梳式滑道船舶上下水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北武漢 430050)

1 概 述

在疏式滑道船舶上下水過程中，目前大多數(shù)船廠采用人工觀測，受人為因素影響較大，對于大型船舶上下水過程中不受控制，在船舶上下水過程中容易影響到船舶和航道的安全。為了保證大型船舶和航道的安全，必須對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)全過程監(jiān)測和自動(dòng)控制。

本系統(tǒng)采用變頻器、格雷母線和可編程控制器控制。整個(gè)系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高，操作簡單、可靠，安全的特點(diǎn)。

2 系統(tǒng)功能的要求

(1)可任意選擇幾臺摩擦絞車同時(shí)運(yùn)行；

(2)可實(shí)現(xiàn)全程工作動(dòng)態(tài)記錄、追索；

(3)可進(jìn)行遠(yuǎn)程、手動(dòng)和自動(dòng)功能切換；

(4)在控制臺上就可實(shí)時(shí)監(jiān)視控船體上下水的運(yùn)行壯況并在控制室可視化；

(5)可自動(dòng)根據(jù)船舶的整體位置差分別調(diào)整不同摩擦絞車牽引的斜駕車的運(yùn)行速度；

(6)可以調(diào)整整個(gè)船體的水平與垂直平衡，確保各類船體安全、可靠、平穩(wěn)地上下水，具有各種自動(dòng)檢測故障并預(yù)警的功能；

(7)格雷母線能在水下穩(wěn)定運(yùn)行；

(8)操作簡單、可靠，運(yùn)行安全。

3 超長距離位移精確測量

通過格雷母線實(shí)現(xiàn)超長距離精確位移測量，格雷母線采用電磁感應(yīng)原理來測量移動(dòng)設(shè)備的移動(dòng)數(shù)據(jù)，當(dāng)天線箱線圈中的地址編碼發(fā)生器通入交變電流時(shí)，在格雷母線上會產(chǎn)生攜帶編碼的交變感應(yīng)磁場，當(dāng)天線箱線沿著格雷母線連續(xù)移動(dòng)，在格雷母線上相應(yīng)連續(xù)的編碼地址,格雷母線終端的地址編碼接收器就可以接收編碼信號。母線上的交叉線的信號相位與平行線的信號相位相同時(shí)，地址為“0”；交叉線的信號相位與平行線的信號相位相反時(shí)，地址為“1”，這樣感應(yīng)的地址編碼信息沿母線按格雷碼排列，通過解析格雷碼來確定天線在格雷母線長度方向上的位移數(shù)據(jù)。

格雷母線單套設(shè)備結(jié)構(gòu)組成如下:

(1) 摩擦絞車牽引的斜架車載移動(dòng)系統(tǒng)：天線箱、車載電氣柜。

(2) 格雷母線子終端箱：由地面電氣柜組成、內(nèi)含地址碼器接受器、開關(guān)電源等。

(3) 格雷母線輔助電氣系統(tǒng)：普通電纜以及各種用于格雷母線安裝、固定、防護(hù)的機(jī)構(gòu)組成。

4 同步控制系統(tǒng)

通過對摩擦絞車三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)對所牽引的對斜架車運(yùn)行速度進(jìn)行控制與調(diào)整，保證各斜架車同步運(yùn)行，以確保斜架車上的船舶在上、下移動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)。

4.1 運(yùn)行控制

(1)運(yùn)行控制是通過PLC控制變頻器的頻率以調(diào)節(jié)各摩擦絞車電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

(2)摩擦絞車控制系統(tǒng)通過速度反饋和格雷母線位移反饋系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

(3)變頻器前設(shè)置線路電抗器提高系統(tǒng)的抗干擾能力，并限制系統(tǒng)地諧波。

(4)系統(tǒng)支持電氣和機(jī)械制動(dòng)，在停機(jī)時(shí)采用電氣制動(dòng)方式，提供可控的和平滑的制動(dòng)性能。

(5)摩擦絞車牽引的斜架車運(yùn)行過程中，負(fù)載的勢能將通過制動(dòng)電阻發(fā)熱的形式消耗掉，因此每套變頻柜都配有適當(dāng)功率的制動(dòng)電阻，以滿足系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

