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精密运动控制使报废干船坞获得新生

作者:www.cechina.cn2014.09.10阅读 1882

  一个带船顶的干船坞,其历史值得去写一部间谍小说和拍一部动作片电影,最近接受了从纯手动控制到精密的自动运动控制的升级。
  在2012年美国海军的一次拍卖会上,海湾船舶与游艇公司成为最后的赢家,成为休斯采矿驳船 (HMB- 1)浮盖干船坞的主人。作为西海岸唯一的干船坞,并且完全由可伸缩的屋顶所覆盖,HMB-1已经获得了一次新生。海湾船舶与游艇公司由Bill Elliott在1977年创立,致力于建造和维修木质轮船。后来,该公司不断扩大,开始涉足维修、改装和建造商用、军用船只以及超级游艇。
  HMB-1是一艘6,300 英吨位的浸入式船舶,最初为CIA建造,是Azorian工程的一部分,用于执行高度机密的任务:打捞位于夏威夷近海的苏联K-129潜艇残骸。
  在该工程中控制工程网版权所有,长324英尺、宽106英尺的驳船和休斯格洛玛勘探者号前后连接起来使用。HMB-1打开其可伸缩式顶棚,在格洛玛勘探者号的掩护下,通过连接在驳船上的巨大钩爪设备,打捞潜艇残骸而不是公开宣称的钻探活动。
  当美国海军将其拖曳到位于加利福尼亚州雷德伍德城的一个工厂内,神秘的HMB-1又一次被投入使用,作为建造海影号的浮式干船坞(海影号是一个试验性质的秘密船只)。在海影号工程完成后,美国海军拍卖了HMB-1以及海影号 (图1)。

  彻底检修
  在购得HMB-1后,海湾船舶与游艇公司投入大量的工作返修驳船CONTROL ENGINEERING China版权所有,将其改装成为一个具有6300英吨吨位、67英尺横梁的商用干船坞。
  最初,通过压缩空气系统将驳船甲板沉入到水中。作为整体大修的一部分CONTROL ENGINEERING China版权所有,压缩空气系统被一个泵送压舱水以降低船坞的泵替代。通过给压舱水罐注水,操作人员将干船坞的内甲板沉入到低于海平面大概35英尺,这样船就可以浮动进出。在操作过程中,无论是升还是降,维持干船坞的正确姿势绝对十分关键,否则的话有可能对船坞、船或者两者都造成灾难性的损害。
  在大修前,该过程中没有任何自动控制系统,因此必须辛苦的进行手动操作。为了改善操作,海湾船舶与游艇公司决定安装PLC和HMI,来确保干船坞甲板的降低和上升尽可能的精确和高效,同时还改善操作其它方面的控制和监视。


  更容易、更安全的自动化操作
  经济有效的PLC和HMI被选择用于监视和控制干船坞压舱水的注入和泵送。海湾船舶与游艇公司设计的自动化系统包括:一个PLC用于每个工作中的压舱水箱,1个用于固定式压舱水箱CONTROL ENGINEERING China版权所有,1个主机以及5个HMI用于显示和控制。由于选择的是易于使用的软件和硬件,所以安装和编程都是按照计划进行的,从开始到结束,只用了6个星期。

图2 新自动化系统的控制台利用用户友好的图形界面显示了15个模拟量和30个数字量的数值。安装和编程均按计划进行,由于大部分软件和硬件都易于操作,因此从开始到结束仅用了6周的时间。

  利用30个离散量和15个模拟量输入的数据,监视水箱液位、4个注水阀门的开度百分比,以及2个倾角罗盘。除了监视船坞的姿态、纵倾、横倾的数字倾角罗盘,模拟量输入还包括压力(水箱液位)和阀门传感器。
  离散量输入包括但不限于内部泵的状态继电器(密封失效、过热),以及从软起动器通过通讯传递到PLC的输出。利用来自倾角罗盘的船坞姿态(位置)和水箱液位数据,PLC软件数学公式执行计算功能,实现泵的自动控制。这就确保了在任何时刻,水箱液位和姿态都正确(图2)。
  新自动化系统提供的功能使其能够通过触摸屏和面板按钮完成所有的操作。通过监视每个泵和阀门,马达控制器可以提供对船坞纵倾和姿态的精确控制,这在处理价值数百万美元的船舶的时候,十分关键(图3)。
  既然这些关键信息都可以自动获得,因此每个操作人员都能安全的操作这些系统,而与之对应,只有技术熟练的操作人员可以完成对压缩系统的手动控制。
  新自动化系统的另外一个重要特性是它的报警功能。如果超过了预先设定的参数,则会出发报警,通知操作人员可能出现问题。此外,系统还可以连接自动拨号装置,在发生报警数小时后通知特定的人员。该远程通知功能已经成功的帮助实现对小事件的校正,从而避免它们升级到严重事故。

  PLC利用实时时钟(RTC),自动记录报警、水箱和纵倾数据,这样就可以在HMI上显示有价值的趋势和报警时间信息。
  自从实施了自动化系统以后,只发生了一件非常小的事故,而且得到了快速的处理和矫正。

  让年轻工人更快掌握
  像许多其它行业一样,随着成熟工人的退休,海洋工业也面临着操作人员短缺的问题。很多年轻的工人对于老式的浮动干船坞并没有太多的知识,这就使得雇佣和培训操作人员既费时又费钱。而且,如果仅有一个人能够手动操作干船坞甲板,那么操作能力就有可能被大大的削减。
  新自动化系统的工作可实现无缝衔接。经过快速培训的称职工人,在船坞长的指导下,可以安全的操作浮动式干船坞甲板。PLC提供的控制和显示运行良好,因此海湾船舶与游艇公司计划在另外一艘更老的船坞上安装一套类似的系统。该干船坞建造于第二次世界大战时期,只有有限或根本没有同时期的仪表,目前只有两个人能够操作它。

  投资:预算的三分之一
  当海湾船舶与游艇公司开始大修的时候CONTROL ENGINEERING China版权所有,一个自动化提供商为六个水箱的自动液位测量系统的报价为36,000美元。这超出了预算,而且该系统不能满足所有的需求。海湾船舶与游艇公司决定在室内完成该工程,包括安装和编程。

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