CN105730628A - 船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统及方法，系统包括m台系泊绞车、检测系统以及监控台；每台所述系泊绞车均配备有以下检测设备：编码器，用于检测系泊缆的长度和速度值；张力传感器，用于检测系泊缆的实时张力值；系泊缆角度传感器，用于检测锚缆垂直角度和水平角度；制动器位置接近开关，用于检测制动器的开关状态；离合器位置接近开关，用于检测离合器的开关状态；棘轮棘爪位置接近开关，用于检测棘轮棘爪止定装置的开关状态；所述监控台分别与各个所述伺服驱动器以及各个所述检测设备连接。优点为：具有结构简单、经济可靠、定位准确、定位成本低以及能耗低的优点。

Description

船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统及方法

技术领域

本发明属于船舶与海洋工程应用技术领域，具体涉及一种船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统及方法。

背景技术

对于海工及特种作业船舶，海上定位是一类非常重要的工况，通过海上定位系统，使作业船舶系泊于恶劣的海洋环境中作业。

目前，海上定位系统主要包括两种：系泊(锚泊)定位系统和动力定位系统。其中，系泊(锚泊)定位系统具有结构简单、经济可靠、使用和维护方便等优点，在不太深的水域(低于1500m)下多采用系泊定位方式，广泛用于各类工程船、FPSO和半潜式平台等作业中，因此，采用系泊定位是非常重要的定位方式。

按照系泊定位系统的系泊点的个数不同，分为单点系泊系统和多点系泊系统。其中，单点系泊系统是指：船舶通过一条系在船艏(艉)的系泊缆或刚性摇臂与海上(底)的一个系泊点相连接，主要用在各种装载设备的船舶，作用是将风浪流作用下的船舶定位于预先设定好的海域。其主要原理为：单点系泊船舶像风标一样可随环境和海况改变位置，利用系泊缆张力来抵抗外界的干扰力。但慢变漂移力产生的非线性船舶波浪水动力时，单点系泊作业会变得困难，这些力引起系泊系统接近响应频率而产生大的摆动和很高的系泊力，降低装货操作的规律性和可靠性，对装货平台也很危险。当单点系泊力超过设定值，船舶无法保持在一定区域内定点定向，需依靠船舶动力定位装置或多点系泊系统对船舶进行定位控制。也就是说，单点系泊定位系统无法实现恶劣海况下的船舶定位精度。

现有的多点系泊定位系统，虽然解决了单点系泊定位系统在恶劣海况下船舶定位精度低的问题，但普遍具有结构复杂、可靠性有限等不足，开发一种结构简单、经济可靠的多点系泊定位系统，是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统及方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统，包括m台系泊绞车、检测系统以及监控台；m为自然数；

每台所述系泊绞车的系泊缆与一个系泊点相连接；每台所述系泊绞车均包括绞车卷筒、减速机、变频电机以及绞车附加装置；所述变频电机通过所述减速机与所述绞车卷筒联动；所述绞车附加装置包括棘轮棘爪止定装置、制动器和离合器；其中，所述离合器配备在减速机低速端与绞车卷筒之间；所述棘轮棘爪止定装置配备在绞车卷筒侧；

另外，每台所述系泊绞车均配备有以下检测设备：编码器，用于检测系泊缆的长度和速度值；张力传感器，用于检测系泊缆的实时张力值；系泊缆角度传感器，用于检测锚缆垂直角度和水平角度；制动器位置接近开关，用于检测制动器的开关状态；离合器位置接近开关，用于检测离合器的开关状态；棘轮棘爪位置接近开关，用于检测棘轮棘爪止定装置的开关状态；

所述监控台分别与各个所述伺服驱动器以及各个所述检测设备连接。

优选的，m为8；8台系泊绞车以辐射状形式均匀布置，包括4台艏系泊定位绞车和4台艉系泊定位绞车。

优选的，所述监控台包括集中监控台和若干个本地操作台；每个所述本地操作台用于操控固定数量的系泊绞车；各个所述本地操作台均连接到所述集中监控台。

优选的，还包括液压站和空压站；所述液压站和所述空压站均与所述监控台连接；其中，所述制动器包括高低速制动器和动态制动器；

所述液压站用于控制高低速制动器和离合器动作，所述液压站配置有压力传感器、温度传感器和液位传感器；所述空压站用于控制动态制动器动作，所述空压站配置有压力传感器和温度传感器。

