CN110692566B - 一种海上养殖平台的转体控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上养殖平台的转体控制装置及其控制方法，包括浮箱，及设于浮箱上的转体本体，转体本体内设有渔网，转体本体的两端均设有双绳槽转筒；浮箱四个角位置上设有第一储藏室、第二储存室、发电机室和控制室，第一储藏室、第二储存室、发电机室和控制室上对应设有W1‑W4绞车，W1绞车与W2绞车通过钢丝绳与转体本体一端双绳槽转筒相连，W3绞车与W4绞车通过钢丝绳与转体本体另一端双绳槽转筒相连；控制室内设有驱动控制柜，驱动控制柜包括可编程控制器，及与其连接的变频器、HMI人机界面和ECC控制面板，变频器具有四个，分别对应连接W1‑W4绞车。本发明通过养殖平台上转体的转动和位置控制，实现观察渔网破损情况。

Description

一种海上养殖平台的转体控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及海工平台或海上养殖平台转体的控制设备，更具体地说，涉及一种海上养殖平台的转体控制装置及其控制方法。

背景技术

海水养殖是利用浅海、滩涂、港湾、围塘等海域进行饲养和繁殖海产经济动植物的生产方式，是人类定向利用海洋生物资源、发展海洋水产业的重要途径之一。随着社会和经济的发展以及人们对美好生活环境的向往，人们对生活环境和食品安全提出了更高的要求。近岸海水养殖空间受到严重挤压，使得海水养殖密度过大、病害频发和环境恶化等问题日益突出。深远海海域广阔，海水流通性好，交换率高，水体自净能力强，污染物含量少，通过先进的养殖技术和装备进行工厂化养殖，可以生产出健康、优质的海产品。因此，海水养殖产业由近岸向深远海转移已经成为必然趋势，深远海养殖具有巨大的市场潜力，大力发展深远海养殖，离不开先进渔业设施装备的支撑。

目前海水养殖多采用在泡沫或塑料浮体上挂渔网的方法进行海洋鱼类人工养殖，长期浸泡在海水中的渔网容易生长海蛎子等海洋生物导致渔网破损加剧，外物导致的渔网破裂也不易发现，经常发生养殖鱼类逃逸的事故，给养殖户造成较大的经济损失。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种海上养殖平台的转体控制装置及其控制方法，通过养殖平台上大型转体的转动和位置控制，实现观察渔网破损情况及晾晒渔网，杀死附于其上的海生物，延长渔网的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种海上养殖平台的转体控制装置，包括浮箱，及设于所述浮箱上的转体本体，所述转体本体内设有渔网；

所述转体本体的两端均设有双绳槽转筒；

所述浮箱的四个角位置上分别设有第一储藏室、第二储存室、发电机室和控制室，所述第一储藏室、所述第二储存室、所述发电机室和所述控制室上对应设有W1绞车、W2绞车、W3绞车和W4绞车，所述W1绞车与所述W2绞车通过钢丝绳与所述转体本体一端的所述双绳槽转筒相连，所述W3绞车与所述W4绞车通过钢丝绳与所述转体本体另一端的所述双绳槽转筒相连；

所述控制室内设有驱动控制柜，所述驱动控制柜包括可编程控制器(PLC)，及与其连接的变频器、HMI人机界面和ECC控制面板，所述变频器具有四个，分别对应连接所述W1-W4绞车。

所述浮箱设置为回字型，所述转体本体位于所述浮箱的中心位置。

所述浮箱的两端分别还设有LOS1操作箱和LOS2操作箱，所述LOS1操作箱和所述LOS2操作箱均与所述可编程控制器相连。

所述W1-W4绞车均包括依次对应相连的变频电机、减速箱和卷筒，所述变频电机上还带有增量编码器，所述变频器用以驱动所述变频电机。

所述双绳槽转筒的外侧上均刻有0°至±150°的角度刻度线。

另一方面，一种转体控制装置控制方法：

所述可编程控制器发出启动指令并提供转速信号，通过四个所述变频器驱动对应的所述变频电机，所述变频电机驱动所述卷筒释放和/或收紧所述钢丝绳，最终控制所述转体本体以同向0°→120°→-120°→0°分区循环转动方式进行晒网作业。

