CN108928686A - 缆绳回收的控制系统和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种缆绳回收的控制系统和控制方法，该控制系统包括：交流电生成装置，利用缆绳的回收移动生成交流电流；以及电机开关模块，响应于交流电流控制缆绳的牵引电机停机以停止回收缆绳。本发明通过安装在缆绳上的动子经过定子铁芯时线圈绕组产生的交流电流控制牵引电机停机，将缆绳回收时直线运动的机械能转化为易于捕捉的电能，实现了缆绳回收的自动停止功能；改善了现有的缆绳回收控制方法，提高了缆绳回收控制的精准度，减少了人力成本，降低了缆绳回收不到位的风险。

Description

缆绳回收的控制系统和控制方法
技术领域
本发明涉及一种缆绳回收的控制系统和控制方法，具体地，涉及一种用于系留气球的缆绳回收的控制系统和控制方法。
背景技术
系留气球的现有的供电方式是，采用光电复合缆绳借助地面锚泊系统连接到地面供电系统，光电复合缆绳在收放过程中需要承受来自系留气球驻空时数吨的工作拉力；再经过升空回收系统(又称减力装置)将缆绳的拉力减小到几十公斤以保护缆绳；同时缆绳还要满足在系留状态下抵抗大风的制动力要求。因此，需要专门设计搭载于锚泊系统上的系留气球升空及回收系统，用来监测和控制光电复合缆绳的收放，满足缆绳的牵引力、牵引速度和制动力要求，保证系留气球平稳地释放和回收。
目前光电复合缆绳主要通过计米装置计米，辅以人力进行收放，控制机制还不够完善。放缆时，当实际放缆长度达到设定放缆长度时，手动停止放缆；收缆时，当实际放缆长度减小到收缆期望值时，手动停止收缆。由于缆绳的预定收缆终点是人为估计，再加上现场一些不可控因素(如大风)，可能会导致系留气球回收不到位。
由上述可知，在现有的缆绳回收控制方法中，需要记录缆绳的实际放缆长度并确定缆绳的预定收缆终点(下次的放缆起点)。
目前记录缆绳的实际放缆长度的方法是，在牵引轮上设置带有编码器的计米装置，编码器记录牵引轮的旋转圈数，计米装置根据牵引轮直径来算出缆绳经过的长度，即实际放缆长度。当实际放缆长度达到设定放缆长度时，手动停止放缆；当实际放缆长度减小到收缆期望值时，手动停止收缆。但是这种方法靠人为估计的预定收缆终点，增加了产生错误的风险。
目前确定预定收缆终点的方法有套管标识法、颜色标识法、激光感应法等。套管标识法是在缆绳生产的过程中，于缆绳适当的位置加装套管，从而确定缆绳回收的终点。但在缆绳已经生产完毕和使用中时，拆卸难度大，另外套管容易加剧缆绳表皮的磨损，还需增加保护层，加工难度也大。颜色标识法是通过在缆绳上粘贴不同颜色的胶布来标示收缆终点，这种方法虽然经济实用，但是不能脱离人力操作，不能实现自动化控制。激光感应法是在万向滑轮处装一套激光传感器，缆绳上粘贴白色胶布。当缆绳经过万向滑轮时，白色胶布反射激光器产生的激光，传感器接收到光信号，通过模数转换器将其转换为数字量，中控PLC收到信号后向电机发出停止指令。缺点是需要人为控制激光传感器的启停，不能实现自动化控制，对激光装置的耐候性要求高，成本高。
发明内容
针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种缆绳回收的控制系统和控制方法，能够实现缆绳回收的自动化控制，提高缆绳回收控制的精准度。
根据本发明的一个方面，提供了一种缆绳回收的控制系统，该控制系统包括：
交流电生成装置，交流电生成装置设置于缆绳上，并利用缆绳的移动生成交流电流；
牵引电机，牵引电机停机后缆绳回收停止；以及
电机开关模块，连接于交流电生成装置和牵引电机，当交流电流生成后电机开关模块控制牵引电机停机；以及
其中，交流电生成装置包括定子铁芯和动子；动子包括包裹缆绳的磁轭、和设置于磁轭上的多个环形磁极；定子铁芯的内壁形成通道，通道用于动子穿过，并且，内壁上设置有绕组，绕组环绕通道；
其中，缆绳移动时带动动子在通道内移动，以使绕组生成交流电流。
在一个实施例中，动子设置于缆绳的预定收缆终点处。
在一个实施例中，还包括：定时器，连接于电机开关模块，定时器用于设置预定时间并在预定时间内没有产生交流电流的情况下发出报警信号。
