CN111114691A - 用于操作拖拽绞盘的方法以及用于拖拽绞盘的电驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于操作拖拽绞盘的方法以及用于拖拽绞盘的电驱动器，该拖拽绞盘包括：可旋转绞盘卷筒(20)，其用于使可缠绕介质(10)缠绕；电动马达(30)，其可操作地耦接至绞盘卷筒以使绞盘卷筒旋转，其中，电驱动器(40)被配置成可操作地耦接至电动马达(30)，并且电驱动器(40)被配置成：在连接至可缠绕介质(10)的至少一个物体(200)的拖拽期间，将绞盘卷筒(20)与要被拖拽的至少一个物体之间的可缠绕介质的张力控制成等于或低于张力极限值；以及在拖拽期间，监测拖船(100)的横摇角，并且响应于所监测的拖船(100)的横摇角在预定范围之外，降低提供横摇补偿的张力极限值。

Description

用于操作拖拽绞盘的方法以及用于拖拽绞盘的电驱动器
技术领域
本发明涉及操作拖拽绞盘以及用于拖拽绞盘的电驱动器。
背景技术
绞盘可以与许多应用结合使用。示例是拖船的拖拽绞盘。拖船的拖拽绞盘可以包括绞盘卷筒，该绞盘卷筒能够围绕轴旋转并且例如用于使可以是任何种类的可缠绕介质例如缆、绳索、线或链的拖拽线缠绕。在用于拖拽的绞盘的情况下，例如，可缠绕介质要连接在拖船的拖拽绞盘与要被拖拽的至少一个物体之间。用于拖拽的这样的绞盘还可以包括电驱动器和电动马达，电动马达被配置成使绞盘卷筒在可缠绕介质的绕入或绕出期间围绕其旋转轴旋转。例如，分别地，电驱动器可以是AC驱动器或DC驱动器，电动马达可以是诸如异步马达或同步马达的AC马达或者DC马达。
用于拖拽物体的绞盘的拖拽功能例如可以借助于电驱动器来控制拖船与要被拖拽的物体之间的可缠绕介质的张力。在拖拽期间，通过对控制用于拖拽的绞盘的电动马达的电驱动器进行适当地控制，可以自动调节拖船与要被拖拽的至少一个物体之间的可缠绕介质的张力。拖船与要被拖拽的至少一个物体之间的可缠绕介质的张力可以被设置并且被保持在可以由例如单个值或值范围表示的适当的预定水平处。如果拖船与要被拖拽的至少一个物体之间的可缠绕介质太松或者如果可缠绕介质太紧，则可缠绕介质可能断裂或者操作可能变得不稳定。因此，电驱动的拖拽绞盘可以具有保持拖船与要被拖拽的物体之间的稳定绳索张力的目标。电动马达可以被电驱动器控制成使得可缠绕介质朝预定张力水平被拉紧(绕入)或被松弛(绕出)。并且当达到预定张力水平时，可以停止拉紧或松弛。换句话说，当达到预定张力水平时，绞盘的电动马达可以以无级方式被控制下降到零速。然后，电动马达可以在零转速处保持静止，并且可以保持基本上恒定的扭矩以使可缠绕介质的张力保持稳定。这样的控制可以包括设置表示拖船与要被拖拽的至少一个物体之间的可缠绕介质的最大允许张力的张力极限值，使得张力应该被保持等于或低于张力极限值。
与上述解决方案相关的问题在于：在特定情况下，由于例如拖船相对于要被拖拽的至少一个物体的位置和/或天气状况，如果可缠绕介质指向拖船的力引起或者有助于拖船的横摇角增大超过安全操作限度，则可能引发危险操作的风险，从而使得拖船可能处于倾覆的危险之中。
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。本发明的目的通过其特征在于独立权利要求中陈述的方法、计算机程序产品、电驱动器和绞盘装置来实现。本发明的优选实施方式在从属权利要求中被描述。
本发明基于以下思想：在拖拽期间，通过电驱动器监测拖船的横摇角，并且响应于所监测的拖船的横摇角在预定范围之外，通过电驱动器降低绞盘卷筒与要被拖拽的至少一个物体之间的可缠绕介质的张力的张力极限值。
本发明的优点是可以增加拖船的稳定性和安全性。
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图。
具体实施方式
图1示出了根据实施方式的拖船100的绞盘装置的简化图。在本文中，例如，术语“拖船或拖轮”通常是指能够拖拽至少一个物体例如另一船只或索具的船只。船只可以例如是被设计成用于海、洋、湖、江、水道、运河或其任意部分中的水上运输的船舰、轮船、筏或通常的艇。图1的示例性绞盘装置例如可以用于拖拽一个或更多个物体200。至少一个物体200的拖拽可以包括使要被拖拽的至少一个物体200移动和/或保持静止。这样的移动和/或保持静止例如可以由拖船100自身和/或由拖船的绞盘执行。换句话说，拖拽可以包括通过由拖船100直接接触和/或借助于拖拽线10来推动和/或拉动要被拖拽的至少一个物体200。可能的拖拽模式的示例包括常规的拖拽和护航拖拽。该附图仅示出了理解各种实施方式必需的部件。
