專利名稱：基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于船舶推進(jìn)及操縱控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種與船舶全向推進(jìn)裝置配合而構(gòu)成的一種新型船舶電力操縱推進(jìn)系統(tǒng)，其具有系統(tǒng)簡單、操作簡便、可控性高等特點(diǎn)。
背景技術(shù)：
長期以來人們?yōu)樘剿餍滦透咝У拇猛七M(jìn)裝置進(jìn)行了不懈的努力，創(chuàng)造了諸多的船舶推進(jìn)形式，如槳、櫓、明輪、螺旋槳、導(dǎo)管螺旋槳、噴水推進(jìn)器等。隨著航運(yùn)船舶的大型化以及船舶對(duì)操縱性要求的不斷提高，迫切需要進(jìn)一步提高船舶推進(jìn)裝置的綜合性能，因此具有舵槳功能的電力推進(jìn)操縱推進(jìn)系統(tǒng)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。我國在船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)研究及應(yīng)用方面起步較晚，其操縱控制系統(tǒng)存在信號(hào)反饋工作時(shí)間長、控制算法復(fù)雜、可控程度不夠高、無模擬人機(jī)交互界面板等問題，實(shí)際船舶運(yùn)用中存在操縱指令與實(shí)際反饋誤差較大的情況，故該操縱控制系統(tǒng)應(yīng)用范圍受限。隨著電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，大功率交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)日臻成熟，基于晶閘管整流/逆變方案和IGBT器件方案實(shí)現(xiàn)的船舶電力推進(jìn)技術(shù)在國外得以迅速發(fā)展，并在可靠性和運(yùn)行效率等方面都有了突破，從而使電力推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，除應(yīng)用于破冰船、挖泥船、渡輪以外，還廣泛用于大中型常規(guī)船舶，顯示出廣泛的市場前景。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近3年來新建的油輪、渡輪、游輪、集裝箱船有30%采用電力推進(jìn)系統(tǒng)。因此，電力推進(jìn)將是一種被廣泛采用的先進(jìn)船舶推進(jìn)系統(tǒng)。杭州風(fēng)光科技有限公司向國知局申報(bào)了一種差速型船用平旋推進(jìn)裝置，其專利號(hào)為CN201010549180.0，該專利產(chǎn)品已正式投入生產(chǎn)。其具有吃水淺、安裝維護(hù)方便、操縱性能好、舵槳合一等諸多優(yōu)點(diǎn)，該推進(jìn)器可旋轉(zhuǎn)的圓盤置于船底，圓盤下面沿圓周裝有若干能轉(zhuǎn)動(dòng)的直葉片深入水中。本實(shí)用新型提供了一種與之配套的操縱控制系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型公開了一種基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)全向推進(jìn)器的轉(zhuǎn)舵控制與推進(jìn)器轉(zhuǎn)速控制的功能，主要由操縱臺(tái)、控制柜、轉(zhuǎn)舵裝置、主推裝置、測量裝置等組成，具有經(jīng)濟(jì)性好、操縱性好、安全性高、節(jié)省空間、噪音低等優(yōu)點(diǎn)，將推進(jìn)器常規(guī)意義上的舵角范圍±35度擴(kuò)展到±360度，弓丨入一個(gè)全新的操舵概念。本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案:基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)，所述的全向推進(jìn)器包括主推進(jìn)電機(jī)、舵軸及齒輪箱，主推進(jìn)電機(jī)的輸入軸與齒輪箱間通過軸承而轉(zhuǎn)動(dòng)配合，所述的操縱控制系統(tǒng)包括操縱臺(tái)、控制柜、主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、轉(zhuǎn)向電機(jī)、舵角傳感器、減速器、溫度傳感器，操縱臺(tái)與控制柜相聯(lián)，控制柜與主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、轉(zhuǎn)向電機(jī)、舵角傳感器、溫度傳感器相聯(lián)，主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與主推進(jìn)電機(jī)相聯(lián)；溫度傳感器安裝于所述的齒輪箱內(nèi)，用于檢測所述軸承的溫度；所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸入軸通過所述的減速器與所述的舵軸連動(dòng)，所述的舵角傳感器安裝于所述的減速器，用于檢測舵角。所述的基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)，操縱臺(tái)設(shè)置觸摸屏，觸摸屏通過電線連接電源，并通過串口數(shù)據(jù)線與控制柜連接而通訊，并控制及顯示控制柜的相關(guān)信息和參數(shù)。