CN106786325A - 用于内河大水位差码头的船用岸电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船用岸电技术领域，具体涉及一种用于内河大水位差码头的船用岸电系统及其控制方法。系统包括快速连接插头、电缆、导轨、滑移小车、电缆卷筒和岸电控制系统；滑移小车内设置有与船舶对接的供电口，电缆的一端穿过滑移小车后连接快速连接插头，另一端固定在滑移小车内并与供电口连接；电缆卷筒内设置有电机，岸电控制系统通过控制电机的正转或反转来控制电缆的收放，电缆收放时，滑移小车沿导轨上下移动，初始状态时滑移小车在原点位置。本发明为解决了内河的大水位差码头使用岸电技术需要突破大水位差码头接电口和电缆长度要适应水位差的变化的难题。

Description

用于内河大水位差码头的船用岸电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及船用岸电技术领域，具体涉及一种用于内河大水位差码头的船用岸电系统及其控制方法。

背景技术

随着内河码头运输的迅猛发展，停靠码头的船舶数量越来越多，靠港船舶所带来的能源浪费、环境污染和噪声污染等问题也日渐严重。靠港船舶通常使用自带柴油机发电，运行过程中排放出大量氮氧化物和颗粒物等有害物质，而且燃烧率不高柴油损耗严重。在这个背景下，研究我国内河码头的靠港船舶的用电问题是十分有必要的。从国内外发展趋势和发展水平看，船用岸电技术在沿海港口已取得较大进展，但在国内内河目前还处于起步阶段，特别是内河的大水位差码头使用岸电技术需要突破大水位差码头接电口和电缆长度要适应水位差的变化的难题。

发明内容

本发明的目的就是要针对现有技术的不足，提供一种用于内河大水位差码头的船用岸电系统及其控制方法，其能使船舶在充电时适应内河大水位差。

为实现上述目的，本发明所设计的一种用于内河大水位差码头的船用岸电系统，其特征在于：所述岸电系统包括提供电源的快速连接插头、电缆、导轨、滑移小车、缠绕有电缆的电缆卷筒和控制电缆收放的岸电控制系统；所述滑移小车内设置有与船舶对接的供电口，所述电缆的一端穿过滑移小车后连接快速连接插头，另一端固定在滑移小车内并与供电口连接；所述电缆卷筒内设置有电机，所述岸电控制系统通过控制电机的正转或反转来控制电缆的收放，所述电缆收放时，所述滑移小车沿导轨上下移动，初始状态时滑移小车在原点位置。

进一步地，所述岸电系统还包括设置在电缆上的导缆装置。导缆装置可使电缆在收放时更加顺畅。

更进一步地，所述岸电控制系统包括可读取水位信号的水位监测系统、旋转编码器和岸电控制箱，所述岸电控制箱包括作为控制器的PLC和显示面板，所述旋转编码器设置在电缆卷筒上，可读取滑移小车下降位移H1；所述下降位移H1为滑移小车到原点位置的距离。

再进一步地，所述水位监测系统包括可采集水位信息H2的水位传感器和与PLC电性相连的信号调理电路，所述水位传感器的底端设置在水面以下，所述水位信息H2为水位传感器底端到水面的距离H2，所述水位传感器底端到原点位置的距离为H0。

还进一步地，所述水位信息H2通过信号调理电路输送给PLC，所述PLC将水位信息H2生成实时水位信息并通过控制面板显示；所述旋转编码器将采集到的滑移小车下降位移H1转换为脉冲信号输入PLC，所述PLC将脉冲信号计算生成滑移小车的实时位置信息并通过控制面板显示；所述PLC通过将实时水位信息与对应的实时位置信息进行比较而控制电缆卷筒收放电缆。

又进一步地，所述PLC包括电源模块、处理器模块CPU、模拟量输入模块和模拟量输出模块。

在上述技术方案中，所述PLC的输入端连接有上电开关SB、欠压断路器QS、供电开关SB1、上限位行程开关SQ、放缆按钮SB2、收缆按钮SB3、工作结束回原点按钮SB4、故障复位开关SB5和紧急停止开关SB6，所述旋转编码器与PLC的输入端电性相连；所述PLC的输出端连接有供电开始继电器KM、电机正转继电器KM1、电机反转继电器KM2、系统上电继电器K、系统停止继电器K1、上行程到继电器K2、下行程到继电器K3、系统欠压K4、小车回原点继电器K5、系统故障继电器K6和允许供电继电器K7。