所述可编程控制器根据圆周率Pi，所述钢丝绳的直径d，所述卷筒的直径D，所述转体本体的直径D_R，所述减速箱的速比i，所述增量编码器的每转脉冲数n₀，再由所述可编程控制器通过所述变频器获得的所述增量编码器的总脉冲数N，计算出所述卷筒上所述钢丝绳的长度变化量L，再根据该长度变化量L等于所述双绳槽转筒上所述钢丝绳的长度变化量和圆周计算公式，计算出所述转体本体的转动角度θ，具体计算公式如下：

所述钢丝绳的长度变化量L＝N/(n₀*i)*Pi*(D+d)，

所述转体本体的转动角度θ＝L*360/[Pi*(D_R+d)]。

所述转体本体一侧的两台所述绞车以恒定速度主动卷绕所述钢丝绳，力矩限制为100％，所述转体本体另一侧的两台所述绞车以恒张力模式慢速卷绕所述钢丝绳。

在上述的技术方案中，本发明所提供的一种海上养殖平台的转体控制装置及其控制方法，还具有以下几点有益效果：

1)本发明转体控制装置利用变频电机自带的增量编码器在获得实际速度反馈的同时，利用增量编码器的累计脉冲总数确定转体本体的位置，解决了转体本体的转轴位于水面以下安装绝对值编码器和设置确定位置限位的难题，又节约了成本；

2)本发明转体控制装置采用0°→120°→-120°→0°分区循环晒网的方式，以最短的钢丝绳长度安全经济地实现转体本体的全方位角度晒网；

3)本发明转体控制装置采用速度闭环控制和恒张力控制，使转体本体响应快，转动平稳，既可以调节转体本体转动的速度，又可以调整恒张力模式下的力矩；

4)本发明转体控制装置利用对拉的原理，钢丝绳张紧时一侧收，另一侧放，钢丝绳松弛时，两侧均放，实现所有钢丝绳始终处于张紧状态，保证在多种海况下转体本体的正常运行。

附图说明

图1是本发明转体控制装置的结构示意图；

图2是图1转体控制装置的控制系统连接图；

图3是本发明转体控制装置的转体位置控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图1至图2所示，本发明所提供的一种海上养殖平台的转体控制装置，包括一个回字型的浮箱1，及设于所述浮箱1中间位置上的转体本体2，所述转体本体2内布置有渔网，所述浮箱1为整个海上养殖平台提供浮力，所述转体本体2为养殖鱼类提供活动空间，上述为现有技术部分，在此就不再赘述。与现有技术不同的是：

较佳的，所述转体本体2的两端均设有双绳槽转筒3、4，用于固定与缠绕所述钢丝绳15、16、17、18。所述双绳槽转筒3、4的外侧上均刻有0°至±150°的角度刻度线9，用于指示所述转体本体2实际转过的角度。

较佳的，所述浮箱1的四个角位置上分别设有第一储藏室5、第二储存室6、发电机室7和控制室8，所述第一储藏室5和所述第二储存室6用于储藏饲料和养殖相关器械。所述第一储藏室5、所述第二储存室6、所述发电机室7和所述控制室8上对应设有W1绞车11、W2绞车12、W3绞车13和W4绞车14，所述W1绞车11与所述W2绞车12通过钢丝绳15、16与所述转体本体2一端的所述双绳槽转筒3相连，所述W3绞车13与所述W4绞车14通过钢丝绳17、18与所述转体本体另一端的所述双绳槽转筒4相连，通过所述W1-W4绞车11、12、13、14的运行实现控制所述转体本体2的转动和位置控制。

较佳的，所述控制室8内设有驱动控制柜20，所述驱动控制柜20包括可编程控制器30，及与其连接的四个变频器31、32、33、34、HMI人机界面35和ECC控制面板36，所述变频器31对应连接所述W1绞车11，所述变频器32对应连接所述W2绞车12，所述变频器33对应连接所述W3绞车13，所述变频器34对应连接所述W4绞车14。

