В последнее время широкое применение на практике получили шаговые дистанционные системы передачи информации. В основе репитеров, используемых этими системами, лежит шаговый мотор, механически связанный со шкалами. Каждый импульс, поступающий на обмотку шагового мотора, поворачивает его ротор на определенный угол. Наибольшее распространение на практике получили шаговые дистанционные системы с разрешением 192 шага на один градус угла поворота шкалы и 6 шагов на один градус. Указанная система трансляции использована и в рассматриваемом гирокомпасе.
Электрическая схема шагового мотора, используемого в системе, приведена на рис. 5.13. Он содержит три пары обмоток, расположенных на полюсах магнитопровода, оси которых повернуты друг относительно друга на угол, равный 600. Ротор мотора выполнен из феромагнитного материала и имеет крестообразную форму. Положение ротора относительно полюсов зависит от того, какие обмотки в данный момент находятся под напряжением. В том случае, если напряжение подано на клемму 5 и обмотку 1, магнитный поток, создаваемый этой обмоткой будет замыкаться через полюса, на которых она намотана, и эти полюса притянут к себе полюса А и С ротора, в результате чего его ориентация будет соответствовать показанной на рисунке.
Для того чтобы из этого положения повернуть ротор на один шаг необходимо подать напряжение одновременно на две обмотки, например 1 и 2. В этом случае произойдет поворот на 150 против часовой стрелки, в результате которого зубцы расположатся симметрично относительно осей указанных обмоток (линия а – а будет проходить по биссектрисе угла между ними) и силы притяжения ротора с их стороны будут уравновешивать друг друга. Для того чтобы произошел поворот на следующий шаг, следует подать напряжение только на обмотки 2. В этом случае зубцы В и D совместятся с направлением оси обмоток 2.
Таким образом, каждый шаг у рассматриваемого мотора равен 150, а полный оборот его ротора будет происходить после подачи 24 импульсов управляющего напряжения. Ротор мотора связан со шкалой с помощью редуктора с передаточным отношением 1/90. В результате этого для поворота шкалы репитера на 1 градус необходимо подать на шаговый мотор 6 импульсов.
Импульсы, подаваемые на шаговый мотор, формируются специальным датчиком, схема которого представлена на рис. 5.14. По своей сути он представляет собой трансформатор, первичная обмотка которого уложена на магнитопроводе таким образом, что она создает магнитный поток, замыкающийся через его полюса и ротор, так как это показано стрелками. Обмотка через клеммы К1 и К2 подключена к источнику переменного тока, напряжением 110 В, частотой 400 Гц. Вторичные обмотки намотаны на полюсы магнитопровода и соединены между собой так, как это показано на схеме.
Выходные концы N, S1, S2, S3 вторичных обмоток через каналы усиления их сигналов связаны с клеммами 5, 1, 2, 3, соответственно, шагового мотора (рис. 5.13), а ротор – со шкалой основного прибора. Нетрудно видеть, что при положении ротора, показанном на рис. 5.14, основная часть магнитного потока будет замыкаться через полюсы, на которых намотана обмотка NS2 и, как следствие, максимальное выходное напряжение будет на клеммах N и S2.
При повороте ротора на один шаг (150) по часовой стрелке максимальный поток будет уже замыкаться через полюсы, на которых расположены обмотки S1 и S2, и с которых будет снят выходной сигнал. После поворота на следующий шаг выходное напряжение формируется на клеммах N и S1. По аналогичному алгоритму формируются и все последующие выходные сигналы, необходимые для работы шагового мотора.
Строго говоря, при любом положении ротора датчика сигналов на всех его обмотках формируются выходные напряжения частотой 400 Гц, однако их значения не одинаковые и в каналах усилителя, связывающего датчик и шаговый мотор, отбираются лишь те напряжения, величина которых превышает заданный пороговый уровень.
Гирокомпас TG – 6000
Особенности устройства
Гирокомпас TG – 6000, сохраняя основные особенности устройства, присущие рассмотренной выше модели, является более компактным и совершенным образцом, допускающим работу в составе навигационных комплексов. К его достоинствам можно также отнести высокую точность работы, меньшее потребление энергии и больший срок службы. Он включает в себя два прибора (рис. 5.15): основной прибор 1, в котором установлен ЧЭ гирокомпаса, и прибор управления 2.
