本發(fā)明涉及船用岸電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于內(nèi)河大水位差碼頭的船用岸電系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

隨著內(nèi)河碼頭運(yùn)輸?shù)难该桶l(fā)展，?？看a頭的船舶數(shù)量越來越多，靠港船舶所帶來的能源浪費(fèi)、環(huán)境污染和噪聲污染等問題也日漸嚴(yán)重?？扛鄞巴ǔＪ褂米詭Р裼蜋C(jī)發(fā)電，運(yùn)行過程中排放出大量氮氧化物和顆粒物等有害物質(zhì)，而且燃燒率不高柴油損耗嚴(yán)重。在這個(gè)背景下，研究我國內(nèi)河碼頭的靠港船舶的用電問題是十分有必要的。從國內(nèi)外發(fā)展趨勢和發(fā)展水平看，船用岸電技術(shù)在沿海港口已取得較大進(jìn)展，但在國內(nèi)內(nèi)河目前還處于起步階段，特別是內(nèi)河的大水位差碼頭使用岸電技術(shù)需要突破大水位差碼頭接電口和電纜長度要適應(yīng)水位差的變化的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于內(nèi)河大水位差碼頭的船用岸電系統(tǒng)及其控制方法，其能使船舶在充電時(shí)適應(yīng)內(nèi)河大水位差。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種用于內(nèi)河大水位差碼頭的船用岸電系統(tǒng)，其特征在于：所述岸電系統(tǒng)包括提供電源的快速連接插頭、電纜、導(dǎo)軌、滑移小車、纏繞有電纜的電纜卷筒和控制電纜收放的岸電控制系統(tǒng)；所述滑移小車內(nèi)設(shè)置有與船舶對接的供電口，所述電纜的一端穿過滑移小車后連接快速連接插頭，另一端固定在滑移小車內(nèi)并與供電口連接；所述電纜卷筒內(nèi)設(shè)置有電機(jī)，所述岸電控制系統(tǒng)通過控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)來控制電纜的收放，所述電纜收放時(shí)，所述滑移小車沿導(dǎo)軌上下移動，初始狀態(tài)時(shí)滑移小車在原點(diǎn)位置。

進(jìn)一步地，所述岸電系統(tǒng)還包括設(shè)置在電纜上的導(dǎo)纜裝置。導(dǎo)纜裝置可使電纜在收放時(shí)更加順暢。

更進(jìn)一步地，所述岸電控制系統(tǒng)包括可讀取水位信號的水位監(jiān)測系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)編碼器和岸電控制箱，所述岸電控制箱包括作為控制器的PLC和顯示面板，所述旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)置在電纜卷筒上，可讀取滑移小車下降位移H1；所述下降位移H1為滑移小車到原點(diǎn)位置的距離。

再進(jìn)一步地，所述水位監(jiān)測系統(tǒng)包括可采集水位信息H2的水位傳感器和與PLC電性相連的信號調(diào)理電路，所述水位傳感器的底端設(shè)置在水面以下，所述水位信息H2為水位傳感器底端到水面的距離H2，所述水位傳感器底端到原點(diǎn)位置的距離為H0。

還進(jìn)一步地，所述水位信息H2通過信號調(diào)理電路輸送給PLC，所述PLC將水位信息H2生成實(shí)時(shí)水位信息并通過控制面板顯示；所述旋轉(zhuǎn)編碼器將采集到的滑移小車下降位移H1轉(zhuǎn)換為脈沖信號輸入PLC，所述PLC將脈沖信號計(jì)算生成滑移小車的實(shí)時(shí)位置信息并通過控制面板顯示；所述PLC通過將實(shí)時(shí)水位信息與對應(yīng)的實(shí)時(shí)位置信息進(jìn)行比較而控制電纜卷筒收放電纜。

又進(jìn)一步地，所述PLC包括電源模塊、處理器模塊CPU、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊。

