CN114755776A - 一种多轮胎式布缆机的同步控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多轮胎式布缆机的同步控制系统及控制方法，属于海底光缆敷设工程技术领域，其特征在于，至少包括：M台多轮胎式布缆机；M为大于1的自然数；获取所述多轮胎式布缆机工作参数的数据传感模块；接收所述数据传感模块的工作数据，并根据所述工作数据进而控制每台多轮胎式布缆机的工作状态，使得M台多轮胎式布缆机实现同步动作的控制部。通过采用上述技术方案，本发明能够对海底光缆敷设的多轮胎式布缆机的同步控制，即可适应浅海工况，又可适应深海工况，同时对配套的储缆仓无需动力配置要求，降低了多设备操作难度和海底光缆敷设作业资源。
Description
技术领域
本发明属于海底光缆敷设工程技术领域，具体涉及一种多轮胎式布缆机的同步控制系统及控制方法。
背景技术
当今信息化在全球经济和社会发展中的作用日益增强，保证通信的可靠性极为重要，海洋的面积占地球总面积的70.8％，目前采用海底光缆作为传输介质承担了全世界约90％的跨国远距离数据传输通信任务，因此保障海底光缆的敷设质量尤为关键。轮胎式直线布缆机安装在海底光缆敷设施工船上，是海底光缆敷设工程中核心施工装备之一，主要用于海底光缆和中继器的直线放出和回收。
典型海底光缆内部结构为多层结构，海底光缆和陆地光缆最大的区别，就是它的外铠装保护。海底光缆既要应对海水腐蚀之外，又要承受海底压力，以及自然灾害(地震、海啸等)、人为因素(渔民打捞作业)的重重考验。同时敷设施工过程中，弯曲半径过小或张力过大都将损伤海底光缆中脆弱的光纤。
目前用于海底光缆的设备主要有履带式直线布缆机、鼓轮式布缆机和轮胎式直线布缆机三种设备。其中：履带式直线布缆机，由于履带结构，无法适应高速敷设施工；而鼓轮式布缆机，可以适应高速敷设施工，但是需配置带动力储缆仓主动对海底光缆进行退扭，否则无法进行施工；轮胎式直线布缆机，即可适应高速敷设施工，又无需配置带动力驱动储缆仓主动对海底光缆进行退扭，但是随着海上施工敷设深度的增加，缆线的拉力也将增加，传统的单台套的轮胎式直线布缆机，就无法满足施工要求了，需要采用多轮胎式直线布缆机进行施工。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种多轮胎式布缆机的同步控制系统及控制方法，能够对海底光缆敷设的多轮胎式布缆机的同步控制，即可适应浅海工况，又可适应深海工况，同时对配套的储缆仓无需动力配置要求，降低了多设备操作难度和海底光缆敷设作业资源。
本发明的第一目的是提供一种多轮胎式布缆机的同步控制系统，至少包括：
M台多轮胎式布缆机；M为大于1的自然数；
获取所述多轮胎式布缆机工作参数的数据传感模块；
接收所述数据传感模块的工作数据，并根据所述工作数据进而控制每台多轮胎式布缆机的工作状态，使得M台多轮胎式布缆机实现同步动作的控制部。
优选地，每台多轮胎式布缆机包括：
N组轮胎(8)，每组轮胎包括上轮胎和下轮胎；N为大于1的自然数；
2N台液压马达(1)，为每个轮胎提供动力；
液压控制模块，为每个液压马达提供动力油；其中：
所述液压控制模块包括电机(4)、闭式电比例变量泵(5)、液压分流器(3)；所述闭式电比例变量泵(5)的A口通过液压分流器(3)分别与每个台液压马达(1)的第一油口连接，所述所述闭式电比例变量泵(5)的B口通过液压管路(7)与每个台液压马达(1)的第二油口连接；所述电机(4)与闭式电比例变量泵(5)的传动轴连接。
优选地，所述数据传感模块包括：
用于检测液压马达(1)转速的速度传感器(2)；
