用于操作起锚绞车的方法及起锚绞车与流程

本发明涉及一种用于操作起锚绞车的方法以及一种起锚绞车。

背景技术：

起锚绞车可以用于将船舶的锚降低至水体的底部以及将船舶的锚从水体的底部升高。该船舶可以是例如轮船、划艇或通常设计成用于水路运输的船。水体的示例包括大海、海洋、湖泊、河流、海峡、运河或上述的任何部分。

起锚绞车可以包括绞车卷筒，绞车卷筒能够围绕其旋转轴线旋转并且可以用于卷绕可卷绕的中间物以升高或降低连接至可卷绕的中间物的端部的锚。可卷绕的中间物可以包括例如缆绳、绳索、金属线或链条。起锚绞车还可以包括构造成在可卷绕的中间物的卷绕或解绕期间将绞车卷筒围绕自身旋转轴线进行旋转的电机。因此，通过适当地驱动对绞车卷筒进行驱动的电机可以控制可卷绕的中间物的卷绕或解绕并以此控制锚的升高及降低。

当以可能的全速从水体的底部将船舶的锚升高或提升至水体的水面上方时，存在锚脱离水体的时刻，即升高超过水面。在该时刻期间或在该时刻之后不久，可取的是在锚接近船舶时至少降低锚的速度或者甚至停止锚，以便锚能以可控的方式抵达船舶。锚抵达船舶的最终靠近及停止可以在锚的减速或停止之后手动或自动地执行。因此，为了能够在锚脱离水体时或在锚脱离水体之后进行锚的减速或停止，应以某种方式检测到锚脱离水体的时刻。

一种可能的解决方案是使用与绞车卷筒相连接的传感器以连续地确定可卷绕的中间物卷绕脱离的量，并且以该方式确定锚脱离水体并靠近船舶的时刻。

与使用这种传感器相关的问题是：在例如恶劣环境条件的海洋应用或相似的环境中会造成传感器可靠性操作的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种方法以及实施该方法的装置，以便解决或至少减轻上述的问题。本发明的目的是通过具有在独立权利要求中所阐述的特征的方法及绞车而实现。在从属权利要求中描述了本发明优选的实施方式。

本发明基于在锚的升高期间监测驱动起锚绞车的电机的扭矩的想法，以及基于在监测期间根据所检测的扭矩的变化以判断锚已经升高至水面上方的想法。

本发明的优点是，在不使用例如接近开关或传感器的任何附加的外部元件的情况下，本发明能够检测两个端部位置中的一个端部位置的接近。这提高了绞车操作的可靠性。

附图说明

在下文中，将参照附图结合优选的实施方式更加详细地描述本发明，在图中：

图1示出了根据实施方式的绞车的图；以及

图2示出了根据实施方式的电机扭矩曲线的图。

具体实施方式

图1示出了根据实施方式的船舶100的起锚绞车的简化图。该图仅示出用于理解各种实施方式的必要的部件。船舶100可以是例如轮船、划艇、木筏或通常设计成用于水路运输的船。示例性绞车包括用于卷绕可卷绕的中间物10的绞车卷筒20，该绞车卷筒20可以围绕旋转轴线21进行旋转。可卷绕的中间物10可以包括例如缆绳、绳索、金属线或链条，或上述的组合。可卷绕的中间物10具有连接至可卷绕的中间物10的端部的锚11。术语锚通常涉及能够用来将船舶连接至水体的底部300，即床部的设备，水体是例如大海、海洋、湖泊、河流、海峡或运河等。通过由绞车卷筒20卷绕可卷绕的中间物10，锚11能够根据卷绕的方向而升高或降低。在图1的示例中，绞车还包括绞车驱动器，在该示例中，电动驱动器包括能够使绞车卷筒20旋转的电机30。因此，在卷绕或解绕可卷绕的中间物10期间，电机30构造成使绞车卷筒20围绕自身的旋转轴线21旋转。驱动绞车卷筒20的电机30能够是任何类型的，例如异步交流电机、感应电机、同步交流电机或直流电机。应当注意的是，本文中描述的实施实施方式不限于例如采用任何特定基本频率或任何特定电平的系统。在图1的示例中，电机30是感应电机，并且电驱动器还包括用于从直流电源50中给电机30供电的逆变器40。逆变器是用于例如控制电机的设备。例如，可以通过逆变器40可靠地实施对电机30的控制，使得电机30精确地执行期望的速度或扭矩的指令。电驱动器能够替代地包括例如从交流电源中供电的变频器以控制电机30。示例性实施方式还包括电驱动器的单独的控制单元41，单独的控制单元41可以用于控制逆变器40并因此控制电机30以操作绞车。控制单元41还可以是例如逆变器40或一些其它单元的一部分。控制单元41可以包括以有线或无线的方式连接至控制单元41的适合的i/o(输入-输出)装置，例如，键盘及显示单元或其他单独的终端单元。因此，系统的操作者或使用者能够通过该i/o装置操作绞车。

