第1章 系統簡介
1.1 現場概述
　　船舶下水是造船過程中一個重要階段的轉換，亦是一個標志性階段。它的前一階段在陸地上的船臺或水中船塢施工，當船舶建造工程大部分完工之后，將船舶從建造區移至水域區即為下水。下水意味著船舶建造已完成了關鍵性工作，下水前的船舶舾裝完工量往往可達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. 機械化下水利用卷揚機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船舶自重，通過氣囊的滾動變形及船舶自重結合平臺坡度使船舶順利下水。
　　船舶的上墩、下水設備與設施反映了一個船廠的生產能力，也決定了船廠所能建造船舶的等級大小、重量、長度及船型。因此上墩和下水設備、設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機、斜架車數量和提高能力的問題，而是卷揚機群的同步協調問題。梳式滑道電力拖動卷揚機群的同步與否直接影響到相關工業生產的安全，并且隨著卷揚機拖力的提高和卷揚機數量的增加，對卷揚機同步性的要求越來越重要。由于多臺卷揚機同時作業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，改變傳統的梳式滑道只適用于中小型船舶上下坡的觀念，充分發揮梳式滑道船廠的船臺可靈活布置的優點，實現同時修造多條船舶，縮短修、造船周期，我們采用國際先進的船舶下水斜架車同步平衡控制系統，該系統關鍵是選用合適的位置檢測傳感器-刻度標尺精確定位系統。
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，具體表現如下：
1) 光電編碼器裝置，整套裝置安裝在驅動電機前部的一個金屬殼體內，由盤狀齒輪與卷揚機齒條嚙合，通過驅動軸驅動編碼器。盤狀齒輪的圓周與卷揚機驅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、聯軸節驅動，實現卷揚機的位置檢測，由于鋼絲繩存在擾度，故長距離檢測會存在比較大誤差，相對定位的機械接觸工作方式；
2) 激光位移傳感器在不潔凈環境會失去作用，軌道沉降導致車輛走行抖動會使反光板靶位不準，亦會導致位置檢測不準，致命的是水下部分檢測不到；
3) GNSS位置檢測是利用GPS，北斗衛星定位，是相對定位，受天氣環境影響大，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為機械式、靈敏度低、壽命短、故障率高、可靠性低，操作繁鎖，而且存在溜放環節(即失控區)，致使半自動操作難以可靠穩定運行。由于斜架車是較大的設備，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生很大的撞擊和震動，噪音污染嚴重，嚴重影響其安全性和有關零部件的壽命，易于損壞設備，由此設備精確位置控制顯得尤為重要。
1.3 本系統采用的定位技術
　　本系統采用在梳式滑道上加裝刻度標尺精確定位系統的檢測技術，實現斜架車的位置精確檢測。刻度標尺檢測到的斜架車位置精度高，信號穩定可靠。在車輛狀態良好的情況下，采用下船系統全聯機自動運行方式，即只要滿足啟始條件，按下自動啟動按鈕，系統將全部自動運行，操作人員只起監控作用，當發生機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 本系統采用的同步控制方式
　　目前大多數船廠采用人工觀測，每臺卷揚機旁設一操作工，通過對講機、吹口哨、旗幟等方式來溝通執行操作，下放斜架車。這種傳統原始的方法勢必造成監測的精度不夠和調控措施的滯后，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，又無法及時調整，很容易導致船舶下水過程中斜架車的脫軌，影響船舶下水的質量。因此，為了保證大型船舶下水的安全可靠，必須對系統進行即時監測和自動控制，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。本系統采用變頻器和PLC程控系統。根據船體形狀，每次升船（或放船）作業可指定任意臺斜架車聯合運行；在升船（或放船）運行過程中，要求船體的水平偏移度不超出允許范圍；各種設備按要求進行同步動作，可實現遠程操作、全程工作記錄、監控、過載保護、自鎖、互鎖、互控啟動，時間延遲及動作程序，并可進行遠程、手動和自動功能切換，具有防止誤操作功能。整個系統具有自動化程度高，同步糾偏控制，操作簡單、可靠，節省勞動力特點。
第2章 刻度標尺精確定位系統
2.1 刻度標尺系統簡單說明
　　刻度標尺精確定位系統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）、刻度標尺以及游尺指針等。其中刻度標尺是由扁平狀的PVC合成材質外殼材料和內部按照格雷碼規律編制的芯線構成，類似一把有刻度的標尺，一般安裝在沿斜架車運行軌道單側邊，或者沿運行軌跡鋪設在地面上，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多長的刻度標尺；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尺平行非接觸移動，游尺指針指向的刻度即是當前位置值，可以在車上或地上得到位移量，無需初始參考點，定位精度5毫米，分辨率2毫米；可以斷續或連續檢測，尤其適用于軌道不平整的大車或環形運動機械位移檢測。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境。
2.2 刻度標尺系統原理
　　刻度標尺精確定位系統采用電磁感應原理來檢測移動設備的位移量，當游尺指針線圈中通入交變電流時，在游尺指針附近會產生交變磁場。刻度標尺近似處在一個交變的、均勻分布的磁場中，每對刻度標尺芯線會產生感應電動勢。刻度生成儀信號通過電磁耦合方式傳送到刻度標尺的感應環線上。刻度分析儀對接收到的信號進行相位比較。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”，這樣感應的地址信息是格雷碼排列，由此確定游尺指針在刻度標尺長度方向上的位置。
2.3 刻度標尺技術指標
* 斜架車地址測量精度：≤5mm，分辨率：2毫米，測量范圍：任意定制；
* 工作環境溫度：系統工作溫度：-20℃—+70℃，
　　　　　刻度標尺工作溫度：不加防護套：-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(根據需要可達500毫米)，左右偏擺容差：±50mm；
* 重量：刻度標尺重量：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；
* 適應速度：≤350M/min；
* 標準信號輸出：RS232/RS485，可擴展其它信號；
* 信號傳輸距離：≤1200米（485信號輸出）；
* 刻度標尺和游尺指針防護等級：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 刻度標尺功能特點
　　系統中的刻度生成儀（兼函數信號發生）按一定的周期發出地址載波信號，經游尺指針發射至刻度標尺，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尺處的絕對地址，經控制器處理后由RS232或者RS485輸出。
* 無磨損的非接觸式位置檢測，使用壽命長；
* 可以斷續或連續檢測，測距長達2公里，位移檢測長度可以根據需要定制；
* 耐污染能力超強，可用在水下、防蒸汽、耐酸堿；
* 安裝簡單更換方便（無需改變現場環境），免維護；
* 高穩定性、高可靠性、多種信號輸出方式選擇；
* 具有反向極性保護功能、防雷擊、防射頻干擾、防靜電；
* 無需參考點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系；
* 可以用在環形運動機械位置檢測。
* 刻度標尺可以埋在水泥地面內，方便安裝和防護，不影響作業環境。
2.5 刻度標尺單套設備結構圖（一維檢測）
1) 車載子系統：由游尺指針、車載電氣柜（內含刻度生成儀、開關電源等）。
2) 地面子系統：由地面電氣柜組成（內含刻度分析儀、開關電源、網關、標尺引線轉換器等）。
3) 刻度標尺子系統：由專用刻度標尺、CN箱、EN箱、普通電纜以及各種用于刻度標尺安裝、固定、防護機構組成。
圖示2：一維檢測系統結構示