CN103149959B - 海上溢油回收处理装置的收放数字电液控制*** - Google Patents

海上溢油回收处理装置的收放数字电液控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于水面机器人的海上溢油回收处理装置的收放数字电液控制***，包括液压传动回路和电气控制***和检测***。用于实现对海上溢油回收处理装置收放过程的智能化控制。液压传动回路由油箱、电机、变量泵、过滤器、单向阀、比例溢流阀、比例方向阀、比例平衡阀、双向液压马达、卷筒起升机构组成。电气控制***完成电气的顺序控制，包括基于速度反馈的调速控制及基于力反馈的力控制过程。检测***包括位移传感器、速度传感器和力传感器。***通过不断监测***输出的速度和力，在控制器中进行运算输出，通过调节比例方向阀和比例溢流阀实现***的速度和力的控制，实现在高海况下收放控制过程的平稳、安全及其可靠性。

Description

海上溢油回收处理装置的收放数字电液控制***
技术领域
本发明涉及一种海上搭载平台的收放控制***，特别是涉及一种数字控制的电液控制***。
背景技术
在高海况下收放溢油回收处理装置要是考虑无人艇、波浪、海上溢油回收处理装置、收放装置的相互作用。在溢油回收处理装置收放的过程中，波浪的作用使得溢油回收处理装置的安全收放很不理想，故现在引入张力和速度反馈的功能来尽量减轻波浪给海上溢油处理水面机器人的收放带来的不利影响。
各种船携式溢油回收***都需要有一个良好的收放装置实现溢油回收装置的安全收放。国内外对此也做了很多的研究。Global Davit GmbH公司能够为工程船和客滚船提供收放装置方案，所有Rhp.HC.type型收放装置为A型结构，采用集成液压***，设备满足SOLAS要求和MED认定。针对快速救助艇，在吊臂上装有集成缓冲装置，自动波浪补偿***、远程控制***和减摆***等装置。挪威VestDavit的设备完全采用液压***控制，应急***满足SOLAS要求和IMO规定，具有缓冲***、恒张力***和减摆***。挪威Hydramarine AS，典型特点：高速升沉补偿***、液压气动冲击缓冲***，两轴的减摆系。目前海上收放控制***大多需要在有人员参与的情况下完成，实现数字化控制的电气液压控制***集成度不高，智能化低。
发明内容
本发明要解决的问题是在高海况下，负载变化的情况下，通过电液比例调控技术，实现收放控制过程中对速度和力的控制，实现***的平稳收放。本发明解决技术问题所采用的技术方案如下所述。
一种海上溢油回收处理装置的收放数字电液控制***，包括液压传动回路、电气控制***和检测***：
所述的液压传动回路包括具有臂架变幅机构液压传动回路及回收装置收放液压传动回路，上述两个传动回路采用相同的传动回路设计；
所述液压传动回路包括电机1、变量泵2、单向阀3、比例溢流阀4、油缸5、过滤器17、比例方向阀6、第一平衡阀7、第二平衡阀8、双向液压马达14、变速器16、滚珠丝杠9、滚轮10、卷筒15；电机1通过联轴器与变量泵2相连；变量泵2的进油口与油缸5相连，变量泵2的出油口与单向阀3的进油口相连；过滤器17的进油口与单向阀3的出油口相连，并接比例溢流阀4的进油口；比例溢流阀4的出油口与油缸5相连；比例方向阀6的P口与过滤器17的出油口相连，比例方向阀6的T口与油缸5相连，比例方向阀6的A口与第一平衡阀7的T口相连，比例方向阀6的B口与第二平衡阀8的T口相连；双向液压马达14的一侧的油口与第一平衡阀7的P口相连，双向液压马达14的另一侧油口与第二平衡阀8的油口相连；双向液压马达14通过减速机构16与卷筒15相连；滚珠丝杠9与滚轮10相连，并通过减速机构16与卷筒轴相连；
