CN204883290U - 全回转机桨舵复合监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种全回转机桨舵复合监控系统，系统包括：集控室端上位机、驾驶台端上位机、第1控制系统、第2控制系统、左推进系统、右推进系统和驾驶操纵台；其中，所述集控室端上位机、所述驾驶台端上位机、所述第1控制系统、所述第2控制系统通过网络互相连接；所述驾驶操纵台同时与所述第1控制系统和所述第2控制系统的输入端连接；另外，所述第1控制系统同时与所述左推进系统和所述右推进系统电连接；所述第2控制系统也同时与所述左推进系统和所述右推进系统电连接。本实用新型具有高容错控制、高可靠性的优点，还具有易维修、工作稳定以及成本低的优点。

Description

全回转机桨舵复合监控系统

技术领域

本实用新型属于港内拖轮机桨舵监控技术领域，具体涉及一种全回转机桨舵复合监控系统。

背景技术

全回转拖轮是指能够在原地360度自由旋转的拖轮，主要用于协助大船靠离泊作业，并且，作业时稍有不慎，就会造成碰撞事故。

全回转机桨舵装置属于全回转拖轮的关键部件，全回转机桨舵装置可在水平面内360°旋转，倒车时旋转180°即可，工作效率高，另外，Z型全回转机桨舵装置节油约10％，ABBAzipod全回转推进系统可使船舶节油25％。全回转机桨舵装置具有操纵灵活，具有前进、倒车、横移、急停和原地点旋转功能，广泛应用于港内拖轮。开发全回转机桨舵监控系统，保证全回转机桨舵装置安全可靠运行，进而保证拖轮高效协助大船靠离泊作业，具有重要应用价值。

镇江船厂、上海三林船厂、天津新河船长等建造全回转拖轮，但全回转机桨舵装置多是进口，拖轮主机多为日本的NIIGATA、YANMAR、DAIHATSU等，舵桨多为日本NIIGATA、德国SCHOTTEL、芬兰ROLLS-ROYCE等。60-90年代，中国各港口拖轮的主机及旋转机大多为日本建造，如表1所示。

表1部分拖轮主要设备

对于我国已存在的旧拖轮主机及尾部舵浆一体的旋转机控制系统，由集成电路板等组成，驾驶台操纵手柄通过自整角机或电位器实现车令的设定与发送，该信号送到集成电路板，进行相关逻辑运算及信号处理等，通过接线端子输出控制信号对主机、旋转机进行操纵、控制。

上述拖轮船龄已达30多年，由于电气元件老化，屡次出现系统程序丢失、电路板故障失灵等情况，已经影响到拖轮的正常操作和港内船舶的作业安全。另外，现有的拖轮监控系统中，只配置有一套控制系统，一旦当该控制系统出现故障时，当导致整个监控系统失效，具有容错性能差的不足。因此，如何有效提高拖轮监控系统的工作可靠性，具有重要意义。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种全回转机桨舵复合监控系统，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种全回转机桨舵复合监控系统，包括：集控室端上位机、驾驶台端上位机、第1控制系统、第2控制系统、左推进系统、右推进系统和驾驶操纵台；

其中，所述集控室端上位机、所述驾驶台端上位机、所述第1控制系统、所述第2控制系统通过网络互相连接；

所述驾驶操纵台同时与所述第1控制系统和所述第2控制系统的输入端连接；

另外，所述第1控制系统同时与所述左推进系统和所述右推进系统电连接；所述第2控制系统也同时与所述左推进系统和所述右推进系统电连接。

优选的，所述左推进系统包括：左主机、左离合器和左旋机；所述左主机通过所述左离合器和所述左旋机连接；

所述右推进系统包括：右主机、右离合器和右旋机；所述右主机通过所述右离合器和所述右旋机连接。

优选的，所述第1控制系统包括第1控制器、第1电源模块、可逆电源模块ALM、第1电机驱动电路PM1和第2电机驱动电路PM2；

所述第1电源模块分别与所述第1控制器、所述可逆电源模块ALM、所述第1电机驱动电路和所述第2电机驱动电路电连接，用于提供24V直流电；

所述可逆电源模块ALM的输入端串联有电抗器和滤波器，外界380-440V交流电经电抗器和滤波器处理后，向可逆电源模块ALM供电；所述可逆电源模块ALM的输出端分别与所述第1电机驱动电路PM1和所述第2电机驱动电路PM2连接；

