黃驊港移動(dòng)單機(jī)電纜卷筒防拖纜保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用

張秋華， 劉華琳

（神華黃驊港務(wù)公司，河北滄州061113）

0 引言

電纜卷筒是確保港口移動(dòng)單機(jī)設(shè)備（例如堆料機(jī)、取料機(jī)、裝船機(jī)等）運(yùn)行的重要設(shè)備。如果電纜卷筒發(fā)生電纜拖纜、電纜松弛等事故，將導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行，對(duì)設(shè)備造成損害并且使裝載運(yùn)輸工作效率大大降低。出現(xiàn)電纜拖纜、電纜松弛等事故的主要原因是因?yàn)楝F(xiàn)有的電纜換向限位裝置可靠性不高，經(jīng)常在電纜松弛時(shí)不能及時(shí)動(dòng)作，導(dǎo)致電纜拖纜的事故以及電纜損壞。而且，在發(fā)生電纜拖纜事故后，控制系統(tǒng)也不能檢測(cè)到其故障狀態(tài)，不能在第一時(shí)間進(jìn)行警告和維修，存在安全隱患。

本文針對(duì)電纜拖纜情況問(wèn)題，敘述了通過(guò)單機(jī)原有的換向限位信號(hào)配合單機(jī)行走距離數(shù)據(jù)（多圈編碼器、DGPS等數(shù)據(jù)）或地面固定保持型磁力開(kāi)關(guān)信號(hào)等多種方法，有效判斷電纜是否發(fā)生拖纜故障，從而消除了原有設(shè)備存在的安全隱患。

1 單機(jī)電纜卷筒保護(hù)系統(tǒng)主要組成機(jī)構(gòu)

單機(jī)電纜卷筒保護(hù)系統(tǒng)包括：1）第一檢測(cè)裝置。安裝在電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備行走支架上，用于檢測(cè)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備的位置。2）第二檢測(cè)裝置。安裝在電纜卷筒導(dǎo)向架的外側(cè)支架上，用于檢測(cè)電纜卷筒導(dǎo)向架的狀態(tài)。3）接收器。與所述第一檢測(cè)裝置和第二檢測(cè)裝置連接，用于接收來(lái)自第一檢測(cè)裝置的移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)和來(lái)自第二檢測(cè)裝置的導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)。4）控制器。與所述接收器連接，用于根據(jù)接受到的移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)和導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)判斷電纜卷筒是否正常工作，并在判斷電纜卷筒正常工作的情況下，控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作，在判斷電纜卷筒故障的情況下，控制電纜卷筒停止收放纜操作，同時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)。

2 防拖纜保護(hù)系統(tǒng)的具體保護(hù)方式

圖1 電纜卷筒的控制系統(tǒng)方框圖

圖1是根據(jù)電纜保護(hù)系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的示例用于控制電纜卷筒的系統(tǒng)的方框圖。如圖所示，該系統(tǒng)包括：1）第一檢測(cè)裝置。安裝在電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備行走支架上，用于檢測(cè)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備的位置；2）第二檢測(cè)裝置。安裝在電纜卷筒導(dǎo)向架的外側(cè)支架上，用于檢測(cè)電纜卷筒導(dǎo)向架的狀態(tài)；3）接收器。與第一檢測(cè)裝置和第二檢測(cè)裝置連接，用于接收來(lái)自第一檢測(cè)裝置的移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)和來(lái)自第二檢測(cè)裝置的導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)；4）控制器。與接收器連接，用于根據(jù)接收到的移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)和導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)判斷電纜卷筒是否正常工作?？刂破髟谂袛嚯娎|卷筒故障的情況下，控制電纜卷筒停止收放纜操作，并輸出報(bào)警信號(hào)。在發(fā)現(xiàn)電纜卷筒的工作故障時(shí)及時(shí)報(bào)警并停止電纜卷筒的運(yùn)行，可以第一時(shí)間進(jìn)行維修，防止安全事故的發(fā)生，節(jié)約了人力和物力資源。