根据实施方式，当船舶100的锚11将要从水体的底部300升高至水体的水面200上方时，能够如下地操作绞车。通过由电机30驱动绞车卷筒20以卷绕可卷绕的中间物10，将锚11从水体的底部300升高至所述水体的水面200上方，并且在锚11的所述升高期间，监测由电机30产生的扭矩或指示所述扭矩的量。这一指示电机30产生的扭矩的量可以是例如供应至电机30的电流或电功率。例如，可以由电驱动器的控制单元41和/或逆变器40、或者一些另外的可能的单独的装置或系统来执行对由电机30产生的扭矩或指示由电机30产生的扭矩的量的监控。对由电机30产生的扭矩或指示由电机30产生的扭矩的量的监控可以包括适当的滤波以过滤掉扭矩中的可能波动。首先，在将锚从水体的底部300升高至所述水体的水面200上方的期间，检测由电机30产生的扭矩的第一次增大，该第一次增大具有高于第一预定扭矩阈值的值。其次，在将锚从水体的底部300升高至所述水体的水面200上方的期间以及在检测到第一次增大之后，检测由电机30产生的扭矩的减小，该减小持续至少预定时间阈值并且在该减小期间由电机产生的扭矩的减小速率在预定范围内。第三，在将锚从水体的底部300升高至所述水体的水面200上方的期间以及在检测到减小之后，检测由电机30产生的扭矩的第二次增大，该第二次增大具有高于第二预定扭矩阈值的值。最后，响应于对第二次增大的检测，能够判断锚11已经升高至所述水体的水面200上方。因此，基于在锚11的升高期间监控对起锚绞车进行驱动的电机30的扭矩能够判断锚11升高到所述水体的水面200的上方。

根据实施方式，响应于对锚已经升高至所述水体的水面200上方的判断，锚11的升高能够停止，或者锚11升高的速度能够降低并且能够以所降低的速度继续升高锚。例如，锚11升高的速度最初可以是由锚绞车提供的最大速度或接近最大速度，并且在已经判断锚已经升高至所述水体的水面200上方之后，该速度可以降低至初始速度的一部分，或者可以完全停止锚11的升高。以这种方式，能够以可控的方式实现将锚升高进入船舶100或升高至船舶100附近，以及能够在不需要手动控制绞车的情况下由绞车自动地执行将锚升高进入船舶100或升高至船舶100附近的操作。根据实施方式，在判断锚已经升高至所述水体的水面200上方之后，基本上能够立即降低锚11升高的速度或停止锚的升高。替代地，根据实施方式，在判断锚已经升高至所述水体的水面200上方之后的预定延迟之后，能够降低锚11升高的速度或停止锚的升高。例如，基于在停止锚11的升高之前或者降低锚11升高的速度之前锚11在所述水体的水面200上方要被提升多高可以确定预定的延迟。这可以取决于例如所讨论的船舶100的高度。

图2示出了根据实施方式的电机扭矩曲线的示例性图表。应当注意的是，在图2中所示的扭矩曲线仅是示例，并且实际的扭矩曲线将取决于所讨论的系统的特征，例如可卷绕的中间物10的重量、锚11的重量、水的深度、水的盐度等。图2的图表的竖直轴线示出了由电机30产生的扭矩t，以及水平轴线示出了将锚11从水体的底部300升高至所述水体的水面200上方的时间t。如果锚11升高的速度基本上保持恒定，则水平轴线还反比例地对应于已经从绞车卷筒20卷绕脱离的可卷绕的中间物的长度，即绞车卷筒20和锚11之间的可卷绕的中间物的长度，以便当沿着轴线向右移动时该长度变短。通过由电机30驱动绞车卷筒20以卷绕可卷绕的中间物10，在时间t0开始将锚11从水体的底部300升高至所述水体的水面200的上方。在图2的示例中，在绞车卷筒20及位于水体的底部300的锚11之间的可卷绕的中间物最开始是松弛的，并且因此，由电机30产生的扭矩t在时间t1之前基本上保持恒定，如前面所述，仅卷绕松弛的可卷绕的中间物10。在时间t1，因为从水体的底部300抬起锚11，由电机30产生的扭矩t开始增大。在时间t2，对应于锚从水体的底部300完全提升的时刻，由电机30产生的扭矩t的增大停止。在时间点t1和t2之间的增大1是待检测的由电机30产生的扭矩的第一次增大。因此，第一预定扭矩阈值的值能够基于将锚11从水体的底部300抬起所引起的扭矩t的增大，即，时间点t1及t2之间的扭矩t的差。当确定第一预定扭矩阈值的值时，可以将可能的误差容限纳入考虑。例如，由于测量不准确性及风或波浪引起的船舶100的可能移动可以引起这种误差。在时间点t2之后，当锚11悬挂在水体的底部300及水体的水面200之间的水中时，由于可卷绕的中间物10的卷绕，可卷绕的中间物10的长度及其重量变小，电机30产生的扭矩t开始减小。在时间t3，对应于锚11到达水体水面200的时刻，由电机30产生的扭矩t的减小停止。在时间点t2和t3之间的减小2是在检测到第一次增大1之后待检测的由电机30产生的扭矩的减小。用于扭矩减小的预定时间阈值以及用于扭矩减小速率的预定范围能够基于曲线中的时间点t2和t3之间的减小2。例如，用于扭矩t的减小2的时间阈值优选地设定成长到足以将扭矩的减小与扭矩的随机波动进行区分，但该时间阈值短于时间点t2及t3之间的时间。以相似的方式，扭矩t的减小率的预定范围应当优选地设置成：使得扭矩t的减小率近似对应于由可卷绕的中间物10的缩短引起的扭矩t的减小率。再一次，可以将可能的误差容限纳入考虑。在时间点t3之后，由于锚11从水中升高至空气中以及由水施加在锚11上的向上的浮力逐渐丧失，由电机30产生的扭矩t开始再次增大。在时间t4，对应于锚11完全升高至水体的水面200上方的时刻，由电机30产生的扭矩t停止增大。在时间点t3和t4之间的该增大3是待检测的由电机30产生的扭矩的第二次增大。因此，第二预定扭矩阈值的值能够基于由锚11从水体中升高所引起的扭矩t的增大，即时间点t3和t4之间的扭矩t的差。再一次，在确定第二预定扭矩阈值的值时，可以将可能的误差容限纳入考虑。然后，响应于对第二次增大3的检测，能够判断锚11已经升高至所述水体的水面200上方。

