專利名稱：基于全向推進器的操縱控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于船舶推進及操縱控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種與船舶全向推進裝置配合而構(gòu)成的一種新型船舶電力操縱推進系統(tǒng)，其具有系統(tǒng)簡單、操作簡便、可控性高等特點。
背景技術(shù)：
長期以來人們?yōu)樘剿餍滦透咝У拇猛七M裝置進行了不懈的努力，創(chuàng)造了諸多的船舶推進形式，如槳、櫓、明輪、螺旋槳、導(dǎo)管螺旋槳、噴水推進器等。隨著航運船舶的大型化以及船舶對操縱性要求的不斷提高，迫切需要進一步提高船舶推進裝置的綜合性能，因此具有舵槳功能的電力推進操縱推進系統(tǒng)具有非常廣闊的應(yīng)用前景。我國在船舶電力推進系統(tǒng)研究及應(yīng)用方面起步較晚，其操縱控制系統(tǒng)存在信號反饋工作時間長、控制算法復(fù)雜、可控程度不夠高、無模擬人機交互界面板等問題，實際船舶運用中存在操縱指令與實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器件方案實現(xiàn)的船舶電力推進技術(shù)在國外得以迅速發(fā)展，并在可靠性和運行效率等方面都有了突破，從而使電力推進技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，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，近3年來新建的油輪、渡輪、游輪、集裝箱船有30%采用電力推進系統(tǒng)。因此，電力推進將是一種被廣泛采用的先進船舶推進系統(tǒng)。杭州風(fēng)光科技有限公司向國知局申報了一種差速型船用平旋推進裝置，其專利號為CN201010549180.0，該專利產(chǎn)品已正式投入生產(chǎn)。其具有吃水淺、安裝維護方便、操縱性能好、舵槳合一等諸多優(yōu)點，該推進器可旋轉(zhuǎn)的圓盤置于船底，圓盤下面沿圓周裝有若干能轉(zhuǎn)動的直葉片深入水中。本實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)容本實用新型公開了一種基于全向推進器的操縱控制系統(tǒng)。本實用新型基于全向推進器的操縱控制系統(tǒng)實現(xiàn)了兩臺全向推進器的轉(zhuǎn)舵控制與推進器轉(zhuǎn)速控制的功能，主要由操縱臺、控制柜、轉(zhuǎn)舵裝置、主推裝置、測量裝置等組成，具有經(jīng)濟性好、操縱性好、安全性高、節(jié)省空間、噪音低等優(yōu)點，將推進器常規(guī)意義上的舵角范圍±35度擴展到±360度，弓丨入一個全新的操舵概念。本實用新型采取以下技術(shù)方案:基于全向推進器的操縱控制系統(tǒng)，所述的全向推進器包括主推進電機、舵軸及齒輪箱，主推進電機的輸入軸與齒輪箱間通過軸承而轉(zhuǎn)動配合，所述的操縱控制系統(tǒng)包括操縱臺、控制柜、主電機驅(qū)動器、轉(zhuǎn)向電機、舵角傳感器、減速器、溫度傳感器，操縱臺與控制柜相聯(lián)，控制柜與主電機驅(qū)動器、轉(zhuǎn)向電機、舵角傳感器、溫度傳感器相聯(lián)，主電機驅(qū)動器與主推進電機相聯(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)向電機的輸入軸通過所述的減速器與所述的舵軸連動，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器的操縱控制系統(tǒng)，操縱臺設(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器的操縱控制系統(tǒng)，操縱臺設(shè)置主推進速度手柄，與主電機驅(qū)動器連接，給主電機驅(qū)動器提供模擬量信號。所述的基于全向推進器的操縱控制系統(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。所述的基于全向推進器的操縱控制系統(tǒng)，控制柜內(nèi)設(shè)有空氣開關(guān)、熱繼電器、PLC控制器、電機正反轉(zhuǎn)模塊，空氣開關(guān)連接在轉(zhuǎn)向電機的動力電源進線上，對轉(zhuǎn)向電機進行短路保護；熱繼電器接在空氣開關(guān)之后，對轉(zhuǎn)向電機進行過載報警；電機正反轉(zhuǎn)模塊接在熱繼電器之后，輸出與轉(zhuǎn)向電機相連；電機正反轉(zhuǎn)模塊接收PLC控制器發(fā)來的控制信號,對電機進行正反轉(zhuǎn)控制驅(qū)動。