本发明涉及海上补给技术领域，特别涉及一种海上补给系统控制装置。
背景技术：
海上补给系统是在补给船和接收船之间运送人员或补给的一种运输系统，通常将补给船和接收船之间通过索道连接，在索道上设置有滑车，滑车内设置有驱动单元，驱动单元带动滑车在两船之间的索道上来回滑动，从而实现人员或者补给的运输。
由于海上补给是在海上作业，且索道是设置在两艘航行的船舶之间，船舶在航行时，船舶会因外界因素(例如海浪、风速等)做来回往返运动，为了保持索道的张紧，通常在两艘航行的船舶之间设置有一个用于保持索道张紧的滑轮组件，该滑轮组件包括导向滑轮、作动筒、第一滑轮和第二滑轮。两个导向滑轮分别设置在发送船和接收船上；索道的一端固定在绞车的滚筒上，索道的另一端依次绕过第一滑轮、第二滑轮、位于发送船上的导向滑轮和位于接收船上的导向滑轮后固定到接收船上。索道在第一滑轮和第二滑轮之间缠绕多圈，然后通过设置在第一滑轮和第二滑轮之间的作动筒调节第一滑轮和第二滑轮之间的距离，从而保持索道的张紧。
在实现本发明的过程中，申请人发现现有技术中至少存在以下问题：
上述通过作动筒调节第一滑轮和第二滑轮之间的距离保持索道的张紧的过程中，如果对作动筒控制不当超过作动筒本身的行程范围，会导致作动筒本体损坏甚至整个补给系统崩溃，造成无法估量的重大损失。
技术实现要素：
为了解决现有技术中对作动筒控制不当超过作动筒本身的行程范围的问题，本发明实施例提供了一种海上补给系统控制装置。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种海上补给系统控制装置，适用于海上补给系统，所述海上补给系统包括两个导向滑轮、索道、第一滑轮、第二滑轮、绞车、作动筒和滑车；其中，所述两个导向滑轮分别设置在发送船和接收船上；所述第一滑轮、第二滑轮、绞车和作动筒均设置在所述发送船上；所述索道的一端固定在所述绞车的滚筒上，所述索道的另一端依次绕过所述第一滑轮、所述第二滑轮、位于所述发送船上的所述导向滑轮和位于所述接收船上的导向滑轮后固定到所述接收船上，所述索道在所述第一滑轮和所述第二滑轮之间缠绕多圈，所述作动筒设置在所述第一滑轮和所述第二滑轮之间，用于调节所述第一滑轮和所述第二滑轮之间的距离；所述装置包括：第一位移检测模块，设置在所述作动筒的内部，用于检测所述作动筒的活塞的运动，并得到第一检测信号；
第二位移检测模块，设置在所述作动筒的外部，用于检测所述作动筒的活塞的运动，并得到第二检测信号；
绞车编码器，设置在所述绞车的一侧，用于检测所述绞车的转动，并得到第三检测信号；
滑轮编码器，设置在所述导向滑轮的一侧，用于检测所述导向滑轮转动，并得到第四检测信号；
第一接近开关和第二接近开关，设置在所述作动筒的内部且对应所述作动筒的活塞的上和下极限位置设置，用于检测所述作动筒的活塞是否靠近上或下极限位置，并分别生成第五检测信号和第六检测信号；
信号处理模块，用于获取第一至第六检测信号；根据所述第一至第六检测信号确定所述作动筒的活塞是否超过上或下极限位置；当所述作动筒的活塞超过上或下极限位置时，输出报警信号和控制信号中的至少一个，所述控制信号用于控制所述海上补给系统暂停工作或切断所述海上补给系统的电源。
在本发明实施例的一种实现方式中，所述信号处理模块，用于根据所述第一检测信号和所述第二检测信号中的至少一个，确定所述作动筒的活塞的实时位置；
比较所述活塞的实时位置与所述上或下极限位置对应的预设值的大小；
根据所述活塞的实时位置与所述上或下极限位置对应的预设值的大小，确定所述作动筒的活塞是否超过上或下极限位置。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述信号处理模块，用于：
当所述作动筒的活塞的实时位置超出所述作动筒的活塞的软件上或下极限位置时，输出报警信号，同时输出控制信号以控制所述海上补给系统的绞车暂停工作；
当所述作动筒的活塞的实时位置超出所述作动筒的活塞的硬件上或下极限位置时，输出报警信号，同时输出控制信号以控制所述海上补给系统切断电源；
