港口裝卸設(shè)備單機(jī)多電控系統(tǒng)的整合研究及應(yīng)用

張建國　武彬　石正雄

摘 要：隨著港口裝卸設(shè)備的自動化和復(fù)雜程度提高，設(shè)備的電控系統(tǒng)種類和樣式呈現(xiàn)多元化的趨勢。由于設(shè)備主電控系統(tǒng)與各子系統(tǒng)品牌的差異，對于設(shè)備備件、維修一體化的管理造成困難。通過對設(shè)備電控系統(tǒng)進(jìn)行一體化升級和改造研究，將主系統(tǒng)與子系統(tǒng)進(jìn)行整合，能夠有效解決備件管理、技術(shù)管理、成本管控中存在的難題，在設(shè)備管理工作中具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：多電控系統(tǒng);整合研究;應(yīng)用;設(shè)備管理

中圖分類號：U653.92? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）10-0057-02

隨著全球一體化的推進(jìn)，港口物流業(yè)得以迅速發(fā)展，貨運(yùn)船舶朝著大型化趨勢發(fā)展，港口裝卸設(shè)備的復(fù)雜程度以及自動化程度都不斷提高。并且由于裝備制造業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化生產(chǎn)，設(shè)備的電控系統(tǒng)種類和樣式呈現(xiàn)多元化的趨勢。設(shè)備主電控系統(tǒng)與各子系統(tǒng)存在品牌差異，雖然可以通過系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)整機(jī)的可靠運(yùn)行，但是對于設(shè)備備件、維修一體化的管理造成困難。由于多種電控系統(tǒng)的存在，需要增加庫存種類來保證設(shè)備的正常運(yùn)行。同時，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備可靠的運(yùn)行，需要增加額外的通訊設(shè)備來將信息統(tǒng)一處理，維修人員也需要相應(yīng)掌握更多的技能來維護(hù)設(shè)備的運(yùn)行，設(shè)備的維保標(biāo)準(zhǔn)也很難進(jìn)行統(tǒng)一。這些都不利于設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化管理的實(shí)現(xiàn)。

近年港口裝卸設(shè)備的電控系統(tǒng)發(fā)展迅速，安川、西門子、ABB等眾多品牌都有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。以我公司堆場裝卸設(shè)備場橋?yàn)槔?，分析港口裝卸設(shè)備單機(jī)多電控系統(tǒng)當(dāng)前存在的問題與整合的方案研究。

1 港口裝卸設(shè)備單機(jī)多電控系統(tǒng)存在的問題

天津港歐亞國際集裝箱碼頭有限公司采用電纜卷盤式市電場橋，與以往傳統(tǒng)燃油場橋相比，增加了單獨(dú)的電纜卷盤驅(qū)動系統(tǒng)，在設(shè)備最初選型時，主機(jī)電控系統(tǒng)采用日本安川品牌，對于新增卷盤電控系統(tǒng)采用了西門子品牌。在場橋大車機(jī)構(gòu)運(yùn)行時，主電控系統(tǒng)與卷盤電控系統(tǒng)需要進(jìn)行通訊，配合完成場橋運(yùn)行時的電纜收放，同時根據(jù)大車加減速，控制卷盤的收放力矩。主電路通過變頻器對電機(jī)進(jìn)行控制，變頻器通過ASI總線與PLC通訊模塊連接，對電機(jī)進(jìn)行力矩控制。而在放纜過程中產(chǎn)生的回饋能量則通過制動單元進(jìn)入制動電阻吸收。由于主電控系統(tǒng)與輔助機(jī)構(gòu)電控系統(tǒng)品牌差異，帶來以下問題：

（1）單機(jī)多電控系統(tǒng)需使用額外的通訊模塊實(shí)現(xiàn)整機(jī)通訊。不同品牌的電控系統(tǒng)通訊一般都采用專有的通訊模塊，無法實(shí)現(xiàn)不同品牌之間模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的通訊要求。一般需要特定的通訊模塊將信號轉(zhuǎn)化為FROFIBUS、CANBUS等總線協(xié)議，才能實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的通訊。