Основные технические характеристики прибора сводятся к следующему:
Среднеквадратичная погрешность определения курса………………………..0,10
Погрешность в сложных условиях плавания…………………………….менее 0,50
Время установки в меридиан
в ускоренном режиме………………………………………………………….около 2 час
в обычном режиме………………………………………………………………около 4 час
Скорость отработки следящей системы………………………………………….24 0/сек
Напряжение питания………………………………….110/220 В, частотой 50/60 Гц
Резервный источник питания………………………..постоянное напряжение 24 В
Потребляемая мощность
в режиме разгона……………………………………………………………………….140 ВА
в рабочем режиме………………………………………………………………………….70ВА
Допустимая качка…………………………………………………………………………………450
Рабочая температура ……………………………………………..……………….-10÷+500С
Выходные сигналы:………………импульсы 24 В, на 9 репитеров, мах. 8,5 А
Цифровые……………….………RS422 – 4 порта, NMEA 0183 – 2 порта
аналоговый об угл. скорости………………………………….±5 В - 1 порт
Входные сигналы:
Скорость ………………………..импульсы 200 имп/мм – 1 порт,
GPS (широта, долгота, скорость) …….. …..RS 422 – 1 порт
Габаритные размеры:
основной прибор…………………………………………………………….430х360х340 мм
прибор управления…………………………………………………………570х334х182 мм
Масса основного прибора…………………………………………………….25 кГ
Масса блока управления ……………………………………………………..16,5 кГ
   |
Гирокомпас имеет несколько отличную от ранее рассмотренной модели функциональную схему, которая представлена на рис. 5.16. Как это видно из рисунка, в компасе отсутствует следящая система шкалы курса, с помощью которой вводились поправки в показания прибора и, в частности, устранялась его скоростная девиация. В указанной модели определение значений скоростной девиации производится по сигналам о скорости судна и его широте, поступающим на плату 12, осуществляющую ввод внешней информации в прибор и вывод информации о курсе судна. Найденная девиация учитывается в показаниях репитеров.
Кинематика прибора также несколько изменена. Чувствительный элемент 4 и его кольца подвеса 1 и 2 смонтированы на нактоузе и имеют нижнюю точку опоры. Шкала курсов 3 жестко связана с осью кольца 2. На внутреннем кольце установлен безредукторный шаговый датчик моментов 9, обеспечивающий слежение контейнера ЧЭ за наклонами главной оси ротора относительно плоскости горизонта. При наличии рассогласования положения гиросферы и следящего контейнера напряжение, снимаемое с датчика 5, поступает в устройство управления 6, в котором осуществляется его фильтрация и демодуляция, выделение необходимого сигнала управления и преобразование его в импульсную форму. После усиления сигнала управления усилителем А2, он поступает на датчик моментов 9, который и устраняет рассогласование. Аналогичным образом устраняется рассогласование относительно наружной оси каналом, включающим в себя датчик 5, устройство управления 6, усилитель А1 и шаговый мотор 8 с коэффициентом передачи 240 имп/град. Питание основного прибора спецнапряжениями производится от инвертора 10 и платы контроллера 7.
 |
Блок управления включает в себя панель управления ПУ, устройство управления УУ с вычислителем, усилитель У3 системы трансляции курса на репитеры с приводом от шаговых моторов, устройство 12 ввода – вывода, согласующее устройство 11 для цифровых репитеров и основной блок питания БП.
Состав панели управления представлен на рис. 5.17. Здесь 1 – ручка включения гирокомпаса, 2 – кнопка включения дисплея, 3 – выбор устанавливаемых параметров, 4 – кнопка изменения задаваемых параметров и регулировки освещения, 5 – кнопка ввода параметров в процессор, 6 – включение тестирования, 7- кнопка выключения сигнализации, 8 - световая сигнализация, 9 –дисплей, 10 – индикаторы отображаемых параметров, 11 – индикатор состояния гирокомпаса.
Устройство управления УУ является основным блоком, вырабатывающим с помощью включенного в него центрального процессора управляющие сигналы. Его основными функциями являются:
· мониторинг состояния основного прибора и отображение его на дисплее;
· расчет значений скоростной девиации и истинного курса судна, выработка сигналов для трансляции этих курсов на репитеры;
· формирование сигнала для отображения на дисплее информации о скорости судна;
· осреднения выходной информации о курсе судна с постоянной времени от 2 с до 10 с с шагом, равным 2 с;
· вычисление текущей широты места судна с использованием вводимой информации о скорости судна и его текущем курсе;
· сохранение в памяти основных настроек гирокомпаса и его текущих параметров.
