CN111413122A - 基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统包括用于模拟浮空器负载的负载绞车、便于测量缆绳张力的测力滑轮、用于牵引缆绳的牵引绞车、排缆机构、用于储放缆绳的储缆绞车和控制系统，缆绳一端系于负载绞车上，依次绕过测力滑轮、牵引绞车和排缆机构，并系于储缆绞车上；所述控制系统分别与负载绞车、牵引绞车、排缆机构和储缆绞车相连接，并分别控制其运行状态。本发明利用可提供负载变化的负载绞车，来克服传统塔架悬挂重物负载实验的局限性，利用负载绞车实现全负载情况下排缆速度与运行特性验证，且能够模拟浮空器负载变化。

Description

基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及缆绳收放实验系统，尤其涉及一种基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统及其控制方法。

背景技术

升空回收设备用于系留气球等浮空器的地面锚泊、空中系留、放飞升空和下降回收，浮空器容易受到大风和对流等天气影响，其负载大小会发生变化，核心装置是绞车拖曳系统，绞车拖曳系统具有可靠性高、负载大、容量大、抗干扰的特点。

为了验证绞车系统的速度性能和负载性能，需提供模拟浮空器负载在复杂气象环境下变化的负载系统，传统的试验方法是利用一个塔架悬挂重物来实现，但由于塔架高度的限制，在全负载情况下速度特性很难验证；此外一般的绞车系统运行时常采用串口通信的方式对系统的运行状态读取并监控，传输距离有限，容易受到变频器等强电器件的电磁干扰，且采用串口通信时控制系统与变频器的外部接线复杂。

因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种可克服传统塔架悬挂重物负载实验的局限性，利用负载绞车实现全负载情况下排缆速度与运行特性验证，且能够模拟浮空器负载变化的基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统。

本发明的第二目的是提供一种基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统的控制方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统，包括用于模拟浮空器负载的负载绞车、便于测量缆绳张力的测力滑轮、用于牵引缆绳的牵引绞车、排缆机构、用于储放缆绳的储缆绞车和控制系统，缆绳一端系于负载绞车上，依次绕过测力滑轮、牵引绞车和排缆机构，并系于储缆绞车上；所述控制系统分别与负载绞车、牵引绞车、排缆机构和储缆绞车相连接，并分别控制其运行状态。

其中，所述负载绞车包括负载电机和用于实施力矩控制负载电机的负载变频器，且其力矩方向为放缆方向；所述牵引绞车包括主绞盘、从绞盘、主绞盘电机、从绞盘电机、用于实施速度控制主绞盘电机的主绞盘变频器和用于实施力矩控制从绞盘电机的从绞盘变频器；所述排缆机构包括排缆丝杆、丝杆电机和用于实施速度控制丝杆电机的丝杆变频器；所述储缆绞车包括储缆电机和用于实施力矩控制储缆电机的储缆变频器，且其力矩方向为收缆方向。

优选的，所述控制系统包括PLC、触摸屏和上位机，触摸屏、负载变频器、主绞盘变频器、从绞盘变频器、丝杆变频器和储缆变频器通过Profinet通信与PLC相连，PLC通过RS422与上位机相连；PLC通过Profinet通信向负载变频器发送力矩控制字控制负载电机的力矩大小模拟浮空器负载的变化；

当模拟收缆时，负载电机的力矩由PLC通过Profinet通信向负载变频器发送力矩控制字设定并设定负载电机为放缆状态，负载绞车被牵引绞车倒拖，负载电机处于倒拉制动工作状态；主绞盘电机的线速度由PLC通过Profinet通信向主绞盘变频器发送速度控制字设定并设定主绞盘电机为收缆状态，从绞盘电机力矩由PLC通过Profinet通信向从绞盘变频器发送力矩控制字设定并设定从绞盘电机为收缆状态，从绞盘随着主绞盘运动且出力方向一致；丝杆电机的线速度由PLC通过Profinet通信向丝杆变频器发送速度控制字设定并设定丝杆电机为收缆状态，储缆电机的力矩由PLC通过Profinet通信向储缆变频器发送力矩控制字设定并设定储缆电机为收缆状态；