优选的，各个系泊绞车的变频电机采用共直流母线驱动结构，所述共直流母线驱动结构包括：12脉整流变压器、第1整流器、第2整流器、m个逆变器、制动单元、制动电阻以及直流母线；

所述12脉整流变压器的第1端子与配电板连接；所述12脉整流变压器的第2端子和第3端子分别连接到所述第1整流器的一端和所述第2整流器的一端，所述第1整流器的另一端和所述第2整流器的另一端连接到所述直流母线；并且，所述第1整流器和所述第2整流器之间采用主从通讯方式；

所述直流母线还并联连接有m个逆变器，每个逆变器用于与变频电机连接；所述直流母线还并联连接到所述制动单元的一端，所述制动单元的另一端与所述制动电阻连接。

本发明提供一种船用多点系泊定位恒张力自适应控制方法，包括以下步骤：

步骤1，监控台接收船舶水平传感器实时检测到的船舶水平状态数据；同时，监控台获取m台系泊绞车的当前实际方位值、船舶移动目标距离以及船舶移动目标方向；同时，监控台获取到m台系泊绞车在船舶上的实际布置方位值；

步骤2，监控台将步骤1获取的各个参数数据输入到预存储的控制模型中，经控制模型计算，将m台系泊绞车划分为两类，第1类为速度控制模式的系泊绞车，第2类为张力控制模式的系泊绞车；

步骤3，然后，所述监控台向各台系泊绞车所对应的本地控制器下发系泊绞车工作模式的通知消息；

如果所述本地控制器接收到与其唯一对应的系泊绞车为速度控制模式，则所述本地控制器对系泊绞车进行速度控制，进而带动船体以稳定的速度平稳前进；

如果所述本地控制器接收到与其唯一对应的系泊绞车为张力控制模式，则所述本地控制器对系泊绞车进行张力控制，通过恒定张力拉动船体向目标位置前进。

优选的，步骤3中，本地控制器对系泊绞车进行速度控制，具体为：

步骤3.1，本地控制器设定速度给定值，所述速度给定值为常数；

步骤3.2，本地控制器实时检测系泊缆绳实际张力值以及系泊缆绳实际速度值；所述速度给定值、所述系泊缆绳实际张力值以及系泊缆绳实际速度值均作为第1比较器的正向输入，第1比较器对各输入进行运算后，第1比较器的输出值输入到第1PID控制器，第1PID控制器的输出经速度限幅后，作用于系泊绞车变频器，进而调整系泊绞车电机转速，实现系泊绞车线缆恒速运动；

本地控制器对系泊绞车进行张力控制，具体为：

步骤3.3，本地控制器设定张力给定值，所述张力给定值为常数；

步骤3.4，本地控制器实时检测系泊缆绳实际张力值以及系泊缆绳实际速度值；所述张力给定值、所述系泊缆绳实际张力值以及系泊缆绳实际速度值均作为第2比较器的正向输入，第2比较器对各输入进行运算后，第2比较器的输出值输入到第2PID控制器，第2PID控制器的输出经张力限幅后，作用于系泊绞车变频器，进而调整系泊绞车电机转速，实现系泊绞车线缆恒张力运动。

本发明提供的船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统及方法具有以下优点：

本发明提供的船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统是海工及特种作业船一种非常重要的海上定位系统，具有结构简单、经济可靠、定位准确、定位成本低以及能耗低的优点。

附图说明

图1为本发明提供的船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统的实际布置图；

图2为本发明提供的共直流母线驱动结构示意图；

图3为本发明提供的自适应控制系统的一种通讯原理框图；

图4为本发明提供的自适应控制系统的另一种通讯原理框图；

图5为本发明提供的船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统的控制原理框图；

图6为本发明提供的手动收缆流程框图；

图7为本发明提供的自动收缆流程框图；

图8为本发明提供的阻尼放出流程框图；

图9为本发明提供的恒张力移船流程框图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有的船用多点系泊控制系统，主要存在以下问题：

(1)单点系泊系统不能满足工程船所需的定位精度。

(2)设备投资和运行费用均很昂贵。

本发明提供的船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统，属于船舶与海洋工程应用领域，适用于不超过1500m深的水域海工船系泊定位作业。具有以下优点：

