專利名稱：全回轉(zhuǎn)拖輪舵槳控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與全回轉(zhuǎn)雙槳港作拖輪有關(guān)，特別是一種全回轉(zhuǎn)雙槳港作拖輪舵槳控制系統(tǒng)。
副控電路板則主要用于舵槳裝置隨動操舵功能發(fā)生故障時，對舵槳的應(yīng)急操縱。駕駛?cè)藛T通過應(yīng)急操舵手柄發(fā)送來的操舵信號直接轉(zhuǎn)換成控制舵槳方向電磁閥信號動作的電信號，簡單地控制舵槳的左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。
但是該舵槳控制系統(tǒng)還存在下列問題1.舵槳控制系統(tǒng)參數(shù)往往要根據(jù)拖船的使用環(huán)境條件作相應(yīng)的調(diào)整和變換，但是原設(shè)計沒有考慮控制參數(shù)現(xiàn)場使用過程中的變換問題，一般都要將中央控制單元拆回特定的場所才能變更，變更后再裝回船上，極為不便；2.輸出驅(qū)動舵槳運動的信號脈寬調(diào)節(jié)范圍較小，35％～65％，造成控制裝置對液壓元件的控制不夠平穩(wěn)；3.操控手柄不能旋轉(zhuǎn)太快，否則會引起炮舵的現(xiàn)象。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種全回轉(zhuǎn)拖輪舵漿控制系統(tǒng)，包含中央處理單元、操舵手柄、手柄旋轉(zhuǎn)信號發(fā)送電位器、手柄旋轉(zhuǎn)編碼器、信號放大器、信號功率放大器、比例電磁閥、液壓元件、舵槳、舵槳反饋信號發(fā)送電位器、反饋旋轉(zhuǎn)編碼器，其特征在于所述的中央處理單元采用AMD80188ES嵌入式微處理器，該微處理器的輸入端設(shè)有RS485接口，該微處理器與儲存控制軟件的閃存(FLASHROM)和儲存控制參數(shù)的電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)相聯(lián)，該微處理器的兩個串行端口設(shè)有一RS232接口。
所述的微處理器在電路板斷電的情況下，將一外部計算機的信號線插入RS232接口，即可通過安裝在外部計算機內(nèi)的參數(shù)設(shè)置程序來修改EEPROM中的控制軟件參數(shù)不靈敏區(qū)1°～3°加速區(qū) 5°～15°脈沖頻率47～20000HZ
最大脈寬比5～95％最小脈寬比5～95％所述微處理器對舵槳途徑的控制方法包括下列步驟①將上一次采樣手柄角度Sp和上次采樣舵槳角度fp存儲在微處理器中；②將本次采樣手柄角度Sc和本次采樣舵槳角度fu存儲在微處理器中；③該微處理器對上述數(shù)據(jù)進行比較當(dāng)Sc-fu＞0時， mc＝1，否則mc＝0；當(dāng)Sc-fp＞0時， mp＝1，否則mp＝0；當(dāng)|Sc-cp|＜180°時，ms＝1，否則ms＝0；當(dāng)|fu-fp|＜180°時，mf＝1，否則mf＝0；當(dāng)mc＝mp時 mz＝1，否則mz＝0。
僅當(dāng)mz·ms＝1或mz·mf＝1時，控制舵槳按最短線路運動，直至舵槳運動到手柄位置為止。
所述微處理器的處理軟件中，設(shè)置了數(shù)據(jù)傳送的循環(huán)冗余糾錯技術(shù)。
本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明全回轉(zhuǎn)拖輪舵槳控制系統(tǒng)由于采用AMD80188ES嵌入式微處理器，并編制了控制軟件，使控制電流脈寬輸出可以在5％～95％范圍方便的調(diào)節(jié)，舵槳旋轉(zhuǎn)180°的時間可以在5～15秒范圍內(nèi)根據(jù)要求整定，舵效精度可達(dá)±1°與原進口控制系統(tǒng)相比較，本發(fā)明系統(tǒng)對液壓元件的控制更加平穩(wěn)，而且還有以下優(yōu)點1.全回轉(zhuǎn)拖輪舵槳控制系統(tǒng)完全符合卡米瓦US1401/2700型舵槳的控制要求，保證舵槳裝置在舵槳生產(chǎn)商設(shè)計的工況下正常安全工作；2.使用本發(fā)明控制系統(tǒng)，無須對現(xiàn)有的卡米瓦舵槳控制線路和接口作任何改動，使用十分方便。