当模拟放缆时，负载电机的力矩由PLC通过Profinet通信向负载变频器发送力矩控制字设定并设定负载电机为放缆状态；主绞盘电机的速度由PLC通过Profinet通信向主绞盘变频器发送速度控制字设定并设定为放缆状态，从绞盘电机力矩由PLC通过Profinet通信向从绞盘变频器发送力矩控制字设定并设定从绞盘电机为收缆状态，从绞盘被主绞盘倒拖，从绞盘电机处于倒拉制动工作状态；丝杆电机线速度由PLC通过Profinet通信向丝杆变频器发送速度控制字设定并设定丝杆电机为收缆状态，储缆电机力矩由PLC通过Profinet通信向储缆变频器发送力矩控制字设定并设定储缆电机为收缆状态；排缆丝杆与储缆绞车被牵引绞车倒拖，排缆丝杆与储缆电机处于倒拉制动工作状态。

再者，所述控制系统还包括模拟量传感器模块、状态量输入模块、编码器模块和执行器模块；编码器模块包括负载电机编码器、主电机编码器、从电机编码器、丝杆电机编码器和储缆电机编码器；PLC包括CPU模块、AD模块、DI模块、DO模块和Profinet通信模块；

状态量输入模块采集信号并通过DI模块传送到PLC的CPU模块，模拟量传感器模块采集信号并通过AD模块传送到CPU模块；CPU模块通过逻辑判断控制字发送条件并通过Profinet通信模块发送负载变频器、主绞盘变频器、从绞盘变频器、丝杆变频器和储缆变频器控制字，负载电机编码器、主电机编码器、从电机编码器、丝杆电机编码器和储缆电机编码器测量相对应的电机转速并传送给相对应的变频器，CPU模块通过Profinet通信模块从编码器模块读取各电机转速，CPU模块通过Profinet通信模块从变频器读取各电机转速、电流、频率和力矩信号；CPU模块通过DO模块驱动执行器模块输出信号；CPU模块通过Profinet通信模块将排缆速度、缆绳张力、缆绳长度、张力超限报警、运动不同步报警、停车指令、电机转速、电流、频率和力矩传送到触摸屏显示并通过RS422将排缆速度、缆绳张力、缆绳长度、张力超限报警、运动不同步报警、停车指令、电机转速、电流、频率和力矩参数传送到上位机。

进一步，所述模拟量传感器模块包括主张力传感器、尾张力传感器和手柄电位计，主张力传感器设置在测力滑轮上，主张力传感器测量缆绳的主张力，尾张力传感器装在储缆绞车上，尾张力传感器测量缆绳的尾张力，手柄电位计控制收放缆速度。

优选的，所述状态量输入模块包括放缆开关、收缆开关、储缆制动开关、丝杆左接近开关、丝杆右接近开关、排缆左偏开关、排缆右偏开关、缆长接近开关、制动器刹车开关和圈计数接近开关；其中放缆开关输出放缆开关的开启信号，收缆开关输出收缆开关的开启信号，储缆制动开关输出储缆绞车的启停信号，丝杆左接近开关输出丝杆向右换向信号，丝杆右接近开关输出丝杆向左换向信号，排缆左偏开关输出缆绳左偏信号，排缆右偏开关输出缆绳右偏信号，缆长接近开关输出缆绳长度信号，制动器刹车开关输出电机刹车信号，圈计数接近开关输出储缆绞车上缆绳圈数信号。

再者，所述执行器模块包括放缆指示灯、收缆指示灯和报警蜂鸣器。

本发明一种基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统的控制方法，包括如下步骤：

(1)、硬件布置完成，相应接线正确；

(2)、初始化系统，保证自检状态正常；

(3)、松开每一电机的制动开关；

(4)、放缆时，当放缆开关打开后手柄电位计设置放缆速度，PLC的CPU模块通过Profinet通信模块启动负载变频器并设定负载变频器为力矩控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块设定主绞盘变频器为速度控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块设定从绞盘变频器为力矩控制方式；CPU模块通过Profinet通信模块发送主绞盘变频器速度控制字与从绞盘变频器力矩控制字；CPU模块通过Profinet通信模块设定丝杆变频器为速度控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块启动储缆变频器并设定储缆变频器为力矩控制方式；驱动牵引绞车开始放缆，系统在无故障、无报警状态下运行，直至负载绞车将缆绳全部储缆完毕或人工停车；

