DE9415610U1

DE9415610U1 - Mooring winch for winch control

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Publication number: DE9415610U1
Application number: DE9415610U
Authority: DE
Original assignee: Hatlapa Uetersener Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: MacGregor Hatlapa GmbH and Co KG
Priority date: 1994-03-12
Filing date: 1994-03-12
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2004-03-13

Description

HANSMANN -"KSICJCQW ..'HANSMANNHANSMANN -"KSICJCQW ..'HANSMANN

PATENTANWÄLTE .'· I E^jJiCiPEJjNf PA*tißP$T ATTORNEYSPATENT ATTORNEYS .'· I E^jJiCiPEJjNf PA*tißP$T ATTORNEYS

DIPL.-ING. DIERK HANSMANN · DR.-ING. HANS-HENNING KLICKOW ■ GEORG HANSMANN(ti977) JESSENSTRASSE 4 · 22767 HAMBURG ■ TEL. (040) 38 24 57/3 89 84 45 · FAX (040) 3 89 35DIPL.-ING. DIERK HANSMANN · DR.-ING. HANS-HENNING KLICKOW ■ GEORG HANSMANN(ti977) JESSENSTRASSE 4 · 22767 HAMBURG ■ TEL. (040) 38 24 57/3 89 84 45 · FAX (040) 3 89 35

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Anmelderin: Hatlapa Uetersener Maschinenfabrik GmbH Tornescher Weg 5-7, D-25436 UetersenApplicant: Hatlapa Uetersener Maschinenfabrik GmbH Tornescher Weg 5-7, D-25436 Uetersen

Mooringwinde zur WindensteuerungMooring winch for winch control

Die Neuerung betrifft eine Mooringwinde für ein Schiff, die mit einem Antrieb, mindestens einer Windentrommel sowie einem den Antrieb an die Windentrommel ankoppelnden Getriebe versehen ist..The innovation concerns a mooring winch for a ship, which is equipped with a drive, at least one winch drum and a gear coupling the drive to the winch drum.

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 vorzugeben. Als Störgrößen treten bei derartigen Schiffspositionierungen beispielsweise Strömungs-, Wind- und Tideeinflüsse auf. Darüber hinaus können auch aufgrundDuring loading or unloading operations in the area of a pier, the ship is moored in the area of the pier using mooring lines. A similar work process is also carried out, for example, when the ship is moored in the area of a floating dock for maintenance or overhaul work. During these operations, it is particularly important to specify a relatively precise positioning of the ship. Disturbances in such ship positioning include, for example, current, wind and tide influences. In addition, due to

Deutsche Bank AG 65 49 844 (&Bgr;&Igr;&idigr;&Zgr;*20&THgr; 709^90$·· ■ *Postg«oasrlt Hamburg 4234-206 (BLZ 200 100 20)Deutsche Bank AG 65 49 844 (&Bgr;&Igr;&idigr;&Zgr;*20&THgr; 709^90$·· ■ *Postg«oasrlt Hamburg 4234-206 (bank code 200 100 20)

von durchgeführten Lade- und Löschvorgängen Längsbewegungen des Schiffes hervorgerufen werden.Longitudinal movements of the ship may be caused by loading and unloading operations.

Um ein manuelles Einholen oder Ausstecken der Festmacherleinen bei Tiefgangs- oder Wasserstandsveränderungen zu vermeiden/ werden Mooringwinden mit Konstantzugautomatik eingesetzt. Hierdurch werden die jeweils auftretenden Verspannkräfte vorgegeben und bei einer Krafterhöhung oder einer Krafterniedrigung aufgrund von Störeinflüssen erfolgt eine automatische Längenkorrektur der Leinen.In order to avoid having to manually pull in or pull out the mooring lines when there are changes in draft or water level, mooring winches with automatic constant tension are used. This specifies the tensioning forces that occur and if the force increases or decreases due to disruptive influences, the length of the lines is automatically corrected.