所述的基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)，操縱臺(tái)設(shè)置主推進(jìn)速度手柄，與主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，給主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供模擬量信號(hào)。所述的基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)，設(shè)有一應(yīng)急手輪，應(yīng)急手輪通過減速器與舵軸連動(dòng)。所述的基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)，控制柜內(nèi)設(shè)有空氣開關(guān)、熱繼電器、PLC控制器、電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊，空氣開關(guān)連接在轉(zhuǎn)向電機(jī)的動(dòng)力電源進(jìn)線上，對(duì)轉(zhuǎn)向電機(jī)進(jìn)行短路保護(hù)；熱繼電器接在空氣開關(guān)之后，對(duì)轉(zhuǎn)向電機(jī)進(jìn)行過載報(bào)警；電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊接在熱繼電器之后，輸出與轉(zhuǎn)向電機(jī)相連；電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊接收PLC控制器發(fā)來的控制信號(hào),對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制驅(qū)動(dòng)。所述的基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)，控制柜還設(shè)有模擬量模塊；PLC控制器與模擬量模塊通過總線相聯(lián)，PLC控制器接收轉(zhuǎn)向手柄開關(guān)量、熱繼電器報(bào)警開關(guān)量、失電報(bào)警開關(guān)量、主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的速度模擬量信號(hào)；模擬量模塊接收來自舵角傳感器、溫度傳感器的模擬量輸入信號(hào)，舵角傳感器和溫度傳感器分別測量全向推進(jìn)器的舵角和推進(jìn)器軸承溫度。所述的基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)，減速器采用兩級(jí)渦輪蝸桿減速器組合而成。本實(shí)用新型所涉及全向推進(jìn)器的內(nèi)容參見申請(qǐng)?zhí)枮?01010549180.0的中國專利文獻(xiàn)。本實(shí)用新型控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制環(huán)節(jié)少、可靠性高、維護(hù)簡便等特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)電力推進(jìn)系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修困難、故障率高等問題。該系統(tǒng)響應(yīng)快速、控制精確、全向電力推進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速易于調(diào)節(jié)，在正/反轉(zhuǎn)等各種轉(zhuǎn)速下都能提供恒定轉(zhuǎn)矩，因此能得到最佳的工作特性，使船舶取得優(yōu)良的操縱性等特點(diǎn)，較好地實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的控制，并可實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)全向推進(jìn)器的同步和異步操縱控制。本實(shí)用新型與申請(qǐng)?zhí)枮?01010549180.0差速型船用平旋推進(jìn)裝置配套，這種全向推進(jìn)器的電力操縱控制系統(tǒng)可使豎向翼除能跟著圓盤旋轉(zhuǎn)外，還能繞自身軸線以一定規(guī)律擺動(dòng)，因而能形成任何方向推力來操縱船舶，具有靈活可靠、工作平穩(wěn)、精度高、無級(jí)變速、隨動(dòng)隨停、可改變推力大小及方向的特性，且不受航速影響，在任何航速下均可操縱船舶并可進(jìn)行原地回轉(zhuǎn)。

圖1是本實(shí)用新型操縱控制系統(tǒng)的構(gòu)成框圖。圖2是操縱臺(tái)的布置圖。圖3是觸摸屏的第一頁顯示屏。圖4是觸摸屏的第二頁顯示屏。圖5是觸摸的第二頁顯不屏。圖6是控制柜內(nèi)部功能框圖。[0022]圖7是轉(zhuǎn)舵部分框圖。圖8是測量部分的框圖。圖9是主推部分的框圖。圖10是本實(shí)用新型一種實(shí)施例的系統(tǒng)模塊框圖。圖11是本實(shí)用新型操縱控制系統(tǒng)的電路原理圖一。圖12是本實(shí)用新型操縱控制系統(tǒng)的電路原理圖二。圖13是轉(zhuǎn)舵控制流程圖。圖14是航角復(fù)位流程圖。圖15A、15B是轉(zhuǎn)舵處理流程圖。圖16是側(cè)推控制流程圖。圖17是側(cè)推子流程圖。圖18是速度手柄控制主機(jī)速度的流程圖。圖19是溫度顯示和報(bào)警的流程圖。圖20是初始值設(shè)定的流程圖。圖21是電路報(bào)警處理的流程圖。圖22是主機(jī)速度顯示的流程圖。圖23A、23B是控制器的總流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例作詳細(xì)說明。