS0+(N1en-N1en6-N1*4)*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
其中：N1en＝编码器读数，
N1en6＝第六层容绳对应编码器读数；
S＝当前绳层；LEN＝缆绳放出长度；
D1＝卷筒直径；d1＝缆绳直径；
N1＝每层满缆对应的编码器读数；
LENS＝卷筒总容绳量；LENS0＝卷筒实际容绳量；
LTHi＝第i层容缆量。
本实施例使用带有PROFIBUS接口的绝对值编码器，方法中采用编码器单圈最大分辨率为8192，理论精度为卷筒外层缆绳周长的1/8192，远远超出精度为0.1m的绞车运行需要。编码器圈数最大为4096，理论缆绳总长度为缆绳内圈周长的4096倍满足目前所有可能缆绳长度，还可以通过软件复位设定实现无限扩展。编码器与PLC通过DP总线通讯，保证传输距离和稳定性。
实际运行测试，精度满足铠装缆绞车运行时放缆长度测量精度要求，实现预期目标，本方法也适用于其他船舶和海洋工程中各类对缆绳长度有较高检测精度要求的绞车和拖缆机等。
试验时编码器和常规测量方式进行比较的的测量数据见表1
表1
由表1可知，本实施例较常规方法可以精确计算出缆绳放出长度，提高了作业质量。
除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种绞车缆绳放出长度测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.将缆绳全部收回至缆车卷筒上，用绝对值编码器检测绞车卷筒初始位置，所述绝对值编码器将初始位置的读数传输至可编程控制器，所述可编程控制器计算缆绳卷绕层数和每层缆绳圈数；
b.收、放缆绳时，编码器实时记录卷筒相对于初始零位转过的数值，由可编程控制器计算当前缆绳所处的层数，计算缆绳放出或回收的长度，储存至内部储存器，所述内部储存器连接缆绳长度显示装置，显示结果。
2.根据权利要求1所述绞车缆绳放出长度测量方法，其特征在于：
所述收回缆绳时，以卷筒缆绳完全收回后按卷绕六层为例，计算放出长度的公式如下，
N1en<＝N1en6时，S＝6，LEN＝N1en*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
N1en 6+N1时，S＝5，LEN＝LTH6+LENS-LENS0+(N1en-N1en6)*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
N1en<＝N1en6+N1*2时，S＝4，LEN＝LTH5+LTH6+LENS-LENS0+(N1en-N1en6-N1)*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
N1en<＝N1en6+N1*3时，S＝3，LEN＝LTH4+LTH5+LTH6+LENS-LENS0+(N1en-N1en6-N1*2)*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
N1en<＝N1en6+N1*4时，S＝2，LEN＝LTH3+LTH4+LTH5+LTH6+LENS-LENS0+(N1en-N1en6-N1*3)*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
N1en<＝N1en6+N1*5时，S＝1，LEN＝LTH2+LTH3+LTH4+LTH5+LTH6+LENS-LENS0+(N1en-N1en6-N1*4)*3.142*[D1+(2S-1)d1]/1000
其中：N1en＝编码器读数，
N1en6＝第六层容绳对应编码器读数；
S＝当前绳层；LEN＝缆绳放出长度；
D1＝卷筒直径；d1＝缆绳直径；
N1＝每层满缆对应的编码器读数；
LENS＝卷筒总容绳量；LENS0＝卷筒实际容绳量；
LTHi＝第i层容缆量。
3.据权利要求1所述绞车缆绳放出长度测量方法，其特征在于：所述放出缆绳时，以卷筒缆绳完全放出后计算放出长度的公式如下，收回缆绳长度＝总容绳量-放出缆绳长度。
4.一种绞车缆绳放出长度测量装置，包括卷筒主轴、套接在卷筒主轴上的卷筒及缠绕在卷筒上的缆绳，其特征在于：所述卷筒主轴的一端通过联轴器连接绝对值编码器，所述绝对值编码器电连接可编程控制器，所述可编程控制器内设有内部储存器，所述内部储存器电连接缆绳长度显示装置。
5.根据权利要求4所述绞车缆绳放出长度测量装置，其特征在于：所述联轴器和绝对值编码器的外部设有保护罩，所述绝对值编码器的底部固定支架。
6.根据权利要求5所述绞车缆绳放出长度测量装置，其特征在于：所述支架为两个L型支架组合，所述两支架的长边相接呈直角，所述支架的L型弯折处位于背离长边形成的直角一侧。
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