所述的基于全向推進器的操縱控制系統(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、熱繼電器報警開關(guān)量、失電報警開關(guān)量、主電機驅(qū)動器的速度模擬量信號；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，舵角傳感器和溫度傳感器分別測量全向推進器的舵角和推進器軸承溫度。所述的基于全向推進器的操縱控制系統(tǒng)，減速器采用兩級渦輪蝸桿減速器組合而成。本實用新型所涉及全向推進器的內(nèi)容參見申請?zhí)枮?01010549180.0的中國專利文獻。本實用新型控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制環(huán)節(jié)少、可靠性高、維護簡便等特點，解決了傳統(tǒng)電力推進系統(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、全向電力推進電機轉(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，較好地實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的控制，并可實現(xiàn)兩臺全向推進器的同步和異步操縱控制。本實用新型與申請?zhí)枮?01010549180.0差速型船用平旋推進裝置配套，這種全向推進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，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、無級變速、隨動隨停、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行原地回轉(zhuǎn)。

圖1是本實用新型操縱控制系統(tǒng)的構(gòu)成框圖。圖2是操縱臺的布置圖。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是本實用新型一種實施例的系統(tǒng)模塊框圖。圖11是本實用新型操縱控制系統(tǒng)的電路原理圖一。圖12是本實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速度的流程圖。圖19是溫度顯示和報警的流程圖。圖20是初始值設(shè)定的流程圖。圖21是電路報警處理的流程圖。圖22是主機速度顯示的流程圖。圖23A、23B是控制器的總流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型實施例作詳細說明。圖1中，1-操縱臺、2-控制柜、3-主電機驅(qū)動器、4-轉(zhuǎn)向電機、5-舵角傳感器、6-減速器、7-溫度傳感器、8-全向推進器、應(yīng)急手輪9。參見圖1、11、12，全向推進器8采用申請?zhí)枮?01010549180.0所公開的差速型船用平旋推進裝置，具有吃水淺、裝維護方便、縱性能好、槳合一等諸多優(yōu)點。其包括主推進電機8-1、舵軸及齒輪箱8-2，主推進電機的輸入軸8-1-1與齒輪箱間通過軸承而轉(zhuǎn)動配合。為了與該全向推進器配套，以發(fā)揮其功能效用，本實用新型專門設(shè)計了一套操縱控制系統(tǒng)，該操縱控制系統(tǒng)采用純電動方式，即采用電力推進和電動轉(zhuǎn)舵的方式。而本實施例可實現(xiàn)兩臺推進器的同步和異步操縱控制。操縱控制系統(tǒng)包括操縱臺1、控制柜2、主電機驅(qū)動器3、轉(zhuǎn)向電機4、舵角傳感器5、減速器6、溫度傳感器7，操縱臺I與控制柜2相聯(lián)，控制柜2與主電機驅(qū)動器3、轉(zhuǎn)向電機
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)；主電機驅(qū)動器3與主推進電機8-1相聯(lián)，主電機驅(qū)動器3通過主推動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4的輸入軸通過減速器6與舵軸連動，舵角傳感器安裝于減速器，用于檢測舵角。在本實施例中，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。下面詳述各部分內(nèi)容。第一部分:操縱臺如圖2所示,操縱臺上布置有觸摸屏1-9、主推進速度手柄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.顯示兩臺推進器舵角的大小，共有數(shù)字和指示針兩種方式；2.顯示兩臺推進器轉(zhuǎn)速的大小，為數(shù)字顯示方式；3.顯示推進器輸入軸承溫度和溫度報警，溫度為數(shù)字顯示方式；4.顯示船體模型圖示；5.系統(tǒng)電源和運行顯示燈顯示；6.舵角回零功能按鈕，可實現(xiàn)兩個推進器舵角的回零；