Grundsätzlich ist es bereits bekannt, derartige Mooringwinden mit einem elektrischen Antrieb zu versehen. Es sind jedoch spezielle Drehmoment- oder Zugkraftmeßeinrichtungen erforderlich, um eine funktionsgerechte Betriebsweise zu gewährleisten. Diese Elemente erhöhen jedoch die Komplexität und damit die Störanfälligkeit der Anordnung, darüber hinaus ist auch keine optimale Ausnutzung des gesamten zur Verfügung stehenden Einstellbereiches gegeben.In principle, it is already known to equip such mooring winches with an electric drive. However, special torque or tensile force measuring devices are required to ensure functional operation. However, these elements increase the complexity and thus the susceptibility to failure of the arrangement, and in addition, the entire available adjustment range is not optimally utilized.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Mooringwinde der einleitend genannten Art derart zu schaffen, daß sowohl ein einfacher Aufbau als auch ein großer nutzbarer Reglungsbereich gewährleistet ist.The object of the present invention is therefore to create a mooring winch of the type mentioned in the introduction in such a way that both a simple construction and a large usable control range are ensured.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß der Antrieb als ein Drehstromasynchronmotor ausgebildet ist, der mit einer Drehzahlregelung verbunden ist, die zur Istwerterfassung der Drehzahl mit einem Drehzahlgeber versehen ist, der im Bereich des Antriebes angeord net ist und daß im Bereich des Antriebes eine Brems-einrichtung angeordnet ist.This task is solved according to the innovation in that the drive is designed as a three-phase asynchronous motor that is connected to a speed control, which is provided with a speed sensor for detecting the actual value of the speed, which is arranged in the area of the drive and in that a braking device is arranged in the area of the drive.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß im Bereich eines Bedienpultes ein vorzugebender Seilzug definiert wird, daß der vorgegebene Seilzug von einem als Drehstromasynchronmotor ausgebildeten Antrieb gehalten wird, der über einen Frequenzumrichter mit Raumzeigermodulationsverfahren angesteuert wird und daß bei geöffneter Bremse der Seilzug im Stillstand des Antriebes über das generierte elektrische Feld gehalten wird.This task is solved in accordance with the innovation by defining a predefined cable pull in the area of a control panel, by holding the predefined cable pull by a drive designed as a three-phase asynchronous motor, which is controlled by a frequency converter with space vector modulation method, and by holding the cable pull when the drive is at a standstill via the generated electric field when the brake is open.

Ein derartiger Antrieb ist in der Lage, über einen beliebig langen Zeitraum das Nennmoment im Stillstand abzugeben. Hierdurch ist es möglich, eine sehr effektive Lastübernahme vom Motor zur Bremse beziehungsweise von der Bremse zum Motor durchzuführen. Insbesondere werden auch Schwingungen vermieden, die durch ein Aufschaukeln aufgrund einer diskontinuierlichen Steuerung entstehen können. Durch die meßtechnische Erfassung der Drehzahl wird ein sehr einfacher und störungsunanfälliger Aufbau bereitgestellt. Die Vorrichtung ist somit insbesondere dafür geeignet, zuverlässig im Bereich der rauhen Arbeitsbedingungen an Bord eines Schiffes eingesetzt zu werden.Such a drive is able to deliver the nominal torque at standstill for any length of time. This makes it possible to carry out a very effective load transfer from the motor to the brake or from the brake to the motor. In particular, vibrations that can arise from rocking due to discontinuous control are avoided. The measurement of the speed provides a very simple and trouble-free structure. The device is therefore particularly suitable for reliable use in the rough working conditions on board a ship.

Eine hochgenaue Drehzahl und Positionserfassung ist dadurch möglich, daß der Drehzahlgeber als ein Inkrementalwinkelgeber ausgebildet ist.Highly accurate speed and position detection is possible because the speed sensor is designed as an incremental angle sensor.

Zur Bereitstellung einer flexiblen Steuermöglichkeit wird vorgeschlagen, daß zur Koordinierung des Antriebes eine als speicherprogrammierbare Steuerung vorgesehen ist.In order to provide a flexible control option, it is proposed that a programmable logic controller be provided to coordinate the drive.

Eine Aufteilung der Windentrommel zur Gewährleistung gleicher wirksamer Wickelradien wird dadurch realisiert, daß zur Seilführung zwei außenliegenden 'A division of the winch drum to ensure equal effective winding radii is achieved by using two external '

Bordscheiben und eine einen Seilspeicherteil von einem Arbeitsteil trennende innenliegende Bordscheibe im Bereich der Windentrommel angeordnet sind.Flange discs and an inner flange disc separating a rope storage part from a working part are arranged in the area of the winch drum.

Zur Durchführung der elektrischen Speisung wird vorgeschlagen, daß zur Ansteuerung des Antriebes ein Frequenzumrichter angeordnet ist.To implement the electrical supply, it is suggested that a frequency converter be arranged to control the drive.

Insbesondere ist es zweckmäßig, daß der Frequenzumrichter entkoppelte Regelungen für den Drehmoment- und den Flußregelkreis aufweist.In particular, it is expedient for the frequency converter to have decoupled controls for the torque and flux control loops.