在上述技术方案中，用于内河大水位差码头的船用岸电系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，按下上电开关SB，所述岸电控制系统得电，滑移小车在原点位置；

步骤2，所述水位传感器读取水位信息H2；

步骤3，所述PLC判断水位信息H2是否在允许范围内，

步骤3.1，若水位信息H2不在允许范围内，执行步骤4，

步骤3.2，若水位信息H2在允许范围内，执行步骤5；

步骤4，所述PLC输出系统故障，所述系统故障继电器K6得电，

步骤4.1，故障信号提示灯亮，按下紧急停止开关SB6，

步骤4.2，故障解除后，按下故障复位开关SB5，滑移小车到原点，返回步骤3；

步骤5，所述岸电控制系统正常，所述电机正转继电器KM1得电，所述滑移小车开始下降；

步骤6，所述旋转编码器读取下降位置H1；

步骤7，所述PLC接收下降位置H1、水位信息H2，将水位传感器底端到原点位置的距离为H0减去下降位置H1，再减去水位信息H2，得到滑移小车到水面距离H3；

步骤8，判断滑移小车到水面距离H3是否小于下限距离，

步骤8.1，若滑移小车到水面距离H3小于下限距离，所述电机反转继电器KM2得电，所述滑移小车上升，返回步骤6，

步骤8.2，若滑移小车到水面距离H3大于下限距离，允许供电继电器K7得电，供电允许提示灯亮，所述供电口可与船舶对接；若滑移小车到水面距离H3等于1m，允许供电继电器K7和下行程到继电器K3同时得电，供电允许提示灯和下行程搭配提示灯同时亮，所述供电口可与船舶对接，所述滑移小车不在下降；执行步骤9；

步骤9，供电开始继电器KM得电，船舶开始充电；

步骤10，所述旋转编码器读取下降位置H1；

步骤11，所述PLC接收下降位置H1、水位信息H2，将水位传感器底端到原点位置的距离为H0减去下降位置H1，再减去水位信息H2，得到滑移小车到水面距离H3；

步骤12，判断滑移小车到水面距离H3是否小于下限距离，

步骤12.1，若滑移小车到水面距离H3小于下限距离，所述电机反转继电器KM2得电，所述滑移小车上升，返回步骤10，

步骤12.2，若滑移小车到水面距离H3大于等于下限距离，执行步骤13；

步骤13，判断滑移小车到水面距离H3是否大于上限距离，

步骤13.1，若滑移小车到水面距离H3大于上限距离，所述电机正转继电器KM1得电，滑移小车下降，

步骤13.2，若滑移小车到水面距离H3小于等于上限距离，返回步骤10。

进一步地，所述上限距离为2m，所述下限距离为1m。

除此以外，在本发明中，在PLC的输入端接入了不同的开关，所以滑移小车除了可以自动升降外，还可以通过手动控制升降。

综上所述，本发明能够证明在内河码头推广岸电技术有着非常可观的社会效益和环境效益。本发明为解决了内河的大水位差码头使用岸电技术需要突破大水位差码头接电口和电缆长度要适应水位差的变化的难题。本发明为内河所有的大水位差码头提供了参考，具有科学性、实践性、可操作性和发展性的特点，有一定的理论意义和实际意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作流程示意图；

图3为本发明中岸电控制系统的结构示意图；

图4为本发明中控制方法的流程示意图；

图5为本发明中各距离的关系示意图。

图6为本发明中PLC的I/O电路图。

图中：快速连接插头1、电缆2、滑移小车3、导缆装置4、导轨5、电缆卷筒6、岸电控制箱7、钢平台8、码头前边梁9。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

需要说明的是，对于我国内河码头，大多数内河船舶的电压和频率都是380V/50Hz，与码头电网电制相同，所以采用直接供电方式即通过增装隔离变压器直接连接码头电网和船舶电网，完成岸电配电房向船舶电力系统输送电能。

如图1至4所示：用于内河大水位差码头的船用岸电系统，包括提供电源的快速连接插头1、电缆2、导缆装置4、导轨5、滑移小车3、电缆卷筒6和岸电控制系统。电缆卷筒6安装在钢平台8上，导轨5安装在码头前边梁9上。

电缆卷筒6选用磁滞式电缆卷筒，电缆卷筒6内设置有电机，电缆2的中部都缠绕在电缆卷筒6内。电缆卷筒6安装在码头面以下，其卷绕的电缆2通过导缆装置4引出码头外。电缆卷筒6外径D为1700mm，内径D0为400mm，宽度B为42mm，满盘时缠绕的电缆长度L按50m计算。导缆装置4安装在导轨5的正上方，利用导缆支架支撑，用于电缆的导向。导缆装置4的半径R＝270mm。电缆2选型号为CEFR/SA 3×50+1×16的船用电缆，即4芯船用电缆。

