KR20100052424A - 정박 윈치 및 정박 윈치의 케이블을 제어하는 방법 - Google Patents

정박 윈치 및 정박 윈치의 케이블을 제어하는 방법 Download PDF

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KR20100052424A
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에이비비 오와이
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Abstract

전기 구동되는 정박 윈치에 대해 개시한다. 본 발명의 정박 윈치는, 권취 드럼(101)과, 상기 권취 드럼을 구동하도록 설치된 교류 모터(103)와, 상기 교류 모터에 연결된 주파수 변환 유닛(104)과, 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자에 기초하여 상기 주파수 변환 유닛을 제어하도록 설치된 제어 유닛(105)을 포함한다. 상기 제어 유닛은, 교류 모터의 고정자 플럭스를 모델링하기 위하여 플럭스 공간 벡터를 계산하고, 상기 플럭스 공간 벡터에 기초하여 토크 산출치를 계산하고 고정자 전류의 공간 벡터를 계산하며, 상기 토크 산출치를 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자로서 사용하도록, 설치된다. 이에 따라, 정박용 로프에 힘 센서를 설치할 필요성이 제거될 수 있으며 모터 축에 속도/위치 센서를 설치할 필요성이 제거될 수 있다.
선박, 정박, 항구, 로프, 윈치, 힘 센서, 속도 센서, 위치 센서, 교류 모터

Description

정박 윈치 및 정박 윈치의 케이블을 제어하는 방법{A MOORING WINCH AND A METHOD FOR CONTROLLING A CABLE OF A MOORING WINCH}
본 발명은 정박 윈치(mooring winch)의 정박용 로프 장력을 제어하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 정박 윈치에 관한 것이며, 또한 정박 윈치의 정박용 로프 장력을 제어하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
선박을 항구의 선창 또는 안벽에 나란히 정박시킬 때에, 선박을 고정시키는 정박용 로프는 선박을 적정 위치에 유지할 수 있도록 하기에 적절한 장력을 유지해야 한다. 정박용 로프를 올바른 장력으로 유지시키려고 하는 노력이 행해지지 않는다면, 선박이 선창 또는 안벽에 대해 움직이는 경향으로 인해 정박용 로프가 더욱 큰 힘을 받기 때문에 위험한 상황이 발생할 수 있다. 선박이 선창 또는 안벽에 대해 움직이게 하는 인자들은 많이 있다. 이들 인자들로는, 예를 들면 주기적 조수 변화로 인한 수면의 수위 변화와, 화물의 선적 및/또는 하역으로 인한 선박의 변위 변동이 있다. 이들 인자들은 선박의 높이를 선창 또는 안벽에 대해 변화시키고, 그에 따라 선박과 선창 또는 안벽 사이의 정해진 길이의 정박용 로프의 장력에 변화를 가져온다. 더욱이, 선박은 파도나 바람의 영향으로 인해 흔들리거나(록킹) 파동 하게(롤링) 됨으로써 정박용 로프의 장력을 변동시키는 결과를 가져온다. 이와 같은 운동이 아주 큰 진폭을 갖는 상황에서는, 정박용 로프가 망가져서 결과적으로는 근처 지역의 사람에게 위험을 초래하고 선박에 손상을 주는 위험이 초래된다.
유럽 특허 공보 EP 0 676 365호는 기어 박스를 통해 전기 구동기에 연결된 적어도 하나의 윈치 드럼을 구비하는 윈치에 대해 개시하고 있다. 상기 전기 구동기는 속도 제어 장치에 연결되고 브레이크 장치가 장착된 비동기 교류 모터이다. 상기 속도 제어 장치는, 제어 유닛에 의해, 일례로 검출된 회전 속도와 그 회전 속도의 목표치를 입력치로 취하는 프로그램 가능한 제어기일 수 있는 제어 유닛에 의해, 조정된다. 상기 윈치의 중요한 부품으로는, 특히나 윈치가 선박의 개방된 갑판의 기계로서 사용되는 경우에는 열악한 기후 조건을 견뎌낼 수 있어야 하는, 속도 지시계가 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결한, 정박 윈치의 정박용 로프 장력을 제어하는 방법, 정박 윈치, 정박 윈치의 정박용 로프 장력을 제어하는 컴퓨터 프로그램을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 새로운 정박 윈치가 제공된다. 본 발명에 따른 정박 윈치는,
- 정박용 로프를 감는 권취 드럼과,
- 상기 권취 드럼을 구동하도록 설치된 교류 모터와,
- 상기 교류 모터에 전력을 공급하도록 설치된 주파수 변환 유닛과,
- 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자(indicator)에 기초하여 상기 주파수 변환 유닛을 제어하도록 설치된 제어 유닛을 포함하고,
상기 제어 유닛은, 교류 모터의 고정자 플럭스(flux)를 모델링하기 위하여 플럭스 공간 벡터를 계산하고, 상기 플럭스 공간 벡터에 기초하여 토크 산출치를 계산하고 상기 교류 모터의 고정자 전류의 공간 벡터를 계산하며, 상기 토크 산출치를 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자로서 사용하도록, 설치된다.
