橋式抓斗卸船機(jī)電氣控制系統(tǒng)研究與優(yōu)化

王定華， 王伯鴻

（杭州華新機(jī)電工程有限公司， 浙江 杭州 310030）

引言

目前我國港口仍使用較多老舊的卸船機(jī)，在卸料時也往往使用人工手動方式，從而造成了小車與抓斗速度控制的不合理，嚴(yán)重影響了卸船效率。為有效改善這一現(xiàn)象，就必須實現(xiàn)橋式抓斗卸船機(jī)自動化控制，解決好卸船機(jī)在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的擺動問題，降低卸船機(jī)司機(jī)的勞動強(qiáng)度，不斷提高卸船效率。

1 橋式抓斗卸船機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 金屬結(jié)構(gòu)

橋式抓斗卸船機(jī)所包含的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要有前后拉桿、前后門架、側(cè)撐桿、上門架、側(cè)桁架、機(jī)房架、接料斗和支架等[1]。對大部分金屬結(jié)構(gòu)來說，所使用的構(gòu)造為薄壁封閉矩形，利用Q345 合金鋼打造而成，在每一個金屬結(jié)構(gòu)連接部位處使用了焊接或螺栓連接。

1.2 四卷筒機(jī)構(gòu)

通常情況下，四卷筒機(jī)構(gòu)主要安裝在機(jī)房內(nèi)，通過四個滾筒向不同的方向旋轉(zhuǎn)，以此實現(xiàn)抓斗的起升和啟閉。當(dāng)起升電機(jī)被開啟后，可以充分利用它的減速機(jī)所發(fā)揮的作用，使兩個滾筒同向旋轉(zhuǎn)，以此來有效實現(xiàn)抓斗的降落與升起；當(dāng)閉電機(jī)開啟后，利用減速機(jī)使兩個滾筒同向旋轉(zhuǎn)，以此來有效實現(xiàn)抓斗的張開與閉合；當(dāng)小車引動機(jī)開啟時，同時開啟二臺減速機(jī)，那么四個滾筒就會相互構(gòu)成一對滾筒，然后通過相向或相反的方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以此來完成小車向前或向后運(yùn)行；當(dāng)起升、啟閉電機(jī)與小車引動電機(jī)三者之間同時工作時，橋式抓斗就可以有效曲線行走。

1.3 變幅機(jī)構(gòu)

對于變幅機(jī)構(gòu)來說，它需要安裝在四卷筒機(jī)構(gòu)后，利用90 kW 功率的交流電機(jī)，促使減速機(jī)工作，然后通過滾筒的不同方向選裝，讓鋼絲索來回縮放，有效保障前端大梁順利升降。

1.4 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)

橋式抓斗卸船機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要是由四組八輪行走小車所構(gòu)成，且每組小車的行走方式都采用了半驅(qū)動，即在八個輪子當(dāng)中，有四個輪子是從動輪，而另外四個輪子則為驅(qū)動輪。整機(jī)共由32 個輪子組成，其采用的驅(qū)動設(shè)備為電機(jī)、聯(lián)軸器、減速器一體，驅(qū)動設(shè)備驅(qū)使每組小車車輪轉(zhuǎn)動，以此帶動大車運(yùn)行。大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)臺車組如圖1 所示。

圖1 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)臺車組

2 橋式抓斗卸船機(jī)控制系統(tǒng)組成部分

2.1 電氣控制系統(tǒng)

在電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，橋式抓斗卸船機(jī)電氣控制系統(tǒng)主要由四部分組成，即執(zhí)行層、監(jiān)控層、控制層與管理層[2]。其中執(zhí)行層主要是指電動機(jī)；控制層主要是由各種各樣的控制器所組成；監(jiān)控層是指圖像終端，在正常運(yùn)行的過程中，通過監(jiān)控層能夠高效實現(xiàn)與控制層之間信息交流，有效實現(xiàn)了控制橋式抓斗卸船機(jī)電氣系統(tǒng)的目的；對管理層而言，主要指的是管理人員所使用到的計算機(jī)，在管理層中，管理者可以先將收集到的信息加以有效管理，然后再運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)自身具有的優(yōu)勢，有效實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和維護(hù)，進(jìn)而讓橋式抓斗卸船機(jī)電氣運(yùn)行系統(tǒng)正常工作。

2.2 控制系統(tǒng)硬件組成部分

2.2.1 傳動裝置

該裝置在電氣控制系統(tǒng)中，是最主要的組成部分，在一般情況下，企業(yè)通常都會通過西門電子交流全變頻控制系統(tǒng)，來對傳動裝置實施控制，這樣可以更有效地確保將電能逆回電網(wǎng)中，使空斗下方的能量得到充分發(fā)揮。

2.2.2 控制裝置

該裝置的核心內(nèi)容是PLC，其在使用的過程中具有集成程度高、操作靈活以及可靠性好的特點，這樣能夠有效保障在控制橋式抓斗卸船機(jī)時，減少一些不必要的復(fù)雜過程。

2.2.3 監(jiān)控裝置

對于監(jiān)控裝置來說，其主要目的就是監(jiān)控橋式抓斗卸船機(jī)在運(yùn)行過程中的狀態(tài)，在監(jiān)控過程中，其主要是由工業(yè)觸摸屏以及管理系統(tǒng)兩個部分所組成。