所述电气控制***包括基于速度反馈的闭环控制***、基于力反馈的闭环控制***及突发状况处理***。
所述的基于速度反馈的闭环控制***包括卷筒用光电编码器12、滚珠丝杠用光电编码器13、速度方向控制器20、比例放大器22；卷筒用光电编码器12测量卷筒15的速度；滚珠丝杠用光电编码器13测量滚珠丝杠9的速度；卷筒的速度和滚珠丝杠的速度作为速度方向控制器20的输入信号；速度方向控制器20的输出信号作为比例放大器22的输入信号；比例放大器的输出信号作为比例方向阀6的输入控制信号。
所述的基于力反馈的闭环控制***包括张力传感器18、力控制器21、比例放大器23；张力传感器18测量绳子的张力；测量的绳子的张力做为力控制器21的输入信号；力控制器的输出信号作为比例放大器23的输入信号；比例放大器的输出信号作为第一平衡阀7、第二平衡阀8和比例溢流阀4的输入信号。
所述的突发状况控制***包括尾端接近开关传感器11、起始端接近开关19；尾端接近开关传感器11、起始端接近开关19的输出信号做为控制器24的输入信号，控制器24的输出信号做为电机1的控制信号。
所述的检测***包括安装于卷筒15上的卷筒用光电编码器12、安装于滚珠丝杠9上的滚珠丝杠用光电编码器13、安装于绳子传动***中的张力传感器18、尾端接近开关传感器11、起始端接近开关19。
本发明具有的积极效果是：
1)采用基于速度的反馈控制回路，在负载速度变化的情况下，通过调控比例溢流阀的开度调节速度，消除速度变化的不平稳。
2)采用基于力的反馈控制回路，在负载受力变化的情况下，通过调流比例溢流阀的压力，调节液压马达的输出力矩，实现对收放过程的力的控制。
3)通过检测***的状态变化，实现数字化控制，智能化无人控制。
附图说明
图1是本发明实施例中海上溢油回收处理装置的收放数字电液控制***的机械结构图
图2是本发明海上溢油回收处理装置的收放数字电液控制***的电液结构原理图
具体实施方式
下面给出本发明的较佳的实施例，这些实施例并非限制本发明的内容。
实施例
如附图1所示，本发明中海上溢油回收处理装置的臂架变幅机构由卷扬机构101、导轮201、钢丝绳301、臂架401、导轮501、臂架801；溢油回收处理装置的回收装置收放机构由卷扬机构601、导轮701、钢丝绳901、臂架1001、溢油回收装置1101。
工作流程为：首先臂架变幅机构在所述的电液控制***的驱动下，完成水平方向的伸展，通过检测安装在臂架401和臂架801之间的角度传感器1301，确定是否达到工作需要的伸展幅度；当角度达到要求时，溢油回收装置的收放机构在电液控制***的驱动下进行收放动作。
如附图2所示，本发明的海上溢油回收处理装置的收放数字电液控制***，包括液压传动回路、电气控制***和检测***：
所述的液压传动回路包括具有臂架变幅机构液压传动回路及回收装置收放液压传动回路，上述两个传动回路采用相同的传动回路设计；
所述液压传动回路包括电机1、变量泵2、单向阀3、比例溢流阀4、油缸5、过滤器17、比例方向阀6、第一平衡阀7、第二平衡阀8、双向液压马达14、变速器16、滚珠丝杠9、滚轮10、卷筒15；电机1通过联轴器与变量泵2相连；变量泵2的进油口与油缸5相连，变量泵2的出油口与单向阀3的进油口相连；过滤器17的进油口与单向阀3的出油口相连，并接比例溢流阀4的进油口；比例溢流阀4的出油口与油缸5相连；比例方向阀6的P口与过滤器17的出油口相连，比例方向阀6的T口与油缸5相连，比例方向阀6的A口与第一平衡阀7的T口相连，比例方向阀6的B口与第二平衡阀8的T口相连；双向液压马达14的一侧的油口与第一平衡阀7的P口相连，双向液压马达14的另一侧油口与第二平衡阀8的油口相连；双向液压马达14通过减速机构16与卷筒15相连；滚珠丝杠9与滚轮10相连，并通过减速机构16与卷筒轴相连；
