专利名称：一种应用变频器进行船体准确定位和缆绳张力调整系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种变频器应用系统，尤其涉及一种应用变频器进行船体 准确定位和缆绳张力调整系统。
背景技术：
绞吸式挖泥船是目前在疏滩工程中运用较广泛的一种船舶，它通过绞车驱 动船体，带动吸水管前端围绕吸水管装设旋转绞刀装置，将河底泥沙进行切割 和搅动，再经吸泥管将绞起的泥沙物料，输送到泥沙物料堆积场，它是一种效 率高、成本较低的挖泥船，是良好的水下挖掘机械。以往驱动绞车的控制系统 采取液压控制系统，液压系统一般包括，过滤器、齿轮液压泵、阀、液压马达 等液压系统管路复杂，船体空间有限，且结构复杂，给维修带来很大的弊端。 而且海面气候瞬息万变，潮流也随着变化，潮流的阻力也跟着变化。以往液压 系统针对这种潮流阻力的变化，在挖泥过程中，不能方便的实时调节可变的缆 绳恒张力。 发明内容
本实用新型针对以上问题的提出，研制了一种能够实现船体稳定移动，张 力可调等功能齐全的船用绞车变频控制系统。本实用新型的技术解决方案是这 样实现的
一种应用变频器进行船体准确定位和缆绳张力调整系统，其特征在于包括 PLC疏浚控制单元、信号转换/控制单元、变频器和绞车电机；所述PLC疏浚控 制单元通过硬线和RS485总线与信号转换/控制单元进行数据信息交换；所述信 号转换/控制单元接受PLC疏浚控制单元的变频器的控制指令，处理后通过 MODBUS网络传送到各变频器内，以驱动绞车电机运行；所述信号转换/控制单元 通过M0DBUS网络实时读取变频器的工作状态信息进行信号处理后通过RS485总 线和硬线反馈给PLC疏浚控制单元；另外，在所述绞车电机上设有的光电编码 器产生的差分信号经信号转换/控制单元转换成脉冲信号后传送到PLC疏浚控制 单元内，所述光电编码器产生的RS422差分转速信号还返回到变频器内。
所述信号转换/控制单元包括主控单元、模拟量输入AI单元、数字量输入DI单元、模拟量输出AO单元、数字量输出DO单元、系统斩波控制单元和脉 冲转换单元；所述主控单元，通过MODBUS协议与变频器之间传送数据，其数据 再以CAN通信协议传输给数字量输出DO单元，数字量输出DO单元再通过RS485 协议改为硬线将信息传送给PLC疏浚控制单元；所述模拟量输入AI单元将接受 的转速/转矩模拟量通过CAN协议传输给主控单元，主控单元实时接受变频器的 数据，通过CAN通信协议传给模拟量输出A0单元的同时，以RS485协议将信号 传输给PLC疏浚控制单元，模拟量输出AO单元再以硬线的方式将转速、转矩等 信号传给疏浚控制系统；采取了硬线加RS485信息冗余的方式，供PLC疏浚控 制系统用；数字量输入DI单元将接收到的变频系统的各故障信号CAN协议传给 主控单元，主控单元经计算和逻辑判断后通过RS485协议传送给PLC疏浚控制 单元。
由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的应用变频器进行船体准确定 位和缆绳张力调整系统是针对这种船体结构复杂，维修量大，和缆绳张力不可 实时调节的液压控制系统，而提出用变频器驱动电机，驱动绞车进行挖泥的系 统。变频控制系统具有维修简单，而且可以在针对潮流阻力的变化，在挖泥过 程中，实时的调节缆绳的恒张力，可确保了船体的稳定移动和挖泥的准确定位， 尤其是在船体左右移动，通过调节电机的转矩，来调节缆绳的张力，实现船体 稳定移动。
本实用新型只有2幅附图
图1为本实用新型所述变频器控制系统的结构示意图2为本实用新型所述的信号转换/控制单元电子箱的结构示意图。
图中1、 PLC疏浚控制单元，2、信号转换/控制单元，3、变频器，4、绞
车电机。
具体实施方式