滑移小车3内设置有与船舶对接的供电口，电缆2的一端穿过滑移小车3后连接快速连接插头1，另一端固定在滑移小车3内并与供电口连接。岸电控制系统通过控制电机的正转或反转来控制电缆2的收放。电缆2收放时，滑移小车3沿导轨5上下移动，初始状态时滑移小车3在原点位置。

滑移小车3及导轨5距离码头前沿壁的最大距离必须在橡胶护弦的最大压缩量以内，才能保证岸电系统不会被靠泊船舶撞击。为了使岸电装置能够安全稳定地运行，经计算，选用型号为DA-H600×L1000的拱型橡胶护舷配合滑移小车3及导轨5。

岸电控制系统包括可读取水位信号的水位监测系统、旋转编码器和岸电控制箱7。岸电控制箱7安装在码头面以上，高出码头面的高度控制在300mm以下。岸电控制箱7包括作为控制器的PLC和显示面板。PLC控制器选用S7-300系列PLC。旋转编码器设置在电缆卷筒6上，可读取滑移小车3下降位移H1。下降位移H1为滑移小车3到原点位置的距离。旋转编码器采用增量型旋转编码器，它采集滑移小车3的下降位移H1，将脉冲信号接入PLC，使用PLC中的计数器对脉冲信号进行计数，检测系统滑移小车的位移量。

水位监测系统包括可采集水位信息H2的水位传感器和与PLC电性相连的信号调理电路。水位传感器选用电容式传感器，及选择配合使用CAV424和AM402集成电路，来完成电容式水位传感器的信号调理，CAV424是电容/电压转换集成电路，AM402是电压/电流转换电路，连接它们可以得到二线制或三线制的、量程为4～20mA的电流输出，满足PLC控制器模拟量输入模块的输入要求。水位传感器的底端设置在水面以下，所述水位信息H2为水位传感器底端到水面的距离H2，所述水位传感器底端到原点位置的距离为H0。

水位信息H2通过信号调理电路输送给PLC，PLC将水位信息H2生成实时水位信息并通过控制面板显示。旋转编码器将采集到的滑移小车3下降位移H1转换为脉冲信号输入PLC。PLC将脉冲信号计算生成滑移小车3的实时位置信息并通过控制面板显示。PLC通过将实时水位信息与对应的实时位置信息进行比较而控制电缆卷筒6收放电缆2。

PLC包括电源模块、处理器模块CPU、模拟量输入模块和模拟量输出模块。PLC的输入端连接有上电开关SB、欠压断路器QS、供电开关SB1、上限位行程开关SQ、放缆按钮SB2、收缆按钮SB3、工作结束回原点按钮SB4、故障复位开关SB5和紧急停止开关SB6。旋转编码器与PLC的输入端电性相连。PLC的输出端连接有供电开始继电器KM、电机正转继电器KM1、电机反转继电器KM2、系统上电继电器K、系统停止继电器K1、上行程到继电器K2、下行程到继电器K3、系统欠压K4、小车回原点继电器K5、系统故障继电器K6和允许供电继电器K7。

本发明的控制步骤如下：

步骤1，按下上电开关SB，所述岸电控制系统得电，滑移小车3在原点位置；

步骤2，所述水位传感器读取水位信息H2；

步骤3，所述PLC判断水位信息H2是否在允许范围内，

步骤3.1，若水位信息H2不在允许范围内，执行步骤4，

步骤3.2，若水位信息H2在允许范围内，执行步骤5；

步骤4，所述PLC输出系统故障，所述系统故障继电器K6得电，

步骤4.1，故障信号提示灯亮，按下紧急停止开关SB6，

步骤4.2，故障解除后，按下故障复位开关SB5，滑移小车3到原点，返回步骤3；

步骤5，所述岸电控制系统正常，所述电机正转继电器KM1得电，所述滑移小车3开始下降；

步骤6，所述旋转编码器读取下降位置H1；

步骤7，所述PLC接收下降位置H1、水位信息H2，将水位传感器底端到原点位置的距离为H0减去下降位置H1，再减去水位信息H2，得到滑移小车3到水面距离H3；此处H0为40m；