示例性绞盘装置包括用于使可缠绕介质(拖拽线)10缠绕的绞盘卷筒20，该绞盘卷筒能够围绕旋转轴21旋转。可缠绕介质10例如可以包括缆、绳索、线、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或者经由一个或更多个其他部件或装置例如变速箱(图中未示出)连接至绞盘卷筒20。虽然图1的示例性绞盘装置包括可操作地耦接至绞盘卷筒20的一个电动马达30，但是可以存在可操作地耦接至同一绞盘卷筒20并且被配置成使绞盘卷筒20旋转的多于一个的电动马达30。在这样的情况下，两个或更多个电动马达30可以被配置成例如出于负荷共担的目的以合适的方式一起工作。驱动绞盘卷筒20的电动马达30可以是任何类型。例如，可能的示例包括异步AC马达例如感应马达、同步AC马达以及DC马达。例如，同步AC马达的可能示例包括诸如磁阻马达、磁滞马达和永磁马达的无励磁马达以及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40，电驱动器40在图1的示例中包括用于从DC电源50馈送电动马达30的逆变器42。逆变器是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)实现的半导体桥。例如，电动马达30的控制可以以如下方式借助于逆变器42可靠地被实现：马达30精确地实现期望的速度和/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42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40的控制布置41，电驱动器40的控制布置41可以用于控制逆变器42并从而控制电动马达30并且从而操作绞盘。控制布置41可以是例如单独的单元或者逆变器42的一部分或一些其他单元。绞盘装置可以包括合适的I/O(输入-输出)装置70例如键盘和显示单元或另一单独的终端单元，所述合适的I/O(输入-输出)装置70可以以有线或无线方式连接至控制布置41。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70来操作绞盘。可替选地或另外地，I/O装置70可以包括在电驱动器40中。根据实施方式，至少包括控制布置41和逆变器42的电驱动器40被实现为单个壳体单元。因此，电驱动器40的零件可以集成在单个壳体例如柜子中。图1还示出了连接至电驱动器40的运动参考装置60。根据实施方式，这样的运动参考装置60可以包括在电驱动器40中。运动参考装置可以是能够至少测量拖船100的横摇角的任何种类的装置。这样的运动参考装置的示例是运动参考单元(MRU)，运动参考单元(MRU)是具有单轴或多轴运动传感器的固态装置。本文中的术语“横摇角”通常是指船只围绕其纵向(前后)轴的旋转角。因此，横摇角通常指示在纵轴周围距正常位置例如竖直位置或垂直位置的偏移或偏差。图1还示出了用于可缠绕介质10的固定点210，其中，可缠绕介质10例如在拖拽期间将被固定至要被拖拽的物体200的固定点210。
图2示出了根据实施方式的拖拽操作的示例。在附图中，要被拖拽的物体200——在该示例中为船舰——被两个拖船100拖拽；一个拖船100在被拖拽的船只200前方，而另一拖船100在被拖拽的船只200之后。
根据实施方式，可以如下所述对拖船100的拖拽绞盘进行操作。在连接至可缠绕介质10的至少一个物体200的拖拽期间，绞盘卷筒20与要被拖拽的至少一个物体200之间的可缠绕介质10的张力在拖拽期间优选地基本上连续地被电驱动器40控制成等于或低于张力极限值。根据实施方式，因此张力极限值指示拖船100与要被拖拽的至少一个物体200之间的可缠绕介质10的最大允许张力。张力极限值可以由例如绞盘装置的使用者或操作者或者由绞盘装置自身预定和/或设置。此外，在拖拽期间，拖船100的横摇角由电驱动器40监测，并且响应于所监测的拖船100的横摇角在预定范围之外，电驱动器40降低张力极限值。因此，在拖船100的横摇角被增大到预定范围之外的情况下，电驱动器40自动减小张力极限值。这导致被绕出的可缠绕介质10减小拖船100的横摇角，从而使拖船100的位置稳定。因此，可以提供自动横摇补偿。在拖拽期间，可以基本上连续地执行拖船100的横摇角的监测。
根据实施方式，在拖拽期间，可以使用电动马达30来驱动绞盘卷筒20，使得可缠绕介质10的张力达到期望的张力水平(等于或低于张力极限值)，并且响应于被监测的可缠绕介质10的张力达到预定的张力水平，电动马达30的驱动速度可以被设置为零。电动马达30的扭矩可以被保持基本上恒定，使得可缠绕介质10的张力例如在预定的张力水平内。可缠绕介质10的张力在任何情况下限于或低于张力极限值。根据实施方式，拖拽绞盘的任何机械制动器在拖拽期间可以被保持打开，因此可以通过电驱动器40和电动马达30来单独控制可缠绕介质10的张力，当需要时，电驱动器40和电动马达30也可以用作制动器。根据实施方式，除了将可缠绕介质10的张力保持在预定的张力水平内之外，还可以监测拖船100与要被拖拽的至少一个物体200之间的(一个或多个)距离，并且通过电驱动器40使所述距离保持在预定距离值或者在预定距离范围内。于是，如果拖船100与要被拖拽的至少一个物体200之间的距离由于可缠绕介质10被绕出以减小拖船100的横摇角而从所述预定距离值改变或者在所述预定距离范围之外，则在例如拖船的横摇角已经被稳定回到其预定范围之后，可以通过电驱动器40使距离自动恢复至预定距离值或预定距离范围。因此，可以提供自动放缆和收揽(payout and haul)功能。
