軟鋪設(shè)備間急停和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控改進(jìn)

鄭志雄

摘要：現(xiàn)有軟鋪設(shè)備的操控和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控以單臺(tái)為主，兩臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備聯(lián)合作業(yè)時(shí)，設(shè)備之間無(wú)法相互監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)現(xiàn)急停聯(lián)動(dòng)功能，為保證多臺(tái)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的相互狀態(tài)監(jiān)控和應(yīng)急情況下停止其他關(guān)聯(lián)設(shè)備，保護(hù)產(chǎn)品和人員安全，做了以下改進(jìn)：每臺(tái)設(shè)備增加其他關(guān)聯(lián)設(shè)備的狀態(tài)指示；當(dāng)一臺(tái)設(shè)備按鈕急停按鈕時(shí)，其他關(guān)聯(lián)設(shè)備也緊急停止。改進(jìn)后設(shè)備運(yùn)行更加安全可靠，降低安全事故發(fā)生的幾率。

關(guān)鍵詞：軟鋪設(shè)備；急停聯(lián)動(dòng)；運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控

1 問(wèn)題提出

海底軟管和海底電纜鋪設(shè)設(shè)備統(tǒng)稱(chēng)為軟鋪設(shè)備，深圳海工公司海底軟管和海底電纜鋪設(shè)有兩種工作模式，水平鋪設(shè)模式和垂直鋪設(shè)模式。水平鋪設(shè)模式一般由2500噸卷管盤(pán)、1#15噸張緊器、2#15噸張緊器等設(shè)備組成，如圖（1）。其中1#15噸張緊器和2#15噸張緊器為可移動(dòng)式設(shè)備，可根據(jù)項(xiàng)目需要選擇其中一臺(tái)或兩臺(tái)使用，亦可用于其他船舶搭配固定甲板卷管盤(pán)使用。

軟鋪設(shè)備由不同設(shè)備廠家生產(chǎn)，所有設(shè)備之間無(wú)硬線(xiàn)連接，亦無(wú)關(guān)聯(lián)接口。在鋪設(shè)作業(yè)時(shí)，所有通訊指令皆來(lái)自于設(shè)備監(jiān)督對(duì)講機(jī)溝通，正常情況下，收到設(shè)備監(jiān)督指令后，相關(guān)設(shè)備皆同時(shí)進(jìn)行啟動(dòng)、停止或加減速度操作；因?qū)χv機(jī)等通訊工具受噪音、電磁干擾、距離還有電源的影響，時(shí)常出現(xiàn)設(shè)備操作人員無(wú)法聽(tīng)清指令的情況，此情況不但會(huì)影響設(shè)備同步性，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生海底軟管和海底電纜損壞甚至人員傷亡。為實(shí)現(xiàn)更好地安全生產(chǎn)，減小設(shè)備不同步危害，現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)中充分利用設(shè)備電氣自動(dòng)化資源，增加各個(gè)關(guān)聯(lián)設(shè)備之間狀態(tài)顯示并完善設(shè)備緊急停止機(jī)制。

2 設(shè)備初始狀態(tài)

目前我國(guó)海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)雖然在國(guó)際產(chǎn)業(yè)分工中處于劣勢(shì)地位，但也初步具備了與參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的條件[1]。隨著國(guó)家重視海洋石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展，海洋工程逐漸邁開(kāi)腳步，但因海底軟管及海底電纜鋪設(shè)我們還處于摸索中前進(jìn)階段，經(jīng)驗(yàn)方面還存在不足，在海底軟管及海底電纜鋪設(shè)過(guò)程中也出現(xiàn)過(guò)一系列的問(wèn)題，導(dǎo)致產(chǎn)品和設(shè)備有不同程度的損傷，主要原因如下：

1.海底軟管及海底電纜倒裝入船舶卷管盤(pán)或設(shè)備海上鋪設(shè)過(guò)程中，各設(shè)備之間軟管和電纜的懸鏈線(xiàn)余量少，接收到設(shè)備監(jiān)督指令后可供反應(yīng)的時(shí)間短，一旦接收到指令沒(méi)有及時(shí)反應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致拉傷產(chǎn)品。

2.溝通過(guò)程中對(duì)講機(jī)容易受干擾；對(duì)講機(jī)屬于開(kāi)放式通訊，項(xiàng)目施工期間使用的頻道很可能其他船舶或其他人也在使用，且對(duì)講機(jī)干擾源較多，有些情況不能保證所有設(shè)備都收到指令。

