CN113800416A - 科考船主动补偿绞车系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种科考船主动补偿绞车系统及其使用方法，该系统主要包括储缆绞车、牵引绞车、缆松弛补偿器和主动升沉补偿装置；其中，缆绳经储缆绞车伸出，绕过滑轮组与负载连接；所述缆松弛补偿器设置在牵引绞车滑轮组之间，实现储缆绞车与牵引绞车之间的恒张力控制；所述主动升沉补偿装置与牵引绞车电机连接，所述主动升沉补偿装置输出的控制信号响应于船体的升沉状态变化，用以控制牵引绞车电机的转向和转速，从而实现主动升沉补偿。本发明可用于海洋地质勘探取样、水下机器人投放、海底生物拖网取样等深海作业，是海洋资源勘探和开发过程中不可或缺的设备。

Description

科考船主动补偿绞车系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及科考船补偿绞车，具体而言，尤其涉及带主动补偿装置的科考船绞车系统及其使用方法。

背景技术

海洋绞车是出海作业时不可缺少的设备，其产品质量直接影响了海上作业的安全和效率。由于海上作业环境恶劣，海风海浪以及雨雪天气会造成船体升沉运动，这不仅影响了绞车吊放的速度和精准性，还会在结构上增加动负荷，增加作业的危险性，严重时还会导致绳索断裂、机器烧毁甚至人员伤亡。随波浪升沉工况对海洋绞车的海上作业影响非常大，此时需要以一种补偿系统来消除波浪的影响。

在海上作业的船舶，由于风、浪、流的联合作用，将产生三个方向上的六个自由度的运动，分别是沿三坐标轴的往复振荡运动和绕三坐标轴的旋转运动。母船上的绞车设备也随着工作母船在产生六个自由度的运动，使起吊负载的位置产生起伏和摇摆，影响作业安全。起重母船通常通过安装船舶动力定位系统，采用推力器来提供抵抗风、浪、流等作用在船上的环境力，从而尽可能地使母船维持在海平面上要求的位置，同时消除其横荡、纵荡和艏摇等运动对船舶位置的影响，但是母船升沉运动无法通过船舶动力定位系统消除。

发明内容

根据上述提出升沉运动无法通过船舶动力定位系统消除的技术问题，而提供一种科考船主动补偿绞车系统及其使用方法。本发明可以很好地防止由于相对运动而产生的缆绳松弛现象，使被吊重物不受母船的升沉运动影响而基本上保持位置不变，进而有效防止以上状况的发生，保障科考作业的安全性。

本发明采用的技术手段如下：

一种科考船主动补偿绞车系统，包括：储缆绞车、牵引绞车、缆松弛补偿器和主动升沉补偿装置；其中，缆绳经储缆绞车伸出，绕过滑轮组与负载连接；所述缆松弛补偿器设置在牵引绞车滑轮组之间，实现储缆绞车与牵引绞车之间的恒张力控制；

所述主动升沉补偿装置与牵引绞车电机连接，所述主动升沉补偿装置输出的控制信号响应于船体的升沉状态变化，用以控制牵引绞车电机的转向和转速，从而实现主动升沉补偿。

进一步地，所述主动升沉补偿装置包括：运动参考单元MRU、PLC控制器以及变频器；

所述运动参考单元MRU用于采集船体升沉信号，并将船体升沉信号传输给PLC控制器；

所述PLC控制器基于接收的船体升沉信号升成将控制信号并传输到变频器；

所述变频器与牵引绞车电机相连，将控制信号转换为电机驱动信号对电机的转向和转速进行控制。

进一步地，所述变频器采用恒转速控制模式。

进一步地，所述储缆绞车还配有用以可扩展搭载可视化地质取样设备的滑环接口。

本发明还提供了一种基于上述任意一项所述的科考船主动补偿绞车系统的使用方法，包括以下步骤：

开启主动升沉补偿装置与绞车系统同步运行；

运动参考单元MRU实时检测海洋绞车的工作参数并传入PLC控制器；

PLC控制器对参数信号进行处理后得到控制信号，并将控制信号传输至变频器；

通过变频器将控制信号转化为电机驱动信号，从而控制电机转速与转向来驱动绞车，从而控制海洋绞车收放钢丝绳，实现主动升沉补偿功能。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用变频电机驱动牵引绞车和储缆绞车，排揽丝杠与带有编码器的交流变频电机相连，从而保证排缆整齐有序。