根据实施方式，响应于所监测的拖船的横摇角在预定范围之外，通过电驱动器40使张力极限值与拖船100的横摇角成比例地降低。例如，可以以无级方式或逐步方式执行这样的张力极限值的降低。此外，例如，可以由绞盘装置的使用者或操作者或者通过绞盘装置自身来调节张力极限值与横摇角成比例地降低的速率。根据另一实施方式，响应于所监测的拖船的横摇角在预定范围之外，可以通过电驱动器40使张力极限值降低至预定的低值或降低固定量。
根据实施方式，在拖拽期间，响应于所监测的拖船100的横摇角在处于预定范围之外后返回至所述预定范围内，通过电驱动器40使张力极限值增大。根据实施方式，张力极限值可以被增大回到其在所监测的拖船100的横摇角处于预定范围之外前所具有的原始值或先前值。根据实施方式，张力极限值也可以被增大回到例如标称值或默认值。因此，在拖船100的位置稳定之后，绞盘装置可以使张力极限值自动恢复。这可以以逐步方式或非逐步方式来执行。
根据实施方式，电驱动器40对拖船100的横摇角的监测包括在电驱动器中测量拖船的横摇角。根据实施方式，电驱动器40可以包括被配置成测量拖船100的横摇角的运动参考装置60。根据另一实施方式，电驱动器40对拖船100的横摇角的监测可以包括：在电驱动器中接收拖船的横摇角。根据实施方式，电驱动器40连接至运动参考装置60，运动参考装置60被配置成测量拖船的横摇角并且输出所测量的横摇角。然后，电驱动器40可以接收由运动参考装置60输出的拖船100的横摇角。
根据实施方式，通过控制电动马达30的扭矩或者指示电动马达30的扭矩的量来控制可缠绕介质10的张力。根据实施方式，可以通过监测或控制电动马达的电流来监测或控制电动马达30的扭矩。根据实施方式，可以通过例如马达扭矩％或以kgs/lbs的真实力来表示例如当由绞盘装置的使用者或操作者设置时的张力极限值。
根据实施方式，拖船100的绞盘装置可以设置有自动过载保护系统(AOPS)和/或手动过载保护系统(MOPS)。可以通过电驱动器40来提供这样的功能。AOPS通常是指以下系统：通过使得绞盘的钩子能够被拖拉远离绞盘以避免显著的损坏而在操作期间自动地保卫和保护绞盘免受过载和过力矩。MOPS通常是指以下系统：由绞盘操作者激活，通过减少负载承载能力并且使得钩子能够被拖拉远离绞盘来保护绞盘免受过载和过力矩。术语“过力矩”通常是指超过最大负载力矩(安全工作负载(SWL)乘以半径)的负载力矩。
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设备可以实现为被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。在此，术语“单元”通常是指物理实体或逻辑实体，例如物理装置或物理装置的一部分或者软件例程。例如，这些单元中的一个或更多个单元比如控制布置41可以驻留在电驱动器40或电驱动器40的部件例如逆变器42中。
根据实施方式中的任一实施方式的设备例如控制布置41例如可以至少部分地通过设置有合适的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。这样的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)例如通用数字信号处理器。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被传送至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设计而变化。程序指令可以由编程语言进行编码，编程语言可以是诸如C、Java等的高级编程语言或诸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，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。实现本发明的计算机或其它设备或其部件还可以包括用于接收例如测量数据和/或控制数据的合适的输入装置以及用于输出例如控制数据的合适的输出装置。还可以使用特定的一个或多个集成电路或者分立的电气部件和装置来实现根据实施方式中的任一实施方式的功能。
