KR102654100B1 - 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법 - Google Patents

선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 선박 계류용 윈치 모터의 개발시 주축 모터(100)를 실제 선박에 장착하여 시험하지 않고도 지상에서 시뮬레이션을 통해 선박의 정박 또는 계류중에 발생할 수 있는 여러 상황에 대하여 토크의 생성, 해제를 시험할 수 있는 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법에 관한 것이다.

Description

선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법{Method for mooring winch control simulation}
본 발명은, 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 선박 계류용 윈치 모터의 개발시 주축 모터를 실제 선박에 장착하여 시험하지 않고도 지상에서 시뮬레이션을 통해 선박의 정박 또는 계류중에 발생할 수 있는 여러 상황에 대하여 토크의 생성, 해제를 시험할 수 있는 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법에 관한 것이다.
부두에 정박한 선박은 조수 또는 파도에 의해 이탈하여 표류하지 않도록 로프를 부두에 매어 고정시켜야 한다.
그러나, 부두에 정박중인 선박은 밀물 또는 썰물 등에 의해 로프를 매어둔 기둥과의 거리가 일관적으로 유지되지 못하기 때문에 로프의 장력 역시 수시로 변하게 된다.
만일 썰물 때에 선박을 정박시켰는데 밀물에 의해 선박이 상승하게 되면 로프가 팽팽하게 당겨져 끊어지거나, 또는, 선박이 로프에 의해 기울어져 심한 경우 전복되는 경우도 발생된다.
따라서, 정박중인 선박은 밀물 또는 썰물에 의한 수위 변화에 대응할 수 있도록 로프를 여유있게 풀어두곤 하는데, 이 경우 수위가 내려가 로프가 느슨해진 틈에 바람이 불어 선박을 밀게 되면 타 선박에 충돌하거나 부두에 강하게 부딪혀 선박이 파손되는 사고가 종종 발생되었다.
이에, 정박중인 선박의 로프 장력이 상승하면 로프를 풀어주고, 장력이 소실되면 로프를 감아주는 정박용 윈치 모터가 개발되었으나, 선박의 종류와 크기에 따라 선박이 로프에 가하는 장력이 천차만별이므로 각 선박의 급에 맞는 윈치 모터를 장착하여야 했다. 그러나, 어느 윈치 모터가 어느 선박의 급에 맞는 장력의 생성이 가능한지 여부를 시험할 수 없는 문제가 있었고, 윈치 모터의 구동력 시험으로부터 생성 가능한 장력은 추측이 가능하여도 해당 시험이 실제 선박의 정박중에 일어날 수 있는 각종 상황에 대응할 수 있는지의 여부도 불투명한 문제가 있었다.
따라서, 윈치 모터를 지상에서 시험할 수 있고, 실제 선박의 정박시 또는 수위 변화시 등의 다양한 상황에 맞추어 윈치 모터를 시험할 수 있는 시뮬레이션 방법의 개발이 필요로 하게 되었다.
KR10-0602396(등록번호) 2006.07.11.
본 발명은, 선박 계류용 윈치 모터의 개발시 주축 모터(100)를 실제 선박에 장착하여 시험하지 않고도 지상에서 시뮬레이션을 통해 선박의 정박 또는 계류중에 발생할 수 있는 여러 상황에 대하여 토크의 생성, 해제를 시험할 수 있는 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 선박 계류 중 밀물 또는 썰물에 의해 수위가 가변하는 경우를 상정한 경우에 대해서도 주축 모터(100)의 감김 또는 풀림 동작을 시험할 수 있는 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 주축 모터(100)와, 회전축이 양측 방향으로 돌출되고 일측 회전축이 상기 주축 모터(100)의 회전축으로부터 동력을 전달받도록 구성되어 상기 주축 모터(100)의 회전시에 회전되며 회전수 및 토크값을 측정하는 측정부(300)와, 상기 측정부(300)의 타측 회전축으로부터 동력을 전달받도록 구성되며 공급되는 전원의 크기에 따라 회전 저항력을 발생시키는 브레이크(200)와, 상기 주축 모터(100)의 회전축에 동력을 제공할 수있도록 구성되는 보조 모터(400)와, 상기 주축 모터(100) 또는 상기 보조 모터(400)에 구동력 제어 신호를 전송하고, 상기 브레이크(200)에 회전 저항력 제어 신호를 전송하며, 상기 측정부(300)로부터 측정된 회전수 및 토크값을 전송받는 제어부(500)를 포함하는 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법에 있어서, 상기 제어부(500)가 상기 브레이크(200)의 회전 저항력을 결정하고 상기 브레이크(200)에 제어 신호를 전송하는 회전 저항력 결정 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 