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第1章 系統(tǒng)簡介
1.1 現(xiàn)場概述
　　船舶下水是造船過程中一個重要階段的轉(zhuǎn)換，亦是一個標(biāo)志性階段。它的前一階段在陸地上的船臺或水中船塢施工，當(dāng)船舶建造工程大部分完工之后，將船舶從建造區(qū)移至水域區(qū)即為下水。下水意味著船舶建造已完成了關(guān)鍵性工作，下水前的船舶舾裝完工量往往可達(dá)70％～80％，甚至超過95％。按船舶下水原理可分為：重力式下水、漂浮式下水、機(jī)械化下水和氣囊式下水四大類。
A. 重力式下水是船舶在本身重力的作用下，從船臺上沿滑道逐漸向水中移動使船浮起的方法。重力式下水又分縱向涂油滑道下水、縱向鋼珠滑道下水和橫向涂油滑道下水三種。
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將船浮起的下水方式。一般為造船塢下水。
C. 機(jī)械化下水利用卷揚(yáng)機(jī)或其他裝備將船舶從建造平臺送入水中。
D. 氣囊式下水利用高壓充氣橡膠氣囊承擔(dān)船舶自重，通過氣囊的滾動變形及船舶自重結(jié)合平臺坡度使船舶順利下水。
　　船舶的上墩、下水設(shè)備與設(shè)施反映了一個船廠的生產(chǎn)能力，也決定了船廠所能建造船舶的等級大小、重量、長度及船型。因此上墩和下水設(shè)備、設(shè)施被稱之為船廠的咽喉。隨著船舶噸位的提高，不是簡單地增加卷揚(yáng)機(jī)、斜架車數(shù)量和提高能力的問題，而是卷揚(yáng)機(jī)群的同步協(xié)調(diào)問題。梳式滑道電力拖動卷揚(yáng)機(jī)群的同步與否直接影響到相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的安全，并且隨著卷揚(yáng)機(jī)拖力的提高和卷揚(yáng)機(jī)數(shù)量的增加，對卷揚(yáng)機(jī)同步性的要求越來越重要。由于多臺卷揚(yáng)機(jī)同時作業(yè)存在不同步問題而使船舶偏斜，影響船舶上下坡安全。
　　為確保船廠承接的大型船舶安全順利下水，改變傳統(tǒng)的梳式滑道只適用于中小型船舶上下坡的觀念，充分發(fā)揮梳式滑道船廠的船臺可靈活布置的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)同時修造多條船舶，縮短修、造船周期，我們采用國際先進(jìn)的船舶下水斜架車同步平衡控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)關(guān)鍵是選用合適的位置檢測傳感器-刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)。
1.2 目前采用的定位方式
　　目前斜架車位置檢測采用的大多是光電編碼器裝置（光碼盤）、激光位移傳感器、GNSS位置檢測，具體表現(xiàn)如下：
1) 光電編碼器裝置，整套裝置安裝在驅(qū)動電機(jī)前部的一個金屬殼體內(nèi)，由盤狀齒輪與卷揚(yáng)機(jī)齒條嚙合，通過驅(qū)動軸驅(qū)動編碼器。盤狀齒輪的圓周與卷揚(yáng)機(jī)驅(qū)動小齒輪的圓周相同。編碼器由傳動齒輪自下而上通過減速機(jī)、聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)的位置檢測，由于鋼絲繩存在擾度，故長距離檢測會存在比較大誤差，相對定位的機(jī)械接觸工作方式；
2) 激光位移傳感器在不潔凈環(huán)境會失去作用，軌道沉降導(dǎo)致車輛走行抖動會使反光板靶位不準(zhǔn)，亦會導(dǎo)致位置檢測不準(zhǔn)，致命的是水下部分檢測不到；
3) GNSS位置檢測是利用GPS，北斗衛(wèi)星定位，是相對定位，受天氣環(huán)境影響大，致命的是水下部分檢測不到。
