岸邊集裝箱起重機(jī)移動(dòng)供電技術(shù)的改進(jìn)

王冀蘇

摘要：隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)于港口的吞吐量和貨物處理能力提出了更高的要求。在當(dāng)前，港口設(shè)備使用拖令或拖鏈系統(tǒng)作為岸邊集裝箱起重機(jī)小車移動(dòng)供電的主流方式。但是，通過實(shí)際操作人們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的移動(dòng)供電方式在使用之中較容易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)，港口作業(yè)效率將會(huì)大大降低，這時(shí)就需要考慮一種新型的移動(dòng)供電方式來解決。本文便以港口設(shè)備的小車移動(dòng)供電技術(shù)為研究主題，談一談對(duì)該問題的一些看法。

關(guān)鍵詞：港口設(shè)備；移動(dòng)供電；無(wú)線通訊技術(shù)

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，航運(yùn)物流業(yè)發(fā)展迅速，集裝箱起重機(jī)的技術(shù)更新?lián)Q代也越來越快。碼頭為了提高作業(yè)效率，減少船舶停靠時(shí)間，對(duì)集裝箱起重機(jī)的小車機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度的要求也在不斷提高。在速度提高的大環(huán)境要求下，作為集裝箱起重機(jī)的制造廠商，如何選取安全可靠的小車移動(dòng)供電方式成為首先要解決的問題。

1 傳統(tǒng)小車移動(dòng)供電方式

傳統(tǒng)的小車移動(dòng)供電方式主要有兩種，拖令系統(tǒng)和拖鏈系統(tǒng)。但這兩種系統(tǒng)在岸邊起重機(jī)的應(yīng)用上都有著不同程度的缺點(diǎn)。

首先對(duì)于拖令系統(tǒng)來說，拖令系統(tǒng)中小車滾輪在高速運(yùn)行中易發(fā)生滾輪脫落，軸承卡死，如果不定期保養(yǎng)維護(hù)，會(huì)引起高空墜物等危險(xiǎn)。其次，拖令系統(tǒng)在面對(duì)大風(fēng)情況時(shí)容易引起電纜勾掛，纏繞等危險(xiǎn)，發(fā)生故障的幾率大。情況嚴(yán)重者，面臨著拖令電纜被拉斷的可能，從而導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備停機(jī)。

為了避免風(fēng)載勾掛這種隱患，隨之而生的塑料拖鏈系統(tǒng)雖然避免了風(fēng)載的安全隱患，但相對(duì)的也存在著自身的缺憾，主要是因?yàn)樗芰贤湘溝到y(tǒng)由眾多鏈節(jié)構(gòu)成，若其中一個(gè)鏈節(jié)斷裂，卡滯則會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的故障，導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)。嚴(yán)重者因關(guān)節(jié)卡滯會(huì)產(chǎn)生高空墜落事故，整個(gè)拖鏈系統(tǒng)翻出滑槽，造成整個(gè)系統(tǒng)報(bào)廢，嚴(yán)重影響停機(jī)停產(chǎn)。另外塑料拖鏈對(duì)環(huán)境要求較高，特別是在北方雨雪結(jié)冰氣候下會(huì)出故障。并且日久易產(chǎn)生老化，脆裂和磨損，一般的使用壽命為5～8年，必須定期檢查更換，維護(hù)成本較大。

2 滑觸線供電及無(wú)線通信方式

考慮到現(xiàn)代碼頭裝卸設(shè)備的高負(fù)荷運(yùn)行，為保證作業(yè)的安全高效，因此根據(jù)碼頭作業(yè)環(huán)境可以考慮設(shè)計(jì)一種嶄新的小車移動(dòng)供電方式，即使用滑觸線供電與無(wú)線通信方式。

滑觸線及無(wú)線通信系統(tǒng)是一種幾乎免維護(hù)的小車移動(dòng)供電的最佳解決方案。其主要具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）使用壽命長(zhǎng)，一次投入，與主機(jī)同壽命；