(5)、收缆时，当收缆开关打开后手柄电位计设置收缆速度，PLC的CPU模块通过Profinet通信模块启动负载变频器并设定负载变频器为力矩控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块设定主绞盘变频器为速度控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块设定从绞盘变频器为力矩控制方式；CPU模块通过Profinet通信模块发送主绞盘变频器速度控制字与从绞盘变频器力矩控制字；CPU模块通过Profinet通信模块设定丝杆变频器为速度控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块启动储缆变频器并设定储缆变频器为力矩控制方式；驱动牵引绞车开始收缆，直至负载绞车将缆绳全部放出或人工停车；

(6)、控制系统采集系统运行状态，状态量输入模块采集放缆开关的开启信号、收缆开关的开启信号、储缆绞车的启停信号、丝杆向右换向信号、丝杆向左换向信号、缆绳左偏信号、缆绳右偏信号、缆绳长度信号、电机刹车信号和储缆绞车上缆绳圈数信号并通过DI模块传送到PLC的CPU模块，模拟量传感器模块采集缆绳主张力、缆绳尾张力和收放缆速度并通过AD模块传送到PLC的CPU模块；电机参数包括电机转速、电流、频率和力矩，CPU模块通过Profinet通信模块从编码器模块读取各电机转速，CPU模块通过Profinet通信模块从变频器读取各电机电流、频率和力矩信号；CPU模块通过Profinet通信模块将排缆速度、缆绳张力、缆绳长度、张力超限报警、运动不同步报警、停车指令、电机转速、电流、频率和力矩信号传送到触摸屏显示并通过RS422将排缆速度、缆绳张力、缆绳长度、张力超限报警、运动不同步报警、停车指令、电机转速、电流、频率和力矩信号传送到上位机，操作人员进行监控；

(7)、停车过程：在非排放缆不同步的情况下以及非报警状态下的紧急停车，人工停车是触摸屏通过Profinet通信模块利用PLC的CPU模块将负载变频器力矩设定为0，再将主绞盘变频器速度设定为0，再将从绞盘变频器力矩设定为0，再将丝杠变频器速度设定为0，再将储缆变频器力矩设定为0，系统平稳停车。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

(1)本发明利用可提供负载变化的负载绞车，来克服传统塔架悬挂重物负载实验的局限性，利用负载绞车实现全负载情况下排缆速度与运行特性验证，且能够模拟浮空器负载变化；

(2)、本发明区别于以往串口通信控制方式，通过采用Profinet通信的方式可以减少控制系统与变频器的外部接线，提高了通信抗干扰能力，排查外部故障简单高效，克服了传统串口通信的方式传输距离有限、易受电磁干扰、外部接线复杂等缺点，整个系统的运行更加可靠，保证绞车系统的高可靠性，并保证了通信的实时性和准确性。

附图说明

图1为本发明的系统组成示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明中控制系统中通信示意图；

图4为本发明中控制系统的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明提供一种基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统，包括负载绞车1、测力滑轮2、牵引绞车3、排缆机构4、储缆绞车5和控制系统，缆绳6一端系于负载绞车1上，依次绕过测力滑轮2、牵引绞车3和排缆机构4，并系于储缆绞车5上，控制系统分别与负载绞车1、牵引绞车3、排缆机构4和储缆绞车5相连接，并控制其启动状态。

本发明负载绞车1用于模拟浮空器负载，负载绞车1包括负载电机7和用于实施力矩控制负载电机的负载变频器，且其力矩方向为放缆方向；缆绳绕过测力滑轮2，便于测缆绳主张力。牵引绞车3用于牵引缆绳，牵引绞车3包括主绞盘、从绞盘、主绞盘电机8、从绞盘电机9、用于实施速度控制主绞盘电机的主绞盘变频器和用于实施力矩控制从绞盘电机的从绞盘变频器。排缆机构4包括排缆丝杆10、丝杆电机11和用于实施速度控制丝杆电机的丝杆变频器。储缆绞车5用于储放缆绳，储缆绞车5包括储缆电机12和用于实施力矩控制储缆电机的储缆变频器，且其力矩方向为收缆方向。