圖1中，1-操縱臺(tái)、2-控制柜、3-主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、4-轉(zhuǎn)向電機(jī)、5-舵角傳感器、6-減速器、7-溫度傳感器、8-全向推進(jìn)器、應(yīng)急手輪9。參見圖1、11、12，全向推進(jìn)器8采用申請(qǐng)?zhí)枮?01010549180.0所公開的差速型船用平旋推進(jìn)裝置，具有吃水淺、裝維護(hù)方便、縱性能好、槳合一等諸多優(yōu)點(diǎn)。其包括主推進(jìn)電機(jī)8-1、舵軸及齒輪箱8-2，主推進(jìn)電機(jī)的輸入軸8-1-1與齒輪箱間通過軸承而轉(zhuǎn)動(dòng)配合。為了與該全向推進(jìn)器配套，以發(fā)揮其功能效用，本實(shí)用新型專門設(shè)計(jì)了一套操縱控制系統(tǒng)，該操縱控制系統(tǒng)采用純電動(dòng)方式，即采用電力推進(jìn)和電動(dòng)轉(zhuǎn)舵的方式。而本實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)推進(jìn)器的同步和異步操縱控制。操縱控制系統(tǒng)包括操縱臺(tái)1、控制柜2、主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3、轉(zhuǎn)向電機(jī)4、舵角傳感器5、減速器6、溫度傳感器7，操縱臺(tái)I與控制柜2相聯(lián)，控制柜2與主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3、轉(zhuǎn)向電機(jī)
4、舵角傳感器5、溫度傳感器7相聯(lián)，控制柜2通過控制柜電源線與外界電源相聯(lián)；主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3與主推進(jìn)電機(jī)8-1相聯(lián)，主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3通過主推動(dòng)力電源線與外界電源相樣；溫度傳感器7安裝于齒輪箱8-2內(nèi)，用于檢測軸承的溫度；轉(zhuǎn)向電機(jī)4的輸入軸通過減速器6與舵軸連動(dòng)，舵角傳感器安裝于減速器，用于檢測舵角。在本實(shí)施例中，還設(shè)有一應(yīng)急手輪9，應(yīng)急手輪9通過減速器6與舵軸連動(dòng)。下面詳述各部分內(nèi)容。第一部分:操縱臺(tái)如圖2所示,操縱臺(tái)上布置有觸摸屏1-9、主推進(jìn)速度手柄1-12、轉(zhuǎn)向手柄1_13、應(yīng)急轉(zhuǎn)向手柄1-14、主推進(jìn)使能開關(guān)1-8、轉(zhuǎn)換開關(guān)1-10、蜂鳴器1-11。觸摸屏共有三頁顯示畫面，第一頁如圖3所示，包含的內(nèi)容有:1.顯示兩臺(tái)推進(jìn)器舵角的大小，共有數(shù)字和指示針兩種方式；2.顯示兩臺(tái)推進(jìn)器轉(zhuǎn)速的大小，為數(shù)字顯示方式；3.顯示推進(jìn)器輸入軸承溫度和溫度報(bào)警，溫度為數(shù)字顯示方式；4.顯示船體模型圖示；5.系統(tǒng)電源和運(yùn)行顯示燈顯示；6.舵角回零功能按鈕，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)推進(jìn)器舵角的回零；
7.自動(dòng)同步功能開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)推進(jìn)器舵角同步轉(zhuǎn)動(dòng)的功能；8.兩個(gè)舵角轉(zhuǎn)動(dòng)控制開關(guān)，分別控制兩個(gè)推進(jìn)器的舵角轉(zhuǎn)動(dòng)功能，開關(guān)開啟時(shí)，扳動(dòng)轉(zhuǎn)向手柄，舵機(jī)可以轉(zhuǎn)動(dòng)，開關(guān)關(guān)閉時(shí)，扳動(dòng)轉(zhuǎn)向手柄，舵機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)；9.側(cè)推平移按鈕，點(diǎn)擊側(cè)推按鈕，顯示屏進(jìn)入第二頁側(cè)推平移畫面。第二頁如圖4所示，包含的內(nèi)容有:1.一個(gè)左側(cè)推開關(guān)和一個(gè)右側(cè)推開關(guān)，開啟其中一個(gè)，船體可以進(jìn)行左平移或者右平移運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)開關(guān)功能互為聯(lián)鎖；當(dāng)系統(tǒng)側(cè)推平移時(shí)，主推進(jìn)速度手柄無效；2.顯示船體模型和左右側(cè)推指示箭頭、指示燈，當(dāng)開啟左側(cè)推或右側(cè)推開關(guān)，相應(yīng)的箭頭和指示燈變亮；3.顯示船運(yùn)動(dòng)過程的語句說明；4.設(shè)置按鈕，點(diǎn)擊設(shè)置按鈕，第三頁設(shè)置畫面。第三頁如圖5所示，包含的內(nèi)容有:1.左側(cè)推左舵角設(shè)置，點(diǎn)擊后面的數(shù)字框，輸入數(shù)字，即為船左側(cè)推平移運(yùn)行時(shí)，左推進(jìn)器自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)到的舵角值；2.左側(cè)推右舵角設(shè)置，點(diǎn)擊后面的數(shù)字框，輸入數(shù)字，即為船左側(cè)推平移運(yùn)行時(shí)，右推進(jìn)器自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)到的舵角值；
