本文(wen)主(zhu)要分(fen)析了船用電纜絞(jiao)車的(de)自動收放係統，主要解決(jue)了(le)電纜放問題，並在(zai)後(hou)甲板(ban)增加無(wu)線遙控功能。

1. 引言

電纜絞車是海(hai)洋地震測(ce)量船(chuan)的重(zhong)要生產工具，對同步電纜電纜和同(tong)步(bu)收放電纜的要求(qiu)較高，其(qi)控製係統的優缺點直(zhi)接(jie)影響(xiang)測量(liang)船的海上運行(xing)。本分析(xi)主要針對(dui)兩台(tai)主電纜絞車，實現(xian)電纜及其自動排放功能。

2. 控製係統概述

2.1. 測量船後甲板的布置(見(jian)圖1)

圖1

後甲板上的電纜絞車主要(yao)是1#、2#、3#、4#、5#、6#，其中(zhong)1#-4#主電纜絞車(che)，5#、6#輔助(zhu)電纜絞車，1#與2#，3#與4#絞車為高低配置(zhi)，當1#和3#當電纜絞車收(shou)集和放電電纜時(shi)，水(shui)平(ping)升降輥升(sheng)起，依靠1#和3#電纜絞車上的信號電纜左右運(yun)行。

同理2#和4#絞車收放(fang)電纜時，應通過(guo)2#和4#電纜排(pai)放器左(zuo)右移動，使信號電纜均勻(yun)地排列在電纜絞車上。正(zheng)常運行時1#與(yu)3#，2#與(yu)4#絞車需要具有同步收放電纜和(he)同步排放電纜的功能(neng)，並釋(shi)放等長電纜。本研究不(bu)包括其他(ta)設(she)備。

2.2. 係統構成

(1)控製電纜絞車

電纜絞車的執行機(ji)構是液(ye)壓(ya)馬達，具(ju)有正向(xiang)和反向旋轉的功(gong)能。液壓馬達由丹(dan)佛斯的比(bi)例(li)閥(fa)控(kong)製。比例閥具備手柄和電控兩種(zhong)方式。當比例閥選擇手動或著按(an)急停時都可以(yi)切斷電控，電控去掉後手柄回自行返回中間位(wei)置，並可(ke)以進行手(shou)動(dong)控製。

電控比例閥有兩種，一(yi)種是0~12V，另一(yi)種是0~24V，所有中間量程代表比例閥關閉。0~12V比例閥，6V表(biao)示(shi)比例閥關(guan)閉，液壓電機停止旋轉(zhuan)，6~12V液壓電機正向旋(xuan)轉，0~6V液壓電機反向旋轉。關閉電控，直接拉手柄也(ye)能達(da)到同樣的效果。

電纜絞車有(you)手動銷(xiao)，比例閥為零漂移(yi)。當(dang)電纜絞車靜止時，銷手動插(cha)入(ru)，無需考慮液壓泄漏(lou)。比例閥的有效控製範圍是3~9V（0~12V比例閥）和6~18V（24V所以PLC給定3V（或6V）對應比例閥的開(kai)度為-100%，6V（或12V）對應比例閥的開(kai)度為0%，9V（或18V）對應比例閥的開(kai)度為 100%。

絞車還(hai)配備了旋轉編(bian)碼(ma)器(qi)來測量電纜絞車的速(su)度(du)，並根(gen)據(ju)電纜絞車的速度計算(suan)出收放電纜的長度。

壓力傳(chuan)感器安裝在液壓電機上。壓力傳感(gan)器的壓力信號用(yong)於(yu)顯示電纜絞車的扭矩。當壓力過大時，係統降低比例閥開度，減慢絞車速度，以減少(shao)電纜上的張力。

(2)排纜器的控製

旋轉編碼器安裝在排纜器上，測量排纜器的位置，使排纜器按要求的位置運行，達到均勻排纜。

2.3. 係統硬件組成

係統(tong)由(you)SIEMENS的S7-400PLC控製，後甲板左側(ce)和右(you)側設置兩個遠程(cheng)分站(zhan)，分別(bie)控製左側絞車和電纜排放器、右側絞車和電纜排放器。此外(wai)，還有機艙液壓泵站和無線遙控通(tong)信站。