　　這三種傳感器在檢測位置時多數(shù)為機(jī)械式、靈敏度低、壽命短、故障率高、可靠性低，操作繁鎖，而且存在溜放環(huán)節(jié)(即失控區(qū))，致使半自動操作難以可靠穩(wěn)定運(yùn)行。由于斜架車是較大的設(shè)備，其慣性較大，在啟動和停止時也是硬性的，所以在工作過程中會產(chǎn)生很大的撞擊和震動，噪音污染嚴(yán)重，嚴(yán)重影響其安全性和有關(guān)零部件的壽命，易于損壞設(shè)備，由此設(shè)備精確位置控制顯得尤為重要。
1.3 本系統(tǒng)采用的定位技術(shù)
　　本系統(tǒng)采用在梳式滑道上加裝刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)的檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)斜架車的位置精確檢測?？潭葮?biāo)尺檢測到的斜架車位置精度高，信號穩(wěn)定可靠。在車輛狀態(tài)良好的情況下，采用下船系統(tǒng)全聯(lián)機(jī)自動運(yùn)行方式，即只要滿足啟始條件，按下自動啟動按鈕，系統(tǒng)將全部自動運(yùn)行，操作人員只起監(jiān)控作用，當(dāng)發(fā)生機(jī)械故障或意外情況時，按自動停止或急停按鈕，解除自動程控操作。
1.4 本系統(tǒng)采用的同步控制方式
　　目前大多數(shù)船廠采用人工觀測，每臺卷揚(yáng)機(jī)旁設(shè)一操作工，通過對講機(jī)、吹口哨、旗幟等方式來溝通執(zhí)行操作，下放斜架車。這種傳統(tǒng)原始的方法勢必造成監(jiān)測的精度不夠和調(diào)控措施的滯后，且受人為因素影響較大，對于大型船舶下水如果每個斜架車下移速度不同步，又無法及時調(diào)整，很容易導(dǎo)致船舶下水過程中斜架車的脫軌，影響船舶下水的質(zhì)量。因此，為了保證大型船舶下水的安全可靠，必須對系統(tǒng)進(jìn)行即時監(jiān)測和自動控制，確保船舶下水時移動的同步性，最大限度的保證船舶的下水安全。本系統(tǒng)采用變頻器和PLC程控系統(tǒng)。根據(jù)船體形狀，每次升船（或放船）作業(yè)可指定任意臺斜架車聯(lián)合運(yùn)行；在升船（或放船）運(yùn)行過程中，要求船體的水平偏移度不超出允許范圍；各種設(shè)備按要求進(jìn)行同步動作，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作、全程工作記錄、監(jiān)控、過載保護(hù)、自鎖、互鎖、互控啟動，時間延遲及動作程序，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程、手動和自動功能切換，具有防止誤操作功能。整個系統(tǒng)具有自動化程度高，同步糾偏控制，操作簡單、可靠，節(jié)省勞動力特點(diǎn)。
第2章 刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)
2.1 刻度標(biāo)尺系統(tǒng)簡單說明
　　刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)包括一臺地面電氣柜（含刻度分析儀等）、一臺車載電氣柜（含刻度生成儀等）、刻度標(biāo)尺以及游尺指針等。其中刻度標(biāo)尺是由扁平狀的PVC合成材質(zhì)外殼材料和內(nèi)部按照格雷碼規(guī)律編制的芯線構(gòu)成，類似一把有刻度的標(biāo)尺，一般安裝在沿斜架車運(yùn)行軌道單側(cè)邊，或者沿運(yùn)行軌跡鋪設(shè)在地面上，亦或安裝在軌道旁的柵欄立柱上均可，需要檢測多長的位移就鋪設(shè)多長的刻度標(biāo)尺；游尺指針安裝在斜架車上，用于識別本斜架車所在的位置。游尺指針相對刻度標(biāo)尺平行非接觸移動，游尺指針指向的刻度即是當(dāng)前位置值，可以在車上或地上得到位移量，無需初始參考點(diǎn)，定位精度5毫米，分辨率2毫米；可以斷續(xù)或連續(xù)檢測，尤其適用于軌道不平整的大車或環(huán)形運(yùn)動機(jī)械位移檢測。防水、防油、防塵、耐酸堿，適用于冶金、礦山、水利、港口碼頭堆場、倉儲、化工等條件比較惡劣的環(huán)境。