주축 모터(100)의 구동력을 결정하여 상기 주축 모터(100)에 제어 신호를 전송하는 주축 모터 구동 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 측정부(300)로부터 회전수 및 토크값을 전송받는 측정 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 측정부(300)로부터 측정되는 상기 토크값이 설정값이 되도록 상기 주축 모터(100)의 구동력을 결정하여 상기 주축 모터(100)에 제어 신호를 전송하는 주축 모터 보정 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 주축 모터(100)의 회전량을 감소시켜 멈추게 하는 주축 모터 정지 단계를 포함하는 정박 구동 시뮬레이션 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명은, 상기 제어부(500)가 상기 브레이크(200)의 회전 저항력을 결정하고 상기 브레이크(200)에 제어 신호를 전송하는 회전 저항력 결정 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 보조 모터(400)의 구동력을 결정하여 상기 보조 모터(400)에 제어 신호를 전송하는 보조 모터 구동 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 측정부(300)로부터 회전수 및 토크값을 전송받는 측정 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 측정부(300)로부터 측정되는 상기 토크값이 설정값이 되도록 상기 주축 모터(100)의 구동력을 결정하여 상기 주축 모터(100)에 제어 신호를 전송하는 주축 모터 대응 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 측정부(300)로부터 측정되는 상기 토크값이 설정값이 되면 상기 주축 모터(100)와 상기 보조 모터(400)의 회전을 정지시키는 주축 모터 및 보조 모터 대응 단계를 포함하는 수위 가변 대응 시뮬레이션 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 상기 주축 모터 대응 단계는, 상기 제어부(500)에 플러스 토크값이 전송되면 상기 제어부(500)가 상기 주축 모터(100)에 역방향의 회전 제어 신호를 전송하고, 상기 제어부(500)에 마이너스 토크값이 전송되면 상기 제어부(500)가 상기 주축 모터(100)에 정방향의 회전 제어 신호를 전송한다.
또한, 본 발명의 상기 수위 가변 대응 시뮬레이션 단계는, 상기 측정 단계에서 측정된 토크값 대비 상기 주축 모터 대응 단계에서 주축 모터 및 보조 모터 대응 단계까지 상기 주축 모터(100)에 전송된 구동력 제어 신호의 총량을 토대로 토크값 대 주축 모터(100) 구동력 패턴을 생성하는 수위 가변 패턴 생성 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 상기 정박 구동 시뮬레이션 단계는, 상기 주축 모터 구동 단계의 전단에, 상기 제어부(500)가, 상기 주축 모터(100)와 상기 보조 모터(400) 사이에 구비되어 상기 주축 모터(100)와 상기 보조 모터(400) 사이의 동력 전달을 결합 또는 해제하는 클러치(420)에 동력 전달을 해제하는 제어 신호를 전송하는 동력 전달 해제 단계를 포함하고, 상기 수위 가변 대응 시뮬레이션 단계는, 상기 보조 모터 구동 단계의 전단에, 상기 제어부(500)가 상기 클러치(420)에 동력 전달을 결합하는 제어 신호를 전송하는 동력 전달 결합 단계를 포함한다.
본 발명은, 선박 계류용 윈치 모터의 개발시 주축 모터(100)를 실제 선박에 장착하여 시험하지 않고도 지상에서 시뮬레이션을 통해 선박의 정박 또는 계류중에 발생할 수 있는 여러 상황에 대하여 토크의 생성, 해제를 시험할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 선박 계류 중 밀물 또는 썰물에 의해 수위가 가변하는 경우를 상정한 경우에 대해서도 주축 모터(100)의 감김 또는 풀림 동작을 시험할 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법의 시뮬레이터의 측면도.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법의 시뮬레이터의 평면도.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법의 시뮬레이터의 블록도.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법의 정박 구동 시뮬레이션 단계의 순서도.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법의 수위 가변 대응 시뮬레이션 단계의 순서도.