用于检测闭式电比例变量泵(5)A口和B口油压数据的压力传感器(6)。
优选地，所述控制部包括：
用于控制电机(4)工作过程的M套从PLC；每套从PLC通过软启动器与一台电机(4)连接；所述从PLC的I/O端口分别与闭式电比例变量泵(5)的控制端子、数据传感模块的输出端口连接；
与每台从PLC进行数据交互的主PLC；
与主PLC的输入端相连的主令开关，用于实施控制电机启停和布缆机运动控制的指令；
与主PLC进行数据交互的触摸屏。
优选地，所述从PLC和主PLC之间通过工业以太网进行数据交互。
优选地，所述主PLC内预设有目标数据库和实际数据库。
优选地，速度传感器(2)安装于液压马达(1)内。
本发明的第二目的是提供一种多轮胎式布缆机的同步控制方法，包括：
S1、从PLC从数据传感模块获取实际速度和压力信息，并发送至主PLC；主PLC通过与触摸屏进行通讯，把对应的目标速度和实际速度，以及实际压力信息显示在触摸屏界面上；
S2、对单台多轮胎式布缆机逐一进行静态启动特性标定检测，得到控制运算值An；
S3、对单台多轮胎式布缆机逐一进行动态运行检测，通过实际速度与目标速度的差值，进行控制运算值Bn；
S4、对M台多轮胎式布缆机进行联动动态运行检测，主PLC根据每台闭式电比例变量泵的A口和B口的压力信息，计算出A口和B口的压力差值，各串联多轮胎式布缆机的压力差值与首台套轮胎式布缆机的压力差值进行比较计算，所得的控制运算值Cn；
S5、在主PLC中，首台多轮胎式布缆机的闭式电比例变量泵的运算控制值为A1和B1运算值之和，其他多轮胎式布缆机的闭式电比例变量泵的运算控制值为An、Bn和Cn运算值之和；
S6、各台多轮胎式布缆机从PLC接收主PLC的控制指令后，实施闭式电比例变量泵的调节控制信号。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明基于模块化设计，用户可根据敷设水深的差异进行布缆机的增减，适应工况能力强；能够对海底光缆敷设的多轮胎式布缆机的同步控制，即可适应浅海工况，又可适应深海工况，采用工业以太网技术，连接方便，可靠性高；同时对配套的储缆仓无需动力配置要求，降低了多设备操作难度和海底光缆敷设作业成本。
附图说明
图1为本发明优选实施例中单台多轮胎式布缆机的液压原理图；
图2为本发明优选实施例中单台多轮胎式布缆机的工作结构状态图；
图3为本发明优选实施例中两台多轮胎式布缆机的控制原理图；
图4为本发明优选实施例中两台多轮胎式布缆机的液压控制原理图。
其中：1、液压马达；2、速度传感器；3、液压分流器；4、电机；5、闭式电比例变量泵；6、压力传感器；7、液压管路；8、轮胎；9、海底光缆；10、固定底座。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1所示，本发明的技术方案为：
一种多轮胎式布缆机的同步控制系统，包括：
多台多轮胎式布缆机；
获取所述多轮胎式布缆机工作参数的数据传感模块；
接收所述数据传感模块的工作数据，并根据所述工作数据进而控制每台多轮胎式布缆机的工作状态，使得M台多轮胎式布缆机实现同步动作的控制部。其中：
每台多轮胎式布缆机包括：
N组轮胎8，每组轮胎包括上轮胎和下轮胎；N为大于1的自然数；如图2所示，本优选实施例采用三组轮胎8，三组轮胎8通过连接件安装于固定底座10上。
2N台液压马达1，为每个轮胎提供动力；
液压控制模块，为每个液压马达提供动力油；其中：
所述液压控制模块包括电机4、闭式电比例变量泵5、液压分流器3；所述闭式电比例变量泵5的A口通过液压分流器3分别与每个台液压马达1的第一油口连接，所述所述闭式电比例变量泵5的B口通过液压管路7与每个台液压马达1的第二油口连接；所述电机4与闭式电比例变量泵5的传动轴连接。
