NO322834B1

NO322834B1 - Mooring winch and winch control method

Info

Publication number: NO322834B1
Application number: NO19950630A
Authority: NO
Inventors: Alexander Nuernberg; Hans-Hermann Harder
Original assignee: Hatlapa Uetersener Maschf
Priority date: 1994-03-12
Filing date: 1995-02-20
Publication date: 2006-12-11
Also published as: EP0676365A2; EP0676365A3; NO950630L; NO950630D0; DE4408395A1; EP0676365B1; DE4408395C2; DE59407539D1

Description

Oppfinnelsen vedrører en fortøyningsvinsj for et skip, som er utstyrt med en drivinnretning, minst en vinsjtrommel samt et drev koplet til drivinnretningen på vinsjtrommelen, idet drivinnretningen er utformet som en trefase-asynkronmotor, som er forbundet med en omdreiningstallregulering, som er forsynt med en omdreiningstallgiver for er-verdiregistrering av omdreiningstallet, som er anordnet ved drivinnretningen, at en bremseinnretning er anordnet ved drivinnretningen, og at to utenforliggende kantskiver og en innenforliggende kantskive, som adskiller en taulagerdel fra en arbeidsdel, er anordnet ved vinsjtrommelen, for tauføring. The invention relates to a mooring winch for a ship, which is equipped with a drive device, at least one winch drum and a drive connected to the drive device on the winch drum, the drive device being designed as a three-phase asynchronous motor, which is connected to a speed control, which is equipped with a speed sensor for actual value registration of the number of revolutions, which is arranged at the drive device, that a brake device is arranged at the drive device, and that two outer edge discs and an inner edge disc, which separates a rope bearing part from a working part, are arranged at the winch drum, for rope guidance.

Dessuten vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for drift av en fortøyningsvinsj ombord på et skip, idet det defineres et på forhånd gitt seiltrekk ved en betjeningspult, at det på forhånd gitte seiltrekket holdes av en som trefaseassynkronmotor utformet drivinnretning, som styres via en frekvensomformer med romvisermodulasjonsmetode, og at ved åpnet brems holdes seiltrekket i drivinnretningens stillstand via det genererte elektriske feltet, idet aktiveringen av frekvensomformeren skjer ved hjelp av en romvisermodulasjonsmetode og at avkoplede regulasjonssystemer blir benyttet for et dreiemoments reguleringskrets og en strømreguleringskrets. In addition, the invention relates to a method for operating a mooring winch on board a ship, in which a pre-given sail tension is defined at a control desk, that the pre-given sail tension is held by a drive device designed as a three-phase asynchronous motor, which is controlled via a frequency converter with a compass modulation method, and that when the brake is open, the sail pull is held in the drive device standstill via the generated electric field, as the frequency converter is activated using a clockwise modulation method and that decoupled regulation systems are used for a torque regulation circuit and a current regulation circuit.

Ved lasting eller lossing ved en pir fortøyes skipet ved hjelp av fortøyningsliner ved piren. Et sammenlignbart arbeidsforløp gjennomføres også for eksempel når skipet fortøyes ved en flytedokk for gjennomføring av vedlikeholds- eller overhalingsarbeider. Ved disse operasjonene er det av spesiell viktighet på forhånd å gi skipet en relativt nøyaktig posisjonering. Som forstyrrende elementer opptrer for eksempel strømnings-, vind- og tidevannsinnflytelse ved slike skipsposisjoneringer. Dessuten kan det også fremkalles langsbevegelser av skipet på grunn av gjennomførte lastinger og lossinger. When loading or unloading at a pier, the ship is moored using mooring lines at the pier. A comparable work process is also carried out, for example, when the ship is moored at a floating dock for carrying out maintenance or overhaul work. In these operations, it is of particular importance to give the ship a relatively accurate positioning in advance. Disturbing elements include, for example, the influence of flow, wind and tides in such ship positioning. In addition, longitudinal movements of the ship can also be induced due to completed loadings and unloadings.

