岸橋吊具電纜卷盤系統(tǒng)改造

岸橋吊具電纜卷盤系統(tǒng)改造摘要：在改革開放的新時(shí)期，我國的綜合國力在不斷的加強(qiáng)，岸橋大車電纜卷盤/吊具電纜卷盤系統(tǒng)是設(shè)備的一級(jí)子系統(tǒng)，系統(tǒng)工作正常與否直接影響岸橋的可使用狀態(tài)。原有的電控系統(tǒng)采用2臺(tái)6SE70變頻器分別驅(qū)動(dòng)起升和大車電纜卷盤，存在設(shè)備效率低、維護(hù)性差、可靠性低等問題。通過將起升/大車卷筒變頻器合二為一等硬件改造，配合變頻器參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行用戶程序修改，在只增加2個(gè)接觸器的條件下，使設(shè)備故障率、備件采購率大幅降低，節(jié)約了維修成本，降低了能耗。關(guān)鍵詞：港口；岸橋；吊具電纜卷盤；技術(shù)改造引言在當(dāng)今世界上，國家與國家、大洲與大洲之間的貿(mào)易正在日益密切，而連接這些國家和大洲的海洋則成為重要的運(yùn)輸渠道，人們一直在探索一種有效、價(jià)格低廉、保險(xiǎn)的貨運(yùn)方法。直到20世紀(jì)中期，人類發(fā)明了一種標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)輸方法，集裝箱就此誕生了。隨著集裝箱運(yùn)輸業(yè)和國際貿(mào)易的不斷發(fā)展，岸邊集裝箱起重機(jī)也在不斷地更新?lián)Q代，科技含量越來越高，正朝著高速化、外伸距、起升高度、載重量增大化、自動(dòng)化和智能化的方向發(fā)展。吊具電纜卷盤是岸邊集裝箱起重機(jī)起升設(shè)備的重要隨動(dòng)機(jī)構(gòu)，隨著每個(gè)碼頭都希望在單位時(shí)間內(nèi)增加作業(yè)量，因此如何提高吊具卷盤的運(yùn)行速度成為一大難題。本文主要的研究對(duì)象是如何搭建一套全變頻吊具電纜卷盤系統(tǒng)，并且創(chuàng)造一套精確的控制方法，使其能適應(yīng)高速運(yùn)行的環(huán)境，并且減少環(huán)境對(duì)其的影響。1岸橋吊具電纜卷盤系統(tǒng)及其故障岸橋吊具電纜驅(qū)動(dòng)方式主要有2種：一是儲(chǔ)纜筐方式；二是電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷盤方式。儲(chǔ)纜筐方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是作業(yè)動(dòng)作會(huì)受到風(fēng)力、司機(jī)操作技術(shù)、安裝扭矩等因素影響，作業(yè)過程中若電纜出現(xiàn)打結(jié)、出筐，可能會(huì)導(dǎo)致出筐后的電纜卡住集裝箱、吊具等部位，存在損傷、拉斷電纜的風(fēng)險(xiǎn)。相對(duì)于儲(chǔ)纜筐，電動(dòng)電纜卷盤能夠降低打結(jié)、出框等風(fēng)險(xiǎn)，能有效地保護(hù)電纜，但其驅(qū)動(dòng)方式，經(jīng)過多年使用，容易出現(xiàn)以下4種問題：（1）傳統(tǒng)吊具電纜卷盤采用“電機(jī)+磁滯聯(lián)軸器〃的型式，電機(jī)高負(fù)荷長時(shí)間運(yùn)行后會(huì)出現(xiàn)鍵槽磨損，繞組相間短路和對(duì)地短路，制動(dòng)系統(tǒng)等故障。（2）傳統(tǒng)吊具電纜卷盤使用獨(dú)立的可編程邏輯控制器（PLC），未直接進(jìn)入主PLC，控制方式、通信方式分散，中間環(huán)節(jié)過多，故障點(diǎn)多，故障排除時(shí)間長。（3）對(duì)磁滯聯(lián)軸器力矩的調(diào)整難以量化，要調(diào)整到讓電纜不松不緊的狀態(tài)難度較大，力矩?zé)o論偏大或偏小，都容易對(duì)電纜造成傷害。