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【港口安全】移动式船舶漂移监测系统

港口安全 小编 427次浏览 0个评论 扫描二维码

移动式船舶漂移监测系统

杨增波,张海东,张乾能,金志清

(宁波港集团北仑第三集装箱码头有限公司,浙江,宁波,315813

摘要

 

为解决码头靠泊船舶受洋流和季风作用发生漂移,影响现场安全作业的问题,开发移动式船舶漂移监测系统。根据船舶实时位置,利用编码器、PLC、无线模块等实现本地和远程报警,使现场作业人员和船方实时掌握船舶情况,保障生产安全。

关键词

 

港口;船舶漂移;监测系统

0  引言

 

北仑第三集装箱码头有限公司(以下简称“北三集司”)现拥有10个总长3 410 m的超大型集装箱泊位,码头前沿水深达-17-22 m,可靠泊目前世界上最大的集装箱船。随着作业量的增加,大小船靠泊频繁,船舶靠泊后船体受洋流、季风等外力影响偶有漂移的现象发生。船舶发生漂移对码头现场作业会产生严重的安全隐患,有可能对船舶、码头设备造成较大影响。根据北三集司操作部门的统计,# 9# 11泊位较其他泊位易发生船舶漂移,其中大船由于吃水深、受风面大,较小船更易漂移。

若采用人工监视方式对船舶漂移进行监测,其及时性、安全性较差,因此研发船舶漂移监测报警系统,对船舶在泊情况进行实时监测。

1  方案对比

 

集装箱码头作业现场为立体交叉式作业,环境因素对作业影响较大。引起船舶位置变化的外因主要有潮汐的涨落差、洋流的流速及方向、风力的大小及方向、作业过程中船舶载重量的变化等,其中涨落潮及船舶载重量变化发生的位移为竖直方向位移,是作业过程中的正常现象,不属于漂移范畴,系统将屏蔽这个位移量。本文所指的漂移是指船舶在水平方向上的位置变化。当船舶位置偏移到一定值时,系统能自动向现场和控制中心管理人员发出报警,现场人员及时采取应对措施,保障安全生产。针对现场特点,考虑以下几种监测方案。

1.1 在护轮坎外侧安装传感器

在码头面护轮坎外侧安装多个传感器,利用多个传感器综合分析出船舶的位置信息,达到预定设置值时报警。此方案需在码头前沿布线,安装开关量传感器、距离传感器、报警器等。此方案对船舶的监测性较好,但发生船舶漂移的泊位长度大约1 000 m,距离过长,安装的传感器数量众多,成本较高,且护轮坎被船舶刮擦的概率较大,现场传感器线路易被撞坏,维护的频率也相应增加。

1.2 移动式监测系统

相对于在护轮坎外侧安装传感器的方案,移动式监测箱可根据船舶靠泊位置随时移动,且随用随装,安装方便。监测箱内安装拉绳式编码器、PLC、锂电池、4G网络设备等,编码器一端连磁铁固定在船身侧面,通过拉绳编码器拉绳的长度及角度计算船舶水平漂移量,并实时上传至控制中心,达到预设值时报警。光电编码器具有精度高、分辨率高、频响高、体积小、重量轻及可实现数字量输出等优点。[1] 利用光电编码器,此监测系统使用便捷,维护也相对简单,只要控制测量误差,即可有效监控船舶漂移情况。

1.3 卫星差分定位监测

目前,精度较高的卫星定位和电子罗盘系统可满足定位要求,并通过软件显示船舶漂移的速度、角度、距离等参数。但高精度的定位系统采购成本和维护成本较大,对现场操作人员的要求也较高。由于漂移船舶船型较大,舱面堆存集装箱层数高,现场作业时桥吊前大梁遮挡等因素均会对卫星定位信号产生影响,导致定位数据不准,检测效果不理想。之前曾委托其他公司开发过此类产品,但由于不满足现场监测要求,所以未采用此方案。

综合考虑多方面因素后,决定采用移动式监测系统来监测船舶的在泊情况。

2  方案设计

 

2.1 漂移量获取

船舶在码头作业过程中受到各个外力作用会有3个方向上的漂移,分别以xyz轴表示在3个方向上的运动。漂移量计算模型见图1。编码器拉绳出线点为A,磁铁一端吸附在船上,磁铁初始点为B,漂移发生后假设磁铁随船运动至D点,AD方向即为漂移发生后编码器拉绳方向。利用角度传感器可测得ADyz平面的夹角为α,与xz平面的夹角为θ。

