岸邊集裝箱起重機(jī)小車通信系統(tǒng)改造探索

摘 要：文章將日照港岸邊集裝箱起重機(jī)小車通信系統(tǒng)這一案例作為研究重點(diǎn)，針對(duì)其存在的故障問題，對(duì)其基本原理與系統(tǒng)架構(gòu)等多個(gè)方面進(jìn)行了有效創(chuàng)新，以跳頻通信技術(shù)為基礎(chǔ)提出了無線通信改造的方案。經(jīng)實(shí)際改造以后，小車通信系統(tǒng)的運(yùn)行更加平穩(wěn)，且通信故障的發(fā)生幾率有所下降。

關(guān)鍵詞：岸邊集裝箱起重機(jī)；小車通信系統(tǒng)；改造；探索

1 小車通信系統(tǒng)故障概述

日照港集裝箱發(fā)展有限公司擁有四臺(tái)岸邊集裝箱起重機(jī)小車移動(dòng)通信系統(tǒng)，其中，系統(tǒng)主要是對(duì)滑觸線供電和電力載波通信的方式實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的有效傳輸，進(jìn)而確保小車的動(dòng)力供給，并對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行有效地控制。但是，在實(shí)際使用過程中，受故障的影響而導(dǎo)致控制電源經(jīng)常斷開或者是運(yùn)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)急剎的問題。而在故障顯示屏中顯示了多種故障提示。另外，電氣房和司機(jī)室PLC218通信模塊的RX與TX指示燈會(huì)出現(xiàn)異常的閃爍情況。

由于控制電源斷開，所以，岸橋小車以及起升機(jī)構(gòu)會(huì)在實(shí)際運(yùn)行的過程中發(fā)生緊急剎車的問題，就會(huì)導(dǎo)致甩箱碰撞或是起升鋼絲繩受到損壞等多種事故，進(jìn)而增加司機(jī)的心理壓力。根據(jù)實(shí)際調(diào)查與統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，小車通信類型的故障，其發(fā)生不具有一定的規(guī)律，且頻度也不固定。如果故障頻繁，則每班次會(huì)出現(xiàn)3-10次左右。在這種情況下，該公司裝卸生產(chǎn)與設(shè)備的安全受到極大的威脅，嚴(yán)重影響其裝卸工作的質(zhì)量與效率。

2 岸邊集裝箱起重機(jī)小車通信系統(tǒng)的改造方案解構(gòu)

2.1 系統(tǒng)故障的具體原因

導(dǎo)致控制電源突然斷開的主要原因就是程序通信的檢測(cè)存在問題，而這同樣也是岸橋電氣控制系統(tǒng)在規(guī)避設(shè)備失控方面所采取的自我保護(hù)方式。其中，岸橋安川電控系統(tǒng)主要是對(duì)通信故障檢測(cè)程序來對(duì)小車通信進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，而為了能夠有效地避免小車等運(yùn)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)失控的情況，會(huì)在PLC間設(shè)置相應(yīng)的通信檢測(cè)程序。這樣一來，就能夠在若干檢測(cè)點(diǎn)的作用下，確保小車的PLC和主PLC間通信的可靠程度控制在允許的范圍之內(nèi)。

小車通信系統(tǒng)在改造以前，其原理圖見圖1。主要通過三方面對(duì)通信故障的原因進(jìn)行分析：其一，電力載波通信系統(tǒng)本身的抗干擾能力比較薄弱，所以，很容易受到外界或者是線路上諧波的嚴(yán)重干擾；其二，由于電力載波通信的傳輸速率相對(duì)緩慢，所以，很難滿足光纜傳輸?shù)乃俣?；其三，安川電控系統(tǒng)PLC CP-218模塊是以太網(wǎng)通信模塊，所以，針對(duì)數(shù)據(jù)冗余的設(shè)計(jì)、抗干擾能力以及響應(yīng)速度等方面尚未滿足控制系統(tǒng)所提出的具體要求[1]。為此，在實(shí)際運(yùn)行的過程中，設(shè)備發(fā)生通信故障的幾率有所提高。

2.2 小車通信系統(tǒng)的改造思路以及技術(shù)方案內(nèi)容

通信系統(tǒng)在工業(yè)控制中的應(yīng)用，需要具備一定的實(shí)時(shí)性與可靠性，而這也同樣是對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)判的具體指標(biāo)。經(jīng)過相關(guān)分析已經(jīng)明確了通信系統(tǒng)改造的具體目標(biāo)。第一，對(duì)通信模式進(jìn)行改變。其中，將載波通信方案完全摒棄，由于無法采用光纜等有線方式，所以最終選擇無線通信方案。與此同時(shí)，無線通信方式一定要具備抗干擾的能力，進(jìn)而有效地滿足控制系統(tǒng)的通信需求，與港口的無線環(huán)境相吻合。第二，經(jīng)過改造的系統(tǒng)不能夠使用安川CP-218這一以太網(wǎng)模塊，而是要采用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線方式。在這種情況下，可以采用安川CP-215以及CP-216模塊接口對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸。

以上是小車通信系統(tǒng)的具體改造思路，而針對(duì)上述想法，可以提出相應(yīng)的改造架構(gòu)，并研發(fā)新型系統(tǒng)，將其應(yīng)用在設(shè)備改造當(dāng)中。新型系統(tǒng)將CP-215總線接入以及無線跳頻技術(shù)作為重要基礎(chǔ)，有效地彌補(bǔ)了之前系統(tǒng)存在的不足之處，實(shí)現(xiàn)了改造的具體要求。而在實(shí)踐應(yīng)用過程中，改造以后的系統(tǒng)在運(yùn)行方面更加平穩(wěn)，而且不存在通信故障。