3.舵槳控制板預(yù)留有多個跳線開關(guān)，可為不同船舶采用本發(fā)明系統(tǒng)提供靈活的安裝調(diào)試方式。
4.可方便地對嵌入式微處理器的控制軟件進行設(shè)置、修改，以調(diào)節(jié)舵槳的工作參數(shù)。
5.采用了循環(huán)冗余糾錯技術(shù)，從數(shù)據(jù)傳送的各個環(huán)節(jié)保證了系統(tǒng)的可靠度。
圖2是本發(fā)明舵槳控制系統(tǒng)控制流程圖。
圖3是本發(fā)明手柄和舵槳相對運動示意圖之一。
圖4是本發(fā)明手柄和舵槳相對運動示意圖之二。
圖5是本發(fā)明手柄和舵槳相對運動示意圖之三。
利用AMD80188ES嵌入式微處理器1較好的特性，并通過總線與EEPROM 13和FlashROM 14通信，一般情況下，該微處理器1是通過RS485接口5獲得手柄信號和舵槳信號并根據(jù)EEPROM中的控制軟件參數(shù)運行FlashROM 14中的控制軟件。
當(dāng)該微處理器斷電的情況下，通過RS232接口與外部計算機16通信時，可以利用安裝在外部計算機16內(nèi)的參數(shù)設(shè)置程序來修改EEPROM13中的控制軟件參數(shù)。
不靈敏區(qū)1°～3°加速區(qū) 5°～15°驅(qū)動信號脈沖頻率47～20000HZ最大脈寬比 5～95％最小脈寬比 5～95％一個可在360°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的操舵手柄2，通過手柄旋轉(zhuǎn)信號發(fā)送電位器3與手柄旋轉(zhuǎn)編碼器4(安裝在駕控臺上)生成手柄角度數(shù)字信號，一個可在360°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的舵槳10通過舵槳反饋信號發(fā)送電位器11連接著反饋旋轉(zhuǎn)編碼器12(安裝在舵機側(cè))生成舵槳角度數(shù)字信號。
兩個旋轉(zhuǎn)編碼器4、12不停地發(fā)出手柄角度數(shù)字信號和舵槳角度數(shù)字信號，通過RS485接口5輸入AMD80188ES嵌入式微處理器1，該微處理器1運行FlashROM 14中的控制軟件，輸出控制信號，經(jīng)三極管6電流放大，場效應(yīng)管7功率放大輸出操舵電信號，通過比例電磁閥8驅(qū)動壓元件9運動，帶動舵槳10旋轉(zhuǎn)，舵槳10運動后的實際瞬間角度位置由舵槳反饋信號發(fā)送電位器11發(fā)出，經(jīng)反饋旋轉(zhuǎn)編碼器12形成舵槳角度數(shù)字信號，通過RS485再進入微處理器1進行處理。
當(dāng)手柄角度信號和舵槳位置角度信號有偏差時，且差值處于“不靈敏區(qū)”時，計算機產(chǎn)生最小數(shù)值脈寬比輸出，當(dāng)差值大于“加速區(qū)”時，脈寬比逐漸增大，直至“最大脈寬比”，經(jīng)電流放大和功率放大后，驅(qū)動比例電磁閥8。比例電磁閥8控制液壓馬達(dá)9旋轉(zhuǎn)，并帶動舵槳10一起運動。當(dāng)手柄角度位置和舵槳角度位置一致時，輸出為零，舵槳停止運動。
上述過程的流程圖，如圖2所示。
由圖2中可見，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生突然故障，該微處理器1的軟件將引導(dǎo)系統(tǒng)進入故障處理和報警過程。
