Устройство ввода команд для системы управления подруливающим устройством Российский патент 2023 года по МПК B61C17/12 G05G1/04 H01H19/60 

Изобретение относится к устройству формирования и выдачи оператором команд управления двумя двигателями подруливания морских судов: задания величины оборотов и направления вращения двигателей при управлении маневрированием судна в процессе швартовки и изменения направления тяги, где требуется надежность и достоверность формирования команд управления от оператора.

Из уровня техники известна полезная модель «Судовая ручка управления» по патенту РФ 212499 с датой публикации 26.07.2022, относящаяся к области судостроения. Предлагаемая корабельная ручка управления имеет простую конструкцию, позволяющую уменьшить массогабаритные характеристики устройства. Судовая ручка управления полным поворотом, включающая шкалу угла поворота, шкалу скорости движения, втулку, главную передачу управления скоростью, вал управления скоростью, фиксатор нуля, опорное основание, панель, ведомый механизм управления скоростью, потенциометр, крепежную панель потенциометра, вал управления азимутом, соединительную стойку, фиксирующее устройство, первую шестерню управления азимутом, вторую шестерню управления азимутом, вторую соединительную стойку, проводящее контактное кольцо, цифровой кодер, нижнюю пластину, клемму, пару эксцентриковых колес, провод потенциометра. При этом главная передача управления скоростью, вал управления скоростью, потенциометр расположены внутри корпуса судовой ручки управления, вал управления азимутом имеет опору скольжения с резиновым кольцом, фиксирующее устройство расположено непосредственно под панелью.

Из уровня техники известно изобретение «Устройство для измерения угла положения и линейного перемещения контролируемого объекта» по патенту РФ 2780031 с датой публикации 20.09.2022, относящееся к области измерительной техники и предназначено для измерения угловых и линейных перемещений контролируемого объекта с помощью датчиков на основе потенциометра. Устройство может найти применение для измерения угла положения и линейных перемещений подвижных элементов транспортных объектов, кораблей и др. Устройство для измерения угла положения и линейного перемещения контролируемого объекта содержит два идентичных соединенных параллельно между собой канала, основной и резервный, в которых производится формирование стабилизированных напряжений для питания потенциометрического датчика и измерение сигнала, пропорционального угловому положению и линейному перемещению контролируемого объекта; основной и резервный каналы идентичны по своей структуре, каждый из них содержит источник опорного напряжения, к выходу которого подключены вход микросхемы контроллера идеального диода и исток полевого транзистора; сток полевого транзистора подключен к выходу микросхемы контроллера идеального диода; выходы основного и резервного каналов подключены к одному из крайних выводов потенциометрического датчика; затворы полевых транзисторов подключены к выводу микросхемы контроллера идеального диода, который формирует напряжение управления затвором; средний вывод потенциометрического датчика подключен ко входам аналого-цифровых преобразователей, встроенных в микроконтроллеры соответствующих каналов - основного и резервного.

Недостатком данных технических решений является менее надежный контактный способ измерения угловых перемещений контролируемого объекта с помощью датчиков на основе потенциометра.

Известно устройство ввода команд по патенту РФ 2679745 с датой публикации 12.02.2019, содержащее привод, в котором установлен диск с рукояткой, механизм фиксации позиций рукоятки с подпружиненным роликом и углублениями под ролик. Устройство содержит тормозные колодки, расположенные внутри диска и упирающиеся в стационарные стенки корпуса самого устройства, три канала датчика угла, где каждый канал состоит из микросхемы с использованием датчиков Холла и магнита, держатель с магнитами закреплен на общей оси диска, при этом микросхемы закреплены на платах датчиков угла, объединенных в трехканальный блок датчиков угла, кроме того, все три канала датчиков угла объединены одной платой модуля контроллера, в состав которой входят три канала контроллера со своими источниками питания, два коммутатора двух выходных линий и два адаптера.

Устройство ввода команд может содержать два концевых выключателя, выполненных с функцией дополнительного дублирования кодовой команды.

Наиболее близким техническим решением является устройство ввода команд по патенту РФ 2679751 с датой публикации 12.02.2019. Устройство ввода команд, содержащее два независимых привода, в каждом из которых установлен диск с рукояткой, механизм фиксации позиций рукоятки с подпружиненным роликом и углублениями под ролик. Устройство содержит механизм самовозврата с пружиной кручения, держатель двух магнитов, закрепленный на поворотной оси рукоятки, три канала бесконтактных датчиков угла, где каждый канал состоит из микросхемы с использованием датчиков Холла и магнита, при этом микросхемы с датчиками Холла размещены на платах датчиков угла и объединены в трехканальный блок датчиков угла, причем все три канала датчиков угла каждого привода соединены с одной общей платой модуля контроллера, в состав которого входят три канала контроллера со своими источниками питания, схема мажоритации по двум состояниям из трех, электронные ключи формирования команд. Устройство ввода команд может быть выполнено с трехкратным резервированием по датчикам угла, контроллеру формирования команды, источникам питания.