所述第1电机驱动电路PM1的输出端连接左伺服电机，所述左伺服电机连接左调速器后，连接到所述左主机的燃油输入端，用于调节所述左主机的速度-负荷；所述第2电机驱动电路PM2的输出端连接右伺服电机，所述右伺服电机连接右调速器后，连接到所述右主机的燃油输入端，用于调节所述右主机的速度-负荷；

另外，所述第1控制器的第1-1输入端口通过左信号采集电路SMC10-1与左编码器连接，通过所述左编码器，检测左伺服电机的转角；所述第1控制器的第1-2输入端口通过右信号采集电路SMC10-2与右编码器连接，通过所述右编码器，检测右伺服电机的转角；

所述第1控制器的第2-1输入端口通过左磁脉冲传感器PICK-UP与左主机连接，用于检测左主机的转速；所述第1控制器的第2-2输入端口通过右磁脉冲传感器PICK-UP与右主机连接，用于检测右主机的转速；

所述第1控制器的第3-1输入输出端口与左机旁监控箱双向连接，所述左机旁监控箱用于与左主机连接；所述第1控制器的第3-2输入输出端口与右机旁监控箱双向连接，所述右机旁监控箱用于与右主机连接；

所述第1控制器的第4-1输入输出端口与左离合器双向连接，用于检测左离合器的合排/脱排信号；所述第1控制器的第4-2输入输出端口与右离合器双向连接，用于检测右离合器的合排/脱排信号；

所述第1控制器的第5-1输入输出端口与左旋机双向连接，其输入信号为左旋机位置反馈信号，其输出信号为舵桨旋转控制；所述第1控制器的第5-2输入输出端口与右旋机双向连接，其输入信号为右旋机位置反馈信号，其输出信号为舵桨旋转控制。

优选的，所述第1控制器、所述可逆电源模块ALM、所述第1电机驱动电路PM1和所述第2电机驱动电路PM2之间相互连接。

优选的，所述第2控制系统包括第2控制器、第2电源模块、通信电路、数字量输入端口DI、数字量输出端口DO、模拟量输入端口AI和模拟量输出端口AO；

其中，所述第2电源模块分别与所述第2控制器、所述通信电路、所述数字量输入端口DI、所述数字量输出端口DO、所述模拟量输入端口AI和所述模拟量输出端口AO连接；

所述第2控制器的第1-1输出端连接左伺服电机，所述左伺服电机连接左调速器后，连接到所述左主机的燃油输入端，用于调节所述左主机的速度-负荷；所述第2控制器的第1-2输出端连接右伺服电机，所述右伺服电机连接右调速器后，连接到所述右主机的燃油输入端，用于调节所述右主机的速度-负荷；

所述第2控制器的第1-1输入端口通过左编码器与左伺服电机连接，通过所述左编码器，检测左伺服电机的转角；所述第2控制器的第1-2输入端口通过右编码器与右伺服电机连接，通过所述右编码器，检测右伺服电机的转角；

所述第2控制器的第2-1输入端口通过左磁脉冲传感器PICK-UP与左主机连接，用于检测左主机的转速；所述第2控制器的第2-2输入端口通过右磁脉冲传感器PICK-UP与右主机连接，用于检测右主机的转速；

