DE4408395C2 - Mooringwinde sowie Verfahren zur Windensteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mooringwinde für ein Schiff, die mit einem Antrieb, mindestens einer Winden­ trommel sowie einem den Antrieb an die Windentrommel ankoppelnden Getriebe versehen ist und bei der der An­ trieb als ein Drehstromasynchronmotor ausgebildet ist sowie bei der im Bereich des Antriebes eine Bremsein­ richtung angeordnet ist.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Mooringwinde an Bord eines Schiffes, bei dem im Bereich eines Bedienpultes ein vorzugebender Seilzug definiert wird und der vorgegebene Seilzug von einem als Drehstromasynchronmotor ausgebildeten Antrieb gehalten wird, der über einen Frequenzumrichter ange­ steuert ist sowie bei dem bei geöffneter Bremse der Seilzug im Stillstand des Antriebes über das generierte elektrische Feld gehalten wird.

Bei Lade- oder Löschvorgängen im Bereich einer Pier wird das Schiff mit Festmacherleinen im Bereich der Pier festgemacht. Ein vergleichbarer Arbeitsablauf wird beispielsweise auch dann durchgeführt, wenn das Schiff zur Durchführung von Wartungs- oder Überholungsarbeiten im Bereich eines Schwimmdocks festgemacht wird. Bei diesen Vorgängen ist es von besonderer Wichtigkeit, eine relativ genaue Positionierung des Schiffes vorzu­ geben. Als Störgrößen treten bei derartigen Schiffs­ positionierungen beispielsweise Strömungs-, Wind- und Tideeinflüsse auf. Darüber hinaus können auch aufgrund von durchgeführten Lade- und Löschvorgängen Längsbe­ wegungen des Schiffes hervorgerufen werden.

Um ein manuelles Einholen oder Ausstecken der Fest­ macherleinen bei Tiefgangs- oder Wasserstandsverände­ rungen zu vermeiden, werden Mooringwinden mit Konstant­ zugautomatik eingesetzt. Hierdurch werden die jeweils auftretenden Verspannkräfte vorgegeben und bei einer Krafterhöhung oder einer Krafterniedrigung aufgrund von Störeinflüssen erfolgt eine automatische Längen­ korrektur der Leinen.

Grundsätzlich ist es bereits bekannt, derartige Mooringwinden mit einem elektrischen Antrieb zu ver­ sehen. Es sind jedoch spezielle Drehmoment- oder Zug­ kraftmeßeinrichtungen erforderlich, um eine funktions­ gerechte Betriebsweise zu gewährleisten. Diese Elemente erhöhen jedoch die Komplexität und damit die Störan­ fälligkeit der Anordnung, darüber hinaus ist auch keine optimale Ausnutzung des gesamten zur Verfügung stehenden Einstellbereiches gegeben.

In der DE-OS 14 31 132 wird bereits eine Mooringwinde beschrieben, bei der im Bereich einer Windentrommel ein Antrieb und ein Getriebe angeordnet sind und bei der der Antrieb als Drehstromasynchronmotor ausgebildet ist. Der Antrieb ist mit einer Bremseinrichtung ver­ sehen.

Aus der DE-OS 28 47 406 ist es bekannt, eine Winde mit einer Drehzahlregelung und einer Drehzahlerfassung zu versehen. Die Drehzahlerfassung erfolgt mit Hilfe eines Tachogenerators.

Aus der Zeitschrift DE-Z: "Hansa" 1967, S. 282-286 ist es bekannt, eine Mooringwinde an Bord eines Schiffes in einem bestimmten Betriebsbereich mit einem vor zu­ gebenden Seilzug zu betreiben. In Abhängigkeit von einer Trossenbelastung erfolgt eine Aktivierung des Motors solange, bis eine Zugkraft einen vorgegebenen Sollwert erreicht.

Aus der Zeitschrift DE-Z: "Maschinenmarkt", 1980, S. 1528-1530 ist es bekannt, einen Drehstromasyn­ chronmotor mit Hilfe eines Frequenzumrichters anzu­ steuern. Es werden unterschiedliche Motortypen be­ schrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mooringwinde der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß sowohl ein einfacher Aufbau als auch ein großer nutzbarer Reglungsbereich gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Antrieb mit einer Drehzahlregelung verbunden ist, die zur Istwerterfassung der Drehzahl mit einem Dreh­ zahlgeber versehen ist, der im Bereich des Antriebes angeordnet ist und daß zwei außenliegenden Bordscheiben und eine einen Seilspeicherteil von einem Arbeitsteil trennende innenliegende Bordscheibe im Bereich der Windentrommel angeordnet sind, daß zur Ansteuerung des Antriebes ein Frequenzumrichter angeordnet ist und daß der Frequenzumrichter entkoppelte Regelungen für den Drehmoment- und den Flußregelkreis aufweist.