For å unngå manuell innhaling eller utgivelse av fortøynings-linene ved dypgangs- eller vannstandsforandringer, utstyres fortøyningsvinsj er med konstant strekkautomatikk. Ved dette fastlegges på forhånd de til enhver tid opptredende spenningskreftene og ved en kraftforhøyelse eller en kraftminskning på grunn av forstyrrelser skjer en automatisk lengdekorrektur av linene. To avoid manual hauling in or releasing of the mooring lines in the event of changes in draft or water level, the mooring winch is equipped with constant automatic tension. In this way, the tension forces occurring at any time are determined in advance and in the event of an increase in force or a decrease in force due to disturbances, an automatic length correction of the lines takes place.

Av tidligere kjent teknikk kan nevnes DK 140211, SE 383726, NO 146319, US 4636962 og GB 2013375. Of prior art, DK 140211, SE 383726, NO 146319, US 4636962 and GB 2013375 can be mentioned.

Førstnevnte publikasjon omhandler en anordning for automatisk bestemmelse av dreiemomentet til en vinsj. De øvrige publikasjoner omhandler utførelsesformer av The first-mentioned publication deals with a device for automatically determining the torque of a winch. The other publications deal with embodiments of

fortøyningsvinsj er. mooring winch is.

Oppfinnelsen muliggjør til forskjell fra teknikkens stand, måling av tautrekket over elektriske feltstyrker til den aktiverte, ved åpnet bremse stillestående asynkron motor. Teknikkens stand er således ikke i stand til å drive asynkronmotoren ved omdreiningstall null og å måle lasten ved et mekanisk fastpunkt, for eksempel bremseanker. Unlike the state of the art, the invention makes it possible to measure the rope tension over electric field strengths of the activated, when the brake is open, stationary asynchronous motor. The state of the art is thus not able to drive the asynchronous motor at zero rpm and to measure the load at a mechanical fixed point, for example a brake armature.

I prinsippet er det allerede kjent å forsyne slike fortøyningsvinsj er med elektrisk drift. Imidlertid er spesielle dreiemoment- eller trekkraftmåleinnretninger nødvendige for åsikre en funksjonsriktig driftsmåte. Disse elementene forhøyer imidlertid kompleksiteten og dermed anordningens motstand mot forstyrrelser, dessuten gis det ingen optimal utnyttelse av det totale innstillingsområdet som er tilgjengelig. In principle, it is already known to supply such mooring winches with electric operation. However, special torque or traction force measuring devices are necessary to ensure proper operation. These elements, however, increase the complexity and thus the device's resistance to disturbances, moreover, no optimal utilization of the total setting range that is available is provided.

En oppgave er derfor å konstruere en fortøyningsvinsj av den innledningsvis nevnte art slik at så vel en enklere oppbygning som også et større utnyttbart reguleringsområde sikres. One task is therefore to construct a mooring winch of the kind mentioned at the outset so that both a simpler structure and a larger usable regulation area are ensured.

Denne oppgaven løses ved at drivinnretningen er utformet som en trefaseasynkronmotor, som er forbundet med en omdreiningstallregulering, som er forsynt med en omdreiningstallgiver for er-verdiregistrering av omdreiningstallet, som er anordnet ved drivinnretningen og at en bremseinnretning er anordnet ved drivinnretningen. This task is solved by the fact that the drive device is designed as a three-phase asynchronous motor, which is connected to a speed control, which is provided with a speed indicator for actual value registration of the speed, which is arranged at the drive device and that a brake device is arranged at the drive device.

En videre oppgave er å optimalisere styringsfremgangsmåten for den innledningsvis nevnte teknikk. A further task is to optimize the control procedure for the technique mentioned at the outset.

Denne oppgaven løses ved at det defineres et på forhånd gitt seiltrekk ved en betjeningspult, at det på forhånd gitte seiltrekket holdes av en som trefaseasynkronmotor utformet drivinnretning, som styres via en frekvensomformer med romvisermodulasjonsmetode og at ved åpnet brems holdes seiltrekket i drivinnretningens stillstand via det genererte elektriske feltet. This task is solved by defining a pre-given sail tension at an operating desk, that the pre-given sail tension is held by a drive device designed as a three-phase asynchronous motor, which is controlled via a frequency converter with a compass modulation method and that when the brake is opened, the sail tension is held in the drive device's standstill via the generated electric field.

