CN110271985B

CN110271985B - 操作绞盘的方法、电驱动器、计算机程序产品和绞盘装置

Info

Publication number: CN110271985B
Application number: CN201910180610.7A
Authority: CN
Inventors: 米卡埃尔·霍姆伯格; 谢尔·英曼; 迈克尔·罗达斯
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2021-10-08
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: KR20190108487A; EP3539918A1; CN110271985A; JP2019162024A; US20190284030A1

Abstract

本申请公开了一种操作绞盘的方法、电驱动器、计算机程序产品和绞盘装置，该绞盘包括：可旋转绞盘卷筒(20)，其用于使可缠绕媒介(10)缠绕；以及电动马达(30)，其可操作地耦接至绞盘卷筒。该电驱动器(40，41)被配置成：通过驱动电动马达(30)来驱动绞盘卷筒(20)，使得可缠绕媒介(10)的张力达到预定张力设定点值或值范围，并且将电动马达(30)的驱动速度设定为零；以及在将电动马达(30)的驱动速度设定为零之后，以预定驱动速度驱动电动马达(30)以使旋转方向交替，使得旋转方向以预定的频率变化。

Description

操作绞盘的方法、电驱动器、计算机程序产品和绞盘装置

技术领域

本发明涉及操作绞盘，以及用于驱动绞盘的电驱动器。

背景技术

绞盘可以与许多应用结合使用。示例包括系泊绞盘、坡道绞盘或船用牵引绞盘。这种船只可以例如是设计成用于海、洋、湖、江、河、水道或其任意部分中的水上运输的船舰、轮船或通常的船舶。

绞盘可以包括能够绕轴旋转的绞盘卷筒，并且例如用于使可缠绕媒介例如线缆、绳索、线材或链缠绕。在用于系泊的绞盘的情况下，例如，可缠绕媒介将连接在船只和系泊点之间。绞盘可以位于船只中或系泊点中。系泊点例如可以是船只所能够被系泊的任何点，比如船只卸货位置如港口或码头的系泊柱，或者锚或浮标。例如，用于系泊的这种绞盘还可以包括电驱动器和电动马达，电驱动器和电动马达被配置成在绕入或绕出可缠绕媒介期间使绞盘卷筒绕其旋转轴旋转。电驱动器可以是AC驱动器或DC驱动器，并且电动马达可以例如分别是AC马达(例如，异步马达或同步马达)或DC马达。

用于系泊船只的绞盘的系泊功能例如可以控制可缠绕媒介，该可缠绕媒介借助于电驱动器将船只保持在系泊点处。当船只被系泊时，通过对控制用于系泊的绞盘的电动马达的电驱动器进行适当的控制，可以自动地调节船只与系泊点之间的可缠绕媒介的张力。船只与系泊点之间的可缠绕媒介的张力可以被设定并且保持在适当的预定水平。如果船只与系泊点之间的可缠绕媒介太松，则船只将不会留在原位，并且如果可缠绕媒介太紧，则可缠绕媒介可能断裂或操作可能变得不稳定。因此，电驱动绞盘例如系泊绞盘可以具有保持绞盘卷筒与船只系泊点之间的稳定绳索张力的目标。

电驱动器可以被控制成使得可缠绕媒介被朝向预定张力设定点拉紧(绕入)或放松(绕出)，该预定张力设定点可以是单个值或值范围。并且，当达到预定张力设定点时，可以停止拉紧或放松。换句话说，当达到可缠绕媒介的张力设定点时，绞盘的电动马达可以被以无级变速的方式控制下降到零速。然后，电动马达在零转速下静止，并且保持基本恒定的扭矩以使可缠绕媒介的张力保持稳定。

与上述解决方案相关的问题在于，当长时间保持电动马达的零速时，这可能对向电动马达供电的电驱动器的电力电子硬件有害。作为示例，在永磁同步马达或同步磁阻马达的情况下，电驱动器的电力电子部件例如，可控半导体开关和二极管可能在电动马达长时间的零速期间使高电流流过这些电力电子部件，这可能会使部件过载。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种方法和用于实现该方法的装置以解决或至少减轻以上问题。本发明的目的通过根据实施例的方法、计算机程序产品、电驱动器和绞盘装置来实现。

