CN111559486A - 一种船舶全回转主推控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船舶全回转主推控制方法及系统，该方法包括：获取主推启动指令，根据预设转速与转速限定范围的第一判断结果启动变频器和主推电机；判断当前主推转速是否达到预设转速，如当前主推转速未达到预设转速，则产生控制变频器频率的第一控制指令；判断是否有新的转速指令，如有新的转速指令则根据新的转速指令与转速限定范围的第二判断结果产生对变频器的频率进行调整的第二控制指令；获取主推方向指令，根据当前主推方向角度与给定角度的第三判断结果产生对主推转向电机的第三控制指令。本发明避免全回转主推在过高转速、过低转速的情况下运行对船舶安全性造成的威胁，实现对智能船舶全回转主推转速、方向的自动控制。

Description

一种船舶全回转主推控制方法及系统

技术领域

本发明涉及智能船舶技术领域，尤其涉及一种船舶全回转主推控制方法及系统。

背景技术

全回转推进器又称Z形推进器、Z轴螺旋桨、全向推进器、舵推进器、转向螺旋桨、旋回螺旋桨，是指通过伞形齿轮装置、蜗轮蜗杆装置等作用使螺旋桨绕竖轴作360°转动，具有推进和操纵船舶两种功能的推进器。全回转推进器能随位置的变化任意改变推力的方向，使船舶原地掉头，进退自如，机动性和操纵性都得到很大提高。

相较于导管推进器和平旋推进器，全回转推进器对于船舶航行时左右前后的操纵性更好，这是因为导管推进器虽然顺车时推力较大，但在倒车时推力较差，操纵性能也不够理想；反之，平旋推进器可以获得良好的操纵性能，但机构复杂，造价高，易损坏。而全回转推进器尽管没有舵，但却可以使螺旋桨的推力完全转换为相当于舵力的作用，以利操纵船舶，而且全回转推进器单位功率推力大，而且后退推力和前进推力基本相同。全回转推进器设置在船舶艉部产生推力进而使船舶实现运动，可使船舶艉部形状简化，减少船舶阻力，并且在推进器发生故障时可以将整机从机舱吊出而不需要进坞，使维修工作大大简化。全回转推进器能够适合于各种工程船舶，例如拖轮、顶轮、浮动起重船、挖泥船、渡轮、作业用平底船等，具有广阔的市场应用前景和军事意义。

主推作为船舶主要的动力装置，能够为船舶提供航行所需动力，是全船的心脏。但是目前针对无人船的主推控制仍无法脱离人工操控实现智能控制。

上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种船舶全回转主推控制方法及系统，解决现有技术中无人船的主推控制无法脱离人工操控实现智能控制的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一方面，本发明提供一种船舶全回转主推控制方法，其包括：

S1：获取主推启动指令，判断是否有预设转速的输入指令并根据预设转速与转速限定范围的第一判断结果启动变频器和主推电机；

S2：判断当前主推转速是否达到预设转速，如果当前主推转速未达到预设转速，则产生控制变频器频率的第一控制指令，直到当前主推转速达到预设转速并稳定运行；

S3：判断是否有新的转速指令，如果没有新的转速指令则继续判断是否有停车指令，如果有新的转速指令则根据新的转速指令与转速限定范围的第二判断结果产生对变频器的频率进行调整的第二控制指令，直到当前主推转速达到预设转速并稳定运行；

S4：获取主推方向指令，根据当前主推方向角度与主推方向指令中给定角度的第三判断结果产生对主推转向电机的第三控制指令。

在本发明的一种示例性实施例中，步骤S1中判断是否有预设转速的输入指令并根据预设转速与转速限定范围的第一判断结果启动变频器和主推电机包括：

如果没有预设转速的输入指令，则发出转速设置提示指令，并再次判断是否有转速输入指令，如果仍没有转速输入指令，则将主推电机的转速设置为允许转速的最低值，并启动变频器和主推电机；

如果有预设转速的输入指令，则根据预设转速与转速限定范围进行判断，得到第一判断结果；

当第一判断结果为预设转速高于最大转速限制时，发出预设转速过高的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将主推电机的预设转速设置为允许转速的最高值，并启动变频器和主推电机；

当第一判断结果为预设转速低于最小转速限制时，发出预设转速过低的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将主推电机的预设转速设置为允许转速的最低值，并启动变频器和主推电机；

当第一判断结果为预设转速处于临界转速时，发出预设临界的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将主推电机的预设转速设置为临界转速的上限值或临界转速的下限值，并启动变频器和主推电机，其中所述临界转速的上限值为最大转速，所述临界转速的下限值为最小转速。

在本发明的一种示例性实施例中，步骤S3中如果没有新的转速指令则继续判断是否有停车指令包括：

如果没有新的转速指令继续判断是否有停车指令，如果有停车指令则变频器和主推电机停车，如果没有停车指令则根据当前主推转速判断是否在转速限定范围内；

如果当前主推转速未高于转速限定范围的最高值，则继续判断当前主推转速是否低于转速限定范围的最低值，如果当前主推转速已高于转速限定范围的最高值，则将主推电机的预设转速设置为允许转速的最高值；

