海洋船载交流变频绞车试验台的制作方法

本实用新型涉及海洋船载绞车实验仪器，特别涉及一种用于模拟海洋船载绞车升沉运动工况的主动升沉补偿试验台。

背景技术：

随着社会发展，人类对资源需求量逐渐增大，而人口数量的增长、陆地资源的匮乏、人类环保意识的增加促使人类不得不将资源开采的方向迈向海洋，海洋绞车是勘测与开发海洋资源的重要收放装备。

由于海上作业环境恶劣，海风海浪以及雨雪天气会造成船体升沉运动，这不仅影响了绞车吊放的速度和精准性，还会在结构上增加动负荷，增加作业的危险性，严重时还会导致绳索断裂，机器烧毁甚至人员伤亡。通过主动升沉补偿系统来抵消因海浪作用引起的升沉运动具有非常重要的意义。海洋绞车的主动升沉补偿系统作为一种复杂而先进的系统，需要对其功能进行试验，因此搭建海洋绞车试验台，是完善海洋绞车功能，检测海洋绞车性能必不可少的步骤。

通过分析海洋绞车主动升沉运动，其实质是海浪引起母船上下运动的跟踪控制，因此首先对海洋船载试验台中的升沉信号产生方式进行确定，升沉信号产生方式主要有下面三种。

1、运用液压系统产生，其结构是在绞车机座下增加液压系统，通过液压阀的控制驱动三个液压缸产生海浪升沉运动，在机座上面安装加速度传感器，加速度传感器输出信号至PLC，然后进行控制。其特征是加速度精确，但结构复杂，成本高。

2、人直接拿着或采用结构实现加速度传感器的上下运动来模拟升沉运动，加速度传感器输出信号至PLC，然后进行控制。其特征是加速度不是很精确，成本较高。

3、上面两种模拟升沉运动方法的实质是先产生运动，然后通过加速度传感器将其加速度转化一个模拟量送至PLC，再进行处理控制，因此，可以直接在工控机采用软件仿真的形式（设置运动波形函数、手动拖动等）产生这一模拟量，然后进行控制。其特征是不需要液压系统、加速度传感器，没有附加的硬成本。

现有的试验台按照驱动方式主要以液压驱动与电驱动为主，液压驱动试验台具有结构紧凑、驱动力矩大、起动平稳、调速方便、使用安全可靠等优点，但控制系统相对落后、耗能大、工作范围窄等缺陷，例如英国 Macratney公司在塔式配重试验台基础上配备液压驱动油缸，通过塔式配重试验台实现升沉补偿性能测试和绞车承载能力测试用液压驱动油缸对缆绳、滑轮以及绞车性能进行承载能力测试。然而，Macartney公司搭建的试验台目前实现的测试功能主要还是海洋绞车主动升沉补偿能力测试、绞车以及关键部件滑轮、缆绳的承载能力测试，对绞车提升速度以及整机传动效率的性能测试还无法实现。而电驱动试验台采用电动机对卷筒和丝杠进行驱动，实现负载试验。该驱动方式的试验平台安全性能可靠、结构比较紧凑、体积较小，质量较轻，运动速度比较均匀，并且可以使用工控软件实现对试验平台的各项性能的远程控制，随着交流变频调速技术的发展，电驱动绞车是现在绞车发展的一个趋势。

技术实现要素：

根据现有试验台技术上的优点，克服其缺陷，本实用新型提供了一种结构简单、能够通过软件仿真形式产生升沉运动信号，模拟出海洋工况，完成主动升沉补偿试验的海洋船载交流变频试验台。

本实用新型公开了一种海洋船载交流变频绞车试验台，它包括电控柜、操纵台、机械部分；所述电控柜包括变频器组、辅助元件；所述操纵台包括伺服驱动器、PLC控制器、辅助元件、上位机，所述PLC控制器分别与伺服驱动器、变频器、上位机相连；所述机械部分包括卷筒编码器、卷筒、太阳齿轮、行星齿轮组、交流变频电机组，丝杠编码器、单向丝杠、导杆、导缆轮、左行程开关、右行程开关、交流伺服电机，所述卷筒编码器固定在卷筒左端上，卷筒右端装配太阳齿轮，太阳齿轮与行星齿轮组相连，行星齿轮组连接交流变频电机组，交流变频电机组接入电控柜与变频器相连，所述丝杠编码器固定在单向丝杠的左端，单向丝杠右端与伺服电机相连，伺服电机接入操纵台与伺服驱动器相连。