산출된 토크가 정박용 로프의 장력을 나타내기 위한 표시자로서 사용되므로, 힘 센서를 구비하는 정박용 로프의 제공이나, 그리고/또는 속도 또는 위치 표시자를 구비하는 교류 모터의 제공이 필요치 않다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 정박용 로프를 감는 권취 드럼과, 상기 권취 드럼을 구동하도록 설치된 교류 모터와, 상기 교류 모터에 전력을 공급하도록 설치된 주파수 변환 유닛을 포함하는 정박 윈치에 있어서의 정박용 로프의 장력을 제어하는 새로운 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 방법은,
- 교류 모터의 고정자 플럭스를 모델링하기 위하여 플럭스 공간 벡터를 계산하는 것과,
- 상기 플럭스 공간 벡터에 기초하여 토크 산출치를 계산하고 상기 교류 모터의 고정자 전류의 공간 벡터를 계산하는 것과,
- 상기 토크 산출치를 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자로서 사용하는 것과,
- 상기 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자에 기초하여 주파수 변환 유닛을 제어하는 것을 포함한다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 정박용 로프를 감는 권취 드럼과, 상기 권취 드럼을 구동하도록 설치된 교류 모터와, 상기 교류 모터에 전력을 공급하도록 설치된 주파수 변환 유닛을 포함하는 정박 윈치에 있어서의 정박용 로프의 장력을 제어하는 새로운 컴퓨터 프로그램이 제공된다. 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은, 프로그램 가능한 프로세서가,
- 교류 모터의 고정자 플럭스를 모델링하기 위하여 플럭스 공간 벡터를 계산하고,
- 상기 플럭스 공간 벡터에 기초하여 토크 산출치를 계산하고 상기 교류 모 터의 고정자 전류의 공간 벡터를 계산하고,
- 상기 토크 산출치를 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자로서 사용하고,
- 상기 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자에 기초하여 주파수 변환 유닛을 제어하도록 하는, 컴퓨터 실행 가능 지시들을 포함한다.
본 발명의 제4 태양에 따르면, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램으로 인코딩된 새로운 컴퓨터 독출 매체(computer readable medium)가 제공된다.
본 발명의 다수의 실시예를 종속 청구항에 기재한다.
특정의 예시적인 실시예에 대한 이하에서의 설명을 첨부된 도면과 결부시켜 숙지할 때에, 본 발명에 있어서 구성 및 작동 방법 모두에 관한 여러 가지 예시적 실시예들을 본 발명의 추가적인 목적들 및 이점들과 함께 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에 사용된 "포함"한다라고 하는 용어는 기재하지 아니한 특징들의 존재를 배제하지 않는 개방형 한정으로서 사용된다. 종속 청구항에 기재된 특징들은 별다른 명시적 언급이 없는 한은 서로 자유롭게 결합할 수 있다.
본 발명에 따르면, 정박용 로프에 힘 센서를 구비시킬 필요성이나, 또는 교류 모터에 속도 또는 위치 표시자를 구비시키는 필요성이 제거된다.
이하에서는, 본 발명의 예시적인 실시예들과 이들 실시예의 이점들에 대해서, 첨부된 도면을 참조하면서 예시적인 예로서 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정박 윈치를 도시하는 것이다. 정박 윈치는 정박용 로프(120)를 감기 위한 권취 드럼(101)과 상기 권취 드럼을 구동하도록 설치된 교류 모터(103)를 포함한다. 상기 교류 모터는 일례로 유도식 모터 또는 영구 자석 동기식 모터일 수 있다. 도 1에 도시된 정박 윈치는 상기 교류 모터(103)와 권취 드럼(101) 사이에 기어박스(106)를 구비한다. 상기 권취 드럼은 상기 기어박스와 베어링 블록(108)으로 지지된다. 상기 교류 모터의 크기와 권취 드럼의 크기 여하에 따라서, 직접 구동식 권취 드럼을 구비함으로써 기어박스가 필요 없도록 하는 것도 가능하다. 정박 윈치는 상기 교류 모터(103)로 전력을 공급하도록 설치된 주파수 변환 유닛을 포함한다. 상기 주파수 변환 유닛은, 일례로 선박의 전력 공급망일 수 있는 전력 공급망(107)에 연결된다. 정박 윈치는 정박용 로프(102)의 장력(kN)을 나타내는 표시자에 기초하여 주파수 변환 유닛을 제어하도록 설치된 제어 유닛(105)을 포함한다. 상기 주파수 변환 유닛(103)은 바람직하기로는 속도 제어 방식으로, 즉 속도 제어에 의해 형성될 수 있는 정박용 로프의 최대 장력을 위험한 상황을 피할 수 있도록 제한하는 방식의 속도 제어 방식으로 구동되는 것이 좋다. 제어 유닛(105)은 상기 교류 모터의 속도 제어를 실현하는 속도 제어기를 구성하도록 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 속도 제어기를 구성하도록 설치된 별도의 장치를 사용하는 것도 가능하다. 상기 제어 유닛(105)은, 상기 교류 모터의 고정자 플럭스를 모델링하기 위하여 플럭스 공간 벡터 ψ를 계산하고, 상기 플럭스 공간 벡터에 기초하여 토크 산출치 Mest를 계산하고, 상기 교류 모터의 고정자 전류 의 공간 벡터 i를 계산하도록, 설치된다. 상기 토크 산출치는 다음과 같은 식으로 계산된다.