根据一个实施例，提供一种用于操作绞盘的方法，所述绞盘包括：可旋转绞盘卷筒，其用于使可缠绕媒介缠绕，所述可缠绕媒介用于系泊船只；以及电动马达，其能够操作地耦接至所述绞盘卷筒以使所述绞盘卷筒旋转，所述方法包括：监测所述可缠绕媒介在所述船只与系泊点之间的张力；通过驱动所述电动马达来驱动所述绞盘卷筒，使得所述可缠绕媒介的所监测的张力达到预定张力设定点值或值范围，其中，响应于所述可缠绕媒介的所监测的张力达到所述预定张力设定点值或值范围，将所述电动马达的驱动速度设定为零；以及在将所述电动马达的驱动速度设定为零之后，以预定驱动速度驱动所述电动马达以使旋转方向交替，使得所述旋转方向以预定频率变化，其中，所述预定频率和所述预定驱动速度被选择成使得所述电动马达远离所述电动马达在其驱动速度被设定为零时的位置朝任一旋转方向旋转最多一个完整旋转。

根据一个实施例，提供一种包括计算机程序代码的计算机程序产品，其中，所述程序代码在计算机中的执行使所述计算机执行上述的方法的步骤。

根据一个实施例，提供一种用于驱动绞盘的电驱动器，所述绞盘包括：可旋转绞盘卷筒，其用于使可缠绕媒介缠绕；以及电动马达，其能够操作地耦接至所述绞盘卷筒以使所述绞盘卷筒旋转，所述电驱动器被配置成：监测所述可缠绕媒介的张力；通过驱动所述电动马达来驱动所述绞盘卷筒，使得所述可缠绕媒介的所监测的张力达到预定张力设定点值或值范围，并且响应于所述可缠绕媒介的所监测的张力达到所述预定张力设定点值或值范围，将所述电动马达的驱动速度设定为零；以及在将所述电动马达的驱动速度设定为零之后，以预定驱动速度驱动所述电动马达以使旋转方向交替，使得所述旋转方向以预定频率变化，其中，所述预定频率和所述预定驱动速度被选择成使得所述电动马达远离所述电动马达在其驱动速度被设定为零时的位置朝任一旋转方向旋转最多一个完整旋转。

根据一个实施例，提供一种绞盘装置，包括：可旋转绞盘卷筒，其用于使可缠绕媒介缠绕；电动马达，其能够操作地耦接至所述绞盘卷筒以使所述绞盘卷筒旋转；以及根据上述实施例的电驱动器，其能够操作地耦接至所述电动马达。

本发明基于这样的思想：在可缠绕媒介的张力达到预定张力设定点值或值范围并且电动马达的驱动速度已被设定为零之后，以预定驱动速度驱动电动马达以使旋转方向交替，使得旋转方向以预定频率变化。

本发明的优点是可以避免或至少减少电驱动器的电力电子部件的过载。这进而可以由于减少了部件故障的风险而提高绞盘操作的可靠性，并且延长电驱动器的寿命。

附图说明

在下文中，将参照附图结合优选实施方式更详细地描述本发明，在附图中

图1示出了根据实施方式的绞盘装置；以及

图2示出了根据实施方式的速度图。

具体实施方式

图1示出了根据实施方式的绞盘装置的简化图。图1的示例性绞盘装置例如可以用于系泊船只。该附图仅示出了理解各种实施方式所必需的部件。示例性绞盘装置包括用于使可缠绕媒介10缠绕的绞盘卷筒20，该绞盘卷筒能够围绕旋转轴21旋转。可缠绕媒介10例如可以包括线缆、绳索、线材、链或其组合。在图1的示例中，绞盘装置还包括电动马达30，电动马达30可操作地耦接至绞盘卷筒20，使得绞盘卷筒可以与电动马达30一起旋转。电动马达30可以直接连接至绞盘卷筒20，或经由一个或更多个其他部件或装置例如齿轮箱(图中未示出)连接至绞盘卷筒20。驱动绞盘卷筒20的电动马达30可以是任何类型，例如异步AC马达(例如感应马达)、同步AC马达或DC马达。同步AC马达的可能示例包括非励磁马达(例如，磁阻马达、磁滞马达和永磁马达)和DC励磁马达。应当注意，本文中描述的实施方式的使用例如不限于采用任何特定基频或任何特定电压电平的系统。示例性绞盘装置还包括电驱动器，其在图1的示例中包括用于从DC电源50供给电动马达30的逆变器40。逆变器是用于例如用于控制马达的装置。在本文中，“逆变器”通常是指能够将直流电转换为交流电的电子装置或电路系统。逆变器的示例是借助于可控半导体开关例如根据所使用的调制或控制方案来控制的IGBT(绝缘栅双极晶体管)或FET(场效应晶体管)实施的半导体桥。电动马达30的控制可以借助于逆变器40可靠地实施以使得马达30例如精确地实施期望的速度和/或扭矩指令。电驱动器的控制方法的示例包括例如频率控制、磁通矢量控制和直接扭矩控制。逆变器40例如也可以是变频器的一部分。图1的示例性实施方式还包括电驱动器的单独控制装置41，其可以用于控制逆变器40并因此控制电动马达30并且操作绞盘。控制装置41可以是例如单独的单元或者逆变器40的一部分或一些其他单元。控制装置41可以包括可以以有线或无线方式连接至控制装置41的合适的I/O(输入-输出)装置，例如键盘和显示单元或另一单独的终端单元。因此，绞盘装置的操作者或使用者可以通过例如这样的I/O装置来操作绞盘。

