一种新型舵角反馈系统说明及调试

发表时间:2019/3/7   来源:《建筑学研究前沿》2018年第33期   作者:邢超 陈德林
[导读] 但其更大的意义在于船舶工业正通过越来越多地采用标准的工控产品,来逐步提高船舶自动化水平。
广东中远海运重工有限公司  广东东莞  523130
  摘要:一种新型舵角反馈装置采用磁编码器和PLC组合,相对于电感式直流电源式反馈装置具有结构简单调整容易功能可靠,相对于光电编码器旋转变压器具有适应能力强便于标准化应用。
  关键词:舵角反馈、磁编码器、旋转变压器
  Abstract:A new-style steering angle feedback consisted of Magnetic Rotary Encoder and PLC. Compare to Synchro ,more simply more convenient more reliable. Compare to Optical encoder, more adaptable to industrial standard application.
  Key Words:Steering Angle Feedback、Resolver、Magnetic Rotary Encoder
  
  
  广东中远海运重工建造的深海原油转驳船”CTV-2”轮采用新型吊舱推进系统,该系统把螺旋桨与推进电机的转子直接相连以操舵模块进行全回转,在操舵模块的顶部安装有本文讨论的舵角反馈装置。
  一般全回转船舶上,采用光电编码器、旋转变压器做舵角反馈元件。但光电编码器不仅有复杂的码盘和光源,而且怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀;旋转变压器虽然对工作环境的要求不高但需要专用的解码器。随着科技的发展,一种新型的磁旋转编码器正逐步被应用全回转船舶上。
  磁性旋转编码器,基于霍尔效应。当形成霍尔效应的磁场与导体之间的角度改变时,霍尔电势差按正弦曲线变化,基于这个电压,就可以反推计算出磁场旋转的角度。相比传统的光学编码器,其元器件数量少,而且结构牢固耐震动,不怕污染或腐蚀,有着更高的可靠性。相对于旋转变压器,磁性编码器结构更加简单,使用标准电压,不需要专用的解码器。吊舱的舵角反馈就采用了磁旋转编码器。
  该舵角反馈系统由磁旋转编码器和PLC组成,这种组合比较新颖,磁编码器采用单圈磁旋转编码器:旋转角度360°、额定电压24V直流,输出两路成正余弦变化的4-20ma信号,可调零,5芯电缆:电源、地、cos、sin 、调零,需调零时,把电源与调零端子短接1到3秒即可。输出信号如图1
  
  图1  编码器输出信号
  编码器通过齿轮与操舵模块相连,见下图:2
  
  图3  AI810的输入通道
  这样PLC通过三角函数计算,即可得到舵角。
  对程序进行仿真、检验:图4
  查三角函数表得Sin70°≈0.94  Cos70°≈0.342,把值输入AI810的通道内,经PLC计算后,显示为 -70.007°。因为正角是逆时针旋转形成的,对于舵机就是左舵,故显示为-70.007°。
  仿真-150°看下图5
  
  图4  仿真70°
 
  图6  舵角反馈故障
  强制sinα的值为1.21,PLC发出舵角反馈故障指示。
  这样从模拟量信号的读入、处理,到最终的显示以及故障的报告,构成一个完整的舵角反馈系统。这是一款标准的工控产品,相较于过去是一种进步。
  透过上面的分析,采用通用传感器和PLC的组合,可以简化调试过程,提高设备可靠性。在舵角反馈调试过程中校零是相当繁琐,因为在零位不允许偏差,使用这种传感器只需把舵摆在零位,短接校零端子即可。加上扩展模块后可以电压电流或者通信实现远传舵角信号。这种传感器安装方便,有坚固外壳,基本不会被外界损伤,在舵机拆检后不需校零,无中间设备,故可靠性得到提高。但其更大的意义在于船舶工业正通过越来越多地采用标准的工控产品,来逐步提高船舶自动化水平。
  参考文献:
  [1]郁有文,《传感器原理及工程应用》,西安电子科技大学出版社,2014.5.
  [2]卢冠钟,《船舶电气与自动化》,大连海事大学出版社,2014.3.
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