绞吸式挖泥船控制系统研究

胡志明

摘 要：绞吸式挖泥船，是疏浚业中常用的一类装置，其在控制系统方面有一定的优势，特别是电气系统，提高了绞吸式挖泥船的工作效率。绞吸式挖泥船的控制系统，能够根据疏浚业的需求，提供不同的工况设计，提升挖泥疏浚的效率，满足现代疏浚业的基本要求。本文主要探讨绞吸式挖泥船控制系统的应用。

关键词：绞吸式；挖泥船；控制系统；疏浚业

绞吸式挖泥船的控制系统内，引入了变频、电子等多项技术，而且采用了不同的选型设备，实现了高效的运行功能。疏浚业发展中，比较重视绞吸式挖泥船的应用，此类挖泥船的应用比较广泛，提供了高性能、多功能的应用。绞吸式挖泥船中，比较重要的是控制系统的研究，目的是提高挖泥船作业的稳定性，体现控制系统各个构成部分的作用。

1 绞吸式挖泥船控制系统概述

绞吸式挖泥船应用中，需要根据相关的工作原理，有效控制控制系统，推动挖泥船在疏浚业中的使用，所以，主要研究绞吸式挖泥船的工作原理以及系统构成，明确控制系统在绞吸式挖泥船中的作用和应用，具体分析如下：

1.1 绞吸式挖泥船工作原理

绞吸式挖泥船的工作原理：绞吸式挖泥船的结构中，绞刀架的前端部分，安装了绞刀工具，专门用于打碎河道、水底的泥石，促使固体的泥石，转化为泥水混合物，或者以泥浆的状态存在，绞吸式挖泥船启动离心式泥泵，通过绞刀架前端的吸泥头，吸收水底的泥浆，再将泥浆导入到挖泥船的内部吸管，利用泥泵+排泥管，导送到规定的卸放地点，实现绞吸式挖泥的过程。一般情况下，绞吸式挖泥船在作业现场就位后，需要采取钢桩定位横挖的方法，固定挖泥船，利用主定位桩，控制船体的旋转运动，绞刀能够在挖槽宽度的范围中，左右、横向的摆动，实现分层挖泥。

绞吸式挖泥船的基本结构：绞吸式挖泥机大部分是非自航式的，利用定位桩、锚固缆线完成定位和移动的操作，构成挖泥的轨迹，绞吸式挖泥船，在整体上连接了挖泥、运输、卸载的过程，而且可以在一次性的状态下完成，进而实现重复、连续的挖泥工作。绞吸式挖泥船，船体是长方形的，艏部设有开槽，也就是前端位置，内部安装了绞刀架，用于绞吸挖泥。

1.2 绞吸式挖泥船控制系统构成

1.2.1 绞刀切削系统

绞刀切削系统，是绞吸式挖泥船控制系统的核心，通过绞刀提供切削力，分离水底的泥石，混合到周围水体内。绞刀切削系统中，绞刀是最基础的结构，也是切削中提供力度的部分。绞刀由四个部分构成，分别是：大环、刀臂、刀刃、轮毂，刀臂结构上，连接了大环和刀臂，构成一个整体，而刀刃焊接在刀臂上，连接轮毂、绞刀装置，通过轮毂传递扭矩、作用力。绞刀结构的不同，将绞刀切削系统分为不同的类型，如：开式绞刀、磐型绞刀等，需要根据切削对象的特性，选择对应的绞刀切削系统，以便提高绞刀切削的速度和效率。

1.2.2 定位桩系统

定位桩设计在挖泥船的尾部，定位桩内配合设置台车，而且每根定位桩，都配置了油缸起升。定位桩对强度有一定的需求，基本是由钢板卷焊构成，钢板厚度可以根据实际情况设计。定位桩起升时，液压油缸提供动力，油缸与台车铰接，顶部通过钢丝绳，实现导轮联接，定位桩系统的工作方式为：液压供油，油压状态下，柱塞伸出，提升钢柱，钢柱下降的过程中，自重带动油缸柱塞伸回，而且钢柱上还要增加钢丝绳，方便钢柱的提升、下降。

1.2.3 泥浆输送系统

绞吸式挖泥船控制系统的泥浆输送部分，由吸泥管系统、吹泥管系统构成。吸泥管将吸口管，伸入到水下泵之间，安装在桥架位置上，还包括水下泵真空释放阀。吹泥管包括桥架上的泥管，而且在铰支座位置处，安装了柔性橡软管，配合进仓管、主甲板的吹泥管系统、支持弯管旋转的接头装置。泥浆输送系统，能够将挖泥船绞吸的泥浆，运输到指定的位置，将泥浆运离水底，属于绞吸式挖泥船的运输部分。

