絞吸式挖泥船控制系統(tǒng)研究

胡志明

摘 要：絞吸式挖泥船，是疏浚業(yè)中常用的一類裝置，其在控制系統(tǒng)方面有一定的優(yōu)勢，特別是電氣系統(tǒng)，提高了絞吸式挖泥船的工作效率。絞吸式挖泥船的控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)疏浚業(yè)的需求，提供不同的工況設(shè)計(jì)，提升挖泥疏浚的效率，滿足現(xiàn)代疏浚業(yè)的基本要求。本文主要探討絞吸式挖泥船控制系統(tǒng)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：絞吸式；挖泥船；控制系統(tǒng)；疏浚業(yè)

絞吸式挖泥船的控制系統(tǒng)內(nèi)，引入了變頻、電子等多項(xiàng)技術(shù)，而且采用了不同的選型設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了高效的運(yùn)行功能。疏浚業(yè)發(fā)展中，比較重視絞吸式挖泥船的應(yīng)用，此類挖泥船的應(yīng)用比較廣泛，提供了高性能、多功能的應(yīng)用。絞吸式挖泥船中，比較重要的是控制系統(tǒng)的研究，目的是提高挖泥船作業(yè)的穩(wěn)定性，體現(xiàn)控制系統(tǒng)各個(gè)構(gòu)成部分的作用。

1 絞吸式挖泥船控制系統(tǒng)概述

絞吸式挖泥船應(yīng)用中，需要根據(jù)相關(guān)的工作原理，有效控制控制系統(tǒng)，推動(dòng)挖泥船在疏浚業(yè)中的使用，所以，主要研究絞吸式挖泥船的工作原理以及系統(tǒng)構(gòu)成，明確控制系統(tǒng)在絞吸式挖泥船中的作用和應(yīng)用，具體分析如下：

1.1 絞吸式挖泥船工作原理

絞吸式挖泥船的工作原理：絞吸式挖泥船的結(jié)構(gòu)中，絞刀架的前端部分，安裝了絞刀工具，專門用于打碎河道、水底的泥石，促使固體的泥石，轉(zhuǎn)化為泥水混合物，或者以泥漿的狀態(tài)存在，絞吸式挖泥船啟動(dòng)離心式泥泵，通過絞刀架前端的吸泥頭，吸收水底的泥漿，再將泥漿導(dǎo)入到挖泥船的內(nèi)部吸管，利用泥泵+排泥管，導(dǎo)送到規(guī)定的卸放地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)絞吸式挖泥的過程。一般情況下，絞吸式挖泥船在作業(yè)現(xiàn)場就位后，需要采取鋼樁定位橫挖的方法，固定挖泥船，利用主定位樁，控制船體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，絞刀能夠在挖槽寬度的范圍中，左右、橫向的擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)分層挖泥。

絞吸式挖泥船的基本結(jié)構(gòu)：絞吸式挖泥機(jī)大部分是非自航式的，利用定位樁、錨固纜線完成定位和移動(dòng)的操作，構(gòu)成挖泥的軌跡，絞吸式挖泥船，在整體上連接了挖泥、運(yùn)輸、卸載的過程，而且可以在一次性的狀態(tài)下完成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)重復(fù)、連續(xù)的挖泥工作。絞吸式挖泥船，船體是長方形的，艏部設(shè)有開槽，也就是前端位置，內(nèi)部安裝了絞刀架，用于絞吸挖泥。

1.2 絞吸式挖泥船控制系統(tǒng)構(gòu)成

1.2.1 絞刀切削系統(tǒng)

