CN105460822B - 电动锚绞机控制装置和方法 - Google Patents

电动锚绞机控制装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动锚绞机控制装置和方法，属于船舶机械领域。所述装置包括：三速电机、传动机构、传感器、三速电机起动器、控制单元；所述三速电机的输出轴通过传动机构与电动锚绞机的滚筒轴连接；所述传感器设置在所述电动锚绞机上，用于获取指示所述电动锚绞机的缆绳的张紧力的感应信号；所述三速电机起动器，用于接收所述控制单元产生的控制信号，并采用所述控制信号控制所述三速电机转动；所述控制单元，用于根据所述感应信号确定所述缆绳的实际张紧力；计算所述实际张紧力与设定张紧力的差值T；生成控制所述三速电机工作的控制信号；所述控制单元分别与所述三速电机起动器和所述传感器电连接，所述三速电机起动器与所述三速电机电连接。

Description

电动锚绞机控制装置和方法
技术领域
本发明涉及船舶机械领域，特别涉及一种电动锚绞机控制装置和方法。
背景技术
电动锚绞机是一种广泛应用于船舶的设备，主要用于船舶的起锚、抛锚、停泊、离靠码头、系带浮筒等，电动锚绞机的安全稳定运行对船舶的安全营运有着十分重要的作用。
电动锚绞机在系泊工况时，一般要求能够对缆绳进行自动张紧，以保证船舶停靠安全。现有的电动锚绞机缆绳自动张紧通常采用电液驱动或变频驱动实现，采用电液驱动时，缆绳自动张紧精度不高，可靠性差；而采用变频驱动时，虽然实现自动张紧简单，但成本高，不具备良好的经济效益。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种电动锚绞机控制装置和方法。所述技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种电动锚绞机控制装置，所述装置包括：
三速电机、传动机构、传感器、三速电机起动器、控制单元；
所述三速电机的输出轴通过所述传动机构与电动锚绞机的滚筒轴连接；
所述传感器设置在所述电动锚绞机上，用于获取指示所述电动锚绞机的缆绳的张紧力的感应信号；
所述三速电机起动器，用于接收所述控制单元产生的控制信号，并采用所述控制信号控制所述三速电机转动；
所述控制单元，用于根据所述感应信号确定所述缆绳的实际张紧力；计算所述实际张紧力与设定张紧力的差值T；当-T2＜T≤-T1时，生成控制所述三速电机低速正向转动的控制信号；当-T3＜T≤-T2时，生成控制所述三速电机中速正向转动的控制信号；当T≤-T3时，生成控制所述三速电机高速正向转动的控制信号；当T1≤T＜T2时，生成控制所述三速电机低速反向转动的控制信号；当T2≤T＜T3时，生成控制所述三速电机中速反向转动的控制信号；当T3≤T时，生成控制所述三速电机高速反向转动的控制信号；当-T1＜T＜T1时，生成控制所述三速电机停止转动的控制信号；
其中，0＜T1＜T2＜T3，所述控制单元分别与所述三速电机起动器和所述传感器电连接，所述三速电机起动器与所述三速电机电连接；
所述装置还包括主令控制器，所述主令控制器用于根据输入生成设定张紧力；
所述控制单元，还用于获取所述主令控制器生成的设定张紧力；
所述主令控制器包括电位器。
在本发明实施例第一方面的一种实现方式中，所述控制单元还用于在根据所述感应信号确定所述缆绳的实际张紧力前，采用平均-限幅-平均滤波法对所述感应信号进行滤波。
在本发明实施例第一方面的另一种实现方式中，所述传感器为扭矩传感器，所述扭矩传感器设置在所述电动锚绞机的齿轮箱中。
在本发明实施例第一方面的另一种实现方式中，所述控制单元为PLC控制箱。
在本发明实施例第一方面的另一种实现方式中，所述主令控制器还用于根据输入生成自动张紧启动指令；
所述控制单元，还用于在接收到所述主令控制器生成的自动张紧启动指令时，生成所述控制信号。
