本文主要分析了船用電纜絞車的自動收放系統，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，其控制系統的優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，實現電纜及其自動排放功能。

2. 控制系統概述

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備。

2.2. 系統構成

(1)控制電纜絞車

電纜絞車的執行機構是液壓馬達，具有正向和反向旋轉的功能。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閉。0~12V比例閥，6V表示比例閥關閉，液壓電機停止旋轉，6~12V液壓電機正向旋轉，0~6V液壓電機反向旋轉。關閉電控，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）對應比例閥的開度為-100%，6V（或12V）對應比例閥的開度為0%，9V（或18V）對應比例閥的開度為 100%。

絞車還配備了旋轉編碼器來測量電纜絞車的速度，并根據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. 系統硬件組成

系統由SIEMENS的S7-400PLC控制，后甲板左側和右側設置兩個遠程分站，分別控制左側絞車和電纜排放器、右側絞車和電纜排放器。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前，需要在上位機上設置參數：

1）電纜絞車直徑及當前電纜長度；

2）手動檢查和輸入電纜層數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位置參數進行比較。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；

自動收放電纜系統運行方案：

已知電纜絞車直徑Dmin以及當前電纜長度L6,各節電纜的直徑為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，可計算控制絞車轉速和實時電纜卷取長度，達到同步控制的目的。

速度閉環控制：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控制。

運行設計方案：

電纜排放器由比例閥控制。所有數據都需要進行現場實驗，這里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后退，右移動記錄為電纜排放器的前進。當電纜排放系統收到初始命令時，電纜排放器自動返回左行程開關停止，并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：在初始化過程中，設置當前電纜長度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遇到限位開關后，米向相反方向移動。

手動微調功能：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，可以點擊左右按鈕，電纜排放器向左或向右移動。

4. 先進的系統

現有絞車控制系統只有電動操作，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。