如果当前主推转速未低于转速限定范围的最低值，则继续判断当前主推转速是否处于转速限定范围的临界转速，如果当前主推转速已低于转速限定范围的最低值，则将主推电机的预设转速设置为允许转速的最低值；

如果当前主推转速不处于转速限定范围的临界转速，则维持当前主推转速稳定运行，如果当前主推转速处于转速限定范围的临界转速，则将主推电机的预设转速设置为临界转速的上限值。

在本发明的一种示例性实施例中，步骤S3中根据新的转速指令与转速限定范围的第二判断结果产生对变频器的频率进行调整的第二控制指令包括：

根据新的转速指令确定新的预设转速，将新的预设转速与转速限定范围进行判断，得到第二判断结果；

当第二判断结果为新的预设转速高于最大转速限制时，发出新的预设转速过高的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将新的预设转速设置为允许转速的最高值，并调整变频器的频率；

当第二判断结果为新的预设转速低于最小转速限制时，发出新的预设转速过低的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将新的预设转速设置为允许转速的最低值，并调整变频器的频率；

当第二判断结果为新的预设转速处于临界转速时，发出新预设临界的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将新的预设转速设置为临界转速的上限值或临界转速的下限值，并调整变频器的频率。

在本发明的一种示例性实施例中，步骤S4中根据当前主推方向角度与主推方向指令中给定角度的第三判断结果产生对主推转向电机的第三控制指令包括：

当第三判断结果为当前主推方向角度小于给定角度，则判断是否满足预设条件；

如果满足预设条件则第三控制指令为主推转向电机反转，继续判断是否达到给定角度，如果已达到则第三控制指令为主推转向电机停车，如果未达到则主推转向电机继续旋转直到达到给定角度；

如果不满足预设条件则第三控制指令为主推转向电机正转，继续判断是否达到给定角度，如果已达到则第三控制指令为主推转向电机停车，如果未达到则主推转向电机继续旋转直到达到给定角度；

当第三判断结果为当前主推方向角度大于或等于给定角度，则判断是否满足预设条件；

如果满足预设条件则第三控制指令为主推转向电机正转，继续判断是否达到给定角度，如果已达到则第三控制指令为主推转向电机停车，如果未达到则主推转向电机继续旋转直到达到给定角度；

如果不满足预设条件则第三控制指令为主推转向电机反转，继续判断是否达到给定角度，如果已达到则第三控制指令为主推转向电机停车，如果未达到则主推转向电机继续旋转直到达到给定角度。

在本发明的一种示例性实施例中，预设条件为：

当前主推方向角度-给定角度≤给定角度+(360-当前主推方向角度)。

另一方面，本发明还提供一种船舶全回转主推控制系统，其包括：

主推电机，用于为船舶航行提供推力；

主推转向电机，用于为船舶主推方向进行调整；

变频器，与主推电机和主推转向电机连接，用于通过改变频率对主推电机和主推转向电机进行控制；

传感设备，与主推电机和主推转向电机连接，用于获取主推电机的当前主推转速和主推转向电机的当前主推方向角度；

控制器，与传感设备和主推电机、主推转向电机连接，用于获取当前主推转速和当前主推方向角度；

决策机构，与所述控制器连接，用于获取主推启动指令，判断是否有预设转速的输入指令并根据预设转速与转速限定范围的第一判断结果启动变频器和主推电机；判断当前主推转速是否达到预设转速，如果当前主推转速未达到预设转速，则产生控制变频器频率的第一控制指令，直到当前主推转速达到预设转速并稳定运行；判断是否有新的转速指令，如果没有新的转速指令则继续判断是否有停车指令，如果有新的转速指令则根据新的转速指令与转速限定范围的第二判断结果产生对变频器的频率进行调整的第二控制指令，直到当前主推转速达到预设转速并稳定运行；获取主推方向指令，根据当前主推方向角度与主推方向指令中给定角度的第三判断结果产生对主推转向电机的第三控制指令。

在本发明的一种示例性实施例中，还包括：

交换机，与控制器和决策机构连接；

上位机，与交换机连接，用于获取主推启动指令、主推方向指令并发送给控制器，以及显示当前主推转速、当前主推转向角度和报警信息。

在本发明的一种示例性实施例中，还包括：

转向蜗轮蜗杆，与主推转向电机机械连接，转向蜗轮蜗杆在主推转向电机的驱动下对主推方向进行调整；

主推螺旋桨，与主推电机机械连接，主推螺旋桨在主推电机的带动下旋转，为船舶航行提供推力。

在本发明的一种示例性实施例中，传感设备包括：

转速传感器，用于针对主推螺旋桨进行信息采集，得到当前主推转速；

角度传感器，用于针对转向蜗轮蜗杆进行信息采集，得到当前主推方向角度。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明实施例提供的船舶全回转主推控制方法及系统，通过传感器和控制器能够对全回转主推的运行状态进行监控，当全回转主推出现临界转速、转速过高和转速过低的情况时能够及时对主推进行控制，避免全回转主推在临界转速、过高转速、过低转速的情况下运行对船舶安全性造成的威胁，实现对智能船舶全回转主推转速、方向的自动控制。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种船舶全回转主推控制方法的流程图；