Mest = ψ × i (1)
여기서, × 는 벡터적(즉, 크로스 프로덕트)을 의미한다. 제어 유닛(105)은 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자로서 토크 산출치를 사용하도록 설치된다. 따라서, 정박용 로프의 장력은, 상기 토크 산출치를 허용 한계 내에 있게 함으로써, 허용 한계 내에 유지된다. 상기 교류 모터(103)는 무센서 방식 벡터 제어(seonsorless vector control), 즉 교류 모터의 축에 속도 및/또는 위치 표시자가 없이 행하는 벡터 제어로 제어될 수 있다. 무센서 방식 벡터 제어는, 일례로 개방 루프 직접 토크 제어(DTC: direct torque control)일 수 있는데, 상기 개방 루프 직접 토크 제어 하에서는, 교류 모터의 단자들에 공급된 전압의 공간 벡터 v의 제어가 토크 산출치 Mest와 플럭스 공간 벡터 |ψ|를 소망하는 한계치 범위에 놓이도록 하는 방식으로 행해진다.
주파수 변환 유닛(104)과 제어 유닛(105)은 별도의 장치일 수 있고, 아니면 대안적으로는 주파수 변환기(110)의 부품일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정박 윈치에 있어서, 상기 제어 유닛(105)은, 자동 정박 작동을 시작하기 위한 다음의 작동, 즉
- 교류 모터의 회전 속도의 기준치를 0으로 설정하고,
- 정박 윈치의 브레이크(109)를 해제하고,
- 상기 회전 속도의 기준치가 0으로 설정되고 브레이크가 해제된 상태에서, 토크 산출치의 제1 값을 계산하고,
- 상기 토크 산출치의 제1 값과 미리 설정된 토크 설정치에 기초하여 정박용 로프가 권취되는지 아니면 풀리는지 여부를 결정하는 작동을, 실행하도록 설치된다.
사전 설정된 토크 설정치는 교류 모터에 의해 발생된 토크의 목표치를 위한 상한이다. 토크 산출치의 상기 제1 값이 상기 미리 설정된 토크 설정치보다 상당히 더 크면, 정박용 로프는 너무 팽팽하여 그 상태의 정박용 로프는 풀어야 한다. 이에 대응하여, 토크 산출치의 상기 제1 값이 상기 미리 설정된 토크 설정치보다 상당히 더 작으면, 정박용 로프는 너무 느슨하여 그 상태의 정박용 로프는 감겨야 한다. 또한 정박용 로프가 느슨하면 유해한 기계적 운동이 발생할 수 있기 때문에 정박용 로프가 너무 느슨한 것은 바람직하지 않다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정박 윈치에 있어서, 제어 유닛(105)은 주기적 정박 작동을 달성하기 위한 다음의 연속 단계들, 즉
- 단계 A: 교류 모터의 회전 속도의 기준치가 0으로 설정되도록 교류 모터를 기동시키는 단계,
- 단계 B: 정박 윈치의 브레이크(109)를 해제시키는 단계,
- 단계 C: 상기 회전 속도의 기준치가 0으로 설정되고 브레이크가 해제된 상태에서, 토크 산출치를 계산하는 단계,
- 조절 단계 D: 계산된 토크 산출치가 제1 한계치 H-보다 작은 상황에 응답 하여, 정박용 로프를 감도록 교류 모터를 제어하는 단계,
- 조절 단계 E: 계산된 토크 산출치가 제2 한계치 H+를 초과하는 상황에 응답하여, 정박용 로프를 풀도록 교류 모터를 제어하는 단계, 그리고
- 단계 F: 브레이크를 닫고, 교류 모터로의 전력 공급을 차단하고, 미리 정한 시간 간격 동안 대기하고, 그리고서 상기 단계 A부터 계속하는 단계를 수행하도록 설치된다.
상기 제2 한계치는 상기 제1 한계치보다 크거나 같다. 즉, H+ ≥ H-.
본 발명의 다른 실시예에 따른 정박 윈치에 있어서, 제어 유닛(105)은 연속 정박 작동이 제공될 수 있도록 교류 모터가 연속적으로 전력을 공급받고 제어되게 설치된다.
주기적 정박 작동은 연속 정박 작동에 비해 에너지가 절감되는데, 그 이유는 주기적 정박 작동에서는 교류 모터에 상당한 길이의 시간 동안 전력 공급이 차단되기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정박 윈치는 상기한 바와 같은 주기적 정박 작동과 연속 정박 작동 사이에서의 선택을 가능하게 하는 제어 인터페이스를 포함한다.
