全自動挖泥中工業(yè)遙控器的應用

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摘要：在耙吸挖泥船施工過程中，挖泥過程是三大疏浚過程中最重要的一環(huán)。為了提高耙吸挖泥船疏浚效率、降低能耗，將全自動挖泥理念引入到挖泥控制設計中。本文重點研究設計了一款工業(yè)遙控器，以“一人橋樓+宏按鈕”為設計理念，基于全自動挖泥控制系統(tǒng)去實現全自動挖泥。

關鍵詞：工業(yè)遙控器；耙吸挖泥船；挖泥；自動控制

1引言

自航式耙吸挖泥船的疏浚作業(yè)是船舶航行和挖泥相結合的操作。在施工時，在駕駛室中需要船舶駕駛人員控制挖泥船的航行姿態(tài)和疏浚裝載情況，同時還需要決定何時開始或者結束挖泥作業(yè)，并發(fā)出一系列航行及疏浚指令，負責挖泥操作的施工人員再根據這些指令進行相應的操作。由于船員間經常因不默契或其他原因誤解對方的施工思路，影響施工效率，嚴重時會造成船舶安全事故。為了提高施工效率、減少安全事故發(fā)生，我們提出了全自動挖泥系統(tǒng)。全自動挖泥系統(tǒng)可以使駕駛人員將主要專注于船舶航行，只在疏浚作業(yè)開始時或需要干預時，按下控制臺上的宏按鈕，這些宏按鈕替代了過去的疏浚指令，而具體的挖泥操作則交由全自動化疏浚系統(tǒng)去實施。在挖泥船施工時，工況復雜多變，通常情況下，駕駛員在駕駛室中操作臺上進行操作疏浚指令，負責挖泥操作的施工人員可以在現場根據指令在現場控制箱上直接操作，有時候，也是駕駛員在操作臺上直接遙控操作。使用手持式遙控器，不但在施工時方便施工人員操作，而且也避免了一定的危險因素。

2遙控器系統(tǒng)的制定

遙控器系統(tǒng)的主要是基于耙吸挖泥船全自動挖泥控制系統(tǒng)，實現耙吸挖泥船全自動挖泥的無線控制。

2.1功能需求分析

根據工業(yè)遙控器行業(yè)標準及用戶需求，分析如下：（1）系統(tǒng)構成。遙控器系統(tǒng)包括發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)，即發(fā)射器和接收器。發(fā)射器由操作人員手持操控，接收器安裝在挖泥船的疏浚臺中。（2）功能性。功能性是遙控器系統(tǒng)重中之重。遙控器系統(tǒng)的功能是基于耙吸挖泥船全自動挖泥控制系統(tǒng)來實現的。（3）可靠性。遙控器系統(tǒng)可靠性設計是遙控器系統(tǒng)最重要的環(huán)節(jié)之一。系統(tǒng)使用雙CPU雙解碼器對無線數據進行實時通訊，實時解析。（4）安全性。在施工過程中，難免出現一些人為或者非人為的失控情況，遙控器系統(tǒng)設置了主動急停和被動急停功能。同時，系統(tǒng)還含自動電源切斷和電池低電壓檢測功能。（5）操作性。發(fā)射器操作面板的設計應該操作方便、簡易，方便操作人員使用。（6）顯示屏界面。使用LCD屏實時顯示操作信息。（7）供電。發(fā)射器供電系統(tǒng)采用5號AA可充電電池供電。接收系統(tǒng)電源由疏浚臺DC24V供電。（8）外殼。施工現場環(huán)境復雜，遙控器外殼的外殼防護等級為IP65。

2.2系統(tǒng)總體方案

根據遙控器系統(tǒng)的功能需求分析，遙控器系統(tǒng)由發(fā)射器和接收器組成。發(fā)射器和接收器之間通過發(fā)射模塊和天線進行無線通信。發(fā)射器由操作人員進行控制，向接收器發(fā)送控制指令，接收器接收到指令后，通過Profibus-dp接口，傳輸給全自動挖泥控制系統(tǒng)。全自動挖泥控制系統(tǒng)將耙管、耙頭等設備的狀態(tài)反饋給接收器，接收器通過射頻模塊發(fā)送給發(fā)射器，通過LCD顯示屏，將耙管、耙頭等設備的狀態(tài)反饋顯示出來。

2.3全自動挖泥控制系統(tǒng)

全自動挖泥控制系統(tǒng)對耙吸挖泥船的挖泥過程進行了自動化設計，將實現全自動挖泥技術。該技術以“一人橋樓+宏按鈕”的設計理念，在保障設備安全的前提下，實現挖泥疏浚作業(yè)模式的全自動控制。在全自動挖泥系統(tǒng)控制對象包括：A字架及耙管、疏浚閘閥及沖洗系統(tǒng)、高壓沖水蝶閥、液壓系統(tǒng)、泥泵及封水系統(tǒng)和溢流筒。耙管在挖泥過程中，按照位置可以劃分為耙管位于擱墩處，耙管離開擱墩、未到耙管水平且彎管至吸口處，耙管水平且彎管至吸口處、耙管水平且彎管至吸口處，耙管水平且彎管至吸口處與耙頭著地之間和耙頭著地5個階段，其他設備的動作均按照耙管位置的變化而觸發(fā)或停止。全自動挖泥控制可以通過一個“自動挖泥”總宏按鈕完成挖泥過程的準備、施工和結束三個過程，同時，為了操作的靈活性，設置了“挖泥準備”“放耙”“收耙”和“停止”四個操作宏按鈕完成整個挖泥過程。

