CN201046763Y - 三维船台小车系统 - Google Patents
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Abstract
一种三维船台小车系统，包括主列和副列两个行走梁，船台小车，用于驱动船台小车沿行走梁前后移动的交流伺服电机及其驱动器，由主缸和副缸组成的电液伺服系统，控制船台小车运动的计算机，其特征是：船台小车上设有由可编程控制控制器及其辅助电路构成的前台船台小车控制器，船台小车控制器通过通讯电缆与后台工控机相连，船台小车有多个，分两列设置在主列和副列两个行走梁上，行走梁与小车之间用球铰联接，船台小车主缸与横梁相连。本实用新型的特点：主缸可作上升/下降，左移/右移，沿轨道作前进/后退运动，运动速度可调；在后台工控机的控制下，对各船台小车的主、副油缸实施同步控制，自动完成船体分段的位姿调整。
Description
技术领域
本实用新型涉及舰船制造领域大型设备的拼装对接时所用的三维船台小车系统，尤其是一种采用计算机辅助控制的三维船台小车系统。
背景技术
现代化大吨位的民用船舶及军用舰船通常在造船厂的船台上分段建造，而后再合拢形成整体。从前多采用人工的方法及工艺进行分段合拢，其垂直面主要由沿舰艇轴线分布的数台及至数十台液压缸通过人工估算进行升降调整，不容易控制每台液压缸均匀承担载荷及升降高低，经常发生局部液压缸超载而导致液压系统或液压机械传动部分的损坏，或顶举高低不当而使对接工件承受应力不均而致损坏。水平面则是采用简单工具如：撬杠，枕木、垫片、千斤顶等进行调整。随着舰船吨位的不断增加，军民用户对船舶制造精度及工期的要求日益严格和紧迫，用人工拼装、对接、合拢大型舰船的方法显然是不合时宜的。因为传统合拢对接方式及装备明显存在周期长，精度底，质量难以保证的缺点。
发明内容
本实用新型的目的提供一种采用计算机辅助控制的，可在船台上进行三维运动，从而使所承载的舰船高效率、高精度、高质量地实施拼装、对接、合拢的船台小车系统。
所述三维船台小车系统，包括主列和副列两个行走梁，船台小车，用于驱动船台小车沿行走梁前后移动的交流伺服电机及其驱动器，用于驱动船台小车顶举升降和左右平移的，由主缸和副缸组成的电液伺服系统，控制船台小车运动的计算机，其特征是：船台小车上设有由可编程控制控制器及其辅助电路构成的前台船台小车控制器，船台小车控制器通过通讯电缆与后台工控机相连，实现船体分段的位置和姿态的高精度调整，船台小车有多个，分两列设置在主列和副列两个行走梁上，行走梁与小车之间用球铰联接，船台小车的主缸与横梁相连，主缸轴线垂直于船台小车水平面。
三维船台小车系统的主要功能和特点为：
船台小车主缸可通过手动操作器的控制，作上升/下降运动，且运动速度可调；
船台小车副缸可通过手动操作器的控制，作左移/右移运动，且运动速度可调；
船台小车可通过手动操作器控制，沿轨道作前进/后退运动，且运动速度可调；
船台小车电源柜的控制面板上设有急停按钮，按下时设置在调整平台上的全部船台小车立即停止所有运动，置于急停状态；
通过集中控制屏所指定的若干台船台小车主缸可在后台工控机的控制下，同步地作上升/下降运动，且运动速度可调；
通过集中控制屏所指定的若干台船台小车副缸可在后台工控机的控制下，同步地作左移/右移运动，且运动速度可调；
通过集中控制屏所指定的若干台船台小车可在后台工控机的控制下，以同步的速度沿轨道行走，并以相同的加速度变速运动；
通过后台工控机的控制，可以使设置在调整平台上的全部船台小车停止所有运动，置于急停状态；待工控机恢复急停设置后，所有船台小车才可以作下一步的运动；
通过后台工控机在任何时刻都能获取全部船台小车的工作状态和各传感器的读数、并自动分析故障和事故，在必要的时刻整个系统置急停状态；
在后台工控机上输入对接船体分段相对于基准段的位姿偏差后，系统的三维姿态计算模型将解算出各船台小车上主、副油缸的位移变化量，并根据船舶合拢的规范计算出船体分段运动轨迹，对各船台小车的主、副油缸实施同步控制，自动完成船体分段的位姿调整。
附图说明
图1为本实用新型控制系统原理框图；
图2为本实用新型结构原理示意图。
具体实施方式
图1、2中，所述三维船台小车系统包括主列1和副列2两个行走梁，船台小车3，船台小车上设有用于驱动其沿行走梁1、2前后移动的交流伺服电机及其驱动器6，用于驱动船台小车顶举升降和左右平移的，包括主缸4和副缸在内的电液伺服系统7，控制船台小车运动的计算机。行走梁1、2与小车之间用球铰联接，船台小车的主缸4与横梁5相连，主缸轴线垂直于船台小车水平面。船台小车上设有由可编程控制控制器及其辅助电路构成的前台船台小车控制器8，船台小车控制器通过通讯电缆与后台工控机9相连，实现船体分段的位置和姿态的高精度调整，船台小车有多个，分两列设置在主列和副列两个行走梁上。
所述三维船台小车系统是为适应舰船立体分段与基准总段拼装焊接工艺要求而开发的专用运载系统。该系统由主列1和副列2两个相同的行走梁组成一个三维运载调整平台(图2示)。每个行走梁下设有若干台可进行三维数控的液压船台小车3；行走梁与小车之间用球铰联接。单个船台小车的载重最大可达80吨，数十台小车(目前最多可以支持30台)联合工作可承载上千吨重的船体分段，进行船体10分段的姿态调整和轨道行走。