优选地，内壁上设置有凹槽并形成定子齿，凹槽环绕通道，绕组设置在凹槽中。
其中，绕组包括第一绕组和第二绕组；第一绕组包括多个第一线圈，第二绕组包括多个与第一线圈等间隔设置的第二线圈；其中，在通道的轴线方向上，任意两个相邻磁极的间距与凹槽的宽度相等，任意磁极的宽度与定子齿的宽度相同；任意两个相邻磁极的极性相反；以及交流电流为任一绕组产生的单相交流电流。
在一个实施例中，电机开关模块包括：第一交流接触器，第一交流接触器的线圈的两端连接于绕组以通入交流电流；第二交流接触器，第一交流接触器的常开触点与第二交流接触器的线圈连接，第二交流接触器的常闭触点与牵引电机连接；其中，当交流电流产生时，第一交流接触器的线圈通入交流电流，第一交流接触器的常开触点闭合，使第二交流接触器的线圈通电、第二交流接触器的常闭触点打开，以控制缆绳的牵引电机停机。
在一个实施例中，电机开关模块还包括：启动开关，与第一交流接触器串联。
优选地，多个磁极均为永磁体磁极。
在一个实施例中，缆绳回收的控制系统包括设置在地面或锚泊车上的万向滑轮，在缆绳的回收方向上，缆绳依次穿过万向滑轮和定子铁芯。
在一个实施例中，在缆绳的回收方向上，定子铁芯的下游还设置有张力传感器。
根据本发明的另一个方面，提供了一种缆绳回收的控制方法，该控制方法包括：
利用缆绳的回收移动生成交流电流；
响应于交流电流控制缆绳的牵引电机停机以停止回收缆绳。
在一个实施例中，在利用缆绳的回收移动生成交流电流之前还包括：
设置预定时间；
根据预定时间内是否产生交流电流而发出报警信号。
本发明的有益技术效果在于：通过安装在缆绳上的动子经过定子铁芯时产生的交流电流控制牵引电机停机，从而将缆绳回收时直线运动的机械能转化为易于捕捉的电能来控制牵引电机，实现了缆绳回收的自动控制；改善了现有的缆绳回收控制方法，提高了缆绳回收控制的精准度，减少了人力成本，降低了缆绳回收不到位的风险。
附图说明
图1是根据本发明实施例的缆绳回收的控制系统的交流电生成装置的剖面示意图；
图2是根据本发明实施例的缆绳回收的控制系统的交流电生成装置的立体示意图；
图3是根据本发明实施例的缆绳回收的控制系统的电机开关模块的电路图；
图4是根据本发明实施例的缆绳回收的控制系统的安装示意图；
图5是根据本发明实施例的缆绳回收的控制方法的流程图。
具体实施方式
结合图1-3所示，本发明的缆绳回收的控制系统包括：交流电生成装置10，该交流电生成装置10设置于缆绳30上，并利用缆绳30的移动生成交流电流；牵引电机M，牵引电机M停机后缆绳回收停止；电机开关模块20，连接于交流电生成装置20和牵引电机M，当交流电流生成后电机开关模块20控制牵引电机M停机；
其中，交流电生成装置10包括定子铁芯11和动子；动子包括包裹缆绳30的磁轭13、和设置于磁轭13上的多个环形磁极14；定子铁芯11的内壁形成通道，该通道用于动子穿过，并且，内壁上设置有绕组12，绕组12环绕通道；缆绳30移动时带动动子在通道内移动，以使绕组12生成交流电流，安装了动子的缆绳每次经过定子铁芯11时，绕组12会在磁极14的感应磁场作用下产生方向不断变化的交流电流控制牵引电机停机，也就是只有当安装了动子的缆绳经过时才会生成交流电流使牵引电机停止运转。
上述技术方案，通过安装在缆绳上的动子经过定子铁芯时产生的交流电流控制牵引电机停机，从而将缆绳回收时直线运动的机械能转化为可利用的电能来控制牵引电机，实现了缆绳回收的自动控制；改善了现有的缆绳回收控制方法，提高了缆绳回收控制的精准度，减少了人力成本，降低了缆绳回收不到位的风险。
优选地，多个磁极14均为永磁体磁极。
在一个实施例中，如图1所示，内壁上设置有凹槽并形成定子齿，凹槽环绕通道，绕组12设置在凹槽中。
其中，如图1所示，绕组12包括第一绕组和第二绕组；第一绕组包括多个第一线圈121，第二绕组包括多个与第一线圈121等间隔设置的第二线圈122；其中，在通道的轴线方向上，任意两个相邻磁极14的间距与凹槽的宽度相等，任意磁极14的宽度与定子齿的宽度相同；任意两个相邻磁极的极性相反；第一绕组和第二绕组的交流电流为相位差180°的单相交流电流。