(1)本发明解决单点系泊系统在波浪水动力作用下系泊作业的难题，解决系泊系统摆动和系泊力大的问题，克服单点系泊无法使船舶保持在一定区域内定点定向的问题。

(2)本发明解决传统设备投资巨大、运行费用昂贵及能量消耗的问题。

如图1所示，本发明提供的船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统，包括m台系泊绞车、检测系统以及监控台；m为自然数，在附图中，以m等于8为例；8台系泊绞车以辐射状形式均匀布置，包括4台艏系泊定位绞车和4台艉系泊定位绞车。

每台系泊绞车的系泊缆与一个系泊点相连接；每台系泊绞车均包括绞车卷筒、减速机、变频电机以及绞车附加装置；变频电机通过减速机与绞车卷筒联动；绞车附加装置包括棘轮棘爪止定装置、制动器和离合器；其中，离合器配备在减速机低速端与绞车卷筒之间；棘轮棘爪止定装置配备在绞车卷筒侧，绞车停止工作时棘轮棘爪闭合；

另外，每台系泊绞车均配备有以下检测设备：编码器，用于检测系泊缆的长度和速度值；张力传感器，用于检测系泊缆的实时张力值；系泊缆角度传感器，用于检测锚缆垂直角度和水平角度；制动器位置接近开关，用于检测制动器的开关状态；离合器位置接近开关，用于检测离合器的开关状态；棘轮棘爪位置接近开关，用于检测棘轮棘爪止定装置的开关状态；

监控台分别与各个伺服驱动器以及各个检测设备连接。

还包括液压站和空压站；液压站和空压站均与监控台连接；其中，制动器包括高低速制动器和动态制动器；液压站用于控制高低速制动器和离合器动作，液压站配置有压力传感器、温度传感器和液位传感器；空压站用于控制动态制动器动作，空压站配置有压力传感器和温度传感器。

本发明中，通过对8台系泊绞车的收放缆进行协同控制，可实现船体定位。该多点系泊控制系统具有机旁/遥控操纵功能，在图1中，1-系泊绞车，2-液压站，3-空压站，4-控制柜，5-本地操作台，6-集中监控台，7-编码器，8-位置检测接近开关，9-张力传感器。控制柜包含进线柜、变频柜、PLC控制柜、制动电阻柜等。本地操作台可以操作对应的绞车，所有绞车参数均在本地操作台显示。集中监控台监视所有绞车的状态和参数，在紧急状态下可以急停绞车。编码器用于长度和速度测量。位置接近开关用于制动器、离合器、棘爪的开闭状态检测。张力传感器用于缆绳张力值检测。

集中监控台在驾驶室，具备单绞车和多绞车操纵功能；所有操作方式下的缆绳长度、绳速度、绳张力均具备无级调整功能，在机旁/遥控操作模式下均具有恒张力和恒速功能。

本发明中，各个系泊绞车的变频电机采用共直流母线驱动结构，共直流母线驱动结构包括：12脉整流变压器、第1整流器、第2整流器、m个逆变器、制动单元、制动电阻以及直流母线；

12脉整流变压器的第1端子与配电板连接；12脉整流变压器的第2端子和第3端子分别连接到第1整流器的一端和第2整流器的一端，第1整流器的另一端和第2整流器的另一端连接到直流母线；并且，第1整流器和第2整流器之间采用主从通讯方式；

直流母线还并联连接有m个逆变器，每个逆变器用于与变频电机连接；直流母线还并联连接到制动单元的一端，制动单元的另一端与制动电阻连接。

实际应用中，可采用图2所示共直流母线驱动结构，在图2中，CB1、CB2为配电板配电开关，T1、T2为12脉整流变压器，CB1-1，CB1-2，CB2-1，CB2-2为空气开关，REC1，REC2为整流器，FU为快熔，INV1，INV2为逆变器，BK1，BK2为制动单元,BR1，BR2为制动电阻，CB0-0为隔离开关。

