CN216210668U - 一种基于全回转轮缘推进器的最短路径识别容错系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于全回转轮缘推进器的最短路径识别容错系统，包括：驾控台、中控箱、步进驱动系统、舵角反馈器、齿轮传动机构和变频电机推进系统，其特征更在于，其中：所述步进驱动系统包括步进驱动器和步进电机，所述步进驱动器和所述步进电机用以驱动转舵机构；所述中控箱包括主控制PLC，并通过屏蔽线直接采集操舵手柄的速度以及转舵信号，中控箱采集舵角反馈器发送过来的485信号并进行滤波容错处理，同时从操舵手柄所输入的485随动舵角度信号进行滤波容错处理。通过采用步进控制转舵的布置以及算法的优化，不仅提高了转舵角度的精确度并且从根源上杜绝了角度震荡和速度跳跃的弊端。

Description

一种基于全回转轮缘推进器的最短路径识别容错系统

技术领域

本实用新型属于船舶全回转推进器控制领域，具体涉及一种新型的船舶全回转轮缘式推进器步进转舵控制系统。

背景技术

全回转轮缘式推进器(轮缘式推进器集合舵与桨的作用合成一体，取代常规的舵和桨)在我国的应用越来越多，其优异的机动性能、更高的推进效率以及便于操作、维修、节能等优点受到了广大船东的欢迎。

全回转轮缘式推进器电控系统主要由驾控台、中控箱、变频器箱、步进电机启动箱、变频电机、变频器、步进电机、操作手柄以及舵角反馈器等组成。具体操作分为中控箱控制、驾控台非随动控制和随动控制。几种控制方法之间可以通过转换开关切换，其中所默认的操舵方式为随动控制模式。

全回转轮缘式推进器的随动控制驾控面板上的操纵手柄发出的角度指令，经过单片机读取后转换为数字通过485协议传送到中控箱内的PLC，并与从舵角反馈器读取的舵角信号形成一个舵角差，经过PLC内部算法转化为步进电机移动需要的脉冲数，以实现全回转桨360度高速转舵功能。

目前传统全回转轮缘式推进器存在的问题在于：

1)变频转舵电机的转舵精度不高：部分船上使用变频器控制变频电机实现转舵，变频电机本身并没有相应的定位反馈信号，而是由外部的舵角表反馈相应的角度，市面上的舵角表质量参差不齐，反馈的角度的精确度不尽如意，没办法做到独立的闭环控制。

2)推进电机的运行对同轴安装的舵角反馈器产生干扰，这样会造成角度的不稳定震动甚至角度反向跳跃的结果，这对PLC的算法产生影响，甚至造成转舵方向反转，船转舵超过180度，造成极大的不安全因素。

实用新型内容

经调研发现，投入到市场上的全回转轮缘式推进器经过运行一段时间后偶尔会出现转舵过程中来回震动不稳定，或者说转舵过程未按照最短路径进行，如果这些情况发生在紧急避让或进出港口情况时候，会面临严重的安全风险。通过多次厂内试验可以判断出，舵角反馈器和操舵手柄之间任何一个数据处理出错或受到干扰，PLC内部的会得到错误的信息从而发出错误的指令，从而导致上诉问题的出现。

为了避免上述隐患的发生，本申请完善了全回转轮缘式推进器的最短路径算法。本转舵系统经由两个步进电机来实现转舵，一主一备。运行过程中手柄给定的随动舵角经过容错处理后与舵角反馈器处理过的实际舵角进行比较。

本实用新型的目的在于提供一种新型的船舶全回转轮缘式推进器步进转舵控制系统，采用步进驱动器和步进电机来驱动转舵机构,并改进了PLC的算法, 从而提高了转舵角度控制精度、实现快速转舵以及同时消除震荡的功能。

为了达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于全回转轮缘推进器的最短路径识别容错系统，包括：驾控台、中控箱、步进驱动系统、舵角反馈器、齿轮传动机构和变频电机推进系统，其中：

所述步进驱动系统包括步进驱动器和步进电机，所述步进驱动器和所述步进电机用以驱动转舵机构。

所述驾控台上设置有485操作手柄，用于采集随动舵给定的角度和速度参数，并实时的反馈到中控箱，以实现安装有全回转轮缘式推进器船舶的实时转舵功能。

所述中控箱包括主控制PLC，并通过屏蔽线直接采集操舵手柄的速度以及转舵信号，中控箱采集舵角反馈器发送过来的485信号并进行滤波容错处理，同时从操舵手柄所输入的485随动舵角度信号进行滤波容错处理。