在本发明实施例第一方面的另一种实现方式中，所述主令控制器还包括旋钮开关。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电动锚绞机控制方法，所述方法包括：
获取指示电动锚绞机的缆绳的张紧力的感应信号；
根据所述感应信号确定所述缆绳的实际张紧力；
计算所述实际张紧力与设定张紧力的差值T；当-T2＜T≤-T1时，生成控制三速电机低速正向转动的控制信号；当-T3＜T≤-T2时，生成控制所述三速电机中速正向转动的控制信号；当T≤-T3时，生成控制所述三速电机高速正向转动的控制信号；当T1≤T＜T2时，生成控制所述三速电机低速反向转动的控制信号；当T2≤T＜T3时，生成控制所述三速电机中速反向转动的控制信号；当T3≤T时，生成控制所述三速电机高速反向转动的控制信号；当-T1＜T＜T1时，生成控制所述三速电机停止转动的控制信号，所述三速电机的输出轴通过传动机构与电动锚绞机的滚筒轴连接，0＜T1＜T2＜T3；
采用所述控制信号控制所述三速电机转动；
所述方法还包括：
获取主令控制器生成的设定张紧力，所述主令控制器包括电位器。
在本发明实施例第二方面的一种实现方式中，所述方法还包括：
在根据所述感应信号确定所述缆绳的实际张紧力前，采用平均-限幅-平均滤波法对所述感应信号进行滤波。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过采用三速电机来进行电动锚绞机缆绳的自动张紧，相比变频驱动，成本低，经济效益好；工作时，控制单元实际张紧力与设定张紧力的差值T的范围确定不同的控制信号，然后由三速电机起动器采用该控制信号控制三速电机工作，具体地，当-T2＜T≤-T1，即实际张紧力小于设定张紧力，且差值较小时，控制三速电机低速正向转动；当-T3＜T≤-T2，即实际张紧力小于设定张紧力，且差值中等时，控制所述三速电机中速正向转动；当T≤-T3，即实际张紧力小于设定张紧力，且差值较大时，控制所述三速电机高速正向转动；当T1≤T＜T2，即实际张紧力大于设定张紧力，且差值较小时，控制所述三速电机低速反向转动；当T2≤T＜T3，即实际张紧力大于设定张紧力，且差值中等时，控制所述三速电机中速反向转动；当T3≤T，即实际张紧力大于设定张紧力，且差值较大时，控制所述三速电机高速反向转动；由于三速电机具有高中低三个速度档位，且速度大时拉力小，通过上述控制方法，可以使得在实际张紧力与设定张紧力相差较大时，通过快速拉动，迅速减小二者差值，而在实际张紧力与设定张紧力相差较小时，通过低速拉动带来的较大拉力，使实际张紧力最终达到设定张紧力，保证了自动张紧的精度和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电动锚绞机控制装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种电动锚绞机控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1是本发明实施例提供的一种电动锚绞机控制装置的结构示意图，参见图1，该装置包括：三速电机101、传动机构102、传感器103、三速电机起动器104、控制单元105。
三速电机101的输出轴通过传动机构102与电动锚绞机的滚筒轴100连接。
传感器103设置在电动锚绞机上，用于获取指示电动锚绞机的缆绳的张紧力的感应信号。
三速电机起动器104，用于接收控制单元105产生的控制信号，并采用控制信号控制三速电机101转动。
控制单元105，用于根据感应信号确定缆绳的实际张紧力；计算实际张紧力与设定张紧力的差值T(实际张紧力减去设定张紧力)；当-T2＜T≤-T1时，生成控制三速电机101低速正向转动的控制信号；当-T3＜T≤-T2时，生成控制三速电机101中速正向转动的控制信号；当T≤-T3时，生成控制三速电机101高速正向转动的控制信号；当T1≤T＜T2时，生成控制三速电机101低速反向转动的控制信号；当T2≤T＜T3时，生成控制三速电机101中速反向转动的控制信号；当T3≤T时，生成控制三速电机101高速反向转动的控制信号；当-T1＜T＜T1时，生成控制三速电机101停止转动的控制信号。
