數(shù)據(jù)追蹤在港口起重設(shè)備驅(qū)動(dòng)故障分析中的應(yīng)用

鄒志偉

港口起重設(shè)備的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在作業(yè)過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)一些疑難故障，要找出故障原因，需要分辨率達(dá)毫秒級(jí)且能全面表征系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。港口裝卸領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的安川驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自帶的CP-717軟件具有數(shù)據(jù)追蹤功能，可以采集機(jī)構(gòu)運(yùn)行中的速度給定、速度反饋、電流、力矩、剎車反饋等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，有助于分析偶發(fā)性故障、多驅(qū)動(dòng)協(xié)同類故障產(chǎn)生的原因。

1 港口起重設(shè)備驅(qū)動(dòng)故障典型案例

1.1 輪胎吊起升機(jī)構(gòu)偶發(fā)異常抖動(dòng)且減速箱軸開裂

2011年底，深圳蛇口集裝箱碼頭有限公司（以下簡(jiǎn)稱蛇口集裝箱碼頭）某臺(tái)輪胎吊的起升機(jī)構(gòu)在作業(yè)過(guò)程中偶爾出現(xiàn)異常抖動(dòng)的情況。在排除電機(jī)、減速箱、起升手柄、起升電機(jī)速度編碼器等可能導(dǎo)致故障的因素后，維修人員通過(guò)更換驅(qū)動(dòng)器觸發(fā)板排除設(shè)備偶發(fā)異常抖動(dòng)故障，并發(fā)現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)減速箱100軸出現(xiàn)裂紋（見圖1）。

利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)追蹤功能采集起升機(jī)構(gòu)的速度給定、速度反饋、電流反饋、力矩反饋等數(shù)據(jù)，分析起升機(jī)構(gòu)抖動(dòng)及減速箱軸產(chǎn)生裂紋的原因。分別采集起升機(jī)構(gòu)抖動(dòng)時(shí)和正常運(yùn)行時(shí)時(shí)間間隔的100個(gè)速度給定和速度反饋數(shù)據(jù)；分析這些數(shù)據(jù)可知，在速度給定穩(wěn)定時(shí)，速度反饋圍繞速度給定上下波動(dòng)。結(jié)合材料力學(xué)對(duì)斷裂原因的分析[1-2]，確定驅(qū)動(dòng)器觸發(fā)板異常是導(dǎo)致起升機(jī)構(gòu)偶發(fā)異常抖動(dòng)的原因，而這種高頻、類似周期性的抖動(dòng)正是造成減速箱100軸產(chǎn)生高周期疲勞裂紋的原因。

1.2 輪胎吊大車停車偶發(fā)甩動(dòng)

2012年初，蛇口集裝箱碼頭某臺(tái)輪胎吊出現(xiàn)大車停車時(shí)偶爾甩動(dòng)的情況。此故障具有偶發(fā)性，容易造成司機(jī)心理恐慌，且存在損壞自動(dòng)接駁小車的風(fēng)險(xiǎn)。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面排查的過(guò)程中，利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)追蹤功能采集4個(gè)大車驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)數(shù)據(jù)及大車剎車狀態(tài)數(shù)據(jù)（見圖2），發(fā)現(xiàn)大車2號(hào)驅(qū)動(dòng)器在大車停車剎車仍然打開時(shí)會(huì)出現(xiàn)短暫（）放棄控制大車2號(hào)電機(jī)的情況，此時(shí)大車2號(hào)驅(qū)動(dòng)器的速度反饋、電流反饋、力矩反饋均為0。

對(duì)利用安川系統(tǒng)數(shù)據(jù)追蹤功能采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)大車停車時(shí)甩動(dòng)是由大車2號(hào)驅(qū)動(dòng)器引起的。通過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)大車2號(hào)驅(qū)動(dòng)器處在開環(huán)矢量控制方式下，將其修改為閉環(huán)矢量控制方式后，采集到如圖3所示的數(shù)據(jù)，大車停車偶發(fā)甩動(dòng)故障隨之消失。同時(shí)，通過(guò)分析采集的數(shù)據(jù)可以了解安川G7變頻器開環(huán)矢量控制方式與閉環(huán)矢量控制方式的差異，為后續(xù)大車測(cè)速編碼器損壞等情況處理規(guī)范的建立提供了理論依據(jù)。