圖2～圖4分別顯示出電纜保護(hù)系統(tǒng)的電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備位于換向點(diǎn)處、第一區(qū)域以及第二區(qū)域時(shí)的正常狀態(tài)。如圖2所示，當(dāng)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備經(jīng)過(guò)中間換向點(diǎn)時(shí)（即移動(dòng)設(shè)備位于換向點(diǎn)處，此時(shí)電纜卷筒上已經(jīng)纏繞滿了電纜，也稱為滿盤(pán)），電纜卷筒導(dǎo)向架正常狀態(tài)下應(yīng)當(dāng)處于圖中所示的狀態(tài)。圖3和圖4中的第一區(qū)域以及第二區(qū)域分別對(duì)應(yīng)第一狀態(tài)和第二狀態(tài)。其中，第一區(qū)域可以定義為換向點(diǎn)左側(cè)的區(qū)域，對(duì)應(yīng)于圖3所示的第一狀態(tài)；第二區(qū)域可以定義為換向點(diǎn)右側(cè)的區(qū)域，對(duì)應(yīng)于圖4所示的第二狀態(tài)。

圖2 電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備位于換向點(diǎn)處時(shí)的正常狀態(tài)

圖3 電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備位于第一區(qū)域時(shí)的正常狀態(tài)

圖4 電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備位于第二區(qū)域時(shí)的正常狀態(tài)

根據(jù)本設(shè)計(jì)電纜保護(hù)系統(tǒng)，假設(shè)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備從第一區(qū)域開(kāi)始向換向點(diǎn)（即電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備在換向點(diǎn)左側(cè)）移動(dòng)并開(kāi)始纏繞電纜，此時(shí)安裝在電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備行走支架上的第一檢測(cè)裝置可以檢測(cè)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備的位置并將移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)發(fā)送給接收器。其中，第一檢測(cè)裝置可以是諸如感應(yīng)開(kāi)關(guān)（例如保持型磁性開(kāi)關(guān)等）、編碼器（例如多圈編碼器等）或DGPS等的各種適當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置。電纜保護(hù)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中有的采用了保持型磁性開(kāi)關(guān)，有的采用了多圈編碼器，目前采用的這兩種檢測(cè)開(kāi)關(guān)均運(yùn)行可靠、穩(wěn)定。

根據(jù)電纜保護(hù)系統(tǒng)的一種實(shí)施方式，第一檢測(cè)裝置可以是保持型磁力開(kāi)關(guān)，該磁力開(kāi)關(guān)可以通過(guò)感應(yīng)磁鐵的位置來(lái)改變狀態(tài)（例如閉合狀態(tài)和斷開(kāi)狀態(tài)）并保持該狀態(tài)直到下一次發(fā)生感應(yīng)。可以對(duì)第一檢測(cè)裝置進(jìn)行設(shè)置，使得當(dāng)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備由第一區(qū)域開(kāi)始經(jīng)過(guò)換向點(diǎn)（即電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備在換向點(diǎn)左側(cè)）時(shí)，第一檢測(cè)裝置改變其狀態(tài)從“0”變?yōu)椤?”（即斷開(kāi)狀態(tài)到閉合狀態(tài)），而當(dāng)由第二區(qū)域再次經(jīng)過(guò)換向點(diǎn)（即電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備在換向點(diǎn)右側(cè)）時(shí)，第一檢測(cè)裝置改變其狀態(tài)從“1”變?yōu)椤?”（即閉合狀態(tài)到斷開(kāi)狀態(tài)）。因此當(dāng)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備在第一區(qū)域時(shí)，第一檢測(cè)裝置狀態(tài)為“0”并將其作為移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)發(fā)送給接收器；而當(dāng)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備在第二區(qū)域時(shí)，第一檢測(cè)裝置狀態(tài)為“1”并將其作為移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)發(fā)送給與其連接的接收器。

同時(shí)，安裝在電纜卷筒導(dǎo)向架的外側(cè)支架上的第二檢測(cè)裝置可以檢測(cè)電纜卷筒導(dǎo)向架的狀態(tài)，并發(fā)送導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)給接收器。其中，第二檢測(cè)裝置采用了電磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)。安裝在對(duì)應(yīng)于圖3中的導(dǎo)向架所在區(qū)域的外側(cè)支架上?？梢詫?duì)第二檢測(cè)裝置進(jìn)行設(shè)置，使得將圖3（電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備位于第一區(qū)域）中所示的導(dǎo)向架狀態(tài)作為感應(yīng)狀態(tài)（例如為“1”），而將圖4（電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備位于第二區(qū)域）中所示的導(dǎo)向架狀態(tài)作為非感應(yīng)狀態(tài)（例如為“0”）。即當(dāng)導(dǎo)向架狀態(tài)為圖3所示時(shí)，第二檢測(cè)裝置狀態(tài)為“1”并將其作為導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給接收器，以及當(dāng)導(dǎo)向架狀態(tài)為圖4所示時(shí)，第二檢測(cè)裝置狀態(tài)為“0”并將其作為導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給與其連接的接收器。之后，與接收器連接的控制器根據(jù)接收到的移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)和導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)判斷電纜卷筒是否正常工作，在判斷電纜卷筒正常工作的情況下，控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作。