软件上极限位置和软件下极限位置处于硬件上极限位置和硬件下极限位置之间。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述信号处理模块还用于当所述作动筒的活塞超过正常行程范围时，输出报警信号。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述信号处理模块还用于根据第一检测信号至第四检测信号确定所述第一位移检测模块和所述第二位移检测模块是否正常工作；当所述第一位移检测模块和所述第二位移检测模块中至少一个模块正常工作时，采用所述至少一个模块的检测信号确定所述作动筒的活塞是否超过上或下极限位置；当所述第一位移检测模块和所述第二位移检测模块均故障时，输出报警信号。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述信号处理模块用于采用如下方式确定所述第一位移检测模块和所述第二位移检测模块是否故障：
当|Sn-Sw|≤Err1时，确定所述第一位移检测模块和所述第二位移检测模块均正常；
当|Sn-Sw|＞Err1，且|Sh–Sg–Snb|≤Err2，|Sh–Sg–Swb|≥Err2时，确定所述第一位移检测模块正常，所述第二位移检测模块故障；
当|Sn-Sw|＞Err1，且|Sh–Sg–Snb|≥Err2，|Sh–Sg–Swb|≤Err2时，确定所述第二位移检测模块正常，所述第一位移检测模块故障；
当|Sn-Sw|＞Err1，且|Sh–Sg–Snb|≥Err2，|Sh–Sg–Swb|≥Err2时，确定所述第一位移检测模块和所述第二位移检测模块均故障；
其中，Sn为根据所述第一检测信号确定出的所述作动筒的活塞的位移，Sw为根据所述第二检测信号确定出的所述作动筒的活塞的位移，Sh为根据所述第四检测信号确定出的索道收放长度，Sg为根据所述第三检测信号确定出的索道收放长度，Snb为根据所述第一检测信号确定出的所述活塞与平衡位置的位移，Swb为根据所述第二检测信号确定出的所述活塞与平衡位置的位移，Err1和Err2为设定误差值。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述第二位移检测模块为拉线式位移传感器，所述拉线式位移传感器包括传感器本体和拉线，所述传感器本体设置在所述作动筒的筒壁的顶部，所述拉线的一端固定在所述活塞上，所述拉线的另一端可伸缩设置在所述传感器本体上。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述第一接近开关和所述第二接近开关均为防爆型接近开关。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括信号放大模块，所述信号放大模块分别连接所述第一接近开关、所述第二接近开关和所述信号处理模块。
在本发明实施例的另一种实现方式中，所述信号处理模块为PLC模块。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例中，通过检测作动筒的活塞的运动、绞车的转动和第一滑轮转动，以及作动筒的活塞是否靠近上或下极限位置，根据上述检测生成的信号，确定作动筒的活塞是否超过上或下极限位置，并在作动筒的活塞超过上或下极限位置时，输出报警信号，和/或控制信号控制所述海上补给系统暂停工作或切断所述海上补给系统的电源，输出报警信号可以对工作人员进行提醒，控制所述海上补给系统暂停工作或切断所述海上补给系统的电源避免作动筒超过本身的行程范围，从而对作动筒进行保护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的海上补给系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的海上补给系统控制装置的结构示意图；
图3是本发明实施例的作动筒的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1是本发明实施例的海上补给系统的结构示意图，参见图1，该海上补给系统包括两个导向滑轮1、索道2、第一滑轮3、第二滑轮4、绞车5、作动筒和滑车(图1未示出)。其中，两个导向滑轮1分别设置在发送船和接收船上；第一滑轮3、第二滑轮4、绞车5和作动筒均设置在发送船上，用于保持索道2的张紧。具体地，索道2的一端固定在绞车5的滚筒上，索道2的另一端依次绕过第一滑轮3、第二滑轮4、位于发送船上的导向滑轮1和位于接收船上的导向滑轮1后固定到接收船上。