1.3 輪胎吊大車向左全速易跑偏

2012年底，蛇口集裝箱碼頭某臺(tái)輪胎吊在作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)大車向左全速易跑偏的情況。由于其糾偏難度較大，造成作業(yè)效率低下。

由于導(dǎo)致大車跑偏的原因有多種，為更快地找出大車跑偏產(chǎn)生的原因，利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)追蹤功能采集4個(gè)大車驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)大車1號(hào)驅(qū)動(dòng)器的力矩被限制為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的46%，而利用數(shù)據(jù)追蹤功能采集的同批次另外一臺(tái)輪胎吊大車1號(hào)驅(qū)動(dòng)器的力矩可以達(dá)到電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的230%。分析采集的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，大車向左全速易跑偏是由大車1號(hào)驅(qū)動(dòng)器力矩被限制引起的。調(diào)整相關(guān)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)后，跑偏故障隨之消失。

跑偏是輪胎吊常見故障，這次故障的解決為蛇口集裝箱碼頭輪胎吊大車自動(dòng)糾偏優(yōu)化改造找到方向。

2 數(shù)據(jù)追蹤在起重設(shè)備驅(qū)動(dòng)故障分析中的應(yīng)用原理

2.1 確定需要采集的數(shù)據(jù)及觸發(fā)條件

如圖4所示，在系統(tǒng)中填入需要采集的數(shù)據(jù)和觸發(fā)條件及相關(guān)條件后即可實(shí)現(xiàn)對(duì)需要數(shù)據(jù)的采集。

2.2 導(dǎo)出數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)導(dǎo)出步驟見圖5～7，詳細(xì)步驟可參考安川驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CP-717軟件操作手冊(cè)。

2.3 分析追蹤數(shù)據(jù)

分析追蹤數(shù)據(jù)一般使用Excel軟件，其插入圖表功能及數(shù)據(jù)排序功能基本可以滿足數(shù)據(jù)分析的要求。當(dāng)然，其他專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件（如MATLAB等）也可以用來(lái)分析數(shù)據(jù)。根據(jù)Excel圖表分析數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，通過(guò)數(shù)據(jù)排序找出在很短的時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的判斷。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周承恩，謝季佳，洪友士. 超高周疲勞研究現(xiàn)狀及展望[J].機(jī)械強(qiáng)度，2004，26（5）：526-533.

[2] 周為富，趙振華，陳偉. 鈦合金高周疲勞特性的影響因素分析[J]. 現(xiàn)代機(jī)械，2009（3）：90-93.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-09-11）

港口起重設(shè)備的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在作業(yè)過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)一些疑難故障，要找出故障原因，需要分辨率達(dá)毫秒級(jí)且能全面表征系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。港口裝卸領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的安川驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自帶的CP-717軟件具有數(shù)據(jù)追蹤功能，可以采集機(jī)構(gòu)運(yùn)行中的速度給定、速度反饋、電流、力矩、剎車反饋等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，有助于分析偶發(fā)性故障、多驅(qū)動(dòng)協(xié)同類故障產(chǎn)生的原因。

1 港口起重設(shè)備驅(qū)動(dòng)故障典型案例

1.1 輪胎吊起升機(jī)構(gòu)偶發(fā)異常抖動(dòng)且減速箱軸開裂

2011年底，深圳蛇口集裝箱碼頭有限公司（以下簡(jiǎn)稱蛇口集裝箱碼頭）某臺(tái)輪胎吊的起升機(jī)構(gòu)在作業(yè)過(guò)程中偶爾出現(xiàn)異常抖動(dòng)的情況。在排除電機(jī)、減速箱、起升手柄、起升電機(jī)速度編碼器等可能導(dǎo)致故障的因素后，維修人員通過(guò)更換驅(qū)動(dòng)器觸發(fā)板排除設(shè)備偶發(fā)異常抖動(dòng)故障，并發(fā)現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)減速箱100軸出現(xiàn)裂紋（見圖1）。

