CN108982987A - 一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置，包括增量型旋转编码器，屏蔽双绞铜芯电缆，接线端子板，数据电缆，高速计数器卡，软件模块，工业计算机和输出设备，增量型旋转编码器同轴安装于升船机驱动单元的电机上，屏蔽双绞铜芯电缆分别连接增量型旋转编码器和接线端子板，数据电缆分别连接接线端子板和高速计数器卡，所述的软件模块设置在工业计算机内；还公开了其测量与分析方法；本发明装置能自动计算各类同步性相关数据，生成报告并输出，无需人工后期计算和处理，能将升船机主驱动运行的同步性数据实时地显示和存储，并可对比多次的历史运行同步性数据，便于开发人员和调试人员分析，为主驱动系统的优化和改进提供重要依据。

Description

一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置及方法

技术领域

本发明属于电子测试与测量技术领域，尤其涉及一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置，以及其方法。

背景技术

随着国家对水资源的开发，解决船舶高坝通航问题作为水资源综合利用的重要组成部分显得十分重要。

船舶从升船机通过高坝时，和从船闸通过高坝相比节省水或几乎不耗水，这样节省的水资源可以用于发电；升船机的制造难度也比船闸小很多，制造成本通常也优于船闸；此外船舶从升船机通过高坝时间也大幅优于从船闸通过高坝。

常见的垂直升船机主驱动系统是由多个驱动单元协同出力，这涉及到多台电机同步驱动控制的问题。升船机的驱动单元分散、同步距离长且同步精度要求较高，各个驱动单元间不允许有较大的行程偏差、速度偏差和转矩输出偏差，多电机同步运行控制要求高。

因此在升船机主驱动系统研制和调试的过程中，以及后期升船机运行的过程中，需要有一套升船机专用的、能实时监视和分析升船机各个驱动单元的电机运行的同步状况的测量与分析系统，对升船机主驱动系统调试和优化具有重大意义。

发明内容

为了实现上述功能，本发明的目的之一是提供一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置，用于测量升船机各驱动单元的运行的行程（驱动单元的位移）、速度和加速度，对这些监测的参数以曲线图和表格的形式在显示器和打印机上输出；在升船机主驱动系统调试和运行的过程中，监视升船机主驱动系统的同步性，并以测量系统生成的同步性数据为依据，对升船机主驱动系统进行改进和优化。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置，包括：增量型旋转编码器，用于检测各升船机驱动单元在单位时间内所产生的位移，并生成信号数据；屏蔽双绞铜芯电缆，用于将增量型旋转编码器产生的信号数据传输至接线端子板；接线端子板，用于将处于相隔距离较远的各信号数据汇总到一起；数据电缆，用于将汇总后的信号数据传输至高速计数器卡；高速计数器卡，通过加载驱动程序和软件模块提供的采集功能使工业计算机接收信号数据；软件模块，通过运行升船机驱动同步性测量与分析软件，去除因电磁干扰产生的无效数据，通过滤波算法对来自高速计数器卡的信号数据进行滤波并转换成位置数据，最终进一步转换呈各类同步性数据，通过输出设备输出；工业计算机，用于提供人机操作界面，同时以数据库的形式对信号数据及转换后的各种数据进行储存；输出设备，将信号数据转换成自然人能识别的文字和图形等；所述的增量型旋转编码器同轴安装于升船机驱动单元的电机出轴端尾部，分布在相隔距离较远的多个不同位置，所述的屏蔽双绞铜芯电缆一端连接至所述增量型旋转编码器的接线端，另一端连接至所述接线端子板，所述的数据电缆一端连接至所述接线端子板，另一端连接至所述高速计数器卡，所述的高速计数器卡安装于所述工业计算机的PCI槽中，所述的软件模块设置在工业计算机内。

在一种实施方式中，所述的接线端子板为多通道连接端子排，用于将集中的信号数据无失真、无延迟的传输至高速计数器卡中。

在一种实施方式中，所述的高速计数器卡对外提供多通道连接端口，端口与数据电缆进行连接。

在一种实施方式中，所述的输出设备为彩色显示器或者彩色打印机。

本发明目的之二，是提供一种基于上述升船机驱动装置同步性测量与分析装置实现的分析方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种升船机驱动装置同步性测量与分析方法，步骤为

a），信号发生：通过增量型旋转编码器获取与电机运行状况相对应的各路信号数据，并通过屏蔽双绞电缆传输到接线端子板上；

b），连接：通过接线端子板将信号数据集中；

c），数据采集：通过数据电缆将接线端子板集中的信号数据输入到高速计数器卡中，升船机驱动同步性测量与分析软件提供数据读取功能，并将所述信号数据输入到所述工业计算机的内存储器中；

