岸邊集裝箱橋吊電氣控制系統(tǒng)探究

劉曉波 祝學(xué)東

摘要：當(dāng)前商品貿(mào)易時(shí)代對(duì)貨運(yùn)措施的提升，使得集裝箱運(yùn)輸以及港口裝卸設(shè)備的需求快速升高，在此需求下，以橋吊為主的裝卸運(yùn)載設(shè)備及其相關(guān)的電氣設(shè)備系統(tǒng)成為了行業(yè)研究的重點(diǎn)內(nèi)容，通過(guò)提升電氣控制系統(tǒng)的操作便利性以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)便性，能夠更好的實(shí)現(xiàn)高效率化的運(yùn)輸效率。

關(guān)鍵詞：岸邊集裝箱；裝卸橋吊；電氣控制系統(tǒng)

橋吊設(shè)備多數(shù)是以其內(nèi)部接卸結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳動(dòng)帶動(dòng)大型機(jī)械吊裝集裝箱等重型物資，根據(jù)其動(dòng)作特點(diǎn)以及物資類型需要多重輔助機(jī)構(gòu)、起升、小車、大車和俯仰機(jī)構(gòu)等器具實(shí)現(xiàn)橋吊整體運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)橋吊技術(shù)設(shè)備的發(fā)展已貼近世界化的水平，但對(duì)于很多電氣配件的選擇搭配，甚至設(shè)計(jì)方面的因素考量，還都存在不成熟的細(xì)節(jié)情況，而為了調(diào)動(dòng)橋吊的各部分設(shè)備，需要合理規(guī)劃電氣設(shè)備的傳動(dòng)位置以及線路搭配方法，因此對(duì)于專門(mén)處理集裝箱物資的橋吊設(shè)備，需要合理設(shè)計(jì)其電氣控制系統(tǒng)，不僅能夠提升運(yùn)載效率，同時(shí)能夠節(jié)約能源物資。

一、國(guó)內(nèi)橋吊設(shè)備電氣控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

集裝箱貨運(yùn)體系在國(guó)際上占據(jù)的運(yùn)輸類型比例已經(jīng)逐漸提升到了相當(dāng)高的水平，并且貨運(yùn)類型以及規(guī)格種類都開(kāi)始有了明確的標(biāo)準(zhǔn)，與其相配套的橋吊設(shè)備也因此具備了更高效率的控制系統(tǒng)，尤其是電氣控制系統(tǒng)的升級(jí)進(jìn)步更是迅猛發(fā)展，我國(guó)在集裝箱橋吊電氣控制系統(tǒng)方面發(fā)展時(shí)間短但進(jìn)步迅速，并且為了保證多種類使用模式，應(yīng)對(duì)船舶運(yùn)輸?shù)闹芷谥鸩娇s短，更加需要大功率同時(shí)高安全性的電氣控制系統(tǒng)以維持港口裝卸貨運(yùn)的效率。

當(dāng)前港口電氣控制系統(tǒng)的改革主要在于通過(guò)常規(guī)繼電器控制加上發(fā)動(dòng)機(jī)到電動(dòng)機(jī)的可編程式傳動(dòng)，以PLC編程控制驅(qū)動(dòng)直流驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行工作，讓裝載效率能夠大幅度提升，傳統(tǒng)橋吊設(shè)備在電氣控制系統(tǒng)上需要以繼電器進(jìn)行多個(gè)環(huán)節(jié)的聯(lián)動(dòng)操作，不僅對(duì)于人員技能經(jīng)驗(yàn)要求高，同時(shí)容易出現(xiàn)誤操作等情況，而當(dāng)前通過(guò)可控編程的模式，能夠極大的提升工作效率，并且保證穩(wěn)固性，因此這一電氣控制系統(tǒng)的升級(jí)帶來(lái)了行業(yè)性的革命。