结合图1对本实用新型所述的应用变频器进行船体准确定位和缆绳张力调 整系统；由PLC疏浚控制单元1、信号转换/控制单元2、变频器3和绞车电机4; 本实施例中变频器3采用ATV71系列变频器、绞车电机4采用带速度传感器的 绞车电机；其中PLC疏浚控制单元1通过RS485总线和数字量硬线发出和接受 的指令信号(即疏浚控制台发出的收/放缆信号、转速/转矩切换信号、变频系 统运行状态反馈信号和转速、转矩模拟量信号等信号)传送到信号转换/控制单元2中，经信号转换/控制单元2处理后通过M0DBUS网络传送到各变频器3内， 以驱动绞车电机4运行，变频器的控制方式采取的是双闭环矢量控制系统，其 特征在于充分利用转矩内环，转速外环来实现船体在挖泥过程中以给定速度平 稳的移动。并且可通过调节给定转矩值，调节缆绳的恒张力来适应潮流的变化。 信号转换/控制单元2通过M0DBUS网络实时读取变频器3的工作状态信息如各 绞车收、放缆状态信号、电机转速、转矩状态信号以及变频系统工作状态信号 等进行信号处理后通过RS485总线反馈给PLC疏浚控制单元1，并且在疏浚控制 台上的转速、转矩和电流等必要仪表上进行显示；另外，通过绞车电机4上设 置的光电编码器产生的差分信号经信号转换/控制单元2成脉冲信号后传送到 PLC疏浚控制单元1内，光电编码器产生的RS422差分转速信号还返回到变频器 3内，供变频器构成速度外环。
所述信号转换/控制单元包括主控单元、模拟量输入AI单元、数字量输 入DI单元、模拟量输出A0单元、数字量输出D0单元、系统斩波控制单元和脉 冲转换单元；所述主控单元，通过MODBUS协议与变频器之间传送数据，其数据 再以CAN通信协议传输给数字量输出DO单元，数字量输出DO单元再通过为硬 线将信息传送给PLC疏浚控制单元；所述模拟量输入AI单元将接受的转速/转 矩模拟量通过CAN协议传输给主控单元，主控单元实时接受变频器的数据，并 计算出转速、转矩的结果并通过CAN通信协议传给模拟量输出AO单元，模拟量 输出AO单元再以硬线将信号传输给PLC疏浚控制单元；数字量输入DI单元将 接收到的变频系统的各故障信号通过C認通信协议传送给主控单元供故障判断 用。
如图2所示信号转换/控制单元电子箱的结构示意图，其中P101为主控单元， 通过MODBUS协议与变频器之间传送数据，其数据再以CAN通信协议分别传输给数 字量输出D0单元(P103、 P104、 P105)。数字量输出DO单元再通过硬线将信息传 送给PLC疏浚控制单元。P102为模拟量输入AI单元，它接收疏浚控制台的转速Z 转矩模拟量，通过CAN协议传输给主控单元，主控单元实时接受变频器的数据， 计算出实际输出的转速/转矩模拟量，通过CAN通信协议传给模拟量输出A0单元 (P109 PllO)，并将转速、转矩信息通过RS485传输给PLC疏浚控制系统。模拟 量输出AO单元再以硬线将信号传输给PLC疏浚控制单元。P107、 P108、 P109为数 字量输入DI单元，它以硬件方式接受变频系统的各故障信号，再通过CAN通信协 议传送给主控单元，供主控单元判断故障用。P201、 P202为系统斩波控制单元，此变频系统的变频器采用直流母线的方式连接，当直流母线电压超过640V时， 斩波单元工作。将能量消耗在制动电阻上。P205为脉冲转换单元，它接受绞车 速度编码器的+Z - Z差分信号，通过MAX485芯片转换为脉冲信号，传送给PLC疏 浚控制单元。P206为电液刹车控制单元，它控制6个绞车的电液刹车信号。P207 为应急电机控制单元，桥架绞车配有一个22kW电机作为应急电机。应急电机的 控制逻辑和操作电源都与整个绞车变频控制系统独立、互不相关。在主工作电 源系统出现故障，或者在绞车变频控制系统出现故障的情况下，桥架绞车电机 不能够正常工作，此时，可以启用对应急电机的控制。P208、 P209预留备用单 元位。P110电源单元，输入220V交流，输出DC24V和DC15V。
