耙吸挖泥船耙臂控制系统参数设定.DOCVIP

耙吸挖泥船耙臂控制系统参数设定 严 巍，卫 德( （中港疏浚有限公司，上海 200120） 摘要：本文叙述了耙吸挖泥船耙臂自动控制系统的原理，参数设定和方法、范围，对船舶的实施精细化施工有一定的指导作用。 关键词：耙吸挖泥船；耙臂控制系统； 精细化施工 引言 目前，新建耙吸挖泥船疏浚系统基本上都采用了IHDCS系统（Integrated Hopper dredger Control System-自航耙吸挖泥船集成控制系统）。此系统是引进国外技术，通过消化吸收，运用到新建船舶上。系统运用各类传感器采集大量的工作数据，经过PLC及电脑服务器处理对设备进行电、液控制，使操作人员可以通过疏浚工作台对疏浚施工进行集中全程监控，从根本上改变了耙吸挖泥船传统的工作模式，提高了施工效率和设备安全性。但是，在实际运用时，由于对国外先进技术的运用仍处于初级阶段，对一些实用功能未能理解和深入挖掘，疏浚过程仍停留在“下耙起耙抛泥”简单操作模式。笔者通过参与监造新船时对该系统学习和投入营运后的工作实践，对如何利用IHDCS系统中的耙臂自动控制器（STAWC）进行精细化施工作一些探讨，希望能对提高施工质量和施工效率提供借鉴。 1 STAWC的原理 利用STAWC功能（Suction Tube Automatic Winch Controller 耙管绞车控制器）进行耙臂控制，其工作原理是通过事先设定好的定深和安全参数，通过控制器对耙臂姿态进行三维控制，提高耙深控制的精度和实时响应性，确保施工质量和船舶安全（见图1耙吸船STAWC原理示意图） 耙吸挖泥船在施工过程中受施工区域河床平整度差、土质不均、压耙、涌浪大等客观因素以及操作人员操作水平等影响，往往很难对挖深精度进行及时有效地控制，使施工效率降低，影响施工质量，而计算机则能发挥其快速处理和精确计算的优势，通过设定的边界条件对施工进行有效控制。比如在航道扫浅施工中，需要船舶进行S型走线，由于，施工区域内水深极不均匀，需要及时收、放耙，既要扫除浅点，又要防止超深。而且由于水流、船位的影响势必会造成压耙或耙头横距过大的现象。此时，不同操耙手的个体差异就非常明显，业务水平过硬的能在安全的界限范围能确保耙头长时间贴地施工，而多数人因为顾虑耙头安全会频繁的收放耙头使有效贴地时间大大降低，STAWC的应用恰恰能解除多数人的顾虑。同时在STAWC中还能设定最大挖深，使工程超挖现象大大降低。 图1 STAWC工作原理示意图 2 STAWC边界条件的设定 为了实现STAWC上述功能，开始施工前需要根据不同的实际施工工况对耙头绞车和耙中绞车的一些自动控制参数进行设置和调试，这是确保STAWC功能安全有效执行所必须做的工作。 其中设置的参数分三类：动作参数、安全参数、缓冲参数。动作参数规定了耙头、耙中绞车进行收放动作的快慢及正常施工的边界范围；安全参数限定了耙臂操作的安全极限；缓冲参数则是为了避免绞车频繁动作。设定的参数主要集中在SCADA中两个参数设定页面见图2。 2.1 动作参数设定 施工时使耙头深度始终控制在限定深度范围内。一般根据工程情况及允许超深范围设定。当耙头深度超过最大挖深时，控制器通过控制绞车和波浪补偿器使耙头深度保持在最大范围内,此设定需手动输入，并根据实际施工需要及时更新该深度设定。 2） 波浪补偿器最大位置设定： 波浪补偿器允许达到的最大位置，用于设定绞车“收进”动作的临界值。控制波浪补偿器的最大弹起高度，使船舶在施工时克服河床、海况等起伏变化，该值需根据工况进行设置，避免过大或过小而使绞车频繁动作降低效率。 3） 波浪补偿器最小位置设定： 波浪补偿器允许达到的最小位置，用于设定绞车“松出”动作的临界值，该值不宜过大，只要满足波浪补偿器的机械性能及传感器的灵敏度即可。 当设置上述波浪补偿器最大位置和最小位置，通过PLC程序，计算出这两个值的中间位置，施工时波浪补偿器应处在此中间位置工作。STAWC系统中波浪补偿器中间位置控制功能有两种情况以达到自动挖深控制的目的，但前提是实际挖深必须在最大挖深范围内： 一是当耙头上升，如当耙头遇到浅值较大的浅点时，波浪补偿器柱塞上升超过最大设定位置，这时控制器向绞车发出指令“收进”钢丝绳，直到波浪补偿器返回到中间位置时绞车停止，防止耙头钢丝绳出现松弛状况。但当耙头深度超过最大挖深或超出安全边界，此时系统将锁定波浪补偿器并迅速提升耙头至边界安全范围内某一位置。 二是当耙头下降，如离开浅点，波浪补偿器也将压缩，小于最小设定位置时，STAWC控制器将发出钢丝绳“松出”指令使耙头深度接近到设定的最大挖深，波浪补偿器也返回到中间位置。但当耙头深度达到设定的最大挖深，而海床水深远大于设定的最大挖深时（比如耙头有可能进入一个深沟）波浪补偿器仍处在了最小设定位置，如再“松