Недостатком для данных технических решений является невозможность их применения для управления подруливающим устройством, поскольку данная функция не предусмотрена конструкцией устройства.

Устройство ввода команд подруливающего устройства функционирует в составе пульта дистанционного управления системы управления подруливающего устройства морских судов: задания величины оборотов и направления вращения двигателей при управлении маневрированием судна в процессе швартовки и изменения положения судна в эксплуатации.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание бесконтактного, резервированного устройства ввода команд, выполняющего функции задания частоты оборотов и направления вращения двух двигателей подруливающего устройства судна при перемещении двух рукояток, имеющих одну степень свободы перемещения и входящих в общий конструктив устройства, с независимой фиксацией рукояток в любой точке рабочего диапазона.

Техническими результатами, которые достигаются при использовании изобретения, являются повышение эффективности управления подруливающим устройством для обеспечения маневренности и управляемости судов в режимах изменения положения судна. Кроме того, техническими результатами являются широкий диапазон входного питающего напряжения, возможность автономной работы каждого канала каждой рукоятки со своим датчиком угла, повышение надежности и точности устройства.

Технические результаты достигаются за счет того, что устройство ввода команд для системы управления подруливающим устройством содержит два независимых привода, в каждом из которых имеется своя рукоятка, причем обе рукоятки выполнены в общем корпусе с возможностью перемещения как независимо одна от другой, так и совместно, при этом механизм фиксации позиций рукояток выполнен с тактильным диском с углублениями, находящимся на общей оси с рукоятками, и подпружиненным роликом для фиксации тактильных точек, тормозную колодку с пружиной сжатия и винтом регулировки тормозного усилия, воздействующего на тормозной диск, совмещенный с тактильным диском, обеспечивающий независимую фиксацию, включающую шкалу скорости, каждой из рукояток в любой точке рабочего диапазона.

Каждый привод обеспечивает перемещение рукоятки в вертикальной плоскости от начального (нулевого) вертикального положения с наклоном в обе стороны до положения ±60°. На поворотной оси каждой рукоятки жестко закреплен магнит, являющийся составной частью датчика угла.

Устройство ввода команд содержит по два канала датчиков угла на каждый привод, где каждый канал состоит из микросхемы с датчиком Холла и общим магнитом для обоих каналов. Микросхемы закреплены на платах датчиков угла. Оба канала датчиков угла обеих рукояток соединены с общей платой модуля контроллера, в состав которой входят два канала контроллера со своими источниками питания, коммутатор для передачи данных с любого из двух каналов контроллера в линию связи по последовательному каналу RS485, адаптер, который преобразовывает данные от контроллера в вид интерфейса RS485, и выходной разъем для передачи данных в контроллер верхнего уровня системы управления подруливающим устройством.

На фиг. 1 приведено устройство ввода команд для системы управления ПУ.

Устройство ввода команд содержит два независимых привода, в каждом из которых имеется своя рукоятка 1, механизм фиксации позиций рукоятки выполнен с тактильным диском 2 с углублениями, находящимся на общей оси с рукояткой 1, и подпружиненным роликом 3 для фиксации тактильных точек, тормозную колодку 4 с пружиной сжатия 5 и винтом 6 регулировки тормозного усилия, воздействующего на тормозной диск, совмещенный с тактильным диском 2.

На поворотной оси 7 каждой рукоятки 1 жестко закреплен магнит 8. Устройство ввода команд содержит по два канала датчиков угла на каждый привод, где каждый канал состоит из микросхемы 9 с датчиком Холла и общим магнитом 8 для обоих каналов. Микросхемы 9 закреплены на платах датчиков угла 10. Оба канала плат датчиков угла обеих рукояток 1 соединены с общей платой 11 модуля контроллера, в состав которой входят два канала контроллера со своими источниками питания, коммутатор для передачи данных с любого из двух каналов контроллера в линию связи по последовательному каналу RS485, адаптер, который преобразовывает данные от контроллера в вид интерфейса RS485, и выходной разъем для передачи данных в контроллер верхнего уровня системы управления подруливающим устройством.

Устройство ввода команд работает следующим образом.