其工作原理为：配电板通过CB1给整流变压器T1供电，T1配合2套整流器REC1-1和REC1-2，采用2组6脉冲3相桥式整流输入，并且Δ/Y两组绕组之间相移30°，从而获得12脉整流输出。当使用6脉冲整流时，会有5次谐波、7次谐波、11次谐波、13次谐波等等，5次谐波电流能达到基波电流峰值的35％～40％，它的影响是巨大的，当变频系统采用△/Δ+Y三绕组变压器，即：12脉整流变压器时，5次谐波和7次谐波基本上被消除了，可见，本发明可有效抑制谐波的产生，同时，电网扰动作用明显减小。通过隔离开关DCBUS连接在一起，两边12脉合组成虚拟24脉，能更能有效抑制谐波，并且采用冗余系统，提高系统稳定性。整流器REC1-1和REC1-2之间通过主从通讯方式，整流出来的直流电，送到直流母线DCBUS，给逆变器供电，最终驱动电机；电机制动产生的能量通过制动单元BK消耗在制动电阻BR上。

本发明整个系统由移相变压器、变频电机、变频器系统、制动电阻柜、液压控制系统、PLC控制系统、传感器检测系统等组成。

(1)移相变压器

系统配置2台12脉冲移相变压器，变压器采用风冷，变压器配有温度传感器，当温度过高是控制系统发出报警信息。

(2)变频电机

船用系泊变频电机在基速以下恒转矩方式工作、在基速以上恒功率方式工作，电机有PLC和变频器双重连续测温、过温保护，确保电机在不同的控制方式下，均能得到可靠的过热保护。电机采用独立风扇冷却，确保电机在低速状态下能够长时运转，电机配备增量式速度编码器、防潮加热器；同时该系统对润滑油温、冷却水温也具备连续测温、过热保护功能。

(3)变频器系统

绞车电机采用ABB公司的ACS800系列变频装置驱动，该系统配置了2台12脉冲移相变压器，还配置了2套12脉冲整流变频调速系统，整船绞机变频系统组成虚拟24脉冲系统，减少变频器工作时产生的高次谐波对发电机及相关设备的影响。该系统节能环保、冗余性强，功率模块体积小、抽取式维护方便；绞车在制动过程中产生的能量通过外部能耗电阻释放。

(4)制动电阻柜

制动电阻采用不锈钢材质制动电阻，耐腐蚀，抗冲击能力强，配轴流风机进行冷却，设置温度传感器，温度超过设定值控制系统发出报警信息。

(5)液压控制系统

每台系泊绞车的高低速制动器通过液压油缸控制打开/关闭，所有液压油缸通过一个液压站提供动力，系统能够自动控制每台液压站启动和停止，并实时检测液压站运行参数和状态。

(6)PLC控制系统

控制部分采用西门子S7-300PLC，实施所有绞车的逻辑控制、安全保护与连锁、故障诊断和状态监视等。系统各部分之间采用工业网络总线进行通讯，能快速控制和监视设备运行状态，减少电缆敷设；PLC与传动装置、I/O分站、编码器之间采用Profibus-DP现场总线进行通讯，PLC与HMI之间采用工业以太网通讯。

(7)传感器检测系统

①、系泊缆绳长度、速度检测

每台绞车配备1个绝对值编码器，用于测算绳长、绳速，绝对值编码器安装和主卷筒同轴，因此运行非常可靠，维护也方便。

②、系泊缆绳张力检测

每台绞车配备1个高精度销轴应变式张力传感器，用于测量实时的绳张力，该传感器配套有外置式信号放大器，用于调零和整定，使用非常方便、可靠性高。

③、系泊缆绳角度传感器

锚缆垂直角度、水平角度检测传感器，安装于缆绳导缆器上。

④、绞车机械机构位置检测

每台绞车排缆器、高低速制动器、棘轮棘爪等装置设置接近开关，用于其状态检测。

⑤、液压系统状态检测

液压系统中温度、压力、流量等检测。

该系统通讯功能框图如图3和图4所示：CPU采用冗余系统，CPU与变频器、本地操作台ET200、控制柜ET200、编码器之间采用Profibus-DP通讯，CPU与本地操作台、控制柜之间通过OLM连接，采用光纤环网提高控制系统稳定性。系统所有的开关量信号和模拟量信号均通过ET200采集到CPU中，大大减少现场电缆，提高抗干扰能力。CPU与HMI(包含触摸屏和IPC工控机)之间采用以太网通讯，CPU与本地操作台、控制柜之间通过带光口的以太网交换机连接，采用光纤环网。