上述海洋船载交流变频绞车试验台中，所述交流变频电机组由4台交流变频电机组成。

上述海洋船载交流变频绞车试验台中，所述行星齿轮组由4个行星齿轮组成，4个行星齿轮与交流变频电机组中4台交流变频电机一一对应相连。

上述海洋船载交流变频绞车试验台中，所述变频器组包括变频器A、变频器B，变频器A为主变频器，变频器B为从变频器，主变频器A采集外部信号，通过通讯网络将控制字、转速给定、转矩给定值广播给变频器B，每台变频器拖动2台交流变频电机。

上述海洋船载交流变频绞车试验台中，所述卷筒编码器与丝杠编码器采集卷筒与丝杠的转速，输出端与PLC控制器相连。

上述海洋船载交流变频绞车试验台中，所述辅助元件包括断路器，继电器，交流接触器。

上述海洋船载交流变频绞车试验台中，所述左右行程开关与伺服驱动器相连。

上述海洋船载交流变频绞车试验台中，所述上位机人机界面与参数监控界面采用iFIX软件进行开发。

本实用新型的有益效果在于。

本实用新型结构简单，其整体结构由电控柜、操纵台、机械部分组成，试验平台搭建方便，费用低廉，实现了模块化安装；本实用新型分析变频器主从控制方法，通过2台变频器搭载4台交流变频电机，实现4台电机同步运动，满足了绞车运动的功率需求，在恶劣的海洋环境中，如果某台交流变频电机出现故障，其它电机仍能保障海洋绞车正常运行；本实用新型采用PLC为主控制器，不仅实现海洋绞车正常启停控制实验和自动排缆实验，还通过软件仿真的形式仿真出升沉信号，模拟出海洋工况，完成绞车的主动升沉补偿运动的试验。

附图说明

图1为本实验新型总体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实验新型进行进一步的描述。

如图1所示本实验新型包括电控柜1、操纵台2、机械部分3；所述电控柜1由变频器组10、辅助元件13组成，所述变频器组10包括变频器A12、变频器B11，变频器A12为主变频器，变频器B11为从变频器；所述操纵台2由伺服驱动器21、PLC控制器22、辅助元件24、上位机25组成，所述PLC控制器22分别与伺服驱动器21、变频器A12、上位机25相连，所述辅助元件13和辅助元件24包括断路器、继电器、交流接触器；所述机械部分3包括卷筒编码器4、卷筒6、太阳齿轮7、行星齿轮组8、交流变频电机组9，丝杠编码器14、单向丝杠17、导杆16、导缆轮18、左行程开关14、右行程开关19、交流伺服电机20，所述行星齿轮组8由4个行星齿轮组成，所述交流变频电机组9由4台变频电机组成，所述左行程开关15、右行程开关19与伺服驱动器21相连。

所述卷筒编码器4固定在卷筒6主轴左端，卷筒6主轴右端装配太阳齿轮7，太阳齿轮7与行星齿轮组8相连，行星齿轮组8中的4个行星齿轮与交流变频电机组9中的4台交流变频电机一一对应相连，交流变频电机9接入电控柜1与变频器组10相连，1台变频器拖动2台变频电机；所述丝杠编码器14固定在单向丝杠17的左端，单向丝杠17右端与伺服电机20相连，伺服电机20接入操纵台2与伺服驱动器21相连；所述卷筒编码器4与丝杠编码器14分别采集卷筒6、单向丝杠7的转速，输出端与PLC控制器相连；所述上位机25人机界面与参数监控软件采用iFIX软件进行开发。

所述所述缆绳5缠绕在卷筒6上，自由端穿过导缆轮18连接重物23，PLC控制器22控制主变频器A12，主变频器A12通过通讯网络将控制字、转速给定、转矩给定值广播给变频器B11，每台变频器控制两台交流变频电机，实现交流变频电机组9运动，在行星齿轮组8和太阳齿轮7的作用下驱动卷筒6，从而完成缆绳与重物吊放试验，同时PLC控制器22对伺服驱动器21进行控制，实现伺服电机20运动，从而驱动丝杠17转动，导缆轮18随之运动，通过左行程开关15、右行程开关19实现往返限位运动，完成自动排缆功能，通过软件仿真出升沉信号，模拟出海洋工况，完成试验台的主动升沉补偿运动试验。