淺淡裝船機電控系統(tǒng)技術

孔祥進

[摘 要]神華黃驊港務公司的6000t/h裝船機采用了技術先進的控制系統(tǒng)。該機傳動部分主要由檢測單元、保護單元、變頻逆變器和交流變頻電機組成；控制部分由PLC和DH+通訊線路組成。各機構采用變頻電機，實現(xiàn)了從零到最大轉速下的無級調速，使裝船機操作平穩(wěn)，有利于裝卸作業(yè)的準確定位，同時可大大減少起制動過程中的沖擊，提高作業(yè)效率。

[關鍵詞]裝船機 電控系統(tǒng) 裝置技術

中圖分類號：TH243.2 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）15-0212-01

引言：裝船機的一般特點是工況復雜、驅動裝置多、裝機功率大。裝船機具有伸縮臂架、俯仰臂架升降溜筒、大車行走、進行除塵作業(yè)和臂架皮帶機輸送等功能?？蛇_到6000t/h的生產(chǎn)率。從結構上看，裝船機是由控制部分和傳動部分組成的?？刂撇糠职ㄓ簿€回路即繼電器與接觸器邏輯電路，PLC和通訊線路組成；傳動部分包括保護單元、測量單元、交流變頻電機和變頻逆變器。

一、PLC控制系統(tǒng)

整機的邏輯控制是通過PLC實現(xiàn)的。整機PLC鏈接系統(tǒng)是由遠程從站和若干個設備組成的。采用DHRIO通訊作為溜筒升降機構、臂架俯仰機構、臂架伸縮機構和大車行走機構的總線形式，將它們和司機室的風速儀一起與PLC柜內的PLC模塊相鏈接，即時風速信號、重量或幅度限制信號、相關位置信號傳送到PLC。

二、裝船機與中控系統(tǒng)的通信

裝船機與中控系統(tǒng)的通信采用硬線和單膜光纜聯(lián)鎖、有線等通信方式，傳遞聯(lián)鎖信號及設備狀態(tài)信息，并接收中控系統(tǒng)指令。中央控制系統(tǒng)分配IP地址，裝船機配置了以太網(wǎng)交換機，連接中控PLC系統(tǒng)。裝船機通過抗惡環(huán)境的管理以太網(wǎng)交換機，連接PLC模塊、PANNELVIEW等，并預留了端口及管線通道，用于連接無線AP，形成與地面計算機網(wǎng)絡的備份通訊鏈路。控制系統(tǒng)與CCR采用光纖工業(yè)以太網(wǎng)通訊方式進行通訊。

三、裝船機主供電回路配置

交流-直流-交流變頻回路是目前大部分裝船機采用的電力傳動系統(tǒng)，由于電動機構功率較大，且數(shù)目較多，因此采用電氣室電源柜集中供電方式，然后按照負荷、工作時間、運行效率和功率大小組合各個機構分柜。

裝船機6千伏電源由變電所6KV饋線開關柜提供，通過電纜引到地面中間接線箱，通過橡膠電纜、電纜卷筒和集電環(huán)，進入到機上進線柜。再從高壓饋線柜饋出，到變壓器，變壓器將6KV電源變?yōu)?00V電源。對于各個傳動柜的電源接入來說，普遍采用并聯(lián)的方式供電。因為裝船機上電動機都為感性負載，所以在總的400V電源饋出后，第一路先接入電容補償器，用來提高整個裝船機的功率因數(shù)。第二路經(jīng)過斷路器Q2饋出，作為應急回路電源，維修回路電源控制回路電源以及機上維修用電源插頭電源。第三路經(jīng)過斷路器Q7饋出作為機上照明用電源。第四路經(jīng)過斷路器Q1饋出，為行走驅動、俯仰驅動、伸縮驅動、溜筒驅動等各驅動機構提供動力電源。

四、裝船機驅動裝置

1、 行走機構驅動裝置

行走驅動裝置由電機、制動器、減速箱等組成，電機采用三相鼠籠式異步電動機，共用20臺電機驅動。為了防止裝船機滑移及在暴風時溜車，設有夾軌器及錨固器。

夾軌器可由司機室單獨控制關閉與打開。在夾軌器關閉時，在35m/s風速下裝船機不會出現(xiàn)滑移。同時夾軌器有打開與關閉狀態(tài)檢測信號，與裝船機行走控制進行聯(lián)鎖控制。當夾軌器為關閉狀態(tài)時，裝船機不允許行走。

為了防止裝船機在最大風速55m/s的暴風時沿軌道滑移，于門架兩側各設置一套錨定裝置，該裝置同樣與行走機構連鎖，在錨定狀態(tài)下行走機構不能動作。

裝船機行走距離由行走編碼器測量，數(shù)據(jù)通過PU10傳至PLC。在行走的前端和末端分別設置防碰開關。當大車行走到軌道終端或兩機互相接近時，防碰限位開頭觸角與止擋接觸，觸角方向改變，便開頭觸點由常閉變?yōu)槌ｉ_，大機的行走進度由低速變?yōu)橥Ｖ埂?/p>