3遙控器系統(tǒng)的功能應用

3.1遙控器系統(tǒng)的結構

遙控器系統(tǒng)由發(fā)射器和接收器組成。（1）發(fā)射器發(fā)射器尺寸為21.5cm×5.6cm×3.7cm，重量為210克（不含電池）。使用4節(jié)五號AA電池供電，這樣發(fā)射器能更方便的攜帶。發(fā)射器防護等級IP56。發(fā)射器的調制方式是GFSK，在挖泥船作業(yè)中能好的對信號頻譜進行調制。發(fā)射器的有效工作距離為100米，在挖泥船作業(yè)中有足夠的距離進行操作。發(fā)射器有1塊顯示屏、12個按鍵。發(fā)射器面板分兩個區(qū)域，分別是按鈕區(qū)域和顯示屏區(qū)域。所述的按鈕區(qū)域又分為主按鈕區(qū)域和輔按鈕區(qū)域。主按鈕區(qū)域有“準備”“自動”“放耙”“起耙”“暫?！薄皯薄?個按鈕，這6個按鈕全部為點動輸出。輔按鈕區(qū)域有2個“備用”、1個“復位”、1個“調頻”、1個“ON”和1個“OFF”按鈕。其中，“備用”和“復位”按鈕是點動輸出，“調頻”按鈕是具有調頻功能的按鈕，“ON”和“OFF”是開關機功能按鈕。所述的顯示屏區(qū)域有LCD顯示功能。LCD主界面分為上、下半部分。上半部分為遙控器預留區(qū)域，顯示遙控器狀態(tài)、信號、頻道等信息。下半部分為自定義區(qū)域，分為兩行。第一行為當前按鈕狀態(tài)，顯示當前操作按鈕的4個狀態(tài)反饋信息。這4個狀態(tài)反饋是“READY”“DOING”“OK”“FAULT”。第二行為耙管狀態(tài)，顯示耙管位置信息7個狀態(tài)反饋。這7個狀態(tài)反饋是“擱墩”“推出”“三管平”“放耙”“著地”“起耙”“收進”。本文遙控器系統(tǒng)的發(fā)射器如圖1所示。接收器的端口為profibus-DP接口。profibus-DP接口反饋信號清單如下：

3.2遙控器系統(tǒng)功能應用

發(fā)射器的“準備”按鈕按下后，系統(tǒng)將做自檢和準備工作，同時，顯示屏上半部分顯示“準備-READY”。準備工作主要完成啟動液壓泵，封水泵和沖洗泵，閘閥根據參數設置預置為單耙旁通或雙耙旁通模式，蝶閥根據參數設置預置為串聯沖耙頭或單泵沖耙頭或全部關閉模式。當耙管放置在擱墩上時，發(fā)射器的顯示屏下半部分顯示“耙管-擱墩”。此時，按下“放耙”按鈕時，顯示屏上半部分顯示“放耙-DOING”，顯示屏下半部分顯示“耙管-放耙”。第一步，耙管將從擱墩處上升至舷內最高位置，此時，顯示屏下半部分顯示“耙管-推出”。第二步，耙管從舷內最高位置推至舷外最高位置。第三步，耙管從舷外最高位置按照耙管入水姿態(tài)下放到彎管吸口到位且三管水平處停止，此時，顯示屏下半部分顯示“耙管-三管平”。當耙管處于彎管吸口到位且三管水平位置，再按下“放耙”按鈕，將根據設置的參數啟動泥泵和高壓沖水泵，同時，調用STAWC控制器，ALDC控制器，ALMO控制器，ADHC控制器和APC控制器，各控制器根據各自的啟動條件開始動作。當耙管處于水下挖泥時，按下“起耙”按鈕，顯示屏上半部分顯示“起耙-DOING”，顯示屏下半部分顯示“耙管-起耙”，耙管將開始上升，停止STAWC控制器，ALDC控制器，ADHC控制器和APC控制器。根據設置參數當上升至一定高度或三管水平位置時，自動停止泥泵和高壓沖水泵，停止ALMO控制器，然后，耙管將繼續(xù)上升直至到耙管放至擱墩處。在此過程中，顯示屏下半部分依次顯示耙管-三管平”“耙管-擱墩”。當耙管處于上升或下降狀態(tài)時，按下“暫?！卑粹o，耙管將停止動作，只有再次按下“起耙”或“放耙”按鈕時，耙管才繼續(xù)動作。

4結語

本文設計的遙控器具有操作簡易、攜帶方便、功能性高、可靠性強。操作人員使用遙控器在船舶駕駛室的任意位置進行全自動挖泥疏浚作業(yè)，真正實現了“一人橋樓+宏按鈕”的設計理念，減少了人工成本，將大大地降低人為操作失誤的風險。

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作者：賈振東 周坤良 單位：中交疏浚技術裝備國家工程研究中心有限公司