图2为本发明另一实施例中提供的一种船舶全回转主推控制系统的组成示意图；

图3为本发明另一实施例图2中的船舶全回转主推控制系统的硬件结构示意图；

图4为本发明实施例中步骤S1和S2的决策过程逻辑图；

图5为本发明实施例中步骤S3的决策过程逻辑图；

图6为本发明实施例中步骤S4的决策过程逻辑图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种船舶全回转主推控制方法及系统，解决智能船舶设计领域尚无完全脱离人工控制的智能船舶全回转主推控制系统的问题，解决智能船舶全回转主推在自动控制状态下的启停问题，解决全回转主推处于临界转速状态下以及运行过程中出现转速过高/过低状态对船舶安全性造成威胁的问题，解决智能船舶全回转主推方向和主推转速自动控制的问题。

图1为本发明一实施例提供的一种船舶全回转主推控制方法的流程图，如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤S1：获取主推启动指令，判断是否有预设转速的输入指令并根据预设转速与转速限定范围的第一判断结果启动变频器和主推电机；

步骤S2：判断当前主推转速是否达到预设转速，如果当前主推转速未达到预设转速，则产生控制变频器频率的第一控制指令，直到当前主推转速达到预设转速并稳定运行；

步骤S3：判断是否有新的转速指令，如果没有新的转速指令则继续判断是否有停车指令，如果有新的转速指令则根据新的转速指令与转速限定范围的第二判断结果产生对变频器的频率进行调整的第二控制指令，直到当前主推转速达到预设转速并稳定运行；

步骤S4：获取主推方向指令，根据当前主推方向角度与主推方向指令中给定角度的第三判断结果产生对主推转向电机的第三控制指令。

与上述方法相对应的，图2为本发明另一实施例中提供的一种船舶全回转主推控制系统的组成示意图，如图2所示，该系统包括：主推电机210、主推转向电机220、变频器230、传感设备240、控制器250和决策机构260。

主推电机210用于为船舶航行提供推力；主推转向电机220用于为船舶主推方向进行调整；变频器230与主推电机210和主推转向电机220连接，用于通过改变频率对主推电机和主推转向电机进行控制；传感设备240与主推电机210和主推转向电机220连接，用于获取主推电机的当前主推转速和主推转向电机的当前主推方向角度；控制器250与传感设备240和主推电机210、主推转向电机220连接，用于获取当前主推转速和当前主推方向角度；决策机构260与所述控制器250连接，用于获取主推启动指令，判断是否有预设转速的输入指令并根据预设转速与转速限定范围的第一判断结果启动变频器和主推电机；判断当前主推转速是否达到预设转速，如果当前主推转速未达到预设转速，则产生控制变频器频率的第一控制指令，直到当前主推转速达到预设转速并稳定运行；判断是否有新的转速指令，如果没有新的转速指令则继续判断是否有停车指令，如果有新的转速指令则根据新的转速指令与转速限定范围的第二判断结果产生对变频器的频率进行调整的第二控制指令，直到当前主推转速达到预设转速并稳定运行；获取主推方向指令，根据当前主推方向角度与主推方向指令中给定角度的第三判断结果产生对主推转向电机的第三控制指令。

在本发明的一种示例性实施例中，该系统中还包括：交换机270和上位机280，交换机270与控制器250和决策机构260连接；上位机280与交换机270连接，用于获取主推启动指令、主推方向指令并发送给控制器，以及显示当前主推转速、当前主推转向角度和报警信息。

图3为本发明另一实施例图2中的船舶全回转主推控制系统的硬件结构示意图，如图3所示，该系统包括：信息集成平台301、交换机302、PLC 303、变频器304、主推转向电机305、主推电机306、装箱蜗轮蜗杆307、主推螺旋桨308、角度传感器309、速度传感器310、HMI311和接口转换器312。

在本发明的一种示例性实施例中，决策机构设置在信息集成平台301中，信息集成平台301用于显示被控全回转主推的转速、方向信息。其内部搭载智能船舶决策算法，可以根据被控全回转主推的状态以及船舶航行过程中采集的船舶各项参数以及环境参数对全回转主推进行控制决策，如对全回转主推的转速以及全回转主推推进方向进行决策。交换机302用于将智能船舶信息平台301、HMI 311、PLC 303之间的连接与数据传输，使智能船舶全回转主推控制系统成为数据互通的整体。信息集成平台301与HMI 311、PLC 303之间通过交换机、网线实现以太网通讯连接，并进行数据的交换。