정박 윈치의 제동을 실행하는 방법은 여러 가지가 있다. 일례로, 브레이크를 도 1에 도시된 바와 같이 설치하거나, 혹은 브레이크를 모터(103)과 일체로 구성하거나, 혹은 브레이크를 기어박스(106)와 일체로 구성하거나, 혹은 모터, 기어박스 및 베어링 블록(108) 중 하나 이상의 것과 연계된 브레이크로 구성할 수 있다. 브 레이크는, 일례로, 디스크 브레이크 또는 드럼 브레이크일 수 있다.
도 2a는 본 발명의 여러 실시예에 따른 정박 윈치를 예시적인 상황에서의 작동을 도시하는 것이다. 곡선 221은 토크 산출치를 나타내고, 곡선 222는 교류 모터의 속도 기준을 나타낸다. 주지해야 할 점은, 곡선 222인 속도 기준은 t0 ~ t1의 시간 간격과 t2 ~ t3의 시간 간격 중에는 시간축과 일치한다. 상기 "속도 기준"이라는 용어는 여기서는 교류 모터(103, 도 1 참조)의 회전 속도의 기준치를 의미한다. 회전 속도의 기준치는 일정해야 할 필요는 없고 시간에 따라 변화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정박 윈치에 있어서, 제어 유닛(105, 도1 참조)은, 곡선 221인 토크 산출치가 제1의 미리 결정된 히스테리시스 한계치 H- 아래로 떨어진 상황에 응답하여서는 교류 모터(103, 도 1 참조)가 정박용 로프(102, 도 1 참조)를 감도록 설치되고, 또한 토크 산출치가 제2의 미리 결정된 히스테리시스 한계치 H+를 초과한 상황에 응답하여서는 교류 모터가 정박용 로프를 풀도록 설치된다. 상기 제2의 미리 결정된 히스테리시스 한계치 H+는 상기 제1의 미리 결정된 히스테리시스 한계치 H-보다 크다. 본 명세서에서, 교류 모터의 회전 속도의 부호는, 상기 교류 모터가 정방향 회전을 할 때에는 정박용 로프가 감기도록, 즉 정박용 로프의 장력이 증가하도록 하는 방식으로 해서 선택된다. 따라서, 곡선 222인 속도 기준이 양(+)이 되게 함으로써 정박용 로프가 감기게 할 수 있고, 곡선 222인 속도 기준이 음(-)이 되게 함으로써 정박용 로프가 풀리게 할 수 있다. 도 2a에 도시된 예시적인 상황에서, 순간적 시간 t1에서 토크 산출치는 히스테리시스 한계치 H+를 초과하고, 그에 따라 정박용 로프의 장력을 줄이기 위해 곡선 222인 속도 기준이 음이 되게 한다. 순간적 시간 t3에서, 토크 산출치는 히스테리시스 한계치 H- 밑으로 떨어지고, 그에 따라 정박용 로프의 장력을 증가시키기 위해 속도 기준이 양이 되게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정박 윈치에 있어서, 제어 유닛(105, 도 1 참조)은, 곡선 221인 토크 산출치가 미리 결정된 범위 R 내에 있는 상황에 응답해서는 곡선 222인 속도 기준을 0으로 설정하도록 설치된다.
미리 결정된 범위 R은 토크의 미리 설정된 설정치 S 근방에 있다. 미리 설정된 설정치 S는 토크의 목표치를 위한 상한이 될 수 있고, 상기 토크의 목표치는 예를 들면 속도 제어기의 출력일 수 있고 시간에 따라 변화할 수 있다. 도 2a에 도시된 예시적인 상황에서, 순간적 시간 t2에서 곡선 221인 토크 산출치가 미리 결정된 범위 R에 이르고, 그에 따라 순간적 시간 t2에서 곡선 222인 속도 기준이 0으로 설정된다.