絞刀切削系統(tǒng)，是絞吸式挖泥船控制系統(tǒng)的核心，通過絞刀提供切削力，分離水底的泥石，混合到周圍水體內(nèi)。絞刀切削系統(tǒng)中，絞刀是最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)，也是切削中提供力度的部分。絞刀由四個(gè)部分構(gòu)成，分別是：大環(huán)、刀臂、刀刃、輪轂，刀臂結(jié)構(gòu)上，連接了大環(huán)和刀臂，構(gòu)成一個(gè)整體，而刀刃焊接在刀臂上，連接輪轂、絞刀裝置，通過輪轂傳遞扭矩、作用力。絞刀結(jié)構(gòu)的不同，將絞刀切削系統(tǒng)分為不同的類型，如：開式絞刀、磐型絞刀等，需要根據(jù)切削對(duì)象的特性，選擇對(duì)應(yīng)的絞刀切削系統(tǒng)，以便提高絞刀切削的速度和效率。

1.2.2 定位樁系統(tǒng)

定位樁設(shè)計(jì)在挖泥船的尾部，定位樁內(nèi)配合設(shè)置臺(tái)車，而且每根定位樁，都配置了油缸起升。定位樁對(duì)強(qiáng)度有一定的需求，基本是由鋼板卷焊構(gòu)成，鋼板厚度可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)。定位樁起升時(shí)，液壓油缸提供動(dòng)力，油缸與臺(tái)車鉸接，頂部通過鋼絲繩，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)輪聯(lián)接，定位樁系統(tǒng)的工作方式為：液壓供油，油壓狀態(tài)下，柱塞伸出，提升鋼柱，鋼柱下降的過程中，自重帶動(dòng)油缸柱塞伸回，而且鋼柱上還要增加鋼絲繩，方便鋼柱的提升、下降。

1.2.3 泥漿輸送系統(tǒng)

絞吸式挖泥船控制系統(tǒng)的泥漿輸送部分，由吸泥管系統(tǒng)、吹泥管系統(tǒng)構(gòu)成。吸泥管將吸口管，伸入到水下泵之間，安裝在橋架位置上，還包括水下泵真空釋放閥。吹泥管包括橋架上的泥管，而且在鉸支座位置處，安裝了柔性橡軟管，配合進(jìn)倉管、主甲板的吹泥管系統(tǒng)、支持彎管旋轉(zhuǎn)的接頭裝置。泥漿輸送系統(tǒng)，能夠?qū)⑼谀啻g吸的泥漿，運(yùn)輸?shù)街付ǖ奈恢?，將泥漿運(yùn)離水底，屬于絞吸式挖泥船的運(yùn)輸部分。

1.2.4 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

絞刀切削的過程中，需要利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，提供切削的動(dòng)力。驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，在絞吸式挖泥船工作的過程中，提供了驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。常見的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有：（1）液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，利用齒形聯(lián)軸器，連接齒輪箱、絞刀，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)可以提供15～25r/min的轉(zhuǎn)速，期間還要通過齒輪箱實(shí)現(xiàn)減速，保障絞刀切削的安全性；（2）電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其為比較常見的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，利用絞刀齒輪箱，連接絞刀電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)絞刀運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中，需要考慮水下作業(yè)的需求，提高絕緣性、密閉性。絞吸式挖泥船內(nèi)，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的選擇，應(yīng)該考慮平均負(fù)荷、高峰負(fù)荷的關(guān)系，兩者存在一定的預(yù)期關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，才能準(zhǔn)確的配置可用的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，促使絞吸式挖泥船的整機(jī)功率，能夠根據(jù)驅(qū)動(dòng)控制的方式實(shí)現(xiàn)靈活的變化。

2 絞吸式挖泥船控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 上位機(jī)系統(tǒng)控制

上位機(jī)系統(tǒng)可以發(fā)送絞吸式挖泥船控制系統(tǒng)內(nèi)的指令，起到監(jiān)控的作用。上位機(jī)配合GE iFIX軟件，優(yōu)化系統(tǒng)的控制界面，完成PLC子站中的通訊傳輸，促使通訊傳輸具有信息化的作用。上位機(jī)中的iFIX軟件，具有自動(dòng)化監(jiān)控的特性，采用比較先進(jìn)的組態(tài)軟件，保證挖泥船通訊控制的準(zhǔn)確性。上位機(jī)系統(tǒng)控制中，可以觀察PLC的指示狀態(tài)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)顯示是否能夠連接PLC系統(tǒng)，此類系統(tǒng)控制方式，可以用在上位機(jī)系統(tǒng)的檢測維修中，最主要的是提高挖泥船通訊控制的效率。當(dāng)絞吸式挖泥船通訊界面出現(xiàn)誤差時(shí)，上位機(jī)系統(tǒng)控制界面中，設(shè)置了校準(zhǔn)頁面，專門用于校準(zhǔn)挖泥船內(nèi)的錯(cuò)誤信息，檢查出挖泥船的故障，提高檢測的效率，促使挖泥船的上位機(jī)系統(tǒng)控制，可以快速恢復(fù)正常狀態(tài)。

