新控制有助于旧破冰船
新的起重机控制系统和操作员界面提高了旧船的安全性、可靠性和灵活性，使它们为新的任务做好了准备。
美国海岸警卫队旧船上使用的起重机的新控制系统和操作界面提高了安全性、可靠性和灵活性，使它们为新的任务做好了准备。
海岸警卫队有两艘较老的极地级破冰船，“北极星”号和它的孪生兄弟“极地海”号，分别于1976年和1978年下水。位于西雅图的科考船上的关键设备已接近使用寿命，计划在未来几个月内进行更换。(“北极星”号是第一艘被大修的，下一艘是“极地海”号。)被替换的项目包括每艘船船头和船尾的液压起重机。除了新的起重机硬件和新的液压动力单元，海岸警卫队还希望安装新的起重机控制系统和操作员界面，以提高船舶作业的安全性、可靠性和灵活性。俄勒冈州舍伍德的联合系统公司和奥尔巴尼的概念系统公司是材料处理和控制系统开发方面的专家。
每艘船有3台起重机，1台在船头，2台在船尾，艏吊可处理高达6000磅的载荷，用于将船上的储备物资下放到前舱。除了运行船首起重机外，相关的液压动力单元(hpu)还运行锚起锚机。尾部起重机是重型设备，配有操作驾驶室和一个折刀结构，能够进行远距离作业。它们用于在便携式集装箱(ISO标准凸箱)中装卸科学设备，并用于提升工作船。
起重机改装要求
在海岸警卫队对新起重机的要求清单中，有几个因素很重要。除了希望在起重机站安装触摸屏操作界面外，海岸警卫队还希望在工程室安装一个主控制面板。集中控制可以更容易地监控各个控制站的工作，以及监控液压动力单元(HPU)的状态，并针对液压油位过高或过低以及高温等情况产生警报。集中监控的要求决定了对船上网络的需要。
另一个关键要求是在控制系统、网络或HPU故障的情况下，提供灵活的备份系统以保持起重机的运行。
灵活的液压设计包括液压回路，允许流体分流，通过网络可选择流动路径，使所有起重机系统在单个HPU故障的情况下运行。如果一个船首HPU出现故障，另一个船首HPU的流体将被重新输送，为船首起重机或起锚机提供动力。
海岸警卫队选择了盟军系统公司提供起重机和液压系统。Allied专注于开发低产量、高工程化的起重机，过去曾为美国政府做过几个物料搬运起重机项目，因此海岸警卫队选择该公司帮助翻新这两艘破冰船是很自然的。新的起重机控制系统设计在位于俄勒冈州舍伍德的盟军工厂进行了测试(见图1)，然后在西雅图的托德造船厂安装在船上。
控制系统设计
为了做控制系统和操作界面的开发，联合系统公司选择了概念系统公司。Allied公司曾与Concept Systems公司在其他项目上合作过，包括为美国海军开发的自动3D视觉导向起重机系统，Concept公司在使用最新技术开发可靠控制系统方面的经验使其成为该项目的自然选择。
Allied Systems公司和Concept Systems公司在控制系统设计方面密切合作，开发出了一个基于罗克韦尔ControlLogix plc的系统，该系统具有PanelView Plus操作员界面。为了确保该系统在恶劣环境下也能正常工作，研究人员特意指定了合适的组件，如保形涂层模块和电气设备。
位于中心的可编程逻辑控制器(PLC)控制着一切，每个HPU上都有罗克韦尔Flex I/O。所选用的液压泵为可变排量活塞单元，由Concept Systems为PLC开发的软件主动控制。该设计提供了一个压力反馈回路，可以感知每个起重机的负载，并告诉HPU泵何时冲程，调整每个泵的压力输出，以确保有足够的压力来控制系统，同时在不需要全功率的情况下实现节能。
概念系统公司的控制系统允许两个前方液压动力单元在必要时进行组合，以产生最大功率。在船尾，每个液压动力单元都专用于一个特定的起重机，但这些单元有足够的延伸范围，使它们能够接管另一个的工作。
Concept Systems还开发了用于加热或冷却液压油箱的控制系统，以确保它们能够在各种环境下使用。这是通过控制阀来实现的，当需要进行冷却时，控制阀可以引导海水的流动，当油必须保持温暖时，控制阀可以操作油罐中的加热器。(在船头有一个hpu的公共油箱，在船尾有两个油箱。)系统中还加入了其他传感器，用于监测液压过滤器何时需要维修等情况。
系统工程师在控制室编程了操作员界面来监控所有四个hpu的状态，他们在起锚机编程了操作员界面来查看两个前进的hpu。警报具体到被控制的单位，可在这些单位的操作界面，以及通信到中央控制面板。紧急停止控制输入是为了切断不同区域的HPUs的动力，一个用于艏部系统，一个用于艉部系统。撞击起锚机E-stop将切断船头液压系统的动力，而主控制室的E-stop将切断船舶液压系统的动力。
为了节省工作量并提高最大的灵活性，Concept Systems围绕一个公共程序和显示体系结构设计了所有的操作界面，可以针对被控制的特定HPU进行配置。例如，如果控制HPU 1的操作界面遇到触摸面板故障，那么HPU 2的操作界面可以快速重新配置以控制第一个HPU。
“这不是设计的要求，”概念系统工程师斯科特·范德林德说，“但从开发的角度来看，这是有意义的。”
Concept Systems编写了操作员界面模块，为特定的HPU开发了一个通用的外观和感觉，从操作员的角度来看这将是直观的。使用屏幕上常见的物体，对于有使用其他起重机和绞车系统经验的操作员来说，看起来和感觉都很熟悉。除了控制功能之外，概念系统还在操作界面中添加了诊断功能，以便在系统出现问题时进行IO接线故障排除。维护屏幕显示I/O信号的状态，如油箱传感器值，使海岸警卫队的工作人员更容易诊断和处理现场问题，这一功能对故障排除相关的停机时间产生了重大影响。
系统检测
完成一个复杂和不可原谅的错误的项目，像这个研究船升级，除了先进的设计，还需要彻底的测试。海岸警卫队对新起重机系统的验收测试清单长达52页，包括检查所有系统输入和输出，校准所有模拟I/O连接，并验证在正常和问题响应模式下一切都按要求运行。
该项目是具有特定技术专长领域的公司如何合作开发特殊需求的独特解决方案的一个例子。
“我们擅长设计起重机，但我们不是网络和控制专家，”联合系统工程师Dan Gott说。Concept开发的创新，如电子负载传感和主动泵控制，以及他们在先进、直观的人机界面设计方面的经验，帮助我们使海岸警卫队能够使这两艘旧破冰船恢复比新破冰船更好的服务功能。”
- Michael Gurney是Concept Systems公司的管理团队成员，该公司是先进自动化系统的系统集成商和供应商。概念系统是一个成员控制工程系统集成商名人堂。由Mark T. Hoske编辑，CFE Media，控制工程．
积分器更新:机器人控制双吞吐量https://bit.ly/tT1wYs
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