7.自動同步功能開關(guān)，可實現(xiàn)兩個推進器舵角同步轉(zhuǎn)動的功能；8.兩個舵角轉(zhuǎn)動控制開關(guān)，分別控制兩個推進器的舵角轉(zhuǎn)動功能，開關(guān)開啟時，扳動轉(zhuǎn)向手柄，舵機可以轉(zhuǎn)動，開關(guān)關(guān)閉時，扳動轉(zhuǎn)向手柄，舵機不轉(zhuǎn)動；9.側(cè)推平移按鈕，點擊側(cè)推按鈕，顯示屏進入第二頁側(cè)推平移畫面。第二頁如圖4所示，包含的內(nèi)容有:1.一個左側(cè)推開關(guān)和一個右側(cè)推開關(guān)，開啟其中一個，船體可以進行左平移或者右平移運動，兩個開關(guān)功能互為聯(lián)鎖；當(dāng)系統(tǒng)側(cè)推平移時，主推進速度手柄無效；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.顯示船運動過程的語句說明；4.設(shè)置按鈕，點擊設(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，點擊后面的數(shù)字框，輸入數(shù)字，即為船左側(cè)推平移運行時，左推進器自動轉(zhuǎn)動到的舵角值；2.左側(cè)推右舵角設(shè)置，點擊后面的數(shù)字框，輸入數(shù)字，即為船左側(cè)推平移運行時，右推進器自動轉(zhuǎn)動到的舵角值；
3.右側(cè)推左舵角設(shè)置，點擊后面的數(shù)字框，輸入數(shù)字，即為船右側(cè)推平移運行時，左推進器自動轉(zhuǎn)動到的舵角值；4.右側(cè)推右舵角設(shè)置，點擊后面的數(shù)字框，輸入數(shù)字，即為船右側(cè)推平移運行時，右推進器自動轉(zhuǎn)動到的舵角值；5.側(cè)推速度設(shè)置，為設(shè)置左右側(cè)推運行時，推進器的轉(zhuǎn)速；6.左舵初始角設(shè)置，為左推進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)。主推進速度手柄為雙手柄，左右手柄分別與控制左右推進器轉(zhuǎn)速的主電機驅(qū)動器連接，驅(qū)動器提供模擬量信號；手柄有定位功能，手柄向前打，推進正轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速增大，手柄過零位后，向后打，推進器反轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速增大。轉(zhuǎn)向手柄為兩臺推進器共用一個手柄，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。手柄有自動復(fù)位功能，當(dāng)手柄向左打，當(dāng)觸摸屏上的兩個舵角轉(zhuǎn)動控制開關(guān)為開啟時，兩個推進器轉(zhuǎn)舵電機都轉(zhuǎn)動，舵角向左打，手放開手柄，手柄回零位，轉(zhuǎn)舵電機停轉(zhuǎn)，舵角鎖定不動；手柄向右打時，同理。當(dāng)其中一臺推進器的舵角轉(zhuǎn)動開關(guān)關(guān)閉時，該推進器電機不會轉(zhuǎn)動。 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)的電機控制繼電器輸入端連接，為切換到應(yīng)急狀態(tài)時使用的轉(zhuǎn)向手柄。主推進使能開關(guān)與主電機驅(qū)動器連接，兩個使能開關(guān)控制兩個驅(qū)動器的使能，開關(guān)關(guān)閉時，主推進速度手柄失效，主電機為停止?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，主控制系統(tǒng)連上電源；開關(guān)打中檔時，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，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、電機正反轉(zhuǎn)模塊、啟動電容等元器件。