图1还示出了可缠绕媒介10的固定点210，其中，可缠绕媒介10的端部例如在船只系泊期间被固定至固定点210。根据实施方式，绞盘装置20、30、40、41可以用于船只的系泊并且可以位于船只中。在这种情况下，可缠绕媒介10的固定点210位于系泊点处，比如船只卸货位置如港口或码头的系泊柱，或者锚或浮标。根据该实施方式，图1中的附图标记100表示船只，附图标记200表示系泊点。根据替选实施方式，绞盘装置20、30、40、41可以用于系泊船只，并且可以位于系泊点中，即船只外部。在这种情况下，可缠绕媒介10的固定点210位于船只中。根据该替选实施方式，图1中的附图标记200表示船只，附图标记100表示系泊点。

根据实施方式，绞盘可以被如下操作。监测可缠绕媒介10的张力。可以在绞盘的操作期间基本上连续地进行可缠绕媒介10的张力的监测。根据实施方式，可以通过监测电动马达30的扭矩或指示电动马达30的扭矩的量来监测可缠绕媒介10的张力。根据实施方式，可以通过监测电动马达的电流来监测电动马达30的扭矩。还可以通过利用指示可缠绕媒介10的张力的某个其他量或某些其他量来监测可缠绕媒介10的张力。可以通过电驱动器例如通过其控制单元41或某些其他可能的单独的装置或系统来执行可缠绕媒介10的张力的监测。绞盘卷筒20由电动马达30驱动，使得可缠绕媒介10的被监测的张力达到预定张力设定点值或值范围，并且响应于可缠绕媒介10的被监测的张力达到预定张力设定点值或值范围，电动马达30的驱动速度被设定为零。电动马达30的扭矩保持基本恒定，使得可缠绕媒介10的被监测的张力例如具有预定张力设定值或者其在预定张力设定值范围内。然后，在电动马达30的驱动速度设定为零之后，电动马达30以预定驱动速度被驱动以使旋转方向交替，使得旋转方向以预定频率变化。例如，基本上紧接在电动马达30的驱动速度设定为零之后开始驱动电动马达30使旋转方向交替，或者在电动马达30的驱动速度设定为0与开始驱动被驱动以使旋转方向交替的电动马达30之间可能存在预定延迟。例如，只要可缠绕媒介10的被监测的张力具有预定张力设定点值或者其在预定张力设定点值范围内，就可以继续对使旋转方向交替的电动马达30的驱动。

图2示出了速度图的示例，该速度图示出了电动马达30随时间t的驱动速度(转速，rpm)。在该示例中，马达30的速度(-rpm)的负号表示可缠绕媒介10被绞盘卷筒20绕出，并且马达30的速度(+rpm)的正号表示可缠绕媒介10被绞盘卷筒20绕入。速度的正负号也可以反过来定义。首先，如上所述，绞盘卷筒20被电动马达30驱动，使得可缠绕媒介10的被监测的张力达到预定张力设定点值或值范围，并且响应于可缠绕媒介10的被监测的张力达到预定张力设定点值或值范围，驱动绞盘卷筒20的电动马达30的驱动速度被设定为零，其在图2的示例中在时间t1处发生。应当注意，虽然在图2的示例中，速度从速度的正方向变为零，但是取决于情况，其也可以从负方向变为零。然后，在电动马达30的驱动速度设定为零，即时间t1之后，电动马达30以预定驱动速度被驱动以使旋转方向交替，使得旋转方向以预定频率变化。在图2的示例中，朝正方向的预定驱动速度的值是spos，并且朝负方向的预定驱动速度的值是sneg。取决于系统特性，电动马达30的速度朝正方向或负方向逐渐变化到预定驱动速度。还可以通过适当地控制电驱动器40来调节电动马达30的速度的变化率，即，加速和/或减速的斜坡时间可以是能够调节的。

