一种全海深绞车收放系统缆绳张力的控制方法

本发明涉及缆绳张力的控制方法，尤其涉及一种全海深绞车收放系统缆绳张力的控制方法。

背景技术：

全海深绞车应用于光电缆绳的收放、定深悬停、潜器通讯。传统的全海深绞车缆绳收放过程中，通常采用一个驱动，一个浮动的减张力绞盘结构，其抗扰动有所不足；为了克服单驱动方式的缺点，采用双绞盘双驱动的方式，全海深绞车收放装置受到的负载波动较大，导致绞车在收放过程中缆绳所受的张力在不停发生变化。这种现象容易缩短缆绳的使用寿命，并且张力的剧烈变化产生瞬间超出缆绳所能承受张力的上限值会致使缆绳发生断裂，极易造成设备损伤以及操作人员的生命安全。

因此，亟待解决上述问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种全海深绞车收放系统缆绳张力的控制方法，该控制方法可在缆绳收放系统运行中实时监视缆绳收放过程中缆绳张力大小，并且在负载端缆绳张力变化的情况下，通过调节主绞盘电机速度和副绞盘电机力矩实现缆绳张力自动调节，保护缆绳寿命最大化。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种全海深绞车收放系统缆绳张力的控制方法，包括如下步骤：

(1)缆绳收放系统的硬件布置完成，确定相应接线正确；其中缆绳收放系统包括

(2)初始化系统，保证自检状态正常；

(3)保证每一个电机处于松闸状态；

(4)收缆或放缆时，plc控制缆绳收放系统正常运行，收缆时副绞盘电机旋转方向为收缆方向，放缆时副绞盘电机旋转方向为放缆方向；plc读取主驱张力值与储缆张力值，将主驱张力值分别与主驱张力下限绝限值m1、主驱张力下限设定值m2、主驱张力上限设定值m3和主驱张力上限绝限值m4进行比较，将储缆张力值分别与储缆张力下限绝限值m5、储缆张力下限设定值m6、储缆张力上限设定值m7和储缆张力上限绝限值m8进行比较，其中m1<m2<m3<m4，m5<m6<m7<m8；

若主驱张力值在m2～m3之内且储缆张力值在m6～m7之内，plc控制主绞盘电机以当前速度运行，此时副绞盘电机无力矩输出，以随动方式运行，储缆电机以当前力矩运行；

若主驱张力值在m3～m4之内且储缆张力值在m7～m8之内，plc通过减小速度控制字控制主绞盘电机减速，调节主驱张力值；plc通过减小力矩控制字控制副绞盘电机力矩输出，调节储缆张力值；plc读取主驱张力值与储缆张力值，直至主驱张力值恢复至张力限值m2～m3范围内，储缆张力值恢复至张力限值m6～m7范围内；

若主驱张力值在m3～m4之内且储缆张力值在m5～m6之内，plc通过减小速度控制字控制主绞盘电机减速，调节主驱张力值；plc通过增大力矩控制字控制副绞盘电机力矩输出，调节储缆张力值；plc读取主驱张力值与储缆张力值，直至主驱张力值恢复至张力限值m2～m3范围内，储缆张力值恢复至张力限值m6～m7范围内；

若主驱张力值在m1～m2之内且储缆张力值在m7～m8之内，plc通过增大速度控制字控制主绞盘电机加速，调节主驱张力值；plc通过减小力矩控制字控制副绞盘电机力矩输出，调节储缆张力值；plc读取主驱张力值与储缆张力值，直至主驱张力值恢复至张力限值m2～m3范围内，储缆张力值恢复至张力限值m6～m7范围内；

若主驱张力值在m1～m2之内且储缆张力值在m5～m6之内，plc通过增大速度控制字控制主绞盘电机加速，调节主驱张力值；plc通过增大力矩控制字控制副绞盘电机力矩输出，调节储缆张力值；plc读取主驱张力值与储缆张力值，直至主驱张力值恢复至张力限值m2～m3范围内，储缆张力值恢复至张力限值m6～m7范围内；