兩個空氣開關(guān)分別連接在兩個轉(zhuǎn)舵電機動力電源進線上，對電機進行短路保護；兩個熱繼電器分別接線在兩個空氣開關(guān)的后面，對電機進行過載報警；兩個電機正反轉(zhuǎn)模塊分別接在熱繼電器的后面，再輸出與轉(zhuǎn)向電機相連；模塊接收控制器發(fā)來的控制信號，對電機進行正反轉(zhuǎn)控制驅(qū)動；啟動電容按規(guī)定接在轉(zhuǎn)向電機的兩條進線間。AC220V電源進線分別給兩個轉(zhuǎn)舵電機提供動力電源，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整體，主PLC接收轉(zhuǎn)向手柄開關(guān)量、熱繼電器報警開關(guān)量、失電報警開關(guān)量，這些開關(guān)量信號輸入，還有來自兩個主電機驅(qū)動器的速度模擬量信號；模擬量模塊接收來自兩個舵角傳感器，兩個溫度傳感器的模擬量輸入信號，而這兩個角度傳感器和溫度傳感器分別測量每臺推進器的舵角和推進器軸承溫度?？刂破鲀?nèi)部根據(jù)輸入信號進行運算，輸出開關(guān)量信號給兩個電機正反轉(zhuǎn)模塊，報警蜂鳴器，側(cè)推控制繼電器，輸出模擬量信號給主電機驅(qū)動器速度模擬輸入端?？刂破鞲鶕?jù)接收到的轉(zhuǎn)向手柄信號，然后輸出信號給電機正反轉(zhuǎn)模塊，控制轉(zhuǎn)向電機的轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)控制舵角的變化；根據(jù)舵角傳感器的輸入信號，在觸摸屏上實時顯示當(dāng)前的每個推進器的舵角值，在自動同步功能中，還依此控制轉(zhuǎn)向電機的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)兩個舵角值的基本同步；根據(jù)溫度傳感器的的輸入，在觸摸屏上實時顯示當(dāng)前軸承溫度和軸承溫度過高報警；根據(jù)主電機驅(qū)動器送來的電機速度反饋信號，在觸摸屏上實時顯示當(dāng)前推進器的轉(zhuǎn)速值；當(dāng)進行側(cè)推平移時，控制器不考慮轉(zhuǎn)向手柄的信號，而根據(jù)設(shè)定值，自動給兩個推進器轉(zhuǎn)到合適的舵角，然后控制器輸出信號開啟側(cè)推控制繼電器，使主推進速度手柄失效，而用控制器輸出的模擬量控制推進器的轉(zhuǎn)速，實現(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)除了最后共用兩個轉(zhuǎn)舵電機和啟動電容外，與主控制系統(tǒng)完全獨立。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到應(yīng)急時，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信號電；繼電器共四個，每路轉(zhuǎn)舵電機兩個繼電器，控制電機正反轉(zhuǎn)。應(yīng)急手柄的開關(guān)量信號控制繼電器的開閉，同時開啟兩路電機的正轉(zhuǎn)繼電器或者反轉(zhuǎn)繼電器。每路電機的正轉(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.左推進器轉(zhuǎn)舵電機、5_39.左減速器、9_40.左搖動手輪、4_41.左電機進線、4-42.右推進器轉(zhuǎn)舵電機、5-43.右減速器、9-44.右搖動手輪、4-45.右電機進線。如圖7所示，轉(zhuǎn)舵裝置由轉(zhuǎn)舵電機、減速器、搖動手輪等組成，左右兩個推進器各一套。轉(zhuǎn)舵電機為220V單相交流電機，作用為提供轉(zhuǎn)舵的動力，電機輸出軸連到減速器上；減速器采用兩級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，實現(xiàn)轉(zhuǎn)舵運動。減速器采用兩級，可以實現(xiàn)很高的減速比，而采用渦輪蝸桿形式，使轉(zhuǎn)舵機構(gòu)具有自鎖功能。減速器連接電機輸出軸的一端還延伸一短軸用來裝上搖動手輪，當(dāng)電機失電時，可以應(yīng)急采用搖動手輪的方式來轉(zhuǎn)舵。第四部分:測量裝置圖8中，7-46.左推進器溫度傳感器、5_47左舵角傳感器、7_48.右推進器溫度傳感器、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
