目前，全變頻吊具電纜卷筒系統(tǒng)已在港口生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，但在控制方式以及機(jī)械結(jié)構(gòu)上仍存在不足，表現(xiàn)為系統(tǒng)控制電路復(fù)雜，故障環(huán)節(jié)較多，極易發(fā)生系統(tǒng)故障，掉電纜、損壞電纜事故，時(shí)常造成岸邊集裝箱起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱岸橋）長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)現(xiàn)象。本文根據(jù)實(shí)際工況設(shè)計(jì)實(shí)施了一套新的吊具卷纜系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用帶編碼器的變頻電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制，機(jī)械機(jī)構(gòu)以卷筒與緩沖器配合使用，通過(guò)機(jī)車(chē)PLC控制程序，根據(jù)不同工況輸出力矩給定致變頻器，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)減速箱直接帶動(dòng)卷筒。這種控制方式有效提高了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

1  改造方案

1.1 方案比較

根據(jù)綜合分析整個(gè)系統(tǒng)的科學(xué)性、機(jī)械結(jié)構(gòu)的安全使用要求、設(shè)備性能參數(shù)的優(yōu)化、電控類(lèi)型和產(chǎn)品的選擇、改造費(fèi)用和周期等因素，提出了三種岸橋吊具動(dòng)力卷筒系統(tǒng)的改造方案。

(1) 電纜卷盤(pán)方案。采用電纜卷盤(pán)結(jié)構(gòu)，使用安川公司生產(chǎn)的A1000變頻器，驅(qū)動(dòng)2臺(tái)專用變頻電機(jī)，通過(guò)磁滯連軸器和減速箱帶動(dòng)卷盤(pán)跟吊具運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻器的控制由機(jī)車(chē)PLC實(shí)現(xiàn)，為速度控制，且輸出的速度是平滑無(wú)級(jí)的，另外此系統(tǒng)沒(méi)有速度反饋，為開(kāi)環(huán)控制。

(2) 電纜卷筒方案。采用卷筒機(jī)械結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化控制回路。更換電纜卷筒采用雙支撐結(jié)構(gòu)，改型垂纜減速箱將錐型齒輪改為直式齒輪。使用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷纜，變頻器升級(jí)，采用通訊控制方式的電氣設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化控制流程，減少控制元件。根據(jù)起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行位置與速度實(shí)現(xiàn)力矩控制與閉環(huán)控制。

(3)局部改進(jìn)方案。原機(jī)械結(jié)構(gòu)不變，在電纜卷筒東側(cè)增加支撐點(diǎn)，采用直式齒輪減速箱。2臺(tái)電機(jī)不變，升級(jí)變頻器，電氣元件重新選型更新，減少相關(guān)控制器件。控制方式不變，將故障高發(fā)部位升級(jí)換型。

以上三種改造方案中，經(jīng)分析比較，最終選定電纜卷筒方案，從電氣與機(jī)械方面對(duì)裝卸橋吊具動(dòng)力電纜系統(tǒng)進(jìn)行全面升級(jí)，優(yōu)化控制流程。

1.2 工況設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)控制吊具電纜跟隨吊具上下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行收放動(dòng)作，在正常情況下，起重機(jī)PLC收到吊具手柄信息，就向電纜卷筒系統(tǒng)發(fā)出啟動(dòng)指令；電纜卷筒系統(tǒng)變頻器立即啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制（同時(shí)制動(dòng)器打開(kāi)），并立即反饋起重機(jī)“電纜卷筒系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行信號(hào)”；收到此信號(hào)后，吊具起升才可以運(yùn)行；起重機(jī)吊具停止到零速后，電纜卷筒系統(tǒng)再延時(shí)停止。

