浮船坞沉浮自动控制系统设计研究

曹嘉樑

摘 要：浮船坞的智能化控制系统在现代化船坞中应用非常广泛，它通过监测船坞的变形以及待进坞船舶的姿态控制来实现浮船坞在沉浮过程中的智能控制。船坞沉浮的自动控制系统是通过计算机和辅助设备的参与来对船坞的沉浮过程进行全自动控制，并对沉浮过程中船舶及船坞的关键参数进行实时动态监控，以减轻船员对于船坞的操作程度，增加进坞船舶的安全性。

关键词：浮船坞；自动控制系统；沉浮；智能控制

浮船坞是指在水域中进行沉浮和移动，并能对其他船只进行修理和引导作业以及船舶的上墩、下水和水上作业的工程船。传统的浮船坞的控制和沉浮作业几乎都是由技术人员手动操作来完成的，工作人员的劳动强度相对较大、工作效率也不高，安全系数较低。随着科学技术的发展，自动化技术应用到浮船坞沉浮作业的自动控制系统受到越来越多的重视。对于浮船坞的沉浮过程进行自动化控制和操作，能够减轻工作人员的工作负担，并提高浮船坞沉浮工作的安全性和可靠性。

1 浮船坞的沉浮智能控制系统的构成

浮船坞的沉浮智能控制系统主要有计算机的硬件和软件、船体的测量系统、数据转换器和控制显示屏、液位自动测量等设备组成。

1.1 计算机的硬件和软件

在浮船坞的自动控制系统的构成中，计算机的硬件设备和软件主要是为控制系统提供支持服务的，硬件设备对控制系统在运行和操作中出现的各项数据进行收集和分析工作，并将数据保存起来。软件主要对系统性能起到调节作用，也可以具有对浮船坞危险状态进行预估和警报图像进行显示等功能。

1.2 液位自动测量设备

在浮船坞的设备中，液位自动监测器的主要功能是利用自身的测量传感器对各压水舱内部液位和船坞压载舱的水位进行测量，对船坞船艏、船艉及船左右的船舶姿态的数据进行测量，将数据通过信号传输到数据的处理器内部。浮船坞的液位自动测量能够依靠纵、横等倾斜对舱室内部的液位数据进行修正，以保障浮船坞在海上安全作业。

1.3 船体测量系统

浮船坞的船体测量系统是用来测量船坞受到纵向变形、横向变形及船体在压力作用下内部结构受到压力后的变形情况。主要是依靠测量系统所包含的设备来测量船体的变形情况，也可以采用压差变送器来测量挠度的变化。船体结构设备的应力可以采用专门的应力测量设备来测量，最后所有的测量数据都要传输到数据采集箱中进行储存。

1.4 数据转换箱

浮船坞的数据转换箱的主要功能是接收液位测量装置和阀门液压开关设备以及船舶姿态等装置所发出的数据信号，并将上述信号转换成数字信号后送达计算机进行数据的处理和分析。增强型多功能的数据采集卡可以用作数据的采集设备。现在为了追求更加高效的数据采集和传输，浮船坞上的数据转换箱大都采用多线程控制技术。

1.5 沉浮控制台

沉浮控制台是浮船坞自动控制系统中最重要的组成部分。沉浮控制台是由本体硬件和内置的软件来运作的，主要功能是对船坞的沉浮作业实现全智能化的自动控制和动态的全天候监测。

2 浮船坞自动控制系统的设计研究

2.1 控制程序的设计

浮船坞的控制方法是浮船坞自动控制系统的中心，也是浮船坞实现自动控制和报警以及信号监测功能的基础。控制程序在PLC的正常运行中向执行设备发送指令信号。PLC在程序编程上采用了模块化的多任务系统，最终实现了两个主程序之间可以选择多个子程序来共同承担对浮船坞的具体操作和运转。

主程序又分为控制主程序和值班主程序两个部分。值班主程序主要负责在通信故障发生时或者紧急情况下按下按钮进行自动保护作业，以保证浮船坞的自身安全为前提，与涉及安全的其他报警装置相冲突时，可以自行启动自动保护程序，在需要时，可以停止船坞自身的沉浮作业，以保障浮船坞自身的安全。值班主程序也可以依照程序设定，对系统的实时状态进行刷新，以方便计算机处理器和PLC对船坞的状态进行分析和判断。

2.2 控制主程序的设计

浮船坞的控制主程序又称为下位机控制主程序，是由具体的工作人员通过人机操作界面对浮船坞的相关作业进行参数的配置和数据的调整，通过下位机主程序的操作，可以获得子程序对浮船坞的辅助控制功能。在下位机控制主程序的运行开始时，首先要接收来自上位机的指令，收到指令后PLC会从缓存中读取上位机传来的指令码，通过指令码的转换可以读取上位机传来的沉浮信息，并将之导入到PLC中。

2.3 子程序的设计

浮船坞的子程序的参与要在接受指令后才能运行，当主程序开始执行后子程序要首先确认浮船坞的沉浮参数和所处的状态，以确定自己的工作内容。浮船坞不管是上浮还是下潜都必须用参数来进行定位。参数值根据目标潜深减去之前的潜深数据来进行分析，子程序在只有确定船坞具体的上浮和下潜的操作之后，才会停泵关阀，并返回主程序中待命。

浮船坞在沉浮时采用蝶阀控制的稳定性十分优良，并且编程工作也十分方便，在所用的PID调节编程的数据时已经包括进ABB PLC的编程软件中去了，综上，就可以将PID的调节系统作为浮船坞在沉浮控制时的调节方法。

3 结束语

浮船坞执行沉浮作业的自动控制系统是一门综合性极强的系统工程，它的优点十分明显，避免了船坞装载方案的变化以及装载过程中船本身的重量变化。采用数据来分析船舶的变形控制和船坞的姿态控制在浮船坞的沉浮作业中要作为关键的两方面来进行操作，能够很好地解决船坞甲板的变形。船体变形的边缘以及实现软件对船舶姿态的详细控制，自动控制系统的出现为浮船坞的沉浮作业的安全性打下了牢固的基础。

参考文献

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[2]周少华，周根明，郭霆，等.浮船坞沉浮自动控制系统的设计和实现[J].船舶工程，2013，（5）：55-58.

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[4]李鑫垚.浮船塢沉浮智能控制系统研究及仿真[D].大连海事大学，2011.

（作者单位：中海工业（上海长兴）有限公司）