Устройство основного прибора гирокомпаса представлено на рис. 5.18. Здесь 1 - демпфер, обеспечивающий при наличии качки судна гашение колебаний внутреннего горизонтального кольца 6 подвеса ЧЭ; 2 – плата шагового мотора, обеспечивающего привод наружного вертикального кольца 21; 3 – амортизаторы; 4 – включатель освещения; 5 – блок шагового мотора; 7 – окно указателя курса; 8 – отсчетный индекс; 9 - осветитель; 10 – чувствительный элемент; 11 – монтажное кольцо; 12 – горизонтальная ось; 13 – корпус чувствительного элемента; 14 – основание гиросекции; 15 – кнопка крепления кожуха; 16 – нактоуз; 17 – токосъемные кольца; 18 – внешняя контактная колодка; 19 – блок инвертера; 20 – шестерня азимутального редуктора; 21 – наружное кольцо подвеса; 22 – датчик момента горизонтальной оси; 23 – гиросфера; 24 – пузырьковый уровень; 25 – курсовая шкала.
Как следует из рисунка, в рассматриваемой модели ЧЭ установлен в корпусе основного прибора в несколько иной конструктивной компоновке, что позволило сократить размеры изделия и упростить его обслуживание.
Порядок включения
Операции включения и выключения прибора производятся в последовательности, представленной на рис. 5 19. Начало операции включения допускает возможность вращения ротора при включении изделия в силу того, что он не успел остановиться после предыдущего выключения (например, в процессе проведения сервисных работ), поэтому на первом этапе осуществляется его торможение. В этом режиме индикатор STANDBY ми
 |
гает.
 |
На этом этапе, когда мигает индикатор 10 (SPEED/LATITUDE) дисплея, можно ввести последовательно информацию о скорости движения судна и его широте.
После остановки ротора шкала прибора начнет вращаться по часовой стрелке до тех пор, пока не установится на курс, соответствующий моменту его последнего выключения. Если этот курс верный (соответствует текущему курсу судна), следует нажать кнопку ENT. Для того чтобы выставить другое значение курса, следует вначале убедиться в том, что все индикаторы 10 (рис. 5.17) не светятся. В случае невыполнения этого условия следует нажимать кнопку DISP (2) до тех пор, пока все индикаторы не погаснут. После этого необходимо нажать кнопку SET (3) и ввести желаемое значение курса с помощью кнопок 4. Далее следует нажать кнопку ENT (5).
Спустя 3 минуты произойдет включение следящих систем и в течение 2-х минут будет разгоняться ротор гироскопа. При этом включится индикатор RUNNING (11).
Ввод устанавливаемых параметров в систему гирокомпаса осуществляется в следующей последовательности: кнопкой DISP включают на табло 10 интересующий параметр, нажимают кнопку SET и кнопками 4 вводят требуемое значение параметра, после чего нажимают кнопку ENT.
Согласование репитеров производится по показаниям цифрового табло 9, на котором после устранения скоростной девиации отображается истинный курс судна.
Гирокомпас устанавливается в меридиан примерно за 2 часа при начальном отклонении ЧЭ, не превышающем 50. В иных ситуациях это время может возрасти до 4-х часов.
Если в процессе включения гирокомпаса в течение 10 минут не включится индикатор RUNNING, то прибор следует выключить и повторить попытку включения вновь.
Перед выходом в рейс следует убедиться в правильности ввода информации о широте и скорости судна. Для этого необходимо сверить показания дисплея прибора с показаниями GPS и лага.
Система диагнгстики
Гирокомпас имеет встроенную систему диагностики и систему сигнализации о наличии неисправности в приборе. Характер неисправности можно определить по ее коду, выводимому на дисплей. Значения каждого кода приведены в таблице 5.1.
При включении сигнализации о наличии неисправности следует нажать кнопку 7 (Рис. 5.17) (ALARM STOP). Если включение сигнализации произошло из-за случайного сбоя в системе, то после нажатия указанной кнопки звуковая и световая сигнализации отключатся. Если этого не произошло, значит неисправность не устранена и требуется ее устранение. Если случаются несколько отказов одновременно, то на дисплее отображаются все их номера, например Е 1.2 3. В том случае, когда число неисправностей превышает три, то точка в конце кода не ставится и остальные цифры можно посмотреть, нажав кнопку «+» (4, рис. 5.17). Вернуться назад можно с помощью кнопки «- ».