步骤8，判断滑移小车3到水面距离H3是否小于1m，

步骤8.1，若滑移小车3到水面距离H3小于1m，所述电机反转继电器KM2得电，所述滑移小车3上升，返回步骤6，

步骤8.2，若滑移小车3到水面距离H3大于1m，允许供电继电器K7得电，供电允许提示灯亮，所述供电口可与船舶对接；若滑移小车3到水面距离H3等于下限距离，允许供电继电器K7和下行程到继电器K3同时得电，供电允许提示灯和下行程搭配提示灯同时亮，所述供电口可与船舶对接，所述滑移小车3不在下降；执行步骤9；

步骤9，供电开始继电器KM得电，船舶开始充电；

步骤10，所述旋转编码器读取下降位置H1；

步骤11，所述PLC接收下降位置H1、水位信息H2，将水位传感器底端到原点位置的距离为H0减去下降位置H1，再减去水位信息H2，得到滑移小车3到水面距离H3；此处H0为40m；

步骤12，判断滑移小车3到水面距离H3是否小于1m，

步骤12.1，若滑移小车3到水面距离H3小于1m，所述电机反转继电器KM2得电，所述滑移小车3上升，返回步骤10，

步骤12.2，若滑移小车3到水面距离H3大于等于1m，执行步骤13；

步骤13，判断滑移小车3到水面距离H3是否大于2m，

步骤13.1，若滑移小车3到水面距离H3大于2m，所述电机正转继电器KM1得电，滑移小车3下降，

步骤13.2，若滑移小车3到水面距离H3小于等于2m，返回步骤10。

原点位置到水位传感器底端的距离H0设置为40m，原点位置时编码器输出的信号为0。水位传感器的量程为0～50m，对应的模拟量为4～20mA。水面到水位传感器底端的距离H2由水位传感器测量，H2的距离最大不会超过40m。岸电系统的供电口安装于滑移小车3上，通过PLC控制器控制滑移小车的移动使得供电口终处于不被水淹没的位置上。本系统中要求滑移小车3的停止位置到水面的安全距离H3的变动范围为1m≤H3≤2m。

在本发明中，滑移小车3不但可以自动运行，还可以通过工作人员手动运行。当系统欠压或水位传感器故障时输出故障，系统故障继电器K6线圈得电，触点闭合，故障信号提示灯亮。水位传感器故障的检测判决是通过连续检测模拟量10次平均值与前一次平均值对比相差一个大数值，即判断为故障。在故障时按下急停按钮SB6系统就停止运行，故障解除后按复位按钮SB5，系统回到原点。旋转编码器采集小车位移，水位传感器采集水位信息H2，输入PLC控制器后，通过显示器显示，操作人员根据显示器上的信息按放缆按钮SB2或收缆按钮SB3，继电器KM1或KM2得电，电动机实现正反转，引导滑移小车3的升降。当PLC判断小车在水位上方1m时，继电器K3和K7线圈得电，下行程到和供电允许的提示灯亮，操作人员可以按下供电开关SB1，岸电即可输送至靠港船舶。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于内河大水位差码头的船用岸电系统，其特征在于：所述岸电系统包括提供电源的快速连接插头(1)、电缆(2)、导轨(5)、滑移小车(3)、缠绕有电缆(2)的电缆卷筒(6)和控制电缆(2)收放的岸电控制系统；

所述滑移小车(3)内设置有与船舶对接的供电口，所述电缆(2)的一端穿过滑移小车(3)后连接快速连接插头(1)，另一端固定在滑移小车(3)内并与供电口连接；

所述电缆卷筒(6)内设置有电机，所述岸电控制系统通过控制电机的正转或反转来控制电缆(2)的收放，所述电缆(2)收放时，所述滑移小车(3)沿导轨(5)上下移动，初始状态时滑移小车(3)在原点位置。

2.根据权利要求1所述的用于内河大水位差码头的船用岸电系统，其特征在于：所述岸电系统还包括设置在电缆(2)上的导缆装置(4)。

3.根据权利要求1或2所述的用于内河大水位差码头的船用岸电系统，其特征在于：所述岸电控制系统包括可读取水位信号的水位监测系统、旋转编码器和岸电控制箱(7)，所述岸电控制箱(7)包括作为控制器的PLC和显示面板，所述旋转编码器设置在电缆卷筒(6)上，可读取滑移小车(3)下降位移H1；所述下降位移H1为滑移小车(3)到原点位置的距离。

4.根据权利要求3所述的用于内河大水位差码头的船用岸电系统，其特征在于：所述水位监测系统包括可采集水位信息H2的水位传感器和与PLC电性相连的信号调理电路，所述水位传感器的底端设置在水面以下，所述水位信息H2为水位传感器底端到水面的距离H2，所述水位传感器底端到原点位置的距离为H0。