根据实施方式，电动马达30的旋转方向变化的预定频率是恒定频率。根据另一实施方式，预定频率是可变频率。电动马达30的旋转方向变化的预定频率可以是能够直接调节的。例如，也可以例如通过调节朝正方向和负方向的预定驱动速度以及加速和减速的斜坡时间来间接地调节电动马达30的旋转方向变化的预定频率。根据实施方式，朝交替的旋转方向的预定驱动速度spos、sneg是相等的。

电动马达30的预定频率和预定驱动速度的选择例如可以取决于系统特性。预定频率和预定驱动速度可以被选择成使得对被驱动以使旋转方向交替的电动马达30的驱动会对负载例如可缠绕媒介10的影响尽可能小。根据实施方式，预定频率和预定驱动速度被选择成使得电动马达30远离电动马达30在其驱动速度被设定为零时的位置朝(正或负)旋转方向旋转最多一个完整旋转。根据实施方式，预定频率和预定驱动速度被选择成使得电动马达30远离电动马达30在其驱动速度被设定为零时的位置朝任一旋转方向旋转最多半个旋转。取决于系统特性，由于例如电动马达30与可缠绕媒介10之间可能的间隙或系统滞后，对使旋转方向交替的例如最多一个完整旋转或半个旋转的电动马达30的这种驱动在可缠绕媒介的实际张力中实际上是不可察觉的。

实现根据以上实施方式中的任一实施方式或以上实施方式的组合的控制功能的装置可以实现为配置成实现各个实施方式的功能的一个单元或者两个或更多个单独的单元。此处，术语“单元”通常指物理实体或逻辑实体，比如物理装置或物理装置的一部分或者软件例程。这些单元中的一个或更多个单元比如控制装置41例如可以驻留在电驱动器或电驱动器的部件比如逆变器40中。

根据各实施方式中的任一实施方式的装置比如控制装置41例如可以至少部分地借助于设置有适合软件的一个或更多个计算机或相应的数字信号处理(DSP)设备来实现。这种计算机或数字信号处理设备优选地至少包括提供用于算术运算的存储区域的工作存储器(RAM)和中央处理单元(CPU)比如一般用途的数字信号处理器。CPU可以包括一组寄存器、算术逻辑单元和CPU控制单元。CPU控制单元由从RAM传送至CPU的程序指令序列来控制。CPU控制单元可以包含用于基本操作的多个微指令。微指令的实现可以根据CPU的设计而变化。程序指令可以由编程语言编码，编程语言可以是比如C、Java等的高级编程语言或比如机器语言的低级编程语言或汇编器。计算机还可以具有操作系统，该操作系统可以向用程序指令编写的计算机程序提供系统服务。实施本发明的计算机或其它装置或其部件还可以包括用于接收例如测量数据和/或控制数据的适合的输入装置以及用于输出例如控制数据的适合的输出装置。还可以使用特定的集成电路或者分立的电气部件和装置来实现根据各实施方式中的任一实施方式的功能。

根据各实施方式中的任一实施方式或各实施方式的任何组合的发明可以以现有系统元件比如电驱动器、或电驱动器的部件比如逆变器或频率转换器或类似装置来实现，或者通过使用单独的专用元件或装置以集中的方式或分布的方式来实现。目前的用于电驱动器的装置比如逆变器和频率转换器通常包括可以用于根据本发明的实施方式的功能的处理器和存储器。因此，例如现有装置中的用于实现本发明的实施方式所需的所有改型和配置都可以执行为软件例程，这些软件例程可以实现为添加的或更新的软件例程。如果本发明的功能由软件实现，则这种软件可以被设置为包括在于计算机上运行时使计算机或相应的装置执行根据如上所述的本发明的功能的计算机程序代码的计算机程序产品。这种计算机程序代码可以存储或大体上实施在计算机可读介质比如适合的存储器如闪速存储器或盘式存储器上，通过上述计算机可读介质，计算机程序代码能够被加载到执行程序代码的单元。此外，实现本发明的这种计算机程序代码例如可以经由适合的数据网络加载到执行计算机程序代码的单元，并且这种计算机程序代码可以替换或更新可能的现有程序代码。

