浮船塢沉浮自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

曹嘉樑

摘 要：浮船塢的智能化控制系統(tǒng)在現(xiàn)代化船塢中應(yīng)用非常廣泛，它通過監(jiān)測船塢的變形以及待進(jìn)塢船舶的姿態(tài)控制來實(shí)現(xiàn)浮船塢在沉浮過程中的智能控制。船塢沉浮的自動(dòng)控制系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)和輔助設(shè)備的參與來對(duì)船塢的沉浮過程進(jìn)行全自動(dòng)控制，并對(duì)沉浮過程中船舶及船塢的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，以減輕船員對(duì)于船塢的操作程度，增加進(jìn)塢船舶的安全性。

關(guān)鍵詞：浮船塢；自動(dòng)控制系統(tǒng)；沉??；智能控制

浮船塢是指在水域中進(jìn)行沉浮和移動(dòng)，并能對(duì)其他船只進(jìn)行修理和引導(dǎo)作業(yè)以及船舶的上墩、下水和水上作業(yè)的工程船。傳統(tǒng)的浮船塢的控制和沉浮作業(yè)幾乎都是由技術(shù)人員手動(dòng)操作來完成的，工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較大、工作效率也不高，安全系數(shù)較低。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到浮船塢沉浮作業(yè)的自動(dòng)控制系統(tǒng)受到越來越多的重視。對(duì)于浮船塢的沉浮過程進(jìn)行自動(dòng)化控制和操作，能夠減輕工作人員的工作負(fù)擔(dān)，并提高浮船塢沉浮工作的安全性和可靠性。

1 浮船塢的沉浮智能控制系統(tǒng)的構(gòu)成

浮船塢的沉浮智能控制系統(tǒng)主要有計(jì)算機(jī)的硬件和軟件、船體的測量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和控制顯示屏、液位自動(dòng)測量等設(shè)備組成。

1.1 計(jì)算機(jī)的硬件和軟件

在浮船塢的自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成中，計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)備和軟件主要是為控制系統(tǒng)提供支持服務(wù)的，硬件設(shè)備對(duì)控制系統(tǒng)在運(yùn)行和操作中出現(xiàn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析工作，并將數(shù)據(jù)保存起來。軟件主要對(duì)系統(tǒng)性能起到調(diào)節(jié)作用，也可以具有對(duì)浮船塢危險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)估和警報(bào)圖像進(jìn)行顯示等功能。

1.2 液位自動(dòng)測量設(shè)備

在浮船塢的設(shè)備中，液位自動(dòng)監(jiān)測器的主要功能是利用自身的測量傳感器對(duì)各壓水艙內(nèi)部液位和船塢壓載艙的水位進(jìn)行測量，對(duì)船塢船艏、船艉及船左右的船舶姿態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，將數(shù)據(jù)通過信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)的處理器內(nèi)部。浮船塢的液位自動(dòng)測量能夠依靠縱、橫等傾斜對(duì)艙室內(nèi)部的液位數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，以保障浮船塢在海上安全作業(yè)。

1.3 船體測量系統(tǒng)

浮船塢的船體測量系統(tǒng)是用來測量船塢受到縱向變形、橫向變形及船體在壓力作用下內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到壓力后的變形情況。主要是依靠測量系統(tǒng)所包含的設(shè)備來測量船體的變形情況，也可以采用壓差變送器來測量撓度的變化。船體結(jié)構(gòu)設(shè)備的應(yīng)力可以采用專門的應(yīng)力測量設(shè)備來測量，最后所有的測量數(shù)據(jù)都要傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集箱中進(jìn)行儲(chǔ)存。

1.4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換箱

浮船塢的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換箱的主要功能是接收液位測量裝置和閥門液壓開關(guān)設(shè)備以及船舶姿態(tài)等裝置所發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)，并將上述信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后送達(dá)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析。增強(qiáng)型多功能的數(shù)據(jù)采集卡可以用作數(shù)據(jù)的采集設(shè)備。現(xiàn)在為了追求更加高效的數(shù)據(jù)采集和傳輸，浮船塢上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換箱大都采用多線程控制技術(shù)。

1.5 沉浮控制臺(tái)