d），滤波：软件模块通过运行升船机驱动同步性测量与分析软件对信号数据进行滤波处理，去除因干扰因素产生的无效数据；

e），转换数据：

e1），升船机驱动同步性测量与分析软件根据信号数据得到每个升船机驱动单元的位置数据及其之间的位置偏差，进而转换成速度数据及其之间的位置偏差和加速度数据及其之间的位置偏差；

e2），将位置数据、速度数据和加速度数据通过特定算法转换为直观的曲线图和表格形式的同步性数据；升船机驱动同步性测量与分析软件将各驱动单元的位置数据，转换为各驱动单元的速度数据，进一步通过计算转换成各驱动单元的速度数据差值，并以时间轴为X轴，各个驱动单元速度数据差值为Y轴，生成速度同步性数据的曲线图和表格；

f），保存数据：将上述各种数据以数据库的形式实时保存在所述工业计算机的外存储器中；

g），实时显示数据：将上述各种数据以曲线图和表格的形式显示在彩色显示器，供开发人员和调试人员对升船机驱动单元同步性进行监测和分析；

h），生成报告：升船机驱动同步性测试与分析软件将上述数据输出至彩色打印机；

i），图表处理：升船机驱动同步性测试与分析软件从数据库中读取历史数据并再次生成曲线图和表格；升船机驱动同步性测试与分析软件提供查询以往的升船机主驱动同步性相关数据功能，工业计算机可将这些数据从外存储器中读入，并再次生成曲线图和表格，输出到输出设备上；

进一步，所述的信号数据为增量型旋转编码器随着电机以不同速度转动而产生的不同频率的方波或者正弦波脉冲信号，其频率随着电机旋转速度变化而变化，电机的转速和脉冲信号的频率呈线性关系。

进一步，所述的位置数据为所述增量型旋转编码器所积累的脉冲总数，或为对应升船机驱动单元运行产生的位移，其单位为毫米，两种形式互为线性关系。

更进一步，所述的升船机驱动同步性测量与分析软件对各升船机驱动单元的位置数据进行计算，得到实时的位置数据差值，并按照设定的数据采样频率，以时间轴为X轴，以位置数据差值为Y轴，生成位置同步性数据的曲线图和表格。

再进一步，所述的历史数据为历史运行的升船机同步性数据，为各升船机驱动单元在以往多个特定时间点采样的同步性数据的集合。

再进一步，所述步骤c）中数据采集的频率，即每两次采集动作的时间间隔，是固定值，可根据需要在采集数据开始前设置；数据采集的时间表示形式，可设定为以系统开始工作时间为起点的相对时间，或者以工业计算机操作系统的系统时间为基准的绝对时间。

本发明在只需要选择被测对象，测试的参数（位移、速度或加速度），即可对整个升船机主驱动系统的运行同步性进行全自动精确测量。

相对于传统测量系统而言，具有以下优点：

a）专为测量升船机这种大型具有多驱动单元设备而设计；

b）信号集中处理实时性好，数据可信度高；

c）主驱动设备运行结果实时可视，便于监测；

系统能自动计算各类同步性相关数据，生成报告并输出，无需人工后期计算和处理。能将升船机主驱动运行的同步性数据实时地显示和存储，并可对比多次的历史运行同步性数据，便于开发人员和调试人员分析，为驱动系统的优化和改进提供重要依据。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2为被测对象的结构示意图；

图3为本发明数据处理流程图；

图4 为典型升船机主驱动位置数据偏差曲线图。

各附图标记为：1—增量型旋转编码器，2—接线端子板，3—高速计数器卡，4—工业计算机，5—软件模块，6—彩色显示器，6’—彩色打印机，7—信号数据，8—电机，9—升船机驱动单元，10—升船机主驱动系统，11—升船机船厢，A—屏蔽双绞铜芯电缆，B—数据电缆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

参照图1所示，本发明公开了一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置，用于测量升船机主驱动系统10中各个升船机驱动单元9的运行行程进行精确测量，升船机主驱动系统10的开发人员和调试人员能在输出设备上实时观察升船机各个驱动单元9间的同步性，以图形曲线和表格的形式表示。

参照图3所示，示例中以一种卷扬式垂直升船机为被测对象，升船机主驱动系统10包含多个升船机驱动单元9，每个升船机驱动单元9包含电机8、减速机和卷筒，通过刚性同步轴将所有的升船机驱动单元9进行联接，形成一个驱动整体，驱动整个升船机船厢11。

