一种转矩控制船舶锚机驱动系统技术方案

一种结构简单、调试范围宽、启动和停止柔和，运行平稳的直接转矩控制船舶锚机驱动系统。技术方案是：其特征是由操作机构(8)、控制PLC(9)、船用变频器(1)、变频电机(3)、测速编码器(7)、锚机机机械装置(5)、制动装置接触器(2)、制动装置电机(4)和力矩传感器(6)组成，其中，操作机构(8)和控制PLC（9）通过直接I/O硬线连接，控制PLC(9)和船用变频器(1)通过直接I/O硬线和Profibus-DP总线连接，船用变频器(1)通过电线与变频电机(7)连接，船用变频器(1)通过制动装置接触器(2)与制动装置电机(4)连接；变频电机（3）和锚机机械装置(5)机械连接，变频电机（3）还通过测速编码器(7)与船用变频器(1)连接。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种转矩控制船舶锚机驱动系统，尤其涉及一种结构简单、调试范围宽、启动和停止柔和，运行平稳的直接转矩控制船舶锚机驱动系统。
技术介绍
锚机用于使船舶安全的停泊于水面或系泊于码头。锚机作为任何船舶所需的重要的甲板机械，需要有一定的调速范围，在系缆状态，要求具有轻载高速。传统的电动锚机系统，一般通过工频电压直接加到绕线式多速电机上，调速范围窄，电机结构复杂、体积大。
技术实现思路
针对传统电动锚机存在的上述缺点，本技术旨在提供一种调速范围宽，具有轻载高速，启动和停止柔和，运行平稳的直接转矩控制船舶锚机驱动系统。为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种转矩控制船舶锚机驱动系统，其特征是由操作机构(8)、控制PLC(9)、船用变频器(1)、变频电机(3)、测速编码器(7)、锚机机机械装置(5)、制动装置接触器(2)、制动装置电机(4)和力矩传感器(6)组成，其中，操作机构(8)和控制PLC（9）通过直接I/O硬线连接，控制PLC(9)和船用变频器(1)通过直接I/O硬线和Profibus-DP总线连接，船用变频器(1)通过电线与变频电机(7)连接，船用变频器(1) 通过制动装置接触器(2)与制动装置电机(4)连接；变频电机（3）和锚机机械装置(5)机械连接，变频电机（3）还通过测速编码器(7)与船用变频器(1)连接，将速度信号反馈到船用变频器（1），锚机受力力矩通过力矩传感器（6）检测，并通过模拟量信号传送到控制PLC(9)。所述的变频电机(3)为六级变频电机。本技术的效果是：由一台控制PLC、一台高性能船用变频器、一台六级变频电机、一台力矩传感器、一套锚机机械装置、一套机械制动装置组成。变频器控制采用Profibus-DP总线控制控制方式，控制宏采用力矩控制，转矩给定由控制PLC给出，转矩值的大小由起锚的阶段和力矩传感器的检测值决定，速度通过Profibus-DP总线由控制PLC以速度限定值参数传输到变频器，保证速度值不会突变，对机械设备冲击较小，且在轻载时速度增快，提高起锚效率。下面结合附图和实施例对本技术作进一步详细说明。附图说明图1是本技术电路原理图；图2是典型的起锚阻力矩曲线。具体实施方式图1中，一种转矩控制船舶锚机驱动系统，由操作机构8、控制PLC9、船用变频器1、变频电机3、测速编码器7、锚机机机械装置5、制动装置接触器2、制动装置电机4和力矩传感器6组成，其中，操作机构8和控制PLC 9通过直接I/O硬线连接，控制PLC 9和船用变频器1通过直接I/O硬线和Profibus-DP总线连接，船用变频器1通过电线与变频电机7连接，船用变频器1通过制动装置接触器2与制动装置电机4连接；变频电机3和锚机机械装置5机械连接，变频电机3通过测速编码器7与船用变频器1连接，将速度信号反馈到船用变频器1，锚机受力力矩通过力矩传感器6检测，并通过模拟量4-20mA信号传送到控制PLC 9。变频电机(3)为六级变频电机。收锚处于哪个阶段，由PLC 9实时读取力矩传感器6的值，并根据该值的变化趋势和范围判断收锚所处的阶段。航行锚机的起锚有固定的程序，大致分以下四个阶段：首先收悬挂的锚链，此时锚机系统主要克服风、浪、水流的阻力使船移动，逐渐将锚链拉直，此阶段阻力矩是一个较稳定的值；在锚未破土之前，锚链在拉直的状态下，船逐渐到达锚的上部，此阶段阻力矩逐渐增大，直至破土；锚破土阶段，此阶段阻力矩最大且较稳定；收锚入孔阶段，锚链越来越短，阻力矩也逐渐变小，直到入孔后又变大。