도 2b는 본 발명의 여러 실시예에 따른 정박 윈치가 예시적인 상황에서 작동하는 것을 보이고 있는 것이다. 곡선 221은 토크 산출치를 나타내고, 곡선 222는 교류 모터의 속도 기준을 나타낸다. 주목해야 할 점은, 상기 곡선 222인 속도 기준은 t0 ~ t1+d1의 시간 간격과 t2+d2 ~ t3+d3의 시간 간격 동안에는 시간축과 일치한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정박 윈치에 있어서, 제어 유닛(105, 도1 참조)은, 곡선 221인 토크 산출치가 미리 결정된 히스테리시스 한계치 H- 아래로 떨어진 후에 제1의 미리 결정된 지연 시간 d3이 경과한 상황에 응답하여서는 교류 모 터(103, 도 1 참조)가 정박용 로프(102, 도 1 참조)를 감도록 설치되고, 또한 곡선 221인 토크 산출치가 미리 결정된 히스테리시스 한계치 H+를 초과한 후에 제2의 미리 결정된 지연 시간 d1이 경과한 상황에 응답하여서는 교류 모터가 정박용 로프를 풀도록 설치된다. 도 2b에 도시된 예시적 상황에서, 순간적 시간 t1에서 토크 산출치는 히스테리시스 한계치 H+를 초과하고, 그에 따라 정박용 로프의 장력을 줄이기 위해 지연 시간 d1 이후에 곡선 222인 속도 기준이 음이 되게 한다. 순간적 시간 t3에서, 토크 산출치는 히스테리시스 한계치 H- 밑으로 떨어지고, 그에 따라 정박용 로프의 장력을 증가시키기 위해 지연 시간 d3 후에 속도 기준이 양이 되게 한다. 상기와 같이 지연 시간을 적용함에 따라, 예를 들면, 상기 히스테리시스 한계치 H+ 및 H- 중 어느 하나의 근방에서 곡선 221인 토크 산출치가 진동하는 상황 하에서 불필요하게 있을 수 있는 진동 제어 작동을 배제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정박 윈치에 있어서, 제어 유닛(105, 도1 참조)은, 곡선 221인 토크 산출치가 미리 결정된 범위 R 내에 들어간 후에 미리 결정된 지연 시간 d2가 경과한 상황에 응답해서는 곡선 222인 속도 기준을 0으로 설정하도록 설치된다. 도 2a에 도시된 예시적 상황에 있어서, 순간적 시간 t2에서 곡선 221인 토크 산출치가 미리 결정된 범위 R에 이르고, 그에 따라 순간적 시간 t2+d2에서 곡선 222인 속도 기준이 0으로 설정된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정박 윈치에 있어서, 제어 유닛(105, 도1 참조)은, 교류 모터(103, 도 1참조)의 회전 속도를 제어하기 위한 속도 제어기를 구성하도록 설치된다. 속도 제어기의 출력은 토크의 목표치일 수 있고, 상기 토크의 목표 치는 시간에 따라 변화할 수 있다. 토크의 미리 설정된 설정치 S는 상기 토크의 목표치를 위한 상한인 것이 바람직하다.
도 3은 정박 윈치의 정박용 로프의 장력을 제어하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 흐름도이다. 이 방법은,
- 단계(301)에서, 교류 모터(103, 도1 참조)의 고정자 플럭스를 모델링하기 위한 플럭스 공간 벡터 ψ를 계산하고,
- 단계(302)에서, 상기 플럭스 공간 벡터에 기초하여 토크 산출치 Mest를 계산하고 상기 교류 모터의 고정자 전류의 공간 벡터 i를 계산하고, 여기서 Mest는 Mest = ψ × i로서 계산됨,
- 단계(303)에서, 상기 토크 산출치를 정박용 로프(102, 도 1 참조)의 장력 T를 나타내는 표시자로서 사용하고,
- 단계(304)에서, 정박용 로프의 장력 T를 나타내는 표시자에 근거하여 주파수 변환 유닛(104, 도 1 참조)을 제어하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 자동 정박 작동을 시동하기 위한 다음의 작동, 즉
- 교류 모터의 회전 속도의 기준치를 0으로 설정하고,
- 정박 윈치의 브레이크를 해제하고,
- 상기 회전 속도의 기준치가 0으로 설정되고 브레이크가 해제된 상태에서, 토크 산출치의 제1 값을 계산하고,
- 상기 토크 산출치의 제1 값과 미리 설정된 토크 설정치에 기초하여 정박용 로프가 권취되는지 아니면 풀리는지 여부를 결정하는 작동도 추가로 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 주기적 정박 작동을 달성하기 위한 다음의 연속 단계, 즉
- 단계 A: 교류 모터의 회전 속도의 기준치가 0으로 설정되도록 교류 모터를 기동시키는 단계,
- 단계 B: 정박 윈치의 브레이크를 해제시키는 단계,
- 단계 C: 상기 회전 속도의 기준치가 0으로 설정되고 브레이크가 해제된 상태에서, 토크 산출치를 계산하는 단계,
- 조절 단계 D: 계산된 토크 산출치가 제1 한계치 H-보다 작은 상황에 응답하여, 정박용 로프를 감도록 교류 모터를 제어하는 단계,
- 조절 단계 E: 계산된 토크 산출치가 제2 한계치 H+를 초과하는 상황에 응답하여, 정박용 로프를 풀도록 교류 모터를 제어하는 단계, 그리고
- 단계 F: 브레이크를 닫고, 교류 모터로의 전력 공급을 차단하고, 미리 정한 시간 간격 동안 대기하고, 그리고서 상기 단계 A부터 계속하는 단계를 포함한다.
상기 제2 한계치는 상기 제1 한계치보다 크거나 같다. 즉, H+ ≥ H-.