本发明的控制系统包括PLC、模拟量传感器模块13、状态量输入模块14、编码器模块15、执行器模块16、触摸屏和上位机。

本发明的触摸屏、负载变频器、主绞盘变频器、从绞盘变频器、丝杆变频器和储缆变频器通过Profinet通信与PLC相连，PLC通过RS422与上位机相连；PLC通过Profinet通信向负载变频器发送力矩控制字控制负载电机的力矩大小模拟浮空器负载的变化；当模拟收缆时，负载电机的力矩由PLC通过Profinet通信向负载变频器发送力矩控制字设定并设定负载电机为放缆状态，负载绞车被牵引绞车倒拖，负载电机处于倒拉制动工作状态；主绞盘电机的线速度由PLC通过Profinet通信向主绞盘变频器发送速度控制字设定并设定主绞盘电机为收缆状态，从绞盘电机力矩由PLC通过Profinet通信向从绞盘变频器发送力矩控制字设定并设定从绞盘电机为收缆状态，从绞盘随着主绞盘运动且出力方向一致；丝杆电机的线速度由PLC通过Profinet通信向丝杆变频器发送速度控制字设定并设定丝杆电机为收缆状态，储缆电机的力矩由PLC通过Profinet通信向储缆变频器发送力矩控制字设定并设定储缆电机为收缆状态；当模拟放缆时，负载电机的力矩由PLC通过Profinet通信向负载变频器发送力矩控制字设定并设定负载电机为放缆状态；主绞盘电机的速度由PLC通过Profinet通信向主绞盘变频器发送速度控制字设定并设定为放缆状态，从绞盘电机力矩由PLC通过Profinet通信向从绞盘变频器发送力矩控制字设定并设定从绞盘电机为收缆状态，从绞盘被主绞盘倒拖，从绞盘电机处于倒拉制动工作状态；丝杆电机线速度由PLC通过Profinet通信向丝杆变频器发送速度控制字设定并设定丝杆电机为收缆状态，储缆电机力矩由PLC通过Profinet通信向储缆变频器发送力矩控制字设定并设定储缆电机为收缆状态；排缆丝杆与储缆绞车被牵引绞车倒拖，排缆丝杆与储缆电机处于倒拉制动工作状态。

PLC包括CPU模块、AD模块、DI模块、DO模块和Profinet通信模块。模拟量传感器模块13包括主张力传感器、尾张力传感器和手柄电位计，主张力传感器设置在测力滑轮上，主张力传感器测量缆绳的主张力，尾张力传感器装在储缆绞车上，尾张力传感器测量缆绳的尾张力，手柄电位计控制收放缆速度。状态量输入模块14包括放缆开关、收缆开关、储缆制动开关、丝杆左接近开关、丝杆右接近开关、排缆左偏开关、排缆右偏开关、缆长接近开关、制动器刹车开关和圈计数接近开关；其中放缆开关输出放缆开关的开启信号，收缆开关输出收缆开关的开启信号，储缆制动开关输出储缆绞车的启停信号，丝杆左接近开关输出丝杆向右换向信号，丝杆右接近开关输出丝杆向左换向信号，排缆左偏开关输出缆绳左偏信号，排缆右偏开关输出缆绳右偏信号，缆长接近开关输出缆绳长度信号，制动器刹车开关输出电机刹车信号，圈计数接近开关输出储缆绞车上缆绳圈数信号。编码器模块15包括负载电机编码器、主电机编码器、从电机编码器、丝杆电机编码器和储缆电机编码器。执行器模块16包括放缆指示灯、收缆指示灯和报警蜂鸣器。

本发明的状态量输入模块采集信号并通过DI模块传送到PLC的CPU模块，模拟量传感器模块采集信号并通过AD模块传送到PLC的CPU模块；PLC的CPU模块通过逻辑判断控制字发送条件并通过Profinet通信模块发送负载变频器、主绞盘变频器、从绞盘变频器、丝杆变频器和储缆变频器控制字，负载电机编码器、主电机编码器、从电机编码器、丝杆电机编码器和储缆电机编码器测量相对应的电机转速并传送给相对应的变频器，PLC的CPU模块通过Profinet通信模块从编码器模块读取各电机转速，PLC的CPU模块通过Profinet通信模块从变频器读取各电机转速电流、频率和力矩信号；PLC的CPU模块通过DO模块驱动执行器模块输出驱动指示灯和蜂鸣器；PLC通过Profinet通信模块将排缆速度、缆绳张力、缆绳长度、张力超限报警、运动不同步报警、停车指令、电机转速、电流、频率和力矩传送到触摸屏显示并通过RS422将排缆速度、缆绳张力、缆绳长度、张力超限报警、运动不同步报警、停车指令、电机转速、电流、频率和力矩参数传送到上位机。