在本发明的一种示例性实施例中，控制器通过PLC 303实现，内部搭载智能船舶全回转主推PLC控制程序，接收信息集成平台的决策信息，具体控制智能船舶全回转主推的转速、推进方向等。PLC 303与变频器304之间使用USS通讯协议，实现PLC对变频器的控制。

在本发明的一种示例性实施例中，变频器304应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备，同时为智能船舶全回转主推提供过流、过压、过载保护等。变频器304与主推电机305、主推转向电机306之间进行电气连接，变频器通过改变输出的频率实现对主推电机、主推转向电机的控制。变频器频率指的是控制三相异步电动机的磁极正反交替的频率，随着磁极交替的频率变化可以控制电动机的转速，调整变频器频率就是调整电动机转速。调整方式为使用PRIFIBUS-DP总线或者MODBUS(RTU)和模拟量转换输入等方式向变频器指定接口输入16进制控制字符进行完成频率的设定。

在本发明的一种示例性实施例中，用于实现全回转主推的部件具体包括主推转向电机305、主推电机306、转向蜗轮蜗杆307和主推螺旋桨308。其中转向蜗轮蜗杆307与主推转向电机305机械连接，主推螺旋桨308与主推电机306机械连接，通过不同形式的机械传统实现推力的输出以及方向的变换，转向蜗轮蜗杆307在主推转向电机305的驱动下对主推方向进行调整，主推螺旋桨308在主推电机306的带动下旋转，为船舶航行提供推力。主推转向电机305的作用是将智能船舶电站传输的电能转换为机械能，通过与之相连的转向蜗轮蜗杆307对智能船舶全回转主推的方向进行调整。主推电机306把电能转换成机械能的一种设备，利用通电线圈产生旋转磁场并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩。电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线(磁场方向)方向有关，电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。主推电机306的作用是将智能船舶电站传输的电能转换为机械能，并通过机械传动装置，将机械能传递给主推螺旋桨308，带动主推螺旋桨308的旋转，从而产生船舶航行所需的推力。

在本发明的一种示例性实施例中，传感设备包括转速传感器310和角度传感器309，转速传感器310用于针对主推螺旋桨进行信息采集，角度传感器309用于针对转向蜗轮蜗杆进行信息采集。转速传感器310用于采集智能船舶全回转推进器当前的转速(即当前主推转速)，为PLC 303对全回转主推的转速控制提供相应的参数信息，并为智能船舶信息集成平台对全回转主推控制的决策提供依据。角度传感器309用于采集智能船舶全回转推进器当前的角度(即当前主推方向角度)，为PLC对全回转主推的方向控制提供相应的参数信息，并为智能船舶信息集成平台对全回转主推控制的决策提供依据。

在本发明的一种示例性实施例中，PLC的上位机通过HMI 311实现，支持以太网数据接口，通过以太网接口与交换机302通讯连接。用来在智能船舶全回转主推出现故障需人工进行维护时向维护人员展示全回转主推的各项工作状态参数信息。

在本发明的一种示例性实施例中，接口转换器312用于将转速传感器、角度传感器自身的通讯方式、通讯协议转换为PLC所能识别并使用的通讯方式、通讯协议，将转速传感器、角度传感器采集的参数信息传输到PLC中，实现闭环控制。因此，转速传感器、角度传感器通过使用接口转换器实现与PLC的连接，进而实现数据信息的传输。

以下基于图3所示的硬件结构对图1所示方法的步骤进行详细介绍：

如图1所示，在步骤S1中，获取主推启动指令，判断是否有预设转速的输入指令并根据预设转速与转速限定范围的第一判断结果启动变频器和主推电机。

在本发明的一种示例性实施例中，该步骤中可以通过上位机获取主推启动指令。步骤S1中判断是否有预设转速的输入指令并根据预设转速与转速限定范围的第一判断结果启动变频器和主推电机包括：

11)如果没有预设转速的输入指令，则发出转速设置提示指令，并再次判断是否有转速输入指令，如果仍没有转速输入指令，则将主推电机的转速设置为允许转速的最低值，并启动变频器和主推电机。

12)如果有预设转速的输入指令，则根据预设转速与转速限定范围进行判断，得到第一判断结果。当第一判断结果为预设转速高于最大转速限制时，发出预设转速过高的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将主推电机的预设转速设置为允许转速的最高值，并启动变频器和主推电机。当第一判断结果为预设转速低于最小转速限制时，发出预设转速过低的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将主推电机的预设转速设置为允许转速的最低值，并启动变频器和主推电机。当第一判断结果为预设转速处于临界转速时，发出预设临界的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将主推电机的预设转速设置为临界转速的上限值或临界转速的下限值，并启动变频器和主推电机，其中所述临界转速的上限值为最大转速，所述临界转速的下限值为最小转速。

如图1所示，在步骤S2中，判断当前主推转速是否达到预设转速，如果当前主推转速未达到预设转速，则产生控制变频器频率的第一控制指令，直到当前主推转速达到预设转速并稳定运行。