较佳的，所述浮箱1的两端分别还设有LOS1操作箱21和LOS2操作箱22，所述LOS1操作箱21和所述LOS2操作箱22均与所述可编程控制器30相连。所述LOS1操作箱21和所述LOS2操作箱22负责本地操作指令的发送，可以单动和联动，主要用于调试和维修。

较佳的，所述W1-W4绞车11、12、13、14均包括依次对应相连的变频电机41、42、43、44、减速箱61、62、63、64和卷筒71、72、73、74，所述变频电机41、42、43、44上还自带有增量编码器51、52、53、54。

较佳的，所述可编程控制器30是本发明转体控制装置的大脑，负责外部操作指令和传感器信号的采集、计算、控制命令的发送和反馈信号的接收，四个所述变频器31、32、33、34负责接收所述可编程控制器30的控制指令并驱动对应四个所述变频电机41、42、43、44，所述HMI人机界面35负责本发明转体控制装置设备状态的监控和重要参数的设定，所述ECC控制面板36负责自动功能等核心操作指令的发送。

如图3所示，本发明还提供了一种转体控制装置控制方法：

所述可编程控制器30发出启动指令并提供转速信号，通过四个所述变频器31、32、33、34驱动对应的所述变频电机41、42、43、44，所述变频电机41、42、43、44驱动所述卷筒71、72、73、74释放和/或收紧所述钢丝绳15、16、17、18，最终控制所述转体本体2以同向0°→120°→-120°→0°分区循环转动方式进行晒网作业，可以观察渔网是否有大的破损，同时通过对水面以上的渔网进行晾晒可以杀死附于其上的海生物，延长渔网的使用寿命。

较佳的，所述可编程控制器30根据圆周率Pi，所述钢丝绳15、16、17、18的直径d，所述卷筒71、72、73、74的直径D，所述转体本体2的直径D_R，所述减速箱61、62、63、64的速比i，所述增量编码器51、52、53、54的每转脉冲数n₀，再由所述可编程控制器30通过所述变频器31、32、33、34获得的所述增量编码器51、52、53、54的总脉冲数N1-N4，计算出所述卷筒71、72、73、74上所述钢丝绳15、16、17、18的长度变化量L1-L4，再根据该长度变化量L1-L4等于所述双绳槽转筒3、4上所述钢丝绳15、16、17、18的长度变化量和圆周计算公式，计算出所述转体本体2的转动角度θ1-θ4，以所述W1绞车11为例，具体计算公式如下：

所述钢丝绳15的长度变化量L1＝N1/(n₀*i)*Pi*(D+d)，

所述转体本体2的转动角度θ1＝L1*360/[Pi*(D_R+d)]。

同理，相同的方法可以求得余下的三组值L2-L4,θ2-θ4,由于所述W1绞车11和所述W2绞车12为对拉绞车，所述W3绞车13和所述W4绞车14为对拉绞车，在所述钢丝绳15、16、17、18张紧的状态下L1＝L2，L3＝L4，本发明中仅将L1和θ1用于所述转体本体2控制，L1-L2，L3-L4用于监控所述钢丝绳15、16、17、18松紧状态，当差值较大时发出报警或停止转体运行，L1-L3，L2-L4用于所述转体本体2两端同步情况，当差值较大时发出报警或停止转体运行。

较佳的，所述转体本体2一侧的两台所述绞车以恒定速度主动卷绕所述钢丝绳，力矩限制为100％，所述转体本体另一侧的两台所述绞车采用速度极小、力矩可调的恒张力模式卷绕所述钢丝绳，钢丝绳张紧时形成对拉并被动放出钢丝绳，钢丝绳松弛时两侧绞车均卷绕钢丝绳，能加快钢丝绳张紧速度，从而保证4根钢丝绳15、16、17、18始终处于张紧状态。