其中，0＜T1＜T2＜T3，控制单元105分别与三速电机起动器104和传感器103电连接，三速电机起动器104与三速电机101电连接。
上述控制信号中的低速、中速和高速对应三速电机101的三种转动速度。
在本发明实施例中，控制单元105获得的感应信号为实时信号，控制单元105控制时可以周期性进行采样，然后根据采用值输出控制信号。优选地，上述采样周期小，从而保证控制精度。
可选地，传动机构102为减速箱、齿轮箱或其他具有传动功能的结构。
在本发明实施例中，控制单元105还用于在根据感应信号确定缆绳的实际张紧力前，采用平均-限幅-平均滤波法对感应信号进行滤波。
控制单元105具体采用如下方式对感应信号进行滤波：连续采集n个数据，然后对这n个数据求取平均值a，再将这n个数据中的每个数据与平均值a进行比较，若比较后的差值超出一定范围则将此值剔除，若未超出该范围则保留，将剩下的数据再求取平均值，作为确定实际张紧力的输入值。
控制单元105对滤波后的感应信号(扭矩信号)进行计算，得到滚筒上的缆绳实际张紧力。计算公式如下：T0＝k*Tn，T0是滚筒上的缆绳实际张紧力，k是变换系数，Tn是扭矩信号大小。
在本发明实施例中，传感器103为扭矩传感器103，扭矩传感器103设置在电动锚绞机的齿轮箱中。
在本发明实施例中，控制单元105为可编程逻辑控制单元PLC控制箱。
在本发明实施例中，装置还包括主令控制器106，主令控制器106用于根据输入生成设定张紧力；
控制单元105，还用于获取主令控制器106生成的设定张紧力。
在本发明实施例中，主令控制器106包括电位器，用户通过电位器实现设定张紧力的设置。
在本发明实施例中，主令控制器106还用于根据输入生成自动张紧启动指令；
控制单元105，还用于在接收到主令控制器106生成的自动张紧启动指令时，生成控制信号。
在本发明实施例中，主令控制器106还包括旋钮开关。用户操作旋钮开关除了可以生成自动张紧启动指令外，还可以生成锚绞机收放操作等指令。
可选地，主令控制器106还可以包括显示器件，显示器件用于提供一个人机交互界面，从而方便对电动锚绞机控制装置进行操作。
图2是本发明实施例提供的一种电动锚绞机控制方法的流程图，该方法采用图1提供的装置实现，参见图2，该方法包括：
步骤S21：获取指示电动锚绞机的缆绳的张紧力的感应信号。
步骤S22：根据感应信号确定缆绳的实际张紧力。
步骤S23：计算实际张紧力与设定张紧力的差值T。
步骤S24：当-T2＜T≤-T1时，生成控制三速电机低速正向转动的控制信号；当-T3＜T≤-T2时，生成控制三速电机中速正向转动的控制信号；当T≤-T3时，生成控制三速电机高速正向转动的控制信号；当T1≤T＜T2时，生成控制三速电机低速反向转动的控制信号；当T2≤T＜T3时，生成控制三速电机中速反向转动的控制信号；当T3≤T时，生成控制三速电机高速反向转动的控制信号；当-T1＜T＜T1时，生成控制三速电机停止转动的控制信号，三速电机101的输出轴通过传动机构与电动锚绞机的滚筒轴连接，0＜T1＜T2＜T3。
步骤S25：采用控制信号控制三速电机转动。
在本发明实施例中，该方法还可以包括：
在根据感应信号确定缆绳的实际张紧力前，采用平均-限幅-平均滤波法对感应信号进行滤波。
具体地，采用如下方式对感应信号进行滤波：连续采集n个数据，然后对这n个数据求取平均值a，再将这n个数据中的每个数据与平均值a进行比较，若比较后的差值超出一定范围则将此值剔除，若未超出该范围则保留，将剩下的数据再求取平均值，作为确定实际张紧力的输入值。
根据感应信号确定缆绳的实际张紧力可以包括，对滤波后的感应信号(扭矩信号)进行计算，得到滚筒上的缆绳实际张紧力。计算公式如下：T0＝k*Tn，T0是滚筒上的缆绳实际张紧力，k是变换系数，Tn是扭矩信号大小。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动锚绞机控制装置，其特征在于，所述装置包括：