利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)追蹤功能采集起升機(jī)構(gòu)的速度給定、速度反饋、電流反饋、力矩反饋等數(shù)據(jù)，分析起升機(jī)構(gòu)抖動(dòng)及減速箱軸產(chǎn)生裂紋的原因。分別采集起升機(jī)構(gòu)抖動(dòng)時(shí)和正常運(yùn)行時(shí)時(shí)間間隔的100個(gè)速度給定和速度反饋數(shù)據(jù)；分析這些數(shù)據(jù)可知，在速度給定穩(wěn)定時(shí)，速度反饋圍繞速度給定上下波動(dòng)。結(jié)合材料力學(xué)對(duì)斷裂原因的分析[1-2]，確定驅(qū)動(dòng)器觸發(fā)板異常是導(dǎo)致起升機(jī)構(gòu)偶發(fā)異常抖動(dòng)的原因，而這種高頻、類似周期性的抖動(dòng)正是造成減速箱100軸產(chǎn)生高周期疲勞裂紋的原因。

1.2 輪胎吊大車停車偶發(fā)甩動(dòng)

2012年初，蛇口集裝箱碼頭某臺(tái)輪胎吊出現(xiàn)大車停車時(shí)偶爾甩動(dòng)的情況。此故障具有偶發(fā)性，容易造成司機(jī)心理恐慌，且存在損壞自動(dòng)接駁小車的風(fēng)險(xiǎn)。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面排查的過(guò)程中，利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)追蹤功能采集4個(gè)大車驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)數(shù)據(jù)及大車剎車狀態(tài)數(shù)據(jù)（見圖2），發(fā)現(xiàn)大車2號(hào)驅(qū)動(dòng)器在大車停車剎車仍然打開時(shí)會(huì)出現(xiàn)短暫（）放棄控制大車2號(hào)電機(jī)的情況，此時(shí)大車2號(hào)驅(qū)動(dòng)器的速度反饋、電流反饋、力矩反饋均為0。

對(duì)利用安川系統(tǒng)數(shù)據(jù)追蹤功能采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)大車停車時(shí)甩動(dòng)是由大車2號(hào)驅(qū)動(dòng)器引起的。通過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)大車2號(hào)驅(qū)動(dòng)器處在開環(huán)矢量控制方式下，將其修改為閉環(huán)矢量控制方式后，采集到如圖3所示的數(shù)據(jù)，大車停車偶發(fā)甩動(dòng)故障隨之消失。同時(shí)，通過(guò)分析采集的數(shù)據(jù)可以了解安川G7變頻器開環(huán)矢量控制方式與閉環(huán)矢量控制方式的差異，為后續(xù)大車測(cè)速編碼器損壞等情況處理規(guī)范的建立提供了理論依據(jù)。

1.3 輪胎吊大車向左全速易跑偏

2012年底，蛇口集裝箱碼頭某臺(tái)輪胎吊在作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)大車向左全速易跑偏的情況。由于其糾偏難度較大，造成作業(yè)效率低下。

由于導(dǎo)致大車跑偏的原因有多種，為更快地找出大車跑偏產(chǎn)生的原因，利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)追蹤功能采集4個(gè)大車驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)大車1號(hào)驅(qū)動(dòng)器的力矩被限制為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的46%，而利用數(shù)據(jù)追蹤功能采集的同批次另外一臺(tái)輪胎吊大車1號(hào)驅(qū)動(dòng)器的力矩可以達(dá)到電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的230%。分析采集的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，大車向左全速易跑偏是由大車1號(hào)驅(qū)動(dòng)器力矩被限制引起的。調(diào)整相關(guān)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)后，跑偏故障隨之消失。