船台小车的顶举和平移运动分别由主缸4和副缸电液伺服方向阀驱动；沿轨道的行走则由一台交流伺服驱动电机驱动。船台小车设有一个由可编程控制控制器PLC及其辅助电路构成的前台小车控制器，对船台小车进行三维运动控制。安装在两个行走梁上的全部船台小车可通过通讯电缆受设置在集中控制屏内的后台工控机9控制，实现船体分段的位置和姿态的高精度调整。
三维船台小车控制系统由后台工控机，各前台小车控制器以及通讯网络组成。由于每辆小车的顶举和平移距离可以独立设置和同步控制，使得在后台工控机的协调控制下，承载在调整平台上的船体分段可以被调整成任意姿态。
后台工控机控制软件具有监控、调整计算及通信功能。控制系统根据对接分段相对于基准段的多点位姿偏差，由三维姿态计算模型解算出各船台小车上主、副油缸的位移变化量，并根据船舶合拢的规范计算出分段运动轨迹，对各船台小车的主、副油缸实施同步控制，完成船体分段的位姿调整。然后通过后台机控制所有小车沿轨道的等速同步行进运动，最后在距离基准分段2mm以内时停止运动，以适应舰船立体分段与基准总段拼装焊接工艺的要求。
船台小车的油缸运动误差小于±0.05mm；船台小车系统同步行走的速度误差小于0.5％。其控制指标已经可以使得军工造船企业达到±0.5mm的船体误差标准内。采用了本系统以后，总段对接的速度由以前的两个月到半年缩短到现在的48小时，并且使船体分段的对接精度得到显著地提高。
船台小车控制有现地手动控制和远方自动控制两种模式。这两种模式的切换是通过单台船台小车上的手操器来实现的：当手操器接入单台船台小车时，该小车由远方自动模式切换到现地手动模式；当手操器由小车上拔出时，小车由现地手动切换到远方自动模式。
船台小车控制器8采用西门子S7-200系列PLC实现对船台小车的控制以及与后台工控机之间的信息交换，实现船台小车的主缸上升/下降、副缸的左右移动，以及船台小车的前进/后退运动，并对船台小车油缸位移量、泵站和主缸压力进行实时监控并传送到后台工控机，以及接收后台工控机下达的控制指令。
为保证整个系统准确对接无误，主、副缸位置、速度采用闭环控制，用光栅尺做精密检测定位，完成各油缸的同步线性移动。当接到后台机给定位移量和移动时间之后，根据移动时间将位移量划分，在每个扫描周期内分别送出，这种算法过程全部在PLC内部完成，根据算法控制S7-200模拟扩充单元上的D/A单元上的电压输出，通过电液放大器控制伺服阀的开度，从而精确控制油缸速度。
由伺服电机驱动船台小车的行走，通过PLC的二路独立的高速脉冲输出通道，向伺服电机驱动器发送脉冲(PTO模式)。只需改变发送脉冲的周期长度，即可以做到脉冲控制的无级调速，控制精度≤±0.2％，大大缓解了小车由于数量多，而行走同步困难的问题。
通过MODBUS协议与实现后台机与各前台机的通讯。对各的船台小车设置不同的地址站号，实现后台机对各个船台小车的控制。将后台机所需要的数据传送到指定的地址，上位机实时读取数据，并将下发的命令写入规定的地址。
当将手动操作器插入船台小车控制箱的航空插头时，船台小车即转入现地控制方式。通过操作器上的按钮即可实现油泵的开启与关闭、船台小车主缸的上升/下降、副缸的伸出/缩入、船台小车的前进与后退控制。将船台小车控制箱上的手动操作器拔出后，船台小车自动转为远方控制模式。由远方集中控制屏对小车进行集中控制。在现地模式下，用手动操作器操作时，可调整船台小车配电箱上的油缸速度旋钮与行走速度旋钮来调整油缸速度和船台小车行进速度。油缸速度有高低两档可选，行走速度可实现无级变速。通过船台小车配电箱上的急停按钮可迅速停止船台小车当前的一切运动。无论现地还是远方，这种方法都有效。在远方控制模式下，通过对任意一台船台小车的急停按钮的操作，可使系统所有小车停止动作。
Claims (2)
1.一种三维船台小车系统，包括主列和副列两个行走梁，船台小车，用于驱动船台小车沿行走梁前后移动的交流伺服电机及其驱动器，用于驱动船台小车顶举升降和左右平移的，由主缸和副缸组成的电液伺服系统，控制船台小车运动的计算机，其特征是：船台小车上设有由可编程控制控制器及其辅助电路构成的前台船台小车控制器，船台小车控制器通过通讯电缆与后台工控机相连，实现船体分段的位置和姿态的高精度调整，船台小车有多个，分两列设置在主列和副列两个行走梁上，行走梁与小车之间用球铰联接，船台小车的主缸与横梁相连，主缸轴线垂直于船台小车水平面。
2.如权利要求所述三维船台小车系统，其特征是：船台小车上设置有手动操作机构。
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Cited By (3)
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| CN102092459A (zh) * | 2010-12-31 | 2011-06-15 | 方裕华 | 三维定位车 |
| CN104932504A (zh) * | 2015-06-08 | 2015-09-23 | 湖北三江航天万山特种车辆有限公司 | 一种重型工程车辆精确对位装置及控制方法 |
| CN110427037A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-08 | 常州瑞阳液压成套设备有限公司 | 船台小车运动控制系统及其工作方法 |
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2007
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