3、各設(shè)備之間缺乏相互運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，導(dǎo)致在啟動(dòng)和停止時(shí)，無(wú)法獲得其他關(guān)聯(lián)設(shè)備是否已真實(shí)啟動(dòng)和停止，若聯(lián)動(dòng)設(shè)備沒(méi)有及時(shí)啟動(dòng)或停止，將導(dǎo)致設(shè)備之間不同步而損壞產(chǎn)品。

4、當(dāng)緊急情況按下急停按鈕，對(duì)應(yīng)設(shè)備緊急停止，但其他設(shè)備仍繼續(xù)運(yùn)行，若速度較快則迅速拉傷產(chǎn)品，存在很大的安全隱患。

3 技術(shù)改進(jìn)方案

按原有設(shè)備設(shè)計(jì)，緊急情況下只能急停對(duì)應(yīng)設(shè)備，但海洋軟鋪?zhàn)鳂I(yè)涉及設(shè)備較多，施工過(guò)程中僅急停單臺(tái)設(shè)備存在不足，若其他設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，將造成設(shè)備不同步而拉傷產(chǎn)品，嚴(yán)重時(shí)可造成重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷害。

各設(shè)備急停按鈕布置如圖（2），因設(shè)備急停按鈕較多，若將關(guān)聯(lián)設(shè)備全部急停按鈕串聯(lián)作為急停聯(lián)動(dòng)輸入信號(hào)，則故障率高且線(xiàn)路繁多。本改進(jìn)方案采用原有急停信號(hào)為基礎(chǔ)，PLC接收到原有急停信號(hào)輸入時(shí)立即急停該設(shè)備，同時(shí)輸出急停信號(hào)給聯(lián)動(dòng)設(shè)備，使聯(lián)動(dòng)設(shè)備亦緊急停止，達(dá)到同時(shí)緊急停止的目的。

為加強(qiáng)設(shè)備之間的信息分享，本方案還增加設(shè)備間運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的改進(jìn)，增強(qiáng)設(shè)備操作可靠性，防止設(shè)備發(fā)生不同步危害，保障柔性管纜安全。

設(shè)備急停聯(lián)動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控改進(jìn)設(shè)計(jì)具體如下：

1.急停硬線(xiàn)設(shè)計(jì)

軟鋪設(shè)備常用急停方式有安全繼電器控制急停、PLC控制急停，國(guó)外先進(jìn)設(shè)備廠商一般結(jié)合安全繼電器急停和PLC急停使用。鑒于現(xiàn)階段PLC性能提升，安全可靠性能增強(qiáng)，部分設(shè)備廠家已開(kāi)始使用PLC作為急?？刂?，受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備限制，本方案采用設(shè)備PLC備用DI/DO通道作為急停聯(lián)動(dòng)輸入輸出信號(hào)。

因設(shè)備急停按鈕齊全，且急停按鈕常閉信號(hào)已接入PLC輸入通道，故僅需增加設(shè)備之間聯(lián)動(dòng)急停信號(hào)，其設(shè)備間急停聯(lián)動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控改進(jìn)硬線(xiàn)連接原理如圖（3），以2500噸卷管盤(pán)為例，I1.6和I1.7為外部急停輸入信號(hào)，Q13.0和Q13.1為急停輸出至外部設(shè)備信號(hào)，若發(fā)生外部設(shè)備急停則I1.6或I1.7接收到信號(hào)且卷管盤(pán)立即緊急停止；若卷管盤(pán)需緊急停止，按下急停按鈕同時(shí)Q13.0和Q13.1立即輸出急停信號(hào)，外部設(shè)備將緊急停止；另外卷管盤(pán)通過(guò)Q13.2、Q13.3、Q13.4、Q13.5輸出自身運(yùn)行狀態(tài)到其他設(shè)備，其他設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)亦輸出至卷管盤(pán)顯示。

為連接便捷，聯(lián)動(dòng)設(shè)備間電纜連接采用航空插頭設(shè)計(jì)，每個(gè)航空插頭帶一個(gè)短接插頭，用于設(shè)備非聯(lián)動(dòng)使用時(shí)急停通道短接。

2.程序設(shè)計(jì)

