品質(zhì)始于設(shè)計(jì)與溝通

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

沒(méi)有客戶利益設(shè)計(jì)的創(chuàng)新是噱頭，沒(méi)有品質(zhì)保證的創(chuàng)新是折騰。這是超級(jí)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(jì)與溝通。

南海造島，那18個(gè)月發(fā)生了什么

為什么從SSI改為4—20mA？

18年前美國(guó)軍用飛機(jī)耀武揚(yáng)威地飛到了我們海南島的家門(mén)口，并與我保衛(wèi)國(guó)家主權(quán)的空軍發(fā)生撞機(jī)事件。南海自古是中國(guó)領(lǐng)土海域，中國(guó)每天所用的石油資源，絕大部分運(yùn)載石油的船只都必須經(jīng)過(guò)南海。

中國(guó)必須保衛(wèi)南海。在南海造島，保家衛(wèi)國(guó)！

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

實(shí)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(lái)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(jì)者們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)遇到了一個(gè)難題，就是處于錢塘江與長(zhǎng)江兩個(gè)大江入?？诘难笊?，每年隨著上游沖下來(lái)的流沙堆積，會(huì)不會(huì)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(dāng)時(shí)還叫挖泥船還不是現(xiàn)在的吹砂造島功能），但是一問(wèn)進(jìn)口的這種深水型挖泥船很貴，買一條船還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，于是就有了一個(gè)中國(guó)人自己干的“百船計(jì)劃”：將一百條船改造為這種深水挖沙船，挖出來(lái)的沙堆起來(lái)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(jí)工程了。而這一個(gè)“百船計(jì)劃”，后來(lái)擴(kuò)充升級(jí)拉到了南海，又造出了讓全世界驚呼的“造島狂魔”的大號(hào)。

挖泥船：

在挖泥船上最初用的是進(jìn)口編碼器，SSI信號(hào)。

SSI稱為同步串行界面，所謂的同步是由時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，每一個(gè)時(shí)鐘脈沖對(duì)應(yīng)一位數(shù)據(jù)，在接收單元以時(shí)鐘同步來(lái)識(shí)別數(shù)據(jù)位解碼。SSI信號(hào)的編碼器需要有專門(mén)的接收控制器有SSI界面接口。

在船舶上有多個(gè)位置需要用到絕對(duì)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(lái)都是用手工和電機(jī)直接放繩索，大船的繩索需要很多人在不同位置來(lái)觀測(cè)和放繩收繩，繩索放出去的長(zhǎng)度和收回來(lái)的長(zhǎng)度總是要重復(fù)操作多次才能確定，這樣造成了人力，物力和時(shí)間精力上的損失。

解決方案:選用多圈絕對(duì)值器,在每個(gè)繩索的滑輪上面裝上編碼器，把繩索的長(zhǎng)度測(cè)好在PLC里面做好程序，經(jīng)過(guò)編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)反饋給PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)繩索的自動(dòng)化收放，編碼器使人工操作轉(zhuǎn)向自動(dòng)化控制，實(shí)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(dòng)機(jī)械上在安裝的編碼器反饋信號(hào)并控制,選用絕對(duì)值多圈編碼器4—20mA信號(hào)輸出,計(jì)算傳動(dòng)機(jī)械旋轉(zhuǎn)角度，并計(jì)算出向下挖潛深度，進(jìn)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(duì)值編碼器在油缸上的多點(diǎn)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(dá)幾百噸，舵葉和螺旋槳作上下垂直運(yùn)動(dòng)，其液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)臺(tái)車平臺(tái)四角上四個(gè)驅(qū)動(dòng)頂升油缸，由于四個(gè)油缸相對(duì)液壓源距離長(zhǎng)短不一，管路壓力損耗不同，其四個(gè)油缸上下移動(dòng)速度有很大差異，應(yīng)此，實(shí)際上臺(tái)車平臺(tái)的上升和下降是處于傾斜態(tài)勢(shì)上下運(yùn)動(dòng)的，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的傾斜現(xiàn)象，造成安全隱患。要用拉繩絕對(duì)值編碼器反饋四個(gè)液壓油缸的移動(dòng)高度，確保四個(gè)油缸的高度一致，始終保持在水平同步，實(shí)現(xiàn)多缸的高精度同步有較大難度，尤其是在大負(fù)荷、大負(fù)載且負(fù)載分布不均的情況下，采用絕對(duì)值編碼器進(jìn)行實(shí)時(shí)位置反饋，比例伺服閥實(shí)時(shí)控制油缸流量的閉環(huán)控制方案來(lái)實(shí)現(xiàn)油缸運(yùn)動(dòng)位移的精確控制，采用主/從同步控制策略實(shí)現(xiàn)四個(gè)主頂升油缸的同步運(yùn)動(dòng)。