En slik drivinnretning er i stand til å avgi det nominelle momentet i stillstand over et vilkårlig langt tidsrom. Ved dette er det mulig å gjennomføre en svært effektiv lastoverføring fra motor til brems henholdsvis fra bremsen til motoren. Spesielt unngås også svingninger, som kan oppstå ved forsterkninger på grunn av diskontinuerlig styring. Ved den måletekniske registreringen av omdreiningstallet stilles en svært forenklet og forstyrrelsesupåvirkelig konstruksjon til rådighet. Anordningen er følgelig spesielt egnet for pålitelig bruk ved de barske arbeidsbetingelsene ombord i et skip. Such a drive device is capable of delivering the nominal torque at standstill over an arbitrarily long period of time. With this, it is possible to carry out a very efficient load transfer from the motor to the brake or from the brake to the motor. In particular, fluctuations are also avoided, which can occur with reinforcements due to discontinuous control. A very simplified and undisturbed construction is available for the measurement technique registration of the revolutions. The device is therefore particularly suitable for reliable use in the harsh working conditions on board a ship.

En svært nøyaktig omdreiningstall- og posisjonsregistrering er mulig ved at omdreiningstallgiveren er utformet som en inkrementalvinkelgiver. A very accurate revolution number and position registration is possible because the revolution number encoder is designed as an incremental angle encoder.

For å stille en fleksibel styringsmulighet til rådighet foreslås det at en lagerprogrammerbar styring er anordnet for koordinering av drivinnretningen. In order to make a flexible control option available, it is proposed that a stock programmable control is arranged for coordination of the drive device.

En oppdeling av oppspolingstrommelen for sikring av samme virksomme vinkelradius realiseres ved at to utenforliggende kantskiver og en innenforliggende kantskive, som skiller en taulagringsdel fra en arbeidsdel, er anordnet på oppspolingstrommelen for tauføring. A division of the winding drum to ensure the same effective angle radius is realized by two outer edge discs and an inner edge disc, which separates a rope storage part from a working part, are arranged on the winding drum for rope guidance.

For gjennomføring av elektrisitetstilførselen foreslås det at det er anordnet en frekvensomformer for styring av drivinnretningen. For carrying out the electricity supply, it is suggested that a frequency converter is arranged to control the drive device.

Det er spesielt hensiktsmessig at frekvensomformeren oppviser adskilte reguleringer for dreiemoment- og strømreguleringskretsen. It is particularly appropriate for the frequency converter to have separate controls for the torque and current control circuits.

En digital styringsfremgangsmåte, som er enkel å realisere, fastsettes ved at en PC anordnes for parameterisering av frekvensomformeren. A digital control method, which is easy to implement, is established by arranging a PC for parameterizing the frequency converter.

For redusering av den nødvendige driftstiden for drivinnretningen foreslås det at en fastsettelse av bremseinnretningen initialiseres automatisk etter drivinnretningens forhåndsgitte still standsintervall. In order to reduce the necessary operating time for the drive device, it is proposed that a determination of the braking device is initialized automatically after the drive device's pre-given standstill interval.

For tilpasning til endrede grensebetingelser etter fastsetting av bremsen foreslås det at bremsen løses periodisk for registrering av en virkelig påvirkende last i en på forhånd gitt takt. In order to adapt to changed boundary conditions after setting the brake, it is suggested that the brake be released periodically to record a really affecting load at a predetermined rate.

For sikring av en nøyaktig posisjonering foreslås det at lastoverføringen fra lamellbremsen til drivinnretningen først gjennomføres når drivinnretningen igjen har bygget opp motorens nominelle moment. To ensure accurate positioning, it is suggested that the load transfer from the disc brake to the drive device is only carried out when the drive device has again built up the motor's nominal torque.

For sikring av utlignede energetiske forhold foreslås det at opptak og reduksjon av den produserte energien ved generatorisk drift styres til en mellomkrets av frekvensomformeren ved bruk av en bremsepulser. Energien kan imidlertid også føres tilbake til nettet. To ensure equalized energetic conditions, it is proposed that absorption and reduction of the energy produced by generator operation is controlled to an intermediate circuit by the frequency converter using a brake pulser. However, the energy can also be fed back into the grid.

