耙吸挖泥船智能化疏?？刂葡到y(tǒng)

王維鋒

摘要：為提高耙吸挖泥船智能化水平和安全性，在對(duì)自動(dòng)控制的需求分析的基礎(chǔ)上，將自動(dòng)控制的概念引入到耙吸挖泥船中?；诖?，本文分析了耙吸挖泥船疏浚工作原理，討論了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，旨在提高耙吸挖泥船智能化疏浚作業(yè)效率。

關(guān)鍵詞：耙吸挖泥船;智能化;疏?？刂葡到y(tǒng)

引言

隨著耙吸挖泥船參與疏浚工程，對(duì)質(zhì)量的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的吸泥船需要根據(jù)當(dāng)前的工作條件和設(shè)備狀況控制一系列按鈕，雖然系統(tǒng)對(duì)每個(gè)單元都具有自動(dòng)控制和基本診斷，但與智能控制相比，操作員控制所造成的差異仍有差距。因此，在開(kāi)發(fā)智能疏浚方面還有很大的空間。通過(guò)研究吸泥船疏浚設(shè)備智能控制系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)吸泥船疏浚運(yùn)行的智能系統(tǒng)，提高耙吸挖泥船的自動(dòng)化和智能化水平。

1耙吸挖泥船概述

耙吸挖泥船是港口和疏浚的主要施工船，該船主要由拖網(wǎng)頭、拖網(wǎng)管和泥漿管組成，形成疏浚裝載系統(tǒng)。耙吸挖泥船在低速航行時(shí)，形成了與地面的相對(duì)移動(dòng)速度。通過(guò)離心工作產(chǎn)生負(fù)壓，將底部的沉積物吸入泥漿中，輸送和裝載通道對(duì)齊進(jìn)行疏浚作業(yè)。吸泥船在疏浚上應(yīng)用廣泛，其依賴(lài)于技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)和豐富的專(zhuān)業(yè)技能，由于土壤質(zhì)量不同，存在復(fù)雜的疏浚條件，導(dǎo)致工作效率低下。因此，對(duì)于不同土壤質(zhì)量下的耙吸挖泥船作業(yè)條件，通過(guò)智能數(shù)據(jù)分析，自適應(yīng)調(diào)整挖泥船主要工作參數(shù)，提高挖泥船的工作效率，有效控制耙吸挖泥船的自適應(yīng)疏浚。

2耙吸挖泥船工作原理和智能化疏浚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

耙吸挖泥船疏浚工作原理是泥漿泵葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，在吸入端形成負(fù)壓從底部吸出泥沙。泵葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力承載泥漿，泥漿泵的排出壓力與泥漿濃度和葉片直徑有關(guān)。根據(jù)污泥泵相關(guān)的運(yùn)行，可以得出提高污泥泵轉(zhuǎn)速會(huì)增加礦漿壓力。泥泵工作流量越大，對(duì)于泥泵的輸出功率也會(huì)越來(lái)越大。同時(shí)根據(jù)工作效率曲線(xiàn)可以得出功率輸出工況。智能化疏?？刂葡到y(tǒng)是中央系統(tǒng)，也是挖泥船的綜合控制系統(tǒng)。這是目前自動(dòng)化程度最高的疏?？刂葡到y(tǒng)，為耙吸挖泥船的安全作業(yè)和安全航行提供了基礎(chǔ)保障。綜合控制系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)相結(jié)合的設(shè)計(jì)，集成了相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)。包括疏?？刂葡到y(tǒng)、設(shè)備/動(dòng)力管理系統(tǒng)和監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)基于設(shè)備的分層網(wǎng)絡(luò)，用于采集現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)傳感數(shù)據(jù)采集，執(zhí)行邏輯控制和輸入指令等。由信號(hào)采集模塊、閃存處理器和通信模塊結(jié)合組成。每個(gè)系統(tǒng)都有獨(dú)立的處理器，由于每個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立，單個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行故障不會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)產(chǎn)生影響，并且可以在冗余配置中進(jìn)行監(jiān)視和控制。

3耙吸挖泥船智能化疏?？刂葡到y(tǒng)