如上述介绍疏浚控制台可通过电位器调节给定转矩的大小，使变频器工作 在转矩给定工作模式来调节实际绞车所带缆绳的张力，而工作在速度给定模式 的电机，能发出远大于转矩给定模式变频器的发出的转矩，由于变频器可以工 作在转矩给定工作模式，使得船体实际以给定速度平稳移动。
本方案仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并 不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根 据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实 用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种应用变频器进行船体准确定位和缆绳张力调整系统，其特征在于包括PLC疏浚控制单元(1)、信号转换/控制单元(2)、变频器(3)和绞车电机(4)；所述PLC疏浚控制单元(1)通过硬线和RS485总线与信号转换/控制单元(2)进行数据信息交换；所述信号转换/控制单元(2)接受PLC疏浚控制单元(1)的变频器的控制指令，处理后通过MODBUS网络传送到各变频器(3)内，以驱动绞车电机(4)运行；所述信号转换/控制单元(2)通过MODBUS网络实时读取变频器(3)的工作状态信息进行信号处理后通过RS485总线和硬线反馈给PLC疏浚控制单元(1)；另外，在所述绞车电机(4)上设有的光电编码器产生的差分信号经信号转换/控制单元(2)转换成脉冲信号后传送到PLC疏浚控制单元(1)内，所述光电编码器产生的RS422差分转速信号还返回到变频器(3)内。
2、 根据权利要求1所述的应用变频器进行船体准确定位和缆绳张力调整系 统，其特征在于所述信号转换/控制单元(2)包括主控单元、模拟量输入AI 单元、数字量输入DI单元、模拟量输出AO单元、数字量输出DO单元、系统斩 波控制单元和脉冲转换单元；所述主控单元，通过M0DBUS协议与变频器(3) 之间传送数据，其数据再以CAN通信协议传输给数字量输出DO单元，数字量输 出DO单元再通过RS485协议改为硬线将信息传送给PLC疏浚控制单元(1);所 述模拟量输入AI单元将接受的转速/转矩模拟量通过CAN协议传输给主控单元， 主控单元实时接受变频器的数据，通过CAN通信协议传给模拟量输出AO单元的 同时，以RS485协议将信号传输给PLC疏浚控制单元(1 )，模拟量输出AO单元 再以硬线的方式将转速、转矩等信号传给疏浚控制系统；采取了硬线加RS485 信息冗余的方式，供PLC疏浚控制系统用；数字量输入DI单元将接收到的变频 系统的各故障信号CAN协议传给主控单元，主控单元经计算和逻辑判断后通过 RS485协议传送给PLC疏浚控制单元(1 )。
专利摘要本实用新型公开了一种应用变频器进行船体准确定位和缆绳张力调整系统，包括PLC疏浚控制单元、信号转换/控制单元、变频器和绞车电机；PLC疏浚控制单元通过硬线和RS485总线与信号转换/控制单元进行信息交换。其控制指令信号经信号转换/控制单元处理后通过MODBUS网络传送到各变频器内，以驱动绞车电机运行；所述信号转换/控制单元通过MODBUS网络实时读取变频器的工作状态信息进行信号处理后分别通过硬线和RS485总线反馈给PLC疏浚控制单元。通过该系统实现船体稳定移动，解决了原系统的结构复杂、维修量大等缺点。同时具有维修简单，实时的调节等优点，适于在疏浚船舶上广泛使用。
文档编号G05D15/00GK201364503SQ200820219199
公开日2009年12月16日 申请日期2008年11月14日 优先权日2008年11月14日
发明者于英男, 廖燕青, 车向中 申请人:中国北车股份有限公司大连电力牵引研发中心