軟鋪設備間急停和運行狀態監控改進

鄭志雄

摘要：現有軟鋪設備的操控和運行狀態監控以單臺為主，兩臺或多臺設備聯合作業時，設備之間無法相互監控運行狀態和實現急停聯動功能，為保證多臺設備運行時的相互狀態監控和應急情況下停止其他關聯設備，保護產品和人員安全，做了以下改進：每臺設備增加其他關聯設備的狀態指示；當一臺設備按鈕急停按鈕時，其他關聯設備也緊急停止。改進后設備運行更加安全可靠，降低安全事故發生的幾率。

關鍵詞：軟鋪設備；急停聯動；運行狀態監控

1 問題提出

海底軟管和海底電纜鋪設設備統稱為軟鋪設備，深圳海工公司海底軟管和海底電纜鋪設有兩種工作模式，水平鋪設模式和垂直鋪設模式。水平鋪設模式一般由2500噸卷管盤、1#15噸張緊器、2#15噸張緊器等設備組成，如圖（1）。其中1#15噸張緊器和2#15噸張緊器為可移動式設備，可根據項目需要選擇其中一臺或兩臺使用，亦可用于其他船舶搭配固定甲板卷管盤使用。

軟鋪設備由不同設備廠家生產，所有設備之間無硬線連接，亦無關聯接口。在鋪設作業時，所有通訊指令皆來自于設備監督對講機溝通，正常情況下，收到設備監督指令后，相關設備皆同時進行啟動、停止或加減速度操作；因對講機等通訊工具受噪音、電磁干擾、距離還有電源的影響，時常出現設備操作人員無法聽清指令的情況，此情況不但會影響設備同步性，嚴重時還會發生海底軟管和海底電纜損壞甚至人員傷亡。為實現更好地安全生產，減小設備不同步危害，現場改進中充分利用設備電氣自動化資源，增加各個關聯設備之間狀態顯示并完善設備緊急停止機制。

2 設備初始狀態

目前我國海洋工程裝備產業雖然在國際產業分工中處于劣勢地位，但也初步具備了與參與國際競爭的條件[1]。隨著國家重視海洋石油產業發展，海洋工程逐漸邁開腳步，但因海底軟管及海底電纜鋪設我們還處于摸索中前進階段，經驗方面還存在不足，在海底軟管及海底電纜鋪設過程中也出現過一系列的問題，導致產品和設備有不同程度的損傷，主要原因如下：

1.海底軟管及海底電纜倒裝入船舶卷管盤或設備海上鋪設過程中，各設備之間軟管和電纜的懸鏈線余量少，接收到設備監督指令后可供反應的時間短，一旦接收到指令沒有及時反應可能會導致拉傷產品。

2.溝通過程中對講機容易受干擾；對講機屬于開放式通訊，項目施工期間使用的頻道很可能其他船舶或其他人也在使用，且對講機干擾源較多，有些情況不能保證所有設備都收到指令。

3、各設備之間缺乏相互運行狀態監控，導致在啟動和停止時，無法獲得其他關聯設備是否已真實啟動和停止，若聯動設備沒有及時啟動或停止，將導致設備之間不同步而損壞產品。

4、當緊急情況按下急停按鈕，對應設備緊急停止，但其他設備仍繼續運行，若速度較快則迅速拉傷產品，存在很大的安全隱患。

3 技術改進方案

按原有設備設計，緊急情況下只能急停對應設備，但海洋軟鋪作業涉及設備較多，施工過程中僅急停單臺設備存在不足，若其他設備繼續運行，將造成設備不同步而拉傷產品，嚴重時可造成重大經濟損失和人員傷害。

各設備急停按鈕布置如圖（2），因設備急停按鈕較多，若將關聯設備全部急停按鈕串聯作為急停聯動輸入信號，則故障率高且線路繁多。本改進方案采用原有急停信號為基礎，PLC接收到原有急停信號輸入時立即急停該設備，同時輸出急停信號給聯動設備，使聯動設備亦緊急停止，達到同時緊急停止的目的。

