耙吸挖泥船智能化疏浚控制系統

王維鋒

摘要：為提高耙吸挖泥船智能化水平和安全性，在對自動控制的需求分析的基礎上，將自動控制的概念引入到耙吸挖泥船中。基于此，本文分析了耙吸挖泥船疏浚工作原理，討論了控制系統的設計，旨在提高耙吸挖泥船智能化疏浚作業效率。

關鍵詞：耙吸挖泥船;智能化;疏浚控制系統

引言

隨著耙吸挖泥船參與疏浚工程，對質量的要求越來越高。傳統的吸泥船需要根據當前的工作條件和設備狀況控制一系列按鈕，雖然系統對每個單元都具有自動控制和基本診斷，但與智能控制相比，操作員控制所造成的差異仍有差距。因此，在開發智能疏浚方面還有很大的空間。通過研究吸泥船疏浚設備智能控制系統，開發吸泥船疏浚運行的智能系統，提高耙吸挖泥船的自動化和智能化水平。

1耙吸挖泥船概述

耙吸挖泥船是港口和疏浚的主要施工船，該船主要由拖網頭、拖網管和泥漿管組成，形成疏浚裝載系統。耙吸挖泥船在低速航行時，形成了與地面的相對移動速度。通過離心工作產生負壓，將底部的沉積物吸入泥漿中，輸送和裝載通道對齊進行疏浚作業。吸泥船在疏浚上應用廣泛，其依賴于技術人員的經驗和豐富的專業技能，由于土壤質量不同，存在復雜的疏浚條件，導致工作效率低下。因此，對于不同土壤質量下的耙吸挖泥船作業條件，通過智能數據分析，自適應調整挖泥船主要工作參數，提高挖泥船的工作效率，有效控制耙吸挖泥船的自適應疏浚。

2耙吸挖泥船工作原理和智能化疏浚控制系統設計

耙吸挖泥船疏浚工作原理是泥漿泵葉輪旋轉產生的離心力，在吸入端形成負壓從底部吸出泥沙。泵葉片旋轉產生的離心力承載泥漿，泥漿泵的排出壓力與泥漿濃度和葉片直徑有關。根據污泥泵相關的運行，可以得出提高污泥泵轉速會增加礦漿壓力。泥泵工作流量越大，對于泥泵的輸出功率也會越來越大。同時根據工作效率曲線可以得出功率輸出工況。智能化疏浚控制系統是中央系統，也是挖泥船的綜合控制系統。這是目前自動化程度最高的疏浚控制系統，為耙吸挖泥船的安全作業和安全航行提供了基礎保障。綜合控制系統采用數據采集監測系統與PLC系統相結合的設計，集成了相對獨立的系統。包括疏浚控制系統、設備/動力管理系統和監控報警系統。PLC系統基于設備的分層網絡，用于采集現場各類傳感數據采集，執行邏輯控制和輸入指令等。由信號采集模塊、閃存處理器和通信模塊結合組成。每個系統都有獨立的處理器，由于每個系統獨立，單個系統的運行故障不會對其他系統產生影響，并且可以在冗余配置中進行監視和控制。

3耙吸挖泥船智能化疏浚控制系統

3.1疏浚作業自動判斷模型

疏浚作業自動判斷模型集成在位于疏浚控制臺的PAC中，對疏浚作業各工步進行識別和綜合控制，功能包括設備運動識別、判斷運行階段、設備保護與安全報警。根據疏浚作業的特點，將耙吸挖泥船智能化疏浚作業分為航行、疏浚、卸船步驟。基于疏浚作業步驟的智能自動判斷模型，建立實時故障動態關聯。一旦出現故障，耙吸挖泥船智能化疏浚控制界面可通過智能診斷跳轉到相應的診斷界面，然后進行故障診斷和維修輔助。設備安全決策包括診斷主電機、自卸泵、液壓和吊鉤等重要設備的特性。傳感器安全決策功能包括斷電診斷、傳感器進水診斷和線性傳感器故障診斷等。

3.2耙吸挖泥船智能化耙管控制

用于自動耙管智能控制面板配有多或能模式按鈕，基于疏浚作業工步的智能判斷模型設置相應的條件預置，所有按鈕都會按照相應的邏輯執行。每個動作條件都可以通過判斷邏輯規則進行調整。當轉換過程時間超過設定時間時，系統將停止絞車及系統報警及吊鉤動作。當水下傳感器出現進水或斷線時，自動控制模式將終止，系統界面會報警。通過調節推回速度，收起耙頭和耙絞車，使垂直和水平保持在規定的范圍內。當角度不在規定范圍內時，會自動調整耙中心和耙頭速度，使其保持在合理的范圍內。最大速度和安全角度保護在離地著陸模式下，垂直和水平角度不能大于最大拋投角度系統，還需要根據不同土壤質量設置調整值。

