运动控制出海

从码头到甲板，运动控制为海洋应用提供了很大的好处。

在海洋世界中，运动控制技术用于从装载货物和优化推进系统到运行的起重机和龙门的船只上的一切。问题是，海洋环境使运营甚至是最肮脏的工厂看起来像一块蛋糕。从震动和振动到极端温度到腐蚀性盐雾，海上的操作或附近的操作在一些最恶劣的条件下发生。

除此之外，海洋环境提出了一些独特的挑战。例如，除了热和盐空气，为左舷起重机提供动力的机电组件还需要经受风动振动。船上的起重机和内部系统承受着发动机振动带来的额外压力，更不用说海浪的冲击了。“船,一切的试图改变一个矩形成一个平行四边形,”布莱恩说冬天,编码器产品经理Avtron工业自动化有限公司”,不断的顶撞和起伏是为什么你必须有特殊的元素在您的驱动器,以维护重复下电接触压力和发布周期。”同时，舰载电气系统往往提供瞬态效应和浪涌的低质量电力。加上高湿度和24/7的工作周期，你就得到了一个旨在破坏电子产品的环境。

船舶系统最重要的特性之一与性能无关，而是与产品寿命有关。港口基础设施和船舶的设计周期一般为20年和30年。设计师不想要每年更新的产品，他们想要的是最终用户能够购买二三十年的产品。设计需要向前和向后兼容。

海上运动
在海岸警卫队，运动控制有助于优化推进系统，提高性能和节省燃料。在2009年，美国海岸警卫队开始翻新13艘中等耐力快艇(WMEC)级舰艇。这座270英尺高的摩天大楼建于1983年至1991年之间。当时，双螺旋血管已接近寿命的中点。该公司计划将每个切割器都带进干船坞进行全面改装，利用最新技术优化性能，同时将其使用寿命再延长10至15年。

驱动船舶的螺旋桨可分为两类:定螺距和变螺距。顾名思义，固定螺距螺旋桨(FPP)的特点是静态叶片。桨叶间距是推进系统性能的关键——如果桨叶的位置是最大速度，低速时的性能就会打折扣。如果它们的位置是低速时的最大功率，那么船舶可能永远不会达到峰值速度。因此，安装了FPPs的船舶在性能和效率上都受到了严重的限制。

可变螺距螺旋桨(VPPs)提供了一个解决方案。由于螺旋桨的位置可以实时改变，VPPs优化性能和效率在所有速度。将桨叶间距与发动机转速匹配，可以使效率提高3%至4%，从而显著节省燃料。这对海岸警卫队来说很重要，和其他所有人一样，他们也在努力用更少的钱做更多的事。

WMECs的推进系统包括二台3650马力v18 ALCO柴油发动机，每台配备一个五叶片，9英尺。直径VPP。每个叶片都有一个液压控制的螺距设定器，以调整位置和两个螺丝之间的平衡性能。在最初的设计中，一个由定制的步进电机控制的配油(外径)盒确保了液压定位的准确性和重复性。当需要进行改造时，海岸警卫队选择将步进电机改为伺服电机。“最大的问题是可用性、后勤和过时，”海军项目主任乔·莫法说罗克韦尔自动化公司。（Philadelphia，宾夕法尼亚州）。“之前，他们正在使用定制的步进电机配置。现在他们使用商业现成的（COTS）组件，因此它们不仅可以获得准确性，它们是获得生命周期支持。”

每个OD都具有大约95°旋转的先导阀，以及具有相似运动范围的反馈轴。该设计团队选择了具有行星齿轮箱的永磁伺服电机，减少了大约1.9°/秒的转速。俯仰夹具驻留在发动机室内，空间处于溢价，温度可以飙升至130°F.虽然伺服电机需要直接安装在OD盒上，但是驱动器位于远程，其中空间和温度更多可管理。对于轴位置反馈，工程师使用双独立的传感器单元。这为系统提供了基于精确的旋转变压器的位置显示和闭环音调位置控制的独立反馈。具有独立的反馈设备还限制了故障模式的数量，以最大限度地减少故障的可能性。