1.2.4 驱动控制系统

绞刀切削的过程中，需要利用驱动系统，提供切削的动力。驱动控制系统，在绞吸式挖泥船工作的过程中，提供了驱动动力。常见的驱动系统有：（1）液压马达驱动，利用齿形联轴器，连接齿轮箱、绞刀，液压马达驱动可以提供15～25r/min的转速，期间还要通过齿轮箱实现减速，保障绞刀切削的安全性；（2）电机驱动，其为比较常见的驱动系统，利用绞刀齿轮箱，连接绞刀电动机，驱动绞刀运动，电动驱动设计中，需要考虑水下作业的需求，提高绝缘性、密闭性。绞吸式挖泥船内，驱动控制系统的选择，应该考虑平均负荷、高峰负荷的关系，两者存在一定的预期关系，在此基础上，才能准确的配置可用的驱动控制系统，促使绞吸式挖泥船的整机功率，能够根据驱动控制的方式实现灵活的变化。

2 绞吸式挖泥船控制系统设计

2.1 上位机系统控制

上位机系统可以发送绞吸式挖泥船控制系统内的指令，起到监控的作用。上位机配合GE iFIX软件，优化系统的控制界面，完成PLC子站中的通讯传输，促使通讯传输具有信息化的作用。上位机中的iFIX软件，具有自动化监控的特性，采用比较先进的组态软件，保证挖泥船通讯控制的准确性。上位机系统控制中，可以观察PLC的指示状态，系统会自动显示是否能够连接PLC系统，此类系统控制方式，可以用在上位机系统的检测维修中，最主要的是提高挖泥船通讯控制的效率。当绞吸式挖泥船通讯界面出现误差时，上位机系统控制界面中，设置了校准页面，专门用于校准挖泥船内的错误信息，检查出挖泥船的故障，提高检测的效率，促使挖泥船的上位机系统控制，可以快速恢复正常状态。

2.2 下位机系统控制

下位机系统用于接收上位机发送的信息，由PLC构成。基于PLC的下位机控制系统，核心结构是PLC控制柜，连接了左操纵台、右操纵台，分别接收控制信息，并且执行控制命令。左操纵台包括：左起锚机旁纵操作台、左横移机旁操纵台、桥架机旁操纵台、各机构电动机。右操纵台包括：右起锚机旁操纵台、右横移机旁操纵台、绞刀机旁操纵台、各结构变频柜。因为绞吸式挖泥机采用了变频控制系统，连接了PLC控制柜，接收挖泥船驾驶室的指令，调节变频器的驱动方式，满足挖泥船作业工况的需求。PLC控制系统是下位机系统的核心，不仅接收了绞吸式挖泥船的通讯指令，而且控制了挖泥船的作业状态。

2.3 现场从站系统控制

绞吸式挖泥船现场从站系统控制，提高了挖泥船的控制水平，同样利用PLC装置，快速调节挖泥船的工作状态。例如：绞吸式挖泥船在工作的过程中，遵循CCS20009规范，设置了就地控制系统，实现设备的有效控制，而现场从站系统控制，其可保障就地控制的独立性，能够应用在挖泥船的遥控系统、自动系统内，两个系统可以相互转换，执行现场从站的就地控制命令。现场从站控制系统，还参与了应急停车处理，应急模块与正常模块保持独立，以免造成相互影响，现场从站系统控制中，可以控制应急停车中的每项装置，适应挖泥船作业中的应急事件，减少信息反应的时间，提高应急停车的时效性，体现现场从站系统控制的优势，满足现场挖泥作业的需求。

3 結语

绞吸式挖泥船中的控制系统结构，在很大程度上提高了疏浚作业的效率，同时保障挖泥船的灵活操作，避免影响疏浚作业的效果。绞吸式挖泥船内，积极设计控制系统，完善上位机、下位机以及现场从站的系统控制，为控制系统提供有效的支持，以免影响绞吸式挖泥船的运行效率。控制系统设计与应用，改善了绞吸式挖泥船的工作方式，促使其朝向高效率、高质量的方向发展。

参考文献：

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[2] 王翰涛，鲁力群，王秀景.绞吸式挖泥船绞刀系统技术现状及发展[J].机电设备.2014（06）：10-16.