이하에서, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 설명에 앞서 본 발명의 제어 대상이 되는 시뮬레이터의 구성을 살펴보면, 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터는 도1내지 도5에 도시된 바와 같이, 주축 모터(100)와, 회전축이 양측 방향으로 돌출되고, 일측 회전축이 주축 모터(100)의 회전축으로부터 동력을 전달받도록 구성되어 주축 모터(100)의 회전시에 회전되며, 회전수 및 토크값을 측정하는 측정부(300)와, 측정부(300)의 타측 회전축으로부터 동력을 전달받도록 구성되며, 공급되는 전원의 크기에 따라 회전 저항력을 발생시키는 브레이크(200)와, 브레이크(200)의 회전 저항력을 결정하고, 주축 모터(100)의 회전시에 브레이크(200)의 회전 저항력에 의해 측정부(300)에 측정되는 토크값이 설정값이 되도록 주축 모터(100)의 회전량을 결정하는 제어부(500)와, 주축 모터(100)의 회전축에 동력을 제공할 수 있도록 구성되며, 회전시 측정부(300)에 토크값이 측정되도록 하는 보조 모터(400)를 포함하여 구성된다.
주축 모터(100)는, 선박의 계류용 로프 윈치 모터를 가정하며, 회전시 측정부(300)를 회전시켜 측정부(300)에 토크값 및 회전수가 측정되도록 하는 역할을 한다.
주축 모터(100)는 회전축이 양측으로 돌출된 형태로 구성되어 일측 회전축에 보조 모터(400)의 회전축이 연결되고 타측 회전축에 측정부(300)의 회전축이 연결되는 형태를 가질 수 있다. 그러나, 이에 한정하지 않고 회전축이 일 방향으로만 돌출된 후 회전축에 복수의 기어 수단이 결합되어 일 기어 수단은 측정부(300)의 회전축과, 다른 일 기어 수단은 보조 모터(400)의 회전축과 연결되는 형태를 가질수도 있다. 주축 모터(100)가 회전할 때에 주축 모터(100)의 회전에 의해 측정부(300)의 회전축이 회전되고, 보조 모터(400)가 회전할 때에 주축 모터(100)의 회전축 및 측정부(300)의 회전축이 회전될 수 있는 구성이면 어느 동력 전달 구조든 가능하다.
주축 모터(100)는 윈치용 인버터(110)와 전기적으로 연결되어 윈치용 인버터(110)로부터 구동 신호를 제공받아 회전된다. 윈치용 인버터(110)는 제어부(500)의 제어에 의해 주축 모터(100) 구동 신호를 생성하며, 주파수와 출력 전압을 가변시켜 주축 모터(100)에 제공한다. 이러한 VF(Voltage-Frequency)패턴 제어는 V/F비가 일정하면 출력 토크를 일정하게 유지할 수 있는 특성을 갖는다.
측정부(300)는, 선박의 계류 중 로프에 걸리는 장력을 가정하는 역할을 하며, 회전축이 양측 방향으로 돌출되어 그 중 일측 회전축이 주축 모터(100)의 회전축으로부터 동력을 전달받도록 구성되고, 타측 회전축이 브레이크(200)에 동력을 전달할 수 있도록 구성된다. 측정부(300)는 바람직하게는 주축 모터(100)의 회전시에 즉각적으로 회전 동력을 전달받을 수 있도록 일측 회전축이 주축 모터(100)의 타측 회전축과 커플링을 통해 직결되도록 구성된다. 그러나, 주축 모터(100) 또는 보조 모터(400)의 회전시에 측정부(300)가 즉각적으로 회전될 수 있는 구성이면 어느 동력 전달 구조든 가능함은 물론이다.
측정부(300)는 타측 회전축이 브레이크(200)에 커플링을 통해 결합되어 있으므로, 주축 모터(100) 또는 보조 모터(400)의 회전시에 브레이크(200)의 구동력에 따라 토크값이 측정된다. 측정부(300)에서는 토크값 이외에 회전수를 측정하며, 회전수는 제로 토크 상태에서 주축 모터(100)의 회전을 정지시킬 때에 활용할 수 있다.
측정부(300)에서 측정된 토크값 또는 회전수는 제어부(500)에 전송되며, 이는 주축 모터(100), 보조 모터(400) 또는 브레이크(200)의 구동을 제어하는 변수로 활용될 수 있다. 그리고 측정된 토크값 또는 회전수는 제어부(500)로부터 모니터링 수단으로 전송될 수 있으며, 이를 통해 작업자가 측정된 회전수와 토크값을 육안으로 확인할 수 있게 된다.
브레이크(200)는, 선박의 계류 시 선박을 가정하며, 회전축이 측정부(300)의 타측 회전축으로부터 동력을 전달받도록 구성된다. 브레이크(200)는 그 회전축이 측정부(300)의 회전축과 커플링을 통해 직결되도록 구성되는 것이 바람직하나, 측정부(300)로부터 회전력을 충분히 전달받을 수 있는 구성이면 어느 동력 전달 구조든 가능함은 물론이다.