在控制方式上，根據(jù)起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行情況，將卷纜系統(tǒng)分為6種工況。通過(guò)岸橋主控系統(tǒng)采集設(shè)備信息，經(jīng)過(guò)分析運(yùn)算得出卷纜所處工況，輸出給變頻器相應(yīng)的力矩給定，保證電纜在作業(yè)中保持良好的拉伸力，從而不會(huì)對(duì)電纜產(chǎn)生損傷。

根據(jù)前期調(diào)研，該設(shè)計(jì)方案具有一定的可行性。其中更換電纜卷筒、改型垂纜減速箱、采用雙支撐結(jié)構(gòu)等一系列硬件改進(jìn)措施提高了設(shè)備安全性能。將2臺(tái)電機(jī)更換為1臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷纜，降低設(shè)備維護(hù)成本，變頻器升級(jí)為安川A1000型號(hào)，采用通訊控制方式的電氣設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了控制流程，使系統(tǒng)更加科學(xué)。

2  實(shí)施方案

2.1 方案概述

更換電纜卷筒，采用雙支撐結(jié)構(gòu)，改型卷纜減速箱，將2臺(tái)電機(jī)更換為1臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷纜，變頻器升級(jí)為安川A1000型號(hào)，編碼器、超速開(kāi)關(guān)、制動(dòng)器及電控柜內(nèi)各電氣元件整體升級(jí)換型。

2.2 主要元件升級(jí)

(1) 電動(dòng)機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，將用1臺(tái)較大功率的電機(jī)替代原有2臺(tái)小功率電機(jī)控制卷纜系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，解決雙電機(jī)控制的同步問(wèn)題，同時(shí)在滿足功率、電壓等技術(shù)要求的前提下，科學(xué)選型。

(2) 變頻器。按照電機(jī)的輸出電流、負(fù)載總功率、負(fù)載電壓等級(jí)，選購(gòu)1臺(tái)較為成熟的變頻器產(chǎn)品，提高控制精度。

2.3 安裝調(diào)試

(1) 硬件安裝。改造硬件施工包括原機(jī)械器件拆裝、新型機(jī)械設(shè)備安裝以及電氣安裝3個(gè)階段。首先根據(jù)實(shí)際情況制定了卷纜卷筒、減速箱等機(jī)械大部件的吊裝方案，嚴(yán)格按照安全要求將原有機(jī)械器件吊下更換為新型機(jī)械設(shè)備，根據(jù)設(shè)計(jì)方案焊接主體框架，按規(guī)范安裝各機(jī)械元件，合理優(yōu)化輻射電纜，規(guī)范接線。

(2) 軟件程序編寫(xiě)。按照設(shè)計(jì)思路，卷纜系統(tǒng)的變頻器控制由機(jī)車(chē)PLC系統(tǒng)進(jìn)行編程來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件控制。這樣操作簡(jiǎn)單，并且控制過(guò)程準(zhǔn)確有效，便于調(diào)試維修。程序的主要設(shè)計(jì)思路是：根據(jù)起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行情況，將卷纜系統(tǒng)分為6種工況。通過(guò)橋吊主控系統(tǒng)采集設(shè)備信息，經(jīng)過(guò)分析運(yùn)算得出卷纜所處工況，輸出給變頻器相應(yīng)的力矩給定，保證電纜在作業(yè)中保持良好的拉伸力，從而不會(huì)對(duì)電纜產(chǎn)生損傷。

3  結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后，新型卷纜系統(tǒng)在岸橋上運(yùn)行穩(wěn)定。在使用過(guò)程中，整套系統(tǒng)故障率保持了一個(gè)較低的水平，設(shè)備的安全可靠性得到很大的提升，基本避免了原系統(tǒng)內(nèi)多種故障，達(dá)到了預(yù)期效果，保證了船舶計(jì)劃動(dòng)態(tài)的兌現(xiàn)。同時(shí)整臺(tái)設(shè)備節(jié)省費(fèi)用年均3萬(wàn)元，創(chuàng)造效益年均55836元，具有較大的推廣價(jià)值。