3.3耙吸挖泥船智能化疏浚控制

疏浚作業階段預設智能模型自動判斷，并判斷相應的初始條件。啟動與疏浚、導流和抽取功能按鈕上的鍵相關聯。按鈕系統的激活將確定液壓系統是否工作。如果相應設備運行正常，則系統為該模式的管道預設閘閥，然后評估密封水泵是否啟動。如果密封水泵不啟動，系統需要先打開密封水泵，再打開泥漿泵。此外，還需要確定系統是否評估液壓系統是否激活，泥漿泵是否停止。如果不滿足條件，系統將停止動作。如果條件滿足，系統將進行判斷沖洗泵是否開啟。如果沖洗泵開啟，關閉所有閘閥。如果沖洗泵沒有啟動，需要打開沖洗泵后關閉所有閘閥。在控制模式執行中，當控制過程因人為終止或未被監控時，會在系統中發出告警。當閘閥的默認時間超過設定的時間時，在確認閘閥到位后，可以通過系統界面的開關來確認閘閥的開關狀態。控制聯鎖保護管路未建立時，泥漿泵不啟動。如果渣漿泵正在運行，將禁止管路建立的操作，以免誤操作。如人為控制等特殊操作，未建立管線路線，泥漿泵將停止運行，同時還會發出聲光報警。如果由于閘閥限位故障，管道處于未設置狀態，則會發出警報[1]。

3.4耙吸挖泥船自動沖水系統控制

智能控制面板用于自動沖水控制，設置耙式管并打開液壓泵，放置耙式清洗管并將清洗泵設置，建立污泥池的排放管道并啟動排放泵。自動判斷疏浚作業的智能模型狀態，并評估相應的啟動條件。啟動與高壓清洗鍵相關聯以激活程序運行。首先，確定耙吸挖泥船智能化系統評估液壓系統是否工作，如果發現液壓系統不工作，系統將停止動作。如果運行正常，需要建立控制蝶閥的排放管，然后打開高壓排放泵，并調節怠速轉速。在控制模式執行過程中，當控制因人為因素或未監控而結束時，界面會發出報警。當高壓溢流泵在設定的時間啟動時，系統會發出高壓溢流泵啟動時間警告。當控制聯鎖保護管路未建立時，排放泵不能啟動。如果仍然發送錯誤的操作指令，系統會報警。如因特殊作業未建立管路，排放泵將停機并報警。如果由于節流閥限位故障導致管路處于未設置狀態，則會發出聲光報警[2]。

4.2耙吸挖泥船智能化疏浚功率管理系統

挖泥船的功率系統具有配電轉換和防止斷電等基本功能外，還具有防止主機過載功能。PMS系統會采集主機的運行功率，當疏浚模式激活或者泥泵離合器合排前，根據高壓沖水泵或者功率檢測對應主機的功率。泥泵所需功率由不同疏浚模式和不同速度擋位來決定。當主機沒有足夠的功率時，系統會發出限螺距信號至控制系統，直到主機功率滿足需求為止[3]。

結束語

綜上所述，耙吸挖泥船智能化疏浚作業對象復雜，通過分析疏浚設備的工作特性和疏浚條件，建立合理的耙吸挖泥船智能化疏浚控制系統模型，發現控制系統參數的變量，采用系統控制策略，保證耙吸挖泥船智能化疏浚工作效率。通過智能數據分析，適配主要設備的工作參數，提高挖泥船的清淤能力。基于挖泥船的工作效率，提出挖泥船自適應挖泥作業的控制系統，為深入分析挖泥作業奠定了理論基礎。

參考文獻

[1]王蔚，關放.耙吸挖泥船數據傳輸過程中產生的丟失和延遲問題的處理方法[J].科技視界，2020（13）：144-146.

[2]孫健.耙吸挖泥船疏浚作業數據分析與優化決策系統設計[D].江蘇科技大學，2018.

[3]周曉瑩.淺析DPDT動態定位動態軌跡跟蹤系統在耙吸挖泥船上的應用[J].機電設備，2013，30（05）：45-48.