上述船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统，主要控制原理为：

当船体由于受到某种外力(风载、海流等)向一侧偏移时，该侧缆绳变松，张力变小，靠近的绞车应电动收缆运行，以使该侧缆绳张力保持在设定范围内；其它侧缆绳张力变大，由于这种张力是制动力，起到阻止船体作漂移运动的作用，故与之对应的绞车仍保持缆绳伸长量不变，以使平台处于平稳状态；当外力消除后，各台绞车的收放缆情况再恢复到外力作用前的状态。另外由于船体的每一侧均由多台绞车同时系泊，所以这几台绞车都应保持张力近似相等。

在恒张力联动工况中，由工况转换开关激活转矩限制模式，并实施恒张力控制，计算出的调整量由计算机给出控制信号，来整定转矩限制的模拟量输入值。当收缆绞车起动后，联锁松开放缆绞车制动器，放缆绞车即在该转矩限制模式中运行，当外力小于转矩限制值，绞车正转电动收缆，钢索张力达到转矩整定谷值时电动机进行位置伺服状态；当外力大于转矩限制值，绞车反转制动放缆，钢索张力达到转矩整定峰值时电动机进行位置伺服状态，起到恒张力控制作用。

本发明还提供一种船用多点系泊定位恒张力自适应控制方法，包括以下步骤：

步骤1，监控台接收船舶水平传感器实时检测到的船舶水平状态数据；同时，监控台获取m台系泊绞车的当前实际方位值、船舶移动目标距离以及船舶移动目标方向；同时，监控台获取到m台系泊绞车在船舶上的实际布置方位值；

步骤2，监控台将步骤1获取的各个参数数据输入到预存储的控制模型中，经控制模型计算，将m台系泊绞车划分为两类，第1类为速度控制模式的系泊绞车，第2类为张力控制模式的系泊绞车；

步骤3，然后，监控台向各台系泊绞车所对应的本地控制器下发系泊绞车工作模式的通知消息；

如果本地控制器接收到与其唯一对应的系泊绞车为速度控制模式，则本地控制器对系泊绞车进行速度控制，进而带动船体以稳定的速度平稳前进；具体控制方式参考图5：

步骤3.1，本地控制器设定速度给定值，速度给定值为常数；

步骤3.2，本地控制器实时检测系泊缆绳实际张力值以及系泊缆绳实际速度值；速度给定值、系泊缆绳实际张力值以及系泊缆绳实际速度值均作为第1比较器的正向输入，第1比较器对各输入进行运算后，第1比较器的输出值输入到第1PID控制器，第1PID控制器的输出经速度限幅后，作用于系泊绞车变频器，进而调整系泊绞车电机转速，实现系泊绞车线缆恒速运动。

如果本地控制器接收到与其唯一对应的系泊绞车为张力控制模式，则本地控制器对系泊绞车进行张力控制，通过恒定张力拉动船体向目标位置前进。具体控制方式参考图5：

步骤3.3，本地控制器设定张力给定值，张力给定值为常数；

步骤3.4，本地控制器实时检测系泊缆绳实际张力值以及系泊缆绳实际速度值；张力给定值、系泊缆绳实际张力值以及系泊缆绳实际速度值均作为第2比较器的正向输入，第2比较器对各输入进行运算后，第2比较器的输出值输入到第2PID控制器，第2PID控制器的输出经张力限幅后，作用于系泊绞车变频器，进而调整系泊绞车电机转速，实现系泊绞车线缆恒张力运动。

本发明船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统的绞车上装有张力传感器，传感器将张力信号发送到多点系泊系统控制单元，进行数据处理后用过预先建立的复杂数学模型进行计算处理，计算出缆绳张力，并通过远程监控系统在计算机显示屏上实时显示缆绳参数。船舶定位时，为了克服海上风、浪、涌、流扰动及船舶负载对船体的影响，保持船体姿态平稳、安全，本发明船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统根据船舶移动方向，有些绞车做速度控制(带动船体缓慢平稳前进)，有些绞车做张力控制(以较小的力拉住船体)，缆绳的恒定张力设定值可根据需要设定。根据各个绞车方位的情况及船体移动的需要，设定好各个绞车的控制方式后，实现船舶安全平稳定位。

