一种面向变径缆的绞车控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种面向变径缆的绞车控制系统，包括配合完成缆绳放缆和收缆运动的丝杠机构和卷筒机构，还包括用于控制缆绳收放过程的控制机构，所述控制机构收集来自丝杠机构和卷筒机构的旋转角度信息及缆径信息，通过计算得到并存储缆绳的各项参数，同时向丝杠机构和卷筒机构反馈转速调节指令，同时本发明专利技术提供了一套利用本控制系统的控制方法，能实现丝杠机构和卷筒机构的同步控制，完成变径缆收放。本发明专利技术通过排缆丝杠和储缆卷筒实现变径缆的收缆和放缆操作，配套编码器和控制系统，自动测量、计算和控制，操作方便，控制精确，能广泛应用于各类需要收放变径缆的绞车设备上，同时不会产生排缆混乱的问题，能根据缆径变化合理排缆，工作稳定高效。

A winch control system and its control method for variable diameter cable

【技术实现步骤摘要】
一种面向变径缆的绞车控制系统及其控制方法
本专利技术涉及绞车控制
，尤其是一种面向变径缆的绞车控制系统及其控制方法。
技术介绍
绞车广泛应用于工业起吊、船舶拖带、深海打捞、深海探测等场合，其主要功能是实现放缆和收缆，特别在收缆过程中需要通过丝杠使缆绳在储缆卷筒上整齐排列，这就要求排缆丝杠连同滚轮与储缆卷筒保持一定的同步关系。对于应用于海洋领域主动排缆的绞车，其排缆丝杠与储缆卷筒一般分别由独立的马达驱动，因此绞车收缆过程中丝杠马达与卷筒马达之间的同步控制非常关键。目前常见的绞车，都只能对固定直径的缆绳进行同步排缆控制，这种绞车存在两点关键缺陷：其一，当绞车更换缆绳时，需要操作人员人工将待更换缆绳的直径参数配置进绞车控制系统中，对于某些没有标记的缆绳还需操作人员现场精确测量直径，导致更换缆绳的过程繁琐、智能化程度低；其二，在海洋工程领域常应用由多段直径不同的缆连接构成的特殊缆(即变径缆)，此时应用传统绞车排布此类缆绳时，会出现排缆混乱的问题。
技术实现思路
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种面向变径缆的绞车控制系统及其控制方法，从而可以实时监测缆径数据，快速计算和存储缆的各项参数，自动控制缆绳收放过程，智能化程度高。本专利技术所采用的技术方案如下：一种面向变径缆的绞车控制系统，包括用于控制缆绳横向进给的丝杠机构和用于控制缆绳旋转缠绕的卷筒机构，丝杠机构和卷筒机构配合完成缆绳的放缆和收缆运动，还包括控制机构，控制机构收集来自丝杠机构和卷筒机构的旋转角度信息及缆径信息，通过计算得到并存储缆绳的各项参数，同时向丝杠机构和卷筒机构反馈转速调节指令。其进一步技术方案在于：丝杠机构包括排缆丝杠，排缆丝杠上安装沿其直线运动的滑轮，排缆丝杠的一端安装用于调节排缆丝杠转速的丝杠马达，另一端安装用于传递排缆丝杠旋转角度信息的丝杠编码器，丝杠马达上还连接丝杠双向比例阀；卷筒机构包括储缆卷筒，储缆卷筒与排缆丝杠平行设置，沿储缆卷筒的中心穿设转轴，转轴的一端安装用于驱动储缆卷筒旋转的卷筒马达，另一端安装用于传递卷筒马达旋转角度信息的卷筒编码器，卷筒马达上还连接卷筒双向比例阀；控制机构包括与缆绳接触安装的缆径检测模块，控制机构还包括控制器和监控主机，控制器分别连接丝杠编码器、卷筒编码器和缆径检测模块；缆径检测模块包括上下相对设置的上滚轮和下滚轮，还包括用于固定上滚轮的上支架和用于固定下滚轮的下支架，上滚轮的中部穿设上连接轴，上滚轮通过上连接轴与上支架配合，下滚轮的中部穿设下连接轴，下滚轮通过下连接轴与下支架配合，上连接轴的轴心通过位移传感器与下连接轴的轴心固接，上连接轴的顶部安装弹簧，上连接轴通过弹簧与上支架抵接，上支架上开设用于容纳弹簧的空腔；一种利用面向变径缆的绞车控制系统的控制方法，还包括以下步骤：第一步：参数初始化；令k＝1，LD(1)＝d，layers＝1，turns(1)＝0，pd＝0，Δpd＝0，ps＝0，Δps＝0，L(1)＝0，Lall＝0；其中，k为缆绳的段数；LD(1)为第一段缆绳的缆径；d为系统初始时刻采集到的缆径；layers为储缆层数；turns(1)为第一层中储缆圈数；pd为缆绳(4)在储缆卷筒上的累积