如图1所示，索道2在第一滑轮3和第二滑轮4之间缠绕多圈，然后通过设置在第一滑轮3和第二滑轮4之间的作动筒调节第一滑轮3和第二滑轮4之间的距离，从而保持索道2的张紧。
具体地，第一滑轮3为定滑轮(固定设置)，第二滑轮4为动滑轮，第二滑轮4布置在作动筒的伸缩端，通过作动筒和绞车5来控制第一滑轮3和第二滑轮4之间的距离。当发送船和接收船之间距离变大时，索道2作用在第二滑轮4上的作用力变大，从而使作动筒的活塞杆被压缩，从而减小第一滑轮3和第二滑轮4之间的距离，避免索道2过于紧绷；当发送船和接收船之间距离变小时，索道2作用在第二滑轮4上的作用力变小，作动筒的活塞自动伸出，从而增大第一滑轮3和第二滑轮4之间的距离，避免索道2过于松弛。在上述控制过程中，如果发送船和接收船之间间距变化较大时，即超过作动筒自身被动补偿的最大行程时，还可以控制绞车5收绳或者放绳，从而对索道2的张紧状态进行调整。
其中，滑车内设置有驱动单元，驱动单元带动滑车在两船之间的索道2上来回滑动。其中，绞车可以为主动补偿高架索绞车。
图2是本发明实施例的海上补给系统控制装置的框架示意图，适用于图1所示的海上补给系统，参见图2，该装置包括：
第一位移检测模块101，设置在作动筒的内部，用于检测作动筒的活塞的运动，并得到第一检测信号。
第二位移检测模块102，设置在作动筒的外部，用于检测作动筒的活塞的运动，并得到第二检测信号。
绞车编码器103，设置在绞车的一侧，用于检测绞车的转动，并得到第三检测信号。
滑轮编码器104，设置在导向滑轮的一侧，用于检测导向滑轮转动，并得到第四检测信号。
第一接近开关105和第二接近开关106，设置在作动筒的内部且对应作动筒的活塞的上和下极限位置设置，用于检测作动筒的活塞是否靠近上或下极限位置，并分别生成第五检测信号和第六检测信号。
信号处理模块107，用于获取第一至第六检测信号；根据第一至第六检测信号确定作动筒的活塞是否超过上或下极限位置；当作动筒的活塞超过上或下极限位置时，输出报警信号和控制信号中的至少一个，控制信号用于控制海上补给系统暂停工作或切断海上补给系统的电源。
本发明实施例中，通过检测作动筒的活塞的运动、绞车的转动和第一滑轮转动，以及作动筒的活塞是否靠近上或下极限位置，根据上述检测生成的信号，确定作动筒的活塞是否超过上或下极限位置，并在作动筒的活塞超过上或下极限位置时，输出报警信号，和/或控制信号控制海上补给系统暂停工作或切断海上补给系统的电源，输出报警信号可以对工作人员进行提醒，控制海上补给系统暂停工作或切断海上补给系统的电源避免作动筒超过本身的行程范围，从而对作动筒进行保护。
具体地，信号处理模块107，用于按照以下方式确定作动筒的活塞是否超过上或下极限位置：
根据第一检测信号和第二检测信号中的至少一个，确定作动筒的活塞的实时位置；比较活塞的实时位置与上或下极限位置对应的预设值的大小；根据活塞的实时位置与上或下极限位置对应的预设值的大小，确定作动筒的活塞是否超过上或下极限位置。
具体地，信号处理模块107，用于：
当作动筒的活塞的实时位置超出作动筒的活塞的软件上或下极限位置时，输出报警信号，同时输出控制信号以控制海上补给系统的绞车暂停工作。具体地，信号处理模块107通过控制绞车或者作动筒对应的比例阀的控制信号来暂停其工作。
当作动筒的活塞的实时位置超出作动筒的活塞的硬件上或下极限位置时，输出报警信号，同时输出控制信号以控制海上补给系统切断电源。
其中，软件上极限位置和软件下极限位置处于硬件上极限位置和硬件下极限位置之间。
进一步地，信号处理模块107还用于当作动筒的活塞超过正常行程范围时，输出报警信号。具体地，上述两种不同情况输出的报警信号可以不同。
具体确定时，信号处理模块107可以根据第一检测信号和/或第二检测信号，确定作动筒的活塞是否超过正常行程范围，以及确定作动筒的活塞是否超过软件上极限位置和软件下极限位置。信号处理模块107可以根据第五检测信号和第六检测信号确定作动筒的活塞是否超出作动筒的活塞的硬件上或下极限位置。
具体地，根据第一检测信号和/或第二检测信号可以确定出活塞的实时位移，比较实时位移与正常行程范围的两端点的位移值得大小，即可确定作动筒的活塞是否超过正常行程范围。采用同样的方式，可以确定出作动筒的活塞是否超过软件上极限位置和软件下极限位置。