2）可實(shí)現(xiàn)全氣候作業(yè)；抗風(fēng)載、冰雪能力強(qiáng)；

3）無(wú)線通信采用非接觸式的數(shù)據(jù)傳輸，可靠性高、免于維護(hù)；

4）安全可靠，無(wú)高空墜物之虞。

3 滑觸線供電以及無(wú)線通信的技術(shù)特點(diǎn)

新型小車供電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是通訊信號(hào)的傳輸，考慮到可靠性及穩(wěn)定性，可采用西門子工業(yè)無(wú)線以太網(wǎng)及漏波電纜技術(shù)來實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的傳輸，這種方式主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）可控的無(wú)線電收發(fā)技術(shù)；

2）因?yàn)榭煽?，所以可靠，與外部信號(hào)無(wú)相互干擾；

3）無(wú)線傳輸，實(shí)現(xiàn)零維護(hù)。

西門子工業(yè)無(wú)線局域網(wǎng)（IWLAN）技術(shù)是西門子SIMATIC SCALANCE W工業(yè)無(wú)線技術(shù)家族的一個(gè)成員，它的運(yùn)用可以使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)通訊的可靠性和穩(wěn)定性得到了極大的提高。漏波電纜主要是一種天線技術(shù)，主要是針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)比較復(fù)雜的環(huán)境，如鋼結(jié)構(gòu)、隧道等，不利于射頻信號(hào)有效覆蓋的區(qū)域，而設(shè)計(jì)的一種通過特殊饋線電纜傳播射頻信號(hào)的技術(shù)。漏波電纜作為一種用于苛刻要求的無(wú)線應(yīng)用射頻電纜，它可以作為連接SCALANCE W接入點(diǎn)的特殊天線。在規(guī)格上有 2.4 G Hz 和5.8 G Hz兩個(gè)頻段的產(chǎn)品。漏波電纜能與所有SCALANCE W的接入點(diǎn)和客戶端，以及IWLAN PB/Link PN IO完結(jié)合。

區(qū)別于定向天線和全向天線，漏波電纜可以覆蓋無(wú)線波盲區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)“非直視”通訊，防止角度變化無(wú)法通訊。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上遵循2.4G或5G的衍射原理將特定的饋線等距離的開出一列漏波孔，射頻信號(hào)通過漏波孔向外輻射。這種天線能避開障礙物的屏蔽作用，將信號(hào)隨著電纜的敷設(shè)位置而延伸，最長(zhǎng)可達(dá)200米的敷設(shè)距離，漏波電纜可以像滑觸線一樣隨著橋吊大梁而敷設(shè)。這種天線具有定向發(fā)射的特點(diǎn)，可以形成一個(gè)錐形的無(wú)線場(chǎng)，非常適合用于復(fù)雜的無(wú)線電覆蓋區(qū)。

漏波電纜很好的解決了信號(hào)發(fā)射傳輸?shù)膯栴}，而信號(hào)接收則要靠定向接收天線，其主要目的是增加抗干擾能力。就好像在天線背后安裝了一個(gè)碗狀的反射面，信號(hào)只能夠向前面?zhèn)鬟f，后面的信號(hào)都被反射面擋住并反射到了前方，從而加強(qiáng)了前面的信號(hào)強(qiáng)度。接收天線可以將無(wú)線電磁場(chǎng)聚集在一個(gè)錐面上。使用定向天線，在開度角范圍內(nèi)，無(wú)線電場(chǎng)可以沿水平和垂直方向傳播。在這些區(qū)域形成集中，并產(chǎn)生被動(dòng)增強(qiáng)效應(yīng)。

也正是由于漏波電纜的定向發(fā)射和接收天線的定向接收的特性，因此將兩者有機(jī)地結(jié)合在一起，就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊的可靠性，增強(qiáng)抗干擾能力。