在上述技術(shù)方案中，所述PLC的輸入端連接有上電開關(guān)SB、欠壓斷路器QS、供電開關(guān)SB1、上限位行程開關(guān)SQ、放纜按鈕SB2、收纜按鈕SB3、工作結(jié)束回原點(diǎn)按鈕SB4、故障復(fù)位開關(guān)SB5和緊急停止開關(guān)SB6，所述旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC的輸入端電性相連；所述PLC的輸出端連接有供電開始繼電器KM、電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器KM1、電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器KM2、系統(tǒng)上電繼電器K、系統(tǒng)停止繼電器K1、上行程到繼電器K2、下行程到繼電器K3、系統(tǒng)欠壓K4、小車回原點(diǎn)繼電器K5、系統(tǒng)故障繼電器K6和允許供電繼電器K7。

在上述技術(shù)方案中，用于內(nèi)河大水位差碼頭的船用岸電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，按下上電開關(guān)SB，所述岸電控制系統(tǒng)得電，滑移小車在原點(diǎn)位置；

步驟2，所述水位傳感器讀取水位信息H2；

步驟3，所述PLC判斷水位信息H2是否在允許范圍內(nèi)，

步驟3.1，若水位信息H2不在允許范圍內(nèi)，執(zhí)行步驟4，

步驟3.2，若水位信息H2在允許范圍內(nèi)，執(zhí)行步驟5；

步驟4，所述PLC輸出系統(tǒng)故障，所述系統(tǒng)故障繼電器K6得電，

步驟4.1，故障信號提示燈亮，按下緊急停止開關(guān)SB6，

步驟4.2，故障解除后，按下故障復(fù)位開關(guān)SB5，滑移小車到原點(diǎn)，返回步驟3；

步驟5，所述岸電控制系統(tǒng)正常，所述電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器KM1得電，所述滑移小車開始下降；

步驟6，所述旋轉(zhuǎn)編碼器讀取下降位置H1；

步驟7，所述PLC接收下降位置H1、水位信息H2，將水位傳感器底端到原點(diǎn)位置的距離為H0減去下降位置H1，再減去水位信息H2，得到滑移小車到水面距離H3；

步驟8，判斷滑移小車到水面距離H3是否小于下限距離，

步驟8.1，若滑移小車到水面距離H3小于下限距離，所述電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器KM2得電，所述滑移小車上升，返回步驟6，

步驟8.2，若滑移小車到水面距離H3大于下限距離，允許供電繼電器K7得電，供電允許提示燈亮，所述供電口可與船舶對接；若滑移小車到水面距離H3等于1m，允許供電繼電器K7和下行程到繼電器K3同時(shí)得電，供電允許提示燈和下行程搭配提示燈同時(shí)亮，所述供電口可與船舶對接，所述滑移小車不在下降；執(zhí)行步驟9；

步驟9，供電開始繼電器KM得電，船舶開始充電；

步驟10，所述旋轉(zhuǎn)編碼器讀取下降位置H1；

步驟11，所述PLC接收下降位置H1、水位信息H2，將水位傳感器底端到原點(diǎn)位置的距離為H0減去下降位置H1，再減去水位信息H2，得到滑移小車到水面距離H3；

步驟12，判斷滑移小車到水面距離H3是否小于下限距離，

步驟12.1，若滑移小車到水面距離H3小于下限距離，所述電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器KM2得電，所述滑移小車上升，返回步驟10，

步驟12.2，若滑移小車到水面距離H3大于等于下限距離，執(zhí)行步驟13；

步驟13，判斷滑移小車到水面距離H3是否大于上限距離，

步驟13.1，若滑移小車到水面距離H3大于上限距離，所述電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器KM1得電，滑移小車下降，

