絞吸式挖泥船控制系統研究

胡志明

摘 要：絞吸式挖泥船，是疏浚業中常用的一類裝置，其在控制系統方面有一定的優勢，特別是電氣系統，提高了絞吸式挖泥船的工作效率。絞吸式挖泥船的控制系統，能夠根據疏浚業的需求，提供不同的工況設計，提升挖泥疏浚的效率，滿足現代疏浚業的基本要求。本文主要探討絞吸式挖泥船控制系統的應用。

關鍵詞：絞吸式；挖泥船；控制系統；疏浚業

絞吸式挖泥船的控制系統內，引入了變頻、電子等多項技術，而且采用了不同的選型設備，實現了高效的運行功能。疏浚業發展中，比較重視絞吸式挖泥船的應用，此類挖泥船的應用比較廣泛，提供了高性能、多功能的應用。絞吸式挖泥船中，比較重要的是控制系統的研究，目的是提高挖泥船作業的穩定性，體現控制系統各個構成部分的作用。

1 絞吸式挖泥船控制系統概述

絞吸式挖泥船應用中，需要根據相關的工作原理，有效控制控制系統，推動挖泥船在疏浚業中的使用，所以，主要研究絞吸式挖泥船的工作原理以及系統構成，明確控制系統在絞吸式挖泥船中的作用和應用，具體分析如下：

1.1 絞吸式挖泥船工作原理

絞吸式挖泥船的工作原理：絞吸式挖泥船的結構中，絞刀架的前端部分，安裝了絞刀工具，專門用于打碎河道、水底的泥石，促使固體的泥石，轉化為泥水混合物，或者以泥漿的狀態存在，絞吸式挖泥船啟動離心式泥泵，通過絞刀架前端的吸泥頭，吸收水底的泥漿，再將泥漿導入到挖泥船的內部吸管，利用泥泵+排泥管，導送到規定的卸放地點，實現絞吸式挖泥的過程。一般情況下，絞吸式挖泥船在作業現場就位后，需要采取鋼樁定位橫挖的方法，固定挖泥船，利用主定位樁，控制船體的旋轉運動，絞刀能夠在挖槽寬度的范圍中，左右、橫向的擺動，實現分層挖泥。

絞吸式挖泥船的基本結構：絞吸式挖泥機大部分是非自航式的，利用定位樁、錨固纜線完成定位和移動的操作，構成挖泥的軌跡，絞吸式挖泥船，在整體上連接了挖泥、運輸、卸載的過程，而且可以在一次性的狀態下完成，進而實現重復、連續的挖泥工作。絞吸式挖泥船，船體是長方形的，艏部設有開槽，也就是前端位置，內部安裝了絞刀架，用于絞吸挖泥。

1.2 絞吸式挖泥船控制系統構成

1.2.1 絞刀切削系統

絞刀切削系統，是絞吸式挖泥船控制系統的核心，通過絞刀提供切削力，分離水底的泥石，混合到周圍水體內。絞刀切削系統中，絞刀是最基礎的結構，也是切削中提供力度的部分。絞刀由四個部分構成，分別是：大環、刀臂、刀刃、輪轂，刀臂結構上，連接了大環和刀臂，構成一個整體，而刀刃焊接在刀臂上，連接輪轂、絞刀裝置，通過輪轂傳遞扭矩、作用力。絞刀結構的不同，將絞刀切削系統分為不同的類型，如：開式絞刀、磐型絞刀等，需要根據切削對象的特性，選擇對應的絞刀切削系統，以便提高絞刀切削的速度和效率。

1.2.2 定位樁系統

定位樁設計在挖泥船的尾部，定位樁內配合設置臺車，而且每根定位樁，都配置了油缸起升。定位樁對強度有一定的需求，基本是由鋼板卷焊構成，鋼板厚度可以根據實際情況設計。定位樁起升時，液壓油缸提供動力，油缸與臺車鉸接，頂部通過鋼絲繩，實現導輪聯接，定位樁系統的工作方式為：液壓供油，油壓狀態下，柱塞伸出，提升鋼柱，鋼柱下降的過程中，自重帶動油缸柱塞伸回，而且鋼柱上還要增加鋼絲繩，方便鋼柱的提升、下降。

1.2.3 泥漿輸送系統

絞吸式挖泥船控制系統的泥漿輸送部分，由吸泥管系統、吹泥管系統構成。吸泥管將吸口管，伸入到水下泵之間，安裝在橋架位置上，還包括水下泵真空釋放閥。吹泥管包括橋架上的泥管，而且在鉸支座位置處，安裝了柔性橡軟管，配合進倉管、主甲板的吹泥管系統、支持彎管旋轉的接頭裝置。泥漿輸送系統，能夠將挖泥船絞吸的泥漿，運輸到指定的位置，將泥漿運離水底，屬于絞吸式挖泥船的運輸部分。