而根据第五检测信号和第六检测信号可以直接确定出作动筒的活塞的硬件上或下极限位置，例如当第五检测信号或第六检测信号包括设定波形时，确定超过硬件上极限位置或硬件下极限位置，设定波形可以是包括上升沿、波峰和下降沿组成的脉冲波形。
进一步地，信号处理模块107还用于根据第一检测信号至第四检测信号确定第一位移检测模块101和第二位移检测模块102是否正常工作；当第一位移检测模块101和第二位移检测模块102中至少一个模块正常工作时，采用至少一个模块的检测信号确定作动筒的活塞是否超过上或下极限位置；当第一位移检测模块101和第二位移检测模块102均故障时，输出报警信号。
具体地，第一位移检测模块101和第二位移检测模块102均故障时输出的报警信号，与前述两种情况输出的报警信号不同。
当两个位移检测模块都正常时，可以选一个作为默认检测模块进行计算，也可以取两个模块检测到信号的均值进行计算。
进一步地，信号处理模块107用于采用如下方式确定第一位移检测模块101和第二位移检测模块102是否故障：
当|Sn-Sw|≤Err1时，确定第一位移检测模块101和第二位移检测模块102均正常；
当|Sn-Sw|＞Err1，且|Sh–Sg–Snb|≤Err2，|Sh–Sg–Swb|≥Err2时，确定第一位移检测模块101正常，第二位移检测模块102故障；
当|Sn-Sw|＞Err1，且|Sh–Sg–Snb|≥Err2，|Sh–Sg–Swb|≤Err2时，确定第二位移检测模块102正常，第一位移检测模块101故障；
当|Sn-Sw|＞Err1，且|Sh–Sg–Snb|≥Err2，|Sh–Sg–Swb|≥Err2时，确定第一位移检测模块101和第二位移检测模块102均故障；
其中，Sn为根据第一检测信号确定出的作动筒的活塞的位移，Sw为根据第二检测信号确定出的作动筒的活塞的位移，Sh为根据第四检测信号确定出的索道收放长度，Sg为根据第三检测信号确定出的索道收放长度，Snb为根据第一检测信号确定出的活塞与平衡位置的位移，Swb为根据第二检测信号确定出的活塞与平衡位置的位移，Err1和Err2为设定误差值。
在本发明实施例中，作动筒活塞的位移(也即前述实时位置)为Sq(具体可以包括Sn和Sw两种)，其计算值是以作动筒底部为基准。作动筒全行程为Lq，作动筒全行程的一半约定为平衡位置，距离作动筒底部位移为Sb＝Lq/2。作动筒正常工作时活塞运动的行程范围为Sb-Lq/3≤S≤Sb+Lq/3。作动筒活塞距离平衡位置的实时位移值为Sp，当活塞运动未超过正常行程范围时，以Sp作为海上补给系统的控制部分的输入信号(控制绞车等)。当活塞运动超过正常行程范围但未超过上或下极限位置时，对于绞车的控制采用Sb±Lq/3完成。
滑轮编码器104计算索道收放绳长度值为Sh，导向滑轮组件(导向滑轮、第一滑轮和第二滑轮)逆时针旋转时，Sh为正值，导向滑轮组件顺时针旋转时，Sh为负值。绞车编码器103计算索道收放长度值为Sg，绞车顺时针旋转时，Sg为正值，绞车逆时针旋转时，Sg为负值。除去滑轮效率和安装精度等实际因素影响，Sh-Sg≈Sp。
第一位移检测模块101的第一检测信号计算的作动筒活塞位移为Sn，第二位移检测模块102的第二检测信号计算的作动筒活塞位移为Sw，计算值均是以作动筒底部为基准。第一位移检测模块101测得的活塞距离平衡位置的位移值为Snb＝Sn-Sb，第二位移检测模块102测得的活塞距离平衡位置的位移值Swb＝Sw-Sb。
作动筒的软件下极限位置为Srs，作动筒的软件下极限位置为Srx，这两个数据值由人为根据实际安全保护需要进行设定。作动筒的硬件上极限位置Sys,即为第一接近位开关所在位置；作动筒的硬件下极限位置为Syx，即为第二接近位开关所在位置。上述各限位值存在以下关系：
Srs＝Sb+Lq/3+0.1；Srx＝Sb-Lq/3-0.1；Sys＝Srs+0.05；Sys＝Srx-0.05，数值单位为米。
该控制装置适用于防爆区，防爆级别高达Class 1Zone 1Group IIB T4，该装置还适用于低温区，环境温度为-40℃～60℃，工作温度为-30℃～60℃。具体地，该装置中的各传感器和接近开关均达到上述防暴级别，且各传感器和接近开关均能适用于上述温度范围。