新的基于伺服基系统的一个关键要求是为了它来连续监控电机电流，并自动限制导阀未按设计或预期响应的情况。“这使我们可以创建一个系统设计，这在液压系统因任何原因被堵塞或停滞不前时，这种系统设计在无意中的机械损坏。”罗克韦尔的高级应用工程师表示克里斯琼斯。

也许在海洋应用中最大的挑战是低容错性。在制造业，停工期只需要花钱。在船上作业时，停机可能是灾难性的。“有一个巨大的努力,以确保螺旋桨螺距尽可能可靠的系统,因为你不想在风大浪急的海面或使命和失去控制,”说退休的海军上尉兰甘过世,商业领导海军和海岸警卫队在罗克韦尔的程序。这是应用程序的关键特性。这是船上机器的安全，也是船上船员的生命安全。”

结果，该设计利用网络系统中的智能组件来提供用于预测性维护的诊断信息。音高稳定器连接到运行发动机的机器控制监控系统（MCMS）中，精简操作。“这真的是什么让船员从中央控制站操作他们的工厂，因此它最大限度地减少了必须跑来跑来跑来检查的各种手表标签并检查各个组件，”Langan说。“他们可以将它们集中在集中他们可以更准确，有效地控制和监控的空间。“

港口呼叫
一艘不行驶的船是在赔钱。因此，世界各地的港口在装卸速度上相互竞争，这意味着它们承受不起起重机故障。问题是，如果可能的话，这些部件的运动部件需要在比舰载机舱更恶劣的环境中生存——不仅仅是湿度、振动和高负载周期，还有盐雾、冲刷和大范围、快速的温度波动。温特说:“我们一直专注于抵御这种令人压抑的环境——含盐的空气、含盐的水、温度的变化，以及不太理想的电力。”“这些起重机必须每天24小时、每周7天运转，如果不这样做，就会受到严厉的惩罚，因为与你签订货物合同的人可能会去别处。”

Avtron首先使用铜用于母线，用特殊电镀保护它。它们在塑料块中封装了它们的电路板。为了减少驱动器的环境影响，他们专注于集中式架构，将驱动器封闭在橱柜中。

然而，当涉及到编码器时，就没有别的选择了——这些设备必须由电机驱动，如果电机驱动甲板起重机，反馈设备就必须忍受惩罚。温特说:“这是在无休止的冷热循环中生存的问题。”“编码器可能安装在吊装设备的电机上，温度高达70摄氏度，然后海水将其加热至0摄氏度。硬件必须承受剧烈的持续温度循环。”使用磁传感器而不是光学传感器，确保即使面对潮湿和污染，反馈仍然强劲。消除轴承可消除另一个故障点。除此之外，封装是保护组件和确保生命周期的最重要的方法。涂层是不够的，部件需要用不透湿和不受污染的材料来保护。

温特说，提供诊断信息的智能组件至关重要。“我们真正看到的是，人们想要完整和集成的系统，这样他们就可以从上到下看到所有东西都在运转，如果不是这样，他们就可以迅速将其分解为有缺陷的道具或系统，并攻击它。”

说到故障，众所周知，电缆是最常见的故障点。对于起重机来说，这是一个特别的问题，因为它们的特点是不断弯曲和伸展的缆绳。更糟糕的是，长时间运行会降低信号质量。温特说:“如果你没有很大的动力，前端完美的方形波看起来就像后端微小的摆动。”“你分不清这是编码器信号还是噪音。”解决方法是增加编码器的输出信号。“即使你的电线有一个破裂的屏蔽或弯曲的导体或其他东西，你仍然可以迫使足够的电流通过，因此驱动器仍然可以看到信号，并获得正确的位置感知。”

海洋环境给运动控制带来了一系列独特的挑战，但运动控制也带来了一系列独特的好处。通过精心的设计，工程师和系统设计师可以成功地构建强大的、可重复的、高性能的系统，利用机电轴系的动力和灵活性。