岸桥吊具电缆卷盘系统改造

岸桥吊具电缆卷盘系统改造

胡耀荣贾荣宽

（上海振华重工（集团）股份有限公司上海市浦东新区200125）

摘要：在改革开放的新时期，我国的综合国力在不断的加强，岸桥大车电缆卷盘/吊具电缆卷盘系统是设备的一级子系统，系统工作正常与否直接影响岸桥的可使用状态。原有的电控系统采用2台6SE70变频器分别驱动起升和大车电缆卷盘，存在设备效率低、维护性差、可靠性低等问题。通过将起升/大车卷筒变频器合二为一等硬件改造，配合变频器参数设置，进行用户程序修改，在只增加2个接触器的条件下，使设备故障率、备件采购率大幅降低，节约了维修成本，降低了能耗。

关键词：港口；岸桥；吊具电缆卷盘；技术改造

引言

在当今世界上，国家与国家、大洲与大洲之间的贸易正在日益密切，而连接这些国家和大洲的海洋则成为重要的运输渠道，人们一直在探索一种有效、价格低廉、保险的货运方法。直到２０世纪中期，人类发明了一种标准化运输方法，集装箱就此诞生了。随着集装箱运输业和国际贸易的不断发展，岸边集装箱起重机也在不断地更新换代，科技含量越来越高，正朝着高速化、外伸距、起升高度、载重量增大化、自动化和智能化的方向发展。吊具电缆卷盘是岸边集装箱起重机起升设备的重要随动机构，随着每个码头都希望在单位时间内增加作业量，因此如何提高吊具卷盘的运行速度成为一大难题。本文主要的研究对象是如何搭建一套全变频吊具电缆卷盘系统，并且创造一套精确的控制方法，使其能适应高速运行的环境，并且减少环境对其的影响。

1岸桥吊具电缆卷盘系统及其故障

岸桥吊具电缆驱动方式主要有2种：一是储缆筐方式；二是电机驱动卷盘方式。储缆筐方式的优点是结构简单，缺点是作业动作会受到风力、司机操作技术、安装扭矩等因素影响，作业过程中若电缆出现打结、出筐，可能会导致出筐后的电缆卡住集装箱、吊具等部位，存在损伤、拉断电缆的风险。相对于储缆筐，电动电缆卷盘能够降低打结、出框等风险，能有效地保护电缆，但其驱动方式，经过多年使用，容易出现以下4种问题：（1）传统吊具电缆卷盘采用“电机+磁滞联轴器”的型式，电机高负荷长时间运行后会出现键槽磨损，绕组相间短路和对地短路，制动系统等故障。（2）传统吊具电缆卷盘使用独立的可编程逻辑控制器（PLC），未直接进入主PLC，控制方式、通信方式分散，中间环节过多，故障点多，故障排除时间长。（3）对磁滞联轴器力矩的调整难以量化，要调整到让电缆不松不紧的状态难度较大，力矩无论偏大或偏小，都容易对电缆造成伤害。（4）磁滞+变频驱动的软连接工作特性导致在上升下降切换过程中电缆很容易呈现鱼钩状，对电缆造成冲击，长期运行可能会使电缆断裂，被拉断的电缆一般集中在吊具上架电缆缓冲器处。吊具电缆在缓冲器上方呈现鱼钩状见图1，电缆在缓冲器上方断裂见图2。

图2电缆在缓冲器上方断裂

2技术改造

随着传统吊具电缆卷盘故障率的上升，为了有效保护吊具电缆，延长其使用寿命，国内岸桥逐步采用全变频驱动吊具电缆卷盘系统。全变频驱动吊具电缆卷筒采用的是“速度控制、力矩限幅”的控制模式，主要由变频调速电机、制动器、减速箱、卷筒、编码器等组成。变频器读取岸桥吊具实时高度、速度2组数据，经过计算，输出一定的扭矩和转速，并通过电机尾端的编码器形成闭环控制。随着起升高度和速度的变化，速度和扭矩也不断变化，使电缆减少受到的冲击，延长电缆使用寿命。两者相比，全变频驱动优点主要表现在6个方面。全变频驱动与变频+磁滞驱动比较见表1。（1）全变频驱动电缆受到的力矩可变的；变频+磁滞驱动方式磁滞联轴器所传递的扭矩是永磁盘与感应盘间的磁滞力矩，当磁盘间隙一定时，该力矩为恒定值。（2）全变频驱动电缆的跟随效果好。由于磁滞联轴器的软连接特性，变频+磁滞驱动在起升下降切换过程中，电缆跟随效果较通过弹性联轴器硬连接的“全变频驱动”差。（3）全变频驱动电机采用单台卧式安装固定底座上，整个系统转动惯量小。（4）全变频驱动吊具缓冲器上新增限位开关，挂舱时，一旦吊具缓冲器超出其最大缓冲距离，限位开关得到触发，吊具电缆电机停止。（5）全变频驱动能实现电缆速度控制和力矩限幅，保证电缆的跟随性。（6）全变频驱动维护量小、易损件少下降，维护费用降低。变频+磁滞驱动方式中磁滞联轴器由于传递扭矩大，产生的热量大，如维护不当，轴承易损坏。