对于本领域技术人员而言明显的是，随着技术的进步，可以以各种方式实现本发明的基本思想。因此，本发明及其实施方式不限于以上示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims

1.一种用于操作绞盘的方法，所述绞盘包括：可旋转绞盘卷筒(20)，其用于使可缠绕媒介(10)缠绕，所述可缠绕媒介用于系泊船只；以及电动马达(30)，其能够操作地耦接至所述绞盘卷筒以使所述绞盘卷筒旋转，所述方法包括：

监测所述可缠绕媒介(10)在所述船只与系泊点之间的张力；

通过驱动所述电动马达(30)来驱动所述绞盘卷筒(20)，使得所述可缠绕媒介(10)的所监测的张力达到预定张力设定点值或值范围，其中，响应于所述可缠绕媒介(10)的所监测的张力达到所述预定张力设定点值或值范围，将所述电动马达(30)的驱动速度设定为零；以及

在将所述电动马达(30)的驱动速度设定为零之后，以预定驱动速度驱动所述电动马达(30)以使旋转方向交替，使得所述旋转方向以预定频率变化，

其中，所述预定频率和所述预定驱动速度被选择成使得所述电动马达(30)远离所述电动马达(30)在其驱动速度被设定为零时的位置朝任一旋转方向旋转最多一个完整旋转。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定频率是恒定频率或可变频率。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，朝所述交替的旋转方向的所述预定驱动速度是相等的。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述预定频率和所述预定驱动速度被选择成使得所述电动马达(30)远离所述电动马达(30)在其驱动速度被设定为零时的位置朝任一旋转方向旋转最多半个旋转。

5.一种包括计算机程序代码的计算机程序产品，其中，所述程序代码在计算机中的执行使所述计算机执行根据权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。

6.一种用于驱动绞盘的电驱动器，所述绞盘包括：可旋转绞盘卷筒(20)，其用于使可缠绕媒介(10)缠绕；以及电动马达(30)，其能够操作地耦接至所述绞盘卷筒以使所述绞盘卷筒旋转，所述电驱动器(40，41)被配置成：

监测所述可缠绕媒介(10)的张力；

通过驱动所述电动马达(30)来驱动所述绞盘卷筒(20)，使得所述可缠绕媒介(10)的所监测的张力达到预定张力设定点值或值范围，并且响应于所述可缠绕媒介(10)的所监测的张力达到所述预定张力设定点值或值范围，将所述电动马达(30)的驱动速度设定为零；以及

7.根据权利要求6所述的电驱动器，其中，所述预定频率是恒定频率或可变频率。

8.根据权利要求6或7所述的电驱动器，其中，朝所述交替的旋转方向的所述预定驱动速度是相等的。

9.根据权利要求6或7所述的电驱动器，其中，所述预定频率和所述预定驱动速度被选择成使得所述电动马达(30)远离所述电动马达(30)在其驱动速度被设定为零时的位置朝任一旋转方向旋转最多半个旋转。

10.根据权利要求6或7所述的电驱动器，其中，所述电驱动器(40，41)被配置成通过监测所述电动马达(30)的扭矩或指示所述电动马达(30)的扭矩的量来监测所述可缠绕媒介(10)在船只与系泊点之间的所述张力。

11.根据权利要求10所述的电驱动器，其中，所述电驱动器包括逆变器(40)。

12.一种绞盘装置，包括：

可旋转绞盘卷筒(20)，其用于使可缠绕媒介(10)缠绕；

电动马达(30)，其能够操作地耦接至所述绞盘卷筒(20)以使所述绞盘卷筒旋转；以及

根据权利要求6至11中任一项所述的电驱动器(40，41)，其能够操作地耦接至所述电动马达。

13.根据权利要求12所述的绞盘装置，其中，所述电动马达(30)是永磁同步马达或同步磁阻马达。