本發(fā)明涉及海纜敷設，尤其涉及一種基于舞蹈輪位移的海纜張力自動控制系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、海纜是用絕緣材料包裹的電纜，鋪設在海底，用于電信傳輸。海底電纜分海底通信電纜和海底電力電纜。在現(xiàn)有的海纜敷設張力控制技術中存在一些問題和限制，這些問題影響海纜敷設的效率和安全性。

2、現(xiàn)有技術中遇到的一些主要的問題有：

3、精度問題：現(xiàn)有技術在張力控制的精度方面往往有限，這是因為傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)可能無法實時準確地監(jiān)測和響應海纜的張力變化，尤其是在海洋環(huán)境復雜、波動大的情況下；

4、響應速度：海纜敷設過程中的動態(tài)變化需要快速響應的控制系統(tǒng)來調(diào)整張力，現(xiàn)有的系統(tǒng)反應不夠迅速，無法即時調(diào)整張力以適應突發(fā)的海洋環(huán)境變化；

5、系統(tǒng)復雜性和操作難度：傳統(tǒng)的張力控制系統(tǒng)往往結(jié)構(gòu)復雜，需要高技能的操作人員進行操作和維護，這不僅增加了操作成本，也提高了操作失誤的風險；

6、設備耐用性和可靠性：海洋環(huán)境惡劣，設備的耐用性和可靠性是核心要求，現(xiàn)有的張力控制設備可能難以承受長時間的海洋環(huán)境侵蝕，導致設備故障率高，維護成本增加；

7、自適應能力：海纜敷設過程中，面對不同類型的海底地形和海洋條件，需要系統(tǒng)具備良好的自適應能力，現(xiàn)有技術在自動調(diào)整控制參數(shù)以適應不同工況方面常常缺乏效率；

8、安全性問題：在緊急情況下，如海纜斷裂或機械故障，現(xiàn)有的張力控制系統(tǒng)可能無法及時有效地采取措施，增加了安全風險；

9、數(shù)據(jù)集成和分析能力：現(xiàn)有系統(tǒng)可能缺乏有效的數(shù)據(jù)記錄和分析功能，這限制了從歷史操作數(shù)據(jù)中學習和優(yōu)化控制策略的能力；

10、成本效益：高性能的張力控制系統(tǒng)往往成本較高，這限制了小型或預算有限的項目的應用范圍；

11、因此，有必要提出一種改進，以克服現(xiàn)有技術的缺陷。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術中的問題，提供一種基于舞蹈輪位移的海纜張力自動控制系統(tǒng)及方法，解決海纜敷設時的精度、相應速度、可靠性問題，同時降低系統(tǒng)的復雜性和操作難度，提高系統(tǒng)的自適應能力和安全性問題。

2、本發(fā)明的技術方案是：

3、一種基于舞蹈輪位移的海纜張力自動控制系統(tǒng)，包括海纜托盤、舞蹈輪和plc自動控制器，海纜放置于海纜托盤內(nèi)，海纜托盤的底部設有托盤驅(qū)動電機，舞蹈輪設于海纜托盤的外側(cè)，且設于海纜的牽引方向上，舞蹈輪安裝于升降支撐件上，舞蹈輪上設有位移傳感器，海纜由舞蹈輪的下端穿過，托盤驅(qū)動電機、位移傳感器均與plc自動控制器電連接。

4、通過上述技術方案，海纜敷設過程中，海纜張力帶動舞蹈輪上下移動，位移傳感器用于監(jiān)測舞蹈輪的位移數(shù)據(jù)，并將位移數(shù)據(jù)輸送至plc自動控制器，plc自動控制器接收舞蹈輪的位移數(shù)據(jù)并進行處理，再輸出信號至托盤驅(qū)動電機，通過改變托盤驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，改變海纜托盤的防線速度，從而實現(xiàn)海纜張力的控制。

5、作為一種優(yōu)選的技術方案，所述升降支撐件包括固定桿，固定桿上鉸接有連桿，所述舞蹈輪轉(zhuǎn)動安裝于連桿上，連桿下端的固定桿上設有限位擋塊，連桿與固定桿之間形成有夾角。

6、其中，連桿與固定桿之間形成小于90°的夾角，海纜輸送過程中，舞蹈輪受海纜張力影響，舞蹈輪沿連桿與固定桿的鉸接軸轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)舞蹈輪上下移動，對海纜傳送時的上下波動位移進行監(jiān)測。

7、作為一種優(yōu)選的技術方案，還包括牽引器，所述牽引器設于所述海纜的牽引方向上，牽引器上設有牽引電機、牽引輪和牽引帶，牽引器的左右兩側(cè)均設有牽引輪，牽引電機與其中一個牽引輪連接，牽引帶安裝于兩牽引輪上，牽引器內(nèi)設有上下兩組牽引帶豎向排列，兩組牽引帶之間設有所述海纜穿過的通道。

8、其中，牽引電機與plc自動控制器電連接，海纜穿過兩牽引帶之間的海纜通道，plc自動控制器控制牽引電機驅(qū)動牽引帶轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)海纜的牽引輸送。

