CN114620214B - 一种基于转叶式舵机的电气控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于转叶式舵机的电气控制系统，包括泵组起动箱、报警接线箱、驾控台报警板、集控室报警板和泵组接线盒。该电气控制系统是转叶式液压舵机泵站的电气配套产品，主要用于对液压泵站油泵机组进行工况控制，包括对各油泵电机的起停和加热控制，对机组相关报警信号的处理，对液压系统电液换向阀控制，以及对推舵机构限位开关动作信号和自动舵反馈信号的处理等。

Description

一种基于转叶式舵机的电气控制系统及方法

技术领域

本发明属于船用舵机控制技术领域，具体涉及一种基于转叶式舵机的电气控制系统及方法。

背景技术

据申请人了解，转叶式液压舵机是船舶的关键设备，具有体积小、重量轻、噪音小、寿命长的优点，已成为船用舵的主流配套设备。然而，传统的转叶式舵机电气控制泵组起动箱没有互为备用自动起动功能，失电后只能人工手动切换，报警接线箱采用纯继电器回路控制，线路复杂但自动化程度较低，不能满足现代化船舶舵机工作要求。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种性能可靠，操作简单的基于转叶式舵机的电气控制系统及方法。

为了达到以上目的，本发明提供一种基于转叶式舵机的电气控制系统，包括泵组起动箱、报警接线箱、驾控台报警板、集控室报警板和泵组接线盒； 所述泵组起动箱，用于控制泵组电机起动、停止以及电机加热；

所述报警接线箱，用于处理泵组起动箱和液压泵组传送的报警信号并将处理结果反馈至驾驶台报警板和集控室报警板；

所述驾驶台报警板，用于监测到驾驶台的异常和故障时发出警报；

所述集控室报警板，用于监测到机舱集控室的异常和故障时发出警报；

所述泵组接线盒，用于连接液压泵组和报警接线箱的互连接线。

本发明的电气控制系统是转叶式液压舵机泵站的电气配套产品。主要用于对液压泵站油泵机组进行工况控制，包括对各油泵电机的起停和加热控制，对机组相关报警信号的处理，对液压系统电液换向阀控制，以及对推舵机构限位开关动作信号和自动舵反馈信号的处理等。本发明新型的转叶式舵机电气控制系统结构简单，性能可靠，采用PLC控制技术代替传统的纯继电器控制方式，满足了两台泵组起动箱在失电情况下自动切换的功能。同时，对于这种输入输出点数较多的电气系统，采用PLC控制方式，极大地缩短了设计和生产周期，提高了调试和检修效率。

本发明进一步的采用如下技术方案：

优选地，所述集控室报警板、驾驶台报警板、泵组起动箱均与报警接线箱相互连接。

优选地，所述驾驶台报警板的信息发送端与泵组起动箱的接收端连接， 所述泵组起动箱的信息发送端与泵组接线盒的接收端连接，所述泵组接线盒的信息发送端与报警接线箱的接收端连接。

优选地，所述泵组起动箱与自动舵相互连接，所述泵组起动箱的接收端与推舵机构连接。

优选地，所述泵组起动箱有两台，其中一台为备用。

优选地，所述驾驶台报警板上设有用于调节指示灯亮度的调光旋钮，所述报警接线箱、驾驶台报警板、集控室报警板上均设有用于消除声报警的消音按钮，所述泵组起动箱上设有用于控制电机加热器的加热旋钮，所述电机加热器用于加热非工作状态的电机。

本发明的控制系统主要有如下三个作用：舵机泵组起停控制、舵机操舵控制、舵机报警显示。本发明的电气控制系统结构简单，性能可靠，适用于大部分转叶式液压舵机系统。

本发明还提供了一种基于转叶式舵机的电气控制方法，包括以下步骤：

第一步、系统初始化，设置连接主电源的泵组起动箱为常用，连接应急电源的泵组起动箱为备用；转至第二步；

第二步、舵机控制器判断常用泵组是否失去动力电源，当常用泵组失去动力电源时，通过备用泵组起动箱启动备用泵组，然后转至第三步，当常用泵组没有失去动力电源时，直接转至第三步；

