电缆提升恒张力控制装置及控制方法与流程

本发明涉及一种用于船舶和港口电力系统之间进行电缆输送连接的部件系统及控制方法，具体是一种电缆提升恒张力控制装置及控制方法。

背景技术：

船舶电力系统中，当船舶靠岸后，通过电缆提升系统的输送驱动装置将电缆从绕线盘拉出送到船舶指定位置。在对船舶进行供电时，由于潮涨潮落导致的船舶位置变化，引起电缆线的松紧，过大的电缆张力变化，会影响整个系统运行的可靠性，需要对电缆进行恒张力控制。另外，当对船舶供电结束时，电缆提升装置将电缆线收入绕线盘，此过程中，随着电缆盘上电缆所处于的直径变化，收卷力矩也需要变化，否则将使电缆张力不稳定而影响设备可靠运行，因此也需要实现恒张力控制。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够对船舶电力系统电缆提升系统运行中的电缆张力进行稳定的控制，提高设备运行可靠性的电缆提升恒张力控制装置及控制方法。

本发明的电缆提升恒张力控制装置包括有：

绕线盘，用于卷绕或放出电缆；

变频电机，用于为绕线盘提供收卷动力；

变频器，用于调整变频电机输出力矩；

编码器，用于检测绕线盘的旋转圈数，进而获得绕线盘上剩余电缆圈数；

plc控制器，用于接收编码器信息和控制参数信息，并向变频器输出转矩调整变频控制信号和接收变频反馈信号。

所述变频电机通过减速箱驱动绕线盘。

所述plc控制器的输出部分还连接至制动器的控制电路，制动器用于制动变频电机。

本发明的电缆提升系统恒张力控制方法基于上述的缆提升恒张力控制装置，在船舶供电阶段或供电结束收卷电缆阶段，plc控制器根据获得的编码器信息和输入的控制参数信息进行计算，并向变频器输出转矩调整变频控制信号，以控制绕线盘转动力矩，具体计算步骤是：

a.计算电缆卷盘上电缆线所处的直径和所剩电缆长度，编码器检测获得的绕线盘上所剩电缆的圈数为n，电缆线直径为d，绕线盘卷筒内径为d，则绕线盘上电缆线所处的直径d1=d+(2n-1)d，而所剩电缆线长度l＝(nd+n2d)π；

b.转矩计算，电缆所需张力是克服拉出的电缆线的重量所需的力，拉出电缆线即为绕线盘上绕电缆线总长度h减去绕线盘上剩余电缆线长度l，则为h-l，电缆线单位长度重量为m，则克服拉出电缆线重量所需力矩m=（h-l）(d+(2n-1)d)；由于设备存在固有静止转矩特性m0，故实际所需力矩为(m+m0)，换算到变频器输出信号的力矩为(m+m0)/n，其中n为减速箱速比。

进一步的，在船舶供电阶段，在进行上述转矩控制的过程中，为避免电缆线长期受较大张力的影响，在设定的时间t1内绕线盘不动（即无收缆也无放缆）时，减小张力至克服拉出电缆线重量所需的张力；如延时一段时间t2后，绕线盘仍无放缆或收缆动作，恢复原有张力；如延时一段时间t2后，产生放缆，则按上述方法重新计算张力和转矩；以此类推。

本发明通过对电缆实时状态的监测向plc控制器发送控制信号，能够对船舶电力系统电缆提升系统运行中的电缆张力进行稳定的控制，提高了设备运行可靠性。

附图说明

图1是本发明的系统原理图。

具体实施方式

如图所示，该电缆提升恒张力控制装置包括有：

绕线盘1，用于卷绕或放出电缆；

变频电机2，用于为绕线盘提供收卷动力；变频电机2通过减速箱6驱动绕线盘；

变频器3，用于调整变频电机输出力矩；

编码器4，用于检测绕线盘的旋转圈数，进而获得绕线盘上剩余电缆圈数；

plc控制器5，用于接收编码器信息和控制参数信息，并向变频器输出转矩调整变频控制信号和接收变频反馈信号。

plc控制器的输出部分还连接至制动器7的控制电路，以控制制动器制动变频电机。

在船舶供电阶段或供电结束收卷电缆阶段，plc控制器根据获得的编码器信息和输入的控制参数信息进行计算，并向变频器输出转矩调整变频控制信号，以控制绕线盘转动力矩，具体计算步骤是：

1、计算电缆卷盘上电缆线所处的直径和所剩电缆长度，编码器检测获得的绕线盘上所剩电缆的圈数为n，电缆线直径为d，绕线盘卷筒内径为d，则绕线盘上电缆线所处的直径d1=d+(2n-1)d，而所剩电缆线长度l＝(nd+n2d)π；

2、转矩计算，电缆所需张力是克服拉出的电缆线的重量所需的力，拉出电缆线即为绕线盘上绕电缆线总长度h减去绕线盘上剩余电缆线长度l，则为h-l，电缆线单位长度重量为m，则克服拉出电缆线重量所需力矩m=（h-l）(d+(2n-1)d)；由于设备存在固有静止转矩特性m0，故实际所需力矩为(m+m0)，换算到变频器输出信号的力矩为(m+m0)/n，其中n为减速箱速比。

在船舶供电阶段，在进行上述转矩控制的过程中，为避免电缆线长期受较大张力的影响，在设定的时间t1内绕线盘不动（即无收缆也无放缆）时，减小张力至克服拉出电缆线重量所需的张力；如延时一段时间t2后，绕线盘仍无放缆或收缆动作，恢复原有张力；如延时一段时间t2后，产生放缆，则按上述方法重新计算张力和转矩；以此类推。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种用于船舶和港口电力系统之间进行电缆输送连接的部件系统及控制方法，具体是一种电缆提升恒张力控制装置及控制方法。该装置包括有：绕线盘，用于卷绕或放出电缆；变频电机，用于为绕线盘提供收卷动力；变频器，用于调整变频电机输出力矩；编码器，用于检测绕线盘的旋转圈数，进而获得绕线盘上剩余电缆圈数；PLC控制器，用于接收编码器信息和控制参数信息，并向变频器输出转矩调整变频控制信号和接收变频反馈信号。本发明通过对电缆实时状态的监测向PLC控制器发送控制信号，能够对船舶电力系统电缆提升系统运行中的电缆张力进行稳定的控制，提高了设备运行可靠性。

技术研发人员：张健鹏;王传斌;宋健;祁康;黄红生;仲文锦
受保护的技术使用者：江苏镇安电力设备有限公司;江苏镇安欣润电力科技有限公司;江苏镇江安装集团有限公司
技术研发日：2018.07.23
技术公布日：2019.01.18