브레이크(200)는 DC 전압 조절기(210)로부터 구동 전원을 제공받아 회전 저항력을 발생시키며, DC 전압 조절기(210)는 제어부(500)의 제어에 의해 구동 전원을 생성하여 브레이크(200)에 제공한다. DC 전압 조절기(210)는 0V 내지 24V의 구동 전원을 생성하여 브레이크(200)에 제공하는데, 더 높은 전압이 브레이크(200)에 제공될수록 브레이크(200)의 회전 저항력이 증대된다.
이러한 브레이크(200)는 선박의 정박 상태를 가정한 경우 설정값을 유지하도록 설정되고, 이때의 설정값은 시뮬레이션하고자 하는 선박의 종류와 크기, 적재된 화물의 무게 등에 의해 가변 적용될 수 있다.
보조 모터(400)는, 선박의 계류 시 수위의 변화를 가정하며, 이에 따른 로프 장력의 변화를 구현하는 역할을 한다. 이를 위한 보조 모터(400)는 주축 모터(100)의 회전축에 동력을 제공할 수 있도록 구성되며, 회전시 측정부(300)에 토크값이 측정되도록 한다.
보조 모터(400)는 주축 모터(100)의 회전축이 양측 으로 돌출된 형태로 구성되는 경우 주축 모터(100)의 일측 회전축에 회전축이 연결되는 형태를 가질 수 있다. 그러나, 주축 모터(100)의 회전축이 일 방향으로만 돌출된 경우에는 기어 수단을 활용하여 주축 모터(100)의 회전축에 회전 동력을 제공할 수 있도록 구성되는 것 역시 가능하다.
보조 모터(400)는 보조 인버터(410)와 전기적으로 연결되어 보조 인버터(410)로부터 구동 신호를 제공받아 회전된다. 보조 인버터(410)는 제어부(500)의 제어에 의해 보조 모터(400) 구동 신호를 생성하며, 주파수와 출력 전압을 가변시켜 보조 모터(400)에 제공하는 VF패턴 제어 방식을 활용할 수 있다.
보조 모터(400)는 실제 선박의 계류 중에 밀물 또는 썰물에 의해 수위가 변할 때에 정박용 로프에 가해지는 장력의 변화를 시뮬레이션상으로 구현한다. 보조 모터(400)가 정방향으로 회전되면 보조 모터(400)의 회전축에 연결된 주축 모터(100)의 회전축이 회전되고, 결과적으로 측정부(300)의 회전축이 회전되며 토크값 및 회전수가 측정되게 된다.
제어부(500)는, 브레이크(200)의 회전 저항력을 결정하고, 주축 모터(100)의 회전시에 브레이크(200)의 회전 저항력에 의해 측정부(300)에 측정되는 토크값이 설정값이 되도록 주축 모터(100)의 회전량을 결정한다.
선박은 항구에 정박할 때에 정박용 로프를 고정한다. 이때에는 적절한 장력으로 로프가 매어져야 한다. 그러나, 정박이 완료된 후에는 로프가 선박을 계속 당기고 있으면 로프가 파손되거나 선박이 파손되므로 제로토크 상태를 유지해야 한다.
이후 밀물 또는 썰물로 인하여 수위가 가변되면 선박의 수직 위치가 변하기 때문에 로프가 당겨져 장력이 증가하게 된다. 이렇게 되면 로프가 끊어지거나 선박이 기울어져 최악의 경우 선박이 전복되게 된다. 따라서, 수위가 가변되어 로프의 장력이 증가하는 경우에는 로프를 풀어 장력을 감소시켜주어야 한다. 한편, 만조 또는 간조 때에 정박한 경우에는 점차 수위가 내려가거나 올라가 로프가 느슨해지면 선박이 제대로 정박할 수 없으므로 로프를 적절히 감아주어야 한다.