Auch ist es Aufgabe der Erfindung, das Steuerverfahren der einleitend genannten Art zu opti­ mieren.

Dieser Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ansteuerung des Frequenzumrichters mit Hilfe eines Raumzeigermodulationsverfahrens erfolgt und daß für einen Drehmomentregelkreis und einen Flußregelkreis entkoppelte Regelungen verwendet werden.

Ein derartiger Antrieb ist in der Lage, über einen be­ liebig langen Zeitraum das Nennmoment im Stillstand abzugeben. Hierdurch ist es möglich, eine ,sehr effek­ tive Lastübernahme vom Motor zur Bremse beziehungsweise von der Bremse zum Motor durchzuführen. Insbesondere werden auch Schwingungen vermieden, die durch ein Auf­ schaukeln aufgrund einer diskontinuierlichen Steuerung entstehen können. Durch die meßtechnische Erfassung der Drehzahl wird ein sehr einfacher und störungsunan­ fälliger Aufbau bereitgestellt. Die Vorrichtung ist somit insbesondere dafür geeignet, zuverlässig im Be­ reich der rauhen Arbeitsbedingungen an Bord eines Schiffes eingesetzt zu werden.

Eine hochgenaue Drehzahl und Positionserfassung ist dadurch möglich, daß der Drehzahlgeber als ein Inkre­ mentalwinkelgeber ausgebildet ist.

Zur Bereitstellung einer flexiblen Steuermöglichkeit wird vorgeschlagen, daß zur Koordinierung des Antriebes eine als speicherprogrammierbare Steuerung vorgesehen ist.

Ein digital einfach zu realisierendes Steuerverfahren wird dadurch vorgegeben, daß zur Parametrierung des Frequenzumrichters ein Personalcomputer vorgesehen ist.

Zur Reduzierung der erforderlichen Betriebs zeit des Antriebes wird vorgeschlagen, daß nach einem vorgeb­ baren Stillstandsintervall des Antriebes automatisch ein Festsetzen der Bremseinrichtung initialisiert wird.

Zur Anpassung an sich ändernde Randbedingungen nach einem Festsetzen der Bremse wird vorgeschlagen, daß in einem vorgebbaren Taktbetrieb die Bremse periodisch zur Erfassung einer tatsächlich anstehenden Last gelöst wird.

Zur Gewährleistung einer genauen Positionseinhaltung wird vorgeschlagen, daß eine Lastübernahme von der Lamellenbremse zum Antrieb erst dann durchgeführt wird, wenn der Antrieb das Motornennmoment wieder aufgebaut hat.

Zur Gewährleistung ausgeglichener energetischer Ver­ hältnisse wird vorgeschlagen, daß eine Aufnahme und ein Abbau der bei einem generatorischen Betrieb in einen Zwischenkreis des Frequenzumrichters eingespeisten Energie durch Einsatz eines Bremschoppers gesteuert wird. Die Energie kann aber auch in das Netz zurückge­ speist werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er­ findung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Mooringwinde mit Getriebe und Antrieb und

Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltschema der elektrischen Anordnung.

Entsprechend der Ausführungsform in Fig. 1 ist die Mooringwinde (1) über ein Getriebe (2) mit einem Antrieb (3) verbunden. Der Antrieb (3) ist als ein Drehstromasynchronmotor ausgebildet, der mit einer Lamellenbremse (4) und einem Drehzahlgeber (5) versehen ist. Der Drehzahlgeber (5) ist als ein Inkremental­ winkelgeber ausgebildet. Die Lamellenbremse (4) ermöglicht über eine elektromechanische Kraftentfaltung eine Abbremsung der Mooringwinde (1) und des Antriebes (3).