2、 俯仰驅動裝置

驅動裝置安裝在塔架上部平臺上，由電動機、減速器、制動器和卷筒，俯仰鋼絲繩組成。為確保安全，設置兩套制動器，一套設置在高速軸上，一套設置在低速軸上。在俯仰范圍內，懸臂可以安全地停留在任何位置。俯仰角度有俯仰編碼器測量，其俯仰角度可在司機室HMI界面上進行顯示。俯仰范圍內的最高和最低位置設置有限位開關。俯仰速度檢測方面有超速開關，當因傳動軸或齒輪組等損壞造成臂架過速下滑時，超速開關動作，俯仰變頻器停止輸出，并且安全制動器抱閘。

3、 懸臂伸縮機構

伸縮驅動設置在主臂上，采用雙驅動型。由電動機、制動器、減速器等組成。在主臂上設置行程開關，限制伸縮臂架的最大和最小伸縮距離。小臂伸縮距離由伸縮編碼器測量，同樣其伸縮距離值也顯示在HMI界面上。在臂架做上漲動作時，臂架的后方設置有止擋器，為防止臂架在做上仰運動時撞壞后止擋器，必須要求小臂架縮到后限位，否則臂架停止上漲。同時為了防止伸縮電機過負荷，程序控制中設置了超過35°檢測，當臂架俯仰角度在35°以上時，禁止臂架做伸縮運動。

4、 溜筒裝置

溜筒驅動裝置包括溜筒旋轉、擺動等裝置，溜筒動作的動力均由液壓站提供。為了保證溜筒旋轉的動力，液壓站電機采用xxxKW電機。溜筒的旋轉動作靠液壓馬達驅動而擺動動作由液壓缸形式驅動。在溜筒平臺及溜筒周圍分別設置防碰開關，在溜筒及溜筒平臺即將與船發(fā)生碰撞時觸發(fā)報警并停機。

5、 懸臂皮帶機

皮帶機采用尾部驅動，由電動機、減速機、液力耦合器、制動器、滾筒等組成。驅動裝置有足夠的能力，在滿載情況下啟動而不出現(xiàn)皮帶打滑現(xiàn)象。另外為保護皮帶，懸臂皮帶機上還設置了，皮帶打滑開關，跑偏開關，堵料開關及用于緊急停機的拉繩開關。

6、 電纜卷筒裝置

電纜卷筒裝置用于大機行走時電纜的電纜卷、放。每臺機械接有動力、控制兩套電纜卷筒裝置、均放置在尾車上。同時動力纜卷筒與動力纜卷筒分別設置了過松與過緊開關，當卷纜出現(xiàn)過松或過緊情況時，相應開關觸發(fā)，通過PLC系統(tǒng)禁止大機再做行走運動，從而避免卷纜受到破壞。

八、大車行走控制、裝船機大車行走控制過程

下面以裝船機行走控制為例進行介紹。首先合上裝船機行走電機電源空開、裝船機行走電機制動器電源空開、動力電纜卷筒空氣開關、控制電纜卷筒空氣開關，送上低壓電總空開Q1。在大機進行行走之前，需要先打開夾軌器。在控制臺摁下夾軌器打開按鈕，夾軌器打開按鈕開關指令進入PLCIO模塊。PLC控制器進行邏輯計算，在夾軌器準備條件就緒的情況下，輸出夾軌器液壓站電機啟動命令，和夾軌器打開電子閥開閥命令。電磁閥線圈得電，夾軌器打開。夾軌器打開到位開關檢測到夾軌器打開到位信號后，關閉液壓站電機并將打開到位信號送入PLC，作為行走命令發(fā)出的前提條件。在操作臺將操作手柄置于右行一檔位置，右行信號傳至PLC，一檔速度信號也以模擬量形式傳入PLC。PLC運算后，輸出行走變頻器接觸器閉合命令以及右行方向命令，行走電機制動器打開命令，動力纜電機 制動器打開命令，控制纜電機制動器打開命令。各自制動器打開檢測開關檢測到制動器打開到位信號后，PLC向行走變頻器輸出制動器準備就緒信號，同時以模擬量形式向變頻器輸出速度信號。大機開始做右行運動，與此同時動力纜電機與控制纜電機分別得電驅動動力纜卷筒和控制纜卷筒運轉，以進行收放纜。操作手柄推入二擋，PLC檢測到速度輸入模擬量的變化，經(jīng)過運算后向變頻器輸出相應速度的模擬量，使變頻器驅動行走電機以二擋對應的速度向右行走。行走結束后，操作手柄回到零位。PLC停止向變頻器輸出速度與方向信號，行走電機制動器閉合，動力纜電機制動器與控制纜電機制動器也相應閉合。

結語：綜上所述，神華黃驊港務公司的6千伏裝船機電控系統(tǒng)是采用了先進技術，在安全性和邏輯性方面都強于現(xiàn)存普遍使用的裝船機，同時這些技術也適用于其他港口裝卸設備的自動化控制。

參考文獻

[1]張笑明；方茂林；；6000t/h裝船機電控系統(tǒng)設計[J]；港口裝卸；2011年03期