이러한 경우를 상정하여 시뮬레이션하기 위하여, 선박의 최초 정박시를 가정한 정박 구동 시뮬레이션 단계가 수행된다. 정박 구동 시뮬레이션 단계는, 제어부(500)가 브레이크(200)의 회전 저항력을 결정하고 브레이크(200)에 제어 신호를 전송하는 회전 저항력 결정 단계와, 제어부(500)가 주축 모터(100)의 구동력을 결정하여 주축 모터(100)에 제어 신호를 전송하는 주축 모터 구동 단계와, 제어부(500)가 측정부(300)로부터 회전수 및 토크값을 전송받는 측정 단계와, 제어부(500)가 측정부(300)로부터 측정되는 토크값이 설정값이 되도록 주축 모터(100)의 구동력을 결정하여 주축 모터(100)에 제어 신호를 전송하는 주축 모터 보정 단계와, 제어부(500)가 주축 모터(100)의 회전량을 감소시켜 멈추게 하는 주축 모터 정지 단계를 포함하여 구성된다.
회전 저항력 결정 단계에서 제어부(500)는 브레이크(200)의 회전 저항력을 결정하여 브레이크(200)의 DC 전압 조절기(210)의 전압을 제어한다. 이후 제어부(500)가 주축 모터(100)의 윈치용 인버터(110)에 제어 신호를 전송하여 윈치용 인버터(110)로부터 주축 모터(100)에 구동 전원이 공급되도록 하는 주축 모터 구동 단계가 수행된다. 이때 주축 모터(100)의 회전에 맞서 브레이크(200)가 회전 저항력을 생성하고 있으므로 측정부(300)에는 토크값이 측정되며, 제어부(500)가 측정부(300)에서 측정된 회전수 및 토크값을 전송받는 측정 단계가 수행된다. 이후 주축 모터 보정 단계가 수행되는데, 주축 모터 보정 단계는 측정 단계에서 측정된 토크값이 설정값이 되도록 제어부(500)가 주축 모터(100)의 구동력을 조정하여 결정하는 단계이다. 마지막으로 제어부(500)가 주축 모터(100)의 회전 속도를 점차 낮추어 0rpm이 되도록 하면, 주축 모터(100)의 회전이 없으므로 브레이크(200)의 회전 저항력이 대항할 회전력이 상실되고 측정부(300)에는 제로 토크가 측정되면서 주축 모터(100)가 정지하는 주축 모터 정지 단계가 수행됨으로써 정박 구동 시뮬레이션이 완료된다.
다음으로, 밀물 또는 썰물 등에 의해 수위가 가변하는 경우를 가정한 수위 가변 대응 시뮬레이션 단계가 수행된다. 수위 가변 대응 시뮬레이션 단계는, 제어부(500)가 상기 브레이크(200)의 회전 저항력을 결정하고 브레이크(200)에 제어 신호를 전송하는 회전 저항력 결정 단계와, 제어부(500)가 보조 모터(400)의 구동력을 결정하여 보조 모터(400)에 제어 신호를 전송하는 보조 모터 구동 단계와, 제어부(500)가 측정부(300)로부터 회전수 및 토크값을 전송받는 측정 단계와, 제어부(500)가 측정부(300)로부터 측정되는 토크값이 설정값이 되도록 주축 모터(100)의 구동력을 결정하여 주축 모터(100)에 제어 신호를 전송하는 주축 모터 대응 단계와, 제어부(500)가 측정부(300)로부터 측정되는 토크값이 설정값이 되면 주축 모터(100)와 보조 모터(400)의 회전을 정지시키는 주축 모터 및 보조 모터 대응 단계를 포함하여 구성된다.
회전 저항력 결정 단계에서 제어부(500)는 브레이크(200)의 회전 저항력을 결정하여 브레이크(200)의 DC 전압 조절기(210)의 전압을 제어한다. 이때 제어부(500)가 브레이크(200)에 설정하는 회전 저항력은 정박 상태와 동일하게 유지하는 것이 바람직하다. 이후 제어부(500)가 보조 인버터(410)에 제어 신호를 전송하여 보조 인버터(410)로부터 보조 모터(400)에 구동 전원이 공급되도록 하는 보조 모터 구동 단계가 수행된다. 그러면 보조 모터(400)의 회전력이 주축 모터(100)와 측정부(300)에 전달되고, 브레이크(200)의 회전 저항력에 의해 측정부(300)에 토크값이 측정되고, 제어부(500)가 측정부(300)에서 측정된 회전수 및 토크값을 전송받는 측정 단계가 수행된다.