典型的起锚力矩曲线如图一所示。根据起锚的程序，收悬挂锚链阶段时阻力矩较小且稳定，此阶段给定一个较小的力矩，通过总线给定一个较高的速度限定值，属于轻载快速阶段，但也不能太快，影响船舶姿态；在锚未破土之前，锚链在拉直的阶段，此阶段，阻力矩逐渐增大，给定一个较大的力矩，通过总线给定一个较低的速度限定值，防止电机过载；在锚破土阶段，阻力矩最大，此时给定一个最大的力矩，通过总线给定一个最低的速度限定值，此时电机可以工作在堵转状态，在船舶动力装置的作用下锚机破土；收锚入孔阶段是一个渐变的过程，力矩给定逐渐减小，速度限定值也逐渐减小。实际操作时由操作人员通过操作机构8给出收锚信号，PLC 9收到信号后，第一步读取此时力矩传感器6的值T1 ，然后通过Profibus-DP总线给出一个力矩T2 ,该力矩为115%的T1；然后给定0.5%的速度限定值，此限定值低于零速设定值。此时锚机有收锚趋势，但没有收锚动作；第二步制动装置接触器2得电，制动装置打开；第三步，通过Profibus-DP总线给出一个较大的力矩T3 ,给出一个较高的速度限定值V1，此时锚机以较快的速度收取悬挂的锚链，且速度越来越快，但最快速度时又不至于改变船舶在水上的姿态，直至锚链拉紧。在锚未破土之前，锚链在拉直的阶段，此时通过Profibus-DP总线给出一个较大的力矩T4 , T4是逐渐增大，速度限定值则从V1逐渐减小到V2，此时锚机一方面克服锚链的重量收锚，同时在锚链的拉力作用下，船舶逐渐运动到锚的上端，因此速度V2不能太快，否则会改变船舶在水上的姿态（参见图2）。锚破土阶段，此时阻力矩最大，通过Profibus-DP总线给出一个最大的力矩T5 ,给出一个很低的速度限定值V3，如果力矩T5大于锚破土力矩，锚以一个低于V3的速度值破土；如果力矩T5小于锚破土力矩，则发送一个信号给船舶主机，主机开动从而拉动锚链使锚破土，变频电机3允许堵转运行。收锚入孔阶段，锚阻力矩逐渐减小，但是在水阻力作用下，速度不能太快，此时通过Profibus-DP总线给出一个最大的力矩T5，给出一个较低的速度限定值V4，锚机出水以后，给出一个较高速度V4，快速收锚，入孔后锚阻力矩增大，此时给一个较小的速度限定值，防止机械冲击。锚需要停止转动时，Profibus-DP总线信号给出一个较低的速度限定值V6，待到变频器1速度低于V6时，变频器1给出零速信号，控制制动装置接触器2失电，制动装置电机4停止动作，制动装置抱闸锚机机械装置5停止运动。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转矩控制船舶锚机驱动系统，其特征是由操作机构(8)、控制PLC(9)、船用变频器(1)、变频电机(3)、测速编码器(7)、锚机机机械装置(5)、制动装置接触器(2)、制动装置电机(4)和力矩传感器(6)组成，其中，操作机构(8)和控制PLC（9）通过直接I/O硬线连接，控制PLC(9)和船用变频器(1)通过直接I/O硬线和Profibus‑DP总线连接， 船用变频器(1)通过电线与变频电机(7)连接，船用变频器(1) 通过制动装置接触器(2)与制动装置电机(4)连接；变频电机（3）和锚机机械装置(5)机械连接，变频电机（3）还通过测速编码器(7)与船用变频器(1)连接，将速度信号反馈到船用变频器（1），锚机受力力矩通过力矩传感器（6）检测，并通过模拟量信号传送到控制PLC(9)。

【技术特征摘要】
1.一种转矩控制船舶锚机驱动系统，其特征是由操作机构(8)、控制PLC(9)、船用变频器(1)、变频电机(3)、测速编码器(7)、锚机机机械装置(5)、制动装置接触器(2)、制动装置电机(4)和力矩传感器(6)组成，其中，操作机构(8)和控制PLC（9）通过直接I/O硬线连接，控制PLC(9)和船用变频器(1)通过直接I/O硬线和Profibus-DP总线连接， 船用变频器(1)通过电线与变频电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋慧略，华志励，刘波，姚璞玉，罗非，李振阳，张照文，惠超，袁建，李俊晓，王虎，张浩，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：新型
国别省市：山东;37