横移距离；Δpd为pd的增量；ps为缆绳(4)在排缆丝杠上的累积横移距离；Δps为ps的增量；L(1)为第一段缆长；Lall为总缆长；第二步：按设定的周期长度执行收缆或放缆操作，并检测缆径，若缆径发生变化，则跳转第三步，若缆径未发生变化，则跳转第四步；判断缆径是否发生变化的算法为：其中，d为当前始时刻采集到的缆径；LD(k)为第k段缆绳的缆径；若满足上式则判断缆径未发生变化，若不满足上式则认为缆径发生了变化；第三步：更新缆绳的段数和缆径；更新算法如下：其中，k为缆绳的段数；LD(k)为第k段缆绳的缆径；d为当前始时刻采集到的缆径；第四步：结合编码器反馈的数据，计算并存储储缆过程相关参数；计算参数的过程为：D(layers)＝D(layers-1)+LD(k)；其中，pd为缆绳在储缆卷筒上的累积横移距离；Δpd为pd的增量；Δnum为储缆卷筒运转角度的脉冲增量；N为编码器一圈脉冲数；LD(k)为第k段缆绳的缆径；layers为储缆层数；int()为取整函数，为对向下取整；turns(k)为第k层中储缆圈数；Δturns(k)为第k层的储缆圈数增量；D(k)为第k层储缆卷筒的外径；L(k)为第k段缆长；ΔL(k)为第k层缆长增量；π为圆周率；Lall为总缆长；第五步：计算和执行绞车转速控制；绞车转速控制还包括以下步骤：A、储缆卷筒转速控制；此步骤需计算储缆卷筒的转速，计算方法如下：其中，ω为储缆卷筒的转速；Δnum为储缆卷筒运转角度的脉冲增量；N为编码器一圈脉冲数；T为采样周期；B、同步控制；包含如下算法：其中，ps为缆绳在排缆丝杠上的累积横移距离；Δps为ps的增量；Δnum2为排缆丝杠运转角度的脉冲增量；N为编码器一圈脉冲数；LC为丝杆螺纹距；C、排缆丝杠转速控制；第六步：判断收缆或放缆操作是否结束，若结束，则跳转第七步，若未结束，则跳转第二步；第七步：结束收缆或放缆操作，输出第四步中存储的参数；第七步中输出的参数包括储缆层数，各层储缆圈数，缆绳的段数，各缆径储缆长度以及当前总缆长。本专利技术的有益效果如下：本专利技术结构紧凑、合理，通过排缆丝杠和储缆卷筒的协同工作，实现变径缆的收缆和放缆操作，配套编码器和控制系统，实现收缆和放缆过程中参数的自动测量、计算与存储，并利用参数实现自动分析与控制，避免了传统技术中人工操作不便和智能化程度低的缺点，操作方便，控制精确，能广泛应用于各类需要收放变径缆的绞车设备上，同时不会产生排缆混乱的问题，能根据缆径变化合理排缆，工作过程稳定高效。本专利技术还具有以下具体优势：丝杠机构和卷筒机构：通过丝杠机构实现缆绳在丝杠方向上的横移运动，丝杠马达和丝杠双向比例阀调节排缆丝杠转速，丝杠编码器传递运动状态信息；通过卷筒机构实现缆绳在卷筒上的旋转缠绕过程，卷筒马达和卷筒双向比例阀调节储缆卷筒转速，丝杠编码器传递运动状态信息；通过丝杠机构与卷筒机构的协同工作，实现变径缆的快速收放，运动机构紧凑，机械稳定性好，容易维护。控制机构：包含能实现快速交互的监控器和监控主机，能可靠接收编码器和缆径检测模块的信息，将转速调节指令反馈给丝杠机构和卷筒机构，实现相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向变径缆的绞车控制系统，其特征在于：包括用于控制缆绳(4)横向进给的丝杠机构(1)和用于控制缆绳(4)旋转缠绕的卷筒机构(2)，所述丝杠机构(1)和卷筒机构(2)配合完成缆绳(4)的放缆和收缆运动，/n还包括控制机构(3)，所述控制机构(3)收集来自丝杠机构(1)和卷筒机构(2)的旋转角度信息及缆径信息，通过计算得到并存储缆绳(4)的各项参数，同时向丝杠机构(1)和卷筒机构(2)反馈转速调节指令。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向变径缆的绞车控制系统，其特征在于：包括用于控制缆绳(4)横向进给的丝杠机构(1)和用于控制缆绳(4)旋转缠绕的卷筒机构(2)，所述丝杠机构(1)和卷筒机构(2)配合完成缆绳(4)的放缆和收缆运动，
还包括控制机构(3)，所述控制机构(3)收集来自丝杠机构(1)和卷筒机构(2)的旋转角度信息及缆径信息，通过计算得到并存储缆绳(4)的各项参数，同时向丝杠机构(1)和卷筒机构(2)反馈转速调节指令。