圖1表示的是經(jīng)過改造以后的系統(tǒng)原理圖。小車通信系統(tǒng)在改造以后，采用的是電氣房CP-317PLC加載CP-215的模塊，與此同時(shí)，在光纖和后大梁無線系統(tǒng)的連接作用下，充分利用無線編碼空中傳輸和小車無線系統(tǒng)通信，將其接入到司機(jī)室PLC215總線當(dāng)中，進(jìn)而完成傳輸數(shù)據(jù)的主要目的。其中，215總線通信的優(yōu)先級(jí)是最高隊(duì)列等級(jí)，而且實(shí)際的通信效率和PLC掃描周期并無聯(lián)系。相比較于原有系統(tǒng)，其應(yīng)用層的組成部分是CP-218，通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)透明傳輸，但是，經(jīng)由改造以后，系統(tǒng)數(shù)據(jù)在交換方面突顯出可靠性以及實(shí)時(shí)性的特征，而且數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾什怀^100ms。而對(duì)于后大梁和司機(jī)室間無線傳輸，系統(tǒng)則能夠?qū)勺児β室约疤l擴(kuò)頻技術(shù)予以靈活地應(yīng)用。其中，發(fā)射的最大功率只有200mW，而雙向數(shù)據(jù)帶寬為4Mb/s。另外，射頻發(fā)射與接收，甚至是轉(zhuǎn)發(fā)都是在同一塊板的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)高度集成，且實(shí)際的靈敏度已經(jīng)達(dá)到了-108dBm。

圖1 經(jīng)改造以后的無線通信原理圖

2.3 改造方案中的技術(shù)創(chuàng)新

2.3.1 自適應(yīng)跳頻技術(shù)的有效應(yīng)用

在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造的過程中，靈活地應(yīng)用了可變功率與跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，比較常應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，其抗干擾能力極強(qiáng)，且具有明顯的高傳輸保密性能。其中，該技術(shù)的頻率控制在2.4-2.4835GHz范圍內(nèi)，與此同時(shí)，在實(shí)現(xiàn)頻率自適應(yīng)的基礎(chǔ)上同樣將功率自適應(yīng)控制在1-200mW之間。針對(duì)跳頻通信而言，通過接收方來分析并檢測(cè)通信鏈路，明確被干擾的頻點(diǎn)，指出可以運(yùn)用跳頻的頻率集，進(jìn)而在反饋通道的幫助下及時(shí)向發(fā)射方反饋，以保證后大梁與司機(jī)室之間的雙向鏈路可以與信道的變化相適應(yīng)?；诖?，將被干擾的頻率全部刪除，并且在不存在干擾的狀態(tài)之下，在隊(duì)列當(dāng)中添加頻點(diǎn)，與此同時(shí)，向發(fā)送方通知，進(jìn)而使用全新頻點(diǎn)來將舊頻點(diǎn)序列進(jìn)行及時(shí)地替換。

2.3.2 總線數(shù)據(jù)接入目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

小車通信系統(tǒng)在高在之前，其兩端所采用的是CP-218模塊與安川系統(tǒng)相連接。但是，因?yàn)樵撃K自身工業(yè)以太網(wǎng)特性缺失，所以，控制回路數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)以及實(shí)時(shí)性效果并不明顯。而經(jīng)由改造以后的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了Memobus站與215總線的直接接入，所以，與原有的以太網(wǎng)透明傳輸方式相比，后者并不需要調(diào)用相關(guān)指令，而且實(shí)際的通信效率和PLC掃描周期并不存在關(guān)系，一定程度上增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的傳輸效率。

2.3.3 系統(tǒng)免維護(hù)的特性明顯

彌補(bǔ)了原有載波通信系統(tǒng)通信質(zhì)量的問題，將滑觸線系統(tǒng)的小維護(hù)量與運(yùn)行成本不高的優(yōu)勢(shì)保留下來。將平板主線當(dāng)作重要載體，并且被安裝于岸橋小車和后大梁中，而天線的殼體所使用的則是工業(yè)級(jí)別的PVC材質(zhì)。在完成安裝以后不需要維護(hù)，在惡劣環(huán)境中的適應(yīng)力極強(qiáng)。

小車通信系統(tǒng)在改造以后，延時(shí)情況有所減少，能夠?qū)⑵淇刂圃?0-100ms之間?；诖耍ㄟ^對(duì)自適應(yīng)跳頻技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)本身的抗同頻干擾能力不斷增強(qiáng)，且數(shù)據(jù)的同步速度逐漸增加。當(dāng)小車通信系統(tǒng)處于電磁環(huán)境當(dāng)中，其無線通信不會(huì)中斷，且設(shè)備作業(yè)的安全性有所提升。不僅能夠彌補(bǔ)設(shè)備之前系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，同時(shí)還能夠節(jié)省設(shè)備制造的成本，所以，逐漸成為岸邊集裝箱起重機(jī)小車通信系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]甄紀(jì)軍，朱健，孫謙，等.岸邊集裝箱起重機(jī)小車通信系統(tǒng)改造[J].港口科技，2015（11）：18-21.

作者簡(jiǎn)介：許文彬（1975-），男，漢族，上海人，本科，主任工程師，研究方向：岸邊集裝箱起重機(jī)小車通信系統(tǒng)。