具體地，控制器中預(yù)先存儲(chǔ)有第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)（即電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備處于第一區(qū)域時(shí)導(dǎo)向架的正常狀態(tài)）和第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)（即電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備處于第二區(qū)域時(shí)導(dǎo)向架的正常狀態(tài)）?？刂破鞲鶕?jù)預(yù)先設(shè)置的程序，首先根據(jù)移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)判斷電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備處于第一區(qū)域還是第二區(qū)域，如上所述，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)為“0”時(shí)，判斷電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備在第一區(qū)域，當(dāng)移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)為“1”時(shí)，判斷電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備在第二區(qū)域。當(dāng)控制器判斷電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備處于第一區(qū)域時(shí)，再根據(jù)導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)判斷導(dǎo)向架是否處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)（如上所述，當(dāng)導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)為“1”時(shí)，判斷導(dǎo)向架處于第一狀態(tài)），并在判斷導(dǎo)向架處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)時(shí)判斷電纜卷筒正常工作。之后，控制器可以根據(jù)行走方向來(lái)控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作。例如，控制器當(dāng)前已知移動(dòng)設(shè)備在第一區(qū)域并處于第一狀態(tài)，而此時(shí)如果行走方向?yàn)槌瘬Q向點(diǎn)的方向（例如操作手柄的輸入信號(hào)），則控制器控制電纜卷筒執(zhí)行收纜操作，如果行走方向?yàn)橄喾捶聪?，則控制電纜卷筒執(zhí)行放纜操作。相反地，如果判斷導(dǎo)向架不處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)（例如導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)為“0”，判斷導(dǎo)向架處于第二狀態(tài)）時(shí)，則判斷電纜卷筒故障，此時(shí)停止后續(xù)收放纜操作，并輸出報(bào)警信號(hào)。例如，將報(bào)警信號(hào)輸出到報(bào)警裝置（例如指示燈、蜂鳴器以及顯示器等）進(jìn)行及時(shí)報(bào)警，防止安全事故的發(fā)生。

當(dāng)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備在第二區(qū)域時(shí)類(lèi)似的過(guò)程被執(zhí)行，即控制器在判斷電纜卷筒處于第二區(qū)域時(shí)根據(jù)導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)判斷導(dǎo)向架是否處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)，并在判斷導(dǎo)向架處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)時(shí)判斷電纜卷筒正常工作。之后，控制器可以根據(jù)行走方向來(lái)控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作。例如，控制器當(dāng)前已知移動(dòng)設(shè)備在第二區(qū)域并處于第二狀態(tài)，而此時(shí)如果行走方向?yàn)槌驌Q向點(diǎn)的方向（例如操作手柄的輸入信號(hào)），則控制器控制電纜卷筒執(zhí)行收纜操作，如果行走方向?yàn)橄喾捶聪?，則控制電纜卷筒執(zhí)行放纜操作。相反地，如果判斷導(dǎo)向架不處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)（如判斷導(dǎo)向架處于第一狀態(tài)）時(shí)，則判斷電纜卷筒故障，此時(shí)停止后續(xù)收放纜操作，并輸出報(bào)警信號(hào)。例如，將報(bào)警信號(hào)輸出到報(bào)警裝置（例如指示燈、蜂鳴器、以及顯示器等）進(jìn)行及時(shí)報(bào)警，防止安全事故的發(fā)生。

圖5是根據(jù)電纜保護(hù)系統(tǒng)的一種實(shí)施方式用于控制電纜卷筒的方法的流程圖。如圖5所示，在步驟a中，通過(guò)安裝在電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備行走支架上的第一檢測(cè)裝置檢測(cè)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備的位置，以及通過(guò)安裝在電纜卷筒導(dǎo)向架的外側(cè)支架上的第二檢測(cè)裝置檢測(cè)電纜卷筒導(dǎo)向架的狀態(tài)。在步驟b中，接收來(lái)自第一檢測(cè)裝置的移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)和來(lái)自第二檢測(cè)裝置的導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)。在步驟c中，根據(jù)移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)和導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)判斷電纜卷筒是否正常工作。在步驟d中，在判斷電纜卷筒正常工作的情況下，控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作。在步驟e中，在判斷電纜卷筒故障的情況下，控制電纜卷筒停止收放纜操作，并輸出報(bào)警信號(hào)。