본 발명의 다른 실시예에 따른 정박 윈치에 있어서, 교류 모터는, 연속 정박 작동이 제공될 수 있도록, 연속적으로 전력을 공급받고 제어된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 상기한 바와 같은 주기적 정박 작동과 연속 정박 작동 사이에서의 선택을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 있어서, 교류 모터는, 곡선 221(도 2a 참조)인 토크 산출치가 제1의 미리 결정된 히스테리시스 한계치 H-(도 2a 참조) 아래로 떨어진 상황에 응답하여서는 정박용 로프를 감도록 제어되고, 또한 곡선 221(도 2a 참조)인 토크 산출치가 제2의 미리 결정된 히스테리시스 한계치 H+(도 2a 참조)를 초과한 상황에 응답하여서는 정박용 로프를 풀도록 제어되고, 여기서 상기 제2의 미리 결정된 히스테리시스 한계치 H+는 상기 제1의 미리 결정된 히스테리시스 한계치 H-보다 크다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 있어서, 교류 모터의 회전 속도의 곡선 222(도 2a 참조)인 기준치는, 곡선 221(도 2a 참조)인 토크 산출치가 미리 결정된 범위 R(도 2a 참조) 내에 있는 상황에 응답해서는 0으로 설정되고, 여기서 상기 미리 결정된 범위 R은 토크의 미리 설정된 설정치 S(도 2a 참조) 근방에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 있어서, 교류 모터는, 곡선 221(도 2b 참조)인 토크 산출치가 미리 결정된 히스테리시스 한계치 H-(도 2b 참조) 아래로 떨어진 후에 제1의 미리 결정된 지연 시간 d3(도 2b 참조)이 경과한 상황에 응답하여서는 정박용 로프를 감도록 제어되고, 또한 곡선 221(도 2b 참조)인 토크 산출치가 미리 결정된 히스테리시스 한계치 H+(도 2b 참조)를 초과한 후에 제2의 미리 결정된 지연 시간 d1(도 2b 참조)이 경과한 상황에 응답하여서는 정박용 로프를 풀도록 제어되고, 여기서 상기 제2의 미리 결정된 히스테리시스 한계치 H+는 상기 제1의 미리 결정된 히스테리시스 한계치 H-보다 크다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 있어서, 교류 모터의 회전 속도의 곡선 221(도 2b 참조)인 토크 산출치가 미리 결정된 범위 R 내에 들어간 후에 미리 결정된 지연 시간 d2(도 2b 참조)가 경과한 상황에 응답해서는 교류 모터의 회전 속도의 곡선 222(도 2b 참조)인 기준치를 0으로 설정하고, 여기서 상기 미리 결정된 범위는 토크의 미리 설정된 설정치 S(도 2b 참조) 근방에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 있어서, 토크의 미리 설정된 설정치 S(도 2a 및 도 2b 참조)는 토크의 목표치를 위한 상한이고, 상기 토크의 목표치는 교류 모터의 회전 속도를 제어하도록 설치된 속도 제어기의 출력이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은,
정박용 로프를 감는 권취 드럼과, 상기 권취 드럼을 구동하도록 설치된 교류 모터와, 상기 교류 모터에 전력을 공급하도록 설치된 주파수 변환 유닛을 포함하는 정박 윈치에 있어서의 정박용 로프의 장력을 제어하기 위한 컴퓨터 실행 가능 지시들을 포함한다. 상기 컴퓨터 실행 가능 지시들은,
- 교류 모터의 고정자 플럭스를 모델링하기 위하여 플럭스 공간 벡터를 계산하고,
- 상기 플럭스 공간 벡터에 기초하여 토크 산출치를 계산하고 상기 교류 모터의 고정자 전류의 공간 벡터를 계산하고,
- 상기 토크 산출치를 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자로서 사용하고,
- 상기 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자에 기초하여 주파수 변환 유닛을 제어하도록, 프로그램 가능 프로세서를 제어할 수 있는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 독출 매체는, 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램으로 인코딩된다. 상기 컴퓨터 독출 매체는, 일례로, 광학 컴팩트 디스크 읽기 전용 메모리(CD-ROM)로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램을 특정하는 정보를 실행하도록 구성된다.
이상의 설명에서 제공된 특정 실시예들은 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 따라서, 본 발명은 상기 실시예들에만 국한되지 않으며 많은 변경이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 정박 윈치를 도시하는 도면.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 정박 윈치의 작동을 예시적인 상황에서 나타낸 도면.