下面介绍本发明一个具体工作过程：

(1)、准备工作

首先通知机舱给所需要用的系泊绞车供电；检查所有工作人员、工具是否远离绞车、锚缆及其它运动部件。依次送电顺序如下：

①、整流柜A：

上电前请先检查柜内所有小断路器，依次按照如下顺序上电：

2QF2(440V/220V变压器原边保护断路器)；3QF2(整流单元风机断路器)；

6QF1(1#主电机加热器断路器)；6QF2(3#主电机加热器断路器)；

6QF3(5#主电机加热器断路器)；4QF1(液压泵断路器)；

4QF2(空压泵断路器)；5QF1(1#主电机风机断路器)；

5QF2(3#主电机风机断路器)；5QF3(5#主电机风机断路器)；

4QF3(油缸加热器断路器)；3QF1(整流单元控制电源断路器)；

关上柜门，闭合柜门上的负荷开关3QS1(DC24V电源开关)，等待整流器自检正常后，按下2SB1按钮闭合西门子3WL空气断路器(2QF1)接通主回路。

②、整流柜B：

上电前请先检查柜内所有小断路器，依次按照如下顺序上电：

8QF2(440V/220V变压器原边保护断路器)；9QF2(整流单元风机断路器)；

10QF1(1#减速箱电动机断路器)；10QF2(3#减速箱电动机断路器)；

10QF3(5#减速箱电动机断路器)；11QF1(冷却系统1#离心泵断路器)；

11QF2(冷却系统2#离心泵断路器)9QF1(整流单元控制电源断路器)；

关上柜门，闭合柜门上的负荷开关9QS1(DC24V电源开关)，等待整流器自检正常后，按下8SB1按钮闭合西门子3WL空气断路器(8QF1)接通主回路。

③、逆变柜1：

上电前请先检查柜内所有小断路器，依次按照如下顺序上电：

13QF1(逆变器控制电源断路器)；13QF2(逆变器风机断路器)；

关上柜门，闭合柜门上的负荷开关13QS1(DC24V电源开关)即可。

④、逆变柜3：

上电前请先检查柜内所有小断路器，依次按照如下顺序上电：

16QF1(逆变器控制电源断路器)；16QF2(逆变器风机断路器)；

关上柜门，闭合柜门上的负荷开关16QS1(DC24V电源开关)即可。

⑤、逆变柜5：

上电前请先检查柜内所有小断路器，依次按照如下顺序上电：

19QF1(逆变器控制电源断路器)；19QF2(逆变器风机断路器)；

关上柜门，闭合柜门上的负荷开关19QS1(DC24V电源开关)即可。

⑥、PLC柜：

上电前请先检查柜内所有小断路器，依次按照如下顺序上电：

32QF1(R0机架电源断路器)；32QF2(R1机架电源断路器)；

32QF3(柜内风机电源断路器)；33QF1(R2机架电源断路器)；

33QF2(SITOP电源断路器)；33QF3(SITOP电源断路器)；

(2)、启动步骤

①、检查本地控制板上的PowerReady指示灯。使用选择开关LampTest测试所有指示灯是否正常，检查显示屏画面状态及显示数据是否正常。

②、检查所有选择开关，必须处于零位，SpeedSetting电位器逆时针旋转到零，TensionSetting电位器逆时针旋转到零，DragSetting电位器逆时针旋转到零。

③、所有指示灯都处于正常状态，方可进行具体操作。

(3)手动收缆——高、低速

手动收缆流程框图如图6所示：

①、首先把选择开关OperationMode选到Manual位置，选择开关ControlMode选到Speed位置，开启液压站及空压站，相应的运行灯亮起。

②、打开鼓轮上的棘爪。且棘爪打开到位(显示屏上有显示)。

③、将减速机选择到高速或低速，且相应的灯亮起。

④、合上离合器，相应的咬合到位指示灯亮起。

⑤、打开带闸，且相应的到位指示灯亮起。

⑥、逆时针旋转“SpeedSetting”旋钮到头。

⑦、选择开关Drum选到Start置，选择开关Direction选到PayIn位置。

⑧、顺时针转动“SpeedSetting”旋钮，开始卷入锚缆，要增加锚缆卷入速度，顺时针转动“SpeedSetting”旋钮，减速时“SpeedSetting”旋钮逆时针旋转，同时要注意电机转速和电流不能超出警戒线。

