CN109775456B - 一种深海网箱的缆绳自动收放装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深海网箱的缆绳自动收放装置，包括供电模块、缆绳张力检测模块、缆绳收放控制模块和卷盘模块，供电模块为所述缆绳张力检测模块和缆绳收放控制模块供电，缆绳张力检测模块与卷盘模块和缆绳收放控制模块分别连接，监测卷盘模块工作状态并发送控制信号给缆绳收放控制模块。本发明监测缆绳所受张力情况，当缆绳受到的张力大于或小于临界值时，自动发出相应命令给永磁电机进行调节，从而达到保护缆绳的目的。
Description
技术领域
本发明属于海洋领域，涉及一种深海网箱的缆绳自动收放装置。
背景技术
近年来，随着国家对海洋领域的不断探索与开发，深海网箱养殖行业也得到了广泛普及，但是由于发展时间不长，技术水平有限，导致诸多问题出现，如：遇到台风等恶劣天气时，固定网箱的缆绳很容易就会被损坏，使得网箱没了缆绳的固定，破坏严重，给养殖户带来了巨大的经济损失。目前，尚未有效解决如何避免缆绳不被台风吹断的问题。
发明内容
为了监测缆绳所受张力情况，当缆绳受到的张力大于或小于临界值时，由缆绳收放控制模块自动发出相应命令给永磁电机进行调节，从而达到保护缆绳的目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种深海网箱的缆绳自动收放装置，包括供电模块、缆绳张力检测模块、缆绳收放控制模块和卷盘模块，其中，所述供电模块为所述缆绳张力检测模块和缆绳收放控制模块供电，所述缆绳张力检测模块与卷盘模块和缆绳收放控制模块分别连接，监测卷盘模块工作状态并发送控制信号给缆绳收放控制模块，
所述缆绳张力检测模块包括张力传感器、速度传感器和张力变送器；所述缆绳收放控制模块包括永磁电机、STM32单元、ePWM模块、eQEP模块和ADC模块；所述卷盘模块包括卷盘和缆绳，
张力传感器监测缆绳的张力经张力变送器，再通过ADC模块发送给STM32单元，对缆绳的张力进行对比后通过ePWM模块输出PWM信号使得永磁电机转动；速度传感器监测永磁电机的转子位置和转速，经eQEP模块发送给STM32单元，分析处理后再经ePWM模块输出PWM信号控制永磁电机转速，以带动转盘转动。
优选地，所述张力传感器采用三点弯曲结构，包括呈等边三角形排列的一个压力感应轮和两个支撑轮，以压力感应轮为三角形顶点，缆绳穿过一个压力感应轮和两个支撑轮之间，在压力感应轮下方形成一个下凹的钝角，产生局部弯曲。
优选地，所述张力变送器包括运算放大器AD620和LM1458，AD620的增益G由下式获得：
AD620输出端连接第三电阻R3后作为LM1458的正输入端，LM1458的负输入端为其输出端经第五电阻R5后的输入。
优选地，所述缆绳张力检测模块还包括霍尔传感器，采集检测永磁电机的定子三相电流和电机端电压，输出给ADC模块。
优选地，所述缆绳收放控制模块还包括光耦隔离和驱动部，ePWM模块输出PWM信号经光耦隔离后由驱动部驱动永磁电机转动。
优选地，所述驱动部采用交－直－交电压型变换器，经三相逆变桥按照预设的开关顺序进行控制，输出三相交流电压。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
缆绳张力检测模块由供电模块供能保障系统正常工作，缆绳张力检测模块一端连着卷盘，通过张力传感器对卷盘内缆绳所受的张力进行实时监测；一端连着缆绳收放控制模块，通过张力传感器反馈与速度传感器反馈的信息来发送控制信号给电机，从而实现对缆绳的自动收放功能。缆绳收放控制模块由ePWM模块控制电机是否工作，当检测到张力大于所规定值时，ePWM模块产生SVPWM波形使得电机工作，同时发出放绳指令，由永磁电机执行对卷盘模块中缆绳的放绳命令；当检测到张力小于所规定的值时，ePWM模块产生SVPWM波形使得用词电机工作，同时发出收绳指令，由永磁电机执行对卷盘模块中缆绳的收绳命令，实现对深海网箱缆绳的自动收放。
附图说明
图1为本发明具体实施例的深海网箱的缆绳自动收放装置的结构框图；
图2为本发明具体实施例的深海网箱的缆绳自动收放装置的具体结构框图；
图3为本发明具体实施例的深海网箱的缆绳自动收放装置的张力传感器张力检测结构示意图；
图4为本发明具体实施例的深海网箱的缆绳自动收放装置的张力变送器电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
参见图1-4，所示为本发明实施例的一种深海网箱的缆绳自动收放装置的结构框图、具体结构框图、张力传感器张力检测结构示意图和张力变送器电路原理图，包括供电模块10、缆绳42张力检测模块20、缆绳42收放控制模块30和卷盘模块40，其中，