도 3은 정박 윈치의 정박용 로프 장력을 제어하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 방법의 흐름도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
101: 권취 드럼
102: 정박용 로프
103: 교류 모터
104: 주파수 변환 유닛
105: 제어 유닛
106: 기어박스
107: 전력 공급망
108: 베어링 블록

Claims (15)

  1. 정박 윈치로서,
    - 정박용 로프(102)를 감는 권취 드럼(101)과,
    - 상기 권취 드럼을 구동하도록 설치된 교류 모터(103)와,
    - 상기 교류 모터에 전력을 공급하도록 설치된 주파수 변환 유닛(104)과,
    - 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자에 기초하여 상기 주파수 변환 유닛을 제어하도록 설치된 제어 유닛(105)을 포함하는 정박 윈치에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 교류 모터의 고정자 플럭스를 모델링하기 위하여 플럭스 공간 벡터를 계산하고, 상기 플럭스 공간 벡터에 기초하여 토크 산출치를 계산하고 상기 교류 모터의 고정자 전류의 공간 벡터를 계산하며, 상기 토크 산출치를 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자로서 사용하도록, 설치되는 것을 특징으로 하는 정박 윈치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    - 교류 모터의 회전 속도의 기준치를 0으로 설정하고,
    - 정박 윈치의 브레이크(109)를 해제하고,
    - 상기 회전 속도의 기준치가 0으로 설정되고 브레이크가 해제된 상태에서, 토크 산출치의 제1 값을 계산하고,
    - 상기 토크 산출치의 제1 값과 미리 설정된 토크 설정치에 기초하여 정박용 로프가 권취되는지 아니면 풀리는지 여부를 결정하도록, 설치된 것을 특징으로 하는 정박 윈치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 토크 산출치(곡선 221)가 제1의 미리 결정된 히스테리시스 한계치(H-) 아래로 떨어진 상황에 응답하여서는 교류 모터가 정박용 로프를 감도록 설치되고, 또한 토크 산출치가 제2의 미리 결정된 히스테리시스 한계치(H+)를 초과한 상황에 응답하여서는 교류 모터가 정박용 로프를 풀도록 설치되고,
    상기 제2의 미리 결정된 히스테리시스 한계치는 상기 제1의 미리 결정된 히스테리시스 한계치보다 큰 것을 특징으로 하는 정박 윈치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 토크 산출치(곡선 221)가 미리 결정된 범위(R) 내에 있는 상황에 응답해서는 교류 모터의 회전 속도의 기준치(곡선 222)를 0으로 설정하도록 설치되고,
    상기 미리 결정된 범위(R)는 토크의 미리 설정된 설정치(S) 근방에 있는 것을 특징으로 하는 정박 윈치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 토크 산출치(곡선 221)가 미리 결정된 히스테리시스 한계치(H-) 아래로 떨어진 후에 제1의 미리 결정된 지연 시간(d3)이 경과한 상황에 응답하여서는 교류 모터가 정박용 로프를 감도록 설치되고, 또한 토크 산출치(곡선 221)가 미리 결정된 히스테리시스 한계치(H+)를 초과한 후에 제2의 미리 결정된 지연 시간(d1)이 경과한 상황에 응답하여서는 교류 모터가 정박용 로프를 풀도록 설치되고,
    상기 제2의 미리 결정된 히스테리시스 한계치는 상기 제1의 미리 결정된 히스테리시스 한계치보다 큰 것임을 특징으로 하는 정박 윈치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 토크 산출치(곡선 221)가 미리 결정된 범위(R) 내에 들어간 후에 미리 결정된 지연 시간(d2)이 경과한 상황에 응답해서는 상기 교류 모터의 회전 속도의 기준치(곡선 222)를 0으로 설정하도록 설치되고,
    상기 미리 결정된 범위(R)는 토크의 미리 설정된 설정치(S) 근방에 있는 것을 특징으로 하는 정박 윈치.
  7. 제2항, 제4항, 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 교류 모터의 회전 속도를 제어하는 속도 제어기를 구성하도록 설치되고,
    상기 속도 제어기의 출력이 토크의 목표치가 되고,
    토크의 미리 설정된 설정치(S)는 토크의 목표치를 위한 상한이 되는 것을 특징으로 하는 정박 윈치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 주기적 정박 작동을 달성하기 위한 다음의 연속 단계, 즉
    - 단계 A: 교류 모터의 회전 속도의 기준치가 0으로 설정되도록 교류 모터를 기동시키는 단계,
    - 단계 B: 정박 윈치의 브레이크(109)를 해제시키는 단계,
    - 단계 C: 상기 회전 속도의 기준치가 0으로 설정되고 브레이크가 해제된 상태에서, 토크 산출치를 계산하는 단계,
    - 조절 단계 D: 계산된 토크 산출치가 제1 한계치 H-보다 작은 상황에 응답하여, 정박용 로프를 감도록 교류 모터를 제어하는 단계,
    - 조절 단계 E: 계산된 토크 산출치가 제2 한계치 H+를 초과하는 상황에 응답하여, 정박용 로프를 풀도록 교류 모터를 제어하는 단계, 그리고
    - 단계 F: 브레이크를 닫고, 교류 모터로의 전력 공급을 차단하고, 미리 정한 시간 간격 동안 대기하고, 그리고서 상기 단계 A부터 계속하는 단계를 수행하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 정박 윈치.
