全回转机桨舵复合监控系统以及监控方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于港内拖轮机桨舵监控技术领域，具体涉及一种全回转机桨舵复合监控 系统以及监控方法。
【背景技术】
[0002] 全回转拖轮是指能够在原地360度自由旋转的拖轮，主要用于协助大船靠离泊作 业，并且，作业时稍有不慎，就会造成碰撞事故。
[0003] 全回转机桨舵装置属于全回转拖轮的关键部件，全回转机桨舵装置可在水平面内 360°旋转，倒车时旋转180°即可，工作效率高，另外，Z型全回转机桨舵装置节油约10%， ABB Azipod全回转推进系统可使船舶节油25%。全回转机桨舵装置具有操纵灵活，具有前 进、倒车、横移、急停和原地点旋转功能，广泛应用于港内拖轮。开发全回转机桨舵监控系 统，保证全回转机桨舵装置安全可靠运行，进而保证拖轮高效协助大船靠离泊作业，具有重 要应用价值。
[0004] 镇江船厂、上海三林船厂、天津新河船长等建造全回转拖轮，但全回转机桨舵装置 多是进口，拖轮主机多为日本的NIIGATA、YANMAR、DAIHATSU等，舵桨多为日本NIIGATA、德 国SCH0TTEL、芬兰ROLLS-ROYCE等。60-90年代，中国各港口拖轮的主机及旋转机大多为日 本建造，如表1所示。
[0005] 表1部分拖轮主要设备
[0006]
[0007] 对于我国已存在的旧拖轮主机及尾部舵浆一体的旋转机控制系统，由集成电路板 等组成，驾驶台操纵手柄通过自整角机或电位器实现车令的设定与发送，该信号送到集成 电路板，进行相关逻辑运算及信号处理等，通过接线端子输出控制信号对主机、旋转机进行 操纵、控制。
[0008] 上述拖轮船龄已达30多年，由于电气元件老化，屡次出现系统程序丢失、电路板 故障失灵等情况，已经影响到拖轮的正常操作和港内船舶的作业安全。另外，因其监控系统 核心是集成电路板，非模块化结构，监测、报警与控制功能为一体，具有软硬件技术落后、故 障率高、无备件、维修难度大，图纸不全、日文图纸使用不便，聘请维修专家难，上船维修费 用昂贵等难题。因此，重新开发一套新的监控系统，用于旧拖轮技术升级改造，将取得更大 的经济和社会效益。
【发明内容】
[0009] 针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种全回转机桨舵复合监控系统以及监控 方法，可有效解决上述问题。
[0010] 本发明采用的技术方案如下：
[0011] 本发明提供一种全回转机桨舵复合监控系统，包括：集控室端上位机、驾驶台端上 位机、第1控制系统、第2控制系统、左推进系统、右推进系统和驾驶操纵台；
[0012] 其中，所述集控室端上位机、所述驾驶台端上位机、所述第1控制系统、所述第2控 制系统通过网络互相连接；
[0013] 所述驾驶操纵台同时与所述第1控制系统和所述第2控制系统的输入端连接；
[0014] 另外，所述第1控制系统同时与所述左推进系统和所述右推进系统电连接；所述 第2控制系统也同时与所述左推进系统和所述右推进系统电连接。
[0015] 优选的，所述左推进系统包括：左主机、左离合器和左旋机；所述左主机通过所述 左离合器和所述左旋机连接；
[0016] 所述右推进系统包括：右主机、右离合器和右旋机；所述右主机通过所述右离合 器和所述右旋机连接。
[0017] 优选的，所述第1控制系统包括第1控制器、第1电源模块、可逆电源模块ALM、第 1电机驱动模块PM1和第2电机驱动模块PM2 ;
[0018] 所述第1电源模块分别与所述第1控制器、所述可逆电源模块ALM、所述第1电机 驱动模块和所述第2电机驱动模块电连接，用于提供24V直流电；
[0019] 所述可逆电源模块ALM的输入端串联有电抗器和滤波器，外界380-440V交流电经 电抗器和滤波器处理后，向可逆电源模块ALM供电；所述可逆电源模块ALM的输出端分别与 所述第1电机驱动模块PM1和所述第2电机驱动模块PM2连接；
[0020] 所述第1电机驱动模块PM1的输出端连接左伺服电机，所述左伺服电机连接左调 速器后，连接到所述左主机的燃油输入端，用于调节所述左主机的速度-负荷；所述第2电 机驱动模块PM2的输出端连接右伺服电机，所述右伺服电机连接右调速器后，连接到所述 右主机的燃油输入端，用于调节所述右主机的速度-负荷；
[0021] 另外，所述第1控制器的第1-1输入端口通过左信号采集模块SMC10-1与左编码 器连接，通过所述左编码器，检测左伺服电机的转角；所述第1控制器的第1-2输入端口通 过右信号采集模块SMC10-2与右编码器连接，通过所述右编码器，检测右伺服电机的转角；
[0022] 所述第1控制器的第2-1输入端口通过左磁脉冲传感器（PICK-UP)与左主机 连接，用于检测左主机的转速；所述第1控制器的第2-2输入端口通过右磁脉冲传感器 (PICK-UP)与右主机连接，用于检测右主机的转速；
