宜昌索尔德自动化科技有限公司

第1章 系统简介
1.1 现场概述
　　船舶下水是造船过程中一个重要阶段的转换，亦是一个标志性阶段。它的前一阶段在陆地上的船台或水中船坞施工，当船舶建造工程大部分完工之后，将船舶从建造区移至水域区即为下水。下水意味着船舶建造已完成了关键性工作，下水前的船舶舾装完工量往往可达70％～80％，甚至超过95％。按船舶下水原理可分为：重力式下水、漂浮式下水、机械化下水和气囊式下水四大类。
A. 重力式下水是船舶在本身重力的作用下，从船台上沿滑道逐渐向水中移动使船浮起的方法。重力式下水又分纵向涂油滑道下水、纵向钢珠滑道下水和横向涂油滑道下水三种。
B. 漂浮式下水用水泵或自流方式把水注入造船的水池里依靠船舶自身的浮力将船浮起的下水方式。一般为造船坞下水。
C. 机械化下水利用卷扬机或其他装备将船舶从建造平台送入水中。
D. 气囊式下水利用高压充气橡胶气囊承担船舶自重，通过气囊的滚动变形及船舶自重结合平台坡度使船舶顺利下水。
　　船舶的上墩、下水设备与设施反映了一个船厂的生产能力，也决定了船厂所能建造船舶的等级大小、重量、长度及船型。因此上墩和下水设备、设施被称之为船厂的咽喉。随着船舶吨位的提高，不是简单地增加卷扬机、斜架车数量和提高能力的问题，而是卷扬机群的同步协调问题。梳式滑道电力拖动卷扬机群的同步与否直接影响到相关工业生产的安全，并且随着卷扬机拖力的提高和卷扬机数量的增加，对卷扬机同步性的要求越来越重要。由于多台卷扬机同时作业存在不同步问题而使船舶偏斜，影响船舶上下坡安全。
　　为确保船厂承接的大型船舶安全顺利下水，改变传统的梳式滑道只适用于中小型船舶上下坡的观念，充分发挥梳式滑道船厂的船台可灵活布置的优点，实现同时修造多条船舶，缩短修、造船周期，我们采用国际先进的船舶下水斜架车同步平衡控制系统，该系统关键是选用合适的位置检测传感器-刻度标尺精确定位系统。
1.2 目前采用的定位方式
　　目前斜架车位置检测采用的大多是光电编码器装置（光码盘）、激光位移传感器、GNSS位置检测，具体表现如下：
1) 光电编码器装置，整套装置安装在驱动电机前部的一个金属壳体内，由盘状齿轮与卷扬机齿条啮合，通过驱动轴驱动编码器。盘状齿轮的圆周与卷扬机驱动小齿轮的圆周相同。编码器由传动齿轮自下而上通过减速机、联轴节驱动，实现卷扬机的位置检测，由于钢丝绳存在扰度，故长距离检测会存在比较大误差，相对定位的机械接触工作方式；
2) 激光位移传感器在不洁净环境会失去作用，轨道沉降导致车辆走行抖动会使反光板靶位不准，亦会导致位置检测不准，致命的是水下部分检测不到；
3) GNSS位置检测是利用GPS，北斗卫星定位，是相对定位，受天气环境影响大，致命的是水下部分检测不到。
　　这三种传感器在检测位置时多数为机械式、灵敏度低、寿命短、故障率高、可靠性低，操作繁锁，而且存在溜放环节(即失控区)，致使半自动操作难以可靠稳定运行。由于斜架车是较大的设备，其惯性较大，在启动和停止时也是硬性的，所以在工作过程中会产生很大的撞击和震动，噪音污染严重，严重影响其安全性和有关零部件的寿命，易于损坏设备，由此设备精确位置控制显得尤为重要。
1.3 本系统采用的定位技术
　　本系统采用在梳式滑道上加装刻度标尺精确定位系统的检测技术，实现斜架车的位置精确检测。刻度标尺检测到的斜架车位置精度高，信号稳定可靠。在车辆状态良好的情况下，采用下船系统全联机自动运行方式，即只要满足启始条件，按下自动启动按钮，系统将全部自动运行，操作人员只起监控作用，当发生机械故障或意外情况时，按自动停止或急停按钮，解除自动程控操作。
1.4 本系统采用的同步控制方式
　　目前大多数船厂采用人工观测，每台卷扬机旁设一操作工，通过对讲机、吹口哨、旗帜等方式来沟通执行操作，下放斜架车。这种传统原始的方法势必造成监测的精度不够和调控措施的滞后，且受人为因素影响较大，对于大型船舶下水如果每个斜架车下移速度不同步，又无法及时调整，很容易导致船舶下水过程中斜架车的脱轨，影响船舶下水的质量。因此，为了保证大型船舶下水的安全可靠，必须对系统进行即时监测和自动控制，确保船舶下水时移动的同步性，最大限度的保证船舶的下水安全。本系统采用变频器和PLC程控系统。根据船体形状，每次升船（或放船）作业可指定任意台斜架车联合运行；在升船（或放船）运行过程中，要求船体的水平偏移度不超出允许范围；各种设备按要求进行同步动作，可实现远程操作、全程工作记录、监控、过载保护、自锁、互锁、互控启动，时间延迟及动作程序，并可进行远程、手动和自动功能切换，具有防止误操作功能。整个系统具有自动化程度高，同步纠偏控制，操作简单、可靠，节省劳动力特点。