增量型旋转编码器1安装在位于升船机驱动单元9的电机8上，并与电机8转子同轴。整套测量系统的结构为，增量型旋转编码器1通过屏蔽双绞铜芯电缆A连接到端子接线板2，端子接线板2汇总各路升船机驱动单元9的信号数据7，用数据电缆B连接到工业计算机4上的高速计数器卡3中。

参照图3的数据流，各升船机驱动单元9的电机8带动各相对应的所述增量型旋转编码器1转动，所述增量型旋转编码器1产生与电机8运行状况相对应的各路信号数据7，通过所述屏蔽双绞电缆A传输到所述接线端子板2上，此过程为“信号发生”。

所述接线端子板2将各路所述信号数据7集中，此过程为“连接”。

通过所述数据电缆B将各路所述信号数据7输入到安装于所述工业计算机4中的所述高速计数器卡3中，通过软件模块5上加载的升船机驱动同步性测量与分析软件提供的数据读取功能，将所述信号数据7输入到所述工业计算机4的内存储器中，此过程为“数据采集”。

进一步，通过特定算法将所述信号数据7进行滤波处理，去除因干扰因素等原因产生的无效数据，此过程为“滤波”。

更进一步，滤波后的信号数据7通过特定算法，转换为直观的曲线图和表格形式的同步性数据，这些数据包括各路位置数据及其之间的偏差值、速度数据及其之间的偏差值和加速度数据及其之间的偏差值等，此过程为“转换数据”。

进一步，上述各种数据以数据库的形式实时保存在所述工业计算机的外存储器中，此过程为“保存数据”。

同时，这些数据在所述工业计算机的所述输出设备上以曲线图和表格的形式显示，供开发人员和调试人员对升船机驱动单元9同步性进行监测和分析，此过程为“实时显示数据”；所述的输出设备为彩色显示器6或者彩色打印机6’。

每一次整个运行过程完成，所述升船机驱动同步性测量与分析软件生成报告。

进一步，所述升船机驱动同步性测量与分析软件具备查看历史运行的升船机同步性数据功能，通过从数据库中读取历史数据，再次生成曲线图和表格，此过程为“图表处理”。

将这些数据在输出设备上显示，此过程为“查看历史运行数据”和“显示历史数据”，并将生成的报告用打印机输出，此过程为“生成报告”。

本发明在只需要选择被测对象，测试的参数（位移、速度或加速度），即可对整个升船机主驱动系统10的运行同步性进行全自动精确测量。相对于传统测量系统而言，具有以下优点：

a）专为测量升船机这种大型具有多驱动单元设备而设计；

b）信号集中处理实时性好，数据可信度高；

c）主驱动设备运行结果实时可视，便于监测。

本发明系统能自动计算各类同步性相关数据，生成报告并输出，无需人工后期计算和处理，能将升船机主驱动运行的同步性数据实时地显示和存储，并可对比多次的历史运行同步性数据，便于开发人员和调试人员分析，为驱动系统的优化和改进提供重要依据。

升船机主驱动系统开发人员和调试人员可以通过输出设备实时地观察升船机各驱动单元运行的同步性情况，由于工业计算机处理速度非常快，配合定制的升船机驱动同步性测量与分析软件，比传统的基于PLC的数据通讯人机数据通讯与显示的实时性更好、数据输出形式更灵活，系统实时显示数据的同时将数据存入数据库中；整个系统作为一种测量与分析工具，可以在后期读取这些同步性数据，以这些数据为依据，生成直观的曲线图和表格等多种数据表现形式，极大方便了主驱动调试人员进行分析升船机主驱动系统的历史运行情况，对升船机主驱动的运行进行优化和完善具有重大意义。

工业计算机4的人机操作界面包含如下功能：

a）可设置所述信号数据7的采样频率；

b）可选择多种对所述信号数据7进行滤波方式；

c）可选择分析结果的显示形式；

d）可选择输出设备。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功能，以及部分运用的实施例子，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，比如增加检测装置的数量，改变检测装置的位置等，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置，其特征在于：包括

增量型旋转编码器（1），用于检测各升船机驱动单元（9）在单位时间内所产生的位移，并生成信号数据（7）；

屏蔽双绞铜芯电缆（A），用于将增量型旋转编码器（1）产生的信号数据（7）传输至接线端子板（2）；

接线端子板（2），用于将处于相隔距离较远的各信号数据（7）汇总到一起；

数据电缆（B），用于将汇总后的信号数据（7）传输至高速计数器卡（3）；

高速计数器卡（3），通过加载驱动程序和软件模块（5）提供的采集功能使工业计算机（4）接收信号数据（7）；

软件模块（5），通过运行升船机驱动同步性测量与分析软件，去除因电磁干扰产生的无效数据，通过滤波算法对来自高速计数器卡（3）的信号数据（7）进行滤波并转换成位置数据，通过输出设备输出；