具体地，定子铁芯11呈圆筒形，圆筒内壁上设置有多个圆环形凹槽，用来嵌装绕组12，凹槽之间的间隔为定子齿。定子齿的间距与磁极14的间距相等，即磁极14的间距与凹槽的宽度相等。永磁体磁极14的磁通方向是垂直于缆绳30的轴线，也就是径向的。相邻的两个磁极14的磁力线15方向是相反的，因此可得到图1中的磁力线分布图。定子齿和磁极14之间预留气隙16。当动子随缆绳30向右移动一个齿距，虽然每个磁极14的磁力线15方向不变，但对于每一个线圈来说，环绕的磁通方向都反转了。当动子连续运动时，线圈内就会感应出交流电势。这里，每个第一线圈121的极性都相同，每个第二线圈122的极性也都相同，第一线圈121和第二线圈122的极性相反。按照极性把所有第一线圈121头尾相连得到第一绕组，按照极性把所有第二线圈122头尾相连得到第二绕组，两个绕组均能产生单相交流电，且相位差180°。
在一个实施例中，如图3所示，电机开关模块20包括：第一交流接触器和第二交流接触器，第一交流接触器线圈3KM的两端连接于上述绕组以通入交流电流is；第一交流接触器常开触点3KM1与第二交流接触器线圈2KM连接，第二交流接触器常闭触点2KM1-3与牵引电机M连接；其中，当交流电流is产生时，第一交流接触器线圈3KM通入交流电流is吸引第一交流接触器常开触点3KM1闭合，使第二交流接触器线圈2KM通电、第二交流接触器常闭触点2KM1-3打开，以控制牵引电机M停机。进一步地，还可以将第二交流接触器常开触点2KM4的两端与3KM1的两端并联，2KM通电后使得2KM4闭合，从而能够使2KM保持得电状态。
其中，电机开关模块20还包括：启动开关3SB，与上述第一交流接触器线圈3KM串联。当交流电生成装置10产生交流电流时，可通过该启动开关3SB来控制牵引电机开启。在本实施例中，电机开关模块20还可以包括主控回路22。当回收系留气球时，按下启动开关3SB，交流电生成装置与3KM的回路接通。当系留气球回收到位，交流电生成装置10发电时，线圈3KM通电，触点3KM1闭合，线圈2KM得电，触点2KM1-3断开，牵引电机M断电。同时触点2KM4闭合，使线圈2KM保持得电状态。此时，再按下主控回路22中的停止开关1SB，线圈KM通电、触点KM1-3断开，线圈2KM断电，触点2KM1-3恢复闭合，牵引电机M保持断电状态。当释放系留气球时，需要启动牵引电机M时，交流电生成装置经过定子铁芯会产生交流电，此时断开启动开关3SB，交流电生成装置与3KM的工作回路断开，线圈3KM和线圈2KM无法得电，触点2KM1-3保持闭合，牵引电机M的主电路保持接通。
在一个实施例中，如图4所示，系留气球的锚泊系统包括设置在地面或锚泊车上的控制舱43、设备舱44、和万向滑轮41，在缆绳的回收方向上，缆绳依次穿过万向滑轮41、和定子铁芯11。
其中，在缆绳的回收方向上，定子铁芯11的下游还设置有张力传感器42。即交流电生成装置10的定子铁芯11安装于万向滑轮41和张力传感器42之间。
在一个实施例中，动子设置于缆绳的预定收缆终点。将动子安装于缆绳的预定收缆终点上并随缆绳一起运动，因此放缆起点是确定的。结合图3所示，开始放出缆绳时，断开启动开关3SB，交流电生成装置与3KM的工作回路断开，线圈3KM和线圈2KM无法得电，触点2KM1-3保持闭合，牵引电机M的主电路接通。此时计米装置开始计米，显示的放缆长度等于放出的系留气球高度，我们可以根据自己设定的放缆长度来让系留气球停留在相同的高度，提高了精准度。
在另一种应用场景下，当回收高空系留气球的时候，只要在锚泊系统的控制室43中按下启动开关并调整好缆绳回收速度，系留气球就会自动返回，当缆绳上收缆终点的动子经过定子铁芯时，牵引电机就能够自动停止。整个过程不需要一直跟踪缆绳的位置，不需要人为估计缆绳回收的终点，节约了人力成本。
在一个实施例中，还包括定时器(未示出)，连接于电机开关模块20，定时器用于设置预定时间并在预定时间内没有产生交流电流的情况下发出报警信号。在本实施例中，在回收系留气球的时候设定好缆绳回收速度，易根据系留气球高度推算出回收过程时间。因此，只要增加一个计时器，如果超过回收过程时间后系留气球还未收回，则触发报警，提醒现场工作人员，并强制停止牵引电机，从而保证系留气球、锚泊设施和工作人员的安全。