本发明提供一种基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统的控制方法，包括如下步骤：

(1)、硬件布置完成，相应接线正确；

(2)、初始化系统，保证自检状态正常；

(3)、松开每一电机的制动开关；

(4)、放缆时，当放缆开关打开后手柄电位计设置放缆速度，PLC的CPU模块通过Profinet通信模块启动负载变频器并设定负载变频器为力矩控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块设定主绞盘变频器为速度控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块设定从绞盘变频器为力矩控制方式；CPU模块通过Profinet通信模块发送主绞盘变频器速度控制字与从绞盘变频器力矩控制字；CPU模块通过Profinet通信模块设定丝杆变频器为速度控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块启动储缆变频器并设定储缆变频器为力矩控制方式；驱动牵引绞车开始放缆，系统在无故障、无报警状态下运行，直至负载绞车将缆绳全部储缆完毕或人工停车；

(5)、收缆时，当收缆开关打开后手柄电位计设置收缆速度，PLC的CPU模块通过Profinet通信模块启动负载变频器并设定负载变频器为力矩控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块设定主绞盘变频器为速度控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块设定从绞盘变频器为力矩控制方式；CPU模块通过Profinet通信模块发送主绞盘变频器速度控制字与从绞盘变频器力矩控制字；CPU模块通过Profinet通信模块设定丝杆变频器为速度控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块启动储缆变频器并设定储缆变频器为力矩控制方式；驱动牵引绞车开始收缆，直至负载绞车将缆绳全部放出或人工停车；

(6)、控制系统采集系统运行状态，状态量输入模块采集放缆开关的开启信号、收缆开关的开启信号、储缆绞车的启停信号、丝杆向右换向信号、丝杆向左换向信号、缆绳左偏信号、缆绳右偏信号、缆绳长度信号、电机刹车信号和储缆绞车上缆绳圈数信号并通过DI模块传送到PLC的CPU模块，模拟量传感器模块采集缆绳主张力、缆绳尾张力和收放缆速度并通过AD模块传送到PLC的CPU模块；电机参数包括电机转速、电流、频率和力矩，CPU模块通过Profinet通信模块从编码器模块读取各电机转速，CPU模块通过Profinet通信模块从变频器读取各电机电流、频率和力矩信号；CPU模块通过Profinet通信模块将排缆速度、缆绳张力、缆绳长度、张力超限报警、运动不同步报警、停车指令、电机转速、电流、频率和力矩信号传送到触摸屏显示并通过RS422将排缆速度、缆绳张力、缆绳长度、张力超限报警、运动不同步报警、停车指令、电机转速、电流、频率和力矩信号传送到上位机，操作人员进行监控；

(7)、停车过程：在非排放缆不同步的情况下以及非报警状态下的紧急停车，人工停车是触摸屏通过Profinet通信模块利用PLC的CPU模块将负载变频器力矩设定为0，再将主绞盘变频器速度设定为0，再将从绞盘变频器力矩设定为0，再将丝杠变频器速度设定为0，再将储缆变频器力矩设定为0，系统平稳停车。

Claims (8)

1.一种基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统，其特征在于：包括用于模拟浮空器负载的负载绞车(1)、便于测量缆绳张力的测力滑轮(2)、用于牵引缆绳的牵引绞车(3)、排缆机构(4)、用于储放缆绳的储缆绞车(5)和控制系统，缆绳(6)一端系于负载绞车(1)上，依次绕过测力滑轮(2)、牵引绞车(3)和排缆机构(4)，并系于储缆绞车(5)上；所述控制系统分别与负载绞车(1)、牵引绞车(3)、排缆机构(4)和储缆绞车(5)相连接，并分别控制其运行状态。