表1全变频驱动与变频+磁滞驱动比较

3改造方案实施

3.1硬件回路改造

硬件回路改造先从电气原理图着手，减少1台变频器，就必须重新设计原理图。更改原理图的目的是便于后期调试。根据架构图的变更涉及电控系统图纸上的主回路和控制回路2个部分。其中，主回路部分拆除1台变频器，同时在卷盘变频器输出端增加2个接触器用于切换负载电机。控制回路部分增加2路接触器吸合输出点，2路接触器动作反馈输入点。修改后的电气原理图如图3所示。

图1修改后的主回路电气原理图

具卷盘变频器从直流母线上脱离，在地址8变频器输出端增加MC1/MC2接触器。对于控制回路部分，在西门子输入模块上新增2个负载切换接触器反馈输入点I5．6/I5．7，这2个点用于接触器吸合检测，便于故障诊断。在西门子输出模块上增加两路接触器控制吸合控制命令Q21．0/Q21．2控制MC1/MC2接触器吸合，用于变频器负载切换。

3.2用户程序修改

3．3．1安川程序修改

在安川317PLC程序中增加起升/大车切换命令。增加该程序目的是为了保证卷盘变频器负载切换与主系统变频器切换同步，当主系统处于起升运行状态时，将卷盘变频器切换成起升卷盘工作模式；当给定信号给的大车运行命令时，卷盘变频器切换到大车卷盘工作模式；切换正常才允许岸桥起升/大车动作。安川PLC与300PLC的输入输出地址的对应关系为：安川PLC输出OB13086/OB13087分别对应300PLC的输入I108．6/I108．7，安川PLC输入I120D1/I120D2分别对应300PLC的输出Q113．1/Q113．2。

3．3．2西门子用户程序修改

（1）硬件组态修改硬件上要屏蔽1台变频器必须在PLC硬件组态中将需要屏蔽的变频器从Profibu总线上删除，如果变频器硬件已经脱离总线，而PLC组态中没有删除对应的变频器，PLC会报总线故障———300PLC的BUS故障指示灯亮，PLC停止运行。硬件组态的DI/DO模块为卷盘系统控制接触器输入输出信号的接入点。DP/DP为PＲUFIBUS通讯网关，用于300PLC与安川PLC之间的网络搭桥。“5”号站为整流/回馈单元，原理“7”号站删除，“8”号站为设置为起升/大车卷盘变频器。（2）切换命令及相关连锁修改控制逻辑上增加一些互锁条件，保证切换的可靠性。起升卷盘选中命令，岸桥主系统选择“I108．6”，或者起升卷盘本地操作“I13．0”状态为TＲUE，且没有大车主系统选择“I108．7”和大车本地力矩控制方式“M200．1”状态为FALSE，则视为已选择起升卷盘控制“M200．4”为TＲUE。大车卷盘控制逻辑添加，原有大车卷盘系统变频器用了两种控制方式：“力矩控制速度限幅”和“速度控制力矩限幅”。大车卷盘司机室控制时为速度控制力矩限幅，岸桥主系统选择大车“I108．7”或者大车卷盘本地操作“I5．0”状态为TＲUE，且没有起升主系统选择“M200．4”或大车本地力矩控制方式选择“M200．1”状态为FALSE，则视为已选择大车卷盘控制“M200．0”为TＲUE，且将变频器FDS参数和MDS参数对应的控制字DB319．DBX5．0和DB319．DBX5．1置“1”；大车卷盘本地力矩复位操作时为力矩控制速度限幅，力矩复位操作命令M200．1状态为TＲUE，且起升主系统选择“M200．4”和大车司机室控制“M200．1”状态为FALSE，则视为已选择大车卷盘本地力矩复位控制，将变频器FDS参数和MDS参数对应的控制字DB319．DBX5．0和DB319．DBX5．3置“1”。

结语

随着集装箱化的进程，岸桥及自动吊具在过去10a已经普及使用，吊具电缆卷盘作为岸桥起升机构的随动系统，使用频繁，近年传统吊具电缆卷盘系统大多已经进入疲劳期，重复性的故障维修给码头生产带来较大影响，而全变频驱动改造是降低故障率较为妥善的解决方法之一，具备一定参考价值。

参考文献：

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