  9. 정박용 로프를 감는 권취 드럼과, 상기 권취 드럼을 구동하도록 설치된 교류 모터와, 상기 교류 모터에 전력을 공급하도록 설치된 주파수 변환 유닛을 포함하는 정박 윈치에 있어서의 정박용 로프의 장력 제어 방법으로서, 상기 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자에 기초하여 주파수 변환 유닛을 제어하는 것(304)을 포함하는, 정박용 로프의 장력 제어 방법에 있어서,
    - 교류 모터의 고정자 플럭스를 모델링하기 위하여 플럭스 공간 벡터를 계산하는 것(301)과,
    - 상기 플럭스 공간 벡터에 기초하여 토크 산출치를 계산하고 상기 교류 모터의 고정자 전류의 공간 벡터를 계산하는 것(302)과,
    - 상기 토크 산출치를 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자로서 사용하는 것(303)을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 정박용 로프의 장력 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    - 교류 모터의 회전 속도의 기준치를 0으로 설정하고,
    - 정박 윈치의 브레이크(109)를 해제하고,
    - 상기 회전 속도의 기준치가 0으로 설정되고 브레이크가 해제된 상태에서, 토크 산출치의 제1 값을 계산하고,
    - 상기 토크 산출치의 제1 값과 미리 설정된 토크 설정치에 기초하여 정박용 로프가 권취되는지 아니면 풀리는지 여부를 결정하는 것을, 포함하는 것을 특징으로 하는 정박용 로프의 장력 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 교류 모터는, 토크 산출치(곡선 221)가 제1의 미리 결정된 히스테리시스 한계치(H-) 아래로 떨어진 상황에 응답하여서는 정박용 로프를 감도록 제어되고, 또한 토크 산출치(곡선 221)가 제2의 미리 결정된 히스테리시스 한계치(H+)를 초과한 상황에 응답하여서는 정박용 로프를 풀도록 제어되고,
    상기 제2의 미리 결정된 히스테리시스 한계치는 상기 제1의 미리 결정된 히스테리시스 한계치보다 큰 것을 특징으로 하는 정박용 로프의 장력 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    토크 산출치(곡선 221)가 미리 결정된 범위(R) 내에 있는 상황에 응답해서 교류 모터의 회전 속도의 기준치(곡선 222)를 0으로 설정하고,
    상기 미리 결정된 범위(R)는 토크의 미리 설정된 설정치(S) 근방에 있는 것을 특징으로 하는 정박용 로프의 장력 제어 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 교류 모터는, 토크 산출치(곡선 221)가 미리 결정된 히스테리시스 한계치(H-) 아래로 떨어진 후에 제1의 미리 결정된 지연 시간(d3)이 경과한 상황에 응답하여서는 정박용 로프를 감도록 제어되고, 또한 토크 산출치(곡선 221)가 미리 결정된 히스테리시스 한계치(H+)를 초과한 후에 제2의 미리 결정된 지연 시간(d1)이 경과한 상황에 응답하여서는 정박용 로프를 풀도록 제어되고,
    상기 제2의 미리 결정된 히스테리시스 한계치는 상기 제1의 미리 결정된 히 스테리시스 한계치보다 큰 것을 특징으로 하는 정박용 로프의 장력 제어 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    주기적 정박 작동을 달성하기 위한 다음의 연속 단계, 즉
    - 단계 A: 교류 모터의 회전 속도의 기준치가 0으로 설정되도록 교류 모터를 기동시키는 단계,
    - 단계 B: 정박 윈치의 브레이크(109)를 해제시키는 단계,
    - 단계 C: 상기 회전 속도의 기준치가 0으로 설정되고 브레이크가 해제된 상태에서, 토크 산출치를 계산하는 단계,
    - 조절 단계 D: 계산된 토크 산출치가 제1 한계치 H-보다 작은 상황에 응답하여, 정박용 로프를 감도록 교류 모터를 제어하는 단계,
    - 조절 단계 E: 계산된 토크 산출치가 제2 한계치 H+를 초과하는 상황에 응답하여, 정박용 로프를 풀도록 교류 모터를 제어하는 단계, 그리고
    - 단계 F: 브레이크를 닫고, 교류 모터로의 전력 공급을 차단하고, 미리 정한 시간 간격 동안 대기하고, 그리고서 상기 단계 A부터 계속하는 단계를, 포함하는 것을 특징으로 하는 정박용 로프의 장력 제어 방법.
  15. 정박용 로프를 감는 권취 드럼과, 상기 권취 드럼을 구동하도록 설치된 교류 모터와, 상기 교류 모터에 전력을 공급하도록 설치된 주파수 변환 유닛을 포함하는 정박 윈치에 있어서의 정박용 로프의 장력을 제어하는 컴퓨터 프로그램으로서, 상 기 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자에 기초하여 주파수 변환 유닛을 제어하도록 하는 컴퓨터 실행 가능 지시들을 포함하는, 정박용 로프의 장력을 제어하는 컴퓨터 프로그램에 있어서,
    - 교류 모터의 고정자 플럭스를 모델링하기 위하여 플럭스 공간 벡터를 계산하고,
    - 상기 플럭스 공간 벡터에 기초하여 토크 산출치를 계산하고 상기 교류 모터의 고정자 전류의 공간 벡터를 계산하며,
    - 상기 토크 산출치를 정박용 로프의 장력을 나타내는 표시자로서 사용하도록 하는, 컴퓨터 실행 가능 지시들도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는, 정박용 로프의 장력을 제어하는 컴퓨터 프로그램.
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