第三步、泵组起动箱选择本地控制或远程控制，当选择本体控制时，泵组起动箱直接实现舵机操舵控制，当选择远程控制时，驾驶台实现舵机操舵控制。

所述第二步中，备用泵组工作过程中，当常用泵组恢复电源后，常用泵组起动箱自动启动常用泵组，并发送得电信号至舵机控制器，舵机控制器再控制备用泵组停止工作。

所述第三步中，泵组起动箱控制泵组电机起动、停止或电机加热；所述泵组起动箱控制电液换向阀的左、右线圈电压得失实现舵机左、右转舵；驾驶台实现舵机操舵控制时，需要进一步选择自动舵转舵控制或应急转舵控制，当选择自动舵转舵控制时，驾驶台报警板采集自动舵发出的转舵信号指令，并触发电液换向器实现舵机的左、右转舵，当自动舵信号失灵时，操作人员通过设置在泵组起动箱上的转换开关触发电液换向阀实现舵机的左、右转舵。

本发明的基于转叶式舵机的电气控制方法，还包括：第四步、在工作过程中，报警接线箱接收泵组起动箱发送的报警信号，并将报警信号发送至舵机控制器，舵机控制器控制泵组起动箱动作并控制驾驶台报警板、集控室报警板显示声光报警。

本发明通过PLC控制技术，实时监控了舵机的各个工作状态，完美的解决了舵机在航行过程中泵组起动箱无法自动切换的问题，极大了增加了系统可靠性和安全性，满足了船检和船东的技术要求。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明中基于转叶式舵机的电气控制系统的原理图。

图2为本发明中舵机泵组互为备用切换的控制方法的流程图。

图3为本发明中舵机泵组启停、阀组开关的控制方法的流程图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，一种基于转叶式舵机的电气控制系统，包括泵组起动箱、报警接线箱、驾控台报警板、集控室报警板和泵组接线盒；所述泵组起动箱，用于控制泵组电机起动、停止以及电机加热；

所述报警接线箱，用于处理泵组起动箱和液压泵组传送的报警信号并将处理结果反馈至驾驶台报警板和集控室报警板；

所述驾驶台报警板，用于监测到驾驶台的异常和故障时发出警报；

所述集控室报警板，用于监测到机舱集控室的异常和故障时发出警报；

所述泵组接线盒，用于连接液压泵组和报警接线箱的互连接线。

集控室报警板、驾驶台报警板、泵组起动箱均与报警接线箱相互连接。驾驶台报警板的信息发送端与泵组起动箱的接收端连接， 泵组起动箱的信息发送端与泵组接线盒的接收端连接，泵组接线盒的信息发送端与报警接线箱的接收端连接。泵组起动箱与自动舵相互连接，泵组起动箱的接收端与推舵机构连接。泵组起动箱有两台，可以为一台常用，另一台备用，也可以为两台常用。当两台泵组起动箱均为常用时，两套与其相连的泵组可以独立运行，相互独立。驾驶台报警板上设有用于调节指示灯亮度的调光旋钮，报警接线箱、驾驶台报警板、集控室报警板上均设有用于消除声报警的消音按钮，泵组起动箱上设有用于控制电机加热器的加热旋钮，电机加热器用于加热非工作状态的电机。

另外，泵组起动箱能够控制泵组电机的起动、停止和电机加热。两台泵组起动箱分别记为1#、2#，相应地与其配套的泵组电机分别记为1#、2#。1#泵组电机直接起动，2#泵组电机采用星三角起动，1#、2#泵组电机的起停由1#、2#泵组起动箱和驾驶台两地控制，且两地控制可以自由切换。1#、2#泵组起动箱上均设有用于起动电机加热器的加热旋钮，可通过操作加热旋钮使电机加热器运行，以加热电机，电机启动后泵组起动箱自动切断电机加热器的工作回路，或者操作加热旋钮复位使电机加热器停止运行。

上述控制系统主要有如下三个作用：舵机泵组起停控制、舵机操舵控制、舵机报警显示。其中，控制系统首先要控制舵机泵组起停，再进行操舵控制，报警显示覆盖全部实时监控。

一、舵机泵组起停控制

转叶式液压舵机一般选用全压直接和Y-Δ 起动方式。由于舵机泵站电机属轻载起动，且每次起动后运行时间长，起动频率较低，同时从经济性和易维护性角度考虑，55kW以下泵电机采用直接起动，55-90kW泵电机采用星三角起动。90kW以上泵电机考虑采用软起动和变频起动方案。再考虑到船上供电能量，55kW以下常用泵组采用直接起动，备用泵组采用星三角起动。