第一预定扭矩阈值、第二预定扭矩阈值、预定时间阈值以及用于由电机30产生的扭矩的减小的预定范围可以通过基于本文所述的实施方式所使用系统的系统特性的计算或模拟来确定。替代地，在真实的锚提升情况下，通过使用起锚绞车系统例如以手动方式运行一个或多个测试循环，并且通过同时地观察在锚11从水体的底部300升高至所述水体的水面200上方期间的不同点由电机30产生的扭矩t的变化，使对所需的值的确定成为可能。因此，电驱动器可以具有合适的功能，以基于一个或多个该测试运行而确定或习得例如第一预定扭矩阈值、第二预定扭矩阈值、预定时间阈值以及用于扭矩的减小的预定范围的适当的值。起锚绞车系统的这种教示可以首先结合例如起锚绞车系统的调试来执行，并且如果必要可以例如由于系统特性的变化重复起锚绞车系统的调试。

实施根据上述实施方式中的任一实施方式或其组合的各种测量及控制功能的装置，可以被实施为一个单元或被实施为构造成实施各种实施方式的功能的两个或更多个单独的单元。在此，术语“单元”通常指物理或逻辑实体，例如物理设备或物理设备的一部分或软件程序。这些单元中的一个或多个单元，例如控制单元41，可以设置在电驱动器或电驱动器的部件——例如逆变器40——中。

例如，通过例如提供有适合的软件的一个或更多个计算机或相应的数字信号处理(dsp)设备，可以至少部分地实施根据实施方式中的任一实施方式的例如控制单元41的设备。该计算机或数字信号处理设备优选地包括至少一个提供用于算术运算的存储区域的工作存储器(ram)及诸如通用数字信号处理器的中央处理单元(cpu)。cpu可以包括一组暂存器、算数逻辑单元及cpu控制单元。cpu控制单元由从ram传递至cpu的一系列的程序指令进行控制。cpu控制单元可以包括用于基本操作的多个微指令。微指令的实施可以根据cpu设计而变化。程序指令可以由编程语言进行编码，编程语言可以是例如c语言，java等的高级编程语言，或例如机器语言或汇编语言的低级编程语言。计算机还可以具有为写有程序指令的计算机程序提供系统服务的操作系统。实施本发明或其一部分的计算机或其它装置还可以包括用于接收例如测量数据和/或控制数据的合适的输入装置，以及用于输出例如控制数据的输出装置。使用特定的一个或多个集成电路或者离散的电气部件及设备而实现根据实施方式中的任一实施方式的功能也是可能的。

根据实施方式中的任一实施方式或其任何组合的发明能够在例如电驱动器或诸如逆变器或频率转换器的电驱动器部件，或类似的设备的现有系统元件中实施，或者通过以集中或分散的方式使用单独的专用元件或设备而实现。用于例如逆变器和变频器的电驱动器的现有设备通常包括能够在根据本发明的实施方式的功能中使用的处理器和存储器。因此，例如在现有设备中用于实施本发明的实施方式所需的所有修改和构型可以作为软件程序来执行，该软件程序可以添加的或更新的软件程序进行实施。如果通过软件实施本发明的功能，则该软件可以被提供为包括计算机程序代码的计算机程序产品，当在计算机上运行该计算机程序代码时使计算机或相应的装置执行根据本发明的上述的功能。该计算机程序代码可以存储或通常呈现在计算机可读介质上、例如，诸如闪速存储器或盘式存储器的适合的存储器上，从计算机可读介质中将计算机程序代码可加载至执行程序代码的一个或多个单元。另外，实施本发明的该计算机程序代码可以例如经由适合的数据网络被加载至执行计算机程序代码的一个或多个单元，并且该计算机程序代码可以替换或更新可能存在的程序代码。

对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，能够以各种方式实现本发明的基本思想。因此，本发明及其实施例不限于上述示例，还能够在权利要求的范围内变化。