在本發(fā)明的控制軟件中還設(shè)置了舵槳的“途徑轉(zhuǎn)換”處理程序，使本發(fā)明舵槳控制系統(tǒng)可有效地解決“跑舵”的問題。
圖3表示了手柄和舵槳不在同一角度，舵槳將隨箭頭所指方向運動，直至到達(dá)手柄所在位置停止。
為了說明“途徑轉(zhuǎn)換”技術(shù)。現(xiàn)規(guī)定下面符號的定義sc(0°～360°)本次采樣手柄角度sp(0°～360°)上一次采樣手柄角度fu(0°～360°)本次采樣舵槳角度fp(0°～360°)上一次采樣舵槳角度mc＝1當(dāng)Sc-fu＞0時，(否則mc＝0)
mp＝1當(dāng)Sc-fp＞0時， (否則mp＝0)ms＝1當(dāng)|Sc-cp|＜180°時，(否則ms＝0)mf＝1當(dāng)|fu-fp|＜180°時，(否則mf＝0)mz＝1當(dāng)mc＝mp時，(否則mz＝0)僅當(dāng)mz·ms＝1或mz·mf＝1時，控制舵槳按最短路線運動直至舵槳運動到手柄位置為止。這就是途徑技術(shù)的核心內(nèi)容。
當(dāng)操舵人員操縱手柄，計算機開始對由“手柄旋轉(zhuǎn)編碼器”將操舵手柄位置轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的操舵數(shù)字信號進行采樣。當(dāng)手柄按圖4方向沿實線箭頭方向運動時，現(xiàn)有技術(shù)由于采樣時間存在著一定的間隔，當(dāng)手柄快速旋轉(zhuǎn)時，會發(fā)生計算機在手柄旋轉(zhuǎn)過程中來不及采樣的現(xiàn)象，直到手柄到了P點位置，計算機才采樣。如果沒有“途徑轉(zhuǎn)換”技術(shù)，舵槳將按虛線箭頭方向運動，直至P點停止。這樣就發(fā)生了錯誤?，F(xiàn)在采用“途徑轉(zhuǎn)換”技術(shù)后，首先判別mz*ms是否等于1，如等于1，舵槳將會按實線箭頭方向運動，直至P點停止。
圖5為舵槳按實線箭頭f方向運動，到了手柄位置，沒有停下來，舵槳會繼續(xù)按虛線箭頭方向運動，其結(jié)果導(dǎo)致舵槳會多轉(zhuǎn)一圈。舵槳沒有停下來的原因可能是計算機來不及采樣，或是液壓驅(qū)動部件慣性所致。現(xiàn)在“途徑轉(zhuǎn)換”首先判別mz*mf是否等于1，舵槳就會按實線箭頭方向運動，直至手柄位置停止。“途徑轉(zhuǎn)換”技術(shù)能有效地防止“跑舵現(xiàn)象”。
本發(fā)明舵槳控制系統(tǒng)制作過程中，還注意選用元器件的使用溫度范圍的控制，使本發(fā)明裝置可以在夏季我國溫度較高的港口的拖輪中使用。在數(shù)據(jù)傳送中還采用了循環(huán)冗余CRC糾錯技術(shù)，使該控制系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)通信錯誤降到最低，避免了由此造成的操舵故障。
綜上所述，并經(jīng)本發(fā)明的試用證明，本發(fā)明舵槳控制系統(tǒng)具有下列優(yōu)點1.全回轉(zhuǎn)拖輪舵槳控制系統(tǒng)完全符合卡米瓦US1401/2700型舵槳的控制要求，而且控制電流脈寬可在5％～95％的大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，舵效精度高達(dá)±1°，舵槳旋轉(zhuǎn)180°的時間為5～15秒，舵槳控制運動平穩(wěn)。
2.使用本發(fā)明控制系統(tǒng)，無須對現(xiàn)有的卡米瓦舵槳控制線路和接口作任何改動，使用十分方便。
3.舵槳控制板預(yù)留了多個跳線開關(guān)，可為不同船舶采用本發(fā)明系統(tǒng)提供了靈活的安裝調(diào)試方式。
4.可方便地對嵌入式微處理器的控制軟件進行設(shè)置、修改，以調(diào)節(jié)舵槳的工作參數(shù)。