根据实施方式中的任一实施方式或实施方式的任何组合的发明可以以现有系统元件例如电驱动器或电驱动器的部件例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式方式或分布式方式来实现。目前用于电驱动器的装置例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修改和配置都可以被执行为软件例程，这些软件例程可以被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来实现，则这样的软件可以被设置为计算机程序产品，该计算机程序产品包括当在计算机上运行时使计算机或相应的布置执行根据如上所述的本发明的功能的计算机程序代码。这样的计算机程序代码可以被存储或通常实施在计算机可读介质例如合适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，这样的计算机程序代码能够被加载到执行程序代码的一个或多个单元。此外，实现本发明的这样的计算机程序代码例如可以经由合适的数据网络被加载到执行计算机程序代码的一个或多个单元，并且实现本发明的这样的计算机程序代码可以代替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 (15)

1.一种用于操作拖船的拖拽绞盘的方法，所述拖拽绞盘包括：可旋转绞盘卷筒(20)，其用于使可缠绕介质(10)缠绕；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；以及电驱动器(40)，其能够操作地耦接至所述电动马达(30)以控制所述电动马达，所述方法包括：
在连接至所述可缠绕介质(10)的至少一个物体(200)的拖拽期间，通过所述电驱动器(40)将所述绞盘卷筒(20)与要被拖拽的至少一个物体之间的可缠绕介质的张力控制成等于或低于张力极限值；以及
在所述拖拽期间，通过所述电驱动器(40)监测所述拖船(100)的横摇角，并且响应于所监测的拖船的横摇角在预定范围之外，通过所述电驱动器(40)降低所述张力极限值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于所监测的拖船的横摇角在预定范围之外，通过所述电驱动器(40)使所述张力极限值与所述拖船(100)的横摇角成比例地降低。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述电驱动器(40)对所述拖船(100)的横摇角的监测包括：在所述电驱动器(40)中测量所述拖船的横摇角。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电驱动器(40)包括运动参考装置(60)，所述运动参考装置(60)被配置成测量所述拖船的横摇角。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述电驱动器(40)对所述拖船的横摇角的监测包括：在所述电驱动器中接收所述拖船的横摇角。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述电驱动器(40)连接至运动参考装置(60)，所述运动参考装置(60)被配置成测量所述拖船(100)的横摇角。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过控制所述电动马达(30)的扭矩来控制所述可缠绕介质(10)的张力。
8.一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7中任一项所述的方法的步骤。
9.一种用于拖船的拖拽绞盘的电驱动器，所述拖拽绞盘包括：可旋转绞盘卷筒(20)，其用于使可缠绕介质(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，其中，所述电驱动器(40)被配置成能够操作地耦接至所述电动马达(30)，并且所述电驱动器(40)被配置成：
在连接至所述可缠绕介质(10)的至少一个物体(200)的拖拽期间，将所述绞盘卷筒(20)与要被拖拽的至少一个物体之间的可缠绕介质的张力控制成等于或低于张力极限值；以及
在所述拖拽期间，监测所述拖船(100)的横摇角，并且响应于所监测的拖船(100)的横摇角在预定范围之外，降低所述张力极限值。
10.根据权利要求9所述的电驱动器，其中，所述电驱动器(40)被配置成：响应于所监测的拖船的横摇角在预定范围之外，使所述张力极限值与所述拖船(100)的横摇角成比例地降低。
11.根据权利要求9或10所述的电驱动器，其中，所述电驱动器(40)包括运动参考装置(60)，所述运动参考装置(60)被配置成测量所述拖船(100)的横摇角。
12.根据权利要求9或10所述的电驱动器，其中，所述电驱动器(40)被配置成接收所述拖船(100)的横摇角。
13.根据权利要求9或10所述的电驱动器，其中，所述电驱动器(40)被配置成：通过控制所述电动马达(30)的扭矩来控制所述可缠绕介质(10)的张力。
14.根据权利要求9或10所述的电驱动器，包括逆变器。
15.一种绞盘装置，包括：
可旋转绞盘卷筒(20)，其用于使可缠绕介质(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9至14中任一项所述的电驱动器(40)，其能够操作地耦接至所述电动马达(30)。
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