2.根据权利要求1所述的基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统，其特征在于：所述负载绞车(1)包括负载电机(7)和用于实施力矩控制负载电机的负载变频器，且其力矩方向为放缆方向；所述牵引绞车(3)包括主绞盘、从绞盘、主绞盘电机(8)、从绞盘电机(9)、用于实施速度控制主绞盘电机的主绞盘变频器和用于实施力矩控制从绞盘电机的从绞盘变频器；所述排缆机构(4)包括排缆丝杆(10)、丝杆电机(11)和用于实施速度控制丝杆电机的丝杆变频器；所述储缆绞车(5)包括储缆电机(12)和用于实施力矩控制储缆电机的储缆变频器，且其力矩方向为收缆方向。

3.根据权利要求2所述的基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统，其特征在于：所述控制系统包括PLC、触摸屏和上位机，触摸屏、负载变频器、主绞盘变频器、从绞盘变频器、丝杆变频器和储缆变频器通过Profinet通信与PLC相连，PLC通过RS422与上位机相连；PLC通过Profinet通信向负载变频器发送力矩控制字控制负载电机的力矩大小模拟浮空器负载的变化；

当模拟收缆时，负载电机的力矩由PLC通过Profinet通信向负载变频器发送力矩控制字设定并设定负载电机为放缆状态，负载绞车被牵引绞车倒拖，负载电机处于倒拉制动工作状态；主绞盘电机的线速度由PLC通过Profinet通信向主绞盘变频器发送速度控制字设定并设定主绞盘电机为收缆状态，从绞盘电机力矩由PLC通过Profinet通信向从绞盘变频器发送力矩控制字设定并设定从绞盘电机为收缆状态，从绞盘随着主绞盘运动且出力方向一致；丝杆电机的线速度由PLC通过Profinet通信向丝杆变频器发送速度控制字设定并设定丝杆电机为收缆状态，储缆电机的力矩由PLC通过Profinet通信向储缆变频器发送力矩控制字设定并设定储缆电机为收缆状态；

当模拟放缆时，负载电机的力矩由PLC通过Profinet通信向负载变频器发送力矩控制字设定并设定负载电机为放缆状态；主绞盘电机的速度由PLC通过Profinet通信向主绞盘变频器发送速度控制字设定并设定为放缆状态，从绞盘电机力矩由PLC通过Profinet通信向从绞盘变频器发送力矩控制字设定并设定从绞盘电机为收缆状态；从绞盘被主绞盘倒拖，从绞盘电机处于倒拉制动工作状态；丝杆电机线速度由PLC通过Profinet通信向丝杆变频器发送速度控制字设定并设定丝杆电机为收缆状态，储缆电机力矩由PLC通过Profinet通信向储缆变频器发送力矩控制字设定并设定储缆电机为收缆状态；排缆丝杆与储缆绞车被牵引绞车倒拖，排缆丝杆与储缆电机处于倒拉制动工作状态。

4.根据权利要求3所述的基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统，其特征在于：所述控制系统还包括模拟量传感器模块(13)、状态量输入模块(14)、编码器模块(15)和执行器模块(16)；编码器模块(15)包括负载电机编码器、主电机编码器、从电机编码器、丝杆电机编码器和储缆电机编码器；PLC包括CPU模块、AD模块、DI模块、DO模块和Profinet通信模块；

状态量输入模块采集信号并通过DI模块传送到PLC的CPU模块，模拟量传感器模块采集信号并通过AD模块传送到CPU模块；CPU模块通过逻辑判断控制字发送条件并通过Profinet通信模块发送负载变频器、主绞盘变频器、从绞盘变频器、丝杆变频器和储缆变频器控制字，负载电机编码器、主电机编码器、从电机编码器、丝杆电机编码器和储缆电机编码器测量相对应的电机转速并传送给相对应的变频器，CPU模块通过Profinet通信模块从编码器模块读取各电机转速，CPU模块通过Profinet通信模块从变频器读取各电机电流、频率和力矩信号；CPU模块通过DO模块驱动执行器模块输出信号；CPU模块通过Profinet通信模块将排缆速度、缆绳张力、缆绳长度、张力超限报警、运动不同步报警、停车指令、电机转速、电流、频率和力矩传送到触摸屏显示并通过RS422将排缆速度、缆绳张力、缆绳长度、张力超限报警、运动不同步报警、停车指令、电机转速、电流、频率和力矩参数传送到上位机。