在本发明实施例中，第一位移检测模块101是安装于作动筒的内部的用于检测活塞运动位移的绝对值编码器，绝对值编码器的输出接口为SSI型。第一位移检测模块101满足上述防爆级别和低温级别。
在本发明实施例中，第二位移检测模块102是安装在作动筒的外部的用于检测活塞运动位移的绝对值编码器，绝对值编码器的输出接口为PROFINET型RJ45网口。第二位移检测模块102可以为拉线式位移传感器，拉线式位移传感器包括传感器本体和拉线，传感器本体设置在作动筒的筒壁的顶部，拉线的一端固定在活塞上，拉线的另一端可伸缩设置在传感器本体上。活塞上下伸缩会导致拉线的伸长缩短，活塞伸缩距离与拉线伸缩距离相等。第二位移检测模块102满足上述防爆级别和低温级别。
其中，第一位移检测模块101和第二位移检测模块102中的绝对值编码器既可以一用一备，防止其中一个损坏或者信号异常导致系统无法正常工作，增加系统的安全性和可靠性，也可以两个同时工作，增加检测精度。
在本发明实施例中，绞车编码器103的输出接口为PROFINET型RJ45网口。绞车编码器103满足上述防爆级别和低温级别。
滑轮旋转编码器是指高架索钢丝绳从作动筒出绳后绕过的定滑轮轴上的旋转编码器，用于检测经过作动筒补偿后的高架索钢丝绳的伸缩量和伸缩速度。滑轮编码器输出接口为PROFINET型RJ45网口。传感器满足防爆级别，传感器满足上述低温级别。
具体地，第一接近开关105和第二接近开关106均为防爆型接近开关。上述接近开关为内置式安装，在作动筒的缸壁上开圆孔，将传感器检测探头朝向作动筒的内部装入，检测探头与作动筒活塞位移不大于1.5mm。此作动筒为高压作动筒，其内部油压高达350bar，接近开关为耐高压接近开关，耐压级别为500bar，接近开关安装时需保证密封性要求。接近开关满足上述低温级别。
具体地，防爆限位开关为本安型接近开关，需配备与之匹配的信号放大模块才能正常工作，信号处理模块识别并放大接近开关信号。即装置还包括信号放大模块108，信号放大模块108分别连接第一接近开关105、第二接近开关106和信号处理模块107。
在本发明实施例中，第一位移检测模块101、第二位移检测模块102、第一接近开关105和第二接近开关106的安装位置可以如图3所示。
在本发明实施例中，信号处理模块107为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)模块。PLC模块的型号为S7CPU 319系列产品。
进一步地，上述装置还可以供电模块，用于为上述各个模块提供电源。供电模块可以为直流24V稳压电源。
进一步地，该装置还包括信号检测模块109，用于将第一位移检测模块101的检测信号传输给信号处理模块。其中，信号检测模块109可以为SM338POS输入模块。
在本发明实施例中，各个模块之间采用连接介质连接，连接介质为各模块之间的连接电缆。
具体地，供电模块通过动力电缆与信号处理单元107连接；信号处理单元107与信号检测模块109通过背板总线连接；信号检测模块109通过对绞屏蔽控制电缆与第一位移检测模块101连接；供电模块通过两芯动力电缆与信号放大模块108连接；信号放大模块108与第一接近开关105及第二接近开关106通过两芯控制电缆连接；信号放大模块108与信号处理模块107通过两芯控制电缆连接；供电模块与第二位移检测模块102通过两芯动力电缆连接；第二位移检测模块102与信号处理模块通过网线连接。第二位移检测模块102还可以与绞车编码器103通过对绞屏蔽通信电缆连接；绞车编码器103与滑轮编码器104通过对绞屏蔽通信电缆连接。
本装置中使用的多个模块均为PROFINET接口，同时采用以太网连接的方式将这多个模块相连。当然除了采用PROFINET接口连接外，这多个模块还可以采用profibus或者canopen接口连接。该装置的组网通常为串行树形网络，如果采用profibus或者canopen接口连接，一旦网络中的一个中间节点(模块)故障，整个网络都会通信故障，故障率非常高。而本发明中采用基于PROFINET接口的以太网通信，相当于并行星型网络，任一个节点故障都不会对其他节点造成影响，极大的降低了故障率提高可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。