而另外一項(xiàng)技術(shù)上的大進(jìn)步則在于驅(qū)動(dòng)方式，直流驅(qū)動(dòng)固然能夠帶來(lái)良好的效率，但當(dāng)前通過(guò)國(guó)際市場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，交流驅(qū)動(dòng)能夠帶來(lái)更多的優(yōu)勢(shì)，保持功率因數(shù)的穩(wěn)定，并且產(chǎn)生的諧波電流可控范圍更為標(biāo)準(zhǔn)，甚至不需要額外的濾波裝置即可進(jìn)行常規(guī)操作，減輕了橋吊設(shè)備的成本負(fù)擔(dān)，同時(shí)為設(shè)備整體進(jìn)行了減重，讓橋吊結(jié)構(gòu)的一體化屬性更加成熟。交流驅(qū)動(dòng)技術(shù)已成為橋吊設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)的主流驅(qū)動(dòng)方式?，F(xiàn)在的橋吊電控系統(tǒng)有多種選擇，ABB ，安川，西門(mén)子等電控系統(tǒng)都已廣泛應(yīng)用于橋吊中，高壓10KV -20KV通過(guò)高壓進(jìn)線柜再到主變壓器降壓到480V到主驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)過(guò)整流和逆變，通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)；通過(guò)輔變壓器降壓后，可以控制橋吊的各個(gè)輔助系統(tǒng)。對(duì)于各個(gè)橋吊所需要的工況進(jìn)行PLC編程，再將PLC 與各個(gè)控制站建立通訊，精準(zhǔn)控制實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能。

二、橋吊設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與電氣控制系統(tǒng)的關(guān)系

橋吊設(shè)備體積巨大并且運(yùn)載力也屬于高水準(zhǔn)，因此其外形設(shè)計(jì)與其控制系統(tǒng)的運(yùn)作具有相當(dāng)高的關(guān)聯(lián)度，當(dāng)前橋吊設(shè)備的外形設(shè)計(jì)已經(jīng)基本趨于一致，一方面是為了保證維修和規(guī)格化的標(biāo)準(zhǔn)一致，同時(shí)也為了保證運(yùn)作過(guò)程中維持相同的電氣控制系統(tǒng)，避免因技術(shù)規(guī)格或者操作方式不同造成工作人員重復(fù)培訓(xùn)的資源浪費(fèi)。

通常起升機(jī)構(gòu)以及俯仰機(jī)構(gòu)加上各類輔助機(jī)構(gòu)就能夠完整形成一套集裝箱橋吊設(shè)備的外貌，并且搭載照明、運(yùn)載等系統(tǒng)后，能夠更為高效的實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)輸以及人員更替等行為。橋吊在正式投入作業(yè)前，也需要對(duì)各部分設(shè)施進(jìn)行檢測(cè)檢查，避免運(yùn)作過(guò)程中發(fā)生危險(xiǎn)，對(duì)于這一點(diǎn)，電氣控制系統(tǒng)也不例外。

而電氣控制系統(tǒng)在其中的主要作用就是通過(guò)執(zhí)行控制以及監(jiān)控管理來(lái)產(chǎn)生效用，各類傳感器以及硬件檢測(cè)元件的使用用于提升編程控制器的效率，并且能夠通過(guò)故障檢測(cè)隨時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的使用情況以及潛在故障區(qū)，現(xiàn)在的橋吊基本都有故障顯示軟件，當(dāng)機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，在顯示屏都會(huì)有顯示，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于橋吊運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。例如在橋吊使用過(guò)程中運(yùn)載力以及能源設(shè)備維持情況的顯示，能夠通過(guò)電氣控制系統(tǒng)的輸出幅度有所展現(xiàn)，操作人員根據(jù)控制系統(tǒng)回饋的數(shù)據(jù)可分析出當(dāng)前橋吊運(yùn)載集裝箱貨物的強(qiáng)度是否超出預(yù)期，避免超負(fù)荷運(yùn)載對(duì)橋吊設(shè)備產(chǎn)生損傷。

另外當(dāng)前技術(shù)水平的提升讓橋吊設(shè)備也具有了更高的可操控性，甚至能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接對(duì)外傳輸監(jiān)控視頻，提升吊裝裝卸的遠(yuǎn)程監(jiān)控水準(zhǔn)，進(jìn)一步保障安全系數(shù)。電氣系統(tǒng)的覆蓋范圍在橋吊使用中也因此不斷提升，未來(lái)還會(huì)有更多電子設(shè)備成為橋吊當(dāng)中的重要輔助工具，為提升工作效率帶來(lái)良性的轉(zhuǎn)化。

為了保障橋吊設(shè)備的安全性能，一般都需要配備低壓配電保護(hù)設(shè)施以及PLC控制柜等設(shè)備提升安全性能，部分對(duì)系統(tǒng)工作效率具有關(guān)鍵性影響力的設(shè)備都有專門(mén)的提示，方便維修檢測(cè)人員進(jìn)行維護(hù)工作，同時(shí)單獨(dú)連接的繼電器能夠避免多重連線產(chǎn)生的安全故障。不過(guò)在岸邊工作環(huán)境下這一類型的保護(hù)柜需要妥善的保護(hù)措施，在安裝固定 散熱空間 方便維修 以及受潮等方面尤其需注意。