本方案兩臺(tái)15噸張緊器PLC為西門(mén)子s7-300系列，2500噸卷管盤(pán)PlC為西門(mén)子s7-400系列，需通過(guò)西門(mén)子step7軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。以2#張緊器程序設(shè)計(jì)為例，如圖（4）。由圖程序段1可知，當(dāng)該張緊器啟動(dòng)且運(yùn)行速度大于0或者張力模式張力設(shè)置值大于0時(shí)，運(yùn)行指示燈Q10.2和Q10.4亮起并輸出到聯(lián)動(dòng)設(shè)備顯示，張緊器停止時(shí)，停止指示燈Q10.3和Q10.5輸出到聯(lián)動(dòng)設(shè)備顯示，達(dá)到設(shè)備間狀態(tài)監(jiān)控的功能。

為保證急停聯(lián)動(dòng)可靠性，正常情況下，外部急停輸入和輸出信號(hào)皆為高電平。當(dāng)該張緊器急停按鈕I12.0、I8.0、I4.0其中一個(gè)被觸發(fā)時(shí)，M30.0被置位為1并對(duì)張緊器進(jìn)行急停，同時(shí)Q10.0和Q10.1復(fù)位為0，外部聯(lián)動(dòng)設(shè)備也將發(fā)生急停；若有外部聯(lián)動(dòng)設(shè)備急停被按下時(shí)，I11.0和I11.1由高電平變?yōu)榈碗娖剑琈30.0被置位為1對(duì)張緊器進(jìn)行急停，達(dá)到設(shè)備間急停聯(lián)動(dòng)控制。

為增強(qiáng)聯(lián)動(dòng)急?？刂频陌踩煽啃?，一旦急停按鈕被觸發(fā)，聯(lián)動(dòng)急停信號(hào)和設(shè)備正常急停信號(hào)一樣具有記憶功能，即使觸發(fā)急停的按鈕被復(fù)位，所有聯(lián)動(dòng)設(shè)備還是處于急停狀態(tài)，確認(rèn)好現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)后，按下設(shè)備故障復(fù)位按鈕，設(shè)備方可進(jìn)入可操作狀態(tài)。為減少故障率，便于區(qū)分設(shè)備自身急停和聯(lián)動(dòng)設(shè)備急停，當(dāng)急停信號(hào)來(lái)自于聯(lián)動(dòng)設(shè)備，則設(shè)備發(fā)生急停的同時(shí)蜂鳴器Q10.6響起，按下消音按鈕音I11.2可進(jìn)行消音操作。

4 結(jié)語(yǔ)

急停是設(shè)備控制系統(tǒng)一個(gè)重要功能，也是保護(hù)人員、設(shè)備、產(chǎn)品安全的一個(gè)重要措施。

此改進(jìn)基于可移動(dòng)式海洋軟鋪設(shè)備施工項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，改進(jìn)后，經(jīng)過(guò)文昌項(xiàng)目和沙特項(xiàng)目運(yùn)用驗(yàn)證取得良好的應(yīng)用效果，項(xiàng)目期間設(shè)備安全性能大大提升，降低事故發(fā)生的概率，且表現(xiàn)出以下優(yōu)勢(shì)：

1.設(shè)備之間聯(lián)動(dòng)線(xiàn)路連接采用航空插頭設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確快捷插接。

2.操作簡(jiǎn)單，緊急情況下任意聯(lián)動(dòng)設(shè)備急停按鈕可緊急停止全部聯(lián)動(dòng)設(shè)備，且在所有設(shè)備操作臺(tái)可獲得聯(lián)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，即使通訊設(shè)施受到干擾亦可根據(jù)聯(lián)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)做出反應(yīng)。

3.不影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)和機(jī)組生產(chǎn)，設(shè)備安全性得以提升[2]。

參考文獻(xiàn)

[1] 洪雯，陳亮亮，茅寅敏. 我國(guó)海洋工程裝備市場(chǎng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)研究[J]. 中國(guó)海洋平臺(tái)，2015，（4）：5-8.

[2] 曹繼鵬，程愛(ài)平，張紅田. 縱剪設(shè)備兩地電氣控制及急停線(xiàn)路改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].新疆鋼鐵，2012，（3）：46-48.

（作者單位：天津北海油人力資源咨詢(xún)服務(wù)有限公司深圳分公司）