器各一套。溫度傳感器插裝在推進器上，位置在主推進電機輸入軸軸承邊上，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)舵桿一起運動；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.左主電機驅(qū)動器、8-1-51.左主電機、3_52.左驅(qū)動器電源線、3_53.左驅(qū)動器控制信號線、3-54.左主電機動力線、3-55.左主電機反饋線、3-56.右主電機驅(qū)動器、8-1-57.右主電機、3-58.右驅(qū)動器電源線、3-59.右驅(qū)動器控制信號線、3-60.右主電機動力線、3-61.右主電機反饋線。如圖9所示，主推裝置包括主電機和主電機驅(qū)動器，左右推進器各一套。主電機采用伺服電機，運行平穩(wěn)，噪音很低，而且可以無級調(diào)速和快速啟停。主電機輸出軸通過聯(lián)軸器連接到推進器上，帶動推進器的轉(zhuǎn)動。主電機驅(qū)動器與電機配套，可以設(shè)置電機的運行參數(shù)；接收上方控制器和速度手柄的信號，控制電機的調(diào)速和啟停；還可以接收電機的反饋信號，測量電機的轉(zhuǎn)速，然后上傳給控制器。下面對本實用新型系統(tǒng)的功能作描述:1.轉(zhuǎn)舵控制參見圖13，系統(tǒng)在電機控制開關(guān)、自動同步開關(guān)、轉(zhuǎn)向手柄、舵角傳感器、復(fù)位按鈕等信號輸入的共同作用下，控制轉(zhuǎn)舵電機的運轉(zhuǎn)。觸摸屏上的左右舵機開關(guān)、自動同步開關(guān)、舵角復(fù)位按鈕，在觸摸屏內(nèi)部都有一個開關(guān)按鈕變量保存開關(guān)按鈕信號，同時在控制器上也各分配了一個位變量，與觸摸屏內(nèi)部變量相對應(yīng)；觸摸屏與控制器通過串口通訊協(xié)議通訊，保持對應(yīng)變量間的同步變化。當(dāng)開關(guān)按鈕開啟時，位變量為1，當(dāng)開關(guān)按鈕關(guān)閉時，位變量為O?？刂破鹘o轉(zhuǎn)向手柄分配了正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)兩個輸入點，當(dāng)手柄向左打時，正轉(zhuǎn)變輸入點為1，反轉(zhuǎn)輸入點為O,當(dāng)手柄向右打時,正轉(zhuǎn)輸入點為O,反轉(zhuǎn)輸入點為I?？刂破鹘o每個電機正反轉(zhuǎn)模塊也分配正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)兩個輸出點，當(dāng)正轉(zhuǎn)輸出點為1，模塊驅(qū)動電機正轉(zhuǎn)，當(dāng)反轉(zhuǎn)輸出點為1，模塊驅(qū)動電機反轉(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€數(shù)字量，保存在控制器的一個32位變量中。在舵角顯示子程序中，把這個32位變量經(jīng)過數(shù)學(xué)運算，轉(zhuǎn)換為360度以內(nèi)的一個實際的舵角數(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，進行實時變化顯示。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)舵電機達到合適的舵角，然后驅(qū)動主電機實現(xiàn)側(cè)推。控制器給左右側(cè)推各分配一個位變量，輸出一個模擬變量，經(jīng)過中間繼電器，控制主電機驅(qū)動器，控制主電機的轉(zhuǎn)速。在控制器中，通過側(cè)推子程序進行側(cè)推控制。因為左側(cè)推和右側(cè)推原理完全相同，所以只表示一個總的側(cè)推流程。側(cè)推子流序參見圖17。3.速度手柄控制主機速度參見圖18，當(dāng)正常航行時，使用速度手柄給主電機驅(qū)動器轉(zhuǎn)速控制接口提供模擬量，直接控制主電機轉(zhuǎn)速。4.溫度顯示和報警參見圖19，控制器在溫度顯示報警子程序中，對輸入的溫度量值進行數(shù)學(xué)運算，轉(zhuǎn)換為0-100度以內(nèi)的實際溫度值，最后在觸摸屏中顯示出來，當(dāng)溫度值超過報警值后，在觸摸屏中顯示報警燈。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)逐個讀入存儲器中保存。6.電路報警處理參見圖21，在報警處理子程序中，控制器給輸入的報警開關(guān)量分配一位變量，當(dāng)有報警輸入時，位變量設(shè)1，在觸摸屏上的相應(yīng)報警燈點亮，同時控制器控制蜂鳴器響起。當(dāng)按下報警復(fù)位按鈕后，控制器關(guān)閉蜂鳴器，報警位變量設(shè)0，報警燈消失。7.