Die Mooringwinde (1) ist mit zwei außenliegenden Bordscheiben (6) und einer innenliegenden Bordscheibe (7) versehen. Die innenliegende Bordscheibe (7) ist mit einer radialen länglichen Öffnung versehen, deren Kanten so beschaffen sind, daß ein auf der Mooringwinde (1) bevorratetes Seil sicher von einem Seilspeicherteil (8) zu einem Arbeitsteil (9) umgewickelt werden kann. Das gleiche gilt für einen Umwickelvorgang vom Arbeits­ teil (9) zum Seilspeicherteil (8). Durch die innen­ liegende Bordscheibe (7) wird das Seilspeicherteil (8) vom Arbeitsteil (9) getrennt. Das Arbeitsteil (9) stellt sicher, daß der Windenbetrieb unter Vorgabe eines konstant zu haltenden Seilzuges bei einem gleich­ bleibenden Wirkdurchmesser der Trommel durchgeführt werden kann.

Die elektrische Verschaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Der Antrieb (3) ist über eine dreiphasige Anschluß­ leitung (10) an ein Steuergerät (11) angeschlossen. Das Steuergerät (11) wird von einem dreiphasigen Dreh­ stromnetz (12) gespeist. An das Steuergerät (11) ist der Drehzahlgeber (5) angeschlossen. Das Steuergerät (11) wird von einer Steuerung (13) koordiniert, die beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildet sein kann. Zur Verbindung der Steuerung (13) mit dem Steuergerät (11) sind eine Meßwertüber­ tragung (14) und eine Sollwertübertragung (15) vorge­ sehen. Die Meßwertübertragung (14) erfolgt vom Steuer­ gerät (11) in Richtung auf die Steuerung (13) und die Sollwertübertragung (15) von der Steuerung (13) in Richtung auf das Steuergerät (11). Die Steuerung (13) ist darüber hinaus über eine Signalübertragung (16) an ein Bedienpult (17) angeschlossen. Mit Hilfe des Be­ dienpultes (17) können manuelle Bedienvorgaben an die Steuerung (13) übertragen werden.

Das Steuergerät (11) ist als ein Frequenzumrichter mit Raumzeigermodulationsverfahren ausgebildet, der den Antrieb (3) ansteuert und vom Drehstromnetz (12) ge­ speist wird. Als Drehstromnetz (12) kann das übliche Bordnetz des Schiffes verwendet werden.

Ein Benutzungsablauf erfolgt derart, daß vom Bedienpult (17) aus manuelle Steuervorgaben generiert werden und die entsprechenden Signalen über die Signalübertragung (16) an die Steuerung (13) übermittelt werden. Die Steuerung (13) erhält darüber hinaus über die Meßwert­ übertragung (14) die Istwerte zur aktuellen Drehzahl des Antriebes (3). Aus diesen Daten werden von der Steuerung (13) die Sollwerte für den Frequenzumrichter generiert. Grundsätzlich ist es möglich, den Winden­ antrieb auf ein frei wählbares konstantes Haltemoment zu regeln. Dies resultiert daraus, daß der Antrieb in der Lage ist, über einen beliebig langen Zeitraum das Nennmoment im Stillstand abzugeben. Diese Eigenschaft macht den Drehstromasynchronmotor mit Frequenzumrichter und Raumzeigermodulationsverfahren in besonderer Weise für einen automatischen Mooringbetrieb geeignet.

Ein elektrischer Drehstromasynchronmotor läßt sich in übersichtlicher Weise durch ein mathematisches Modell beschreiben, so daß das aktuelle wirksame Motormoment, das proportional zum Seilzug ist, bei einer gegebenen Frequenzumrichterschaltung auch im Stillstand aus den elektrischen Zustandsgrößen des Motors berechnet werden kann. Aufgrund dieser mathematischen Herleitbarkeit ist es nicht erforderlich, zur Bestimmung des Momentes me­ chanische oder elektromechanische Messungen durchzu­ führen.

Im Detail ergibt sich somit der folgende Arbeitsablauf. Zunächst wird am Bedienpult der einzuhaltende Seilzug vorgegeben. Danach erfolgt eine Einstellung des vorgegebenen Seilzuges an der Winde durch Ansteuerung des Antriebes (3) über den Drehmoment- und Flußregel­ kreis des Frequenzumrichters. Bei geöffneter Bremse (4) kann der Seilzug im Stillstand über das erzeugte elektrische Feld gehalten werden. Nach Erreichen einer vorwählbaren Zeitspanne für einen Antriebsstillstand ist es möglich, ein automatisches Ansprechen der Bremse (4) vorzusehen und den Antrieb (3) zu deaktivieren, um den erforderlichen Energieaufwand zu reduzieren. Grund­ sätzlich ist aber auch ein Permanentbetrieb des An­ triebes (3) denkbar. Wird die Variante mit dem automa­ tischen Ansprechen der Bremse (4) verwendet, so wird die Bremse (4) in einer vorgegebenen Taktung zur Über­ prüfung der jeweils tatsächlich anstehenden Last ge­ löst.