若主驱张力值小于m1或大于m4，储缆张力值小于m5或大于m8，排缆系统停车报警。

其中，所述步骤(4)中若主驱张力值在m3～m4之内且储缆张力值在m7～m8之内，plc通过profinet总线读取主绞盘变频器速度控制字，并乘以系数n1发送到主绞盘变频器控制主绞盘电机减速，其中系数n1<1，减小主驱张力值；plc通过profinet总线读取储缆变频器中力矩控制字，并乘以系数n2发送到储缆变频器控制副绞盘电机力矩输出，其中系数n2<1，减小储缆张力值。

再者，所述步骤(4)中若主驱张力值在m3～m4之内且储缆张力值在m5～m6之内，plc通过profinet总线读取主绞盘变频器速度控制字，并乘以系数n3发送到主绞盘变频器控制主绞盘电机减速，其中系数n3<1，减小主驱张力值；plc通过profinet总线读取储缆变频器中力矩控制字，并乘以系数n4发送到储缆变频器控制副绞盘电机力矩输出，其中系数n4＞1，增大储缆张力值。

优选的，所述步骤(4)中若主驱张力值在m1～m2之内且储缆张力值在m7～m8之内，plc通过profinet总线读取主绞盘变频器速度控制字，并乘以系数n5发送到主绞盘变频器控制主绞盘电机加速，其中系数n5＞1，增大主驱张力值；plc通过profinet总线读取储缆变频器中力矩控制字，并乘以系数n6发送到储缆变频器控制副绞盘电机力矩输出，其中系数n6<1，减小储缆张力值。

进一步，所述步骤(4)中若主驱张力值在m1～m2之内且储缆张力值在m5～m6之内，plc通过profinet总线读取主绞盘变频器速度控制字，并乘以系数n7发送到主绞盘变频器控制主绞盘电机加速，其中系数n7＞1，增大主驱张力值；plc通过profinet总线读取储缆变频器中力矩控制字，并乘以系数n8发送到储缆变频器控制副绞盘电机力矩输出，其中系数n8<1，增大储缆张力值。

再者，所述步骤(4)中主驱张力值的调节时间超过设定时间限值且主驱张力值未恢复至张力限值m2～m3范围内时，排缆系统停车报警。

优选的，所述步骤(4)中储缆张力值的调节时间超过设定时间限值且储缆张力值未恢复至张力限值m6～m7范围内时，排缆系统停车报警。

进一步，所述设定时间限值为5s。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：首先本发明相对于传统的缆绳收放系统需要人工实时监视、停车进行张力调节相比，可以在缆绳收放系统运行中实时监视缆缆绳收放过程中缆绳张力大小，并且在负载端缆绳张力变化的情况下，通过调节主绞盘电机速度和副绞盘电机力矩实现缆绳张力自动调节，保护缆绳寿命最大化；其次本发明同时能够调节牵引绞车到储缆卷筒间缆绳张力的大小，能够实时调节储缆绞车力矩实现缆绳绷直不松弛，有利于储缆卷筒的整齐排缆，且不受绞盘绳槽的限制，适用于多种直径的缆绳张力调节，提高了收放系统的经济性和安全性。

附图说明

图1为本发明的系统组成示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明中控制方法的流程示意图

图4为本发明中主驱张力值范围示意图；

图5为本发明中储缆张力值范围示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明中缆绳收放系统包括plc、触摸屏、上位机、操控传感单元、储缆绞车3、牵引绞车1和收放过程中用于排缆的排缆机构2，plc通过profinet总线与储缆绞车、牵引绞车和排缆机构通信，plc通过rs422与上位机通信，操控传感单元与plc相电连接。牵引绞车1包括主绞盘6、以速度控制模式的主绞盘电机4、主绞盘变频器8、副绞盘7、以力矩控制模式的副绞盘电机5、副绞盘变频器9、主驱张力传感器10和储缆张力传感器11；排缆机构2包括以速度控制模式的丝杆电机12、排缆导轮13、排缆丝杆14和丝杆变频器15；储缆绞车3包括储缆筒17、以力矩控制模式的储缆电机16和储缆变频器18。

