平台小车的关键技术与应用

衡超，张铮

（中船第九设计研究院工程有限公司，上海200063）

1 概述

平地造船，即围绕船台或船坞外的平地区域为中心，以船舶的分段/总段为单元，进行整体的建造和合龙工作，再通过专用移船工艺装备，结合半潜驳船等其他下水设备完成下水工作。平地造船的优势主要是：减少或不占用船台或船坞资源，利用平地造船工艺装备，结合整船、半船的平地，依靠移船工艺装备的合理选用，形成一整套平地造船工艺技术，提高造船效率和资源利用率，从而达到扩大造船总量、缩短造船周期、降低造船成本的目的。而其中移船过驳是平地造船最为关键的工艺过程之一，于是移船工艺装备——平台小车应运而生。

2 平台小车的国内外发展现状

2.1 平台小车国外发展现状

TTS 液压小车采用液压垫技术，分为3 或4 个液压承载区，区域内硬连接，实现“均载”功能，解决了过载冲击问题，其主要用于一体化环段、船体组对以及定位。

IMG 液压小车是带有横移功能的三维小车，集中动力，采用液压垫技术解决过载冲击的问题[1]。

2.2 平台小车国内发展现状

国内某船厂150t 液压船台小车，采用电驱动的方式，主要用于船台和浮箱移船。

现阶段自主研发的平台小车系统为国内首创，具备自动均载调节功能的小车。该系统采用三维、二维小车联合方式，由1 台控制拖车控制所有小车。相对同类产品而言，该产品采用分布式动力单元，方便灵活，布局紧凑，单位承载能力强，系统采用纯液压驱动，有线通信和无线通信相结合，实现了多点负载精确控制。该系统主要可运用于完成整船从船台到半潜驳的移船过驳作业以及各分段/总段的对接工作。

围绕某船厂平台线的平台小车，该系统设计包括总体设计、液压设计以及电控设计3 大部分，而对于整个系统而言，电控系统的设计在其中起到至关重要的作用。为满足总体工艺功能的设计要求，电控系统的设计主要包括了PLC 控制系统、无线通信系统、上位机工控系统等辅助设备的设计。

3 平台小车电控系统

3.1 PLC控制系统

PLC 控制系统主要应用于平台小车系统的操作控制，其主要由PLC 控制系统主站和每台小车上PLC 控制系统分站组成。主站PLC 与分站PLC 之间既可以通过有线连接的方式，亦可以通过无线连接的方式进行通信。其中，主站PLC 实现对以下内容的控制：

1）控制台旋钮及指示灯；

2）所有小车的组网；

3）作业时各小车的负载、行程、速度分配；

4）作业时目标体的姿态调整；

5）安全保护等。

从站PLC 则实现对每台小车所带的发动机的启停、转速和报警、每台小车的柱塞泵和齿轮泵，液压伺服阀的顶升速度与压力，行走与横移速度等的控制[2]。

主站PLC 与从站PLC 之间实现数据的交互，用于远程集中控制。而带有分站PLC 的平台小车则可以作为独立的系统，实现每台小车自身的全部动作。

3.2 无线通信系统

平台小车无线通信系统主要用于PLC 控制系统主站与控制分站之间的通信连接，采用WLAN的方式。平台小车上配置2 根双频天线实现2 个方向的信号发射，考虑到分布在不同轨道上的小车信号的覆盖，采用2 根双频天线以及1 根定向天线，从而保证信号的稳定性。基于船厂极其复杂的使用工况，无线通信系统主要应用于平台小车在不带载的情况下进行的集中操作，以及完成分段/总段对接作业时的集中操作。

3.3 上位机监控系统

上位机监控系统可以实时显示和监控工作中的每组平台小车的工作状态、报警信息和故障信息，方便在移船过驳的过程当中观察每台小车的工作状态，及时发现问题，其带有记录功能，能完整记录整个过程数据，故障代码也为后续的维修保养提供了一定的数据依据；通过上位机监控系统，可以输入平台小车的各个工作指令，对其进行控制，从而实现集中操作[3]。

4 作业中的关键技术

首先，根据目标船型、平台线布置图以及布墩图将整船车组分别布置在4 条轨道上。车组与控制台之间通过有线方式连接，实现集中操作。由于车组布置在整船底部，工况复杂，障碍物众多，而无线信号的强弱主要受信号源的距离、障碍物引起的散射、平面反射等因素的影响，故无论是采用中继模式还是定向模式，由于每台小车布置位置的不同，容易导致有些区域小车无线信号的稳定性不强，继而就会造成在移船的过程出现网络断开的情况，而当网络断开时间超过设定值,平台小车将自动熄火停机。出于安全保护的设计，将会停止所有小车的动作，而这种不稳定性将会伴随整个移船过驳的过程当中。另受潮位的影响，时间间隔越长，半潜驳的振幅越大，从而过驳时的难度也越大，故车组与主站PLC、工控机、管理型PN 交换机之间通过有线方式连接（见图1），且交换机与每条轨道的小车采用星型连接，减少车组与车组之间的数据交互，确保网络信号的稳定性。

图1 车组与控制台的连接示意图

完成船底小车集中布置，整船车组进入同步顶升作业，达到目标位置之后，继而保压阀进行保压。在顶升的过程中，每台小车的压力值将会由自身所带压力变送器传输给本地PLC，再由本地PLC 集中传输给主站PLC，从而可以计算出目标体的总重。

整船车组分别布置在4 条轨道上，假设以其中1 条轨道为纵向轴，以离操作台最近小车的中心位置作为横向轴的原点，其重心位置坐标为X，假设1#小车距离原点的距离为X1,载荷反馈值为P1，n#小车距离原点的距离为Xn,载荷反馈值为Pn，根据力矩平衡原理P1×（X1-X）+P1×（X1+2.4-X）+…+Pn×（Xn-X）+Pn×（Xn+2.4-X）=0，可以计算出每个区域的标定值，目标体分组在力矩平衡下，实现动态平衡，另需保证4 个区域内每台小车实现均载但不超过自身所能承受的最大载荷。

带载行走的过程中采用负载控制为主、行程控制为辅的方式，一旦有区域小车的载荷超出标定值上下的20%（仅试验数据，可调）左右，顶升阀激活，调整超压区域内的载荷值，其余区域的载荷值随之改变，从而达到新的动态平衡。调节时间仅给出3s（仅试验数据，可调），3s 之后顶升阀失效，如在3s 之内未调整到位，继续激活顶升阀，直到每台小车的载荷始终控制在标定值上下20%以内，从而实现作业过程中的自动均载调节功能。由于油缸行程的有限性，对其行程设有极限位移报警值，以免出现“超程”。考虑到运移过程中复杂的工况，负载控制偶尔会存在“超调”现象，导致目标体的姿态快速发生变化，系统另设有手动均载调节功能，合理地控制均载调节的时间，手动停止操作。基于平台小车在过驳时存在不断变化的高低差等不确定因素，自动调节极容易造成局部超压的现象，故建议采用手动调节与自动调节相结合的方式，完成过驳作业。

5 结语

当前，我国造船面临国内外双重竞争的局面，考虑到平地造船有投入小、造船周期短等特点，船厂结合移船工艺装备的特点和自身情况，可以合理利用船厂现有资源，及时改造和增加平地造船区域配套设施资源，随着平台小车系统成功完成了某船厂平台线下水作业，给国内各船厂起到了很好的借鉴作用。当然，想要推进平地造船还有很多任务要做，未来的发展也需造船人一起努力。