跑偏是輪胎吊常見故障，這次故障的解決為蛇口集裝箱碼頭輪胎吊大車自動(dòng)糾偏優(yōu)化改造找到方向。

2 數(shù)據(jù)追蹤在起重設(shè)備驅(qū)動(dòng)故障分析中的應(yīng)用原理

2.1 確定需要采集的數(shù)據(jù)及觸發(fā)條件

如圖4所示，在系統(tǒng)中填入需要采集的數(shù)據(jù)和觸發(fā)條件及相關(guān)條件后即可實(shí)現(xiàn)對(duì)需要數(shù)據(jù)的采集。

2.2 導(dǎo)出數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)導(dǎo)出步驟見圖5～7，詳細(xì)步驟可參考安川驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CP-717軟件操作手冊(cè)。

2.3 分析追蹤數(shù)據(jù)

分析追蹤數(shù)據(jù)一般使用Excel軟件，其插入圖表功能及數(shù)據(jù)排序功能基本可以滿足數(shù)據(jù)分析的要求。當(dāng)然，其他專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件（如MATLAB等）也可以用來(lái)分析數(shù)據(jù)。根據(jù)Excel圖表分析數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，通過(guò)數(shù)據(jù)排序找出在很短的時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的判斷。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周承恩，謝季佳，洪友士. 超高周疲勞研究現(xiàn)狀及展望[J].機(jī)械強(qiáng)度，2004，26（5）：526-533.

[2] 周為富，趙振華，陳偉. 鈦合金高周疲勞特性的影響因素分析[J]. 現(xiàn)代機(jī)械，2009（3）：90-93.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-09-11）

港口起重設(shè)備的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在作業(yè)過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)一些疑難故障，要找出故障原因，需要分辨率達(dá)毫秒級(jí)且能全面表征系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。港口裝卸領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的安川驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自帶的CP-717軟件具有數(shù)據(jù)追蹤功能，可以采集機(jī)構(gòu)運(yùn)行中的速度給定、速度反饋、電流、力矩、剎車反饋等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，有助于分析偶發(fā)性故障、多驅(qū)動(dòng)協(xié)同類故障產(chǎn)生的原因。

1 港口起重設(shè)備驅(qū)動(dòng)故障典型案例

1.1 輪胎吊起升機(jī)構(gòu)偶發(fā)異常抖動(dòng)且減速箱軸開裂

2011年底，深圳蛇口集裝箱碼頭有限公司（以下簡(jiǎn)稱蛇口集裝箱碼頭）某臺(tái)輪胎吊的起升機(jī)構(gòu)在作業(yè)過(guò)程中偶爾出現(xiàn)異常抖動(dòng)的情況。在排除電機(jī)、減速箱、起升手柄、起升電機(jī)速度編碼器等可能導(dǎo)致故障的因素后，維修人員通過(guò)更換驅(qū)動(dòng)器觸發(fā)板排除設(shè)備偶發(fā)異常抖動(dòng)故障，并發(fā)現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)減速箱100軸出現(xiàn)裂紋（見圖1）。

利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)追蹤功能采集起升機(jī)構(gòu)的速度給定、速度反饋、電流反饋、力矩反饋等數(shù)據(jù)，分析起升機(jī)構(gòu)抖動(dòng)及減速箱軸產(chǎn)生裂紋的原因。分別采集起升機(jī)構(gòu)抖動(dòng)時(shí)和正常運(yùn)行時(shí)時(shí)間間隔的100個(gè)速度給定和速度反饋數(shù)據(jù)；分析這些數(shù)據(jù)可知，在速度給定穩(wěn)定時(shí)，速度反饋圍繞速度給定上下波動(dòng)。結(jié)合材料力學(xué)對(duì)斷裂原因的分析[1-2]，確定驅(qū)動(dòng)器觸發(fā)板異常是導(dǎo)致起升機(jī)構(gòu)偶發(fā)異常抖動(dòng)的原因，而這種高頻、類似周期性的抖動(dòng)正是造成減速箱100軸產(chǎn)生高周期疲勞裂紋的原因。

1.2 輪胎吊大車停車偶發(fā)甩動(dòng)