（4）磁滯+變頻驅(qū)動(dòng)的軟連接工作特性導(dǎo)致在上升下降切換過程中電纜很容易呈現(xiàn)魚鉤狀，對(duì)電纜造成沖擊，長期運(yùn)行可能會(huì)使電纜斷裂，被拉斷的電纜一般集中在吊具上架電纜緩沖器處。吊具電纜在緩沖器上方呈現(xiàn)魚鉤狀見圖1，電纜在緩沖器上方斷裂見圖2。圖2電纜在緩沖器上方斷裂2技術(shù)改造隨著傳統(tǒng)吊具電纜卷盤故障率的上升，為了有效保護(hù)吊具電纜，延長其使用壽命，國內(nèi)岸橋逐步采用全變頻驅(qū)動(dòng)吊具電纜卷盤系統(tǒng)。全變頻驅(qū)動(dòng)吊具電纜卷筒采用的是'速度控制、力矩限幅”的控制模式，主要由變頻調(diào)速電機(jī)、制動(dòng)器、減速箱、卷筒、編碼器等組成。變頻器讀取岸橋吊具實(shí)時(shí)高度、速度2組數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算，輸出一定的扭矩和轉(zhuǎn)速，并通過電機(jī)尾端的編碼器形成閉環(huán)控制。隨著起升高度和速度的變化，速度和扭矩也不斷變化，使電纜減少受到的沖擊，延長電纜使用壽命。兩者相比，全變頻驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在6個(gè)方面。全變頻驅(qū)動(dòng)與變頻+磁滯驅(qū)動(dòng)比較見表1。（1）全變頻驅(qū)動(dòng)電纜受到的力矩可變的；變頻+磁滯驅(qū)動(dòng)方式磁滯聯(lián)軸器所傳遞的扭矩是永磁盤與感應(yīng)盤間的磁滯力矩，當(dāng)磁盤間隙一定時(shí)，該力矩為恒定值。（2）全變頻驅(qū)動(dòng)電纜的跟隨效果好。由于磁滯聯(lián)軸器的軟連接特性，變頻+磁滯驅(qū)動(dòng)在起升下降切換過程中，電纜跟隨效果較通過彈性聯(lián)軸器硬連接的“全變頻驅(qū)動(dòng)”差。（3）全變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用單臺(tái)臥式安裝固定底座上，整個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。（4）全變頻驅(qū)動(dòng)吊具緩沖器上新增限位開關(guān)，掛艙時(shí)，一旦吊具緩沖器超出其最大緩沖距離，限位開關(guān)得到觸發(fā)，吊具電纜電機(jī)停止。（5）全變頻驅(qū)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)電纜速度控制和力矩限幅，保證電纜的跟隨性。（6）全變頻驅(qū)動(dòng)維護(hù)量小、易損件少下降，維護(hù)費(fèi)用降低。變頻+磁滯驅(qū)動(dòng)方式中磁滯聯(lián)軸器由于傳遞扭矩大，產(chǎn)生的熱量大，如維護(hù)不當(dāng)，軸承易損壞。表1全變頻驅(qū)動(dòng)與變頻+磁滯驅(qū)動(dòng)比較3改造方案實(shí)施3.1硬件回路改造硬件回路改造先從電氣原理圖著手，減少1臺(tái)變頻器，就必須重新設(shè)計(jì)原理圖。更改原理圖的目的是便于后期調(diào)試。根據(jù)架構(gòu)圖的變更涉及電控系統(tǒng)圖紙上的主回路和控制回路2個(gè)部分。其中，主回路部分拆除1臺(tái)變頻器，同時(shí)在卷盤變頻器輸出端增加2個(gè)接觸器用于切換負(fù)載電機(jī)?？刂苹芈凡糠衷黾?路接觸器吸合輸出點(diǎn)，2路接觸器動(dòng)作反饋輸入點(diǎn)。修改后的電氣原理圖如圖3所示。圖1修改后的主回路電氣原理圖具卷盤變頻器從直流母線上脫離，在地址8變頻器輸出端增加MC1/MC2接觸器。對(duì)于控制回路部分，在西門子輸入模塊上新增2個(gè)負(fù)載切換接觸器反饋輸入點(diǎn)I5.6/I5.7,這2個(gè)點(diǎn)用于接觸器吸合檢測，便于故障診斷。在西門子輸出模塊上增加兩路接觸器控制吸合控制命令Q21.0/Q21.2控制MC1/MC2接觸器吸合，用于變頻器負(fù)載切換。