Ein digital einfach zu realisierendes Steuerverfahren wird dadurch vorgegeben, daß zur Parametrierung des Frequenzumrichters ein Personalcomputer vorgesehen ist.A control procedure that is easy to implement digitally is provided by the fact that a personal computer is provided for parameterizing the frequency converter.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Neuerung schematisch dargestellt. Es zeigen:The drawing shows schematic examples of the innovation. It shows:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Mooringwinde mit Getriebe und AntriebFig. 1 a schematic diagram of the mooring winch with gear and drive

undand

Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltschema der elektrischen Anordnung.Fig. 2 shows a simplified circuit diagram of the electrical arrangement.

Entsprechend der Aus führungs form 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 Inkrementalwinkelgeber ausgebildet. Die Lamellenbremse (4) ermöglicht über eine elektromechanische KraftentfaltungAccording to the embodiment in Fig. 1, the mooring winch (1) is connected to a drive (3) via a gear (2). The drive (3) is designed as a three-phase asynchronous motor, which is provided with a multi-disk brake (4) and a speed sensor (5). The speed sensor (5) is designed as an incremental angle sensor. The multi-disk brake (4) enables electromechanical power development

eine Abbremsung der Mooringwinde (1) und des Antriebes (3).a braking of the mooring winch (1) and the drive (3).

Die Mooringwinde (1) ist mit zwei außenliegenden Bordscheiben (6) und einer innenliegenden BordscheibeThe mooring winch (1) is equipped with two external flanges (6) and one internal flange

(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(7). The inner flange (7) is provided with a radial elongated opening, the edges of which are designed in such a way that a rope stored on the mooring winch (1) can be safely pulled out of a rope storage part

(8) zu einem Arbeitsteil (9) umgewickelt werden kann. Das gleiche gilt für einen Umwickelvorgang vom Arbeitsteil (9) zum Seilspeicherteil (8). Durch die innenliegende 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 gleichbleibenden Wirkdurchmesser der Trommel durchgeführt werden kann.(8) can be wound around to form a working part (9). The same applies to a winding process from the working part (9) to the rope storage part (8). The rope storage part (8) is separated from the working part (9) by the internal flanged disc (7). The working part (9) ensures that the winch operation can be carried out with a constant rope tension and a constant effective diameter of the drum.

Die elektrische Verschaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Der Antrieb (3) ist über eine dreiphasige Anschlußleitung (10) an ein Steuergerät (11) angeschlossen. Das Steuergerät (11) wird von einem dreiphasigen Drehstromnetz (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 Meßwertübertragung (14) und eine Sollwertübertragung (15) vorgesehen. Die Meßwertübertragung (14) erfolgt vom Steuergerät (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 Bedienpultes (17) könnenThe electrical connection is shown in Fig. 2. The drive (3) is connected to a control unit (11) via a three-phase connection cable (10). The control unit (11) is fed by a three-phase AC network (12). The speed sensor (5) is connected to the control unit (11). The control unit (11) is coordinated by a controller (13), which can be designed, for example, as a programmable logic controller. A measured value transmission (14) and a setpoint transmission (15) are provided to connect the controller (13) to the control unit (11). The measured value transmission (14) takes place from the control unit (11) in the direction of the controller (13) and the setpoint transmission (15) from the controller (13) in the direction of the control unit (11). The controller (13) is also connected to a control panel (17) via a signal transmission (16). Using the control panel (17) you can

manuelle Bedienvorgaben an die Steuerung (13) übertragen werden.manual operating instructions are transmitted to the control system (13).

Das Steuergerät (11) ist als ein Frequenzumrichter mit Raumzeigermodulationsverfahren ausgebildet, der den Antrieb (3) ansteuert und vom Drehstromnetz (12) gespeist wird. Als Drehstromnetz (12) kann das übliche Bordnetz des Schiffes verwendet werden.The control unit (11) is designed as a frequency converter with space vector modulation method, which controls the drive (3) and is fed by the three-phase network (12). The usual on-board network of the ship can be used as the three-phase network (12).

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 Meßwertübertragung (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 Windenantrieb 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.The operation sequence is such that manual control specifications are generated from the control panel (17) and the corresponding signals are transmitted to the control (13) via the signal transmission (16). The control (13) also receives the actual values for the current speed of the drive (3) via the measured value transmission (14). The control (13) uses these data to generate the setpoint values for the frequency converter. In principle, it is possible to regulate the winch drive to a freely selectable constant holding torque. This results from the fact that the drive is able to deliver the nominal torque at standstill for any length of time. This property makes the three-phase asynchronous motor with frequency converter and space vector modulation method particularly suitable for automatic mooring operation.