在本发明的一种示例性实施例中，该步骤中主要是将当前主推转速(也就是实际转速)与预设转速的大小进行比较，并根据比较结果给出决策信息。如果达到预设转速就维持当前主推转速稳定运行，如果未达到预设转速，则通过变频器的控制后等待当前主推转速变化到满足预设转速。

图4为本发明实施例中步骤S1和S2的决策过程逻辑图，如图4所示：

收到主推启动指令后，判断当前是否有预设转速输入，若判断有预设转速输入则需要进一步判断预设转速是否高于最大转速限制，若判断不高于最大转速限制，则继续判断预设转速是否低于最小转速限制，若判断不低于最小转速限制，则继续判断预设转速是否处于临界转速，若判断预设转速不处于临界转速，则变频器启动，主推电机启动；

若在判断是否有预设转速输入时判断没有预设转速输入，则给出转速设置提示指令信息，并再次判断是否有转速输入指令，若判断仍未输入转速，则将转速设置为允许转速的最低值，进而启动变频器、主推电机；若再次判断是否有转速输入指令时的判断结果为已有转速输入，则转到判断预设转速是否高于最大转速判断框，并进行之后的判断。

若在判断预设转速是否高于最大转速时的判断结果为预设转速高于最大转速限制，则发出预设转速过高报警，继续判断是否重设转速输入，若判断有重设转速输入，则消除报警，并转到判断预设转速是否高于最大转速限制判断框，并进行之后的判断。若判断未重设转速输入，则将转速预设值设置为允许最高限速，进而变频器启动、主推电机启动。

若在判断预设转速是否低于最小转速限制时的判断结果为预设转速低于最小转速限制，则发出预设转速过低报警，继续判断是否重设转速输入，若判断有重设转速输入，则消除报警，并转到判断预设转速是否高于最小转速限制判断框，并进行之后的判断。若判断未重设转速输入，则将转速预设值设置为允许最低限速，进而变频器启动、主推电机启动。

若在判断预设转速是否处于临界转速时的判断结果为预设转速处于临界转速，则发出预设临界报警，继续判断是否重设转速输入，若判断有重设转速输入，则消除报警，并转到判断预设转速是否高于最高转速判断框，并进行之后的判断。若判断未重设转速输入，则将转速预设值设置为临界转速的上限值或临界转速的下限值，进而变频器启动、主推电机启动。

本实施例中的最大转速与最小转速之间的关系为转速的一个上下限值，电机启动之后要保持一个最低的转速，这就是最小转速限制，最大转速限制就是电机在运转下不能超过的最高转速，系统设置中对其提供了最高转速保护。

变频器启动、主推电机启动后，需要判断当前主推转速是否已经达到预设转速，若判断已经达到预设转速，则维持当前转速稳定运行(即AA操作)。若判断当前转速尚未达到预设转速，则变频器频率继续变化，并以固定周期循环判断当前转速是否已经达到预设转速。

另外，如图4所示，收到主推启动指令后，除了判断是否有预设转速输入之外，还包括BB操作，具体在后文介绍。

如图1所示，在步骤S3中，判断是否有新的转速指令，如果没有新的转速指令则继续判断是否有停车指令，如果有新的转速指令则根据新的转速指令与转速限定范围的第二判断结果产生对变频器的频率进行调整的第二控制指令，直到当前主推转速达到预设转速并稳定运行。

在本发明的一种示例性实施例中，该步骤中如果没有新的转速指令则继续判断是否有停车指令包括：

如果没有新的转速指令继续判断是否有停车指令，如果有停车指令则变频器和主推电机停车，如果没有停车指令则根据当前主推转速判断是否在转速限定范围内；

如果当前主推转速未高于转速限定范围的最高值，则继续判断当前主推转速是否低于转速限定范围的最低值，如果当前主推转速已高于转速限定范围的最高值，则将主推电机的预设转速设置为允许转速的最高值；

如果当前主推转速未低于转速限定范围的最低值，则继续判断当前主推转速是否处于转速限定范围的临界转速，如果当前主推转速已低于转速限定范围的最低值，则将主推电机的预设转速设置为允许转速的最低值；

如果当前主推转速不处于转速限定范围的临界转速，则维持当前主推转速稳定运行，如果当前主推转速处于转速限定范围的临界转速，则将主推电机的预设转速设置为临界转速的上限值。

在本发明的一种示例性实施例中，该步骤中根据新的转速指令与转速限定范围的第二判断结果产生对变频器的频率进行调整的第二控制指令包括：

根据新的转速指令确定新的预设转速，将新的预设转速与转速限定范围进行判断，得到第二判断结果；

当第二判断结果为新的预设转速高于最大转速限制时，发出新的预设转速过高的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将新的预设转速设置为允许转速的最高值，并调整变频器的频率。

当第二判断结果为新的预设转速低于最小转速限制时，发出新的预设转速过低的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将新的预设转速设置为允许转速的最低值，并调整变频器的频率。

当第二判断结果为新的预设转速处于临界转速时，发出新预设临界的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将新的预设转速设置为临界转速的上限值或临界转速的下限值，并调整变频器的频率。