Задание частоты оборотов и направления вращения двигателей обеспечивается перемещением любой из рукояток 1 в вертикальной плоскости от начального (нулевого) вертикального положения с наклоном в обе стороны до положения ±60° с фиксацией в любой точке рабочего диапазона без самовозврата.

При повороте любой из рукояток 1 и установке в любое фиксированное положение, обеспечиваемое тормозной колодкой 4 с регулируемым тормозным усилием, воздействующим на плоскость тормозного диска, совмещенного с тактильным диском 2 и контрольными тактильными точками с подпружиненным роликом 3 и углублениями для его фиксации на диске 2, включая нейтральное вертикальное, происходит поворот оси 7 с закрепленным на нем магнитом 8 относительно стационарно установленного на плате 11 модуля контроллера двух каналов датчиков угла 10, с закрепленными на них микросхемами 9 с датчиками Холла, которые непрерывно производят измерение угла поворота магнитов 8 относительно контрольных точек, определенных при юстировке устройства ввода команд.

В процессе юстировки платы 11 модуля контроллера каждый канал контроллера опрашивает датчики угла своего канала при установке любой из рукояток 1 в контрольных точках рабочего диапазона: начало диапазона, нейтральное положение рукоятки, конец рабочего диапазона, и записывает в память контроллера значения углов, соответствующих этим контрольным точкам.

В рабочем режиме каждый из двух каналов платы 11 модуля контроллера непрерывно циклически опрашивает бесконтактные датчики угла своего канала от каждой рукоятки 1, производит масштабирование значений измеренных углов, вычисляет значения, соответствующие измеренному углу в соответствии с согласованным протоколом, формирует команду управления в виде пакета данных для передачи на верхний уровень системы управления для задания частоты оборотов и направления вращения двигателей. Коммутатор выбирает канал, с которого передается сформированная команда через адаптер, который преобразует сформированную контроллером команду управления в вид интерфейса RS485 для передачи через выходной разъем на верхний уровень системы управления подруливающего устройства.

Система управления подруливающего устройства имеет возможность опрашивать показания любого канала каждой рукоятки 1 одновременно в одном сеансе обмена, что повышает надежность устройства.

При отпускании любая из рукояток 1 фиксируется в любой точке рабочей зоны за счет узла торможения, состоящего из тормозной колодки 4, пружины сжатия 5 и винта регулировки тормозного усилия, воздействующего на тормозной диск, находящийся на общей оси с рукояткой.

Таким образом, заявляемое устройство ввода команд обеспечивает выполнение функций управления подруливающим устройством.

Изобретение относится к устройству формирования и выдачи оператором команд управления двумя двигателями подруливания морских судов. Устройство ввода команд для системы управления подруливающим устройством содержит два независимых привода, в каждом из которых имеется рукоятка и два канала датчиков угла, установленных напротив закрепленных магнитов. Каждый канал датчика угла состоит из микросхемы с датчиком Холла и магнита. Каналы датчиков угла соединены с общей платой модуля контроллера. Рукоятки двух приводов выполнены с возможностью перемещения как независимо одна от другой, так и совместно. Механизм фиксации позиций каждой из рукояток выполнен с тактильным диском с углублениями, находящимся на оси с рукояткой, и подпружиненным роликом для фиксации тактильных точек. Устройство содержит тормозную колодку с пружиной сжатия и винтом регулировки тормозного усилия, воздействующего на тормозной диск, совмещенный с тактильным диском, обеспечивающий независимую фиксацию, включающую шкалу скорости, каждой из рукояток в любой точке рабочего диапазона. Достигается повышение эффективности управления подруливающим устройством для обеспечения маневренности и управляемости судов в режимах управления судна. 1 ил.

Устройство ввода команд для системы управления подруливающим устройством, содержащее два независимых привода, в каждом из которых имеется рукоятка, два канала датчиков угла, установленных напротив закрепленных магнитов, при этом каждый канал датчика угла состоит из микросхемы с датчиком Холла и магнита, причем каналы датчиков угла соединены с общей платой модуля контроллера, отличающееся тем, что рукоятки двух приводов выполнены с возможностью перемещения как независимо одна от другой, так и совместно, при этом механизм фиксации позиций каждой из рукояток выполнен с тактильным диском с углублениями, находящимся на оси с рукояткой, и подпружиненным роликом для фиксации тактильных точек, тормозную колодку с пружиной сжатия и винтом регулировки тормозного усилия, воздействующего на тормозной диск, совмещенный с тактильным диском, обеспечивающий независимую фиксацию, включающую шкалу скорости, каждой из рукояток в любой точке рабочего диапазона, при этом на поворотной оси каждой рукоятки жестко закреплен магнит.