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智能頂裝型磁翻板液位計(jì)在沉箱水位監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
自古以來,水運(yùn)方式一直是人類活動(dòng)與運(yùn)送物資的重要方式,人類的歷史與航運(yùn)的發(fā)展密不可分,中國明朝的鄭和下西洋,15-16世紀(jì)的哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸等等無一不與航運(yùn)有關(guān)。如今的二十一世紀(jì),**經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展及**化進(jìn)程的加深,港口作為連接**各國的橋梁與紐帶也迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。碼頭建設(shè)朝大泊位、深水泊位方向發(fā)展,因此沉箱大型化發(fā)展趨勢(shì)明顯,沉箱高度、質(zhì)量越來越大,*大質(zhì)量可達(dá)7 000 t。這些大型沉箱浮游穩(wěn)定成為一個(gè)亟待解決的問題,對(duì)沉箱壓載水監(jiān)測(cè)也提出更高的要求。在沉箱出運(yùn)過程中,沉箱格倉水位是控制沉箱浮運(yùn)、下沉姿態(tài)的重要參數(shù)。若壓載水控制不好,沉箱將失穩(wěn)傾翻,造成安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。但目前沉箱壓載水監(jiān)測(cè)仍沿用帶刻度測(cè)繩懸吊浮球的方法,精度低、不連續(xù),屬高空作業(yè),存在人身安全隱患。本文針對(duì)于智能投入式液位變送器在船泊碼頭的使用應(yīng)用案例,向各位作個(gè)簡單介紹。
1、頂裝型磁翻板液位計(jì)監(jiān)測(cè)水位工作原理
頂裝型磁翻板液位計(jì)以微處理器為核心單元,具有檢測(cè)、判斷和信息處理功能。其測(cè)量水位的基本原理是利用半導(dǎo)體硅材料的壓阻效應(yīng),實(shí)現(xiàn)液位壓力與電信號(hào)的轉(zhuǎn)換[2]。即把與液體深度成正比的液體靜壓力,通過液位計(jì)( 變送器) 轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)輸出,從而建立輸出電信號(hào)與液體深度的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)對(duì)液位( 水位) 的測(cè)量。沉箱水位監(jiān)測(cè)選用MPM4700 型頂裝型磁翻板液位計(jì),該液位計(jì)以擴(kuò)散硅壓阻式傳感器為管芯,集成變換器電路、微處理芯片為一體,其性能穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)緊湊,外圍線路簡單。該液位計(jì)為四線制,可同時(shí)輸出一組4 ~ 20 mA 的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)和RS486 數(shù)字信號(hào)。MPM4700 型智能
2、頂裝型磁翻板液位計(jì)在沉箱水位監(jiān)測(cè)中的布設(shè)
為了避免在沉箱頂部現(xiàn)場布線和減少高空作業(yè)時(shí)間,沉箱水位監(jiān)測(cè)擬采用無線傳輸方式,頂裝型磁翻板液位計(jì)采集的沉箱水位數(shù)據(jù)信號(hào)通過無線發(fā)射和無線接收的方式,傳輸?shù)诫娔X進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后,在屏幕上直觀顯示出大型沉箱不同格倉水位和倉外吃水深度。一個(gè)MPM4700 型頂裝型磁翻板液位計(jì)對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的無線發(fā)射單元,根據(jù)所監(jiān)測(cè)的沉箱格倉數(shù)量來確定無線發(fā)射單元的數(shù)量。