2.2.4 變頻器

變頻器分為兩種類型，一種為直接式，另外一種為間接式，現(xiàn)階段使用最廣泛的變頻器類型為間接式?？煽毓柙谑褂眠^程中，往往會用在一些功率比較大的變頻器中，同時在每一個變頻器當(dāng)中，還設(shè)有了專門的可調(diào)頻率裝置，這樣能夠有效確保在使用的過程中可在移動范圍之內(nèi)進(jìn)行調(diào)整頻率，以此來更好地對電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行控制。

3 優(yōu)化橋式抓斗卸船機(jī)控制系統(tǒng)的有效措施

3.1 對控制系統(tǒng)進(jìn)行改造

在橋式抓斗卸船機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，具有運(yùn)行效率較高的優(yōu)勢，采用科學(xué)的控制抓斗技術(shù)與卸船自動化技術(shù)，有效減少了機(jī)械運(yùn)行過程對橋式抓斗卸船機(jī)所造成的一些不良沖擊力，讓一些機(jī)械物理磨損得到了有效解決，同時維修的次數(shù)與時間也得到了有效緩解，全面提升了機(jī)械工作效率。

在配置ABB 生產(chǎn)的ACS880 多傳動系統(tǒng)時，需要遵循好直流母線原則，這樣能夠有效實現(xiàn)利用一個電源與一個制動裝置對多臺變頻器進(jìn)行控制。此外，在選擇系統(tǒng)供電裝置時，可以選擇前端IGBT 或者二極管，這樣能夠讓多臺電動機(jī)在驅(qū)動的情況下，更好地滿足多傳動應(yīng)用需求。在設(shè)計過程中，選擇多個元件以及直流總線的方式，這是因為電網(wǎng)在獲取電能時，并不是每一個元件都能夠達(dá)到理想的要求，比如小車系統(tǒng)在移動階段，開啟閉合功能時所需要用到的電能，都是由小車自身所提供的。通過這樣的設(shè)計方式，大大節(jié)省了整流器的空間，同時整流器的尺寸也變得越來越小，在很大程度上有效降低了檢修的時間與成本，提高了維修效率。

在最終的改進(jìn)方案中選用PM866CPU 模塊，模塊在安裝時選擇了S 系列，其原因是因為該系列具有一定的抗振性能。在節(jié)省小車抓斗運(yùn)行時間方面，所使用的最基礎(chǔ)方法是根據(jù)一些相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行計算小車與抓斗的啟動時間與位置，在這個過程中，相關(guān)工作人員需要保障這一系列操作在合理的安全范圍內(nèi)，使電氣控制系統(tǒng)合理地去控制小車速度，以此來有效抑制抓斗的擺動，這樣不僅有效提升橋式抓斗卸船機(jī)在工作過程中的效率，還在很大程度上降低了橋式抓斗卸船機(jī)對機(jī)械設(shè)備自身的沖擊力。

3.2 采用遠(yuǎn)程操作協(xié)同系統(tǒng)

隨著我國科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也得到了全面的發(fā)展，僅僅依靠一張4G 網(wǎng)卡就可以實現(xiàn)對單臺橋式抓斗卸船機(jī)的控制。如果卸船機(jī)在正常運(yùn)行的過程中，突然出現(xiàn)了故障現(xiàn)象，ABB 工程師便可以不再受時間與地點的限制，只要選擇有網(wǎng)絡(luò)的地方，利用一部手機(jī)或者電腦為現(xiàn)場提供高質(zhì)量指導(dǎo)。在這個過程中，為了有效避免橋式抓斗卸船機(jī)受到病毒的攻擊，ABB 工程師在指導(dǎo)的過程中，需要將自己的網(wǎng)卡插入CMS，當(dāng)故障得到有效解決后，用戶要立即將網(wǎng)卡拔出，進(jìn)而讓橋式抓斗卸船機(jī)盡早與網(wǎng)絡(luò)脫離。除此之外，在應(yīng)用遠(yuǎn)程操作協(xié)同系統(tǒng)時，還需要不斷升級24 h 全天值班系統(tǒng)，做到對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實時保護(hù)。

3.3 模塊安裝

在模塊安裝環(huán)節(jié)中，首先需要將使用周期較長，且位于PLC 柜內(nèi)的西門子模塊進(jìn)行拆除，對拆除完成的電纜接頭，要做到妥善保管。然后嚴(yán)格按照改造之后的圖紙，遵循控制電纜連接的原則，安裝ABBPLC模塊。最后，在電氣房主站PLC 與外部分站PLC 之間，還需要使用ProfibusDP 通信。

4 結(jié)語

在港口散貨船接卸時，為了能夠確保該設(shè)備能夠正常運(yùn)行，保障電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文主要首先闡述了橋式抓斗卸船機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后對橋式抓斗卸船機(jī)控制系統(tǒng)組成部分進(jìn)行了分析，最后研究了優(yōu)化橋式抓斗卸船機(jī)控制系統(tǒng)的有效措施，確保橋式抓斗卸船機(jī)得以正常運(yùn)行，對我國橋式抓斗卸船機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造具有借鑒意義。