1、1#泵组起动箱对应1#泵组，2#泵组起动箱对应2#泵组。只有在泵组运行时才可对该泵组进行转舵操作。一般泵组起动箱上设有开关用旋钮，该旋钮具有失电后自起动功能。

2、两套泵组的运行信号、报警信号（即过载，断相，失电）送报警接线箱。舵机只设置短路保护和过载报警。

3、泵组起动箱通过其上的转换开关设置切换本地控制和驾驶台控制。

4、驾驶台控制时，一般是自动舵提供控制转舵信号（开关量）与泵组起动箱构成回路，以控制电液换向阀动作。

5、常用、备用切换功能

舵机泵站电机的起动、停止是通过泵组起动箱或驾驶台报警板控制的。当泵组起动箱上的转换开关选择本地控制，则可就地通过泵组起动箱上的开关用旋钮起动泵组电机。当泵组起动箱上的转换开关选择驾驶台控制，则可通过驾驶台报警板上的开关用旋钮起动泵组电机。每台转叶式液压舵机泵站由两套泵组提供动力，其中一用一备。根据CCS、BV等船级社规范要求，各泵组单独配备电气起动箱，且分别由主电源和应急电源供电，已实现互为备用的功能。两套泵组具有自起动和自动转换起动功能。当两套泵组起动箱都选择常用时，则两套泵组可以独立运行。当一套泵组起动箱选择常用，另一套选择备用模式时，常用泵组失去动力电源后，失电信号回传送到舵机PLC，舵机PLC再根据逻辑判断发送信号给备用泵组，使之起动。当常用泵组恢复电源后，常用泵组会自动再起动，而备用泵组自动停止。

二、舵机操舵控制

转叶式舵机的转舵控制由电液驱动。根据相关规范和技术要求，电气控制系统设计采用自动舵和应急转舵两种方式，由远程（驾驶台报警板）选择何种转舵方式。自动舵操作时，电气系统的泵组起动箱采集自动舵发出的转舵信号指令，并触发电液换向阀实现舵机的左右转舵；自动舵信号失灵时，操舵人员可在舵机舱采用应急转舵，通过泵组起动箱上的转换开关触发电液换向阀实现舵机的左右转舵。电气系统通过控制电液换向阀实现舵机的左右转舵，采用互锁控制保证了转舵方向的确定性，采用限位控制保证转舵角度的准确性。

三、舵机报警显示

转叶舵机电气控制系统需采集两套泵组的工作状态信号，报警指示信号需要在舵机舱、驾驶台、集控室和VDR共四种位置输出。转叶式舵机电气控制系统须具备以下报警功能：主电源及控制电源失电、缺相、过载、低油位、低油压、高油温、滤器阻、液压锁等九种非正常状态。对于这种输入输出点数较多的电气系统，采用PLC控制方式，极大地缩短了设计和生产周期，提高了调试和检修效率。报警接线箱接受各个报警单元项目，各继电器、传感器把报警信号送到PLC，PLC再根据逻辑判断输出继电器动作，使本地、驾控台和集控室同时显示声光报警。报警箱、驾驶台报警板、集控室报警板都有消音按钮。驾驶台报警板具有调光功能。

各泵组设有主电源失电、控制电源失电、断相、过载、低油位、油压低、油温高、滤器阻、液压阻塞、通讯故障、软件硬件故障、接地故障等报警。报警主要由三个环节组成:非正常状态检测警示环节、声警消除环节、报警检验环节。在非正常状态检测警示环节中，声光警示反映系统的九种非正常状态，当某一种非正常状态出现时，报警接线箱、驾驶台报警板和机舱集控室报警板上的对应报警灯点亮，并发出声响报警。当出现声光报警时，揿一下报警接线箱、驾驶台报警板或机舱集控室报警板上的消音按钮，即可消除当地声报警，若想消除另外两处的声报警必须按下另外两处的消音按钮，这样做以起到警视作用。这时仍有光报警，直到引起该报警的非正常状态解除，方熄灭。报警检验环节用于检验各报警元件正常与否，揿下报警接线箱、驾驶台报警板和机舱集控室报警板上的检查按钮，所有报警灯应亮，