每個(gè)無線發(fā)射單元包括卷線盤、MPM4700 型頂裝型磁翻板液位計(jì)、485 轉(zhuǎn)換器、無線發(fā)射器、無線發(fā)射天線、移動(dòng)電源等;無線接收單元與筆記本電腦相連接,包括無線接收器、無線接收天線、移動(dòng)電源。無線發(fā)射器和發(fā)射天線固定在卷線盤上,攜帶輕便,在沉箱出運(yùn)施工平臺(tái)吊裝時(shí),卷線盤綁扎在施工平臺(tái)的人行通道旁,隨施工平臺(tái)吊升到沉箱頂部; 需要監(jiān)測(cè)時(shí)施工人員通過卷線盤放線,頂裝型磁翻板液位計(jì)探頭放入到沉箱格倉底部,打開無線發(fā)射單元的移動(dòng)電源即可。以漳州后石港區(qū)3 號(hào)泊位工程沉箱為例,該工程沉箱為16 個(gè)格倉,沿前趾和后趾方向的相鄰2 個(gè)格倉設(shè)置通水孔相互連通。因此,通過監(jiān)測(cè)沉箱前趾4 個(gè)格倉和后趾4 個(gè)格倉的水位,就可以掌握整個(gè)沉箱的平衡狀態(tài)。在沉箱水位監(jiān)測(cè)時(shí),總共布設(shè)9 個(gè)MPM4700 型頂裝型磁翻板液位計(jì),平行前趾或平行后趾4 個(gè)格倉分別布設(shè)4 個(gè)液位計(jì),1個(gè)液位計(jì)放在格倉外與沉箱底齊平以監(jiān)測(cè)半潛駁下潛時(shí)沉箱的吃水深度( 圖2) 。
3、頂裝型磁翻板液位計(jì)通訊設(shè)置及數(shù)據(jù)采集
MPM4700 型頂裝型磁翻板液位計(jì)的輸出方式有模擬輸出和數(shù)字通訊輸出。為提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度及可靠性,大型沉箱水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用數(shù)字通訊輸出方式采集傳輸信號(hào)。通訊設(shè)置及數(shù)據(jù)采集方便快捷,液位計(jì)在沉箱格倉布設(shè)完成后,開啟無線發(fā)射單元電源,即可對(duì)液位計(jì)進(jìn)行通訊設(shè)置( 圖3) 。9 路液位計(jì)的電信號(hào)通過無線發(fā)射和無線接收,經(jīng)過沉箱水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件處理后,實(shí)時(shí)顯示8 個(gè)格倉水位值和沉箱的吃水深度。通訊參數(shù)如下: ①設(shè)置串口號(hào)為無線接收器接入計(jì)算機(jī)占用的串口編號(hào),波特率默認(rèn)為9 600。②點(diǎn)擊“設(shè)置串口”把修改過的串口設(shè)置好。如*①步串口參數(shù)沒變化,則忽略此步驟。③把在線液位計(jì)的編號(hào)從左邊框移到右邊框,總共9 個(gè)液位計(jì),其中格倉8 個(gè),格倉外1 個(gè)。④設(shè)定“傳輸控制”參數(shù),此處按默認(rèn)設(shè)定即可。其中,錯(cuò)誤發(fā)生次數(shù)表示通訊軟件給液位計(jì)發(fā)出指令后,液位計(jì)沒有響應(yīng)的次數(shù),則判定此液位計(jì)有故障。刷新周期表示系統(tǒng)軟件隔多少毫秒把通訊軟件中的數(shù)值刷新寫入到大型沉箱水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件。指令間隔表示通訊軟件發(fā)給每個(gè)液位計(jì)指令的時(shí)間間隔。時(shí)間越短,指令下發(fā)速度越快。但并非時(shí)間越短越好,因?yàn)闀r(shí)間太快,液位計(jì)無法反應(yīng)過來,從而導(dǎo)致通訊失敗。指令間隔通常設(shè)置為400 ms 左右。⑤點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕與在線的各液位計(jì)進(jìn)行通訊。⑥點(diǎn)擊“啟動(dòng)KV 通訊”把各液位計(jì)采集的水位值寫入大型沉箱水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件。通訊軟件啟動(dòng)后,若通訊參數(shù)設(shè)置正確,并且有液位計(jì)在線,則采集水位值,如圖3 的A 區(qū),表示1~9 號(hào)液位計(jì)對(duì)應(yīng)的水位值; B 區(qū)表示各液位計(jì)的通訊故障狀態(tài),0 表示通訊正常,1 表示通訊故障。