3.1疏浚作業(yè)自動(dòng)判斷模型

疏浚作業(yè)自動(dòng)判斷模型集成在位于疏?？刂婆_(tái)的PAC中，對(duì)疏浚作業(yè)各工步進(jìn)行識(shí)別和綜合控制，功能包括設(shè)備運(yùn)動(dòng)識(shí)別、判斷運(yùn)行階段、設(shè)備保護(hù)與安全報(bào)警。根據(jù)疏浚作業(yè)的特點(diǎn)，將耙吸挖泥船智能化疏浚作業(yè)分為航行、疏浚、卸船步驟?；谑杩Ｗ鳂I(yè)步驟的智能自動(dòng)判斷模型，建立實(shí)時(shí)故障動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)。一旦出現(xiàn)故障，耙吸挖泥船智能化疏浚控制界面可通過(guò)智能診斷跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的診斷界面，然后進(jìn)行故障診斷和維修輔助。設(shè)備安全決策包括診斷主電機(jī)、自卸泵、液壓和吊鉤等重要設(shè)備的特性。傳感器安全決策功能包括斷電診斷、傳感器進(jìn)水診斷和線(xiàn)性傳感器故障診斷等。

3.2耙吸挖泥船智能化耙管控制

用于自動(dòng)耙管智能控制面板配有多或能模式按鈕，基于疏浚作業(yè)工步的智能判斷模型設(shè)置相應(yīng)的條件預(yù)置，所有按鈕都會(huì)按照相應(yīng)的邏輯執(zhí)行。每個(gè)動(dòng)作條件都可以通過(guò)判斷邏輯規(guī)則進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)轉(zhuǎn)換過(guò)程時(shí)間超過(guò)設(shè)定時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)將停止絞車(chē)及系統(tǒng)報(bào)警及吊鉤動(dòng)作。當(dāng)水下傳感器出現(xiàn)進(jìn)水或斷線(xiàn)時(shí)，自動(dòng)控制模式將終止，系統(tǒng)界面會(huì)報(bào)警。通過(guò)調(diào)節(jié)推回速度，收起耙頭和耙絞車(chē)，使垂直和水平保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。當(dāng)角度不在規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)整耙中心和耙頭速度，使其保持在合理的范圍內(nèi)。最大速度和安全角度保護(hù)在離地著陸模式下，垂直和水平角度不能大于最大拋投角度系統(tǒng)，還需要根據(jù)不同土壤質(zhì)量設(shè)置調(diào)整值。

3.3耙吸挖泥船智能化疏?？刂?/p>

疏浚作業(yè)階段預(yù)設(shè)智能模型自動(dòng)判斷，并判斷相應(yīng)的初始條件。啟動(dòng)與疏浚、導(dǎo)流和抽取功能按鈕上的鍵相關(guān)聯(lián)。按鈕系統(tǒng)的激活將確定液壓系統(tǒng)是否工作。如果相應(yīng)設(shè)備運(yùn)行正常，則系統(tǒng)為該模式的管道預(yù)設(shè)閘閥，然后評(píng)估密封水泵是否啟動(dòng)。如果密封水泵不啟動(dòng)，系統(tǒng)需要先打開(kāi)密封水泵，再打開(kāi)泥漿泵。此外，還需要確定系統(tǒng)是否評(píng)估液壓系統(tǒng)是否激活，泥漿泵是否停止。如果不滿(mǎn)足條件，系統(tǒng)將停止動(dòng)作。如果條件滿(mǎn)足，系統(tǒng)將進(jìn)行判斷沖洗泵是否開(kāi)啟。如果沖洗泵開(kāi)啟，關(guān)閉所有閘閥。如果沖洗泵沒(méi)有啟動(dòng)，需要打開(kāi)沖洗泵后關(guān)閉所有閘閥。在控制模式執(zhí)行中，當(dāng)控制過(guò)程因人為終止或未被監(jiān)控時(shí)，會(huì)在系統(tǒng)中發(fā)出告警。當(dāng)閘閥的默認(rèn)時(shí)間超過(guò)設(shè)定的時(shí)間時(shí)，在確認(rèn)閘閥到位后，可以通過(guò)系統(tǒng)界面的開(kāi)關(guān)來(lái)確認(rèn)閘閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)?？刂坡?lián)鎖保護(hù)管路未建立時(shí)，泥漿泵不啟動(dòng)。如果渣漿泵正在運(yùn)行，將禁止管路建立的操作，以免誤操作。如人為控制等特殊操作，未建立管線(xiàn)路線(xiàn)，泥漿泵將停止運(yùn)行，同時(shí)還會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。如果由于閘閥限位故障，管道處于未設(shè)置狀態(tài)，則會(huì)發(fā)出警報(bào)[1]。