蜂鸣器应响。按钮松开后，声光报警应停止。所有报警灯信号均伴有声响报警，均远传至自动舵驾驶台和集控室报警板，配VDR延伸报警信号。系统失电自动停机切换，系统电源恢复后泵组自动起动；其余报警时不停机。驾驶台报警板设有调光旋钮，可根据环境调节指示灯亮度。

采集泵组检测开关的报警信号（包含油温，液压阻塞，滤器，油压，油位）进PLC，泵组起动箱的报警信号（过载，断相，主电源失电，控制电源失电）进PLC，详情见下表。泵的运行信号进PLC。

报警名称	信号类型	报警前提条件
			主电源失电	断开报警
控制电源失电	断开报警
			过载	断开报警
断相	断开报警	电机起到
			高油温	断开报警
滤器阻	闭合报警
			低油位	断开报警
液压阻塞	断开报警	电机起动，操舵
			低油压	闭合报警	电机起动，操作
通讯故障	断开报警
			软件硬件故障	断开报警
接地故障	断开报警

实施例二

本实施例提供了一种基于转叶式舵机的电气控制方法，包括以下步骤：

第一步、系统初始化，设置连接主电源的泵组起动箱为常用，连接应急电源的泵组起动箱为备用；转至第二步；

第二步、舵机控制器判断常用泵组是否失去动力电源，当常用泵组失去动力电源时，通过备用泵组起动箱启动备用泵组，然后转至第三步，当常用泵组没有失去动力电源时，直接转至第三步；备用泵组工作过程中，当常用泵组恢复电源后，常用泵组起动箱自动启动常用泵组，并发送得电信号至舵机控制器，舵机控制器再控制备用泵组停止工作。

第三步、常用或备用泵组起动箱选择本地控制或远程控制，当选择本体控制时，常用或备用泵组起动箱直接实现舵机操舵控制，当选择远程控制时，驾驶台实现舵机操舵控制。常用或备用泵组起动箱控制常用或备用泵组电机起动、停止或电机加热；常用或备用泵组起动箱控制电液换向阀的左、右线圈电压得失实现舵机左、右转舵；驾驶台实现舵机操舵控制时，驾驶台报警板需要进一步选择自动舵转舵控制或应急转舵控制，当选择自动舵转舵控制时，驾驶台报警板采集自动舵发出的转舵信号指令，并触发电液换向器实现舵机的左、右转舵，当自动舵信号失灵时，操作人员通过设置在常用或备用泵组起动箱上的转换开关触发电液换向阀实现舵机的左、右转舵。

第四步、在工作过程中，报警接线箱接收泵组起动箱发送的报警信号，并将报警信号发送至舵机控制器，舵机控制器控制泵组起动箱动作并控制驾驶台报警板、集控室报警板显示声光报警。

实施例三

如图2所示，本实施例提供了舵机互为备用切换的控制方法，具体步骤如下：

舵机是具有两泵互为备用功能的。一般操作的时候，接主电源的起动箱作为常用，将其旋钮旋至常用。接应急电源的起动箱作为备用，将其旋钮旋至备用。当常用泵组失去动力电源后常用泵失电报警信号回传送到PLC，PLC查看常用泵是否停机，当常用泵停机时PLC再根据逻辑判断发送信号给备用泵组（中间继电器得电，触点信号给备用泵组），使之起动。当常用泵组恢复电源后，常用泵组会自动再起动（泵组自起动功能），得电信号传给PLC，PLC控制中间继电器失电，而使备用泵组自动停止。当两套泵组起动箱都选择常用时，则两套泵组可以独立运行，互相独立。