만일 제어부(500)에 전송된 토크값이 플러스 토크값인 경우에는 수위 변화로 인해 로프가 당겨지고 있는 상태이므로 실상황에서는 로프를 풀어주는, 즉, 정박시와 반대 방향으로 주축 모터(100)를 회전시켜주어야 하는 상황이 된다. 따라서, 제어부(500)에 플러스 토크값이 전송되면 제어부(500)가 윈치용 인버터(110)에 측정 토크값의 역방향으로 주축 모터(100)가 회전되도록 하는 제어 신호를 전송하는 주축 모터 대응 단계가 수행된다. 주축 모터 대응 단계에서 제어부(500)는 측정부(300)로부터 측정되는 토크값이 설정값이 되도록 주축 모터(100)의 구동력을 결정하여 주축 모터(100)에 제어 신호를 전송한다.
이후 주축 모터(100)가 역방향으로 회전하여 보조 모터(400)의 회전에 대항하면 측정부(300)의 회전이 멈추게 되고, 측정부(300)에서 측정되는 토크값이 제로 토크가 되면 제어부(500)가 주축 모터(100)와 보조 모터(400)의 회전을 정지시키는 주축 모터 및 보조 모터 대응 단계가 수행됨으로써 수위 가변 대응 시뮬레이션이 완료된다.
만일 보조 모터(400)가 역방향으로 구동되어 측정부(300)에 마이너스 토크값이 측정되면, 주축 모터 대응 단계는 제어부(500)가 주축 모터(100)를 정방향으로 구동시킨다. 이후 제어부(500)는 측정부(300)에서 측정되는 토크값이 제로 토크가 되면 주축 모터(100)와 보조 모터(400)의 회전을 정지시킨다. 이 경우는 선박 계류용 로프가 풀린 상황을 가정하고 있으므로, 브레이크(200)의 회전 저항력을 0으로 설정하는 것도 가능하다.
그러나, 측정 단계에서 측정된 토크값에 대하여 주축 모터 대응 단계에서 주축 모터(100)의 구동력을 결정할 때에 주축 모터(100)의 구동력을 한 번 결정하여 구동해보고 이를 여러 번 수정해가며 토크값이 제로가 되는 시점을 주축 모터 대응 단계마다 수행하는 것은 제어 효율이 좋지 못하다. 따라서, 측정 단계에서 측정된 토크값별로 가장 적절한 주축 모터(100)의 구동력을 누적 저장하여 추후 활용할 수 있어야 하는데, 이를 위하여 수위 가변 시뮬레이션 단계는, 측정 단계에서 측정된 토크값 대비 주축 모터 대응 단계에서 주축 모터 및 보조 모터 대응 단계까지 주축 모터(100)에 전송된 구동력 제어 신호의 총량을 토대로 토크값 대 주축 모터(100) 구동력 패턴을 생성하는 수위 가변 패턴 생성 단계를 포함하여 구성된다. 이를 통해 측정 단계에서 측정된 토크값에 대하여 주축 모터(100)에 전송된 구동력 제어 신호 총량의 정보가 누적되면, 이들의 비를 이용하여 선형 또는 비선형의 패턴 그래프를 생성할 수 있고, 이러한 패턴을 이용하여 측정 단계에 새로운 토크값이 측정되더라도 토크값을 제로 토크가 되도록 하는 주축 모터(100)의 적절한 구동력을 추산할 수 있게 된다. 그리고 실제 시뮬레이션 횟수가 증가할수록 이러한 패턴의 정확도가 높아져 주축 모터(100)의 구동력 결정 과정이 신속하고 정확하게 수행될 수 있다.
한편, 보조 모터(400)는 회전시에 주축 모터(100) 및 측정부(300)의 회전축을 회전시키도록 구성되나, 주축 모터(100)의 회전시에는 보조 모터(400)가 회전될 필요가 없다. 따라서, 주축 모터(100)와 보조 모터(400)의 사이에는 주축 모터(100)와 보조 모터(400) 사이의 동력 전달을 결합 또는 해제하는 클러치(420)가 구비된다.
이러한 클러치(420)를 적절한 시점에 제어하기 위하여 동력 전달 해제 단계와 동력 전달 결합 단계가 수행된다.
동력 전달 해제 단계는 정박 구동 시뮬레이션 단계에서 주축 모터 구동 단계의 전단에 수행되며, 제어부(500)가 클러치(420)에 동력 전달을 해제하는 제어 신호를 전송하는 단계이다. 이는 선박이 정박을 위해 로프를 당길 때에는 수위 변화를 크게 고려하지 않아도 되는 경우이기 때문에 필요한 단계이며, 풍랑에 의해 배가 흔들리는 상황을 가정한 경우에는 동력 전달 해제 단계를 포함하지 않은 정박 구동 시뮬레이션 단계가 수행될 수 있다.