3.右側(cè)推左舵角設(shè)置，點(diǎn)擊后面的數(shù)字框，輸入數(shù)字，即為船右側(cè)推平移運(yùn)行時(shí)，左推進(jìn)器自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)到的舵角值；4.右側(cè)推右舵角設(shè)置，點(diǎn)擊后面的數(shù)字框，輸入數(shù)字，即為船右側(cè)推平移運(yùn)行時(shí)，右推進(jìn)器自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)到的舵角值；5.側(cè)推速度設(shè)置，為設(shè)置左右側(cè)推運(yùn)行時(shí)，推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速；6.左舵初始角設(shè)置，為左推進(jìn)器裝船后初始零位角度的調(diào)整值；7.右舵初始角設(shè)置，為右推進(jìn)器裝船后初始零位角度的調(diào)整值。觸摸屏通過電線連接與24V電源，通過串口數(shù)據(jù)線與PLC控制器連接通訊，傳輸數(shù)據(jù)，顯示和控制PLC的相關(guān)信息和參數(shù)。主推進(jìn)速度手柄為雙手柄，左右手柄分別與控制左右推進(jìn)器轉(zhuǎn)速的主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，驅(qū)動(dòng)器提供模擬量信號(hào)；手柄有定位功能，手柄向前打，推進(jìn)正轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速增大，手柄過零位后，向后打，推進(jìn)器反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速增大。轉(zhuǎn)向手柄為兩臺(tái)推進(jìn)器共用一個(gè)手柄，轉(zhuǎn)向手柄與PLC控制器數(shù)字量輸入端連接，給控制器提供開關(guān)量信號(hào)。手柄有自動(dòng)復(fù)位功能，當(dāng)手柄向左打，當(dāng)觸摸屏上的兩個(gè)舵角轉(zhuǎn)動(dòng)控制開關(guān)為開啟時(shí)，兩個(gè)推進(jìn)器轉(zhuǎn)舵電機(jī)都轉(zhuǎn)動(dòng)，舵角向左打，手放開手柄，手柄回零位，轉(zhuǎn)舵電機(jī)停轉(zhuǎn)，舵角鎖定不動(dòng)；手柄向右打時(shí)，同理。當(dāng)其中一臺(tái)推進(jìn)器的舵角轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)關(guān)閉時(shí)，該推進(jìn)器電機(jī)不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 應(yīng)急轉(zhuǎn)向手柄功能與轉(zhuǎn)向手柄相似，與應(yīng)急系統(tǒng)的電機(jī)控制繼電器輸入端連接，為切換到應(yīng)急狀態(tài)時(shí)使用的轉(zhuǎn)向手柄。主推進(jìn)使能開關(guān)與主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，兩個(gè)使能開關(guān)控制兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器的使能，開關(guān)關(guān)閉時(shí)，主推進(jìn)速度手柄失效，主電機(jī)為停止?fàn)顟B(tài)。轉(zhuǎn)換開關(guān)為左中右三檔，其中左檔與主控制系統(tǒng)電源連接，開關(guān)打左檔時(shí)，主控制系統(tǒng)連上電源；開關(guān)打中檔時(shí)，主控制系統(tǒng)與應(yīng)急系統(tǒng)電源都切斷；開關(guān)打右檔時(shí)，應(yīng)急系統(tǒng)連上電源；所以轉(zhuǎn)換開關(guān)起到系統(tǒng)切換的功能。第二部分:控制柜圖6中，2-15、2-16.控制開關(guān)、2-17.開關(guān)電源、2-18.PLC控制器、2-19.模擬量模塊、2-20、2-21.側(cè)推控制中間繼電器、2-22、2-23.失電檢測繼電器、2_24、2_25.熱繼電器、2-26,2-27.應(yīng)急系統(tǒng)控制開關(guān)、2-28、2-29.電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊、2_30、2_31.應(yīng)急系統(tǒng)控制開關(guān)、2-32.應(yīng)急系統(tǒng)開關(guān)電源、2-33、2-34、2-35、2-36.應(yīng)急系統(tǒng)繼電器、2-37.接線端子排。如圖6所示，控制柜內(nèi)設(shè)有空氣/控制開關(guān)、熱繼電器、中間繼電器、開關(guān)電源、PLC控制器、模擬量模塊、電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊、啟動(dòng)電容等元器件。