5.采用CRC糾錯技術(shù)，從數(shù)據(jù)傳送的各個環(huán)節(jié)保證了系統(tǒng)的可靠度。
權(quán)利要求
1.一種全回轉(zhuǎn)拖輪舵漿控制系統(tǒng)，包含中央處理單元(1)、操舵手柄(2)、手柄旋轉(zhuǎn)信號發(fā)送電位器(3)、手柄旋轉(zhuǎn)編碼器(4)、信號放大器(6)信號功率放大器(7)、比例電磁閥(8)、液壓元件(9)、舵槳(10)、舵槳反饋信號發(fā)送電位器(11)、反饋旋轉(zhuǎn)編碼器(12)，其特征在于所述的中央處理單元(1)采用AMD80188ES嵌入式微處理器，該微處理器(1)的輸入端設(shè)有RS485接口(5)，該微處理器(1)與儲存控制軟件的閃存(14)和儲存控制參數(shù)的電可擦可編程只讀存儲器(13)相聯(lián)，該微處理器(1)的兩個串行端口設(shè)有一RS232接口(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的舵槳控制系統(tǒng)，其特征在于所述的微處理器(1)在電路板斷電的情況下，將一外部計算機(16)的信號線插入RS232接口(15)，即可通過安裝在外部計算機內(nèi)的參數(shù)設(shè)置程序來修改EEPROM(13)中的控制軟件參數(shù)不靈敏區(qū) 1°～3°加速區(qū)5°～15°脈沖頻率 47～20000HZ最大脈寬比5～95％最小脈寬比5～95％
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的舵槳控制系統(tǒng)，其特征在于所述微處理器對舵槳途徑的控制方法即途徑轉(zhuǎn)換技術(shù)包括下列步驟①將上一次采樣手柄角度Sp和上次采樣舵槳角度fp存儲在微處理器(1)中；②將本次采樣手柄角度Sc和本次采樣舵槳角度fu存儲在微處理器(1)中；③該微處理器(1)對上述數(shù)據(jù)進行比較當(dāng)Sc-fu＞0時， mc＝1，否則mc＝0；當(dāng)Sc-fp＞0時， mp＝1，否則mp＝0；當(dāng)|Sc-cp|＜180°時，ms＝1，否則ms＝0；當(dāng)|fu-fp|＜180°時，mf＝1，否則mf＝0；當(dāng)mc＝mp時 mz＝1，否則mz＝0。僅當(dāng)mz·ms＝1或mz·mf＝1時，控制舵槳按最短線路運動，直至舵槳運動到手柄位置為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的舵槳控制系統(tǒng)，其特征在于所述的微處理器的處理軟件中，設(shè)置了數(shù)據(jù)傳送的循環(huán)冗余糾錯技術(shù)。
全文摘要
一種全回轉(zhuǎn)拖輪舵漿控制系統(tǒng)，包含中央處理單元、操舵手柄、手柄旋轉(zhuǎn)信號發(fā)送電位器、手柄旋轉(zhuǎn)編碼器、信號放大器信號功率放大器、比例電磁閥、液壓元件、舵槳、舵槳反饋信號發(fā)送電位器、反饋旋轉(zhuǎn)編碼器，其特點是所述的中央處理單元采用AMD80188ES嵌入式微處理器，該微處理器的輸入端設(shè)有RS485接口，該微處理器與儲存控制軟件的閃存和儲存控制參數(shù)的電可擦可編程只讀存儲器相聯(lián)，該微處理器的兩個串行端口設(shè)有一RS232接口。本發(fā)明完全符合卡米瓦舵槳的控制要求，而且具有控制電流脈寬調(diào)節(jié)范圍大、舵效精度高、舵槳控制平穩(wěn)、使用方便等優(yōu)點。
文檔編號B63H25/06GK1433927SQ0311570
公開日2003年8月6日 申請日期2003年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月7日
發(fā)明者戴強, 趙惠忠, 潘宏波 申請人:上海港復(fù)興船務(wù)公司