4、工程應(yīng)用
漳州后石港區(qū)3 號(hào)泊位碼頭工程采用重力式沉箱結(jié)構(gòu),該工程沉箱共15 件,單件質(zhì)量4 365 t,沉箱長、寬、高分別為19. 8、21. 9 、25. 0 m; 沉箱分7 層澆筑,澆筑*頂層時(shí)3# 格倉按設(shè)計(jì)圖紙預(yù)留3 m 高的缺口。在漳州預(yù)制廠預(yù)制,沉箱安裝施工現(xiàn)場距離預(yù)制廠約6. 3 km。沉箱采用氣囊橫移至出運(yùn)通道,再縱移至出運(yùn)碼頭前沿線上駁,采用8 000 t 半潛駁下潛安裝。根據(jù)浮游穩(wěn)定計(jì)算,沉箱各格倉壓載水見圖4。2#、6# 格倉為3. 98 m,3#、7#格倉為4. 34 m,其余格倉為3. 80 m,沉箱倉外吃水12. 15 m。根據(jù)當(dāng)?shù)厮恼境毕恚?015-04-17T20∶30 下潛坑潮位條件符合下潛要求,半潛駁在下潛區(qū)開始加水下潛; 下潛至沉箱吃水1. 8 m 時(shí),同時(shí)開啟沉箱的8 個(gè)注水閥門開始向沉箱格倉中注入壓載水; 當(dāng)沉箱吃水5 m 時(shí)半潛駁暫停下潛,起重船靠近半潛駁,工人將連接起重船吊鉤的鋼絲繩用卡環(huán)固定在沉箱頂部吊環(huán)上。半潛駁繼續(xù)下潛至9 m 時(shí)再暫停下潛,等待吊纜就位。半潛駁繼續(xù)下潛,在沉箱底與枕木支墊處于脫離的臨界狀態(tài)時(shí),減緩半潛駁下潛速度,直至沉箱完全脫離浮船塢。此時(shí)啟動(dòng)吊機(jī),使鋼絲繩處于輕微受力狀態(tài)。在半潛駁下潛及沉箱格倉注入壓載水過程中,通過大型沉箱水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)顯示各格倉水位值及沉箱的吃水深度( 圖5)
提示施工人員調(diào)整閥門的注水速率,判斷沉箱的平衡狀態(tài),若未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)可以通過小幅度調(diào)整倉格注水,使沉箱達(dá)到浮游穩(wěn)定要求并且處于平衡狀態(tài)。當(dāng)沉箱各格倉壓載水注入完成后,關(guān)閉注水閥門,起重船操作人員啟動(dòng)后錨卷揚(yáng)機(jī),緩慢拖動(dòng)沉箱出塢。
5、結(jié)論
1) 沉箱浮運(yùn)安裝時(shí)應(yīng)用頂裝型磁翻板液位計(jì)監(jiān)測(cè)水位,具有安全、準(zhǔn)確、不分晝夜全程監(jiān)測(cè)的特點(diǎn),解決了人工測(cè)量精度低、不連續(xù)、存在高空作業(yè)安全隱患的問題,對(duì)工程安全和風(fēng)險(xiǎn)管理有較好的引導(dǎo)作用。
2) 漳州后石港區(qū)3 號(hào)泊位工程沉箱浮運(yùn)安裝過程中,應(yīng)用基于MPM4700 型頂裝型磁翻板液位計(jì)的大型沉箱水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)15 件質(zhì)量為4 365 t件的大型沉箱壓載水進(jìn)行監(jiān)測(cè),滿足工程晝夜安全施工的需要,取得了良好的效果。
3) 沉箱浮運(yùn)安裝過程中應(yīng)用頂裝型磁翻板液位計(jì)監(jiān)測(cè)水位,能實(shí)時(shí)掌握沉箱各格倉的水位情況及沉箱浮游穩(wěn)定的平衡狀態(tài),也可為大型沉箱的遠(yuǎn)距離安全拖航提供借鑒。