步驟13.2，若滑移小車到水面距離H3小于等于上限距離，返回步驟10。

進(jìn)一步地，所述上限距離為2m，所述下限距離為1m。

除此以外，在本發(fā)明中，在PLC的輸入端接入了不同的開關(guān)，所以滑移小車除了可以自動升降外，還可以通過手動控制升降。

綜上所述，本發(fā)明能夠證明在內(nèi)河碼頭推廣岸電技術(shù)有著非?？捎^的社會效益和環(huán)境效益。本發(fā)明為解決了內(nèi)河的大水位差碼頭使用岸電技術(shù)需要突破大水位差碼頭接電口和電纜長度要適應(yīng)水位差的變化的難題。本發(fā)明為內(nèi)河所有的大水位差碼頭提供了參考，具有科學(xué)性、實(shí)踐性、可操作性和發(fā)展性的特點(diǎn)，有一定的理論意義和實(shí)際意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的工作流程示意圖；

圖3為本發(fā)明中岸電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中控制方法的流程示意圖；

圖5為本發(fā)明中各距離的關(guān)系示意圖。

圖6為本發(fā)明中PLC的I/O電路圖。

圖中：快速連接插頭1、電纜2、滑移小車3、導(dǎo)纜裝置4、導(dǎo)軌5、電纜卷筒6、岸電控制箱7、鋼平臺8、碼頭前邊梁9。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

需要說明的是，對于我國內(nèi)河碼頭，大多數(shù)內(nèi)河船舶的電壓和頻率都是380V/50Hz，與碼頭電網(wǎng)電制相同，所以采用直接供電方式即通過增裝隔離變壓器直接連接碼頭電網(wǎng)和船舶電網(wǎng)，完成岸電配電房向船舶電力系統(tǒng)輸送電能。

如圖1至4所示：用于內(nèi)河大水位差碼頭的船用岸電系統(tǒng)，包括提供電源的快速連接插頭1、電纜2、導(dǎo)纜裝置4、導(dǎo)軌5、滑移小車3、電纜卷筒6和岸電控制系統(tǒng)。電纜卷筒6安裝在鋼平臺8上，導(dǎo)軌5安裝在碼頭前邊梁9上。

電纜卷筒6選用磁滯式電纜卷筒，電纜卷筒6內(nèi)設(shè)置有電機(jī)，電纜2的中部都纏繞在電纜卷筒6內(nèi)。電纜卷筒6安裝在碼頭面以下，其卷繞的電纜2通過導(dǎo)纜裝置4引出碼頭外。電纜卷筒6外徑D為1700mm，內(nèi)徑D0為400mm，寬度B為42mm，滿盤時(shí)纏繞的電纜長度L按50m計(jì)算。導(dǎo)纜裝置4安裝在導(dǎo)軌5的正上方，利用導(dǎo)纜支架支撐，用于電纜的導(dǎo)向。導(dǎo)纜裝置4的半徑R＝270mm。電纜2選型號為CEFR/SA 3×50+1×16的船用電纜，即4芯船用電纜。

滑移小車3內(nèi)設(shè)置有與船舶對接的供電口，電纜2的一端穿過滑移小車3后連接快速連接插頭1，另一端固定在滑移小車3內(nèi)并與供電口連接。岸電控制系統(tǒng)通過控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)來控制電纜2的收放。電纜2收放時(shí)，滑移小車3沿導(dǎo)軌5上下移動，初始狀態(tài)時(shí)滑移小車3在原點(diǎn)位置。

滑移小車3及導(dǎo)軌5距離碼頭前沿壁的最大距離必須在橡膠護(hù)弦的最大壓縮量以內(nèi)，才能保證岸電系統(tǒng)不會被靠泊船舶撞擊。為了使岸電裝置能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，經(jīng)計(jì)算，選用型號為DA-H600×L1000的拱型橡膠護(hù)舷配合滑移小車3及導(dǎo)軌5。