主/從同步控制策略的基本思想如下：以其中負(fù)載或移動(dòng)最慢的任意一個(gè)為主令油缸，其它為從令油缸，當(dāng)工作平臺(tái)升降時(shí)，各個(gè)高精度的直線位移傳感器拉繩式編碼器實(shí)時(shí)測(cè)量4個(gè)油缸的運(yùn)動(dòng)位移，讀取各個(gè)編碼器的數(shù)值做四點(diǎn)高程差值比較，并調(diào)整四個(gè)油缸的比例調(diào)節(jié)閥調(diào)整流量，保持四個(gè)油缸的高度始終在同水平面上的同步升降。

當(dāng)位移偏差超出了系統(tǒng)允許的極限值，則系統(tǒng)報(bào)警輸出，油缸同步運(yùn)動(dòng)停止，并單缸調(diào)節(jié)修正，直至四油缸達(dá)到同一個(gè)水平面上。這就構(gòu)成了一個(gè)多缸同步的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)四油缸的同步運(yùn)動(dòng)。

4、船用雷達(dá)與通訊天線

船用雷達(dá)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(jī)械設(shè)備中減速齒輪箱關(guān)系，實(shí)際編碼器需要用到18圈左右的量程，因此選型了兩個(gè)絕對(duì)值真多圈編碼器，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角和仰角的機(jī)械控制。在天線中心還有一個(gè)磁極位置的機(jī)械控制，也需要一個(gè)絕對(duì)值編碼器。

5、自動(dòng)操舵儀舵位指令（角度）輸出,船用柴油機(jī)同步及角度控制

略。

6、岸上的預(yù)制件的澆筑

預(yù)制件的澆筑后上船出海，在《超級(jí)工程上》已經(jīng)有過(guò)介紹，不再重復(fù)，略。

船上所選用的編碼器原先為進(jìn)口的SSI機(jī)械齒輪箱絕對(duì)值多圈編碼器，外殼防護(hù)等級(jí)高，必須是IP67的外殼封裝，并且不能用螺絲鉚釘固定外殼，因?yàn)樵诖祥L(zhǎng)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?huì)密封性能下降，而有海風(fēng)裹著水氣與鹽分進(jìn)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(jìn)口SSI編碼器，經(jīng)過(guò)用戶使用一段時(shí)間后，用戶過(guò)來(lái)與我們溝通，有幾個(gè)問(wèn)題需要我們幫助解決：

1，SSI信號(hào)需要有專門(mén)的接收設(shè)備，尤其是在船上長(zhǎng)期出海無(wú)法用簡(jiǎn)單工具（萬(wàn)用表、示波器）檢查判斷信號(hào)，造成檢修困難，有時(shí)出現(xiàn)故障無(wú)法判斷是編碼器問(wèn)題，還是傳輸線纜與接線問(wèn)題，或者接收器的問(wèn)題，只能關(guān)掉自動(dòng)控制回到人工觀察。能不能有船上使用更方便的信號(hào)輸出？

2，編碼器信號(hào)電纜希望一根到底，中間沒(méi)有接頭，但是由于是訂的進(jìn)口編碼器，這種電纜一次加長(zhǎng)屬于非標(biāo)，訂貨周期長(zhǎng)，價(jià)格高。

3，也有幾個(gè)品牌的進(jìn)口編碼器防護(hù)等級(jí)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(jìn)口品牌符合了要求，今后供應(yīng)鏈上是否會(huì)受到影響？（當(dāng)時(shí)還沒(méi)有透露將去南海執(zhí)行的“秘密任務(wù)”。）能不能國(guó)產(chǎn)化這個(gè)編碼器？

4，不僅僅是要有國(guó)產(chǎn)化機(jī)械齒輪箱絕對(duì)值多圈編碼器，更要求在品質(zhì)上能夠達(dá)到那很少數(shù)進(jìn)口品牌才能達(dá)到的要求，經(jīng)受住在海風(fēng)鹽分高溫高濕高強(qiáng)度環(huán)境下，連續(xù)18個(gè)月24小時(shí)連續(xù)干的不出故障少出故障的要求。國(guó)產(chǎn)化編碼器的品質(zhì)能不能達(dá)到？

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

用國(guó)產(chǎn)化的絕對(duì)值多圈編碼器！

1，絕對(duì)值編碼器輸出信號(hào)改為4—20mA模擬量信號(hào)和RS485數(shù)字量信號(hào)兩路同時(shí)輸出，4-20mA信號(hào)普通電工用萬(wàn)用表就可以查線看信號(hào)，而且?guī)缀跛薪邮赵O(shè)備都可以有這個(gè)輸入信號(hào)接口，而RS485信號(hào)適合遠(yuǎn)傳，可傳達(dá)至船上總控制室顯示數(shù)據(jù)變化。

但是難度是4—20mA信號(hào)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(jì)與實(shí)驗(yàn)中就保證這個(gè)編碼器的溫飄小與抗干擾強(qiáng)，保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠性，攻克這個(gè)模擬量更難做好的難題。

編碼器代號(hào)9600

2，船上使用的編碼器必須能夠達(dá)到長(zhǎng)期的80度溫度下的保持正常工作，在設(shè)計(jì)中就必須從每一個(gè)零部件嚴(yán)格篩選，并經(jīng)歷高溫實(shí)驗(yàn)箱80度下通電4小時(shí)讀數(shù)的檢測(cè)。