所述通信电路的第1端口与左机旁监控箱双向连接，所述左机旁监控箱用于与左主机连接；所述通信电路的第2端口与右机旁监控箱双向连接，所述右机旁监控箱用于与右主机连接；

所述数字量输入端口DI分别与左离合器和右离合器连接，用于分别采集左离合器和右离合器的合排/脱排信号；

所述数字量输出端口DO分别与左离合器和右离合器连接，用于分别控制左离合器和右离合器的嵌合/脱离状态；

所述模拟量输入端口AI分别与左旋机和右旋机连接，用于分别采集左旋机和右旋机的舵角信息；

所述模拟量输出端口AO分别与左旋机和右旋机连接，用于分别控制左旋机和右旋机的舵角值。

优选的，所述驾驶操纵台包括：左舵浆操纵手柄、右舵浆操纵手柄和复合控制手柄；所述复合控制手柄分别与所述左舵浆操纵手柄和所述右舵浆操纵手柄双向连接；

另外，所述左舵浆操纵手柄和所述右舵浆操纵手柄的输出端均连接到所述第2控制系统的模拟量输入端口AI；

另外，所述左舵浆操纵手柄和所述右舵浆操纵手柄的输出端还连接到所述第1控制系统的第1控制器。

本实用新型提供的全回转机桨舵复合监控系统具有以下优点：

本实用新型通过配置两套控制系统，有效提高了监控系统的容错性能和工作可靠性，还具有易维修、工作稳定以及成本低的优点。

附图说明

图1为仅画出第1控制系统的全回转机桨舵复合监控系统的结构示意图；

图2为仅画出第2控制系统的全回转机桨舵复合监控系统的结构示意图；

图3为左推进系统、右推进系统和驾驶操纵台的功能框图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细说明：

本实用新型提供一种全回转机桨舵复合监控系统，具有强的故障容错控制能力，可取代旧拖轮的监控系统，从而解决其维修难题，本实用新型具有高容错控制、高可靠性的优点，还具有易维修、工作稳定以及成本低的优点，具体包括：集控室端上位机、驾驶台端上位机、第1控制系统、第2控制系统、左推进系统、右推进系统和驾驶操纵台；

其中，集控室端上位机、驾驶台端上位机、第1控制系统、第2控制系统通过网络互相连接；

驾驶操纵台同时与第1控制系统和第2控制系统的输入端连接；

另外，第1控制系统同时与左推进系统和右推进系统电连接；第2控制系统也同时与左推进系统和右推进系统电连接。

本实用新型中，设置有两套控制系统，分别为第1控制系统和第2控制系统，正常情况下，第1控制系统和第2控制系统协同运行；而一旦当任意一个控制系统出现故障时，可无扰动切换到另一个控制系统，从而使整体的全回转机桨舵复合监控系统具有高的故障容错能力，使拖轮可靠地协助大船靠离码头和进出港，防止出现大船碰撞的事故发生。

另外，还具有系统硬件少、控制过程可视化，出现故障能自动定位、可靠性高以及维修方便的优点。

以下对上述各主要部件分别介绍说明：

(一)左推进系统和右推进系统

参考图3，推进系统共包括同型号同容量的两套推进系统，分别为左推进系统和右推进系统。

左推进系统包括：左主机、左离合器和左旋机；左主机通过左离合器和左旋机连接；

右推进系统包括：右主机、右离合器和右旋机；右主机通过右离合器和右旋机连接。

全回转机桨舵复合监控系统通过对左推进系统和右推进系统的同步控制，其尾部进行推进、转向的浆与舵成为一体，控制舵浆整体旋转的是旋转机的液压系统，从而实现拖轮的前进、后退、360°回转等一系列动作。货船进出港过程中，通过对货船的拖带、顶推、协助掉头等来完成港内操作任务。

左推进系统、右推进系统和驾驶操纵台的功能框图如图3所示：左推进系统和右推进系统均采用Z型推进系统，均由主机-轴系-离合器-旋转机-浆组成，Z型推进器由螺旋桨、垂直轴、锥齿轮、旋转套筒、蜗轮蜗杆装置以及支架等组成。其尾部的浆能够进行360°回转，实现拖轮转向，具备舵的功能，即舵浆成为一体。主机为中速柴油机，全回转舵桨为Z型传动形式，操纵手柄前后移动对主机进行加减速控制，操纵手柄左右旋转可控制舵桨跟随左右旋转，监测系统显示主机热工参数、全回转舵桨转速和位置等。

图3所示为液压驱动Z型全回转推进装置，当操纵手柄给出舵桨转角信号后，第1控制系统或第2控制系统比较从位置传感器反馈的当前舵桨位置信号，该差值经控制系统运算后，第1控制系统或第2控制系统发出控制信号给电控型液压三位四通阀，根据差值大小决定阀开度大小，其流量推动液压马达，液压马达驱动蜗轮蜗杆机构，从而驱动舵桨转向。