三、橋吊電氣設(shè)備提升工作效率的具體方式

對(duì)于橋吊設(shè)備的電氣控制輔助，除了常規(guī)的電路設(shè)備之外，還有一部分承擔(dān)自動(dòng)控制的預(yù)備方案，尤其是在人工操作精度以及細(xì)微性難以達(dá)到對(duì)應(yīng)的等級(jí)的情況下，通過(guò)吊具自動(dòng)加裝的方式，運(yùn)用電氣控制來(lái)實(shí)現(xiàn)更為精密的操作方法，也是橋吊集裝箱過(guò)程中經(jīng)常使用的一種辦法，其中包括電子防搖技術(shù)。

通常電子防搖以直接或間接兩種方式完成，通過(guò)加裝反饋反射裝置對(duì)吊裝集裝箱的擺動(dòng)幅度進(jìn)行控制，減少因?yàn)槿藶椴僮鞒霈F(xiàn)的晃動(dòng)等問(wèn)題，而間接方式則是通過(guò)搖擺幅度進(jìn)行控制，將其限定在一定的范圍區(qū)間內(nèi)，因此晃動(dòng)幅度相比于直接式要大一些，但所需要的控制難度更小。

對(duì)于橋吊自動(dòng)作業(yè)控制，需要細(xì)致化的編程才能夠完成，將閉鎖結(jié)構(gòu)以及裝箱布局完整輸入到橋吊操控機(jī)械設(shè)備中，在測(cè)定具體方位后，按照預(yù)定數(shù)值起吊，充分發(fā)揮自動(dòng)定位運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)，縮短平均的橋吊作業(yè)時(shí)間。這也是電氣設(shè)備在橋吊吊裝集裝箱過(guò)程中最具技術(shù)化的應(yīng)用方式?，F(xiàn)在的橋吊正在往自動(dòng)化方向發(fā)展，未來(lái)自動(dòng)化也必將成為趨勢(shì)?，F(xiàn)在的上海洋山港和國(guó)外的摩洛哥港口等橋吊的自動(dòng)化控制都已比較成熟。除了電子防搖等功能，自動(dòng)化橋吊也運(yùn)用了集卡引導(dǎo)系統(tǒng)CPS（Chassis Position System）和SPSS船型掃描系統(tǒng)系統(tǒng)（Ship Profile Scanning System）。集卡引導(dǎo)系統(tǒng)是基于3D激光掃描的定位系統(tǒng)，可縮短岸橋下的集裝箱裝卸時(shí)間，提高裝卸效率。船型掃描系統(tǒng)系統(tǒng)使用激光器實(shí)時(shí)掃描下方的堆箱輪廓、建立基于小車坐標(biāo)系的輪廓圖，通過(guò)與PLC之間的通訊，控制機(jī)構(gòu)及時(shí)減速，避免可能的碰撞危險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)小車防撞與智能軟著箱功能。

當(dāng)前不僅在國(guó)內(nèi)應(yīng)用這些技術(shù)手段，同時(shí)我國(guó)在技術(shù)發(fā)展前景上也已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，甚至部分發(fā)達(dá)國(guó)家的作業(yè)工程也會(huì)專門(mén)通過(guò)我國(guó)的橋吊技術(shù)來(lái)完成機(jī)械組裝或者大型設(shè)備搬運(yùn)的工作，如圖（1）的岸邊橋吊大型作業(yè)場(chǎng)景，即為我國(guó)設(shè)備服務(wù)于國(guó)際產(chǎn)業(yè)。未來(lái)在岸邊橋吊集裝箱產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，中國(guó)技術(shù)也將具有一席之地。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，港口機(jī)械設(shè)備使用著實(shí)需要通過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范以及調(diào)整技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)更高效率的集裝箱運(yùn)載效果，未來(lái)電氣設(shè)備的行業(yè)使用需求要求其控制系統(tǒng)的更新效率提升，也就代表著每一代電器控制系統(tǒng)的使用壽命將逐漸縮短，同時(shí)也是對(duì)于操作人員技術(shù)要求的一個(gè)巨大上升，需要隨時(shí)保持活躍性以及與行業(yè)的同步性，因此在實(shí)際工作中應(yīng)當(dāng)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)同時(shí)對(duì)集裝箱橋吊設(shè)備的使用及電氣系統(tǒng)的控制形成規(guī)范化的操作體系，及時(shí)更新系統(tǒng)以保證工作效率，為高效便捷化的港口裝卸模式提供有力保障。

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（作者單位：上海振華港機(jī)重工有限公司）