供电模块10为缆绳42张力检测模块20和缆绳42收放控制模块30供电，缆绳42张力检测模块20与卷盘模块40和缆绳42收放控制模块30分别连接，监测卷盘模块40工作状态并发送控制信号给缆绳42收放控制模块30，
缆绳42张力检测模块20包括张力传感器21、速度传感器22和张力变送器23；缆绳42收放控制模块30包括永磁电机31、STM32单元32、ePWM模块33、eQEP模块34和ADC模块35；卷盘模块40包括卷盘41和缆绳42，
张力传感器21监测缆绳42的张力经张力变送器23，再通过ADC模块35发送给STM32单元32，对缆绳42的张力进行对比后通过ePWM模块33输出PWM信号使得永磁电机31转动；速度传感器22监测永磁电机31的转子位置和转速，经eQEP模块34发送给STM32单元32，分析处理后再经ePWM模块33输出PWM信号控制永磁电机31转速，以带动转盘转动。
具体实施例中，张力传感器21采用三点弯曲结构，包括呈等边三角形排列的一个压力感应轮211和两个支撑轮212，以压力感应轮211为三角形顶点，缆绳42穿过一个压力感应轮211和两个支撑轮212之间，在压力感应轮211下方形成一个下凹的钝角，产生局部弯曲。
参见图4为张力变送器23的电路原理图，张力控制工作电压是5V，张力传感器21输出电压在0-20mV，因此将检测到的张力信号经过张力变送器23产生0-5V的模拟信号，再通过ADC模块35转换成数字信号作为控制器的输入，与设定的张力值形成张力差，根据差值进行模糊PI调节由ePWM模块33输出PWM信号，然后再通过驱动部37对永磁电机31产生控制电流，通过控制电流来控制永磁电机31的转矩，这样就形成了一个闭环的张力控制系统，工作稳定高效。具体包括运算放大器AD620和LM1458，AD620的增益G由下式获得：
由20mV到5V大概放大250倍，所以第七电阻R7为200Ω，AD620输出端连接第三电阻R3后作为LM1458的正输入端，LM1458的负输入端为其输出端经第五电阻R5后的输入，起到电压跟随器的作用，有助于提高驱动能力，LM1458的输出端连接ADC模块35。
缆绳42张力检测模块20还包括霍尔传感器24，采集检测永磁电机31的定子三相电流和电机端电压，输出给ADC模块35。
缆绳42收放控制模块30还包括光耦隔离36和驱动部37，ePWM模块33输出PWM信号经光耦隔离36后由驱动部37驱动永磁电机31转动。
驱动部37采用交－直－交电压型变换器，经三相逆变桥按照一定的开关顺序进行控制，输出三相交流电压，STM32单元32对所需的信号进行采样计算后，通过ePWM模块33产生SVPWM波形，由于驱动部37电压较高，因此必须经过光耦隔离36后，驱动部37中的逆变器功率开关器件，使电机进行转动。当装置出现短路、过流和过压等故障时，会立刻发送信号封锁ePWM模块33，使缆绳42收放装置停止转动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种深海网箱的缆绳自动收放装置，其特征在于，包括供电模块、缆绳张力检测模块、缆绳收放控制模块和卷盘模块，其中，
所述供电模块为所述缆绳张力检测模块和缆绳收放控制模块供电，所述缆绳张力检测模块与卷盘模块和缆绳收放控制模块分别连接，监测卷盘模块工作状态并发送控制信号给缆绳收放控制模块，
所述缆绳张力检测模块包括张力传感器、速度传感器和张力变送器；所述缆绳收放控制模块包括永磁电机、STM32单元、ePWM模块、eQEP模块和ADC模块；所述卷盘模块包括卷盘和缆绳，
张力传感器监测缆绳的张力经张力变送器，再通过ADC模块发送给STM32单元，对缆绳的张力进行对比后通过ePWM模块输出PWM信号使得永磁电机转动；速度传感器监测永磁电机的转子位置和转速，经eQEP模块发送给STM32单元，分析处理后再经ePWM模块输出PWM信号控制永磁电机转速，以带动转盘转动；
所述张力传感器采用三点弯曲结构，包括呈等边三角形排列的一个压力感应轮和两个支撑轮，以压力感应轮为三角形顶点，缆绳穿过一个压力感应轮和两个支撑轮之间，在压力感应轮下方形成一个下凹的钝角，产生局部弯曲；
所述张力变送器包括运算放大器AD620和LM1458，AD620的增益G由下式获得：
AD620输出端连接第三电阻R3后作为LM1458的正输入端，LM1458的负输入端为其输出端经第五电阻R5后的输入；
所述缆绳张力检测模块还包括霍尔传感器，采集检测永磁电机的定子三相电流和电机端电压，输出给ADC模块；
所述缆绳收放控制模块还包括光耦隔离和驱动部，ePWM模块输出PWM信号经光耦隔离后由驱动部驱动永磁电机转动；
所述驱动部采用交－直－交电压型变换器，经三相逆变桥按照预设的开关顺序进行控制，输出三相交流电压。
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