Fortøyningsvinsj er og fermgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i krav 1 og 5 respektivt angitte trekk. The mooring winch and the method according to the invention are characterized by the features specified in claims 1 and 5 respectively.

Foredelaktige utførelsesformer fremgår av de uselvstendige kravene. Advantageous embodiments appear from the independent claims.

I tegningene er det vist skjematiske utførelseseksempler av oppfinnelsen. Der viser: Figur 1 en prinsippfremstilling av fortøyningsvinsj en med drev og drivinnretning, og figur 2 et forenklet koplingsskjema av den elektriske anordningen. The drawings show schematic examples of the invention. There shows: Figure 1 a principle design of a mooring winch with drive and drive device, and Figure 2 a simplified connection diagram of the electrical device.

Tilsvarende utførelsesformen i figur 1 er fortøyningsvinsj en 1 forbundet med en drivinnretning 3 via et drev 2. Drivinnretningen 3 er utformet som en trefaseasynkronmotor, som er forsynt med en lamellbrems 4 og en dreietallgiver 5. Dreietallgiveren 5 er utformet som en inkrementalvinkelgiver. Lamellbremsen 4 muliggjør oppbremsing av fortøyningsvinsj en 1 og drivinnretningen 3 via en elektromekanisk kraftbortleder. Corresponding to the embodiment in Figure 1, the mooring winch 1 is connected to a drive device 3 via a drive 2. The drive device 3 is designed as a three-phase asynchronous motor, which is equipped with a disc brake 4 and a rotary encoder 5. The rotary encoder 5 is designed as an incremental angle encoder. The disc brake 4 enables braking of the mooring winch 1 and the drive device 3 via an electromechanical power transfer.

Fortøyningsvinsj en 1 er utstyrt med to utenforliggende kantskiver 6 og en innenforliggende kantskive 7. Den innenforliggende kantskiven 7 er utstyrt med en radiell langstrakt åpning, hvis kanter har en slik beskaffenhet at et på fortøyningsvinsj en 1 lagret tau sikkert kan omspoles fra en tau-lagerdel 8 til en arbeidsdel 9. Det samme gjelder for omspolingsprosessen fra arbeidsdel en 9 til taulagerdelen 8. Taulagerdelen 8 adskilles fra arbeidsdelen 9 ved den innenforliggende kantskiven 7. Arbeidsdelen 9 sikrer at vinsj driften under fastleggelse av et taustrekk som skal holdes konstant, kan gjennomføres med konstant virkediameter av trommelen. Mooring winch one 1 is equipped with two outer edge discs 6 and one inner edge disc 7. The inner edge disc 7 is equipped with a radially elongated opening, the edges of which have such a nature that a rope stored on mooring winch one 1 can be safely rewound from a rope storage part 8 to a working part 9. The same applies to the rewinding process from working part 9 to the rope bearing part 8. The rope bearing part 8 is separated from the working part 9 by the inner edge disc 7. The working part 9 ensures that the winch operation while determining a rope tension which must be kept constant, can be carried out with constant working diameter of the drum.

Den elektriske oppkoplingen er vist i figur 2. Drivinnretningen 3 er tilsluttet et styreutstyr 11 via en trefaset tilslutningsledning 10. Styreutstyret 11 forsynes av et tre-faset vekselstrømsnett 12. Dreietallgiveren 5 er tilsluttet styreutstyret 11. Styreutstyret 11 koordineres av en styring 13, som for eksempel kan være utformet som en lagerprogrammerbar styring. For forbindelse av styringen 13 med styreutstyret 11 er det anordnet en måleverdioverføring 14 og en skalverdioverføring 15. Måleverdioverføringen 14 skjer fra styreutstyret 11 i retning mot styringen 13 og skal-verdioverføringen 15 fra styringen 13 i retning mot styreutstyret 11. Styringen 13 er dessuten tilsluttet en signaloverføring 16 på en betjeningspult 17. Ved hjelp av betjeningspulten 17 kan manuelle betjeningsinnstillinger overføres til styringen 13. The electrical connection is shown in figure 2. The drive device 3 is connected to a control device 11 via a three-phase connection cable 10. The control device 11 is supplied by a three-phase alternating current network 12. The rev counter 5 is connected to the control device 11. The control device 11 is coordinated by a controller 13, which for example can be designed as a stock programmable control. For the connection of the control 13 with the control equipment 11, a measured value transfer 14 and a set value transfer 15 are arranged. The measured value transfer 14 takes place from the control equipment 11 in the direction of the control 13 and the set value transfer 15 from the control 13 in the direction of the control equipment 11. The control 13 is also connected to a signal transmission 16 on an operating desk 17. Using the operating desk 17, manual operating settings can be transferred to the control 13.