為加強設備之間的信息分享，本方案還增加設備間運行狀態監控的改進，增強設備操作可靠性，防止設備發生不同步危害，保障柔性管纜安全。

設備急停聯動和運行狀態監控改進設計具體如下：

1.急停硬線設計

軟鋪設備常用急停方式有安全繼電器控制急停、PLC控制急停，國外先進設備廠商一般結合安全繼電器急停和PLC急停使用。鑒于現階段PLC性能提升，安全可靠性能增強，部分設備廠家已開始使用PLC作為急停控制，受現場設備限制，本方案采用設備PLC備用DI/DO通道作為急停聯動輸入輸出信號。

因設備急停按鈕齊全，且急停按鈕常閉信號已接入PLC輸入通道，故僅需增加設備之間聯動急停信號，其設備間急停聯動和運行狀態監控改進硬線連接原理如圖（3），以2500噸卷管盤為例，I1.6和I1.7為外部急停輸入信號，Q13.0和Q13.1為急停輸出至外部設備信號，若發生外部設備急停則I1.6或I1.7接收到信號且卷管盤立即緊急停止；若卷管盤需緊急停止，按下急停按鈕同時Q13.0和Q13.1立即輸出急停信號，外部設備將緊急停止；另外卷管盤通過Q13.2、Q13.3、Q13.4、Q13.5輸出自身運行狀態到其他設備，其他設備運行狀態亦輸出至卷管盤顯示。

為連接便捷，聯動設備間電纜連接采用航空插頭設計，每個航空插頭帶一個短接插頭，用于設備非聯動使用時急停通道短接。

2.程序設計

本方案兩臺15噸張緊器PLC為西門子s7-300系列，2500噸卷管盤PlC為西門子s7-400系列，需通過西門子step7軟件進行程序設計。以2#張緊器程序設計為例，如圖（4）。由圖程序段1可知，當該張緊器啟動且運行速度大于0或者張力模式張力設置值大于0時，運行指示燈Q10.2和Q10.4亮起并輸出到聯動設備顯示，張緊器停止時，停止指示燈Q10.3和Q10.5輸出到聯動設備顯示，達到設備間狀態監控的功能。

為保證急停聯動可靠性，正常情況下，外部急停輸入和輸出信號皆為高電平。當該張緊器急停按鈕I12.0、I8.0、I4.0其中一個被觸發時，M30.0被置位為1并對張緊器進行急停，同時Q10.0和Q10.1復位為0，外部聯動設備也將發生急停；若有外部聯動設備急停被按下時，I11.0和I11.1由高電平變為低電平，M30.0被置位為1對張緊器進行急停，達到設備間急停聯動控制。

為增強聯動急停控制的安全可靠性，一旦急停按鈕被觸發，聯動急停信號和設備正常急停信號一樣具有記憶功能，即使觸發急停的按鈕被復位，所有聯動設備還是處于急停狀態，確認好現場狀態后，按下設備故障復位按鈕，設備方可進入可操作狀態。為減少故障率，便于區分設備自身急停和聯動設備急停，當急停信號來自于聯動設備，則設備發生急停的同時蜂鳴器Q10.6響起，按下消音按鈕音I11.2可進行消音操作。

4 結語

急停是設備控制系統一個重要功能，也是保護人員、設備、產品安全的一個重要措施。

此改進基于可移動式海洋軟鋪設備施工項目開發，改進后，經過文昌項目和沙特項目運用驗證取得良好的應用效果，項目期間設備安全性能大大提升，降低事故發生的概率，且表現出以下優勢：

1.設備之間聯動線路連接采用航空插頭設計，實現準確快捷插接。

2.操作簡單，緊急情況下任意聯動設備急停按鈕可緊急停止全部聯動設備，且在所有設備操作臺可獲得聯動設備的運行狀態，即使通訊設施受到干擾亦可根據聯動設備的運行狀態做出反應。

3.不影響設備正常運轉和機組生產，設備安全性得以提升[2]。

參考文獻

[1] 洪雯，陳亮亮，茅寅敏. 我國海洋工程裝備市場現狀和發展趨勢研究[J]. 中國海洋平臺，2015，（4）：5-8.

[2] 曹繼鵬，程愛平，張紅田. 縱剪設備兩地電氣控制及急停線路改進設計[J].新疆鋼鐵，2012，（3）：46-48.

（作者單位：天津北海油人力資源咨詢服務有限公司深圳分公司）