所述数据传感模块包括：
用于检测液压马达1转速的速度传感器2；
用于检测闭式电比例变量泵5A口和B口油压数据的压力传感器6。
所述控制部包括：
用于控制电机4工作过程的M套从PLC；每套从PLC通过软启动器与一台电机4连接；所述从PLC的I/O端口分别与闭式电比例变量泵5的控制端子、数据传感模块的输出端口连接；液压马达和液压分流器都是由闭式电比例变量泵的液压油驱动控制，闭式电比例变量泵一变量，就有液压油流动，液压马达和液压分流器也就一起工作了；
与每台从PLC进行数据交互的主PLC；
与主PLC的输入端相连的主令开关，用于实施控制电机启停和布缆机运动控制的指令；
与主PLC进行数据交互的触摸屏。
所述主PLC内预设有目标数据库和实际数据库。
本申请的技术方案包括至少2台多轮胎式布缆机和远程控制台，其中，每台多轮胎式布缆机均包括电气控制模块、液压控制模块以及驱动单元；
所述远程控制台包括主PLC、触摸屏和主令开关；所述触摸屏与所述主PLC通过工业以太网实时通讯，用于设定控制单元的控制参数，并实时显示由各从PLC采集的传感器的测量值，真实标识出每台闭式电比例变量泵的A/B口的实际压力值和液压马达的实际速度(即轮胎的实际速度)；所述主令开关与主PLC的输入端相连，用于操作员实施控制电机启停和布缆机的运动控制的指令；
所述驱动单元包括液压马达；液压马达与轮胎的动力轴连接；
所述液压控制模块包括电机、闭式电比例变量泵、液压分流器以及配套的液压管路及液压附件，所述电机驱动闭式电比例变量泵工作，所述闭式电比例变量泵通过所述液压分流器相连液压马达，闭式电比例变量泵用于控制所述液压马达的工作状态；
所述电气控制模块包括从PLC、软启动器和数据传感模块；其中：所述从PLC与主PLC通过工业以太网实时通讯，实现所述主从PLC之间的输入输出信号传输。从PLC的输入端采集数据传感模块的数据，主PLC的生产控制指令通过从PLC的输出端实施对软启动器和闭式电比例变量泵的控制；
所述软启动器控制信号与从PLC的输出端相连，主回路输入端与供电电源相连，主回路输出端与电机相连，可根据控制信号实现对电机的启停控制；
所述数据传感模块与从PLC的输入端相连，包括速度传感器和压力传感器，其中速度传感器安装于液压马达内，用于检测所述液压马达的速度信号，压力传感器用于检测闭式电比例变量泵的A口和B口的压力信号。
一种多轮胎式布缆机的同步控制方法，所述多轮胎式布缆机的同步定位的控制方法使用了上述所述的多轮胎式布缆机的同步控制系统，所述多轮胎式布缆机的控制方法包括以下步骤：
步骤一：所述从PLC的输入模块采集获取所述传感器组的速度和压力信息，并通过通讯传输到主PLC内的控制程序，同时主PLC通过与触摸屏通讯，把对应的目标速度和实际速度，以及实际压力信息显示在触摸屏界面上；
步骤二：对单台套轮胎式布缆机逐一进行静态启动特性标定检测，得到控制运算值An；
步骤三：对单套轮胎式布缆机逐一进行动态运行检测，通过所述液压马达上安装的速度传感器的实际速度值与设定速度值的差值，进行控制运算值Bn；
步骤四：对多台套轮胎式布缆机进行联动动态运行检测，每台套所述闭式电比例变量泵的A口和B口的所述压力传感器的压力值均传输所述主PLC程序中，并在程序中计算出A口和B口的压力差值，各串联台套轮胎式布缆机的压力差值与首台套轮胎式布缆机的压力差值进行比较计算，所得的控制运算值Cn；
步骤五：在所述主PLC的程序中，首台套轮胎式布缆机的所述闭式电比例变量泵的运算控制值为A1和B1运算值之和，其他串联所述台套轮胎式布缆机的所述闭式电比例变量泵的运算控制值为An、Bn和Cn运算值之和；