Styringsutstyret 11 er utformet som en frekvensomformer med romviser-modulasjonsmetode, som styrer drivinnretningen 3 og forsynes av trefasenettet 12. Som trefasenett 12 kan vanlige nett ombord i skipet anvendes. The control equipment 11 is designed as a frequency converter with a compass modulation method, which controls the drive device 3 and is supplied by the three-phase network 12. As the three-phase network 12, ordinary networks on board the ship can be used.

Et anvendelsesforløp skjer slik at manuelle styreimpulser genereres fra betjeningspulten og de motsvarende signalene formidles via signaloverføringen 16 til styringen 13. Styringen 13 får dessuten er-verdien via mål everdi overføringen 14 for aktuelt omdreiningstall for drivinnretningen 3. Av disse data genereres skal-verdien for frekvensomformeren av styringen 13. I prinsippet er det mulig å regulere vinsj drivinnretningen til et fritt valgbart konstant holdemoment. Dette er et resultat av at drivinnretningen er i stand til å avgi det nominelle momentet i stillstand over et vilkårlig langt tidsrom. Denne egenskapen gjør trefaseasynkronmotoren med frekvensomformer og romviser-modulasjons-metode spesielt egnet til automatisk fortøyningsvinsj drift. An application process takes place such that manual control impulses are generated from the operating desk and the corresponding signals are conveyed via the signal transmission 16 to the control 13. The control 13 also receives the actual value via the target ever value transmission 14 for the current number of revolutions for the drive device 3. From this data, the target value for the frequency converter is generated of the control 13. In principle, it is possible to regulate the winch drive device to a freely selectable constant holding torque. This is a result of the drive device being able to deliver the nominal torque at standstill over an arbitrarily long period of time. This feature makes the three-phase asynchronous motor with frequency converter and compass modulation method particularly suitable for automatic mooring winch operation.

En elektrisk trefaseasynkronmotor lar seg på oversiktlig måte beskrives ved en matematisk modell, slik at det aktuelle virksomme motormomentet, som er proporsjonalt med tautrekket, ved en gitt frekvensomformerkopling også kan beregnes ved stillstand av motorens elektriske tilstandsstørrelser. På grunn av denne matematiske utledbarheten er det ikke nødvendig å gjennomføre mekaniske eller elektromekaniske målinger for bestemmelse av momentet. An electric three-phase asynchronous motor can be described in a clear way by a mathematical model, so that the effective motor torque in question, which is proportional to the rope pull, for a given frequency converter connection can also be calculated at standstill from the motor's electrical state variables. Due to this mathematical derivability, it is not necessary to carry out mechanical or electromechanical measurements to determine the torque.

I detalj gir således følgende arbeidsforløp seg. Først forhåndsbestemmes tautrekket som skal opprettholdes ved betjeningspulten. Deretter foretas en innstilling av det forhåndsgitte tautrekket på vinsjen ved styring av drivinnretningen 3 via frekvensomformerens dreiemoment og strømreguleringskrets. Ved åpen brems 4 kan tautrekket holdes i stillstand via det oppnådde elektriske felt. Etter at et på forhånd valgt tidsrom er oppnådd for en drivstillstand er det mulig å forutse en automatisk drift av bremsen 4 og deaktivere drivinnretningen 3, for å redusere det nødvendige energiforbruket. I prinsippet er imidlertid også en permanent drift av drivinnretningen 3 tenkbar. Anvender man varianten med automatisk drift av bremsen 4 løses bremsen 4 i en på forhånd gitt takt for overprøving av den til enhver tid faktiske påstående last. In detail, the following work process is therefore possible. First, the rope pull to be maintained at the control desk is pre-determined. The predetermined rope pull on the winch is then adjusted by controlling the drive device 3 via the frequency converter's torque and current control circuit. When brake 4 is open, the rope pull can be held stationary via the obtained electric field. After a preselected period of time has been reached for a drive mode, it is possible to foresee an automatic operation of the brake 4 and to deactivate the drive device 3, in order to reduce the necessary energy consumption. In principle, however, a permanent operation of the drive device 3 is also conceivable. If the variant with automatic operation of the brake 4 is used, the brake 4 is released at a pre-given rate for checking the actual claimed load at any given time.