5.根据权利要求4所述的用于内河大水位差码头的船用岸电系统，其特征在于：所述水位信息H2通过信号调理电路输送给PLC，所述PLC将水位信息H2生成实时水位信息并通过控制面板显示；所述旋转编码器将采集到的滑移小车(3)下降位移H1转换为脉冲信号输入PLC，所述PLC将脉冲信号计算生成滑移小车(3)的实时位置信息并通过控制面板显示；所述PLC通过将实时水位信息与对应的实时位置信息进行比较而控制电缆卷筒(6)收放电缆(2)。

6.根据权利要求5所述的用于内河大水位差码头的船用岸电系统，其特征在于：所述PLC包括电源模块、处理器模块CPU、模拟量输入模块和模拟量输出模块。

7.根据权利要求6所述的用于内河大水位差码头的船用岸电系统，其特征在于：所述PLC的输入端连接有上电开关SB、欠压断路器QS、供电开关SB1、上限位行程开关SQ、放缆按钮SB2、收缆按钮SB3、工作结束回原点按钮SB4、故障复位开关SB5和紧急停止开关SB6，所述旋转编码器与PLC的输入端电性相连；所述PLC的输出端连接有供电开始继电器KM、电机正转继电器KM1、电机反转继电器KM2、系统上电继电器K、系统停止继电器K1、上行程到继电器K2、下行程到继电器K3、系统欠压K4、小车回原点继电器K5、系统故障继电器K6和允许供电继电器K7。

8.根据权利要求7所述的用于内河大水位差码头的船用岸电系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，按下上电开关SB，所述岸电控制系统得电，滑移小车(3)在原点位置；

步骤2，所述水位传感器读取水位信息H2；

步骤3，所述PLC判断水位信息H2是否在允许范围内，

步骤3.1，若水位信息H2不在允许范围内，执行步骤4，

步骤3.2，若水位信息H2在允许范围内，执行步骤5；

步骤4，所述PLC输出系统故障，所述系统故障继电器K6得电，

步骤4.1，故障信号提示灯亮，按下紧急停止开关SB6，

步骤4.2，故障解除后，按下故障复位开关SB5，滑移小车(3)到原点，返回步骤3；

步骤5，所述岸电控制系统正常，所述电机正转继电器KM1得电，所述滑移小车(3)开始下降；

步骤6，所述旋转编码器读取下降位置H1；

步骤7，所述PLC接收下降位置H1、水位信息H2，将水位传感器底端到原点位置的距离为H0减去下降位置H1，再减去水位信息H2，得到滑移小车(3)到水面距离H3；

步骤8，判断滑移小车(3)到水面距离H3是否小于下限距离，

步骤8.1，若滑移小车(3)到水面距离H3小于下限距离，所述电机反转继电器KM2得电，所述滑移小车(3)上升，返回步骤6，

步骤8.2，若滑移小车(3)到水面距离H3大于下限距离，允许供电继电器K7得电，供电允许提示灯亮，所述供电口可与船舶对接；若滑移小车(3)到水面距离H3等于下限距离，允许供电继电器K7和下行程到继电器K3同时得电，供电允许提示灯和下行程搭配提示灯同时亮，所述供电口可与船舶对接，所述滑移小车(3)不在下降；执行步骤9；

步骤9，供电开始继电器KM得电，船舶开始充电；

步骤10，所述旋转编码器读取下降位置H1；

步骤11，所述PLC接收下降位置H1、水位信息H2，将水位传感器底端到原点位置的距离为H0减去下降位置H1，再减去水位信息H2，得到滑移小车(3)到水面距离H3；

步骤12，判断滑移小车(3)到水面距离H3是否小于下限距离，

步骤12.1，若滑移小车(3)到水面距离H3小于下限距离，所述电机反转继电器KM2得电，所述滑移小车(3)上升，返回步骤10，

步骤12.2，若滑移小车(3)到水面距离H3大于等于下限距离，执行步骤13；

步骤13，判断滑移小车(3)到水面距离H3是否大于上限距离，

步骤13.1，若滑移小车(3)到水面距离H3大于上限距离，所述电机正转继电器KM1得电，滑移小车(3)下降，

步骤13.2，若滑移小车(3)到水面距离H3小于等于上限距离，返回步骤10。

9.根据权利要求8所述的用于内河大水位差码头的船用岸电系统的控制方法，其特征在于：所述上限距离为2m，所述下限距离为1m。