在普通海况下，若所述转体本体2的转动过程中出现3根或4根钢丝绳松弛的现象，此时钢丝绳的张紧力不足以克服波浪的干扰，需要调大被动侧恒张力模式下的力矩；若出现一端的2根钢丝绳松弛时间较长的现象，此时主动侧的两台绞车不同步比较明显，需要调高被动侧绞车的速度。

为了保护所述转体本体2和所述钢丝绳15、16、17、18，恶劣海况下，不进行所述转体本体2的转动操作。

为了保护所述钢丝绳15、16、17、18，确保所述钢丝绳15、16、17、18所受拉力始终处于许可范围内，在采取速度控制模式的同时，对所述变频电机41、42、43、44最大力矩进行限幅。

本发明具体的转体控制过程如下：

(1)本地操作

将所述ECC控制面板36的功能选择开关转至“本地”，通过所述LOS1操作箱21或所述LOS2操作箱22的单机模式分别操作所述W1绞车11、所述W2绞车12、所述W3绞车13和所述W4绞车14使钢丝绳15、16、17、18张紧，再选择成组模式，根据现场情况选择合适的转动方向将所述转体本体2转到0°刻度处，晾晒水面以上的渔网一定的时间后，将方向选择开关旋至“正转”，按下“成组启动”按钮，此时所述W1绞车11、所述W3绞车13同步转动，所述W2绞车12、所述W4绞车14启动恒张力模式，所述转体本体2转到120°刻度处(第1次)，停止转动转体；晾晒水面以上的渔网一定的时间，将方向选择开关旋至“反转”，按下“成组启动”按钮，此时所述W2绞车12、所述W4绞车14同步转动，所述W1绞车11、所述W3绞车13启动恒张力模式，将所述转体本体2转到-120°刻度处(第2次)，停止转动所述转体本体2；晾晒水面以上的渔网一定的时间，将方向选择开关旋至“正转”，按下“成组启动”按钮，此时所述W1绞车11、所述W3绞车13同步转动，所述W2绞车12、所述W4绞车14启动恒张力模式，所述转体本体2转回0°刻度处(第3次)，停止转动所述转体本体2，晾晒水面以上的渔网一定的时间，至此完成了所述转体本体2的360°晒网。

(2)自动操作

本地操作需要切换所述转体本体2的转动方向，且需要记忆每次的位置，比较麻烦。为方便用户的使用，开发了自动晒网功能。通过所述LOS1操作箱21或所述LOS2操作箱22的单机模式分别操作所述W1绞车11、所述W2绞车12、所述W3绞车13和所述W4绞车14使钢丝绳15、16、17、18张紧，再选择成组模式将所述转体本体2转到0°刻度处，所述ECC控制面板36中按“零位设置”按钮记忆零位的位置，再将功能选择开关转至“自动”，选择首次转动的方向并按下“启动”按钮将启动自动功能。以正转为例，设定的条件满足时所述W1绞车11、所述W3绞车13同步转动，所述W2绞车12、所述W4绞车14启动恒张力模式，自动将所述转体本体2转至118°时转体自动减速，缓慢转至120°刻度处(第1次)，所述转体本体2自动停止转动；晾晒水面以上的渔网一定的时间，自动将所述转体本体2转至-118°时所述转体本体2自动减速，缓慢转至-120°刻度处(第2次)，所述转体本体2自动停止转动；晾晒水面以上的渔网一定的时间，自动将所述转体本体2至-2°时所述转体本体2自动减速，缓慢转回0°刻度处(第3次)，所述转体本体2自动停止转动，晾晒水面以上的渔网一定的时间。第4次转动时按第1次执行，第5次转动时按第2次执行，第6次转动时按第3次执行，以此类推，周而复始地执行以上动作即可完成所述转体本体2自动晒网功能。

在本发明转体控制装置中，当所述转体本体2转到设定的减速位置时(自动功能时)，该所述可编程控制器30发出减速命令并提供一个较小的转速信号，驱动所述转体本体2以缓慢转动。