4 系統(tǒng)在岸邊集裝箱起重機(jī)上的實(shí)際運(yùn)用

4.1 系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)行原理

岸邊集裝箱起重機(jī)滑觸線移動(dòng)供電系統(tǒng)的主要部件如圖所示等部件組成，其中滑觸線及漏波電纜安裝在起重機(jī)大梁下部的滑觸線支架上。對(duì)于因鉸點(diǎn)斷開的滑觸線，通過在大梁鉸點(diǎn)兩側(cè)布置接線箱，使用柔性活動(dòng)電纜進(jìn)行連接，集電器和定向天線接收器則安裝在起重機(jī)移動(dòng)小車上的集電器牽引支架上。因?yàn)槠鹬貦C(jī)的前大梁需要俯仰抬起或下降，所以對(duì)于鉸點(diǎn)位置的滑觸線采用鉸點(diǎn)對(duì)接器進(jìn)行集電器的導(dǎo)向連接，其中集電器碳刷安裝于集電器牽引支架上通過集電器的拉伸彈簧，使集電器碳刷以一個(gè)恒定的壓力接觸于滑觸線進(jìn)行導(dǎo)電。

4.2 系統(tǒng)電氣運(yùn)行原理

岸變集裝箱起重機(jī)滑觸線移動(dòng)供電系統(tǒng)，其主要原理是通過從電氣房引入動(dòng)力電源及控制信號(hào)至鉸點(diǎn)接線箱，通過接線箱內(nèi)部的接觸器以電纜為介質(zhì)輸送電源至滑觸線，再通過集電器小車上的集電器碳刷與滑觸線聯(lián)接導(dǎo)通至小車接線箱，然后通過電纜與小車的供電系統(tǒng)相聯(lián)接，給起重機(jī)小車系統(tǒng)提供電源及控制信號(hào)。動(dòng)力線采用三相四線方式，分別為 L1、L2、L3、PE；小車緊?？刂齐娫础⒕o停信號(hào)、起升上極限信號(hào)等一些需要硬件連接的信號(hào)也通過滑觸線傳輸；小車司機(jī)室與電氣房 PLC 之間的通訊則采用漏波電纜和無(wú)線通信的方式；

4.3 無(wú)線通信回路構(gòu)成

電氣房主PLC和小車架司機(jī)室從站各配置一塊以太網(wǎng)通信模塊，主PLC與從站PLC之間通過以太網(wǎng)方式進(jìn)行通信；在主控柜內(nèi)安裝光電轉(zhuǎn)換交換機(jī)，通過光纖傳輸?shù)轿挥阢q點(diǎn)處的滑觸線控制箱；鉸點(diǎn)滑觸線控制箱內(nèi)配置一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換交換機(jī)，將光纜信號(hào)轉(zhuǎn)成以太網(wǎng)信號(hào)接入西門子IWLAN無(wú)線通信模塊，經(jīng)過功率分配器，分別接入前后大梁的漏波通信電纜；通信電纜采用了2.4GHz 漏波電纜，漏波電纜的饋入站由符合 IEEE 802.11 b/g（2.4GHz）標(biāo)準(zhǔn)的AP組成，實(shí)現(xiàn)了接入點(diǎn)與客戶端之間的無(wú)線實(shí)時(shí)通訊；在小車頂?shù)幕|線控制箱內(nèi)配置西門子IWLAN無(wú)線通信模塊的客戶端，客戶端的接收天線與漏波電纜之間進(jìn)行高可靠信號(hào)傳輸；客戶端的另一側(cè)則通過以太網(wǎng)與司機(jī)室內(nèi)PLC站的以太網(wǎng)通信模塊相連接，從而構(gòu)成了無(wú)線通訊回路。

5 結(jié)語(yǔ)

滑觸線供電及無(wú)線通信技術(shù)在岸邊集裝箱起重機(jī)上可以很好的解決固有小車移動(dòng)供電方式的弊端，從而提高系統(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性。對(duì)碼頭而言，該系統(tǒng)降低了維護(hù)成本及停機(jī)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了低投資成本。

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