Таблица 5.1
Alarm List
| Error Code | Alarm content | Possible cause |
| E-l | Main power is abnormal | When the main power (AC power source) |
| is lost. | ||
| E-2 | Power is abnormal | Power supply unit in the control box |
| becomes over current or over voltage. | ||
| E-3 | Inverter is abnormal | Inverter in the master compass becomes |
| over current or over voltage. | ||
| E-4 | Control power is abnormal | Anomaly generates in the control unit |
| power voltage in the master compass. | ||
| E-5 | Rotor current is abnormal | Gyro rotor current is abnormal. |
| E-6 | Rotor tilting angle is abnormal | Gyro rotor tilts abnormally in the direction |
| of north and south. | ||
| E-7 | Servo loop is abnormal | Anomaly generates in azimuth and |
| horizontal servo loop. | ||
| E-8 | Zero cross is abnormal | Anomaly generates in the reference angle |
| sensor in the master compass azimuth. | ||
| E-9 | Memory is abnormal | The memory (nonvolatile) in the control |
| box is abnormal. | ||
| E-A | Communication error (1) | Communication in the master compass is |
| abnormal. | ||
| E-b | Communication error (2) | Communication in the control box is |
| abnormal. | ||
| E-c | GPS communication off | When GPS system is stopped or serial |
| signal from GPS is cut. | ||
| E-d | GPS data abnormal | Serial signal from GPS is abnormal. |
| E-E | MAG communication off | When operation of magnetic compass |
| system is stopped or serial signal from | ||
| magnetic compass system is cut | ||
| E-F | MAG data abnormal | Serial signal from magnetic compass |
| system is abnormal. |
Требования к техническому обслуживанию гирокомпаса приведены в оригинале из [7]:
Maintenance
The routine maintenance and check of the Gyrocompass is very simple,
however since correct handling is the only way to maintain good
characteristics of the gyrocompass over a long term, it is required to
pay full attention on maintenance works.
Routine Check
Check the following items at least once a day.
1) Check synchronization between the true heading display of the control box and the repeater compass. Synchronize them when there is a deviation.
2) Make sure that the latitude display of the control box matches with latitude of the current position. If there is a deviation, reset the latitude.
3) Check the error by measuring heading if possible.
4) Make sure the power supply voltage is constantly maintained.
5) Normal running of the master compass generates no noise, vibration or overheating, etc. It is very effective to know normal running conditions well and to compare them with current running conditions for early detection of abnormalities.
Periodical Check
The gyrocompass has a high speed spinning top and many other moving parts. These moving parts are lubricated with high-grade lubricating oil, which is unavoidable deteriorated with time elapsed. Packings and other parts may also be degraded. Therefore, the gyrocompass needs periodical check and cleaning overhaul by a service engineer. Please contact your nearest service station when the time for periodical check comes.
The cleaning overhaul requires special technology, equipment and tools. Never disassemble the gyrocompass by yourself, as it may cause further trouble.
Other Check
The gyrocompass does not need check or maintenance other than above. However, check for looseness of wiring terminal screws, oil adhering or component wear from time to time, and make adjustment when necessary.
Гирокомпас TG – 8000/8500
Гирокомпасы TG -8000 и TG – 8500 появились как результат дальнейшего усовершенствования модели TG -6000. При этом модель TG – 8500 была адаптирована для использования на скоростных (до 70 уз) судах. Указанные модели отличает наличие скоростных цифровых выходных сигналов в стандарте IEC61162-2, повышенная скорость работы следящей системы, наличием совмещенного блока управления для использования 2-х гирокомпасов в одном комплекте, возможность подключения внешних источников информации о курсе судна.
 |
Основные технические характеристики прибора сводятся к следующему:
Среднеквадратичная погрешность определения курса………………………..0,10
Погрешность в сложных условиях плавания…………………………….менее 0,50
Время установки в меридиан
в ускоренном режиме………………………………………………………….около 2 час
в обычном режиме………………………………………………………………около 4 час
Скорость отработки следящей системы………………………………………….75 0/сек
Напряжение питания………………………………….110/220 В, частотой 50/60 Гц
Резервный источник питания………………………..постоянное напряжение 24 В
Потребляемая мощность
в режиме разгона……………………………………………………………………….140 ВА
в рабочем режиме……………………………………………………………………….70 ВА
репитерами…(9 портов)………………………………………………………………150 ВА
Допустимая качка…………………………………………………………………………………450
Рабочая температура ……………………………………………..……………….-10÷+500С
Выходные сигналы:………………импульсы 24 В, на 9 репитеров, мах. 8,5 А
Цифровые………(5 портов)……………………IEC61162-1ed2 или IEC61162-2
аналоговый об угл. скорости…(до 300/мин)…………………….±5 В
(до 120 или 3000/мин)…….. ±10 В- 3 порта
Входные сигналы:
Скорость ………………………..импульсы 200 имп/мм – 1 порт,
IEC61162-1ed2
GPS (широта, долгота, скорость) ……. IEC61162-1ed2.– 1 порт
Внешние датчики курса……………… IEC61162-1ed2 или IEC61162-2
Габаритные размеры:
основной прибор…………………………………………………………….438х360340 мм
прибор управления…………………………………………………………420х363х182 мм
совмещенного блока управления…………………………………….561х467х182 мм
Масса основного прибора…………………………………………………….23 кГ
Масса блока управления ……………………………………………………..16 кГ
Масса совмещенного блока управления…………………………………23 кГ