互为备用的逻辑过程分析：（1#泵组常用，2#泵组备用）

A 1#泵组失电→失电信号→PLC

B 1#泵组运行信号（停止）→PLC

C PLC输出点动作→对应继电器X动作

D 继电器X触点信号→2#泵组起动箱→2#泵组起动箱起动

E 1#泵组恢复供电→1#泵组运行（自起动功能）→1#运行信号（起动）→PLC

F PLC→继电器X复位→触点信号复位→2#泵组起动箱停止

实施例三

如图3，本实施例提供了一种舵机泵组启停、阀组开关的控制方法，具体包括如下步骤：

1#泵组起动箱对应1#泵组，2#泵组起动箱对应2#泵组。泵组起动箱通过转换开关设置切换本地控制和驾驶台控制。泵组起动箱控制泵组电机起动，停止，电机加热。一般泵组开关采用泵组起动箱上的旋钮控制，旋钮接通后接触器吸合，电机工作。本地控制时泵组起动箱直接控制操舵，泵组起动箱的操舵功能：控制电液换向阀左右线圈电压得失，操左舵时左继电器得电，左线圈得电对应左转舵；操右舵时右继电器得电，右线圈得电对应右转舵。驾驶台控制时，驾驶台报警板再进一步选择自动舵控制和应急控制，一般自动舵提供控制转舵信号（开关量）与泵组起动箱构成回路，以控制电液换向阀动作。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于转叶式舵机的电气控制系统的电气控制方法，其特征在于，所述电气控制系统包括泵组起动箱、报警接线箱、驾控台报警板、集控室报警板和泵组接线盒； 所述泵组起动箱，用于控制泵组电机起动、停止以及电机加热；

所述报警接线箱，用于处理泵组起动箱和液压泵组传送的报警信号并将处理结果反馈至驾驶台报警板和集控室报警板；

所述驾驶台报警板，用于监测到驾驶台的异常和故障时发出警报；

所述集控室报警板，用于监测到机舱集控室的异常和故障时发出警报；

所述泵组接线盒，用于连接液压泵组和报警接线箱的互连接线；所述集控室报警板、驾驶台报警板、泵组起动箱均与报警接线箱相互连接；所述驾驶台报警板的信息发送端与泵组起动箱的接收端连接， 所述泵组起动箱的信息发送端与泵组接线盒的接收端连接，所述泵组接线盒的信息发送端与报警接线箱的接收端连接；所述泵组起动箱与自动舵相互连接，所述泵组起动箱的接收端与推舵机构连接；所述泵组起动箱有两台，其中一台为备用；所述驾驶台报警板上设有用于调节指示灯亮度的调光旋钮，所述报警接线箱、驾驶台报警板、集控室报警板上均设有用于消除声警报的消音按钮，所述泵组起动箱上设有用于控制电机加热器的加热旋钮，所述电机加热器用于加热非工作状态的电机；

所述电气控制方法，包括以下步骤：

第一步、系统初始化，设置连接主电源的泵组起动箱为常用，连接应急电源的泵组起动箱为备用；转至第二步；

第二步、舵机控制器判断常用泵组是否失去动力电源，当常用泵组失去动力电源时，通过备用泵组起动箱启动备用泵组，然后转至第三步，当常用泵组没有失去动力电源时，直接转至第三步；备用泵组工作过程中，当常用泵组恢复电源后，常用泵组起动箱自动启动常用泵组，并发送得电信号至舵机控制器，舵机控制器再控制备用泵组停止工作；

第三步、泵组起动箱选择本地控制或远程控制，当选择本体控制时，泵组起动箱直接实现舵机操舵控制，当选择远程控制时，驾驶台实现舵机操舵控制；泵组起动箱控制泵组电机起动、停止或电机加热；所述泵组起动箱控制电液换向阀的左、右线圈电压得失实现舵机左、右转舵；驾驶台实现舵机操舵控制时，需要进一步选择自动舵转舵控制或应急转舵控制，当选择自动舵转舵控制时，驾驶台报警板采集自动舵发出的转舵信号指令，并触发电液换向器实现舵机的左、右转舵，当自动舵信号失灵时，操作人员通过设置在泵组起动箱上的转换开关触发电液换向阀实现舵机的左、右转舵；第四步、在工作过程中，报警接线箱接收泵组起动箱发送的报警信号，并将报警信号发送至舵机控制器，舵机控制器控制泵组起动箱动作并控制驾驶台报警板、集控室报警板显示声光报警。