(二)第1控制系统

如图1所示，为仅画出第1控制系统的全回转机桨舵复合监控系统的结构示意图，第1控制系统在附图中，以SIMOTION控制系统示出，主要实现全回转机桨舵复合监控系统的闭环控制功能，包括第1控制器、第1电源模块、可逆电源模块ALM、第1电机驱动电路PM1和第2电机驱动电路PM2；

第1电源模块SITOP分别与第1控制器、可逆电源模块ALM、第1电机驱动电路和第2电机驱动电路电连接，用于提供24V直流电；

可逆电源模块ALM(ActiveLineModule)的输入端串联有电抗器和滤波器，具有可控AC/DC功能，外界380-440V交流电经电抗器和滤波器处理后，向可逆电源模块ALM供电；可逆电源模块ALM的输出端分别与第1电机驱动电路PM1和第2电机驱动电路PM2连接，用于向第1电机驱动电路PM1和第2电机驱动电路PM2供电；可逆电源模块ALM可控整流，也可将负载的制动能量反馈给供电系统，必要时ALM也执行无功功率补偿功能。

第1电机驱动电路PM1(PowerModule)的输出端通过左伺服电机和左调速器后，连接到左主机的输入端，第1电机驱动电路具有可控DC/AC功能，用于调节左主机的速度-负荷；第2电机驱动电路PM2的输出端通过右伺服电机和右调速器后，连接到右主机的输入端，用于调节右主机的速度-负荷；通过第1电机驱动电路PM1和第2电机驱动电路PM2，分别驱动左右主机的伺服电机，进行转速-负荷调节，实现左右主机的协同控制。

第1控制器可采用CPUD435，为系统核心，具有两个以太网口、两个时钟同步PROFIBUS口、现场总线ProfibusDP和MPI通讯口，还具有用于与其它模块进行数据交换的DRIVE-CliQ接口。

第1控制器的第1-1输入端口通过左信号采集电路SMC10-1与左编码器连接，通过左编码器，检测左伺服电机的转角；第1控制器的第1-2输入端口通过右信号采集电路SMC10-2与右编码器连接，通过右编码器，检测右伺服电机的转角；

第1控制器的第2-1输入端口通过左磁脉冲传感器与左主机连接，用于检测左主机的转速；第1控制器的第2-2输入端口通过右磁脉冲传感器与右主机连接，用于检测右主机的转速；

第1控制器的第3-1输入输出端口与左机旁监控箱双向连接，左机旁监控箱用于与左主机连接；第1控制器的第3-2输入输出端口与右机旁监控箱双向连接，右机旁监控箱用于与右主机连接；

第1控制器的第4-1输入输出端口与左离合器双向连接，用于检测左离合器的合排/脱排信号；第1控制器的第4-2输入输出端口与右离合器双向连接，用于检测右离合器的合排/脱排信号；

第1控制器的第5-1输入输出端口与左旋机双向连接，其输入信号为左旋机位置反馈信号，其输出信号为舵桨旋转控制；第1控制器的第5-2输入输出端口与右旋机双向连接，其输入信号为右旋机位置反馈信号，其输出信号为舵桨旋转控制。

另外，第1控制器、可逆电源模块ALM、第1电机驱动电路PM1和第2电机驱动电路PM2之间相互连接，例如，通过DRIVECliQ通讯互联，实现信息共享。

可见，第1控制器的输入/输出(I/O)信号包括伺服电机转角控制及反馈信号、调速器油门位置信号、主机转速信号、主机功率信号、离合器合排/脱排信号、舵桨旋转控制及位置反馈信号。

(三)第2控制系统

如图2所示，为仅画出第2控制系统的全回转机桨舵复合监控系统的结构示意图，第2控制系统在附图中，以SIMOTION控制系统示出，主要实现信号采集和全回转机桨舵复合监控系统的逻辑控制功能。

第2控制系统包括第2控制器、第2电源模块、通信电路、数字量输入端口DI、数字量输出端口DO、模拟量输入端口AI和模拟量输出端口AO；第2控制系统可采用PLC控制系统。

