浮船塢沉浮自動控制系統設計研究

曹嘉樑

摘 要：浮船塢的智能化控制系統在現代化船塢中應用非常廣泛，它通過監測船塢的變形以及待進塢船舶的姿態控制來實現浮船塢在沉浮過程中的智能控制。船塢沉浮的自動控制系統是通過計算機和輔助設備的參與來對船塢的沉浮過程進行全自動控制，并對沉浮過程中船舶及船塢的關鍵參數進行實時動態監控，以減輕船員對于船塢的操作程度，增加進塢船舶的安全性。

關鍵詞：浮船塢；自動控制系統；沉浮；智能控制

浮船塢是指在水域中進行沉浮和移動，并能對其他船只進行修理和引導作業以及船舶的上墩、下水和水上作業的工程船。傳統的浮船塢的控制和沉浮作業幾乎都是由技術人員手動操作來完成的，工作人員的勞動強度相對較大、工作效率也不高，安全系數較低。隨著科學技術的發展，自動化技術應用到浮船塢沉浮作業的自動控制系統受到越來越多的重視。對于浮船塢的沉浮過程進行自動化控制和操作，能夠減輕工作人員的工作負擔，并提高浮船塢沉浮工作的安全性和可靠性。

1 浮船塢的沉浮智能控制系統的構成

浮船塢的沉浮智能控制系統主要有計算機的硬件和軟件、船體的測量系統、數據轉換器和控制顯示屏、液位自動測量等設備組成。

1.1 計算機的硬件和軟件

在浮船塢的自動控制系統的構成中，計算機的硬件設備和軟件主要是為控制系統提供支持服務的，硬件設備對控制系統在運行和操作中出現的各項數據進行收集和分析工作，并將數據保存起來。軟件主要對系統性能起到調節作用，也可以具有對浮船塢危險狀態進行預估和警報圖像進行顯示等功能。

1.2 液位自動測量設備

在浮船塢的設備中，液位自動監測器的主要功能是利用自身的測量傳感器對各壓水艙內部液位和船塢壓載艙的水位進行測量，對船塢船艏、船艉及船左右的船舶姿態的數據進行測量，將數據通過信號傳輸到數據的處理器內部。浮船塢的液位自動測量能夠依靠縱、橫等傾斜對艙室內部的液位數據進行修正，以保障浮船塢在海上安全作業。

1.3 船體測量系統

浮船塢的船體測量系統是用來測量船塢受到縱向變形、橫向變形及船體在壓力作用下內部結構受到壓力后的變形情況。主要是依靠測量系統所包含的設備來測量船體的變形情況，也可以采用壓差變送器來測量撓度的變化。船體結構設備的應力可以采用專門的應力測量設備來測量，最后所有的測量數據都要傳輸到數據采集箱中進行儲存。

1.4 數據轉換箱

浮船塢的數據轉換箱的主要功能是接收液位測量裝置和閥門液壓開關設備以及船舶姿態等裝置所發出的數據信號，并將上述信號轉換成數字信號后送達計算機進行數據的處理和分析。增強型多功能的數據采集卡可以用作數據的采集設備?，F在為了追求更加高效的數據采集和傳輸，浮船塢上的數據轉換箱大都采用多線程控制技術。

1.5 沉浮控制臺

沉浮控制臺是浮船塢自動控制系統中最重要的組成部分。沉浮控制臺是由本體硬件和內置的軟件來運作的，主要功能是對船塢的沉浮作業實現全智能化的自動控制和動態的全天候監測。

2 浮船塢自動控制系統的設計研究

2.1 控制程序的設計

浮船塢的控制方法是浮船塢自動控制系統的中心，也是浮船塢實現自動控制和報警以及信號監測功能的基礎。控制程序在PLC的正常運行中向執行設備發送指令信號。PLC在程序編程上采用了模塊化的多任務系統，最終實現了兩個主程序之間可以選擇多個子程序來共同承擔對浮船塢的具體操作和運轉。

主程序又分為控制主程序和值班主程序兩個部分。值班主程序主要負責在通信故障發生時或者緊急情況下按下按鈕進行自動保護作業，以保證浮船塢的自身安全為前提，與涉及安全的其他報警裝置相沖突時，可以自行啟動自動保護程序，在需要時，可以停止船塢自身的沉浮作業，以保障浮船塢自身的安全。值班主程序也可以依照程序設定，對系統的實時狀態進行刷新，以方便計算機處理器和PLC對船塢的狀態進行分析和判斷。

2.2 控制主程序的設計

浮船塢的控制主程序又稱為下位機控制主程序，是由具體的工作人員通過人機操作界面對浮船塢的相關作業進行參數的配置和數據的調整，通過下位機主程序的操作，可以獲得子程序對浮船塢的輔助控制功能。在下位機控制主程序的運行開始時，首先要接收來自上位機的指令，收到指令后PLC會從緩存中讀取上位機傳來的指令碼，通過指令碼的轉換可以讀取上位機傳來的沉浮信息，并將之導入到PLC中。

2.3 子程序的設計

浮船塢的子程序的參與要在接受指令后才能運行，當主程序開始執行后子程序要首先確認浮船塢的沉浮參數和所處的狀態，以確定自己的工作內容。浮船塢不管是上浮還是下潛都必須用參數來進行定位。參數值根據目標潛深減去之前的潛深數據來進行分析，子程序在只有確定船塢具體的上浮和下潛的操作之后，才會停泵關閥，并返回主程序中待命。

浮船塢在沉浮時采用蝶閥控制的穩定性十分優良，并且編程工作也十分方便，在所用的PID調節編程的數據時已經包括進ABB PLC的編程軟件中去了，綜上，就可以將PID的調節系統作為浮船塢在沉浮控制時的調節方法。

3 結束語

浮船塢執行沉浮作業的自動控制系統是一門綜合性極強的系統工程，它的優點十分明顯，避免了船塢裝載方案的變化以及裝載過程中船本身的重量變化。采用數據來分析船舶的變形控制和船塢的姿態控制在浮船塢的沉浮作業中要作為關鍵的兩方面來進行操作，能夠很好地解決船塢甲板的變形。船體變形的邊緣以及實現軟件對船舶姿態的詳細控制，自動控制系統的出現為浮船塢的沉浮作業的安全性打下了牢固的基礎。

參考文獻

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（作者單位：中海工業（上海長興）有限公司）