控製係統圖如下圖(tu)所示：

圖2

3. 絞車同步、卷徑計算和自動電纜分析

啟動自動收放電纜和自動排放電纜係統前，需要在上(shang)位機上設置參數：

1）電纜絞車直徑及當前電纜長度；

2）手動檢(jian)查和輸入電纜層數和當前電纜位置是多少層(ceng)和多少根。與之相比PLC將電纜長(zhang)度計算確定的當前電纜位置與電纜位置確定的相應(ying)位置參(can)數(shu)進行比較(jiao)。如(ru)有誤(wu)差，以手動判斷為準，並重新寫入電纜排放器的位置參數；

自動收放電纜係統運行方(fang)案：

已(yi)知電纜絞車直徑Dmin以及(ji)當前(qian)電纜長度L6,各節(jie)電纜的直徑為d1,d2,d3,d4,d5,d6

電纜計算:

m1為在d1直徑電纜排滿一層。m1=W/d1

在L1第一層排滿後，卷(juan)取直徑變為Dmin 2d1,再排一層再加2d1，多層增加的電纜長度△=pi2d1m1

因此：

第一層電纜長度為C1=piDminm1第二層為：C2=C1 (C1 △)第三層是： C3= C2 （C1 2△）第四層為：C4=C3 （C1 3△）……

當收完(wan)L1長度時，計算出卷取直徑d x1。

當Cx大(da)於L1排滿(man)這層的長度為：L1 （Cx-L1）m2/m1，過渡(du)到直徑為d2此時的長度計算△=pi2d2，同理繼續計(ji)算。

逐(zhu)一計算出(chu)來L2，L3，L4,L5,L6卷取(qu)直徑d x2，d x3，d x4，d x5，d x6.

中間某(mou)一時刻(ke)的卷取長度為Lset，計算此時絞車的卷取直徑Dreal，判斷Lset該區(qu)域采用線性方法(fa)獲得卷取直徑。通過獲得實(shi)時直徑Dreal，可計算控製絞車轉速和實時電纜卷取長度，達到同步控製的目的。

速度閉環控製：反饋值為瞬時線速度，設定值為設定線速度，輸出為調節閥開度。PID控製。

運行設計方案(an)：

電纜排放器由比例閥控製。所有數據都需要進行現場實驗，這裏首先假設為已知量進行分析。電纜排放器行道左右設有極限開關。為了方便表達，以下是左行程開關作為初始點，左移動記錄為電纜排放器的後退，右移動記錄為電纜排放器的前進。當電纜排放係統收到初始命令時，電纜排放器自動返回左行程開關停止，並向右移動到設定位置。單層電纜排列50根，電纜排放器行程從左到右2米，相應的編碼器1000。pc機上設置N，N一次行走的移動次數。N精度越高N每次實際移動10次0.2米，每5圈移動一次，對應編碼器100。

方案簡介：在初始化(hua)過程中，設置當前電纜長度Lset，通過程序(xu)判斷電纜的直徑(jing)，可以得到電纜排數mi(1、2、3、4、5、6)mi/N一次移動圓圈，每(mei)次(ci)移動距離為2/N遇到(dao)限位開關後，米向相反方向移動。

手動微(wei)調功能：在電纜排放器的自動運行過程中，如果需要手動微調電纜排放器的位置，可以點擊(ji)左右按鈕(niu)，電纜排放器向左或(huo)向右移動。

4. 先進的係統

現有絞車控製係(xi)統隻有電動操作，沒有同步收放電纜和自動排放電纜的功能。經過本次分析改造，收放電纜的操(cao)作性能大大提高，大大提高了放電纜的準(zhun)確性(xing)和地震波的采集精度。該控製係統也是一個很好的例子，可以在未來的其他海洋(yang)石油測量船上推廣。