淺析編碼器在超級工程中的應(yīng)用

品質(zhì)始于設(shè)計與溝通

真正的技術(shù)，并不是在于有多時髦先進的名詞，而在于真實為客戶利益設(shè)計，在于在產(chǎn)品使用過程中的品質(zhì)保證和簡單好用無需服務(wù)或者少服務(wù)，產(chǎn)品體現(xiàn)出來的使用性低成本。

沒有客戶利益設(shè)計的創(chuàng)新是噱頭，沒有品質(zhì)保證的創(chuàng)新是折騰。這是超級工程中需要的編碼器特征。這種編碼器的品質(zhì)始于設(shè)計與溝通。

南海造島，那18個月發(fā)生了什么

為什么從SSI改為4—20mA？

18年前美國軍用飛機耀武揚威地飛到了我們海南島的家門口，并與我保衛(wèi)國家主權(quán)的空軍發(fā)生撞機事件。南海自古是中國領(lǐng)土海域，中國每天所用的石油資源，絕大部分運載石油的船只都必須經(jīng)過南海。

中國必須保衛(wèi)南海。在南海造島，保家衛(wèi)國！

造島需要有技術(shù)，由于美國人的阻撓，國外的造島技術(shù)不愿意給中國，那么我們就自己來干！

實際上我們的造島技術(shù)始于上海的洋山港，挖泥船。

洋山港本來也是東海上的一座小島，離上海要有100多公里，但是那里是離上海最近的深水港區(qū)。洋山港的設(shè)計者們在設(shè)計時遇到了一個難題，就是處于錢塘江與長江兩個大江入?？诘难笊剑磕觌S著上游沖下來的流沙堆積，會不會建好后的深水港變?yōu)闇\水港，航道被積沙堵塞？于是想到了挖泥船（當時還叫挖泥船還不是現(xiàn)在的吹砂造島功能），但是一問進口的這種深水型挖泥船很貴，買一條船還遠遠不夠，于是就有了一個中國人自己干的“百船計劃”：將一百條船改造為這種深水挖沙船，挖出來的沙堆起來繼續(xù)造洋山港二期、三期。。。

而今上海洋山港的年吞吐量已是世界第一大港，這洋山港的建設(shè)也同樣是舉世矚目的超級工程了。而這一個“百船計劃”，后來擴充升級拉到了南海，又造出了讓全世界驚呼的“造島狂魔”的大號。

挖泥船：

在挖泥船上最初用的是進口編碼器，SSI信號。

SSI稱為同步串行界面，所謂的同步是由時鐘信號觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，每一個時鐘脈沖對應(yīng)一位數(shù)據(jù)，在接收單元以時鐘同步來識別數(shù)據(jù)位解碼。SSI信號的編碼器需要有專門的接收控制器有SSI界面接口。

在船舶上有多個位置需要用到絕對值編碼器

1、滑輪錨鏈繩索收縮排線

大型的輪船靠岸停船，固定輪船的繩索原來都是用手工和電機直接放繩索，大船的繩索需要很多人在不同位置來觀測和放繩收繩，繩索放出去的長度和收回來的長度總是要重復操作多次才能確定，這樣造成了人力，物力和時間精力上的損失。

解決方案:選用多圈絕對值器,在每個繩索的滑輪上面裝上編碼器，把繩索的長度測好在PLC里面做好程序，經(jīng)過編碼器的轉(zhuǎn)動信號反饋給PLC來實現(xiàn)繩索的自動化收放，編碼器使人工操作轉(zhuǎn)向自動化控制，實現(xiàn)了精確定位。

2、挖泥吹砂船的挖斗角度控制

大型的挖泥刀向下的深度,有傳動機械上在安裝的編碼器反饋信號并控制,選用絕對值多圈編碼器4—20mA信號輸出,計算傳動機械旋轉(zhuǎn)角度，并計算出向下挖潛深度，進控制器控制向下角度。

3、船舶大件升降液壓同步控制

拉繩絕對值編碼器在油缸上的多點同步控制的應(yīng)用

船舶上的大件例如舵葉和螺旋槳質(zhì)量很大，最大可達幾百噸，舵葉和螺旋槳作上下垂直運動，其液壓系統(tǒng)驅(qū)動臺車平臺四角上四個驅(qū)動頂升油缸，由于四個油缸相對液壓源距離長短不一，管路壓力損耗不同，其四個油缸上下移動速度有很大差異，應(yīng)此，實際上臺車平臺的上升和下降是處于傾斜態(tài)勢上下運動的，嚴重時，會出現(xiàn)明顯的傾斜現(xiàn)象，造成安全隱患。要用拉繩絕對值編碼器反饋四個液壓油缸的移動高度，確保四個油缸的高度一致，始終保持在水平同步，實現(xiàn)多缸的高精度同步有較大難度，尤其是在大負荷、大負載且負載分布不均的情況下，采用絕對值編碼器進行實時位置反饋，比例伺服閥實時控制油缸流量的閉環(huán)控制方案來實現(xiàn)油缸運動位移的精確控制，采用主/從同步控制策略實現(xiàn)四個主頂升油缸的同步運動。

