本文主要分析了船用電纜絞車的自動收放系統(tǒng)，主要解決了電纜放問題，并在后甲板增加無線遙控功能。

1. 引言

電纜絞車是海洋地震測量船的重要生產(chǎn)工具，對同步電纜電纜和同步收放電纜的要求較高，其控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點直接影響測量船的海上運行。本分析主要針對兩臺主電纜絞車，實現(xiàn)電纜及其自動排放功能。

2. 控制系統(tǒng)概述

2.1. 測量船后甲板的布置(見圖1)

圖1

后甲板上的電纜絞車主要是1#、2#、3#、4#、5#、6#，其中1#-4#主電纜絞車，5#、6#輔助電纜絞車，1#與2#，3#與4#絞車為高低配置，當1#和3#當電纜絞車收集和放電電纜時，水平升降輥升起，依靠1#和3#電纜絞車上的信號電纜左右運行。

同理2#和4#絞車收放電纜時，應(yīng)通過2#和4#電纜排放器左右移動，使信號電纜均勻地排列在電纜絞車上。正常運行時1#與3#，2#與4#絞車需要具有同步收放電纜和同步排放電纜的功能，并釋放等長電纜。本研究不包括其他設(shè)備。

2.2. 系統(tǒng)構(gòu)成

(1)控制電纜絞車

電纜絞車的執(zhí)行機構(gòu)是液壓馬達，具有正向和反向旋轉(zhuǎn)的功能。液壓馬達由丹佛斯的比例閥控制。比例閥具備手柄和電控兩種方式。當比例閥選擇手動或著按急停時都可以切斷電控，電控去掉后手柄回自行返回中間位置，并可以進行手動控制。

電控比例閥有兩種，一種是0~12V，另一種是0~24V，所有中間量程代表比例閥關(guān)閉。0~12V比例閥，6V表示比例閥關(guān)閉，液壓電機停止旋轉(zhuǎn)，6~12V液壓電機正向旋轉(zhuǎn)，0~6V液壓電機反向旋轉(zhuǎn)。關(guān)閉電控，直接拉手柄也能達到同樣的效果。

電纜絞車有手動銷，比例閥為零漂移。當電纜絞車靜止時，銷手動插入，無需考慮液壓泄漏。比例閥的有效控制范圍是3~9V（0~12V比例閥）和6~18V（24V所以PLC給定3V（或6V）對應(yīng)比例閥的開度為-100%，6V（或12V）對應(yīng)比例閥的開度為0%，9V（或18V）對應(yīng)比例閥的開度為 100%。

絞車還配備了旋轉(zhuǎn)編碼器來測量電纜絞車的速度，并根據(jù)電纜絞車的速度計算出收放電纜的長度。

壓力傳感器安裝在液壓電機上。壓力傳感器的壓力信號用于顯示電纜絞車的扭矩。當壓力過大時，系統(tǒng)降低比例閥開度，減慢絞車速度，以減少電纜上的張力。

(2)排纜器的控制

旋轉(zhuǎn)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. 系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)由SIEMENS的S7-400PLC控制，后甲板左側(cè)和右側(cè)設(shè)置兩個遠程分站，分別控制左側(cè)絞車和電纜排放器、右側(cè)絞車和電纜排放器。此外，還有機艙液壓泵站和無線遙控通信站。

控制系統(tǒng)圖如下圖所示：

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系統(tǒng)前，需要在上位機上設(shè)置參數(shù)：

1）電纜絞車直徑及當前電纜長度；

2）手動檢查和輸入電纜層數(shù)和當前電纜位置是多少層和多少根。與之相比PLC將電纜長度計算確定的當前電纜位置與電纜位置確定的相應(yīng)位置參數(shù)進行比較。如有誤差，以手動判斷為準，并重新寫入電纜排放器的位置參數(shù)；

自動收放電纜系統(tǒng)運行方案：

已知電纜絞車直徑Dmin以及當前電纜長度L6,各節(jié)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第一層排滿后，卷取直徑變?yōu)镈min 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L1長度時，計算出卷取直徑d x1。

當Cx大于L1排滿這層的長度為：L1 （Cx-L1）m2/m1，過渡到直徑為d2此時的長度計算△=pi2d2，同理繼續(xù)計算。

逐一計算出來L2，L3，L4,L5,L6卷取直徑d x2，d x3，d x4，d x5，d x6.

中間某一時刻的卷取長度為Lset，計算此時絞車的卷取直徑Dreal，判斷Lset該區(qū)域采用線性方法獲得卷取直徑。通過獲得實時直徑Dreal，可計算控制絞車轉(zhuǎn)速和實時電纜卷取長度，達到同步控制的目的。

速度閉環(huán)控制：反饋值為瞬時線速度，設(shè)定值為設(shè)定線速度，輸出為調(diào)節(jié)閥開度。PID控制。

運行設(shè)計方案：

電纜排放器由比例閥控制。所有數(shù)據(jù)都需要進行現(xiàn)場實驗，這里首先假設(shè)為已知量進行分析。電纜排放器行道左右設(shè)有極限開關(guān)。為了方便表達，以下是左行程開關(guān)作為初始點，左移動記錄為電纜排放器的后退，右移動記錄為電纜排放器的前進。當電纜排放系統(tǒng)收到初始命令時，電纜排放器自動返回左行程開關(guān)停止，并向右移動到設(shè)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(yīng)的編碼器1000。pc機上設(shè)置N，N一次行走的移動次數(shù)。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(yīng)編碼器100。

方案簡介：在初始化過程中，設(shè)置當前電纜長度Lset，通過程序判斷電纜的直徑，可以得到電纜排數(shù)mi(1、2、3、4、5、6)mi/N一次移動圓圈，每次移動距離為2/N遇到限位開關(guān)后，米向相反方向移動。

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

4. 先進的系統(tǒng)

現(xiàn)有絞車控制系統(tǒng)只有電動操作，沒有同步收放電纜和自動排放電纜的功能。經(jīng)過本次分析改造，收放電纜的操作性能大大提高，大大提高了放電纜的準確性和地震波的采集精度。該控制系統(tǒng)也是一個很好的例子，可以在未來的其他海洋石油測量船上推廣。