主機速度顯示參見圖22，主電機驅(qū)動器給控制器提供速度反饋信號，控制器在主機速度顯示子程序中，對反饋值進行運算，轉(zhuǎn)換為實際的速度值，保存到速度變量，最后在觸摸屏上顯示出來?？刂破骺偭鞒虆⒁妶D23A、23B。主電機系統(tǒng)采用專用伺服系統(tǒng)，電源部分同時具備雙電源輸入功能，即交流電源和直流電源，即可實現(xiàn)電源的互為備用。主電機驅(qū)動器最高頻率: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% ;電機參數(shù)自學(xué)習(xí):通過自整定電機基本參數(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，自動保持輸出電壓穩(wěn)定；具備CAN通訊和485通訊；電機過熱保護；接地漏電保護和對地漏電保護等。設(shè)備可采用如下表:
權(quán)利要求1.基于全向推進器的操縱控制系統(tǒng)，所述的全向推進器包括主推進電機、舵軸及齒輪箱，主推進電機的輸入軸與齒輪箱間通過軸承而轉(zhuǎn)動配合，其特征在于:所述的操縱控制系統(tǒng)包括操縱臺、控制柜、主電機驅(qū)動器、轉(zhuǎn)向電機、舵角傳感器、減速器、溫度傳感器，操縱臺與控制柜相聯(lián)，控制柜與主電機驅(qū)動器、轉(zhuǎn)向電機、舵角傳感器、溫度傳感器相聯(lián)，主電機驅(qū)動器與主推進電機相聯(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)向電機的輸入軸通過所述的減速器與所述的舵軸連動，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器的操縱控制系統(tǒng)，其特征是:所述的操縱臺設(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器的操縱控制系統(tǒng)，其特征是:所述的操縱臺設(shè)置主推進速度手柄，與主電機驅(qū)動器連接，給主電機驅(qū)動器提供模擬量信號。
4.如權(quán)利要求1所述的基于全向推進器的操縱控制系統(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。
5.如權(quán)利要求1或4所述的基于全向推進器的操縱控制系統(tǒng)，其特征是:減速器采用兩級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、電機正反轉(zhuǎn)模塊，空氣開關(guān)連接在轉(zhuǎn)向電機的動力電源進線上，對轉(zhuǎn)向電機進行短路保護；熱繼電器接在空氣開關(guān)之后，對轉(zhuǎn)向電機進行過載報警；電機正反轉(zhuǎn)模塊接在熱繼電器之后，輸出與轉(zhuǎn)向電機相連；電機正反轉(zhuǎn)模塊接收PLC控制器發(fā)來的控制信號，對電機進行正反轉(zhuǎn)控制驅(qū)動。
7.如權(quán)利要求6所述的基于全向推進器的操縱控制系統(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、熱繼電器報警開關(guān)量、失電報警開關(guān)量、主電機驅(qū)動器的速度模擬量信號；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，舵角傳感器和溫度傳感器分別測量全向推進器的舵角和軸承溫度。
專利摘要本實用新型公開了基于全向推進器的操縱控制系統(tǒng)，全向推進器包括主推進電機、舵軸及齒輪箱，主推進電機的輸入軸與齒輪箱間通過軸承而轉(zhuǎn)動配合，操縱控制系統(tǒng)包括操縱臺、控制柜、主電機驅(qū)動器、轉(zhuǎn)向電機、舵角傳感器、減速器、溫度傳感器，操縱臺與控制柜相聯(lián)，控制柜與主電機驅(qū)動器、轉(zhuǎn)向電機、舵角傳感器、溫度傳感器相聯(lián)，主電機驅(qū)動器與主推進電機相聯(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)向電機的輸入軸通過減速器與舵軸連動，舵角傳感器安裝于減速器，用于檢測舵角。本實用新型控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制環(huán)節(jié)少、可靠性高、維護簡便等特點。
文檔編號B63H21/21GK203158224SQ20132012575
公開日2013年8月28日 申請日期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 申請人:浙江風(fēng)神海洋工程技術(shù)有限公司