主/從同步控制策略的基本思想如下：以其中負載或移動最慢的任意一個為主令油缸，其它為從令油缸，當工作平臺升降時，各個高精度的直線位移傳感器拉繩式編碼器實時測量4個油缸的運動位移，讀取各個編碼器的數(shù)值做四點高程差值比較，并調(diào)整四個油缸的比例調(diào)節(jié)閥調(diào)整流量，保持四個油缸的高度始終在同水平面上的同步升降。

當位移偏差超出了系統(tǒng)允許的極限值，則系統(tǒng)報警輸出，油缸同步運動停止，并單缸調(diào)節(jié)修正，直至四油缸達到同一個水平面上。這就構(gòu)成了一個多缸同步的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)四油缸的同步運動。

4、船用雷達與通訊天線

船用雷達天線與通訊天線，均需要回轉(zhuǎn)的南北轉(zhuǎn)角和東西仰角的控制，雖然控制角度最大僅為360°，但是因接收機械設(shè)備中減速齒輪箱關(guān)系，實際編碼器需要用到18圈左右的量程，因此選型了兩個絕對值真多圈編碼器，對應(yīng)轉(zhuǎn)角和仰角的機械控制。在天線中心還有一個磁極位置的機械控制，也需要一個絕對值編碼器。

5、自動操舵儀舵位指令（角度）輸出,船用柴油機同步及角度控制

略。

6、岸上的預制件的澆筑

預制件的澆筑后上船出海，在《超級工程上》已經(jīng)有過介紹，不再重復，略。

船上所選用的編碼器原先為進口的SSI機械齒輪箱絕對值多圈編碼器，外殼防護等級高，必須是IP67的外殼封裝，并且不能用螺絲鉚釘固定外殼，因為在船上長期的高溫水汽鹽分的環(huán)境下，由于熱脹冷縮有螺絲鉚釘?shù)牟糠志蜁芊庑阅芟陆担泻ｏL裹著水氣與鹽分進入編碼器中，造成編碼器使用壽命迅速下降而損壞。

但是，在我們幫助選型了進口SSI編碼器，經(jīng)過用戶使用一段時間后，用戶過來與我們溝通，有幾個問題需要我們幫助解決：

1，SSI信號需要有專門的接收設(shè)備，尤其是在船上長期出海無法用簡單工具（萬用表、示波器）檢查判斷信號，造成檢修困難，有時出現(xiàn)故障無法判斷是編碼器問題，還是傳輸線纜與接線問題，或者接收器的問題，只能關(guān)掉自動控制回到人工觀察。能不能有船上使用更方便的信號輸出？

2，編碼器信號電纜希望一根到底，中間沒有接頭，但是由于是訂的進口編碼器，這種電纜一次加長屬于非標，訂貨周期長，價格高。

3，也有幾個品牌的進口編碼器防護等級與溫度仍然不到位，在船上用了不久就出現(xiàn)了故障，只有很少數(shù)進口品牌符合了要求，今后供應(yīng)鏈上是否會受到影響？（當時還沒有透露將去南海執(zhí)行的“秘密任務(wù)”。）能不能國產(chǎn)化這個編碼器？

4，不僅僅是要有國產(chǎn)化機械齒輪箱絕對值多圈編碼器，更要求在品質(zhì)上能夠達到那很少數(shù)進口品牌才能達到的要求，經(jīng)受住在海風鹽分高溫高濕高強度環(huán)境下，連續(xù)18個月24小時連續(xù)干的不出故障少出故障的要求。國產(chǎn)化編碼器的品質(zhì)能不能達到？

我們的答案是這個產(chǎn)品必須國產(chǎn)化，而且我們已經(jīng)在做了。并提出解決方案：

用國產(chǎn)化的絕對值多圈編碼器！

1，絕對值編碼器輸出信號改為4—20mA模擬量信號和RS485數(shù)字量信號兩路同時輸出，4-20mA信號普通電工用萬用表就可以查線看信號，而且?guī)缀跛薪邮赵O(shè)備都可以有這個輸入信號接口，而RS485信號適合遠傳，可傳達至船上總控制室顯示數(shù)據(jù)變化。

但是難度是4—20mA信號都有溫飄與容易被干擾，船上溫度高，大型電氣設(shè)備多，我們需要在設(shè)計與實驗中就保證這個編碼器的溫飄小與抗干擾強，保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠性，攻克這個模擬量更難做好的難題。

編碼器代號9600

2，船上使用的編碼器必須能夠達到長期的80度溫度下的保持正常工作，在設(shè)計中就必須從每一個零部件嚴格篩選，并經(jīng)歷高溫實驗箱80度下通電4小時讀數(shù)的檢測。

3，外殼封裝不能用螺絲螺帽，必須一次性外殼壓入封裝，電纜一次加長。但是這樣維修拆開檢查就很麻煩了，也就是必須在船上海風高溫高濕的情況下連續(xù)18個月以上工作，還必須維修率很低。在中國市場上能達到這個要求進口品牌編碼器都不多，而且用于船用等級的產(chǎn)品都很貴。這種品質(zhì)上的要求對于國產(chǎn)化絕對值多圈編碼器是一個挑戰(zhàn)。