圖5 電纜卷筒的控制方法流程圖

具體來(lái)說(shuō)，假設(shè)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備從第一區(qū)域開(kāi)始向換向點(diǎn)（即電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備在換向點(diǎn)左側(cè)）移動(dòng)并開(kāi)始纏繞電纜，安裝在電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備行走支架上的第一檢測(cè)裝置可以檢測(cè)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備的位置并發(fā)送移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)給接收器，安裝在電纜卷筒導(dǎo)向架的外側(cè)支架上的第二檢測(cè)裝置可以檢測(cè)電纜卷筒導(dǎo)向架的狀態(tài)，并發(fā)送導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)給接收器，這分別為步驟a和步驟b。在步驟c中，控制器用于根據(jù)移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)判斷電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備處于第一區(qū)域還是第二區(qū)域，當(dāng)控制器判斷電纜卷筒處于第一區(qū)域，則之后控制器根據(jù)導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)判斷導(dǎo)向架是否處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)，并在判斷導(dǎo)向架處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)時(shí)判斷電纜卷筒正常工作。在步驟d中，控制器可以根據(jù)行走方向來(lái)控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作。相反，如果判斷導(dǎo)向架不處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)（如處于第二狀態(tài)）時(shí)，則判斷電纜卷筒故障。在步驟e中，停止后續(xù)收放纜操作，并輸出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備在第二區(qū)域時(shí)類(lèi)似的過(guò)程被執(zhí)行，控制器在判斷電纜卷筒處于第二區(qū)域時(shí)根據(jù)所述導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)判斷導(dǎo)向架是否處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)，并在判斷導(dǎo)向架處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)時(shí)判斷電纜卷筒正常工作。在步驟d中，控制器可以根據(jù)行走方向來(lái)控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作，相反，如果判斷導(dǎo)向架不處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)（如處于第一狀態(tài)）時(shí)，則判斷電纜卷筒故障。接著在步驟e中，停止后續(xù)收放纜操作，并輸出報(bào)警信號(hào)。

電纜保護(hù)系統(tǒng)提供的用于控制電纜卷筒的系統(tǒng)，采用了第一檢測(cè)裝置和第二檢測(cè)裝置對(duì)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備的位置和電纜卷筒的導(dǎo)向架狀態(tài)進(jìn)行了實(shí)時(shí)檢測(cè)，并根據(jù)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備的位置和電纜卷筒的導(dǎo)向架狀態(tài)來(lái)判斷電纜卷筒是否正常工作，并且只在判斷電纜卷筒正常工作的情況下才進(jìn)行電纜卷筒的收纜或放纜，由于該系統(tǒng)綜合考慮了電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備所在的位置以及導(dǎo)向架狀態(tài)來(lái)判斷電纜卷筒是否正常工作，避免了現(xiàn)有的換向檢測(cè)裝置不考慮電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備所在位置而導(dǎo)致的無(wú)法正確辨識(shí)電纜卷筒故障的問(wèn)題，從而消除了安全隱患，避免了事故的發(fā)生，提高了裝載運(yùn)輸效率。

3 結(jié)論

1）此單機(jī)電纜卷筒保護(hù)系統(tǒng)的特征為：該系統(tǒng)包括安裝在電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備行走支架上的第一檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備的位置；安裝在電纜卷筒導(dǎo)向架的外側(cè)支架上第二檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)電纜卷筒導(dǎo)向架的狀態(tài)；與第一檢測(cè)裝置和第二檢測(cè)裝置連接的接收器，用于接收來(lái)自第一檢測(cè)裝置的移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)和來(lái)自第二檢測(cè)裝置的導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)；與接收器連接的控制器用于根據(jù)移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)和導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)判斷電纜卷筒是否正常工作，并在判斷電纜卷筒正常工作的情況下，控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作，在判斷電纜卷筒故障的情況下，控制電纜卷筒停止收放纜操作，并輸出報(bào)警信號(hào)。

2）控制器用于根據(jù)移動(dòng)設(shè)備位置信號(hào)判斷電纜卷筒的移動(dòng)設(shè)備處于第一區(qū)域還是第二區(qū)域，在判斷電纜卷筒處于第一區(qū)域時(shí)，根據(jù)導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)判斷導(dǎo)向架是否處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)，并在判斷導(dǎo)向架處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)時(shí)，判斷電纜卷筒正常工作，以及在判斷電纜卷筒處于第二區(qū)域時(shí)，根據(jù)導(dǎo)向架狀態(tài)信號(hào)判斷導(dǎo)向架是否處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)，并在判斷導(dǎo)向架處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)時(shí)判斷電纜卷筒正常工作。