岸橋吊具ABB 800變頻器干擾通信故障解決方案

周興奎

岸橋作為裝卸集裝箱的專業(yè)設(shè)備，在現(xiàn)代化集裝箱碼頭得到廣泛應(yīng)用。集裝箱碼頭岸橋吊具電纜卷盤系統(tǒng)一般選用丹佛斯VLT 5000變頻器，該變頻器運(yùn)行不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)故障，加之其結(jié)構(gòu)緊湊，造成拆裝復(fù)雜、維修困難且耗時(shí)較長等問題?？紤]到碼頭作業(yè)的時(shí)效性，用運(yùn)行穩(wěn)定的ABB 800變頻器取代丹佛斯VLT 5000變頻器來驅(qū)動(dòng)吊具電纜卷盤系統(tǒng)電機(jī)。更換變頻器后，吊具電纜卷盤系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，但吊具通信系統(tǒng)卻因此受到干擾，致使岸橋在運(yùn)行過程中出現(xiàn)吊具信號(hào)丟失的情況。

1 岸橋吊具通信原理

岸橋吊具控制系統(tǒng)采用控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）總線與司機(jī)室通信模塊通信，通信模塊將信號(hào)轉(zhuǎn)換為過程現(xiàn)場總線（Process Field Bus，PROFIBUS）與控制系統(tǒng)可編程邏輯控制器建立通信（見圖1）。當(dāng)CAN總線有信號(hào)時(shí)，高位數(shù)據(jù)線的電壓為，低位數(shù)據(jù)線的電壓為；當(dāng)CAN總線無信號(hào)時(shí)，高位數(shù)據(jù)線和低位數(shù)據(jù)線的電壓均為。信號(hào)的高低電平差很小。由于結(jié)構(gòu)原因，吊具的通信電纜、油泵動(dòng)力電纜與控制電源電纜由1根吊具電纜連接，因此，吊具的通信電纜與油泵動(dòng)力電纜會(huì)相互影響。

圖1 吊具通信原理

2 岸橋吊具ABB 800變頻器干擾通信故障分析

更換ABB 800變頻器后，岸橋吊具電纜卷盤系統(tǒng)試運(yùn)行正常。當(dāng)岸橋開始起升動(dòng)作（吊具電纜卷盤系統(tǒng)隨之起升運(yùn)轉(zhuǎn)）并接通吊具油泵后，系統(tǒng)不時(shí)地報(bào)吊具開/閉鎖故障，導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。若岸橋在關(guān)閉吊具油泵后進(jìn)行起升動(dòng)作，則系統(tǒng)運(yùn)行正常。

檢查吊具油泵回路，線路正常。檢查吊具通信模塊，發(fā)現(xiàn)變頻器在有力矩輸出時(shí)接通吊具油泵，通信模塊的指示燈不停閃爍，系統(tǒng)通信不穩(wěn)定。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致吊具通信異常的原因是變頻器的高次諧波干擾；但使用丹佛斯VLT 5000變頻器時(shí)并無此現(xiàn)象。拆解丹佛斯VLT 5000變頻器后發(fā)現(xiàn)其充電電阻采用的是繞線電阻。當(dāng)VLT 5000變頻器運(yùn)行時(shí)，充電電阻相當(dāng)于輸入電抗器，起到抑制變頻器干擾電網(wǎng)的作用。由此判斷ABB 800變頻器是通過輸入端對(duì)其他通信線路形成干擾的。

為驗(yàn)證上述觀點(diǎn)，對(duì)岸橋吊具進(jìn)行以下操作：在關(guān)閉吊具油泵時(shí)進(jìn)行起升操作，吊具通信正常；只接通吊具油泵而不進(jìn)行起升操作，吊具通信正常；接通吊具油泵后操作起升機(jī)構(gòu)，吊具通信模塊的指示燈閃爍，表明通信受到干擾。經(jīng)檢查，初步判斷上述通信故障由ABB 800變頻器產(chǎn)生的高次諧波經(jīng)吊具油泵的動(dòng)力電纜引入吊具電纜所致。查看電氣原理圖，發(fā)現(xiàn)變頻器輸入端與吊具油泵使用同一電源。如圖2所示：由于丹佛斯VLT 5000變頻器具有對(duì)輸入端干擾的抑制作用，變頻器內(nèi)部的干擾不容易影響電網(wǎng)；而由于ABB 800變頻器沒有輸入濾波器，無法抑制其對(duì)電網(wǎng)的影響。當(dāng)接通吊具油泵時(shí)，由于吊具油泵與吊具通信模塊共用電纜，ABB 800變頻器輸入端通過油泵電源干擾到吊具通信，導(dǎo)致吊具通信異常并報(bào)故障；但隨后可很快恢復(fù)。

圖2 變頻器供電原理

由于吊具電纜中只有吊具通信回路采用直流CAN總線且其信號(hào)的高低電平差很小，故該回路極易因受到干擾而出現(xiàn)失真；其余線路皆由電壓為的交流電源供電，其受諧波的干擾較小。

3 岸橋吊具ABB 800變頻器干擾通信故障

解決方案

3.1 加裝輸入電抗器

輸入電抗器的作用為：限制電網(wǎng)電壓突變和操作過電壓引起的電流沖擊、平滑電源電壓中包含的尖峰脈沖或平滑橋式蒸餾電路換相時(shí)產(chǎn)生的電壓缺陷，其既能阻止來自電網(wǎng)的干擾，又能減輕整流電源產(chǎn)生的諧波電流對(duì)電網(wǎng)的影響。不過，加裝輸入電抗器需要改造設(shè)備線路、鉆孔和攻螺紋，工程量較大，在集裝箱碼頭作業(yè)緊張時(shí)，不允許長時(shí)間進(jìn)行故障處理。

3.2 并聯(lián)電容器

鑒于ABB 800變頻器的高次諧波干擾吊具電纜，在通信模塊輸入端將高次諧波過濾掉即可解決信號(hào)失真問題；若有元件吸收部分諧波，則可確保吊具通信數(shù)據(jù)包的準(zhǔn)確性。去耦電容器的工作原理為，流過電容器的電流與電壓成正比，電壓越大，電流就越大，干擾也越大；因此，并聯(lián)電容器可達(dá)到減小干擾的目的。為此，在吊具通信模塊的通信端口并聯(lián)1個(gè)電容器（見圖3），經(jīng)多次試驗(yàn)，選用電容容量為100 F的電容器的抗干擾效果最好。并聯(lián)電容器后，吊具通信模塊的指示燈閃爍頻率明顯降低，在歷時(shí)近半年的使用過程中，未出現(xiàn)吊具信號(hào)異常故障。

圖3 吊具通信模塊通信端口并聯(lián)電容器接線

雖然在吊具通信模塊的通信端口并聯(lián)去耦電容器的抗干擾效果不如在變頻器輸入端加裝輸入電抗器的效果，但前者通過較小的改動(dòng)即可解決故障，適用于對(duì)抗干擾要求不高的通信故障解決方案，并且具有減少資源浪費(fèi)、節(jié)省故障處理時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。

（編輯：謝塵 收稿日期：2014-07-22）