2.2 下位機(jī)系統(tǒng)控制

下位機(jī)系統(tǒng)用于接收上位機(jī)發(fā)送的信息，由PLC構(gòu)成?；赑LC的下位機(jī)控制系統(tǒng)，核心結(jié)構(gòu)是PLC控制柜，連接了左操縱臺(tái)、右操縱臺(tái)，分別接收控制信息，并且執(zhí)行控制命令。左操縱臺(tái)包括：左起錨機(jī)旁縱操作臺(tái)、左橫移機(jī)旁操縱臺(tái)、橋架機(jī)旁操縱臺(tái)、各機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)。右操縱臺(tái)包括：右起錨機(jī)旁操縱臺(tái)、右橫移機(jī)旁操縱臺(tái)、絞刀機(jī)旁操縱臺(tái)、各結(jié)構(gòu)變頻柜。因?yàn)榻g吸式挖泥機(jī)采用了變頻控制系統(tǒng)，連接了PLC控制柜，接收挖泥船駕駛室的指令，調(diào)節(jié)變頻器的驅(qū)動(dòng)方式，滿足挖泥船作業(yè)工況的需求。PLC控制系統(tǒng)是下位機(jī)系統(tǒng)的核心，不僅接收了絞吸式挖泥船的通訊指令，而且控制了挖泥船的作業(yè)狀態(tài)。

2.3 現(xiàn)場從站系統(tǒng)控制

絞吸式挖泥船現(xiàn)場從站系統(tǒng)控制，提高了挖泥船的控制水平，同樣利用PLC裝置，快速調(diào)節(jié)挖泥船的工作狀態(tài)。例如：絞吸式挖泥船在工作的過程中，遵循CCS20009規(guī)范，設(shè)置了就地控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的有效控制，而現(xiàn)場從站系統(tǒng)控制，其可保障就地控制的獨(dú)立性，能夠應(yīng)用在挖泥船的遙控系統(tǒng)、自動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)，兩個(gè)系統(tǒng)可以相互轉(zhuǎn)換，執(zhí)行現(xiàn)場從站的就地控制命令?，F(xiàn)場從站控制系統(tǒng)，還參與了應(yīng)急停車處理，應(yīng)急模塊與正常模塊保持獨(dú)立，以免造成相互影響，現(xiàn)場從站系統(tǒng)控制中，可以控制應(yīng)急停車中的每項(xiàng)裝置，適應(yīng)挖泥船作業(yè)中的應(yīng)急事件，減少信息反應(yīng)的時(shí)間，提高應(yīng)急停車的時(shí)效性，體現(xiàn)現(xiàn)場從站系統(tǒng)控制的優(yōu)勢，滿足現(xiàn)場挖泥作業(yè)的需求。

3 結(jié)語

絞吸式挖泥船中的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在很大程度上提高了疏浚作業(yè)的效率，同時(shí)保障挖泥船的靈活操作，避免影響疏浚作業(yè)的效果。絞吸式挖泥船內(nèi)，積極設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，完善上位機(jī)、下位機(jī)以及現(xiàn)場從站的系統(tǒng)控制，為控制系統(tǒng)提供有效的支持，以免影響絞吸式挖泥船的運(yùn)行效率?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，改善了絞吸式挖泥船的工作方式，促使其朝向高效率、高質(zhì)量的方向發(fā)展。

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