所述电气控制***包括基于速度反馈的闭环控制***、基于力反馈的闭环控制***及突发状况处理***。
所述的基于速度反馈的闭环控制***包括卷筒用光电编码器12、滚珠丝杠用光电编码器13、速度方向控制器20、比例放大器22；卷筒用光电编码器12测量卷筒15的速度；滚珠丝杠用光电编码器13测量滚珠丝杠9的速度；卷筒15的速度和滚珠丝杠9的速度作为速度方向控制器20的输入信号；速度方向控制器20的输出信号作为比例放大器22的输入信号；比例放大器的输出信号作为比例方向阀6的输入控制信号。
所述的基于力反馈的闭环控制***包括张力传感器18、力控制器21、比例放大器23；张力传感器18测量绳子的张力；测量的绳子的张力做为力控制器21的输入信号；力控制器21的输出信号作为比例放大器23的输入信号；比例放大器23的输出信号作为第一平衡阀7、第二平衡阀8和比例溢流阀4的输入信号。
所述的突发状况控制***包括尾端接近开关传感器11、起始端接近开关19；尾端接近开关传感器11、起始端接近开关19的输出信号做为控制器24的输入信号，控制器24的输出信号做为电机1的控制信号。
所述的检测***包括安装于卷筒15上的卷筒用光电编码器12、安装于滚珠丝杠9上的滚珠丝杠用光电编码器13、安装于绳子传动***中的张力传感器18、尾端接近开关传感器11、起始端接近开关19。
其工作过程如下：给控制器24信号，控制器24输出启动电机1，液压***开始工作。油液通过变量泵2、单向阀3分为两路，一路接比例溢流阀4的进油口，通过比例溢流阀4的出口油液流入油缸5，***可以通过设定溢流阀4来调定开启压力。另一路接比例方向阀6的P口，速度方向控制器20通过控制比例放大器22控制比例方向阀6，当比例方向阀6的左侧比例电磁铁得电时，比例方向阀6的P口与第一平衡阀7的A口接通，比例方向阀6的B口与第一平衡阀7的T口接通，双向液压马达14正转，双向液压马达14通过变速机构16驱动卷筒15转动，***完成放下过程；当比例方向阀6的右侧比例电磁铁得电时，比例方向阀6的P口与第二平衡阀8的B口接通，比例方向阀6的A口与第二平衡阀8的T口接通，双向液压马达14反转，双向液压马达14通过变速机构16驱动卷筒15转动，***完成收起过程。在正转和反转过程中，都可以通过比例放大器22输出信号的大小，通过控制比例电磁铁得电的大小控制阀门的开度，从而调节***的速度。力控制器21输出信号控制比例放大器23，比例放大器信号输出控制比例第一平衡阀7、第二平衡阀8，分别设定正、反转过程回油路的背压，在和比例溢流阀4压力调定的***配合下，完成***输出力矩的控制。
所述的基于速度反馈的闭环控制***中的卷筒用光电编码器12测量卷筒15的速度；滚珠丝杠用光电编码器13测量滚珠丝杠9的速度；卷筒15的速度和滚珠丝杠9的速度作为速度方向控制器20的输入信号，与给定输入控制器的速度相比较；速度方向控制器20经过运算的输出信号作为比例放大器22的输入信号，根据测量速度与给定速度的偏差的大小，调节比例放大器22的输入信号，当偏差增大时，比例放大器22的输出信号增大，当偏差信号减小时，比例放大器22的输出信号减小。比例方向阀6的比例电磁铁控制阀门开度的变化与比例放大器22的输出信号成正比关系，从而根据监测的速度信号调节***的速度变化。
所述的基于力反馈的闭环控制***中张力传感器18测量绳子的张力；测量的绳子的张力做为力控制器21的输入信号；力控制器21的输出信号作为比例放大器23的输入信号；比例放大器23的输出信号作为第一平衡阀7、第二平衡阀8和比例溢流阀4的输入信号，第一平衡阀7、第二平衡阀8和比例溢流阀4的比例电磁铁得电的大小与比例放大器23的输出信号成正比例的关系，通过调节比例溢流阀4可以设定进油路的压力，通过调节第一平衡阀7、第二平衡阀8可以设定回油路的背压，从而调定***的输出力矩。