第2章 刻度标尺精确定位系统
2.1 刻度标尺系统简单说明
　　刻度标尺精确定位系统包括一台地面电气柜（含刻度分析仪等）、一台车载电气柜（含刻度生成仪等）、刻度标尺以及游尺指针等。其中刻度标尺是由扁平状的PVC合成材质外壳材料和内部按照格雷码规律编制的芯线构成，类似一把有刻度的标尺，一般安装在沿斜架车运行轨道单侧边，或者沿运行轨迹铺设在地面上，亦或安装在轨道旁的栅栏立柱上均可，需要检测多长的位移就铺设多长的刻度标尺；游尺指针安装在斜架车上，用于识别本斜架车所在的位置。游尺指针相对刻度标尺平行非接触移动，游尺指针指向的刻度即是当前位置值，可以在车上或地上得到位移量，无需初始参考点，定位精度5毫米，分辨率2毫米；可以断续或连续检测，尤其适用于轨道不平整的大车或环形运动机械位移检测。防水、防油、防尘、耐酸碱，适用于冶金、矿山、水利、港口码头堆场、仓储、化工等条件比较恶劣的环境。
2.2 刻度标尺系统原理
　　刻度标尺精确定位系统采用电磁感应原理来检测移动设备的位移量，当游尺指针线圈中通入交变电流时，在游尺指针附近会产生交变磁场。刻度标尺近似处在一个交变的、均匀分布的磁场中，每对刻度标尺芯线会产生感应电动势。刻度生成仪信号通过电磁耦合方式传送到刻度标尺的感应环线上。刻度分析仪对接收到的信号进行相位比较。交叉线的信号相位与平行线的信号相位相同，地址为“0”；交叉线的信号相位与平行线的信号相位相反，地址为“1”，这样感应的地址信息是格雷码排列，由此确定游尺指针在刻度标尺长度方向上的位置。
2.3 刻度标尺技术指标
* 斜架车地址测量精度：≤5mm，分辨率：2毫米，测量范围：任意定制；
* 工作环境温度：系统工作温度：-20℃—+70℃，
　　　　　刻度标尺工作温度：不加防护套：-40℃—+85℃，
　　　　　　　　　加防火套：-40℃—600℃，高温时耐热时间约80秒；
* 非接触间隙：150mm±50mm(根据需要可达500毫米)，左右偏摆容差：±50mm；
* 重量：刻度标尺重量：1.5Kg/m，外形尺寸：100mm×10mm×长度；
　　　　游尺指针重量：≤2.5Kg，外形尺寸：400mm×400mm×30mm（特殊可定制）；
* 通信误码率：＜10-7；
* 刷新速度：20HZ；
* 适应速度：≤350M/min；
* 标准信号输出：RS232/RS485，可扩展其它信号；
* 信号传输距离：≤1200米（485信号输出）；
* 刻度标尺和游尺指针防护等级：普通IP67，最高IP69（水下工作）；
* 输入电源：220VAC±10%；
* 耗电：地面电气柜< 100w车载电气柜< 100w。
2.4 刻度标尺功能特点
　　系统中的刻度生成仪（兼函数信号发生）按一定的周期发出地址载波信号，经游尺指针发射至刻度标尺，地面站的刻度分析仪接收到信号后，解码还原出斜架车所处刻度标尺处的绝对地址，经控制器处理后由RS232或者RS485输出。
* 无磨损的非接触式位置检测，使用寿命长；
* 可以断续或连续检测，测距长达2公里，位移检测长度可以根据需要定制；
* 耐污染能力超强，可用在水下、防蒸汽、耐酸碱；
* 安装简单更换方便（无需改变现场环境），免维护；
* 高稳定性、高可靠性、多种信号输出方式选择；
* 具有反向极性保护功能、防雷击、防射频干扰、防静电；
* 无需参考点的位移量绝对型输出，不怕掉电；
* 位置的取样时间和测量长度没有关系；
* 可以用在环形运动机械位置检测。
* 刻度标尺可以埋在水泥地面内，方便安装和防护，不影响作业环境。
2.5 刻度标尺单套设备结构图（一维检测）
1) 车载子系统：由游尺指针、车载电气柜（内含刻度生成仪、开关电源等）。
2) 地面子系统：由地面电气柜组成（内含刻度分析仪、开关电源、网关、标尺引线转换器等）。
3) 刻度标尺子系统：由专用刻度标尺、CN箱、EN箱、普通电缆以及各种用于刻度标尺安装、固定、防护机构组成。
图示2：一维检测系统结构示