平臺小車的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

衡超，張錚

（中船第九設(shè)計研究院工程有限公司，上海200063）

1 概述

平地造船，即圍繞船臺或船塢外的平地區(qū)域為中心，以船舶的分段/總段為單元，進(jìn)行整體的建造和合龍工作，再通過專用移船工藝裝備，結(jié)合半潛駁船等其他下水設(shè)備完成下水工作。平地造船的優(yōu)勢主要是：減少或不占用船臺或船塢資源，利用平地造船工藝裝備，結(jié)合整船、半船的平地，依靠移船工藝裝備的合理選用，形成一整套平地造船工藝技術(shù)，提高造船效率和資源利用率，從而達(dá)到擴大造船總量、縮短造船周期、降低造船成本的目的。而其中移船過駁是平地造船最為關(guān)鍵的工藝過程之一，于是移船工藝裝備——平臺小車應(yīng)運而生。

2 平臺小車的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 平臺小車國外發(fā)展現(xiàn)狀

TTS 液壓小車采用液壓墊技術(shù)，分為3 或4 個液壓承載區(qū)，區(qū)域內(nèi)硬連接，實現(xiàn)“均載”功能，解決了過載沖擊問題，其主要用于一體化環(huán)段、船體組對以及定位。

IMG 液壓小車是帶有橫移功能的三維小車，集中動力，采用液壓墊技術(shù)解決過載沖擊的問題[1]。

2.2 平臺小車國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)某船廠150t 液壓船臺小車，采用電驅(qū)動的方式，主要用于船臺和浮箱移船。

現(xiàn)階段自主研發(fā)的平臺小車系統(tǒng)為國內(nèi)首創(chuàng)，具備自動均載調(diào)節(jié)功能的小車。該系統(tǒng)采用三維、二維小車聯(lián)合方式，由1 臺控制拖車控制所有小車。相對同類產(chǎn)品而言，該產(chǎn)品采用分布式動力單元，方便靈活，布局緊湊，單位承載能力強，系統(tǒng)采用純液壓驅(qū)動，有線通信和無線通信相結(jié)合，實現(xiàn)了多點負(fù)載精確控制。該系統(tǒng)主要可運用于完成整船從船臺到半潛駁的移船過駁作業(yè)以及各分段/總段的對接工作。

圍繞某船廠平臺線的平臺小車，該系統(tǒng)設(shè)計包括總體設(shè)計、液壓設(shè)計以及電控設(shè)計3 大部分，而對于整個系統(tǒng)而言，電控系統(tǒng)的設(shè)計在其中起到至關(guān)重要的作用。為滿足總體工藝功能的設(shè)計要求，電控系統(tǒng)的設(shè)計主要包括了PLC 控制系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、上位機工控系統(tǒng)等輔助設(shè)備的設(shè)計。

3 平臺小車電控系統(tǒng)

3.1 PLC控制系統(tǒng)

PLC 控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于平臺小車系統(tǒng)的操作控制，其主要由PLC 控制系統(tǒng)主站和每臺小車上PLC 控制系統(tǒng)分站組成。主站PLC 與分站PLC 之間既可以通過有線連接的方式，亦可以通過無線連接的方式進(jìn)行通信。其中，主站PLC 實現(xiàn)對以下內(nèi)容的控制：

1）控制臺旋鈕及指示燈；

2）所有小車的組網(wǎng)；

3）作業(yè)時各小車的負(fù)載、行程、速度分配；

4）作業(yè)時目標(biāo)體的姿態(tài)調(diào)整；

5）安全保護等。

從站PLC 則實現(xiàn)對每臺小車所帶的發(fā)動機的啟停、轉(zhuǎn)速和報警、每臺小車的柱塞泵和齒輪泵，液壓伺服閥的頂升速度與壓力，行走與橫移速度等的控制[2]。

主站PLC 與從站PLC 之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，用于遠(yuǎn)程集中控制。而帶有分站PLC 的平臺小車則可以作為獨立的系統(tǒng)，實現(xiàn)每臺小車自身的全部動作。

3.2 無線通信系統(tǒng)

平臺小車無線通信系統(tǒng)主要用于PLC 控制系統(tǒng)主站與控制分站之間的通信連接，采用WLAN的方式。平臺小車上配置2 根雙頻天線實現(xiàn)2 個方向的信號發(fā)射，考慮到分布在不同軌道上的小車信號的覆蓋，采用2 根雙頻天線以及1 根定向天線，從而保證信號的穩(wěn)定性?；诖瑥S極其復(fù)雜的使用工況，無線通信系統(tǒng)主要應(yīng)用于平臺小車在不帶載的情況下進(jìn)行的集中操作，以及完成分段/總段對接作業(yè)時的集中操作。

3.3 上位機監(jiān)控系統(tǒng)