进一步地，所述舵角反馈器为485绝对值舵角反馈器。

进一步地，所述变频电机推进系统和中控箱连接，所述变频电机推动系统包括变频器和变频电机，所述变频器与控制模块相连，所述变频电机与所述变频器相连。

进一步地，所述齿轮传动机构和中控箱连接。

进一步地，所述的绝对值舵角反馈器为工业级。

进一步地，所述手柄内设置有编码器，所述编码器为工业级。

本实用新型的有益效果是，根据本实用新型算法优化的步进转舵控制系统，经部件的更换以及结构优化，通过采用步进控制转舵的布置以及算法的优化，不仅提高了转舵角度的精确度并且从根源上杜绝了角度震荡和速度跳跃的弊端。

经过厂内的多次试验以及运用到内河船上，证实了这种新型的算法可以将全回转轮缘式推进器的转舵角度精度控制到0.01度，并同时消除了因为舵角反馈器和舵角手柄的不稳定，推进电机的干扰所造成的转舵不稳定问题，已经在国内市场上得到了多次应用验证并取得良好的效果。

附图说明

图1为本实用新型的船舶全回转轮缘式推进器步进转舵控制系统的主结构示意图；

图2为本实用新型的船舶全回转轮缘式推进器步进转舵控制系统的舵角差转舵示意图。

图中：1、中控箱；2、驾控台；3、步进驱动系统；4、舵角反馈器；5、齿轮传动机构；6、变频电机推进系统。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见附图1-2所示，本实施例中一种基于全回转轮缘推进器的最短路径识别容错系统，包括：驾控台2、中控箱1、步进驱动系统3、485绝对值舵角反馈器4、齿轮传动机构5和变频电机推进系统6，其中：所述齿轮传动机构5和中控箱1连接。所述步进驱动系统3包括步进驱动器和步进电机，所述步进驱动器和所述步进电机用以驱动转舵机构。所述驾控台2上设置有485操作手柄，用于采集随动舵所给定的角度和速度参数，并实时的反馈到中控箱1，以实现安装有全回转轮缘式推进器船舶的实时转舵功能。所述中控箱1包括主控制PLC，并通过屏蔽线直接采集操舵手柄的速度以及转舵信号，中控箱1采集舵角反馈器4发送过来的485信号并进行滤波容错处理，同时从操舵手柄所输入的485 随动舵角度信号进行滤波容错处理。所述变频电机推进系统6和中控箱1连接，所述变频电机推动系统包括变频器和变频电机，所述变频器与所述控制模块相连，所述变频电机与所述变频器相连。所述的绝对值舵角反馈器4为工业级。所述手柄内设置有编码器，所述编码器为工业级。

最短路径是指转舵机构以最小的转舵角度，在最短的转舵时间内达到操作手柄指定的转舵角度。例如，实际角度为30度，手柄指定转舵角度为60度，那么转舵机构应该以正方向转舵；反之，如果实际角度是30度，而手柄指定转舵角度为350度，如果继续正方向转舵，需要的转舵角度为320度，如果采用反方向转舵，所需要的转舵角度只有40度，这种情况下，系统会自动选择采用反方向转舵40度达到手柄要求的转舵角度。这就是最短路径的意义所在。

以上实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于全回转轮缘推进器的最短路径识别容错系统，包括：驾控台、中控箱、步进驱动系统、舵角反馈器、齿轮传动机构和变频电机推进系统，其特征在于，其中：

所述步进驱动系统包括步进驱动器和步进电机，所述步进驱动器和所述步进电机用以驱动转舵机构；

所述驾控台上设置有485操作手柄，用于采集随动舵所给定的角度和速度参数，并实时的反馈到所述中控箱，以实现安装有全回转轮缘式推进器船舶的实时转舵功能；

所述中控箱包括主控制PLC，并通过屏蔽线直接采集操舵手柄的速度以及转舵信号，中控箱采集舵角反馈器发送过来的485信号并进行滤波容错处理，同时从操舵手柄所输入的485随动舵角度信号进行滤波容错处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于全回转轮缘推进器的最短路径识别容错系统，其特征在于，所述舵角反馈器为485绝对值舵角反馈器。

3.根据权利要求1所述的一种基于全回转轮缘推进器的最短路径识别容错系统，其特征在于，所述变频电机推进系统和所述中控箱相连，所述变频电机推动系统包括变频器和变频电机，所述变频器与控制模块相连，所述变频电机与所述变频器相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于全回转轮缘推进器的最短路径识别容错系统，其特征在于，所述齿轮传动机构和所述中控箱相连。

5.根据权利要求1所述的一种基于全回转轮缘推进器的最短路径识别容错系统，其特征在于，所述舵角反馈器为工业级。

6.根据权利要求1所述的一种基于全回转轮缘推进器的最短路径识别容错系统，其特征在于，所述手柄内设置有编码器，所述编码器为工业级。

Images