동력 전달 결합 단계는 수위 가변 대응 시뮬레이션 단계에서 보조 모터 구동 단계의 전단에 수행되며, 제어부(500)가 클러치(420)에 동력 전달을 결합하는 제어 신호를 전송하는 단계이다. 따라서, 보조 모터(400) 수행 단계에서 수위 변화를 가정하여 보조 모터(400)를 구동시킬 때에 보조 모터(400)의 구동력이 측정부(300)에 전달될 수 있도록 한다.
한편, 선박의 계류 중 로프의 장력 변화는 밀물 또는 썰물에 의한 수위 변화에도 영향을 받지만, 파도에 의해 선박이 흔들릴 때에도 영향을 받는다. 이때 작은 파도는 무시해도 될 정도의 흔들림만을 유발시키지만, 일정 크기 이상의 파도는 로프를 파손시키거나 선박을 전복시킬만큼 큰 파도도 있다. 이러한 큰 파도는 선박의 높이를 변화시키기도 하고 선박의 기울기를 변화시키기도 하며 로프의 장력을 변화시킨다.
이를 위하여 본 발명은 정박 구동 시뮬레이션 단계의 수행 이후 파도가 치는 상황을 가정한 파도 대응 시뮬레이션 단계가 수행된다.
파도 대응 시뮬레이션 단계는, 제어부(500)가 브레이크(200)의 회전 저항력을 결정하고 브레이크(200)에 제어 신호를 전송하는 회전 저항력 결정 단계와, 제어부(500)에 풍랑 데이터가 입력되는 풍랑 데이터 입력 단계와, 제어부(500)가 입력된 풍랑 데이터에 근거하여 보조 모터(400)의 구동력을 결정하여 보조 모터(400)에 제어 신호를 전송하는 보조 모터(400) 구동 단계와, 제어부(500)가 측정부(300)로부터 회전수 및 토크값을 전송받는 측정 단게와, 제어부(500)가 측정부(300)로부터 측정되는 토크값이 설정값이 되도록 주축 모터(100)의 구동력을 결정하여 주축 모터(100)에 제어 신호를 전송하는 주축 모터(100) 대응 단계를 포함하여 구성된다.
즉, 파도 대응 시뮬레이션 단계는 수위 가변 대응 시뮬레이션 단계와 기본적으로 동일한 동작을 하되, 그 동작 조건이 풍랑 데이터에 근거한다는 점이 다른 단계이다. 그러나, 동일한 크기의 파도에 대해서 모든 배가 동일한 크기로 흔들리지는 않는다. 작은 배는 작은 크기의 파도에도 민감하게 흔들리고 큰 배는 작은 크기의 파도에는 거의 흔들리지 않는다. 따라서, 이러한 선박의 크기 차이에 따라 풍랑 데이터에 의해 생성되는 보조 모터(400)의 구동력에 차이를 두기 위하여 보조 모터(400) 구동 단계 이전에 선박 데이터 입력 단계가 더 구비된다. 선박 데이터 입력 단계는 제어부(500)에 선박 데이터가 입력되는 단계로서, 선박 데이터는 선박의 배수량, 폭, 길이, 적재 화물의 무게를 포함한다.
따라서, 보조 모터(400) 구동 단계에서 제어부(500)는 선박 데이터 입력 단계에서 입력된 변수들로부터 설정값을 설정하며, 풍랑 데이터에 근거하여 결정되는 보조 모터(400)의 구동력을 기준값 대비 설정값의 비를 이용하여 가감한다. 그리고, 풍랑 데이터 입력 단계에서 입력된 수치가 설정값 미만인 경우 굳이 로프의 장력을 조절하지 않아도 되는 것으로 판단하여 보조 모터(400)의 구동력을 제로로 설정한다.
상술한 구성으로 이루어진 본 발명은, 선박 계류용 윈치 모터의 개발시 주축 모터(100)를 실제 선박에 장착하여 시험하지 않고도 지상에서 시뮬레이션을 통해 선박의 정박 또는 계류중에 발생할 수 있는 여러 상황에 대하여 토크의 생성, 해제를 시험할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 선박 계류 중 밀물 또는 썰물에 의해 수위가 가변하는 경우를 상정한 경우에 대해서도 주축 모터(100)의 감김 또는 풀림 동작을 시험할 수 있는 효과가 있다.