兩個(gè)空氣開關(guān)分別連接在兩個(gè)轉(zhuǎn)舵電機(jī)動(dòng)力電源進(jìn)線上，對(duì)電機(jī)進(jìn)行短路保護(hù)；兩個(gè)熱繼電器分別接線在兩個(gè)空氣開關(guān)的后面，對(duì)電機(jī)進(jìn)行過載報(bào)警；兩個(gè)電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊分別接在熱繼電器的后面，再輸出與轉(zhuǎn)向電機(jī)相連；模塊接收控制器發(fā)來的控制信號(hào)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制驅(qū)動(dòng)；啟動(dòng)電容按規(guī)定接在轉(zhuǎn)向電機(jī)的兩條進(jìn)線間。AC220V電源進(jìn)線分別給兩個(gè)轉(zhuǎn)舵電機(jī)提供動(dòng)力電源，并給開關(guān)電源提供220V輸入。開關(guān)電源經(jīng)過電源變換，輸出DC24V給PLC控制器、模擬量模塊、觸摸屏、傳感器等供電。PLC控制器與模擬量模塊通過總線連成一個(gè)整體，主PLC接收轉(zhuǎn)向手柄開關(guān)量、熱繼電器報(bào)警開關(guān)量、失電報(bào)警開關(guān)量，這些開關(guān)量信號(hào)輸入，還有來自兩個(gè)主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的速度模擬量信號(hào)；模擬量模塊接收來自兩個(gè)舵角傳感器，兩個(gè)溫度傳感器的模擬量輸入信號(hào)，而這兩個(gè)角度傳感器和溫度傳感器分別測量每臺(tái)推進(jìn)器的舵角和推進(jìn)器軸承溫度?？刂破鲀?nèi)部根據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，輸出開關(guān)量信號(hào)給兩個(gè)電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊，報(bào)警蜂鳴器，側(cè)推控制繼電器，輸出模擬量信號(hào)給主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器速度模擬輸入端?？刂破鞲鶕?jù)接收到的轉(zhuǎn)向手柄信號(hào)，然后輸出信號(hào)給電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊，控制轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)控制舵角的變化；根據(jù)舵角傳感器的輸入信號(hào)，在觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的每個(gè)推進(jìn)器的舵角值，在自動(dòng)同步功能中，還依此控制轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)舵角值的基本同步；根據(jù)溫度傳感器的的輸入，在觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前軸承溫度和軸承溫度過高報(bào)警；根據(jù)主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器送來的電機(jī)速度反饋信號(hào)，在觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速值；當(dāng)進(jìn)行側(cè)推平移時(shí)，控制器不考慮轉(zhuǎn)向手柄的信號(hào)，而根據(jù)設(shè)定值，自動(dòng)給兩個(gè)推進(jìn)器轉(zhuǎn)到合適的舵角，然后控制器輸出信號(hào)開啟側(cè)推控制繼電器，使主推進(jìn)速度手柄失效，而用控制器輸出的模擬量控制推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)側(cè)推平移。由于操舵的重要性，控制柜內(nèi)除了主控制系統(tǒng)還有一套應(yīng)急操舵系統(tǒng)，應(yīng)急操舵系統(tǒng)除了最后共用兩個(gè)轉(zhuǎn)舵電機(jī)和啟動(dòng)電容外，與主控制系統(tǒng)完全獨(dú)立。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到應(yīng)急時(shí)，使用控制柜上的應(yīng)急操舵系統(tǒng)，應(yīng)急系統(tǒng)包括開關(guān)電源、繼電器等。開關(guān)電源給繼電器、應(yīng)急轉(zhuǎn)舵手柄提供24V信號(hào)電；繼電器共四個(gè)，每路轉(zhuǎn)舵電機(jī)兩個(gè)繼電器，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。應(yīng)急手柄的開關(guān)量信號(hào)控制繼電器的開閉，同時(shí)開啟兩路電機(jī)的正轉(zhuǎn)繼電器或者反轉(zhuǎn)繼電器。每路電機(jī)的正轉(zhuǎn)繼電器和反轉(zhuǎn)繼電器間有互鎖。第三部分:轉(zhuǎn)舵裝置圖7中，4-38.左推進(jìn)器轉(zhuǎn)舵電機(jī)、5_39.左減速器、9_40.左搖動(dòng)手輪、4_41.左電機(jī)進(jìn)線、4-42.右推進(jìn)器轉(zhuǎn)舵電機(jī)、5-43.右減速器、9-44.右搖動(dòng)手輪、4-45.右電機(jī)進(jìn)線。如圖7所示，轉(zhuǎn)舵裝置由轉(zhuǎn)舵電機(jī)、減速器、搖動(dòng)手輪等組成，左右兩個(gè)推進(jìn)器各一套。