1.2.4 驅動控制系統

絞刀切削的過程中，需要利用驅動系統，提供切削的動力。驅動控制系統，在絞吸式挖泥船工作的過程中，提供了驅動動力。常見的驅動系統有：（1）液壓馬達驅動，利用齒形聯軸器，連接齒輪箱、絞刀，液壓馬達驅動可以提供15～25r/min的轉速，期間還要通過齒輪箱實現減速，保障絞刀切削的安全性；（2）電機驅動，其為比較常見的驅動系統，利用絞刀齒輪箱，連接絞刀電動機，驅動絞刀運動，電動驅動設計中，需要考慮水下作業的需求，提高絕緣性、密閉性。絞吸式挖泥船內，驅動控制系統的選擇，應該考慮平均負荷、高峰負荷的關系，兩者存在一定的預期關系，在此基礎上，才能準確的配置可用的驅動控制系統，促使絞吸式挖泥船的整機功率，能夠根據驅動控制的方式實現靈活的變化。

2 絞吸式挖泥船控制系統設計

2.1 上位機系統控制

上位機系統可以發送絞吸式挖泥船控制系統內的指令，起到監控的作用。上位機配合GE iFIX軟件，優化系統的控制界面，完成PLC子站中的通訊傳輸，促使通訊傳輸具有信息化的作用。上位機中的iFIX軟件，具有自動化監控的特性，采用比較先進的組態軟件，保證挖泥船通訊控制的準確性。上位機系統控制中，可以觀察PLC的指示狀態，系統會自動顯示是否能夠連接PLC系統，此類系統控制方式，可以用在上位機系統的檢測維修中，最主要的是提高挖泥船通訊控制的效率。當絞吸式挖泥船通訊界面出現誤差時，上位機系統控制界面中，設置了校準頁面，專門用于校準挖泥船內的錯誤信息，檢查出挖泥船的故障，提高檢測的效率，促使挖泥船的上位機系統控制，可以快速恢復正常狀態。

2.2 下位機系統控制

下位機系統用于接收上位機發送的信息，由PLC構成。基于PLC的下位機控制系統，核心結構是PLC控制柜，連接了左操縱臺、右操縱臺，分別接收控制信息，并且執行控制命令。左操縱臺包括：左起錨機旁縱操作臺、左橫移機旁操縱臺、橋架機旁操縱臺、各機構電動機。右操縱臺包括：右起錨機旁操縱臺、右橫移機旁操縱臺、絞刀機旁操縱臺、各結構變頻柜。因為絞吸式挖泥機采用了變頻控制系統，連接了PLC控制柜，接收挖泥船駕駛室的指令，調節變頻器的驅動方式，滿足挖泥船作業工況的需求。PLC控制系統是下位機系統的核心，不僅接收了絞吸式挖泥船的通訊指令，而且控制了挖泥船的作業狀態。

2.3 現場從站系統控制

絞吸式挖泥船現場從站系統控制，提高了挖泥船的控制水平，同樣利用PLC裝置，快速調節挖泥船的工作狀態。例如：絞吸式挖泥船在工作的過程中，遵循CCS20009規范，設置了就地控制系統，實現設備的有效控制，而現場從站系統控制，其可保障就地控制的獨立性，能夠應用在挖泥船的遙控系統、自動系統內，兩個系統可以相互轉換，執行現場從站的就地控制命令?，F場從站控制系統，還參與了應急停車處理，應急模塊與正常模塊保持獨立，以免造成相互影響，現場從站系統控制中，可以控制應急停車中的每項裝置，適應挖泥船作業中的應急事件，減少信息反應的時間，提高應急停車的時效性，體現現場從站系統控制的優勢，滿足現場挖泥作業的需求。

3 結語

絞吸式挖泥船中的控制系統結構，在很大程度上提高了疏浚作業的效率，同時保障挖泥船的靈活操作，避免影響疏浚作業的效果。絞吸式挖泥船內，積極設計控制系統，完善上位機、下位機以及現場從站的系統控制，為控制系統提供有效的支持，以免影響絞吸式挖泥船的運行效率?？刂葡到y設計與應用，改善了絞吸式挖泥船的工作方式，促使其朝向高效率、高質量的方向發展。

參考文獻：

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