梳式滑道船舶上下水控制系统设计

(中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北武汉 430050)

1 概 述

在疏式滑道船舶上下水过程中，目前大多数船厂采用人工观测，受人为因素影响较大，对于大型船舶上下水过程中不受控制，在船舶上下水过程中容易影响到船舶和航道的安全。为了保证大型船舶和航道的安全，必须对系统进行实时全过程监测和自动控制。

本系统采用变频器、格雷母线和可编程控制器控制。整个系统具有自动化程度高，操作简单、可靠，安全的特点。

2 系统功能的要求

(1)可任意选择几台摩擦绞车同时运行；

(2)可实现全程工作动态记录、追索；

(3)可进行远程、手动和自动功能切换；

(4)在控制台上就可实时监视控船体上下水的运行壮况并在控制室可视化；

(5)可自动根据船舶的整体位置差分别调整不同摩擦绞车牵引的斜驾车的运行速度；

(6)可以调整整个船体的水平与垂直平衡，确保各类船体安全、可靠、平稳地上下水，具有各种自动检测故障并预警的功能；

(7)格雷母线能在水下稳定运行；

(8)操作简单、可靠，运行安全。

3 超长距离位移精确测量

通过格雷母线实现超长距离精确位移测量，格雷母线采用电磁感应原理来测量移动设备的移动数据，当天线箱线圈中的地址编码发生器通入交变电流时，在格雷母线上会产生携带编码的交变感应磁场，当天线箱线沿着格雷母线连续移动，在格雷母线上相应连续的编码地址,格雷母线终端的地址编码接收器就可以接收编码信号。母线上的交叉线的信号相位与平行线的信号相位相同时，地址为“0”；交叉线的信号相位与平行线的信号相位相反时，地址为“1”，这样感应的地址编码信息沿母线按格雷码排列，通过解析格雷码来确定天线在格雷母线长度方向上的位移数据。

格雷母线单套设备结构组成如下:

(1) 摩擦绞车牵引的斜架车载移动系统：天线箱、车载电气柜。

(2) 格雷母线子终端箱：由地面电气柜组成、内含地址码器接受器、开关电源等。

(3) 格雷母线辅助电气系统：普通电缆以及各种用于格雷母线安装、固定、防护的机构组成。

4 同步控制系统

通过对摩擦绞车三相异步电动机变频调速控制，实现对所牵引的对斜架车运行速度进行控制与调整，保证各斜架车同步运行，以确保斜架车上的船舶在上、下移动时的平稳。

4.1 运行控制

(1)运行控制是通过PLC控制变频器的频率以调节各摩擦绞车电动机的转速。

(2)摩擦绞车控制系统通过速度反馈和格雷母线位移反馈系统构成闭环控制系统。

(3)变频器前设置线路电抗器提高系统的抗干扰能力，并限制系统地谐波。

(4)系统支持电气和机械制动，在停机时采用电气制动方式，提供可控的和平滑的制动性能。

(5)摩擦绞车牵引的斜架车运行过程中，负载的势能将通过制动电阻发热的形式消耗掉，因此每套变频柜都配有适当功率的制动电阻，以满足系统平稳运行。

(6)在每台斜架车的运行每个轨道的每个端头位置安装两个旋转式限位开关，两开关位置相距约2米。当斜架车运行到第一接近限位时，该限位开关发出指令，降低斜架车的运行速度，当斜架车到第二达极限位开关时，系统发出停止斜架车运行的指令。

(7)摩擦绞车构的电气保护有短路、过电流保护、过载保护、失压及零序保护等。

4.2 同步位置控制

(1)在多台摩擦绞车牵引多台斜架车同时作业情况下，由于多种原因可能存在斜架车不同步而导致上下水过程中，船舶发生偏斜，将影响船舶下水过程的安全。控制系统通过位移监视各斜架车的位置，通过PLC控制变频调速。实现船舶在运行过程中船舶纵轴线与滑道横轴线之间的连续绝对位置偏斜检测和控制。

(2)对于船舶上、下水时，所用斜架车同步控制系统最终要求达到其中任意两台或多台斜架车在斜坡道上的行程位置范围内全程实现同步控制后的相对位移差最大不超过300mm。任意相邻两台斜架车相对位移差最大不超过140mm。当相对最大位移差小于100mm时同步控制系统不发出控制指令。当相对最大位移差大于150mm小于250mm时，同步控制系统发送指令到相应变频器，按比例调整各电机的速度，以实现自动同步。相差值大于250mm时同步控制程序发送指令到相应变频器，调整各电机速度同时整个系统的速度下降到低速度，并发出预报警信号。当系统调整到相对位移小于90mm时，系统停止调整，恢复正常运行。当最大位移差值大于350mm时，系统自动停车并报警。

4.3 监控显示系统

(1)控制系统采用单机、联动、手动、自动等不同控制方式。自动控制方式采用PLC+触摸屏控制操作系统，并预留远程操作通讯接口。

(2)由PLC、变频器、电气保护装置、各控制设备等组成PLC控制的全变频调速系统。控制器功能选择开关，变频器内各电器参数、各保护系统的有关数据、各限位开关等信号直送PLC，PLC根据程序，将各种指令送各执行机构及调速器，决定各运行机构的速度大小，并对其进行控制调节。

(3)控制系统由PLC和触摸屏组成友好的人机界面，通过现场总线实现信息共享。在触摸屏上可以监控、显示、记录各主要电器元件运行或停止的状态、变频器运行参数、运行过程及其数据,包括各种故障与报警信号等数据。

5 结 语

疏式滑道控制系统在长沙船厂、武汉青山船厂、黑龙江抚远船厂等内河船厂得到广泛的运用，本控制系统可确保船舶上下水过程可控，具有高效安全的特点，并对航道没有影响，取得了很好的控制效果。