工业计算机（4），用于提供人机操作界面，同时以数据库的形式对信号数据（7）及转换后的各种数据进行储存；

输出设备，将信号数据（7）转换成自然人能识别的文字和图形；

所述的增量型旋转编码器（1）同轴安装于升船机驱动单元（9）的电机（8）出轴端尾部，分布在相隔距离较远的多个不同位置，所述的屏蔽双绞铜芯电缆（A）一端连接至所述增量型旋转编码器（1）的接线端，另一端连接至所述接线端子板（2），所述的数据电缆（B）一端连接至所述接线端子板（2），另一端连接至所述高速计数器卡（3），所述的高速计数器卡（3）安装于所述工业计算机（4）的PCI槽中，所述的软件模块（5）设置在工业计算机（4）内。

2.根据权利要求1所述的一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置，其特征在于，所述的接线端子板（2）为多通道连接端子排，用于将集中的信号数据（7）无失真、无延迟的传输至高速计数器卡（3）中。

3.根据权利要求1所述的一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置，其特征在于，所述的高速计数器卡（3）对外提供多通道连接端口，端口与数据电缆（B）进行连接。

4.根据权利要求1所述的一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置，其特征在于，所述的输出设备为彩色显示器（6）或者彩色打印机（6’）。

5.一种基于权利要求1所述升船机驱动装置同步性测量与分析装置实现的分析方法，其特征在于，步骤为

a），信号发生：通过增量型旋转编码器（1）获取与电机（8）运行状况相对应的各路信号数据（7），并通过屏蔽双绞电缆（A）传输到接线端子板（2）上；

b），连接：通过接线端子板（2）将信号数据（7）集中；

c），数据采集：通过数据电缆（B）将接线端子板（2）集中的信号数据（7）输入到高速计数器卡（3）中，并将所述信号数据（7）输入到所述工业计算机（4）的内存储器中；

d），滤波：软件模块（5）通过运行升船机驱动同步性测量与分析软件对信号数据（7）进行滤波处理，去除因干扰因素产生的无效数据；

e），转换数据：

e1），升船机驱动同步性测量与分析软件根据信号数据（7）得到每个升船机驱动单元（9）的位置数据及其之间的位置偏差，进而转换成速度数据及其之间的位置偏差和加速度数据及其之间的位置偏差；

e2），将位置数据、速度数据和加速度数据转换为直观的曲线图和表格形式的同步性数据；

f），保存数据：将上述各种数据以数据库的形式实时保存在所述工业计算机的外存储器中；

g），实时显示数据：将上述各种数据以曲线图和表格的形式显示在彩色显示器（6）；供开发人员和调试人员对升船机驱动单元（9）同步性进行监测和分析；

h），生成报告：升船机驱动同步性测试与分析软件将上述数据输出至彩色打印机（6’）；

i），图表处理：升船机驱动同步性测试与分析软件从数据库中读取历史数据并再次生成曲线图和表格。

6.根据权利要求5所述的一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置，其特征在于，所述的信号数据（7）为增量型旋转编码器（1）随着电机（8）以不同速度转动而产生的不同频率的方波或者正弦波脉冲信号，其频率随着电机（8）旋转速度变化而变化，电机（8）的转速和脉冲信号的频率呈线性关系。

7.根据权利要求5所述的一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置，其特征在于，所述的位置数据为所述增量型旋转编码器（1）所积累的脉冲总数，或为对应升船机驱动单元（9）运行产生的位移。

8.根据权利要求5所述的一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置，其特征在于，所述的升船机驱动同步性测量与分析软件对各升船机驱动单元（9）的位置数据进行计算，得到实时的位置数据差值，并按照设定的数据采样频率，以时间轴为X轴，以位置数据差值为Y轴，生成位置同步性数据的曲线图和表格。

9.根据权利要求5所述的一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置的分析方法，其特征在于，所述的历史数据为各升船机驱动单元（9）在以往多个特定时间点采样的同步性数据的集合。

10.根据权利要求9所述的一种升船机驱动装置同步性测量与分析装置的分析方法，其特征在于，所述步骤c）中数据采集的频率是固定值，根据需要在采集数据开始前设置；数据采集的时间设定为以系统开始工作时间为起点的相对时间，或者以工业计算机操作系统的系统时间为基准的绝对时间。