根据本发明的另一方面，如图5所示，还提供了一种缆绳回收的控制方法，包括：
S10，利用缆绳的回收移动生成交流电流；
S20，响应于交流电流控制缆绳的牵引电机停机以停止回收缆绳。
该控制方法是使用上述的缆绳回收的控制系统对缆绳回收进行控制的方法。
在一个实施例中，在S10之前还包括以下步骤：
设置预定时间；
在预定时间内没有产生交流电流的情况下发出报警信号。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (12)

1.一种缆绳回收的控制系统，其特征在于，包括：
交流电生成装置，所述交流电生成装置设置于缆绳上，并利用缆绳的移动生成交流电流；
牵引电机，所述牵引电机停机后缆绳回收停止；以及
电机开关模块，连接于所述交流电生成装置和所述牵引电机，当所述交流电流生成后所述电机开关模块控制所述牵引电机停机；以及
其中，所述交流电生成装置包括定子铁芯和动子；所述动子包括包裹缆绳的磁轭、和设置于所述磁轭上的多个环形磁极；所述定子铁芯的内壁形成通道，所述通道用于所述动子穿过，并且，所述内壁上设置有绕组，所述绕组环绕所述通道；
其中，缆绳移动时带动所述动子在所述通道内移动，以使所述绕组生成所述交流电流。
2.根据权利要求1所述的缆绳回收的控制系统，其特征在于，
所述动子设置于所述缆绳的预定收缆终点处。
3.根据权利要求1所述的缆绳回收的控制系统，其特征在于，还包括：
定时器，连接于所述电机开关模块，所述定时器用于设置预定时间并在所述预定时间内没有产生所述交流电流的情况下发出报警信号。
4.根据权利要求1所述的缆绳回收的控制系统，其特征在于，所述内壁上设置有凹槽并形成定子齿，所述凹槽环绕所述通道，所述绕组设置在所述凹槽中。
5.根据权利要求4所述的缆绳回收的控制系统，其特征在于，
所述绕组包括第一绕组和第二绕组；所述第一绕组包括多个第一线圈，所述第二绕组包括多个与所述第一线圈等间隔设置的第二线圈；
其中，在所述通道的轴线方向上，任意两个相邻磁极的间距与所述凹槽的宽度相等，任意磁极的宽度与所述定子齿的宽度相同；以及
任意两个相邻磁极的极性相反；
所述交流电流为任一绕组产生的单相交流电流。
6.根据权利要求1所述的缆绳回收的控制系统，其特征在于，所述电机开关模块包括：
第一交流接触器(3KM)，所述第一交流接触器的线圈的两端连接于所述绕组以通入所述交流电流；
第二交流接触器(2KM)，所述第一交流接触器的常开触点与所述第二交流接触器的线圈连接，所述第二交流接触器的常闭触点与所述牵引电机连接；
其中，当所述交流电流产生时，所述第一交流接触器的线圈通入所述交流电流，所述第一交流接触器的常开触点闭合，使所述第二交流接触器的线圈通电、所述第二交流接触器的常闭触点打开，以控制所述缆绳的牵引电机停机。
7.根据权利要求6所述的缆绳回收的控制系统，其特征在于，所述电机开关模块还包括：
启动开关，与所述第一交流接触器串联。
8.根据权利要求1所述的缆绳回收的控制系统，其特征在于，所述多个磁极均为永磁体磁极。
9.根据权利要求1所述的缆绳回收的控制系统，其特征在于，所述缆绳回收的控制系统包括设置在地面或锚泊车上的万向滑轮，在所述缆绳的回收方向上，所述缆绳依次穿过所述万向滑轮和所述定子铁芯。
10.根据权利要求9所述的缆绳回收的控制系统，其特征在于，在所述缆绳的回收方向上，所述定子铁芯的下游还设置有张力传感器。
11.一种缆绳回收的控制方法，其特征在于，包括：
利用缆绳的回收移动生成交流电流；
响应于所述交流电流控制所述缆绳的牵引电机停机以停止回收缆绳。
12.根据权利要求11所述的缆绳回收的控制方法，其特征在于，在利用缆绳的回收移动生成交流电流之前还包括：
设置预定时间；
根据所述预定时间内是否产生所述交流电流而发出报警信号。
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