2012年初，蛇口集裝箱碼頭某臺(tái)輪胎吊出現(xiàn)大車停車時(shí)偶爾甩動(dòng)的情況。此故障具有偶發(fā)性，容易造成司機(jī)心理恐慌，且存在損壞自動(dòng)接駁小車的風(fēng)險(xiǎn)。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面排查的過(guò)程中，利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)追蹤功能采集4個(gè)大車驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)數(shù)據(jù)及大車剎車狀態(tài)數(shù)據(jù)（見圖2），發(fā)現(xiàn)大車2號(hào)驅(qū)動(dòng)器在大車停車剎車仍然打開時(shí)會(huì)出現(xiàn)短暫（）放棄控制大車2號(hào)電機(jī)的情況，此時(shí)大車2號(hào)驅(qū)動(dòng)器的速度反饋、電流反饋、力矩反饋均為0。

對(duì)利用安川系統(tǒng)數(shù)據(jù)追蹤功能采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)大車停車時(shí)甩動(dòng)是由大車2號(hào)驅(qū)動(dòng)器引起的。通過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)大車2號(hào)驅(qū)動(dòng)器處在開環(huán)矢量控制方式下，將其修改為閉環(huán)矢量控制方式后，采集到如圖3所示的數(shù)據(jù)，大車停車偶發(fā)甩動(dòng)故障隨之消失。同時(shí)，通過(guò)分析采集的數(shù)據(jù)可以了解安川G7變頻器開環(huán)矢量控制方式與閉環(huán)矢量控制方式的差異，為后續(xù)大車測(cè)速編碼器損壞等情況處理規(guī)范的建立提供了理論依據(jù)。

1.3 輪胎吊大車向左全速易跑偏

2012年底，蛇口集裝箱碼頭某臺(tái)輪胎吊在作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)大車向左全速易跑偏的情況。由于其糾偏難度較大，造成作業(yè)效率低下。

由于導(dǎo)致大車跑偏的原因有多種，為更快地找出大車跑偏產(chǎn)生的原因，利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)追蹤功能采集4個(gè)大車驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)大車1號(hào)驅(qū)動(dòng)器的力矩被限制為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的46%，而利用數(shù)據(jù)追蹤功能采集的同批次另外一臺(tái)輪胎吊大車1號(hào)驅(qū)動(dòng)器的力矩可以達(dá)到電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的230%。分析采集的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，大車向左全速易跑偏是由大車1號(hào)驅(qū)動(dòng)器力矩被限制引起的。調(diào)整相關(guān)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)后，跑偏故障隨之消失。

跑偏是輪胎吊常見故障，這次故障的解決為蛇口集裝箱碼頭輪胎吊大車自動(dòng)糾偏優(yōu)化改造找到方向。

2 數(shù)據(jù)追蹤在起重設(shè)備驅(qū)動(dòng)故障分析中的應(yīng)用原理

2.1 確定需要采集的數(shù)據(jù)及觸發(fā)條件

如圖4所示，在系統(tǒng)中填入需要采集的數(shù)據(jù)和觸發(fā)條件及相關(guān)條件后即可實(shí)現(xiàn)對(duì)需要數(shù)據(jù)的采集。

2.2 導(dǎo)出數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)導(dǎo)出步驟見圖5～7，詳細(xì)步驟可參考安川驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CP-717軟件操作手冊(cè)。

2.3 分析追蹤數(shù)據(jù)

分析追蹤數(shù)據(jù)一般使用Excel軟件，其插入圖表功能及數(shù)據(jù)排序功能基本可以滿足數(shù)據(jù)分析的要求。當(dāng)然，其他專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件（如MATLAB等）也可以用來(lái)分析數(shù)據(jù)。根據(jù)Excel圖表分析數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)，通過(guò)數(shù)據(jù)排序找出在很短的時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的判斷。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周承恩，謝季佳，洪友士. 超高周疲勞研究現(xiàn)狀及展望[J].機(jī)械強(qiáng)度，2004，26（5）：526-533.

[2] 周為富，趙振華，陳偉. 鈦合金高周疲勞特性的影響因素分析[J]. 現(xiàn)代機(jī)械，2009（3）：90-93.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-09-11）