(6)在每臺斜架車的運(yùn)行每個(gè)軌道的每個(gè)端頭位置安裝兩個(gè)旋轉(zhuǎn)式限位開關(guān)，兩開關(guān)位置相距約2米。當(dāng)斜架車運(yùn)行到第一接近限位時(shí)，該限位開關(guān)發(fā)出指令，降低斜架車的運(yùn)行速度，當(dāng)斜架車到第二達(dá)極限位開關(guān)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出停止斜架車運(yùn)行的指令。

(7)摩擦絞車構(gòu)的電氣保護(hù)有短路、過電流保護(hù)、過載保護(hù)、失壓及零序保護(hù)等。

4.2 同步位置控制

(1)在多臺摩擦絞車牽引多臺斜架車同時(shí)作業(yè)情況下，由于多種原因可能存在斜架車不同步而導(dǎo)致上下水過程中，船舶發(fā)生偏斜，將影響船舶下水過程的安全?？刂葡到y(tǒng)通過位移監(jiān)視各斜架車的位置，通過PLC控制變頻調(diào)速。實(shí)現(xiàn)船舶在運(yùn)行過程中船舶縱軸線與滑道橫軸線之間的連續(xù)絕對位置偏斜檢測和控制。

(2)對于船舶上、下水時(shí)，所用斜架車同步控制系統(tǒng)最終要求達(dá)到其中任意兩臺或多臺斜架車在斜坡道上的行程位置范圍內(nèi)全程實(shí)現(xiàn)同步控制后的相對位移差最大不超過300mm。任意相鄰兩臺斜架車相對位移差最大不超過140mm。當(dāng)相對最大位移差小于100mm時(shí)同步控制系統(tǒng)不發(fā)出控制指令。當(dāng)相對最大位移差大于150mm小于250mm時(shí)，同步控制系統(tǒng)發(fā)送指令到相應(yīng)變頻器，按比例調(diào)整各電機(jī)的速度，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)同步。相差值大于250mm時(shí)同步控制程序發(fā)送指令到相應(yīng)變頻器，調(diào)整各電機(jī)速度同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的速度下降到低速度，并發(fā)出預(yù)報(bào)警信號。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)整到相對位移小于90mm時(shí)，系統(tǒng)停止調(diào)整，恢復(fù)正常運(yùn)行。當(dāng)最大位移差值大于350mm時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停車并報(bào)警。

4.3 監(jiān)控顯示系統(tǒng)

(1)控制系統(tǒng)采用單機(jī)、聯(lián)動(dòng)、手動(dòng)、自動(dòng)等不同控制方式。自動(dòng)控制方式采用PLC+觸摸屏控制操作系統(tǒng)，并預(yù)留遠(yuǎn)程操作通訊接口。

(2)由PLC、變頻器、電氣保護(hù)裝置、各控制設(shè)備等組成PLC控制的全變頻調(diào)速系統(tǒng)。控制器功能選擇開關(guān)，變頻器內(nèi)各電器參數(shù)、各保護(hù)系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)、各限位開關(guān)等信號直送PLC，PLC根據(jù)程序，將各種指令送各執(zhí)行機(jī)構(gòu)及調(diào)速器，決定各運(yùn)行機(jī)構(gòu)的速度大小，并對其進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。

(3)控制系統(tǒng)由PLC和觸摸屏組成友好的人機(jī)界面，通過現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)信息共享。在觸摸屏上可以監(jiān)控、顯示、記錄各主要電器元件運(yùn)行或停止的狀態(tài)、變頻器運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行過程及其數(shù)據(jù),包括各種故障與報(bào)警信號等數(shù)據(jù)。

5 結(jié) 語

疏式滑道控制系統(tǒng)在長沙船廠、武漢青山船廠、黑龍江撫遠(yuǎn)船廠等內(nèi)河船廠得到廣泛的運(yùn)用，本控制系統(tǒng)可確保船舶上下水過程可控，具有高效安全的特點(diǎn)，并對航道沒有影響，取得了很好的控制效果。