3.4耙吸挖泥船自動(dòng)沖水系統(tǒng)控制

智能控制面板用于自動(dòng)沖水控制，設(shè)置耙式管并打開(kāi)液壓泵，放置耙式清洗管并將清洗泵設(shè)置，建立污泥池的排放管道并啟動(dòng)排放泵。自動(dòng)判斷疏浚作業(yè)的智能模型狀態(tài)，并評(píng)估相應(yīng)的啟動(dòng)條件。啟動(dòng)與高壓清洗鍵相關(guān)聯(lián)以激活程序運(yùn)行。首先，確定耙吸挖泥船智能化系統(tǒng)評(píng)估液壓系統(tǒng)是否工作，如果發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)不工作，系統(tǒng)將停止動(dòng)作。如果運(yùn)行正常，需要建立控制蝶閥的排放管，然后打開(kāi)高壓排放泵，并調(diào)節(jié)怠速轉(zhuǎn)速。在控制模式執(zhí)行過(guò)程中，當(dāng)控制因人為因素或未監(jiān)控而結(jié)束時(shí)，界面會(huì)發(fā)出報(bào)警。當(dāng)高壓溢流泵在設(shè)定的時(shí)間啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出高壓溢流泵啟動(dòng)時(shí)間警告。當(dāng)控制聯(lián)鎖保護(hù)管路未建立時(shí)，排放泵不能啟動(dòng)。如果仍然發(fā)送錯(cuò)誤的操作指令，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警。如因特殊作業(yè)未建立管路，排放泵將停機(jī)并報(bào)警。如果由于節(jié)流閥限位故障導(dǎo)致管路處于未設(shè)置狀態(tài)，則會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警[2]。

4.2耙吸挖泥船智能化疏浚功率管理系統(tǒng)

挖泥船的功率系統(tǒng)具有配電轉(zhuǎn)換和防止斷電等基本功能外，還具有防止主機(jī)過(guò)載功能。PMS系統(tǒng)會(huì)采集主機(jī)的運(yùn)行功率，當(dāng)疏浚模式激活或者泥泵離合器合排前，根據(jù)高壓沖水泵或者功率檢測(cè)對(duì)應(yīng)主機(jī)的功率。泥泵所需功率由不同疏浚模式和不同速度擋位來(lái)決定。當(dāng)主機(jī)沒(méi)有足夠的功率時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出限螺距信號(hào)至控制系統(tǒng)，直到主機(jī)功率滿(mǎn)足需求為止[3]。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，耙吸挖泥船智能化疏浚作業(yè)對(duì)象復(fù)雜，通過(guò)分析疏浚設(shè)備的工作特性和疏浚條件，建立合理的耙吸挖泥船智能化疏浚控制系統(tǒng)模型，發(fā)現(xiàn)控制系統(tǒng)參數(shù)的變量，采用系統(tǒng)控制策略，保證耙吸挖泥船智能化疏浚工作效率。通過(guò)智能數(shù)據(jù)分析，適配主要設(shè)備的工作參數(shù)，提高挖泥船的清淤能力?；谕谀啻墓ぷ餍?，提出挖泥船自適應(yīng)挖泥作業(yè)的控制系統(tǒng)，為深入分析挖泥作業(yè)奠定了理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]王蔚，關(guān)放.耙吸挖泥船數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的丟失和延遲問(wèn)題的處理方法[J].科技視界，2020（13）：144-146.

[2]孫健.耙吸挖泥船疏浚作業(yè)數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].江蘇科技大學(xué)，2018.

[3]周曉瑩.淺析DPDT動(dòng)態(tài)定位動(dòng)態(tài)軌跡跟蹤系統(tǒng)在耙吸挖泥船上的應(yīng)用[J].機(jī)電設(shè)備，2013，30（05）：45-48.