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(zhǎng)。但是這樣維修拆開(kāi)檢查就很麻煩了，也就是必須在船上海風(fēng)高溫高濕的情況下連續(xù)18個(gè)月以上工作，還必須維修率很低。在中國(guó)市場(chǎng)上能達(dá)到這個(gè)要求進(jìn)口品牌編碼器都不多，而且用于船用等級(jí)的產(chǎn)品都很貴。這種品質(zhì)上的要求對(duì)于國(guó)產(chǎn)化絕對(duì)值多圈編碼器是一個(gè)挑戰(zhàn)。

4，在海南三亞預(yù)制梁澆注，同步提升上船，因?yàn)樾枰?a target="_blank">Canopen雙路同步糾偏控制器，使用Canopen絕對(duì)值多圈編碼器。

經(jīng)過(guò)與客戶的提前溝通與設(shè)計(jì)中的品質(zhì)考量，國(guó)產(chǎn)化絕對(duì)值多圈編碼器從設(shè)計(jì)每一個(gè)環(huán)節(jié)到生產(chǎn)加工，都嚴(yán)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(gè)月震驚世界的超級(jí)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(guó)人搗鬼挑動(dòng)菲律賓南海仲裁的鬧劇，南海造島必須爭(zhēng)分奪秒，在經(jīng)歷18個(gè)月連續(xù)24小時(shí)高溫高濕海風(fēng)鹽分震動(dòng)的高強(qiáng)度的連續(xù)作業(yè)，南海造島震驚了世界。展現(xiàn)了中國(guó)保衛(wèi)南海主權(quán)的決心，與中國(guó)工程技術(shù)強(qiáng)大的實(shí)力。國(guó)產(chǎn)化編碼器的品質(zhì)也經(jīng)受住了南海高強(qiáng)度的考驗(yàn)。

中國(guó)制造，也能品質(zhì)制勝。

我們向世界展示了中國(guó)制造的優(yōu)秀品質(zhì)。

而中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的挖泥吹沙船也已經(jīng)走向了世界，各大港口爭(zhēng)相請(qǐng)中國(guó)人來(lái)幫助港口清沙，保持港口深度與船只暢通。

韓國(guó)世越號(hào)沉船打撈

全球直播66油缸同步控制

66個(gè)絕對(duì)值編碼器確保66個(gè)液壓油缸的同步提升，保證世越號(hào)沉船從海底打撈上來(lái)的姿態(tài)未做任何改變，便于事故調(diào)查真實(shí)性。

韓國(guó)發(fā)生了世越號(hào)沉船事件，死了很多人，死了很多讀書(shū)的孩子們，引起韓國(guó)全國(guó)政治發(fā)生了改變，最終導(dǎo)致韓國(guó)女總統(tǒng)下臺(tái)坐牢。由于政治上的敏感性，韓國(guó)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(shí)性的調(diào)查，必須把沉船打撈出水時(shí)，保持在海底的同一個(gè)姿態(tài)，并在打撈時(shí)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(xiàng)工程任務(wù)全球招標(biāo)，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(fēng)險(xiǎn)很大，很多外國(guó)公司包括韓國(guó)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(jìng)標(biāo)，上海打撈局中標(biāo)。

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(dān)”，兩邊穿過(guò)66根鋼纜，并用66個(gè)液壓油缸同步控制提升這33根扁擔(dān)鋼梁。

這是一個(gè)66個(gè)油缸同步（升降）移動(dòng)的工控技術(shù)。

下面是工作過(guò)程示意圖：

66個(gè)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(kāi)，重復(fù)上面行動(dòng)。直至沉船扁擔(dān)鋼梁與浮船在同一個(gè)平面。

在技術(shù)上，每個(gè)編碼器提供4—20mA信號(hào)，4個(gè)編碼器（油缸）一組，組內(nèi)做四油缸同步（見(jiàn)本文章南海造島中有四油缸同步介紹），每組信號(hào)轉(zhuǎn)換為Can總線信號(hào)，并全部66個(gè)油缸組網(wǎng)同步對(duì)比，調(diào)節(jié)每個(gè)油缸液壓管路的流量，保持每一個(gè)油缸的位置同步控制。當(dāng)其中之一的偏差大出預(yù)設(shè)的偏差范圍即報(bào)警停機(jī)，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(guó)人民的眾目睽睽下，打撈工程包括編碼器絲毫不得有半點(diǎn)差錯(cuò)的對(duì)韓國(guó)人直播了幾個(gè)月，66個(gè)液壓油缸必須嚴(yán)格始終保持同步移動(dòng)，各個(gè)油缸位置偏差范圍嚴(yán)格控制，并始終在一個(gè)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(huì)干擾到沉船事故調(diào)查。

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

中國(guó)制造無(wú)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(jí)工程已不僅在國(guó)內(nèi)，也已開(kāi)始走向了世界，向世界展示。

一帶一路，中國(guó)工控。