2、本发明将缆松弛补偿器放置在储缆绞车与牵引绞车之间，防止缆绳因疲劳磨损过早失效。

3、本发明采用主动补偿装置可海洋环境对海上科考作业的影响，提高了水下科考作业定位精度。

4、本发明由电动控制绞车系统来实现，其控制响应速度快、补偿精度高、对复杂多变的海况适应性强。

5、本发明在控制系统的设计上较为简单，控制储缆绞车的主动卷动即可，避免了复杂的液压和机械辅助装置，可有效节省船舶空间。

基于上述理由，本发明可以在海洋科学领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明主动补偿绞车系统总体布置示意图。

图2为本发明的主动升沉补偿装置的原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种科考船主动补偿绞车系统，主要包括：储缆绞车、缆松弛补偿器、牵引绞车和主动升沉补偿装置。其中，缆绳经储缆绞车伸出，绕过滑轮组与负载连接；牵引绞车减少张力突变对储缆绞车的排缆影响，储缆绞车实现与牵引绞车恒张力控制；牵引绞车电机实现主动升沉补偿。本发明中所用的缆绳可以是钢缆、纤维缆或者其他种类的承重缆绳。

进一步地，缆松弛补偿器放置在储缆绞车与牵引绞车之间。用于保持牵引绞车与储缆绞车之间缆绳的同步，防止缆绳因疲劳磨损过早失效，并在应急刹车状态下，限制缆绳的反向张力。

储缆绞车还配有用以可扩展搭载可视化地质取样设备的滑环接口，可实现全海深可视化地质取样作业。

如图2所示，所述主动升沉补偿装置主要包括运动参考单元MRU、PLC控制器，变频器；所述运动参考单元MRU将船体升沉信号传输给PLC控制器；所述PLC控制器将控制信号传输到变频器；所述变频器对电机的转向和转速进行控制。

进一步地，所述运动参考单元MRU能监测船体升沉位移信号。

进一步地，所述变频器采用恒转速控制模式。

本发明还提供了基于上述任意一项所述主动补偿绞车系统的使用方法：

主动升沉补偿系统根据反馈控制原理，经由运动参考单元MRU对姿态实时检测，为调整姿态提供实时数值依据；经由惯性测量单元IMU检测和测量加速度与旋转运动。这些传感器作为PLC控制器的输入单元将船舶升沉数据参数信号转换成电信号，并传入PLC控制器。控制器将它们存入I/O映象区中的相应的单元内，待输入采样结束后，转入用户程序执行阶段，根据所储程序进行逻辑运算，之后CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。经控制器处理后得到控制信号，控制信号进入变频器后，通过变频器控制电机转速与转向来驱动绞车，从而控制海洋绞车收放钢丝绳，实现主动升沉补偿功能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种科考船主动补偿绞车系统，其特征在于，包括：储缆绞车、牵引绞车、缆松弛补偿器和主动升沉补偿装置；其中，缆绳经储缆绞车伸出，绕过滑轮组与负载连接；所述缆松弛补偿器设置在牵引绞车滑轮组之间，实现储缆轿车与牵引绞车之间的恒张力控制；

所述主动升沉补偿装置与牵引绞车电机连接，所述主动升沉补偿装置输出的控制信号响应于船体的升沉状态变化，用以控制牵引绞车电机的转向和转速，从而实现主动升沉补偿。

2.根据权利要求1所述的科考船主动补偿绞车系统，其特征在于，所述主动升沉补偿装置包括：运动参考单元MRU、PLC控制器以及变频器；

所述运动参考单元MRU用于采集船体升沉信号，并将船体升沉信号传输给PLC控制器；

所述PLC控制器基于接收的船体升沉信号升成将控制信号并传输到变频器；

所述变频器与牵引绞车电机相连，将控制信号转换为电机驱动信号对电机的转向和转速进行控制。

3.根据权利要求2所述的科考船主动补偿绞车系统，其特征在于，所述变频器采用恒转速控制模式。

4.根据权利要求1所述的科考船主动补偿绞车系统，其特征在于，所述储缆绞车还配有用以可扩展搭载可视化地质取样设备的滑环接口。

5.一种基于权利要求1-4中任意一项所述的科考船主动补偿绞车系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

开启主动升沉补偿装置与绞车系统同步运行；

运动参考单元MRU监测船舶在海中复杂的运动姿态，实时测得水上、水下设备升沉位移信号及数据参数信号并传入PLC控制器；

PLC控制器对参数信号进行处理后得到控制信号，并将控制信号传输至变频器；

通过变频器将控制信号转化为电机驱动信号，从而控制电机转速与转向来驱动绞车，从而控制海洋绞车收放钢丝绳，实现主动升沉补偿功能。

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