步骤六：各台套布缆机从PLC接收主PLC的所述控制指令后，实施所述闭式电比例变量泵的调节控制信号；所述各台套的布缆机中的所述闭式电比例变量泵在控制信号的调节下，实现了液压油的压力和流量变化，液压油通过所述液压分流器驱动控制单元中的连接了轮胎的的液压马达的速度同步控制。
下面以两台多轮胎式布缆机的同步控制方法做具体阐述；包括：
步骤一：两台套布缆机的所述从PLC的输入模块采集获取所述速度传感器2和压力传感器6信息，并通过通讯传输到主PLC内的控制程序，与主令开关输入的目标参数进行比较，产生控制指令，同时主PLC通过与触摸屏通讯，把对应的目标速度和实际速度，以及实际压力信息显示在触摸屏界面上；
步骤二：对单台套轮胎式布缆机逐一进行静态启动特性标定检测；对需要检测的一台套轮胎式布缆机的轮胎8夹紧海底光缆9，另一台暂时不检测的轮胎式布缆机的轮胎8处于打开状态，对布缆机收缆方向和放缆方向分别逐一缓慢递增工作速度设定值，通过液压马达1上安装的速度传感器2的速度检测值在额定速度的0.5％±0.1％时，得出单台套布缆机的控制运算值大小，数据表格如表1所示。
表1.启动控制运算值与敷设方向对应表
考虑布缆机的机械结构、传动形式、设备内部液压管路的确定性，可将其启动特性的数据认为是其固有特性，只与敷设方向的选择有关，与时间因子无关。
当选择收缆方向时，An＝Yn1；
当选择放缆方向时，An＝Yn2；
当停止收放时，An＝0；
式中：n——布缆机的编号；
通过上述公式W13(0)和W23(0)，就可以逐一获得两台套轮胎式布缆机的静态启动特性标定控制运算值A1和A2；
步骤三：在完成步骤二的基础上，也不改变测试条件，再对单套轮胎式布缆机逐一进行动态运行检测，通过所述液压马达1上安装的速度传感器2的实际速度值与设定速度值的差值，进行W11(S)和W21(S)控制算法，此控制算法优先选用控制静带为额定转速的0.5％，控制稳态精度为额定转速的1％的PID常规算法，所得过程控制运算值B1和B2；
步骤四：在完成步骤二和步骤三后，就保证了两台套轮胎式布缆机具有基本相同的静态启动特性和动态运行特性，进而为保证两台套轮胎式布缆机的同步控制精度的前提，对多台套轮胎式布缆机进行联动动态运行检测，对两台套轮胎式布缆机的轮胎8都全部夹紧海底光缆9，每台套所述闭式电比例变量泵5的A口和B口的所述压力传感器6的压力值均传输所述主PLC程序中，并在程序中计算出这两台套布缆机中闭式电比例变量泵5的A口和B口的压力差值P1和P2，以及算出P1减P2的差值P21,当P21大于0.2MPa时，此时1号布缆机的速度大于2号布缆机的速度，需要增加2号布缆机的速度，当P21小于负0.2MPa时，此时1号布缆机的速度小于2号布缆机的速度，需要减小2号布缆机的速度，当P21在0.2MPa和负0.2MPa之间时，两台套布缆机的速度基本一致，不进行速度调整。通过在W22(S)控制算法中计算出控制运算值(C2)；
步骤五：在所述主PLC的程序中，1号轮胎式布缆机的所述闭式电比例变量泵5的运算控制值为A1和B1运算值之和，2号轮胎式布缆机的所述闭式电比例变量泵的运算控制值为A2、B2和C2运算值之和；
步骤六：两台套布缆机从PLC接收主PLC的所述控制指令后，实施所述闭式电比例变量泵5的调节控制信号；两台套的布缆机中的所述闭式电比例变量泵5在控制信号的调节下，实现了液压油的压力和流量变化，液压油通过所述液压分流器3驱动控制单元中的连接了轮胎8的的液压马达1的速度同步控制。