En lastoverføring via drivinnretningen 3 etter en foregående drift av bremsen 4 skjer først når motorens nominelle moment igjen gjenstår og den for dette nødvendige feltoppbygningen er avslått. Et opptak og en reduksjon av den ved generatorisk drift i frekvensomformerens mellomkrets opplagrede energien er mulig ved bruk av en bremsepulser. Motorkarakteristikken er fritt programmerbar. Ved dette kan man ta hensyn til forskjellige tauegenskaper. Dessuten unngår man økning av svingningene i systemet ved svingningsundertrykkelse. Fortøyningsvinsj en 1 og drivinnretningen 3 kan anordnes på skipets frie dekksområde. Det nødvendige koplingsskapet og styreutstyrets 14 frekvensomformer monteres på et nærmest vilkårlig utvalgt sted værbeskyttet under dekket. A load transfer via the drive device 3 after a previous operation of the brake 4 only occurs when the motor's nominal torque remains and the necessary field build-up has been turned off. A recording and a reduction of the energy stored during regenerative operation in the intermediate circuit of the frequency converter is possible by using a brake pulser. The motor characteristic is freely programmable. In this way, different rope properties can be taken into account. In addition, an increase in the fluctuations in the system is avoided by suppressing fluctuations. The mooring winch 1 and the drive device 3 can be arranged on the ship's free deck area. The necessary switch cabinet and the control equipment's 14 frequency converters are mounted in an almost arbitrarily selected location protected from the weather under the deck.

Claims

1. Mooring winch for a ship which is equipped with a drive device, at least one winch drum and a drive connected to the drive device on the winch drum, the drive device being designed as a three-phase asynchronous motor, which is connected to a speed control, which is equipped with a speed sensor (5) for is-value registration of the number of revolutions, which is arranged at the drive device (3), that a brake device (4) is arranged at the drive device, and that two outer edge discs (6) and an inner edge disc (7), which separate a rope bearing part (8) from a working part (9) is arranged at the winch drum, for rope guidance, characterized in that a frequency converter (11) with compass modulation is arranged for controlling the drive device (3), and that the frequency converter has separate controls for the torque and current control circuit, as the control of the frequency converter (11) can be implemented using a compass modulation.

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

3. Mooring winch according to claim 1 or 2, characterized in that a control (13) designed as a stock programmable control is arranged for coordination of the drive device (3).

4. Mooring winch according to one of claims 1-3, characterized in that the PC is arranged for parameterization of the frequency converter.

5. Procedure for operating a mooring winch on board a ship, in that a pre-given sail tension is defined at a control desk, that the pre-given sail tension is held by a drive device designed as a three-phase asynchronous motor, which is controlled via a frequency converter with a compass modulation method, and that by open brake, the sail tension is kept in the drive device's standstill via the generated electric field, as the frequency converter is activated using a clockwise modulation method and that decoupled regulation systems are used for a torque regulation circuit and a current regulation circuit.

6. Method according to claim 5, characterized in that a determination of the braking device is automatically initialized after a pre-given standstill interval for the drive device.

7. Method according to claim 5 or 6, characterized in that the brake is released periodically for registration of a real asserted load at a predetermined rate.

8. Method according to one of claims 5-7, characterized in that load transfer from the disc brake to the drive device is only carried out when the drive device has again built up the motor's nominal torque.

9. Method according to one of claims 5-8, characterized in that a recording and a reduction of the energy stored in the intermediate circuit of the frequency converter during regenerative operation is controlled by using a brake pulser.