5.根据权利要求4所述的基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统，其特征在于：所述模拟量传感器模块(13)包括主张力传感器、尾张力传感器和手柄电位计，主张力传感器设置在测力滑轮上，主张力传感器测量缆绳的主张力，尾张力传感器装在储缆绞车上，尾张力传感器测量缆绳的尾张力，手柄电位计控制收放缆速度。

6.根据权利要求4所述的基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统，其特征在于：所述状态量输入模块(14)包括放缆开关、收缆开关、储缆制动开关、丝杆左接近开关、丝杆右接近开关、排缆左偏开关、排缆右偏开关、缆长接近开关、制动器刹车开关和圈计数接近开关；其中放缆开关输出放缆开关的开启信号，收缆开关输出收缆开关的开启信号，储缆制动开关输出储缆绞车的启停信号，丝杆左接近开关输出丝杆向右换向信号，丝杆右接近开关输出丝杆向左换向信号，排缆左偏开关输出缆绳左偏信号，排缆右偏开关输出缆绳右偏信号，缆长接近开关输出缆绳长度信号，制动器刹车开关输出电机刹车信号，圈计数接近开关输出储缆绞车上缆绳圈数信号。

7.根据权利要求4所述的基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统，其特征在于：所述执行器模块(16)包括放缆指示灯、收缆指示灯和报警蜂鸣器。

8.根据权利要求1至7任一所述的基于Profinet通信的浮空器缆绳收放实验系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、硬件布置完成，相应接线正确；

(2)、初始化系统，保证自检状态正常；

(3)、松开每一电机的制动开关；

(4)、放缆时，当放缆开关打开后手柄电位计设置放缆速度，PLC的CPU模块通过Profinet通信模块启动负载变频器并设定负载变频器为力矩控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块设定主绞盘变频器为速度控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块设定从绞盘变频器为力矩控制方式；CPU模块通过Profinet通信模块发送主绞盘变频器速度控制字与从绞盘变频器力矩控制字；CPU模块通过Profinet通信模块设定丝杆变频器为速度控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块启动储缆变频器并设定储缆变频器为力矩控制方式；驱动牵引绞车开始放缆，系统在无故障、无报警状态下运行，直至负载绞车将缆绳全部储缆完毕或人工停车；

(5)、收缆时，当收缆开关打开后手柄电位计设置收缆速度，PLC的CPU模块通过Profinet通信模块启动负载变频器并设定负载变频器为力矩控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块设定主绞盘变频器为速度控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块设定从绞盘变频器为力矩控制方式；CPU模块通过Profinet通信模块发送主绞盘变频器速度控制字与从绞盘变频器力矩控制字；CPU模块通过Profinet通信模块设定丝杆变频器为速度控制方式，CPU模块通过Profinet通信模块启动储缆变频器并设定储缆变频器为力矩控制方式；驱动牵引绞车开始收缆，直至负载绞车将缆绳全部放出或人工停车；

(6)、控制系统采集系统运行状态，状态量输入模块采集放缆开关的开启信号、收缆开关的开启信号、储缆绞车的启停信号、丝杆向右换向信号、丝杆向左换向信号、缆绳左偏信号、缆绳右偏信号、缆绳长度信号、电机刹车信号和储缆绞车上缆绳圈数信号并通过DI模块传送到PLC的CPU模块，模拟量传感器模块采集缆绳主张力、缆绳尾张力和收放缆速度并通过AD模块传送到PLC的CPU模块；电机参数包括电机转速、电流、频率和力矩，CPU模块通过Profinet通信模块从编码器模块读取各电机转速，CPU模块通过Profinet通信模块从变频器读取各电机电流、频率和力矩信号；CPU模块通过Profinet通信模块将排缆速度、缆绳张力、缆绳长度、张力超限报警、运动不同步报警、停车指令、电机转速、电流、频率和力矩信号传送到触摸屏显示并通过RS422将排缆速度、缆绳张力、缆绳长度、张力超限报警、运动不同步报警、停车指令、电机转速、电流、频率和力矩信号传送到上位机，操作人员进行监控；

(7)、停车过程：在非排放缆不同步的情况下以及非报警状态下的紧急停车，人工停车是触摸屏通过Profinet通信模块利用PLC的CPU模块将负载变频器力矩设定为0，再将主绞盘变频器速度设定为0，再将从绞盘变频器力矩设定为0，再将丝杠变频器速度设定为0，再将储缆变频器力矩设定为0，系统平稳停车。

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