采用上述技术方案的多轮胎式布缆机的同步控制系统与控制方法，基于模块化设计，用户可根据敷设水深的差异进行布缆机的增减，适应工况能力强；采用工业以太网技术，连接方便，可靠性高；同时对配套的储缆仓无需动力配置要求，只需要1名操作员操作设备就可以配合铺缆船进行海底光缆的敷设施工，降低了多设备操作难度和海底光缆敷设作业成本。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种多轮胎式布缆机的同步控制系统，其特征在于，至少包括：
M台多轮胎式布缆机；M为大于1的自然数；
获取所述多轮胎式布缆机工作参数的数据传感模块；
接收所述数据传感模块的工作数据，并根据所述工作数据进而控制每台多轮胎式布缆机的工作状态，使得M台多轮胎式布缆机实现同步动作的控制部。
2.根据权利要求1所述的多轮胎式布缆机的同步控制系统，其特征在于，每台多轮胎式布缆机包括：
N组轮胎(8)，每组轮胎包括上轮胎和下轮胎；N为大于1的自然数；
2N台液压马达(1)，为每个轮胎提供动力；
液压控制模块，为每个液压马达提供动力油；其中：
所述液压控制模块包括电机(4)、闭式电比例变量泵(5)、液压分流器(3)；所述闭式电比例变量泵(5)的A口通过液压分流器(3)分别与每个台液压马达(1)的第一油口连接，所述所述闭式电比例变量泵(5)的B口通过液压管路(7)与每个台液压马达(1)的第二油口连接；所述电机(4)与闭式电比例变量泵(5)的传动轴连接。
3.根据权利要求2所述的多轮胎式布缆机的同步控制系统，其特征在于，所述数据传感模块包括：
用于检测液压马达(1)转速的速度传感器(2)；
用于检测闭式电比例变量泵(5)A口和B口油压数据的压力传感器(6)。
4.根据权利要求2所述的多轮胎式布缆机的同步控制系统，其特征在于，所述控制部包括：
用于控制电机(4)工作过程的M套从PLC；每套从PLC通过软启动器与一台电机(4)连接；所述从PLC的I/O端口分别与闭式电比例变量泵(5)的控制端子、数据传感模块的输出端口连接；
与每台从PLC进行数据交互的主PLC；
与主PLC的输入端相连的主令开关，用于实施控制电机启停和布缆机运动控制的指令；
与主PLC进行数据交互的触摸屏。
5.根据权利要求4所述的多轮胎式布缆机的同步控制系统，其特征在于，所述从PLC和主PLC之间通过工业以太网进行数据交互。
6.根据权利要求4所述的多轮胎式布缆机的同步控制系统，其特征在于，所述主PLC内预设有目标数据库和实际数据库。
7.根据权利要求3所述的多轮胎式布缆机的同步控制系统，其特征在于，速度传感器(2)安装于液压马达(1)内。
8.一种多轮胎式布缆机的同步控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、从PLC从数据传感模块获取实际速度和压力信息，并发送至主PLC；主PLC通过与触摸屏进行通讯，把对应的目标速度和实际速度，以及实际压力信息显示在触摸屏界面上；
S2、对单台多轮胎式布缆机逐一进行静态启动特性标定检测，得到控制运算值An；
S3、对单台多轮胎式布缆机逐一进行动态运行检测，通过实际速度与目标速度的差值，进行控制运算值Bn；
S4、对M台多轮胎式布缆机进行联动动态运行检测，主PLC根据每台闭式电比例变量泵的A口和B口的压力信息，计算出A口和B口的压力差值，各串联多轮胎式布缆机的压力差值与首台套轮胎式布缆机的压力差值进行比较计算，所得的控制运算值Cn；
S5、在主PLC中，首台多轮胎式布缆机的闭式电比例变量泵的运算控制值为A1和B1运算值之和，其他多轮胎式布缆机的闭式电比例变量泵的运算控制值为An、Bn和Cn运算值之和；
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