9、作為一種優(yōu)選的技術方案，所述牽引器上固定有固定座，固定座上設有氣缸，氣缸的活塞桿上設有升降座，升降座上設有滾輪，所述兩牽引帶牽引側(cè)的內(nèi)側(cè)均設有滾輪，滾輪沿所述牽引器的牽引方向轉(zhuǎn)動。

10、其中，氣缸與plc自動控制器電連接，氣缸驅(qū)動升降座上下移動，從而控制兩牽引帶之間的距離，用于海纜的牽引力調(diào)節(jié)，提高了海纜的牽引效率，適用于不同規(guī)格海纜的牽引作業(yè)。

11、作為一種優(yōu)選的技術方案，還包括收線臂，收線臂安裝于所述海纜托盤的上方，收線臂上設有導向小車、導向電機和傳送鏈條，導向電機驅(qū)動傳送鏈條轉(zhuǎn)動，導向小車上設有傳送齒輪，傳動鏈條與傳送齒輪相嚙合；導向小車上設有行走輪，收線臂上設有導向滑道，行走輪設于導向滑道內(nèi)；導向小車上設有導向滑輪。

12、其中，導向電機與plc自動控制器電連接，導向電機驅(qū)動導向小車沿收線臂移動，用于海纜敷設時的導向作用，提高了海纜敷設的精確度及效率。

13、作為一種優(yōu)選的技術方案，所述plc自動控制器設有觸控顯示屏，用于參數(shù)調(diào)節(jié)及數(shù)據(jù)監(jiān)測，提高了海纜張力控制的便利性。

14、一種基于舞蹈輪位移的海纜張力自動控制系統(tǒng)的方法，包括：

15、步驟一：將plc自動控制器初始化，設定海纜的目標張力值；

16、步驟二：實時采集舞蹈的位移傳感器的位移數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至plc自動控制器；

17、步驟三：plc自動控制系統(tǒng)根據(jù)位移數(shù)據(jù)估算當前張力；

18、步驟四：plc自動控制系統(tǒng)計算張力誤差，目標張力值與估算張力值的差值；

19、步驟五：使用pid算法計算托盤驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速調(diào)整量；

20、步驟六：調(diào)整托盤驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速；

21、步驟七：循環(huán)執(zhí)行步驟二至步驟六。

22、作為一種優(yōu)選的技術方案，所述步驟五中的pid算法計算步驟為：

23、（1）、pid控制器設計：分別給出目標值、當前偏差、上一次偏差、積分值、比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)、輸出值和前饋值；

24、結(jié)構(gòu)體pid包含了pid控制所需的所有參數(shù)和狀態(tài)變量，并增加了一個feedforward_val用于前饋控制；這種設計讓算法更加模塊化和靈活。

25、（2）：pid參數(shù)初始化；初始化前饋值；

26、在?pid_param_init?函數(shù)中，pid控制器的所有參數(shù)都被初始化，包括前饋值；在pid控制器使用之前初始化參數(shù)，保證pid控制器處于已知和穩(wěn)定的狀態(tài)。

27、（3）：位置pid算法實現(xiàn)；

28、計算張力目標值與實際值的誤差；

29、積分項；

30、pid算法實現(xiàn)；

31、誤差傳遞；

32、返回當前實際值；

33、posionpid_realize?函數(shù)中，pid算法綜合了比例、積分和微分控制，并且在控制輸出中加入了前饋控制；在pid控制的基礎上，進一步優(yōu)化系統(tǒng)的響應。

34、（4）：信號濾波；

35、簡單移動平均濾波；

36、更新濾波緩沖區(qū)；

37、計算濾波后的平均值；

38、濾波器使用移動平均方法，有效地減少噪聲的影響，平滑信號變化；通過在固定大小的緩沖區(qū)中維護最近的值，這種濾波方法可以較好地應對系統(tǒng)中的高頻噪聲。

39、（5）：控制器主循環(huán)；主控制循環(huán)的具體實現(xiàn)。

40、該函數(shù)是主控制循環(huán)的一部分，通常在plc的定時中斷服務程序中調(diào)用；這個循環(huán)需要實現(xiàn)控制算法的實時調(diào)用，包括獲取傳感器數(shù)據(jù)、更新控制器狀態(tài)和應用控制輸出。

41、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

42、本發(fā)明的基于舞蹈輪位移的海纜張力自動控制系統(tǒng)及方法，設置海纜托盤、托盤驅(qū)動電機、舞蹈輪和plc自動控制器，舞蹈輪上設置位移傳感器，舞蹈輪隨海纜張力變化而上下移動，位移傳感器將位移信號轉(zhuǎn)化為電信號，plc自動控制器由位移傳感器發(fā)出的電信號估算海纜張力，并通過調(diào)節(jié)托盤驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速控制海纜張力，提高了海纜敷設敷設過程的穩(wěn)定性和可靠性，實現(xiàn)了更精確的張力控制，降低了操作難度，提高了自動化水平，適應性強，適用于不同類型的海纜敷設工程中。