2.2 刻度標(biāo)尺系統(tǒng)原理
　　刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)采用電磁感應(yīng)原理來檢測移動設(shè)備的位移量，當(dāng)游尺指針線圈中通入交變電流時，在游尺指針附近會產(chǎn)生交變磁場?？潭葮?biāo)尺近似處在一個交變的、均勻分布的磁場中，每對刻度標(biāo)尺芯線會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。刻度生成儀信號通過電磁耦合方式傳送到刻度標(biāo)尺的感應(yīng)環(huán)線上?？潭确治鰞x對接收到的信號進(jìn)行相位比較。交叉線的信號相位與平行線的信號相位相同，地址為“0”；交叉線的信號相位與平行線的信號相位相反，地址為“1”，這樣感應(yīng)的地址信息是格雷碼排列，由此確定游尺指針在刻度標(biāo)尺長度方向上的位置。
2.3 刻度標(biāo)尺技術(shù)指標(biāo)
* 斜架車地址測量精度：≤5mm，分辨率：2毫米，測量范圍：任意定制；
* 工作環(huán)境溫度：系統(tǒng)工作溫度：-20℃—+70℃，
　　　　　刻度標(biāo)尺工作溫度：不加防護(hù)套：-40℃—+85℃，
　　　　　　　　　加防火套：-40℃—600℃，高溫時耐熱時間約80秒；
* 非接觸間隙：150mm±50mm(根據(jù)需要可達(dá)500毫米)，左右偏擺容差：±50mm；
* 重量：刻度標(biāo)尺重量：1.5Kg/m，外形尺寸：100mm×10mm×長度；
　　　　游尺指針重量：≤2.5Kg，外形尺寸：400mm×400mm×30mm（特殊可定制）；
* 通信誤碼率：＜10-7；
* 刷新速度：20HZ；
* 適應(yīng)速度：≤350M/min；
* 標(biāo)準(zhǔn)信號輸出：RS232/RS485，可擴(kuò)展其它信號；
* 信號傳輸距離：≤1200米（485信號輸出）；
* 刻度標(biāo)尺和游尺指針防護(hù)等級：普通IP67，最高IP69（水下工作）；
* 輸入電源：220VAC±10%；
* 耗電：地面電氣柜< 100w車載電氣柜< 100w。
2.4 刻度標(biāo)尺功能特點(diǎn)
　　系統(tǒng)中的刻度生成儀（兼函數(shù)信號發(fā)生）按一定的周期發(fā)出地址載波信號，經(jīng)游尺指針發(fā)射至刻度標(biāo)尺，地面站的刻度分析儀接收到信號后，解碼還原出斜架車所處刻度標(biāo)尺處的絕對地址，經(jīng)控制器處理后由RS232或者RS485輸出。
* 無磨損的非接觸式位置檢測，使用壽命長；
* 可以斷續(xù)或連續(xù)檢測，測距長達(dá)2公里，位移檢測長度可以根據(jù)需要定制；
* 耐污染能力超強(qiáng)，可用在水下、防蒸汽、耐酸堿；
* 安裝簡單更換方便（無需改變現(xiàn)場環(huán)境），免維護(hù)；
* 高穩(wěn)定性、高可靠性、多種信號輸出方式選擇；
* 具有反向極性保護(hù)功能、防雷擊、防射頻干擾、防靜電；
* 無需參考點(diǎn)的位移量絕對型輸出，不怕掉電；
* 位置的取樣時間和測量長度沒有關(guān)系；
* 可以用在環(huán)形運(yùn)動機(jī)械位置檢測。
* 刻度標(biāo)尺可以埋在水泥地面內(nèi)，方便安裝和防護(hù)，不影響作業(yè)環(huán)境。
2.5 刻度標(biāo)尺單套設(shè)備結(jié)構(gòu)圖（一維檢測）
1) 車載子系統(tǒng)：由游尺指針、車載電氣柜（內(nèi)含刻度生成儀、開關(guān)電源等）。
2) 地面子系統(tǒng)：由地面電氣柜組成（內(nèi)含刻度分析儀、開關(guān)電源、網(wǎng)關(guān)、標(biāo)尺引線轉(zhuǎn)換器等）。
3) 刻度標(biāo)尺子系統(tǒng)：由專用刻度標(biāo)尺、CN箱、EN箱、普通電纜以及各種用于刻度標(biāo)尺安裝、固定、防護(hù)機(jī)構(gòu)組成。
圖示2：一維檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示