图5为本发明实施例中步骤S3的决策过程逻辑图，如图5示出主推运行中转速调整控制的决策，具体包括：

在主推启动后稳定运行(AA操作)过程中需要判断是否有新的转速指令输入，若判断没有新的转速输入指令，则继续判断是否停车，若判断结果为不停车，则继续判断当前主推电机的运行转速是否过高，若判断当前主推电机的运行转速并未超限，则继续判断当前主推电机的运行转速是否过低，若判断当前主推电机的运行转速不低于转速限定范围，则继续判断当前主推电机的运行转速是否处于临界转速，若判断当前主推电机的运行转速不处于临界转速则维持当前转速稳定运行。

若在判断是否有新的转速指令输入时的判断结果为有新的转速指令输入，则需要判断预设转速是否高于最大转速限制，若判断不高于最大转速限制，则继续判断预设转速是否低于最小转速限制，若判断不低于最小转速限制，则继续判断预设转速是否处于临界转速，若判断预设转速不处于临界转速，则变频器设置频率调整；

若在判断新的预设转速是否高于最大转速限制时的判断结果为预设转速高于最大转速限制，则发出预设转速过高报警，继续判断是否重设转速输入，若判断有重设转速输入，则消除报警，并转到判断预设转速是否高于最大转速判断框，并进行之后的判断。若判断未重设转速输入，则将转速预设值设置为允许最高限速，进而对变频器和主推电机进行调整。通过对上位机传达的一个转速指令进行判断，若上位机给出的转速指令大于船舶机械结构所能负载的转速，则不会执行上位机给出的转速，而是将PLC程序内设定的最大转速进行调用，同时输出警报提醒操作人员数值过大，如果操作人员重新调整转速命令到PLC程序中最大设定值以下，则警报自动解除。

若在判断新的预设转速是否低于最小转速限制时的判断结果为预设转速低于最小转速限制，则发出预设转速过低报警，继续判断是否重设转速输入，若判断有重设转速输入，则消除报警，并转到判断预设转速是否高于最小转速限制判断框，并进行之后的判断。若判断未重设转速输入，则将转速预设值设置为允许最低限速，进而变频器设置频率调整。

若在判断新的预设转速是否处于临界转速时的判断结果为预设转速处于临界转速，则发出预设临界报警，继续判断是否重设转速输入，若判断有重设转速输入，则消除报警，并转到判断预设转速是否高于临界转速限制判断框，并进行之后的判断。若判断未重设转速输入，则将转速预设值设置为临界转速上限值或临界转速下限值，进而变频器设置频率调整。

经过变频器设置频率调整后，需要判断当前主推转速是否已经达到新的预设转速，若判断已经达到新的预设转速，则维持当前主推转速稳定运行。若判断当前转速尚未达到新的预设转速，则变频器频率继续变化，并以固定周期循环判断当前主推转速是否已经达到新的预设转速。

如图1所示，在步骤S4中，获取主推方向指令，根据当前主推方向角度与主推方向指令中给定角度的第三判断结果产生对主推转向电机的第三控制指令。

在本发明的一种示例性实施例中，该步骤中根据当前主推方向角度与主推方向指令中给定角度的第三判断结果产生对主推转向电机的第三控制指令包括：

当第三判断结果为当前主推方向角度小于给定角度，则判断是否满足预设条件，预设条件为：当前主推方向角度-给定角度≤给定角度+(360-当前主推方向角度)，其中给定角度属于上位机控制系统传输给底层控制单元的一个期望到达的角度。

如果满足预设条件则第三控制指令为主推转向电机反转，继续判断是否达到给定角度，如果已达到则第三控制指令为主推转向电机停车，如果未达到则主推转向电机继续旋转直到达到给定角度；

如果不满足预设条件则第三控制指令为主推转向电机正转，继续判断是否达到给定角度，如果已达到则第三控制指令为主推转向电机停车，如果未达到则主推转向电机继续旋转直到达到给定角度；

当第三判断结果为当前主推方向角度大于或等于给定角度，则判断是否满足预设条件；

如果满足预设条件则第三控制指令为主推转向电机正转，继续判断是否达到给定角度，如果已达到则第三控制指令为主推转向电机停车，如果未达到则主推转向电机继续旋转直到达到给定角度；

如果不满足预设条件则第三控制指令为主推转向电机反转，继续判断是否达到给定角度，如果已达到则第三控制指令为主推转向电机停车，如果未达到则主推转向电机继续旋转直到达到给定角度。