(4)自动收缆——高、低速

自动收缆流程框图如图7所示：

①、首先把选择开关OperationMode选到Auto位置，选择开关ControlMode选到Speed位置，开启液压站及空压站，相应的运行灯亮起。

②、打开鼓轮上的棘爪，且棘爪打开到位(显示屏上有显示信号)。

③、将减速机速度选择到高速或低速，且相应的灯亮起。

④、合上离合器，相应的咬合到位指示灯亮起。

⑤、逆时针旋转“绞车速度”旋钮到头。

⑥、选择开关Drum选到Start位置，选择开关Direction选到PayIn位置。

⑦、顺时针转动“SpeedSetting”旋钮，开始卷入锚缆，要增加锚缆卷入速度，顺时针转动。减速则“SpeedSetting”旋钮逆时针旋转，同时要注意：电机转速和电流不能超过警戒线。

(5)阻尼放出

阻尼放出流程框图如图8所示：

①、打开离合器，Clutchout指示灯亮起。

②、选择开关DragBrake选到Start位置

③、将减速机“低速/空档/高速”转到“空档”位置。

④、顺时针转动“DragSetting”旋到头。选择开关BandBrake选到Release位置，且到位指示灯亮起。

⑤、逆时针转动“DragSetting”旋钮，减小动态制动器刹车刹力。

⑥、达到放出长度时，顺时针旋转DragSetting旋钮，直至滚筒停止转动

⑦、当绞车停止时，选择开关BandBrake选到Close位置，逆时针旋转DragSetting到头。

⑧、选择开关DragBrake选到Stop位置，之后旋到零位。

(6)恒张力移船

恒张力移船流程框图如图9所示：

①、把OperationMode选择开关选到Manual位置，分别制定选择速度控制和张力控制的绞车，速度控制选择开关ControlMode选到speed位置，张力控制选择开关ControlMode选到Tension位置，开启液压站及空压站，相应的运行灯亮起。

②、打开鼓轮上的棘爪。且棘爪打开到位(显示屏上有显示)

③、将减速机选择到低速，且相应的灯亮起

④、合上离合器，相应的咬合到位指示灯亮起

⑤、打开带闸，且相应的到位指示灯亮起

⑥、逆时针旋转SpeedSetting旋钮到头。使速度给定为零。

⑦、顺时针旋转TensionSetting旋钮需要的设定值。

⑧、选择开关Drum选到Start位置，选择开关Direction选到PayIn位置。

⑨、慢慢瞬时针旋转SpeedSetting旋钮，调节移船速度，直到船移动到需要的位置，可以根据需要调整张力大小。

停机时选择开关Drum选到Stop位置，之后选到零位。选择开关Direction选到零位。

(7)、停机操作

当所有工作完成后减速机“低速/空档/高速”转至“空档位置”，离合器脱开，操作者应关闭设备电源，并作好工作记录。

(8)、系泊绞车操作注意事项

①、系泊绞车启动后，要等待两秒钟，等待系泊绞车的马达刹车和带闸刹车完全打开后再进行操作。

②、系泊绞车停止后同样要等待两秒钟，等待系泊绞车的马达刹车和带闸刹车动作后才能进行再启动。

③、系泊绞车启动完毕以及刹车彻底打开后，要缓慢加速和减速。

④、起锚和抛锚要避开共振区。

⑤、在系泊绞车启动运转期间，不能在高吨位下待机，要停止刹车，否则会耗损离合器。

⑥、抛锚时速度不能超过4节。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统，其特征在于，包括m台系泊绞车、检测系统以及监控台；m为自然数；

每台所述系泊绞车的系泊缆与一个系泊点相连接；每台所述系泊绞车均包括绞车卷筒、减速机、变频电机以及绞车附加装置；所述变频电机通过所述减速机与所述绞车卷筒联动；所述绞车附加装置包括棘轮棘爪止定装置、制动器和离合器；其中，所述离合器配备在减速机低速端与绞车卷筒之间；所述棘轮棘爪止定装置配备在绞车卷筒侧；

另外，每台所述系泊绞车均配备有以下检测设备：编码器，用于检测系泊缆的长度和速度值；张力传感器，用于检测系泊缆的实时张力值；系泊缆角度传感器，用于检测锚缆垂直角度和水平角度；制动器位置接近开关，用于检测制动器的开关状态；离合器位置接近开关，用于检测离合器的开关状态；棘轮棘爪位置接近开关，用于检测棘轮棘爪止定装置的开关状态；