如图3所示，本发明一种全海深绞车收放系统缆绳张力的控制方法，包括如下步骤：

(1)缆绳收放系统的硬件布置完成，确定相应接线正确；其中缆绳收放系统包括

(2)初始化系统，保证自检状态正常；

(3)保证每一个电机处于松闸状态；

(4)收缆或放缆时，plc通过profinet总线给定主绞盘变频器、副绞盘变频器、丝杆变频器以及储缆变频器启动信号将缆绳收放系统启动；缆绳收放系统正常运行，收缆时副绞盘电机旋转方向为收缆方向，放缆时副绞盘电机旋转方向为放缆方向；plc读取主驱张力值与储缆张力值，将主驱张力值分别与主驱张力下限绝限值m1、主驱张力下限设定值m2、主驱张力上限设定值m3和主驱张力上限绝限值m4进行比较，将储缆张力值分别与储缆张力下限绝限值m5、储缆张力下限设定值m6、储缆张力上限设定值m7和储缆张力上限绝限值m8进行比较，其中m1<m2<m3<m4，m5<m6<m7<m8，如图4和图5所示；

若主驱张力值在m2～m3之内且储缆张力值在m6～m7之内，plc控制主绞盘电机以当前速度运行，此时副绞盘电机无力矩输出，以随动方式运行，储缆电机以当前力矩运行；

若主驱张力值在m3～m4之内且储缆张力值在m7～m8之内，plc通过profinet总线读取主绞盘变频器速度控制字，并乘以系数n1发送到主绞盘变频器控制主绞盘电机减速，其中系数n1<1，减小主驱张力值；plc通过profinet总线读取储缆变频器中力矩控制字，并乘以系数n2发送到储缆变频器控制副绞盘电机力矩输出，其中系数n2<1，减小储缆张力值；plc读取主驱张力值与储缆张力值，直至主驱张力值恢复至张力限值m2～m3范围内，储缆张力值恢复至张力限值m6～m7范围内；

若主驱张力值在m3～m4之内且储缆张力值在m5～m6之内，plc通过profinet总线读取主绞盘变频器速度控制字，并乘以系数n3发送到主绞盘变频器控制主绞盘电机减速，其中系数n3<1，减小主驱张力值；plc通过profinet总线读取储缆变频器中力矩控制字，并乘以系数n4发送到储缆变频器控制副绞盘电机力矩输出，其中系数n4＞1，增大储缆张力值；plc读取主驱张力值与储缆张力值，直至主驱张力值恢复至张力限值m2～m3范围内，储缆张力值恢复至张力限值m6～m7范围内；

若主驱张力值在m1～m2之内且储缆张力值在m7～m8之内，plc通过profinet总线读取主绞盘变频器速度控制字，并乘以系数n5发送到主绞盘变频器控制主绞盘电机加速，其中系数n5＞1，增大主驱张力值；plc通过profinet总线读取储缆变频器中力矩控制字，并乘以系数n6发送到储缆变频器控制副绞盘电机力矩输出，其中系数n6<1，减小储缆张力值；plc读取主驱张力值与储缆张力值，直至主驱张力值恢复至张力限值m2～m3范围内，储缆张力值恢复至张力限值m6～m7范围内；

若主驱张力值在m1～m2之内且储缆张力值在m5～m6之内，plc通过profinet总线读取主绞盘变频器速度控制字，并乘以系数n7发送到主绞盘变频器控制主绞盘电机加速，其中系数n7＞1，增大主驱张力值；plc通过profinet总线读取储缆变频器中力矩控制字，并乘以系数n8发送到储缆变频器控制副绞盘电机力矩输出，其中系数n8<1，增大储缆张力值；plc读取主驱张力值与储缆张力值，直至主驱张力值恢复至张力限值m2～m3范围内，储缆张力值恢复至张力限值m6～m7范围内；

若主驱张力值小于m1或大于m4，储缆张力值小于m5或大于m8，排缆系统停车报警；当主驱张力值的调节时间超过设定时间限值且主驱张力值未恢复至张力限值m2～m3范围内时，排缆系统停车报警；当储缆张力值的调节时间超过设定时间限值且储缆张力值未恢复至张力限值m6～m7范围内时，排缆系统停车报警。