岸電控制系統(tǒng)包括可讀取水位信號的水位監(jiān)測系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)編碼器和岸電控制箱7。岸電控制箱7安裝在碼頭面以上，高出碼頭面的高度控制在300mm以下。岸電控制箱7包括作為控制器的PLC和顯示面板。PLC控制器選用S7-300系列PLC。旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)置在電纜卷筒6上，可讀取滑移小車3下降位移H1。下降位移H1為滑移小車3到原點(diǎn)位置的距離。旋轉(zhuǎn)編碼器采用增量型旋轉(zhuǎn)編碼器，它采集滑移小車3的下降位移H1，將脈沖信號接入PLC，使用PLC中的計(jì)數(shù)器對脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，檢測系統(tǒng)滑移小車的位移量。

水位監(jiān)測系統(tǒng)包括可采集水位信息H2的水位傳感器和與PLC電性相連的信號調(diào)理電路。水位傳感器選用電容式傳感器，及選擇配合使用CAV424和AM402集成電路，來完成電容式水位傳感器的信號調(diào)理，CAV424是電容/電壓轉(zhuǎn)換集成電路，AM402是電壓/電流轉(zhuǎn)換電路，連接它們可以得到二線制或三線制的、量程為4～20mA的電流輸出，滿足PLC控制器模擬量輸入模塊的輸入要求。水位傳感器的底端設(shè)置在水面以下，所述水位信息H2為水位傳感器底端到水面的距離H2，所述水位傳感器底端到原點(diǎn)位置的距離為H0。

水位信息H2通過信號調(diào)理電路輸送給PLC，PLC將水位信息H2生成實(shí)時(shí)水位信息并通過控制面板顯示。旋轉(zhuǎn)編碼器將采集到的滑移小車3下降位移H1轉(zhuǎn)換為脈沖信號輸入PLC。PLC將脈沖信號計(jì)算生成滑移小車3的實(shí)時(shí)位置信息并通過控制面板顯示。PLC通過將實(shí)時(shí)水位信息與對應(yīng)的實(shí)時(shí)位置信息進(jìn)行比較而控制電纜卷筒6收放電纜2。

PLC包括電源模塊、處理器模塊CPU、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊。PLC的輸入端連接有上電開關(guān)SB、欠壓斷路器QS、供電開關(guān)SB1、上限位行程開關(guān)SQ、放纜按鈕SB2、收纜按鈕SB3、工作結(jié)束回原點(diǎn)按鈕SB4、故障復(fù)位開關(guān)SB5和緊急停止開關(guān)SB6。旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC的輸入端電性相連。PLC的輸出端連接有供電開始繼電器KM、電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器KM1、電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器KM2、系統(tǒng)上電繼電器K、系統(tǒng)停止繼電器K1、上行程到繼電器K2、下行程到繼電器K3、系統(tǒng)欠壓K4、小車回原點(diǎn)繼電器K5、系統(tǒng)故障繼電器K6和允許供電繼電器K7。

本發(fā)明的控制步驟如下：

步驟1，按下上電開關(guān)SB，所述岸電控制系統(tǒng)得電，滑移小車3在原點(diǎn)位置；

步驟2，所述水位傳感器讀取水位信息H2；

步驟3，所述PLC判斷水位信息H2是否在允許范圍內(nèi)，

步驟3.1，若水位信息H2不在允許范圍內(nèi)，執(zhí)行步驟4，

步驟3.2，若水位信息H2在允許范圍內(nèi)，執(zhí)行步驟5；

步驟4，所述PLC輸出系統(tǒng)故障，所述系統(tǒng)故障繼電器K6得電，

步驟4.1，故障信號提示燈亮，按下緊急停止開關(guān)SB6，

步驟4.2，故障解除后，按下故障復(fù)位開關(guān)SB5，滑移小車3到原點(diǎn)，返回步驟3；

步驟5，所述岸電控制系統(tǒng)正常，所述電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器KM1得電，所述滑移小車3開始下降；