4，在海南三亞預制梁澆注，同步提升上船，因為需要用Canopen雙路同步糾偏控制器，使用Canopen絕對值多圈編碼器。

經(jīng)過與客戶的提前溝通與設(shè)計中的品質(zhì)考量，國產(chǎn)化絕對值多圈編碼器從設(shè)計每一個環(huán)節(jié)到生產(chǎn)加工，都嚴格按照用戶的品質(zhì)要求，完全按用戶技術(shù)要求和品質(zhì)要求提供編碼器。

那18個月震驚世界的超級工程干成了！

編碼器在經(jīng)2012年至2014年的洋山港試用后，2014年至2016年奔赴南海造島作業(yè)，由于美國人搗鬼挑動菲律賓南海仲裁的鬧劇，南海造島必須爭分奪秒，在經(jīng)歷18個月連續(xù)24小時高溫高濕海風鹽分震動的高強度的連續(xù)作業(yè)，南海造島震驚了世界。展現(xiàn)了中國保衛(wèi)南海主權(quán)的決心，與中國工程技術(shù)強大的實力。國產(chǎn)化編碼器的品質(zhì)也經(jīng)受住了南海高強度的考驗。

中國制造，也能品質(zhì)制勝。

我們向世界展示了中國制造的優(yōu)秀品質(zhì)。

而中國自主知識產(chǎn)權(quán)的挖泥吹沙船也已經(jīng)走向了世界，各大港口爭相請中國人來幫助港口清沙，保持港口深度與船只暢通。

韓國世越號沉船打撈

全球直播66油缸同步控制

66個絕對值編碼器確保66個液壓油缸的同步提升，保證世越號沉船從海底打撈上來的姿態(tài)未做任何改變，便于事故調(diào)查真實性。

韓國發(fā)生了世越號沉船事件，死了很多人，死了很多讀書的孩子們，引起韓國全國政治發(fā)生了改變，最終導致韓國女總統(tǒng)下臺坐牢。由于政治上的敏感性，韓國人希望盡快打撈沉船，為事故原因分析調(diào)查，而且為便于真實性的調(diào)查，必須把沉船打撈出水時，保持在海底的同一個姿態(tài)，并在打撈時不能有二次船體損壞，不得有任何新的船體變形與裂縫產(chǎn)生，干擾到沉船事故的原因調(diào)查。

這項工程任務(wù)全球招標，由于整體打撈大船的技術(shù)難道大，而且還不能發(fā)生二次損壞船體的風險很大，很多外國公司包括韓國本土公司最后都紛紛退出，最后只有上海打撈局與一家歐洲打撈公司競標，上海打撈局中標。

上海打撈局的方案是用潛水作業(yè)，在沉船下方插入33根鋼梁作為“扁擔”，兩邊穿過66根鋼纜，并用66個液壓油缸同步控制提升這33根扁擔鋼梁。

這是一個66個油缸同步（升降）移動的工控技術(shù)。

下面是工作過程示意圖：

66個液壓油缸同步，每次拉回鋼纜一米，鎖定器鎖定鋼纜，液壓油缸再向前一米重新固定好鋼纜，鎖定器松開，重復上面行動。直至沉船扁擔鋼梁與浮船在同一個平面。

在技術(shù)上，每個編碼器提供4—20mA信號，4個編碼器（油缸）一組，組內(nèi)做四油缸同步（見本文章南海造島中有四油缸同步介紹），每組信號轉(zhuǎn)換為Can總線信號，并全部66個油缸組網(wǎng)同步對比，調(diào)節(jié)每個油缸液壓管路的流量，保持每一個油缸的位置同步控制。當其中之一的偏差大出預設(shè)的偏差范圍即報警停機，防止受力不均意外發(fā)生，并單油缸調(diào)節(jié)此偏差較大的油缸位移位置，直至在同步范圍內(nèi)。

在海上連續(xù)工作，并在韓國人民的眾目睽睽下，打撈工程包括編碼器絲毫不得有半點差錯的對韓國人直播了幾個月，66個液壓油缸必須嚴格始終保持同步移動，各個油缸位置偏差范圍嚴格控制，并始終在一個可控的范圍內(nèi)，不然沉船受力不均，就很有可能產(chǎn)生新的變形或裂縫，就會干擾到沉船事故調(diào)查。

這是全球關(guān)注的事件，當沉船緩緩地像嬰兒一般被輕輕從水里抱起來，與在海底的姿態(tài)保持不變時，沒有任何二次船體裂縫與變形產(chǎn)生，滿足了韓國對事故調(diào)查真實性的要求。韓國老百姓感動了，作為當今造船第一的韓國，韓國公司沒有把握做成的事，中國人漂亮地干成了。這是中國工程技術(shù)的力量、中國制造品質(zhì)與中國人民之善舉的展現(xiàn)。

中國制造無論是從技術(shù)上還是在品質(zhì)上，都贏得了世界的尊重。

超級工程已不僅在國內(nèi)，也已開始走向了世界，向世界展示。

一帶一路，中國工控。