其中，第2电源模块分别与第2控制器、通信电路、数字量输入端口DI、数字量输出端口DO、模拟量输入端口AI和模拟量输出端口AO连接；

第2控制器的第1-1输出端通过左伺服电机和左调速器后，连接到左主机的输入端，用于调节左主机的速度-负荷；第2控制器的第1-2输出端通过右伺服电机和右调速器后，连接到右主机的输入端，用于调节右主机的速度-负荷；

第2控制器的第1-1输入端口通过左编码器与左伺服电机连接，通过左编码器，检测左伺服电机的转角；第2控制器的第1-2输入端口通过右编码器与右伺服电机连接，通过右编码器，检测右伺服电机的转角；

第2控制器的第2-1输入端口通过左磁脉冲传感器与左主机连接，用于检测左主机的转速；第2控制器的第2-2输入端口通过右磁脉冲传感器与右主机连接，用于检测右主机的转速；

通信电路的第1端口与左机旁监控箱双向连接，左机旁监控箱用于与左主机连接；通信电路的第2端口与右机旁监控箱双向连接，右机旁监控箱用于与右主机连接；

数字量输入端口DI分别与左离合器和右离合器连接，用于分别采集左离合器和右离合器的合排/脱排信号；

数字量输出端口DO分别与左离合器和右离合器连接，用于分别控制左离合器和右离合器的嵌合/脱离状态；

模拟量输入端口AI分别与左旋机和右旋机连接，用于分别采集左旋机和右旋机的舵角信息；

模拟量输出端口AO分别与左旋机和右旋机连接，用于分别控制左旋机和右旋机的舵角值。

由此可见，第1控制系统和第2控制系统为全回转机桨舵复合控制系统的硬件冗余部分，由图1和图2可见，第1控制系统可实现对左右推进系统的全部控制，而第2控制系统也可实现对左右推进系统的全部控制，因此，第1控制系统或第2控制系统有一个出故障时，可由另一个控制系统执行对左右推进系统的全部控制，从而提高了系统的容错能力和可靠性，还具有易维修、工作稳定以及成本低的优点。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种全回转机桨舵复合监控系统，其特征在于，包括：集控室端上位机、驾驶台端上位机、第1控制系统、第2控制系统、左推进系统、右推进系统和驾驶操纵台；

其中，所述集控室端上位机、所述驾驶台端上位机、所述第1控制系统、所述第2控制系统通过网络互相连接；

所述驾驶操纵台同时与所述第1控制系统和所述第2控制系统的输入端连接；

另外，所述第1控制系统同时与所述左推进系统和所述右推进系统电连接；所述第2控制系统也同时与所述左推进系统和所述右推进系统电连接。

2.根据权利要求1所述的全回转机桨舵复合监控系统，其特征在于，所述左推进系统包括：左主机、左离合器和左旋机；所述左主机通过所述左离合器和所述左旋机连接；

所述右推进系统包括：右主机、右离合器和右旋机；所述右主机通过所述右离合器和所述右旋机连接。

3.根据权利要求2所述的全回转机桨舵复合监控系统，其特征在于，所述第1控制系统包括第1控制器、第1电源模块、可逆电源模块ALM、第1电机驱动电路PM1和第2电机驱动电路PM2；

所述第1电源模块分别与所述第1控制器、所述可逆电源模块ALM、所述第1电机驱动电路和所述第2电机驱动电路电连接，用于提供24V直流电；

所述可逆电源模块ALM的输入端串联有电抗器和滤波器，外界380-440V交流电经电抗器和滤波器处理后，向可逆电源模块ALM供电；所述可逆电源模块ALM的输出端分别与所述第1电机驱动电路PM1和所述第2电机驱动电路PM2连接；

所述第1电机驱动电路PM1的输出端连接左伺服电机，所述左伺服电机连接左调速器后，连接到所述左主机的燃油输入端，用于调节所述左主机的速度-负荷；所述第2电机驱动电路PM2的输出端连接右伺服电机，所述右伺服电机连接右调速器后，连接到所述右主机的燃油输入端，用于调节所述右主机的速度-负荷；