Eine Lastübernahme durch den Antrieb (3) nach einem vorhergehenden Ansprechen der Bremse (4) erfolgt erst dann, wenn das Motornennmoment wieder ansteht und der hierfür erforderliche Feldaufbau abgeschlossen ist. Eine Aufnahme und ein Abbau der bei einem genera­ torischen Betrieb in den Zwischenkreis des Frequenzum­ richters eingespeisten Energie ist durch den Einsatz eines Bremschoppers möglich. Die Motorkennlinien sind frei programmierbar. Hierdurch wird eine Berücksich­ tigung unterschiedlicher Seileigenschaften möglich. Darüber hinaus wird ein Aufschaukeln des Systems durch Schwingungsunterdrückung vermieden.

Die Mooringwinde (1) und der Antrieb (3) können im freien Decksbereich des Schiffes angeordnet werden. Der erforderliche Schaltschrank und der Frequenzumrichter des Steuergerätes (14) werden an einer nahezu beliebig vorgebbaren Stelle unterhalb des Deckes witterungsge­ schützt aufgestellt.

Claims (9)

1. Mooringwinde für ein Schiff, die mit einem Antrieb, mindestens einer Windentrommel sowie einem den An­ trieb an die Windentrommel ankoppelnden Getriebe versehen ist und bei der der Antrieb als ein Dreh­ stromasynchronmotor ausgebildet ist, sowie bei der im Bereich des Antriebes eine Bremseinrichtung an­ geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der An­ trieb (3) mit einer Drehzahlregelung verbunden ist, die zur Istwerterfassung der Drehzahl mit einem Drehzahlgeber (5) versehen ist, der im Bereich des Antriebes (3) angeordnet ist, daß zwei außenlie­ genden Bordscheiben (6) und eine einen Seil­ speicherteil (8) von einem Arbeitsteil (9) trennende innenliegende Bordscheibe (7) im Bereich der Windentrommel angeordnet sind, daß zur An­ steuerung des Antriebes (3) ein Frequenzumrichter (7) angeordnet ist und daß der Frequenzumrichter entkoppelte Regelungen für den Drehmoment- und den Flußregelkreis aufweist.

2. Mooringwinde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Drehzahlgeber (5) als ein Inkremen­ talwinkelgeber ausgebildet ist.

3. Mooringwinde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Koordinierung des Antriebes (3) eine als speicherprogrammierbare Steuerung aus­ gebildete Steuerung (13) vorgesehen ist.

4. Mooringwinde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Parametrierung des Frequenzumrichters ein Personalcomputer vorgesehen ist.

5. Verfahren zum Betrieb einer Mooringwinde an Bord eines Schiffes, bei dem im Bereich eines Bedien­ pultes ein vorzugebender Seilzug definiert wird und der vorgegebene Seilzug von einem als Drehstroma­ synchronmotor ausgebildeten Antrieb gehalten wird, der über einen Frequenzumrichter angesteuert ist sowie bei dem bei geöffneter Bremse der Seilzug im Stillstand des Antriebes über das generierte elek­ trische Feld gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung des Frequenzumrichters mit Hilfe eines Raumzeigermodulationsverfahrens erfolgt und daß für einen Drehmomentregelkreis und einen Flußregelkreis entkoppelte Regelungen verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem vorgebbaren Stillstandsintervall des Antriebes automatisch ein Festsetzen der Bremsein­ richtung initialisiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem vorgebbaren Taktbetrieb die Bremse periodisch zur Erfassung einer tatsächlich anstehenden Last gelöst wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lastübernahme von der Lamellenbremse zum Antrieb erst dann durchgeführt wird, wenn der Antrieb das Motornennmoment wieder aufgebaut hat.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufnahme und ein Abbau der bei einem generatorischen Betrieb in einen Zwischenkreis des Frequenzumrichters eingespeisten Energie durch Einsatz eines Bremschoppers gesteuert wird.