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 mechanische oder elektromechanische Messungen durchzuführen. An electric three-phase asynchronous motor can be described in a clear manner using a mathematical model, so that the current effective motor torque, which is proportional to the cable pull, can be calculated from the electrical state variables of the motor for a given frequency converter circuit, even when the motor is at a standstill. Due to this mathematical derivability, it is not necessary to carry out mechanical or electromechanical measurements to determine the torque.

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 Flußregelkreis 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. Grundsätzlich ist aber auch ein Permanentbetrieb des Antriebes (3) denkbar. Wird die Variante mit dem automatischen Ansprechen der Bremse (4) verwendet, so wird die Bremse (4) in einer vorgegebenen Taktung zur Überprüfung der jeweils tatsächlich anstehenden Last gelöst.In detail, this results in the following workflow. First, the cable tension to be maintained is specified on the control panel. The specified cable tension is then set on the winch by controlling the drive (3) via the torque and flux control circuit of the frequency converter. When the brake (4) is open, the cable can be held at a standstill via the generated electric field. After reaching a preselectable period of time for the drive to stop, it is possible to provide for automatic activation of the brake (4) and to deactivate the drive (3) in order to reduce the required energy expenditure. In principle, however, permanent operation of the drive (3) is also conceivable. If the variant with automatic activation of the brake (4) is used, the brake (4) is released at a specified interval to check the actual load present.

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 generatorischen Betrieb in den Zwischenkreis des Frequenzumrichters eingespeisten Energie ist durch den Einsatz eines Bremschoppers möglich. Die Motorkennlinien sind frei programmierbar. Hierdurch wird eine Berücksichtigung unterschiedlicher Seileigenschaften möglich. Darüber hinaus wird ein Aufschaukeln des Systems durch Schwingungsunterdrückung vermieden.The drive (3) only takes over the load after the brake (4) has been activated when the nominal motor torque is present again and the field build-up required for this has been completed. The energy fed into the intermediate circuit of the frequency converter during generator operation can be absorbed and reduced by using a brake chopper. The motor characteristics are freely programmable. This makes it possible to take different rope properties into account. In addition, vibration suppression prevents the system from rocking.

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- _v schützt aufgestellt.The mooring winch (1) and the drive (3) can be arranged in the open deck area of the ship. The required switch cabinet and the frequency converter of the control unit (14) are installed at almost any location below the deck, protected _from the weather.

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Claims

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PATENTANWÄLTE ,',I-, I EU^q|«%^VaTMEÄ;T ATTORNEYSPATENT ATTORNEYS ,',I-, I EU^q|«%^VaTMEÄ;T ATTORNEYS

DIPL.-ING. DIERK HANSMANN · DR.-ING. HANS-HENNING KLICKOW · GEORG HANSMANN(tl977) JESSENSTRASSE 4 · 22767 HAMBURG · TEL. (040) 38 24 57/3 89 84 45 · FAX (040) 3 89 35

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Applicant: Hatlapa Uetersener Maschinenfabrik GmbH Tornescher Weg 5-7, D-25436 Uetersen

Protection claims

1. Mooring winch for a ship, which is provided with a drive, at least one winch drum and a gear coupling the drive to the winch drum, characterized in that the drive (3) is designed as a three-phase asynchronous motor which is connected to a speed control which is provided with a speed sensor (5) for detecting the actual value of the speed, which is arranged in the area of the drive (3) and that a braking device is arranged in the area of the drive.

Deutsche Bank AG 65 49 844 (BIiZ 200 70&bgr;·&bgr;«·· · 'Postgjroasnt Hamburg 4234-206 (BLZ 200 100 20)

2. Mooring winch according to claim 1, characterized in that the speed sensor (5) is designed as an incremental angle sensor.

3. Mooring winch according to claim 1 or 2, characterized in that a controller (13) designed as a programmable logic controller is provided for coordinating the drive (3).

4. Mooring winch according to one of claims 1 to 3, characterized in that two external flanged disks (6) and an internal flanged disk (7) separating a cable storage part (8) from a working part (9) are arranged in the region of the winch drum for guiding the cable.

5. Mooring winch according to one of claims 1 to 4, characterized in that a frequency converter (7) is arranged to control the drive (3).

6. Mooring winch according to claim 5, characterized in that the frequency converter has decoupled controls for the torque and flux control circuits.

7. Mooring winch according to one of claims 1 to 6, characterized in that a personal computer is provided for parameterizing the frequency converter.