图6为本发明实施例中步骤S4的决策过程逻辑图，具体包括：

判断是否有新的主推方向指令输入(即图6中BB操作)，若判断有新的主推方向输入，则根据给定的主推方向判断当前主推方向角度(即当前角度)是否小于给定角度，若判断当前角度小于给定角度，则根据公式[当前角度-给定角度≤给定角度+(360-当前角度)]继续判断，若判断结果为是，则主推转向电机启动并反转，继而需要判断是否到达给定角度，若判断已经到达给定角度，则主推转向电机停车；若判断尚未到达给定角度，则主推转向电机继续稳定旋转，并以固定周期循环判断是否已经到达给定角度。若根据公式判断的结果为否，则主推转向电机启动并正转，继而需要判断是否到达给定角度，若判断已经到达给定角度，则主推转向电机停车；若判断尚未到达给定角度，则主推转向电机继续稳定旋转，并以固定周期循环判断是否已经到达给定角度。

若判断当前主推方向角度大于给定角度，则根据给定公式[给定角度-当前角度≤当前角度+(360-给定角度)]继续判断，若判断结果为是，则主推转向电机启动并正转，继而需要判断是否到达给定角度，若判断已经到达给定角度，则主推转向电机停车；若判断尚未到达给定角度，则主推转向电机继续稳定旋转，并以固定周期循环判断是否已经到达给定角度。若根据公式判断的结果为否，则主推转向电机启动并反转，继而需要判断是否到达给定角度，若判断已经到达给定角度，则主推转向电机停车；若判断尚未到达给定角度，则主推转向电机继续稳定旋转，并以固定周期循环判断是否已经到达给定角度。

主推转向电机停车后，返回判断是否有新的方向输入(即返回BB操作)，并进行之后的判断。

基于图1-图6所示，搭建船舶全回转主推控制系统的整体架构，进行硬件设备之间的连接，在PLC内部按照图4-6的逻辑进行决策，完成智能船舶全回主推设备的自动化控制过程。

综上所述，采用本发明实施例提供的船舶全回转主推控制方法及系统，具有如下效果：

(1)通过使用PLC以及传感器能够对全回转主推的运行状态进行监控，当全回转主推出现临界转速、转速过高和转速过低的情况时能够及时对主推进行控制，避免全回转主推在临界转速、过高转速、过低转速的情况下运行对船舶安全性造成的威胁。

(2)通过使用PLC以及对其控制逻辑、控制程序的设计实现对智能船舶全回转主推转速、方向的自动控制，使主推能够在无人控制的情况下工作。

(3通过使用PLC以及对其控制逻辑、控制程序的设计实现对智能船舶全回转主推自动启停的控制。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本发明实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、触控终端、或者网络设备等)执行根据本发明实施方式的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种船舶全回转主推控制方法，其特征在于，其包括：

S1：获取主推启动指令，判断是否有预设转速的输入指令并根据预设转速与转速限定范围的第一判断结果启动变频器和主推电机；

S2：判断当前主推转速是否达到预设转速，如果当前主推转速未达到预设转速，则产生控制变频器频率的第一控制指令，直到当前主推转速达到预设转速并稳定运行；

S3：判断是否有新的转速指令，如果没有新的转速指令则继续判断是否有停车指令，如果有新的转速指令则根据新的转速指令与转速限定范围的第二判断结果产生对变频器的频率进行调整的第二控制指令，直到当前主推转速达到预设转速并稳定运行；

S4：获取主推方向指令，根据当前主推方向角度与主推方向指令中给定角度的第三判断结果产生对主推转向电机的第三控制指令。

2.如权利要求1所述的船舶全回转主推控制方法，其特征在于，步骤S1中判断是否有预设转速的输入指令并根据预设转速与转速限定范围的第一判断结果启动变频器和主推电机包括：

如果没有预设转速的输入指令，则发出转速设置提示指令，并再次判断是否有转速输入指令，如果仍没有转速输入指令，则将主推电机的转速设置为允许转速的最低值，并启动变频器和主推电机；

如果有预设转速的输入指令，则根据预设转速与转速限定范围进行判断，得到第一判断结果；

当第一判断结果为预设转速高于最大转速限制时，发出预设转速过高的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将主推电机的预设转速设置为允许转速的最高值，并启动变频器和主推电机；

当第一判断结果为预设转速低于最小转速限制时，发出预设转速过低的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将主推电机的预设转速设置为允许转速的最低值，并启动变频器和主推电机；

当第一判断结果为预设转速处于临界转速时，发出预设临界的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将主推电机的预设转速设置为临界转速的上限值或临界转速的下限值，并启动变频器和主推电机，其中所述临界转速的上限值为最大转速，所述临界转速的下限值为最小转速。

3.如权利要求1所述的船舶全回转主推控制方法，其特征在于，步骤S3中如果没有新的转速指令则继续判断是否有停车指令包括：

如果没有新的转速指令继续判断是否有停车指令，如果有停车指令则变频器和主推电机停车，如果没有停车指令则根据当前主推转速判断是否在转速限定范围内；

如果当前主推转速未高于转速限定范围的最高值，则继续判断当前主推转速是否低于转速限定范围的最低值，如果当前主推转速已高于转速限定范围的最高值，则将主推电机的预设转速设置为允许转速的最高值；

如果当前主推转速未低于转速限定范围的最低值，则继续判断当前主推转速是否处于转速限定范围的临界转速，如果当前主推转速已低于转速限定范围的最低值，则将主推电机的预设转速设置为允许转速的最低值；