所述的突发状况控制***中，尾端接近开关传感器11、起始端接近开关19的输出信号做为控制器24的输入信号，控制器24的输出信号做为电机1的控制信号，当滚轮的超过其设定的活动范围时，接近开关输出信号，控制器24接收信号控制电机1的开断。
本发明可以应用于海上类似收放装置的控制，因此本发明覆盖了落入所附的权利要求书范围内的各种控制***的改变。

Claims (4)

1.海上溢油回收处理装置的收放数字电液控制***，其特征在于，包括液压传动回路、电气控制***和检测***：
所述的液压传动回路包括具有臂架变幅机构液压传动回路及回收装置收放液压传动回路，上述两个传动回路采用相同的传动回路设计；
所述液压传动回路包括电机(1)、变量泵(2)、单向阀(3)、比例溢流阀(4)、油缸(5)、过滤器(17)、比例方向阀(6)、第一平衡阀(7)、第二平衡阀(8)、双向液压马达(14)、变速器(16)、滚珠丝杠(9)、滚轮(10)、卷筒(15)；电机(1)通过联轴器与变量泵(2)相连；变量泵(2)的进油口与油缸(5)相连，变量泵(2)的出油口与单向阀(3)的进油口相连；过滤器(17)的进油口与单向阀(3)的出油口相连，并接比例溢流阀(4)的进油口；比例溢流阀(4)的出油口与油缸(5)相连；比例方向阀(6)的P口与过滤器(17)的出油口相连，比例方向阀(6)的T口与油缸(5)相连，比例方向阀(6)的A口与第一平衡阀(7)的T口相连，比例方向阀(6)的B口与第二平衡阀(8)的T口相连；双向液压马达(14)的一侧的油口与第一平衡阀(7)的P口相连，双向液压马达(14)的另一侧油口与第二平衡阀(8)的油口相连；双向液压马达(14)通过减速机构(16)与卷筒(15)相连；滚珠丝杠(9)与滚轮(10)相连，并通过减速机构(16)与卷筒轴相连；
所述电气控制***包括基于速度反馈的闭环控制***、基于力反馈的闭环控制***及突发状况处理***；
所述的检测***包括安装于卷筒(15)上的卷筒用光电编码器(12)、安装于滚珠丝杠(9)上的滚珠丝杠用光电编码器(13)、安装于绳子传动***中的张力传感器(18)、尾端接近开关(11)、起始端接近开关(19)。
2.如权利要求1所述的收放数字电液控制***，其特征在于，所述的基于速度反馈的闭环控制***包括卷筒用光电编码器(12)、滚珠丝杠用光电编码器(13)、速度方向控制器(20)、比例放大器(22)；卷筒用光电编码器(12)测量卷筒(15)的速度；滚珠丝杠用光电编码器(13)测量滚珠丝杠(9)的速度；卷筒的速度和滚珠丝杠的速度作为速度方向控制器(20)的输入信号；速度方向控制器(20)的输出信号作为比例放大器(22)的输入信号；比例放大器的输出信号作为比例方向阀(6)的输入控制信号。
3.如权利要求1所述的收放数字电液控制***，其特征在于，所述的基于力反馈的闭环控制***包括张力传感器(18)、力控制器(21)、比例放大器(23)；张力传感器(18)测量绳子的张力；测量的绳子的张力做为力控制器(21)的输入信号；力控制器的输出信号作为比例放大器(23)的输入信号；比例放大器的输出信号作为第一平衡阀(7)、第二平衡阀(8)和比例溢流阀(4)的输入信号。
4.如权利要求1所述的收放数字电液控制***，其特征在于，所述的突发状况处理***包括尾端接近开关传感器(11)、起始端接近开关传感器(19)；尾端接近开关传感器(11)、起始端(19)的输出信号做为控制器(24)的输入信号，控制器(24)的输出信号做为电机(1)的控制信号。
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