三速电机、传动机构、传感器、三速电机起动器、控制单元；
所述三速电机的输出轴通过所述传动机构与电动锚绞机的滚筒轴连接；
所述传感器设置在所述电动锚绞机上，用于获取指示所述电动锚绞机的缆绳的张紧力的感应信号；
所述三速电机起动器，用于接收所述控制单元产生的控制信号，并采用所述控制信号控制所述三速电机转动；
所述控制单元，用于根据所述感应信号确定所述缆绳的实际张紧力；计算所述实际张紧力与设定张紧力的差值T；当-T2＜T≤-T1时，生成控制所述三速电机低速正向转动的控制信号；当-T3＜T≤-T2时，生成控制所述三速电机中速正向转动的控制信号；当T≤-T3时，生成控制所述三速电机高速正向转动的控制信号；当T1≤T＜T2时，生成控制所述三速电机低速反向转动的控制信号；当T2≤T＜T3时，生成控制所述三速电机中速反向转动的控制信号；当T3≤T时，生成控制所述三速电机高速反向转动的控制信号；当-T1＜T＜T1时，生成控制所述三速电机停止转动的控制信号；
其中，0＜T1＜T2＜T3，所述控制单元分别与所述三速电机起动器和所述传感器电连接，所述三速电机起动器与所述三速电机电连接；
所述装置还包括主令控制器，所述主令控制器用于根据输入生成设定张紧力；
所述控制单元，还用于获取所述主令控制器生成的设定张紧力；
所述主令控制器包括电位器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元还用于在根据所述感应信号确定所述缆绳的实际张紧力前，采用平均-限幅-平均滤波法对所述感应信号进行滤波。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述传感器为扭矩传感器，所述扭矩传感器设置在所述电动锚绞机的齿轮箱中。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述控制单元为可编程逻辑控制单元PLC控制箱。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述主令控制器还用于根据输入生成自动张紧启动指令；
所述控制单元，还用于在接收到所述主令控制器生成的自动张紧启动指令时，生成所述控制信号。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述主令控制器还包括旋钮开关。
7.一种电动锚绞机控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取指示电动锚绞机的缆绳的张紧力的感应信号；
根据所述感应信号确定所述缆绳的实际张紧力；
计算所述实际张紧力与设定张紧力的差值T；当-T2＜T≤-T1时，生成控制三速电机低速正向转动的控制信号；当-T3＜T≤-T2时，生成控制所述三速电机中速正向转动的控制信号；当T≤-T3时，生成控制所述三速电机高速正向转动的控制信号；当T1≤T＜T2时，生成控制所述三速电机低速反向转动的控制信号；当T2≤T＜T3时，生成控制所述三速电机中速反向转动的控制信号；当T3≤T时，生成控制所述三速电机高速反向转动的控制信号；当-T1＜T＜T1时，生成控制所述三速电机停止转动的控制信号，所述三速电机的输出轴通过传动机构与电动锚绞机的滚筒轴连接，0＜T1＜T2＜T3；
采用所述控制信号控制所述三速电机转动；
所述方法还包括：
获取主令控制器生成的设定张紧力，所述主令控制器包括电位器。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在根据所述感应信号确定所述缆绳的实际张紧力前，采用平均-限幅-平均滤波法对所述感应信号进行滤波。
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