在本发明转体控制装置中，当所述转体本体2转到设定的停止位置时(自动功能时)，该所述可编程控制器30发出停止命令，所述转体本体2停止转动。

在本发明转体控制装置中，当所述转体本体2转到0°停止位置时(自动功能时)，该所述可编程控制器30在发出停止命令，所述转体本体2停止转动后，该所述可编程控制器30延时设定时间后发出电机增量编码器清零信号，将4台所述变频电机41、42、43、44自带的所述增量编码器51、52、53、54信号均清零，消除误差的累计。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种海上养殖平台的转体控制装置，包括浮箱，及设于所述浮箱上的转体本体，所述转体本体内设有渔网，其特征在于：

所述转体本体的两端均设有双绳槽转筒；

所述浮箱的四个角位置上分别设有第一储藏室、第二储存室、发电机室和控制室，所述第一储藏室、所述第二储存室、所述发电机室和所述控制室上对应设有W1绞车、W2绞车、W3绞车和W4绞车，所述W1绞车与所述W2绞车通过钢丝绳与所述转体本体一端的所述双绳槽转筒相连，所述W3绞车与所述W4绞车通过钢丝绳与所述转体本体另一端的所述双绳槽转筒相连；

所述控制室内设有驱动控制柜，所述驱动控制柜包括可编程控制器，及与其连接的变频器、HMI人机界面和ECC控制面板，所述变频器具有四个，分别对应连接所述W1-W4绞车，

所述浮箱的两端分别还设有LOS1操作箱和LOS2操作箱，所述LOS1操作箱和所述LOS2操作箱均与所述可编程控制器相连，

所述W1-W4绞车均包括依次对应相连的变频电机、减速箱和卷筒，所述变频电机上还带有增量编码器，所述变频器用以驱动所述变频电机，

所述可编程控制器根据圆周率Pi，所述钢丝绳的直径d，所述卷筒的直径D，所述转体本体的直径D_R，所述减速箱的速比i，所述增量编码器的每转脉冲数n₀，再由所述可编程控制器通过所述变频器获得的所述增量编码器的总脉冲数N，计算出所述卷筒上所述钢丝绳的长度变化量L，再根据该长度变化量L等于所述双绳槽转筒上所述钢丝绳的长度变化量和圆周计算公式，计算出所述转体本体的转动角度θ，具体计算公式如下：

所述钢丝绳的长度变化量L＝N/(n₀*i)*Pi*(D+d)，

所述转体本体的转动角度θ＝L*360/[Pi*(D_R+d)]。

2.如权利要求1所述的海上养殖平台的转体控制装置，其特征在于：所述浮箱设置为回字型，所述转体本体位于所述浮箱的中心位置。

3.如权利要求1所述的海上养殖平台的转体控制装置，其特征在于：所述双绳槽转筒的外侧上均刻有0°至±150°的角度刻度线。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的转体控制装置控制方法，其特征在于：

所述可编程控制器发出启动指令并提供转速信号，通过四个所述变频器驱动对应的所述变频电机，所述变频电机驱动所述卷筒释放和/或收紧所述钢丝绳，最终控制所述转体本体以同向0°→120°→-120°→0°分区循环转动方式进行晒网作业，

所述可编程控制器根据圆周率Pi，所述钢丝绳的直径d，所述卷筒的直径D，所述转体本体的直径D_R，所述减速箱的速比i，所述增量编码器的每转脉冲数n₀，再由所述可编程控制器通过所述变频器获得的所述增量编码器的总脉冲数N，计算出所述卷筒上所述钢丝绳的长度变化量L，再根据该长度变化量L等于所述双绳槽转筒上所述钢丝绳的长度变化量和圆周计算公式，计算出所述转体本体的转动角度θ，具体计算公式如下：

所述钢丝绳的长度变化量L＝N/(n₀*i)*Pi*(D+d)，

所述转体本体的转动角度θ＝L*360/[Pi*(D_R+d)]，

所述转体本体一侧的两台所述绞车以恒定速度主动卷绕所述钢丝绳，力矩限制为100％，所述转体本体另一侧的两台所述绞车以恒张力模式慢速卷绕所述钢丝绳。

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