如果当前主推转速不处于转速限定范围的临界转速，则维持当前主推转速稳定运行，如果当前主推转速处于转速限定范围的临界转速，则将主推电机的预设转速设置为临界转速的上限值。

4.如权利要求2所述的船舶全回转主推控制方法，其特征在于，步骤S3中根据新的转速指令与转速限定范围的第二判断结果产生对变频器的频率进行调整的第二控制指令包括：

根据新的转速指令确定新的预设转速，将新的预设转速与转速限定范围进行判断，得到第二判断结果；

当第二判断结果为新的预设转速高于最大转速限制时，发出新的预设转速过高的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将新的预设转速设置为允许转速的最高值，并调整变频器的频率；

当第二判断结果为新的预设转速低于最小转速限制时，发出新的预设转速过低的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将新的预设转速设置为允许转速的最低值，并调整变频器的频率；

当第二判断结果为新的预设转速处于临界转速时，发出新预设临界的报警指令以及转速重设指令，如果收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则消除报警，如果仍未收到针对转速重设指令响应产生的重设转速，则将新的预设转速设置为临界转速的上限值或临界转速的下限值，并调整变频器的频率。

5.如权利要求1所述的船舶全回转主推控制方法，其特征在于，步骤S4中根据当前主推方向角度与主推方向指令中给定角度的第三判断结果产生对主推转向电机的第三控制指令包括：

当第三判断结果为当前主推方向角度小于给定角度，则判断是否满足预设条件；

如果满足预设条件则第三控制指令为主推转向电机反转，继续判断是否达到给定角度，如果已达到则第三控制指令为主推转向电机停车，如果未达到则主推转向电机继续旋转直到达到给定角度；

如果不满足预设条件则第三控制指令为主推转向电机正转，继续判断是否达到给定角度，如果已达到则第三控制指令为主推转向电机停车，如果未达到则主推转向电机继续旋转直到达到给定角度；

当第三判断结果为当前主推方向角度大于或等于给定角度，则判断是否满足预设条件；

如果满足预设条件则第三控制指令为主推转向电机正转，继续判断是否达到给定角度，如果已达到则第三控制指令为主推转向电机停车，如果未达到则主推转向电机继续旋转直到达到给定角度；

如果不满足预设条件则第三控制指令为主推转向电机反转，继续判断是否达到给定角度，如果已达到则第三控制指令为主推转向电机停车，如果未达到则主推转向电机继续旋转直到达到给定角度。

6.如权利要求5所述的船舶全回转主推控制方法，其特征在于，预设条件为：

当前主推方向角度-给定角度≤给定角度+(360-当前主推方向角度)。

7.一种船舶全回转主推控制系统，其特征在于，其包括：

主推电机，用于为船舶航行提供推力；

主推转向电机，用于为船舶主推方向进行调整；

变频器，与主推电机和主推转向电机连接，用于通过改变频率对主推电机和主推转向电机进行控制；

传感设备，与主推电机和主推转向电机连接，用于获取主推电机的当前主推转速和主推转向电机的当前主推方向角度；

控制器，与传感设备和主推电机、主推转向电机连接，用于获取当前主推转速和当前主推方向角度；

决策机构，与所述控制器连接，用于获取主推启动指令，判断是否有预设转速的输入指令并根据预设转速与转速限定范围的第一判断结果启动变频器和主推电机；判断当前主推转速是否达到预设转速，如果当前主推转速未达到预设转速，则产生控制变频器频率的第一控制指令，直到当前主推转速达到预设转速并稳定运行；判断是否有新的转速指令，如果没有新的转速指令则继续判断是否有停车指令，如果有新的转速指令则根据新的转速指令与转速限定范围的第二判断结果产生对变频器的频率进行调整的第二控制指令，直到当前主推转速达到预设转速并稳定运行；获取主推方向指令，根据当前主推方向角度与主推方向指令中给定角度的第三判断结果产生对主推转向电机的第三控制指令。

8.如权利要求7所述的船舶全回转主推控制系统，其特征在于，还包括：

交换机，与控制器和决策机构连接；

上位机，与交换机连接，用于获取主推启动指令、主推方向指令并发送给控制器，以及显示当前主推转速、当前主推转向角度和报警信息。

9.如权利要求7所述的船舶全回转主推控制系统，其特征在于，还包括：

转向蜗轮蜗杆，与主推转向电机机械连接，转向蜗轮蜗杆在主推转向电机的驱动下对主推方向进行调整；

主推螺旋桨，与主推电机机械连接，主推螺旋桨在主推电机的带动下旋转，为船舶航行提供推力。

10.如权利要求9所述的船舶全回转主推控制系统，其特征在于，传感设备包括：

转速传感器，用于针对主推螺旋桨进行信息采集，得到当前主推转速；

角度传感器，用于针对转向蜗轮蜗杆进行信息采集，得到当前主推方向角度。

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