轉(zhuǎn)舵電機(jī)為220V單相交流電機(jī)，作用為提供轉(zhuǎn)舵的動(dòng)力，電機(jī)輸出軸連到減速器上；減速器采用兩級(jí)渦輪蝸桿減速器組合而成，最后減速器輸出孔連上轉(zhuǎn)舵桿，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)舵運(yùn)動(dòng)。減速器采用兩級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)很高的減速比，而采用渦輪蝸桿形式，使轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)具有自鎖功能。減速器連接電機(jī)輸出軸的一端還延伸一短軸用來裝上搖動(dòng)手輪，當(dāng)電機(jī)失電時(shí)，可以應(yīng)急采用搖動(dòng)手輪的方式來轉(zhuǎn)舵。第四部分:測量裝置圖8中，7-46.左推進(jìn)器溫度傳感器、5_47左舵角傳感器、7_48.右推進(jìn)器溫度傳感器、5-49.右舵角傳感器。如圖8所示，測量裝置包括溫度傳感器和舵角傳感器等，左右推進(jìn)
器各一套。溫度傳感器插裝在推進(jìn)器上，位置在主推進(jìn)電機(jī)輸入軸軸承邊上，用來測量輸入軸軸承的溫度。舵角傳感器安裝在在減速器上，舵角傳感器的輸出轉(zhuǎn)軸插入固定轉(zhuǎn)舵桿上，隨轉(zhuǎn)舵桿一起運(yùn)動(dòng)；舵角傳感器可以測量360度全方位的舵角。第五部分:主推裝置圖9中，3-50.左主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、8-1-51.左主電機(jī)、3_52.左驅(qū)動(dòng)器電源線、3_53.左驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)線、3-54.左主電機(jī)動(dòng)力線、3-55.左主電機(jī)反饋線、3-56.右主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、8-1-57.右主電機(jī)、3-58.右驅(qū)動(dòng)器電源線、3-59.右驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)線、3-60.右主電機(jī)動(dòng)力線、3-61.右主電機(jī)反饋線。如圖9所示，主推裝置包括主電機(jī)和主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，左右推進(jìn)器各一套。主電機(jī)采用伺服電機(jī)，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音很低，而且可以無級(jí)調(diào)速和快速啟停。主電機(jī)輸出軸通過聯(lián)軸器連接到推進(jìn)器上，帶動(dòng)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)動(dòng)。主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)配套，可以設(shè)置電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)；接收上方控制器和速度手柄的信號(hào)，控制電機(jī)的調(diào)速和啟停；還可以接收電機(jī)的反饋信號(hào)，測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后上傳給控制器。下面對(duì)本實(shí)用新型系統(tǒng)的功能作描述:1.轉(zhuǎn)舵控制參見圖13，系統(tǒng)在電機(jī)控制開關(guān)、自動(dòng)同步開關(guān)、轉(zhuǎn)向手柄、舵角傳感器、復(fù)位按鈕等信號(hào)輸入的共同作用下，控制轉(zhuǎn)舵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。觸摸屏上的左右舵機(jī)開關(guān)、自動(dòng)同步開關(guān)、舵角復(fù)位按鈕，在觸摸屏內(nèi)部都有一個(gè)開關(guān)按鈕變量保存開關(guān)按鈕信號(hào)，同時(shí)在控制器上也各分配了一個(gè)位變量，與觸摸屏內(nèi)部變量相對(duì)應(yīng)；觸摸屏與控制器通過串口通訊協(xié)議通訊，保持對(duì)應(yīng)變量間的同步變化。當(dāng)開關(guān)按鈕開啟時(shí)，位變量為1，當(dāng)開關(guān)按鈕關(guān)閉時(shí)，位變量為O?？刂破鹘o轉(zhuǎn)向手柄分配了正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)兩個(gè)輸入點(diǎn)，當(dāng)手柄向左打時(shí)，正轉(zhuǎn)變輸入點(diǎn)為1，反轉(zhuǎn)輸入點(diǎn)為O,當(dāng)手柄向右打時(shí),正轉(zhuǎn)輸入點(diǎn)為O,反轉(zhuǎn)輸入點(diǎn)為I?？刂破鹘o每個(gè)電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊也分配正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)兩個(gè)輸出點(diǎn)，當(dāng)正轉(zhuǎn)輸出點(diǎn)為1，模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)反轉(zhuǎn)輸出點(diǎn)為1，模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)。