步驟6，所述旋轉(zhuǎn)編碼器讀取下降位置H1；

步驟7，所述PLC接收下降位置H1、水位信息H2，將水位傳感器底端到原點(diǎn)位置的距離為H0減去下降位置H1，再減去水位信息H2，得到滑移小車3到水面距離H3；此處H0為40m；

步驟8，判斷滑移小車3到水面距離H3是否小于1m，

步驟8.1，若滑移小車3到水面距離H3小于1m，所述電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器KM2得電，所述滑移小車3上升，返回步驟6，

步驟8.2，若滑移小車3到水面距離H3大于1m，允許供電繼電器K7得電，供電允許提示燈亮，所述供電口可與船舶對接；若滑移小車3到水面距離H3等于下限距離，允許供電繼電器K7和下行程到繼電器K3同時(shí)得電，供電允許提示燈和下行程搭配提示燈同時(shí)亮，所述供電口可與船舶對接，所述滑移小車3不在下降；執(zhí)行步驟9；

步驟9，供電開始繼電器KM得電，船舶開始充電；

步驟10，所述旋轉(zhuǎn)編碼器讀取下降位置H1；

步驟11，所述PLC接收下降位置H1、水位信息H2，將水位傳感器底端到原點(diǎn)位置的距離為H0減去下降位置H1，再減去水位信息H2，得到滑移小車3到水面距離H3；此處H0為40m；

步驟12，判斷滑移小車3到水面距離H3是否小于1m，

步驟12.1，若滑移小車3到水面距離H3小于1m，所述電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器KM2得電，所述滑移小車3上升，返回步驟10，

步驟12.2，若滑移小車3到水面距離H3大于等于1m，執(zhí)行步驟13；

步驟13，判斷滑移小車3到水面距離H3是否大于2m，

步驟13.1，若滑移小車3到水面距離H3大于2m，所述電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器KM1得電，滑移小車3下降，

步驟13.2，若滑移小車3到水面距離H3小于等于2m，返回步驟10。

原點(diǎn)位置到水位傳感器底端的距離H0設(shè)置為40m，原點(diǎn)位置時(shí)編碼器輸出的信號為0。水位傳感器的量程為0～50m，對應(yīng)的模擬量為4～20mA。水面到水位傳感器底端的距離H2由水位傳感器測量，H2的距離最大不會超過40m。岸電系統(tǒng)的供電口安裝于滑移小車3上，通過PLC控制器控制滑移小車的移動使得供電口終處于不被水淹沒的位置上。本系統(tǒng)中要求滑移小車3的停止位置到水面的安全距離H3的變動范圍為1m≤H3≤2m。

在本發(fā)明中，滑移小車3不但可以自動運(yùn)行，還可以通過工作人員手動運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)欠壓或水位傳感器故障時(shí)輸出故障，系統(tǒng)故障繼電器K6線圈得電，觸點(diǎn)閉合，故障信號提示燈亮。水位傳感器故障的檢測判決是通過連續(xù)檢測模擬量10次平均值與前一次平均值對比相差一個(gè)大數(shù)值，即判斷為故障。在故障時(shí)按下急停按鈕SB6系統(tǒng)就停止運(yùn)行，故障解除后按復(fù)位按鈕SB5，系統(tǒng)回到原點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)編碼器采集小車位移，水位傳感器采集水位信息H2，輸入PLC控制器后，通過顯示器顯示，操作人員根據(jù)顯示器上的信息按放纜按鈕SB2或收纜按鈕SB3，繼電器KM1或KM2得電，電動機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，引導(dǎo)滑移小車3的升降。當(dāng)PLC判斷小車在水位上方1m時(shí)，繼電器K3和K7線圈得電，下行程到和供電允許的提示燈亮，操作人員可以按下供電開關(guān)SB1，岸電即可輸送至靠港船舶。

最后，應(yīng)當(dāng)指出，以上實(shí)施例僅是本發(fā)明較有代表性的例子。顯然，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，還可以有許多變形。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)認(rèn)為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。