沉浮控制臺(tái)是浮船塢自動(dòng)控制系統(tǒng)中最重要的組成部分。沉浮控制臺(tái)是由本體硬件和內(nèi)置的軟件來運(yùn)作的，主要功能是對(duì)船塢的沉浮作業(yè)實(shí)現(xiàn)全智能化的自動(dòng)控制和動(dòng)態(tài)的全天候監(jiān)測。

2 浮船塢自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

2.1 控制程序的設(shè)計(jì)

浮船塢的控制方法是浮船塢自動(dòng)控制系統(tǒng)的中心，也是浮船塢實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和報(bào)警以及信號(hào)監(jiān)測功能的基礎(chǔ)?？刂瞥绦蛟赑LC的正常運(yùn)行中向執(zhí)行設(shè)備發(fā)送指令信號(hào)。PLC在程序編程上采用了模塊化的多任務(wù)系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)主程序之間可以選擇多個(gè)子程序來共同承擔(dān)對(duì)浮船塢的具體操作和運(yùn)轉(zhuǎn)。

主程序又分為控制主程序和值班主程序兩個(gè)部分。值班主程序主要負(fù)責(zé)在通信故障發(fā)生時(shí)或者緊急情況下按下按鈕進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)作業(yè)，以保證浮船塢的自身安全為前提，與涉及安全的其他報(bào)警裝置相沖突時(shí)，可以自行啟動(dòng)自動(dòng)保護(hù)程序，在需要時(shí)，可以停止船塢自身的沉浮作業(yè)，以保障浮船塢自身的安全。值班主程序也可以依照程序設(shè)定，對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行刷新，以方便計(jì)算機(jī)處理器和PLC對(duì)船塢的狀態(tài)進(jìn)行分析和判斷。

2.2 控制主程序的設(shè)計(jì)

浮船塢的控制主程序又稱為下位機(jī)控制主程序，是由具體的工作人員通過人機(jī)操作界面對(duì)浮船塢的相關(guān)作業(yè)進(jìn)行參數(shù)的配置和數(shù)據(jù)的調(diào)整，通過下位機(jī)主程序的操作，可以獲得子程序?qū)Ω〈瑝]的輔助控制功能。在下位機(jī)控制主程序的運(yùn)行開始時(shí)，首先要接收來自上位機(jī)的指令，收到指令后PLC會(huì)從緩存中讀取上位機(jī)傳來的指令碼，通過指令碼的轉(zhuǎn)換可以讀取上位機(jī)傳來的沉浮信息，并將之導(dǎo)入到PLC中。

2.3 子程序的設(shè)計(jì)

浮船塢的子程序的參與要在接受指令后才能運(yùn)行，當(dāng)主程序開始執(zhí)行后子程序要首先確認(rèn)浮船塢的沉浮參數(shù)和所處的狀態(tài)，以確定自己的工作內(nèi)容。浮船塢不管是上浮還是下潛都必須用參數(shù)來進(jìn)行定位。參數(shù)值根據(jù)目標(biāo)潛深減去之前的潛深數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析，子程序在只有確定船塢具體的上浮和下潛的操作之后，才會(huì)停泵關(guān)閥，并返回主程序中待命。

浮船塢在沉浮時(shí)采用蝶閥控制的穩(wěn)定性十分優(yōu)良，并且編程工作也十分方便，在所用的PID調(diào)節(jié)編程的數(shù)據(jù)時(shí)已經(jīng)包括進(jìn)ABB PLC的編程軟件中去了，綜上，就可以將PID的調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為浮船塢在沉浮控制時(shí)的調(diào)節(jié)方法。

3 結(jié)束語

浮船塢執(zhí)行沉浮作業(yè)的自動(dòng)控制系統(tǒng)是一門綜合性極強(qiáng)的系統(tǒng)工程，它的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，避免了船塢裝載方案的變化以及裝載過程中船本身的重量變化。采用數(shù)據(jù)來分析船舶的變形控制和船塢的姿態(tài)控制在浮船塢的沉浮作業(yè)中要作為關(guān)鍵的兩方面來進(jìn)行操作，能夠很好地解決船塢甲板的變形。船體變形的邊緣以及實(shí)現(xiàn)軟件對(duì)船舶姿態(tài)的詳細(xì)控制，自動(dòng)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)為浮船塢的沉浮作業(yè)的安全性打下了牢固的基礎(chǔ)。

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（作者單位：中海工業(yè)（上海長興）有限公司）