【港口安全】移动式船舶漂移监测系统

在图1中,AB=zBC=z’AD=lCE=xDE=y,∠CAE=α,∠DAE=θ,其中zl,α和θ为编码器测出的已知量。系统需得出的长度值为垂直码头漂移量z’、沿码头侧向漂移量x。上下漂移量y为船舶上下的浮动量,其中数值y不作为漂移的参考。

通过此模型,可以计算出作业船舶在码头面的位置情况,并将数据实时上传至服务器,使前后方生产作业人员都能及时掌握信息。

2.2 硬件部分设计

码头现场为盐湿环境,温度在-1050℃,现场大型设备作业产生的噪声较大。可移动监测箱可固定在码头面,内部有拉绳式编码器、PLC(带触摸屏)、角度测量编码器、电源控制模块、4G发射模块、声光报警器等。监测箱箱体采用不锈钢制作,底部支架适当增加强度。

拉绳编码器的拉绳长度为5 m,拉绳一端与带有磁铁的钢丝绳相连,磁铁吸附在船身上。拉绳配置保护线缆,固定在箱子上,船舶移动超出距离后将磁铁拉回,避免损坏编码器。另配1根轻质铝合金硬管,长度2.5 m,其一端为钩状,以便把磁铁放置于船身。

拉绳编码器和角度测量编码器的信号接入小型PLCPLC根据拉绳长度、拉绳角度可计算出船舶前后、离岸漂移的距离,并在触摸屏上显示。当船舶漂移距离超过设定值时,声光报警器报警。移动监测箱箱体装配图见图2

【港口安全】移动式船舶漂移监测系统

通过触摸屏可以设定船舶前后漂移、离岸漂移的报警值,并有重置、报警查询等功能,其中:重置包括初始值归零复位、报警复位等;报警查询可查看报警历史记录。

电池采用可充电锂电池,一次充电可满足系统工作60 h,且带有电量指示,当电量低时,低电量指示灯亮。系统有断路开关,在非工作状态时自动关断,以节约电量。

监测箱内有4G无线传输模块,能把测量数据实时传输至后台服务器。

2.3 软件部分设计

软件系统实时反应现场测量数值,到达报警数值后通过电脑外设以声音方式报警,待漂移报警解除后软件系统复位,同时记入报警日志。电脑软件报警界面截图见图3

【港口安全】移动式船舶漂移监测系统

除了在电脑上可以看到现场船舶的实时情况外,通过手机App也可以看到船舶的漂移量,监测人员可随时随地掌握船舶情况。手机App界面截图见图4

【港口安全】移动式船舶漂移监测系统

3  现场安装与处置

 

由于码头面前沿浇筑有混凝土护轮坎,且护轮坎内侧每隔2 m就有铁环,因此将监测箱放置于护轮坎内侧。另外,为防止操作不当或其他外力致使监测箱掉落,将箱体一保护绳扣在铁环上,即使监测箱掉落也不至于入水报废。同型监测箱制作2套,1套置于船首位置,1套置于船尾位置。

箱体安装后将编码器拉绳一端的磁铁吸附在船体上,使拉绳处于水平绷紧状态。在触摸屏上设置漂移的报警值,按下运行键,系统自动将当前测量值设置为零,并进入监测状态。监测箱现场安装位置见图5

【港口安全】移动式船舶漂移监测系统

如船舶发生漂移,在测得的前后漂移值或离岸漂移值中有任意一个值超过设定值,箱体上方安装的声光报警器立即报警,同时控制中心电脑也以声音形式报警,软件记录该报警日志。当报警发生后,现场作业人员及时停止码头设备作业,桥吊吊具出舱,船舶紧缆,待船舶位置复位后恢复现场作业,同时监测箱和控制中心控制软件复位。此为一次报警事件的处理。

4  使用效果

 

20175月移动式船舶漂移监测系统投用以来,已监测作业船舶40余艘次,处置报警事件多次,操作部门对现场的掌控进一步增强,有效降低船舶漂移风险,为码头安全生产提供坚实的保障。

参考文献

 

  1. 董莉莉,熊经武,万秋华,.光电轴角编码器的发展动态[J].光学精密工程,2000,8(2):198-202.


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