舵角傳感器模擬量輸入通過模擬量模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)數(shù)字量，保存在控制器的一個(gè)32位變量中。在舵角顯示子程序中，把這個(gè)32位變量經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算，轉(zhuǎn)換為360度以內(nèi)的一個(gè)實(shí)際的舵角數(shù)字。觸摸屏上的舵角指示通過內(nèi)部變量與控制器上的變量同步，進(jìn)行實(shí)時(shí)變化顯示。在控制器程序中，通過舵角復(fù)位子程序和轉(zhuǎn)舵處理子程序進(jìn)行轉(zhuǎn)舵控制，流程分別參見圖14和圖15A、15B。2.側(cè)推控制參見圖16，系統(tǒng)接收側(cè)推按鈕的輸入，控制轉(zhuǎn)舵電機(jī)達(dá)到合適的舵角，然后驅(qū)動(dòng)主電機(jī)實(shí)現(xiàn)側(cè)推?？刂破鹘o左右側(cè)推各分配一個(gè)位變量，輸出一個(gè)模擬變量，經(jīng)過中間繼電器，控制主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制主電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在控制器中，通過側(cè)推子程序進(jìn)行側(cè)推控制。因?yàn)樽髠?cè)推和右側(cè)推原理完全相同，所以只表示一個(gè)總的側(cè)推流程。側(cè)推子流序參見圖17。3.速度手柄控制主機(jī)速度參見圖18，當(dāng)正常航行時(shí)，使用速度手柄給主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)速控制接口提供模擬量，直接控制主電機(jī)轉(zhuǎn)速。4.溫度顯示和報(bào)警參見圖19，控制器在溫度顯示報(bào)警子程序中，對(duì)輸入的溫度量值進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，轉(zhuǎn)換為0-100度以內(nèi)的實(shí)際溫度值，最后在觸摸屏中顯示出來，當(dāng)溫度值超過報(bào)警值后，在觸摸屏中顯示報(bào)警燈。5.初始值設(shè)定參見圖20，在觸摸屏頁面三，設(shè)定需要的初始值和設(shè)定值，在程序中通過初始值保存子程序保存初始參數(shù)。保存子程序把初始參數(shù)逐個(gè)讀入存儲(chǔ)器中保存。6.電路報(bào)警處理參見圖21，在報(bào)警處理子程序中，控制器給輸入的報(bào)警開關(guān)量分配一位變量，當(dāng)有報(bào)警輸入時(shí)，位變量設(shè)1，在觸摸屏上的相應(yīng)報(bào)警燈點(diǎn)亮，同時(shí)控制器控制蜂鳴器響起。當(dāng)按下報(bào)警復(fù)位按鈕后，控制器關(guān)閉蜂鳴器，報(bào)警位變量設(shè)0，報(bào)警燈消失。7.主機(jī)速度顯示參見圖22，主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器給控制器提供速度反饋信號(hào)，控制器在主機(jī)速度顯示子程序中，對(duì)反饋值進(jìn)行運(yùn)算，轉(zhuǎn)換為實(shí)際的速度值，保存到速度變量，最后在觸摸屏上顯示出來。控制器總流程參見圖23A、23B。主電機(jī)系統(tǒng)采用專用伺服系統(tǒng)，電源部分同時(shí)具備雙電源輸入功能，即交流電源和直流電源，即可實(shí)現(xiàn)電源的互為備用。主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器最高頻率:400HZ ;控制方式:閉環(huán)矢量控制(閉環(huán)FOC控制)；速度、位置檢測方式:旋轉(zhuǎn)變壓器；過載能力:150% ;電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí):通過自整定電機(jī)基本參數(shù)，獲得最佳的FOC (磁場定向控制)性能；電網(wǎng)電壓自適應(yīng):當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)保持輸出電壓穩(wěn)定；具備CAN通訊和485通訊；電機(jī)過熱保護(hù)；接地漏電保護(hù)和對(duì)地漏電保護(hù)等。設(shè)備可采用如下表:
權(quán)利要求1.基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)，所述的全向推進(jìn)器包括主推進(jìn)電機(jī)、舵軸及齒輪箱，主推進(jìn)電機(jī)的輸入軸與齒輪箱間通過軸承而轉(zhuǎn)動(dòng)配合，其特征在于:所述的操縱控制系統(tǒng)包括操縱臺(tái)、控制柜、主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、轉(zhuǎn)向電機(jī)、舵角傳感器、減速器、溫度傳感器，操縱臺(tái)與控制柜相聯(lián)，控制柜與主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、轉(zhuǎn)向電機(jī)、舵角傳感器、溫度傳感器相聯(lián)，主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與主推進(jìn)電機(jī)相聯(lián)；溫度傳感器安裝于所述的齒輪箱內(nèi)，用于檢測所述軸承的溫度；所述轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸入軸通過所述的減速器與所述的舵軸連動(dòng)，所述的舵角傳感器安裝于所述的減速器，用于檢測舵角。