3.2用戶程序修改3.3.1安川程序修改在安川317PLC程序中增加起升/大車切換命令。增加該程序目的是為了保證卷盤變頻器負(fù)載切換與主系統(tǒng)變頻器切換同步，當(dāng)主系統(tǒng)處于起升運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，將卷盤變頻器切換成起升卷盤工作模式；當(dāng)給定信號(hào)給的大車運(yùn)行命令時(shí)，卷盤變頻器切換到大車卷盤工作模式；切換正常才允許岸橋起升/大車動(dòng)作。安川PLC與300PLC的輸入輸出地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：安川PLC輸出OB13086/OB13087分別對(duì)應(yīng)300PLC的輸入I108.6/I108.7，安川PLC輸入I120D1/I120D2分別對(duì)應(yīng)300PLC的輸出Q113.1/Q113.2。3.3.2西門子用戶程序修改（1）硬件組態(tài)修改硬件上要屏蔽1臺(tái)變頻器必須在PLC硬件組態(tài)中將需要屏蔽的變頻器從Profibu總線上刪除，如果變頻器硬件已經(jīng)脫離總線，而PLC組態(tài)中沒有刪除對(duì)應(yīng)的變頻器，PLC會(huì)報(bào)總線故障 300PLC的BUS故障指示燈亮，PLC停止運(yùn)行。硬件組態(tài)的DI/DO模塊為卷盤系統(tǒng)控制接觸器輸入輸出信號(hào)的接入點(diǎn)。DP/DP為PRUFIBUS通訊網(wǎng)關(guān)，用于300PLC與安川PLC之間的網(wǎng)絡(luò)搭橋。“5”號(hào)站為整流/回饋單元，原理“7”號(hào)站刪除，“8”號(hào)站為設(shè)置為起升/大車卷盤變頻器。（2）切換命令及相關(guān)連鎖修改控制邏輯上增加一些互鎖條件，保證切換的可靠性。起升卷盤選中命令，岸橋主系統(tǒng)選擇“I108.6”，或者起升卷盤本地操作“I13.0”狀態(tài)為TRUE，且沒有大車主系統(tǒng)選擇“I108.7”和大車本地力矩控制方式“M200.1”狀態(tài)為FALSE，則視為已選擇起升卷盤控制“M200.4”為TRUE。大車卷盤控制邏輯添加，原有大車卷盤系統(tǒng)變頻器用了兩種控制方式：“力矩控制速度限幅”和“速度控制力矩限幅”。大車卷盤司機(jī)室控制時(shí)為速度控制力矩限幅，岸橋主系統(tǒng)選擇大車“I108.7”或者大車卷盤本地操作“I5.0”狀態(tài)為TRUE，且沒有起升主系統(tǒng)選擇“M200.4”或大車本地力矩控制方式選擇“M200.1”狀態(tài)為FALSE，則視為已選擇大車卷盤控制“M200.0”為TRUE，且將變頻器FDS參數(shù)和MDS參數(shù)對(duì)應(yīng)的控制字DB319.DBX5.0和DB319.DBX5.1置“1”；大車卷盤本地力矩復(fù)位操作時(shí)為力矩控制速度限幅，力矩復(fù)位操作命令M200.1狀態(tài)為TRUE，且起升主系統(tǒng)選擇“M200.4”和大車司機(jī)室控制“M200.1”狀態(tài)為FALSE，則視為已選擇大車卷盤本地力矩復(fù)位控制，將變頻器FDS參數(shù)和MDS參數(shù)對(duì)應(yīng)的控制字DB319.DBX5.0和DB319.DBX5.3置“1”。結(jié)語隨著集裝箱化的進(jìn)程，岸橋及自動(dòng)吊具在過去10a已經(jīng)普及使用，吊具電纜卷盤作為岸橋起升機(jī)構(gòu)的隨動(dòng)系統(tǒng)，使用頻繁，近年傳統(tǒng)吊具電纜卷盤系統(tǒng)大多已經(jīng)進(jìn)入疲勞期，重復(fù)性的故障維修給碼頭生產(chǎn)帶來較大影響，而全變頻驅(qū)動(dòng)改造是降低故障率較為妥善的解決方法之一，具備一定參考價(jià)值。參考文獻(xiàn)：李方園.零起點(diǎn)學(xué)西門子變頻器應(yīng)用[M]