2.如权利要求1所述的一种面向变径缆的绞车控制系统，其特征在于：所述丝杠机构(1)包括排缆丝杠(101)，所述排缆丝杠(101)上安装沿其直线运动的滑轮(102)，
所述排缆丝杠(101)的一端安装用于调节排缆丝杠(101)转速的丝杠马达(103)，另一端安装用于传递排缆丝杠(101)旋转角度信息的丝杠编码器(104)，
所述丝杠马达(103)上还连接丝杠双向比例阀(105)。


3.如权利要求1所述的一种面向变径缆的绞车控制系统，其特征在于：所述卷筒机构(2)包括储缆卷筒(201)，储缆卷筒(201)与排缆丝杠(101)平行设置，沿储缆卷筒(201)的中心穿设转轴(2011)，
所述转轴(2011)的一端安装用于驱动储缆卷筒(201)旋转的卷筒马达(202)，另一端安装用于传递卷筒马达(202)旋转角度信息的卷筒编码器(203)，
所述卷筒马达(202)上还连接卷筒双向比例阀(204)。


4.如权利要求1所述的一种面向变径缆的绞车控制系统，其特征在于：控制机构(3)包括与缆绳(4)接触安装的缆径检测模块(303)，
所述控制机构(3)还包括控制器(301)和监控主机(302)，所述控制器(301)分别连接丝杠编码器(104)、卷筒编码器(203)和缆径检测模块(303)。


5.如权利要求1所述的一种面向变径缆的绞车控制系统，其特征在于：所述缆径检测模块(303)包括上下相对设置的上滚轮(3032)和下滚轮(3031)，还包括用于固定上滚轮(3032)的上支架(3033)和用于固定下滚轮(3031)的下支架(3038)，
所述上滚轮(3032)的中部穿设上连接轴(3035)，所述上滚轮(3032)通过上连接轴(3035)与上支架(3033)配合，
所述下滚轮(3031)的中部穿设下连接轴(3037)，所述下滚轮(3031)通过下连接轴(3037)与下支架(3038)配合，
所述上连接轴(3035)的轴心通过位移传感器(3036)与下连接轴(3037)的轴心固接，所述上连接轴(3035)的顶部安装弹簧(3034)，所述上连接轴(3035)通过弹簧(3034)与上支架(3033)抵接，所述上支架(3033)上开设用于容纳弹簧(3034)的空腔(3039)。


6.一种利用权利要求1所述面向变径缆的绞车控制系统的控制方法，其特征在于还包括以下步骤：
第一步：参数初始化；
令k＝1，LD(1)＝d，layers＝1，turns(1)＝0，pd＝0，Δpd＝0，ps＝0，Δps＝0，L(1)＝0，Lall＝0；
其中，k为缆绳(4)的段数；
LD(...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙功武，毛英，顾轶超，罗升，吴海波，李新光，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心中国船舶重工集团公司第七零二研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32