100 : 주축 모터 110 : 윈치용 인버터
200 : 브레이크 210 : DC 전압 조절기
300 : 측정부
400 : 보조 모터 410 : 보조 인버터
420 : 클러치
500 : 제어부

Claims (5)

  1. 주축 모터(100)와, 회전축이 양측 방향으로 돌출되고 일측 회전축이 상기 주축 모터(100)의 회전축으로부터 동력을 전달받도록 구성되어 상기 주축 모터(100)의 회전시에 회전되며 회전수 및 토크값을 측정하는 측정부(300)와, 상기 측정부(300)의 타측 회전축으로부터 동력을 전달받도록 구성되며 공급되는 전원의 크기에 따라 회전 저항력을 발생시키는 브레이크(200)와, 상기 주축 모터(100)의 회전축에 동력을 제공할 수있도록 구성되는 보조 모터(400)와, 상기 주축 모터(100) 또는 상기 보조 모터(400)에 구동력 제어 신호를 전송하고, 상기 브레이크(200)에 회전 저항력 제어 신호를 전송하며, 상기 측정부(300)로부터 측정된 회전수 및 토크값을 전송받는 제어부(500)를 포함하는 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법에 있어서,
    상기 제어부(500)가 상기 브레이크(200)의 회전 저항력을 결정하고 상기 브레이크(200)에 제어 신호를 전송하는 회전 저항력 결정 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 주축 모터(100)의 구동력을 결정하여 상기 주축 모터(100)에 제어 신호를 전송하는 주축 모터 구동 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 측정부(300)로부터 회전수 및 토크값을 전송받는 측정 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 측정부(300)로부터 측정되는 상기 토크값이 설정값이 되도록 상기 주축 모터(100)의 구동력을 결정하여 상기 주축 모터(100)에 제어 신호를 전송하는 주축 모터 보정 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 주축 모터(100)의 회전량을 감소시켜 멈추게 하는 주축 모터 정지 단계를 포함하는 정박 구동 시뮬레이션 단계;를 포함하며,
    상기 제어부(500)가 상기 브레이크(200)의 회전 저항력을 결정하고 상기 브레이크(200)에 제어 신호를 전송하는 회전 저항력 결정 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 보조 모터(400)의 구동력을 결정하여 상기 보조 모터(400)에 제어 신호를 전송하는 보조 모터 구동 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 측정부(300)로부터 회전수 및 토크값을 전송받는 측정 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 측정부(300)로부터 측정되는 상기 토크값이 설정값이 되도록 상기 주축 모터(100)의 구동력을 결정하여 상기 주축 모터(100)에 제어 신호를 전송하는 주축 모터 대응 단계와, 상기 제어부(500)가 상기 측정부(300)로부터 측정되는 상기 토크값이 설정값이 되면 상기 주축 모터(100)와 상기 보조 모터(400)의 회전을 정지시키는 주축 모터 및 보조 모터 대응 단계를 포함하는 수위 가변 대응 시뮬레이션 단계;를 포함하는
    선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주축 모터 대응 단계는, 상기 제어부(500)에 플러스 토크값이 전송되면 상기 제어부(500)가 상기 주축 모터(100)에 역방향의 회전 제어 신호를 전송하고, 상기 제어부(500)에 마이너스 토크값이 전송되면 상기 제어부(500)가 상기 주축 모터(100)에 정방향의 회전 제어 신호를 전송하는 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수위 가변 대응 시뮬레이션 단계는, 상기 측정 단계에서 측정된 토크값 대비 상기 주축 모터 대응 단계에서 주축 모터 및 보조 모터 대응 단계까지 상기 주축 모터(100)에 전송된 구동력 제어 신호의 총량을 토대로 토크값 대 주축 모터(100) 구동력 패턴을 생성하는 수위 가변 패턴 생성 단계를 포함하는 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법. 포함하는 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 정박 구동 시뮬레이션 단계는, 상기 주축 모터 구동 단계의 전단에, 상기 제어부(500)가, 상기 주축 모터(100)와 상기 보조 모터(400) 사이에 구비되어 상기 주축 모터(100)와 상기 보조 모터(400) 사이의 동력 전달을 결합 또는 해제하는 클러치(420)에 동력 전달을 해제하는 제어 신호를 전송하는 동력 전달 해제 단계를 포함하고,
    상기 수위 가변 대응 시뮬레이션 단계는, 상기 보조 모터 구동 단계의 전단에, 상기 제어부(500)가 상기 클러치(420)에 동력 전달을 결합하는 제어 신호를 전송하는 동력 전달 결합 단계를 포함하는 선박 계류용 윈치 모터 시뮬레이터의 제어 방법.
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