另外，所述第1控制器的第1-1输入端口通过左信号采集电路SMC10-1与左编码器连接，通过所述左编码器，检测左伺服电机的转角；所述第1控制器的第1-2输入端口通过右信号采集电路SMC10-2与右编码器连接，通过所述右编码器，检测右伺服电机的转角；

所述第1控制器的第2-1输入端口通过左磁脉冲传感器PICK-UP与左主机连接，用于检测左主机的转速；所述第1控制器的第2-2输入端口通过右磁脉冲传感器PICK-UP与右主机连接，用于检测右主机的转速；

所述第1控制器的第3-1输入输出端口与左机旁监控箱双向连接，所述左机旁监控箱用于与左主机连接；所述第1控制器的第3-2输入输出端口与右机旁监控箱双向连接，所述右机旁监控箱用于与右主机连接；

所述第1控制器的第4-1输入输出端口与左离合器双向连接，用于检测左离合器的合排/脱排信号；所述第1控制器的第4-2输入输出端口与右离合器双向连接，用于检测右离合器的合排/脱排信号；

所述第1控制器的第5-1输入输出端口与左旋机双向连接，其输入信号为左旋机位置反馈信号，其输出信号为舵桨旋转控制；所述第1控制器的第5-2输入输出端口与右旋机双向连接，其输入信号为右旋机位置反馈信号，其输出信号为舵桨旋转控制。

4.根据权利要求3所述的全回转机桨舵复合监控系统，其特征在于，所述第1控制器、所述可逆电源模块ALM、所述第1电机驱动电路PM1和所述第2电机驱动电路PM2之间相互连接。

5.根据权利要求3所述的全回转机桨舵复合监控系统，其特征在于，所述第2控制系统包括第2控制器、第2电源模块、通信电路、数字量输入端口DI、数字量输出端口DO、模拟量输入端口AI和模拟量输出端口AO；

其中，所述第2电源模块分别与所述第2控制器、所述通信电路、所述数字量输入端口DI、所述数字量输出端口DO、所述模拟量输入端口AI和所述模拟量输出端口AO连接；

所述第2控制器的第1-1输出端连接左伺服电机，所述左伺服电机连接左调速器后，连接到所述左主机的燃油输入端，用于调节所述左主机的速度-负荷；所述第2控制器的第1-2输出端连接右伺服电机，所述右伺服电机连接右调速器后，连接到所述右主机的燃油输入端，用于调节所述右主机的速度-负荷；

所述第2控制器的第1-1输入端口通过左编码器与左伺服电机连接，通过所述左编码器，检测左伺服电机的转角；所述第2控制器的第1-2输入端口通过右编码器与右伺服电机连接，通过所述右编码器，检测右伺服电机的转角；

所述第2控制器的第2-1输入端口通过左磁脉冲传感器PICK-UP与左主机连接，用于检测左主机的转速；所述第2控制器的第2-2输入端口通过右磁脉冲传感器PICK-UP与右主机连接，用于检测右主机的转速；

所述通信电路的第1端口与左机旁监控箱双向连接，所述左机旁监控箱用于与左主机连接；所述通信电路的第2端口与右机旁监控箱双向连接，所述右机旁监控箱用于与右主机连接；

所述数字量输入端口DI分别与左离合器和右离合器连接，用于分别采集左离合器和右离合器的合排/脱排信号；

所述数字量输出端口DO分别与左离合器和右离合器连接，用于分别控制左离合器和右离合器的嵌合/脱离状态；

所述模拟量输入端口AI分别与左旋机和右旋机连接，用于分别采集左旋机和右旋机的舵角信息；

所述模拟量输出端口AO分别与左旋机和右旋机连接，用于分别控制左旋机和右旋机的舵角值。

6.根据权利要求5所述的全回转机桨舵复合监控系统，其特征在于，所述驾驶操纵台包括：左舵浆操纵手柄、右舵浆操纵手柄和复合控制手柄；所述复合控制手柄分别与所述左舵浆操纵手柄和所述右舵浆操纵手柄双向连接；

另外，所述左舵浆操纵手柄和所述右舵浆操纵手柄的输出端均连接到所述第2控制系统的模拟量输入端口AI；

另外，所述左舵浆操纵手柄和所述右舵浆操纵手柄的输出端还连接到所述第1控制系统的第1控制器。