2.如權(quán)利要求1所述的基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)，其特征是:所述的操縱臺(tái)設(shè)置觸摸屏，觸摸屏通過電線連接電源，并通過串口數(shù)據(jù)線與控制柜連接而通訊，并控制及顯示控制柜的相關(guān)信息和參數(shù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)，其特征是:所述的操縱臺(tái)設(shè)置主推進(jìn)速度手柄，與主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，給主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供模擬量信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)，其特征是:設(shè)有一應(yīng)急手輪，應(yīng)急手輪通過減速器與舵軸連動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1或4所述的基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)，其特征是:減速器采用兩級(jí)渦輪蝸桿減速器組合而成。
6.如權(quán)利要求1所述的基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)，其特征是:所述的控制柜內(nèi)設(shè)有空氣開關(guān)、熱繼電器、PLC控制器、電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊，空氣開關(guān)連接在轉(zhuǎn)向電機(jī)的動(dòng)力電源進(jìn)線上，對(duì)轉(zhuǎn)向電機(jī)進(jìn)行短路保護(hù)；熱繼電器接在空氣開關(guān)之后，對(duì)轉(zhuǎn)向電機(jī)進(jìn)行過載報(bào)警；電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊接在熱繼電器之后，輸出與轉(zhuǎn)向電機(jī)相連；電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊接收PLC控制器發(fā)來的控制信號(hào)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制驅(qū)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求6所述的基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)，其特征是:所述的控制柜還設(shè)有模擬量模塊；PLC控制器 與模擬量模塊通過總線相聯(lián)，PLC控制器接收轉(zhuǎn)向手柄開關(guān)量、熱繼電器報(bào)警開關(guān)量、失電報(bào)警開關(guān)量、主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的速度模擬量信號(hào)；模擬量模塊接收來自舵角傳感器、溫度傳感器的模擬量輸入信號(hào)，舵角傳感器和溫度傳感器分別測量全向推進(jìn)器的舵角和軸承溫度。
專利摘要本實(shí)用新型公開了基于全向推進(jìn)器的操縱控制系統(tǒng)，全向推進(jìn)器包括主推進(jìn)電機(jī)、舵軸及齒輪箱，主推進(jìn)電機(jī)的輸入軸與齒輪箱間通過軸承而轉(zhuǎn)動(dòng)配合，操縱控制系統(tǒng)包括操縱臺(tái)、控制柜、主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、轉(zhuǎn)向電機(jī)、舵角傳感器、減速器、溫度傳感器，操縱臺(tái)與控制柜相聯(lián)，控制柜與主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、轉(zhuǎn)向電機(jī)、舵角傳感器、溫度傳感器相聯(lián)，主電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與主推進(jìn)電機(jī)相聯(lián)；溫度傳感器安裝于齒輪箱內(nèi)，用于檢測軸承的溫度；轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸入軸通過減速器與舵軸連動(dòng)，舵角傳感器安裝于減速器，用于檢測舵角。本實(shí)用新型控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制環(huán)節(jié)少、可靠性高、維護(hù)簡便等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B63H21/21GK203158224SQ20132012575
公開日2013年8月28日 申請(qǐng)日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者陳立新 申請(qǐng)人:浙江風(fēng)神海洋工程技術(shù)有限公司