[0023] 所述第1控制器的第3-1输入输出端口与左机旁监控箱双向连接，所述左机旁监 控箱用于与左主机连接；所述第1控制器的第3-2输入输出端口与右机旁监控箱双向连接， 所述右机旁监控箱用于与右主机连接；
[0024] 所述第1控制器的第4-1输入输出端口与左离合器双向连接，用于检测左离合器 的合排/脱排信号；所述第1控制器的第4-2输入输出端口与右离合器双向连接，用于检测 右离合器的合排/脱排信号；
[0025] 所述第1控制器的第5-1输入输出端口与左旋机双向连接，其输入信号为左旋机 位置反馈信号，其输出信号为舵桨旋转控制；所述第1控制器的第5-2输入输出端口与右旋 机双向连接，其输入信号为右旋机位置反馈信号，其输出信号为舵桨旋转控制。
[0026] 优选的，所述第1控制器、所述可逆电源模块ALM、所述第1电机驱动模块PM1和所 述第2电机驱动模块PM2之间相互连接。
[0027] 优选的，所述第2控制系统包括第2控制器、第2电源模块、通信模块、数字量输入 模块DI、数字量输出模块D0、模拟量输入模块AI和模拟量输出模块A0 ;
[0028] 其中，所述第2电源模块分别与所述第2控制器、所述通信模块、所述数字量输入 模块DI、所述数字量输出模块D0、所述模拟量输入模块AI和所述模拟量输出模块A0连接；
[0029] 所述第2控制器的第1-1输出端连接左伺服电机，所述左伺服电机连接左调速器 后，连接到所述左主机的燃油输入端，用于调节所述左主机的速度-负荷；所述第2控制器 的第1-2输出端连接右伺服电机，所述右伺服电机连接右调速器后，连接到所述右主机的 燃油输入端，用于调节所述右主机的速度-负荷；
[0030] 所述第2控制器的第1-1输入端口通过左编码器与左伺服电机连接，通过所述左 编码器，检测左伺服电机的转角；所述第2控制器的第1-2输入端口通过右编码器与右伺服 电机连接，通过所述右编码器，检测右伺服电机的转角；
[0031] 所述第2控制器的第2-1输入端口通过左磁脉冲传感器（PICK-UP)与左主机 连接，用于检测左主机的转速；所述第2控制器的第2-2输入端口通过右磁脉冲传感器 (PICK-UP)与右主机连接，用于检测右主机的转速；
[0032] 所述通信模块的第1端口与左机旁监控箱双向连接，所述左机旁监控箱用于与左 主机连接；所述通信模块的第2端口与右机旁监控箱双向连接，所述右机旁监控箱用于与 右主机连接；
[0033] 所述数字量输入模块DI分别与左离合器和右离合器连接，用于分别采集左离合 器和右离合器的合排/脱排信号；
[0034] 所述数字量输出模块D0分别与左离合器和右离合器连接，用于分别控制左离合 器和右离合器的嵌合/脱离状态；
[0035] 所述模拟量输入模块AI分别与左旋机和右旋机连接，用于分别采集左旋机和右 旋机的舵角信息；
[0036] 所述模拟量输出模块A0分别与左旋机和右旋机连接，用于分别控制左旋机和右 旋机的舵角值。
[0037] 优选的，所述驾驶操纵台包括：左舵浆操纵手柄、右舵浆操纵手柄和复合控制手 柄；所述复合控制手柄分别与所述左舵浆操纵手柄和所述右舵浆操纵手柄双向连接；
[0038] 另外，所述左舵浆操纵手柄和所述右舵浆操纵手柄的输出端均连接到所述第2控 制系统的模拟量输入模块AI ;
[0039] 另外，所述左舵浆操纵手柄和所述右舵浆操纵手柄的输出端还连接到所述第1控 制系统的第1控制器。
[0040] 本发明提供一种全回转机桨舵复合监控方法，包括以下步骤：
[0041] 步骤1 :搭建冗余的全回转机桨舵复合监控系统，即：使集控室端上位机、驾驶台 端上位机、第1控制系统和第2控制系统相互连接，实现信息共享；
[0042] 然后，使驾驶操纵台分别与第1控制系统和第2控制系统的输入端连接；使第1控 制系统分别与左推进系统和右推进系统连接；使第2控制系统分别与左推进系统和右推进 系统连接；
[0043] 步骤2 :集控室端上位机运行预存储的机舵浆参考模型，即：所述集控室端上位机 向机舵浆参考模型输入设定的参数值，并根据所设定的参数值，实时运行所述机舵浆参考 模型，并实时输出机舵浆理想运行值；
[0044] 同时，所述第1控制系统的前台运行闭环参数调节的反馈控制，控制对象为左主 机、右主机、左全回转舵桨和右全回转舵桨，进而实现主机转速-负荷控制、舵桨回转角控 制；
[0045] 所述第1控制系统的后台运行逻辑控制功能，控制对象为左主机、左离合器、右主 机和右离合器，包括左右主机的起动、停车、制动、限制、左右离合器的状态控制；
[0046] 所述第2控制系统的前台运行逻辑控制功能，控制对象为左主机、左离合器、右主 机和右离合器，包括左右主机的起动、停车、制动、限制、左右离合器的状态控制；
[0047] 所述第2控制系统的后台运行闭环参数调节的反馈控制，控制对象为左主机、右 主机、左全回转舵桨和右全回转舵桨，进而实现主机转速-负荷控制、舵桨回转角控制；
[0048] 在所述第1控制系统和所述第2控制系统的运行过程中，机舵浆实际运行值实时 反馈到所述集控室端上位机；所述集控室端上位机比较机舵浆实际运行值和所述机