所述监控台分别与各个所述伺服驱动器以及各个所述检测设备连接。

2.根据权利要求1所述的船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统，其特征在于，m为8；8台系泊绞车以辐射状形式均匀布置，包括4台艏系泊定位绞车和4台艉系泊定位绞车。

3.根据权利要求1所述的船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统，其特征在于，所述监控台包括集中监控台和若干个本地操作台；每个所述本地操作台用于操控固定数量的系泊绞车；各个所述本地操作台均连接到所述集中监控台。

4.根据权利要求1所述的船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统，其特征在于，还包括液压站和空压站；所述液压站和所述空压站均与所述监控台连接；其中，所述制动器包括高低速制动器和动态制动器；

所述液压站用于控制高低速制动器和离合器动作，所述液压站配置有压力传感器、温度传感器和液位传感器；所述空压站用于控制动态制动器动作，所述空压站配置有压力传感器和温度传感器。

5.根据权利要求1所述的船用多点系泊定位恒张力自适应控制系统，其特征在于，各个系泊绞车的变频电机采用共直流母线驱动结构，所述共直流母线驱动结构包括：12脉整流变压器、第1整流器、第2整流器、m个逆变器、制动单元、制动电阻以及直流母线；

所述12脉整流变压器的第1端子与配电板连接；所述12脉整流变压器的第2端子和第3端子分别连接到所述第1整流器的一端和所述第2整流器的一端，所述第1整流器的另一端和所述第2整流器的另一端连接到所述直流母线；并且，所述第1整流器和所述第2整流器之间采用主从通讯方式；

所述直流母线还并联连接有m个逆变器，每个逆变器用于与变频电机连接；所述直流母线还并联连接到所述制动单元的一端，所述制动单元的另一端与所述制动电阻连接。

6.一种船用多点系泊定位恒张力自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，监控台接收船舶水平传感器实时检测到的船舶水平状态数据；同时，监控台获取m台系泊绞车的当前实际方位值、船舶移动目标距离以及船舶移动目标方向；同时，监控台获取到m台系泊绞车在船舶上的实际布置方位值；

步骤2，监控台将步骤1获取的各个参数数据输入到预存储的控制模型中，经控制模型计算，将m台系泊绞车划分为两类，第1类为速度控制模式的系泊绞车，第2类为张力控制模式的系泊绞车；

步骤3，然后，所述监控台向各台系泊绞车所对应的本地控制器下发系泊绞车工作模式的通知消息；

如果所述本地控制器接收到与其唯一对应的系泊绞车为速度控制模式，则所述本地控制器对系泊绞车进行速度控制，进而带动船体以稳定的速度平稳前进；

如果所述本地控制器接收到与其唯一对应的系泊绞车为张力控制模式，则所述本地控制器对系泊绞车进行张力控制，通过恒定张力拉动船体向目标位置前进。

7.根据权利要求6所述的船用多点系泊定位恒张力自适应控制方法，其特征在于，步骤3中，本地控制器对系泊绞车进行速度控制，具体为：

步骤3.1，本地控制器设定速度给定值，所述速度给定值为常数；

步骤3.2，本地控制器实时检测系泊缆绳实际张力值以及系泊缆绳实际速度值；所述速度给定值、所述系泊缆绳实际张力值以及系泊缆绳实际速度值均作为第1比较器的正向输入，第1比较器对各输入进行运算后，第1比较器的输出值输入到第1PID控制器，第1PID控制器的输出经速度限幅后，作用于系泊绞车变频器，进而调整系泊绞车电机转速，实现系泊绞车线缆恒速运动；

本地控制器对系泊绞车进行张力控制，具体为：

步骤3.3，本地控制器设定张力给定值，所述张力给定值为常数；

步骤3.4，本地控制器实时检测系泊缆绳实际张力值以及系泊缆绳实际速度值；所述张力给定值、所述系泊缆绳实际张力值以及系泊缆绳实际速度值均作为第2比较器的正向输入，第2比较器对各输入进行运算后，第2比较器的输出值输入到第2PID控制器，第2PID控制器的输出经张力限幅后，作用于系泊绞车变频器，进而调整系泊绞车电机转速，实现系泊绞车线缆恒张力运动。