上位機監(jiān)控系統(tǒng)可以實時顯示和監(jiān)控工作中的每組平臺小車的工作狀態(tài)、報警信息和故障信息，方便在移船過駁的過程當(dāng)中觀察每臺小車的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題，其帶有記錄功能，能完整記錄整個過程數(shù)據(jù)，故障代碼也為后續(xù)的維修保養(yǎng)提供了一定的數(shù)據(jù)依據(jù)；通過上位機監(jiān)控系統(tǒng)，可以輸入平臺小車的各個工作指令，對其進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)集中操作[3]。

4 作業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)

首先，根據(jù)目標(biāo)船型、平臺線布置圖以及布墩圖將整船車組分別布置在4 條軌道上。車組與控制臺之間通過有線方式連接，實現(xiàn)集中操作。由于車組布置在整船底部，工況復(fù)雜，障礙物眾多，而無線信號的強弱主要受信號源的距離、障礙物引起的散射、平面反射等因素的影響，故無論是采用中繼模式還是定向模式，由于每臺小車布置位置的不同，容易導(dǎo)致有些區(qū)域小車無線信號的穩(wěn)定性不強，繼而就會造成在移船的過程出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)斷開的情況，而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)斷開時間超過設(shè)定值,平臺小車將自動熄火停機。出于安全保護的設(shè)計，將會停止所有小車的動作，而這種不穩(wěn)定性將會伴隨整個移船過駁的過程當(dāng)中。另受潮位的影響，時間間隔越長，半潛駁的振幅越大，從而過駁時的難度也越大，故車組與主站PLC、工控機、管理型PN 交換機之間通過有線方式連接（見圖1），且交換機與每條軌道的小車采用星型連接，減少車組與車組之間的數(shù)據(jù)交互，確保網(wǎng)絡(luò)信號的穩(wěn)定性。

圖1 車組與控制臺的連接示意圖

完成船底小車集中布置，整船車組進(jìn)入同步頂升作業(yè)，達(dá)到目標(biāo)位置之后，繼而保壓閥進(jìn)行保壓。在頂升的過程中，每臺小車的壓力值將會由自身所帶壓力變送器傳輸給本地PLC，再由本地PLC 集中傳輸給主站PLC，從而可以計算出目標(biāo)體的總重。

整船車組分別布置在4 條軌道上，假設(shè)以其中1 條軌道為縱向軸，以離操作臺最近小車的中心位置作為橫向軸的原點，其重心位置坐標(biāo)為X，假設(shè)1#小車距離原點的距離為X1,載荷反饋值為P1，n#小車距離原點的距離為Xn,載荷反饋值為Pn，根據(jù)力矩平衡原理P1×（X1-X）+P1×（X1+2.4-X）+…+Pn×（Xn-X）+Pn×（Xn+2.4-X）=0，可以計算出每個區(qū)域的標(biāo)定值，目標(biāo)體分組在力矩平衡下，實現(xiàn)動態(tài)平衡，另需保證4 個區(qū)域內(nèi)每臺小車實現(xiàn)均載但不超過自身所能承受的最大載荷。

帶載行走的過程中采用負(fù)載控制為主、行程控制為輔的方式，一旦有區(qū)域小車的載荷超出標(biāo)定值上下的20%（僅試驗數(shù)據(jù)，可調(diào)）左右，頂升閥激活，調(diào)整超壓區(qū)域內(nèi)的載荷值，其余區(qū)域的載荷值隨之改變，從而達(dá)到新的動態(tài)平衡。調(diào)節(jié)時間僅給出3s（僅試驗數(shù)據(jù)，可調(diào)），3s 之后頂升閥失效，如在3s 之內(nèi)未調(diào)整到位，繼續(xù)激活頂升閥，直到每臺小車的載荷始終控制在標(biāo)定值上下20%以內(nèi)，從而實現(xiàn)作業(yè)過程中的自動均載調(diào)節(jié)功能。由于油缸行程的有限性，對其行程設(shè)有極限位移報警值，以免出現(xiàn)“超程”?？紤]到運移過程中復(fù)雜的工況，負(fù)載控制偶爾會存在“超調(diào)”現(xiàn)象，導(dǎo)致目標(biāo)體的姿態(tài)快速發(fā)生變化，系統(tǒng)另設(shè)有手動均載調(diào)節(jié)功能，合理地控制均載調(diào)節(jié)的時間，手動停止操作?；谄脚_小車在過駁時存在不斷變化的高低差等不確定因素，自動調(diào)節(jié)極容易造成局部超壓的現(xiàn)象，故建議采用手動調(diào)節(jié)與自動調(diào)節(jié)相結(jié)合的方式，完成過駁作業(yè)。

5 結(jié)語

當(dāng)前，我國造船面臨國內(nèi)外雙重競爭的局面，考慮到平地造船有投入小、造船周期短等特點，船廠結(jié)合移船工藝裝備的特點和自身情況，可以合理利用船廠現(xiàn)有資源，及時改造和增加平地造船區(qū)域配套設(shè)施資源，隨著平臺小車系統(tǒng)成功完成了某船廠平臺線下水作業(yè)，給國內(nèi)各船廠起到了很好的借鑒作用。當(dāng)然，想要推進(jìn)平地造船還有很多任務(wù)要做，未來的發(fā)展也需造船人一起努力。