实施例1

本发明一种全海深绞车收放系统缆绳张力的控制方法，包括如下步骤：

(1)缆绳收放系统的硬件布置完成，确定相应接线正确；其中缆绳收放系统包括

(2)初始化系统，保证自检状态正常；

(3)保证每一个电机处于松闸状态；

(4)收缆或放缆时，plc控制缆绳收放系统正常运行，收缆时副绞盘电机旋转方向为收缆方向，放缆时副绞盘电机旋转方向为放缆方向；plc读取主驱张力值与储缆张力值，将主驱张力值分别与主驱张力下限绝限值100、主驱张力下限设定值200、主驱张力上限设定值1800和主驱张力上限绝限值2000进行比较，将储缆张力值与分别与储缆张力下限绝限值70、储缆张力下限设定值100、储缆张力上限设定值700和储缆张力上限绝限值800进行比较；

若主驱张力值在200～1800之内且储缆张力值在100～700之内，plc控制主绞盘电机以当前速度运行，此时副绞盘电机无力矩输出，以随动方式运行，储缆电机以当前力矩运行；

若主驱张力值在1800～2000之内且储缆张力值在700～800之内，plc通过profinet总线读取主绞盘变频器速度控制字，并乘以系数0.8发送到主绞盘变频器控制主绞盘电机减速，减小主驱张力值；plc通过profinet总线读取储缆变频器中力矩控制字，并乘以系数0.8发送到储缆变频器控制副绞盘电机力矩输出，减小储缆张力值；plc读取主驱张力值与储缆张力值，直至主驱张力值恢复至张力限值200～1800范围内，储缆张力值恢复至张力限值100～700范围内；

若主驱张力值在1800～2000之内且储缆张力值在70～100之内，plc通过profinet总线读取主绞盘变频器速度控制字，并乘以系数0.8发送到主绞盘变频器控制主绞盘电机减速，减小主驱张力值；plc通过profinet总线读取储缆变频器中力矩控制字，并乘以系数2发送到储缆变频器控制副绞盘电机力矩输出，其中系数增大储缆张力值；plc读取主驱张力值与储缆张力值，直至主驱张力值恢复至张力限值200～1800范围内，储缆张力值恢复至张力限值100～700范围内；

若主驱张力值在100～200之内且储缆张力值在700～800之内，plc通过profinet总线读取主绞盘变频器速度控制字，并乘以系数2发送到主绞盘变频器控制主绞盘电机加速，增大主驱张力值；plc通过profinet总线读取储缆变频器中力矩控制字，并乘以系数0.8发送到储缆变频器控制副绞盘电机力矩输出，减小储缆张力值；plc读取主驱张力值与储缆张力值，直至主驱张力值恢复至张力限值200～1800范围内，储缆张力值恢复至张力限值100～700范围内；

若主驱张力值在100～200之内且储缆张力值在70～100之内，plc通过profinet总线读取主绞盘变频器速度控制字，并乘以系数2发送到主绞盘变频器控制主绞盘电机加速，增大主驱张力值；plc通过profinet总线读取储缆变频器中力矩控制字，并乘以系数2发送到储缆变频器控制副绞盘电机力矩输出，增大储缆张力值；plc读取主驱张力值与储缆张力值，直至主驱张力值恢复至张力限值200～1800范围内，储缆张力值恢复至张力限值100～700范围内；

若主驱张力值小于100或大于2000，储缆张力值小于70或大于800，排缆系统停车报警；当主驱张力值的调节时间超过设定时间限值且主驱张力值未恢复至张力限值200～1800范围内时，排缆系统停车报警；当储缆张力值的调节时间超过设定时间限值且储缆张力值未恢复至张力限值100～700范围内时，排缆系统停车报警；其中设定时间限值为5s。

本发明相对于传统的缆绳收放系统需要人工实时监视、停车进行张力调节相比，可以在缆绳收放系统运行中实时监视缆缆绳收放过程中缆绳张力大小，并且在负载端缆绳张力变化的情况下，通过调节主绞盘电机速度和副绞盘电机力矩实现缆绳张力自动调节，保护缆绳寿命最大化；其次本发明同时能够调节牵引绞车到储缆卷筒间缆绳张力的大小，能够实时调节储缆绞车力矩实现缆绳绷直不松弛，有利于储缆卷筒的整齐排缆，且不受绞盘绳槽的限制，适用于多种直径的缆绳张力调节，提高了收放系统的经济性和安全性。