（2）單機(jī)多電控系統(tǒng)設(shè)備備件種類多，占用庫存資金大。由于不同品牌電控系統(tǒng)零部件通用性較差，為了保證設(shè)備的運(yùn)行，需要對每套電控系統(tǒng)的易損件、關(guān)鍵零部件進(jìn)行采購，加大了企業(yè)運(yùn)營的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。以我公司場橋?yàn)槔?，需要對兩套電控系統(tǒng)單獨(dú)采購PLC、IO模塊、變頻器、制動單元等備件，無法實(shí)現(xiàn)互通互用。

（3）各系統(tǒng)之間集成度不夠高，不便于故障檢修。作為場橋卷盤輔助系統(tǒng)，卷盤運(yùn)行相對獨(dú)立，與安川主系統(tǒng)之間通訊主要有大車運(yùn)行信號，加減速信號;卷盤西門子系統(tǒng)PLC反饋給主系統(tǒng)信號有卷盤OK信號、卷盤系統(tǒng)故障信號、電纜過緊或松纜信號。對于因卷盤變頻器故障或制動單元導(dǎo)致的卷盤系統(tǒng)故障，無法通過設(shè)備故障顯示屏、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控電纜顯示對應(yīng)的故障代碼，需要利用電腦連接西門子PLC系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)，給檢修造成較大不便。

（4）單機(jī)多電控系統(tǒng)增加維修人員學(xué)習(xí)難度。維修人員需對每種電控系統(tǒng)的PLC特點(diǎn)、編程方法、日常維護(hù)注意事項(xiàng)、檢查等進(jìn)行掌握和學(xué)習(xí)，需要較多的知識儲備。公司的設(shè)備維護(hù)采用全外包模式，由于維修人員流動性較大，以及人員學(xué)歷結(jié)構(gòu)分布不均等因素，很容易造成設(shè)備維修技術(shù)力量的嚴(yán)重流失，導(dǎo)致人員的設(shè)備維修能力不足，從而引起設(shè)備故障修復(fù)時間較長、重復(fù)性故障較多等現(xiàn)象，對設(shè)備管理指標(biāo)的考核指標(biāo)產(chǎn)生影響，無法滿足公司正常運(yùn)營需求。

2 港口裝卸設(shè)備單機(jī)多電控系統(tǒng)整合研究與應(yīng)用

對設(shè)備單機(jī)多電控系統(tǒng)整合可以通過三個途徑解決，一是對子系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，實(shí)現(xiàn)與主電控系統(tǒng)的統(tǒng)一;二是將原有子系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)備件可替代，以及深度的系統(tǒng)集成，將更多的IO信號通訊給主電控系統(tǒng)，但是仍然無法解決維修人員需掌握的知識點(diǎn)較多，導(dǎo)致人員維修能力不足的問題;三是將主電控系統(tǒng)改造，實(shí)現(xiàn)與子電控系統(tǒng)的統(tǒng)一，具體方案描述對比如下：

表1

根據(jù)以上三個方案的對比，結(jié)合公司場橋的實(shí)際情況，我們認(rèn)為方案一，改造投入成本較低，改造后解決了備件停產(chǎn)問題，降低了維保難度，最終電纜的隨動效果較好，滿足使用要求。

具體改造方案為更換現(xiàn)有西門子卷盤電控系統(tǒng)的控制PLC、變頻器及制動單元，選擇主電控系統(tǒng)品牌的CP-816擴(kuò)展模塊，實(shí)現(xiàn)卷盤系統(tǒng)所有信號的接入，安川主PLC可以對所有信號進(jìn)行調(diào)用，將信號邏輯程序編寫在主PLC內(nèi)，通過對照故障代碼可以實(shí)現(xiàn)在設(shè)備故障顯示屏、監(jiān)控管理系統(tǒng)故障日志中直接查看該子系統(tǒng)的故障履歷，能夠快速定位故障點(diǎn)，故障排查針對性更強(qiáng)。

采用安川A1000系列變頻器代替原西門子變頻器，A1000系列變頻器采用耐環(huán)境設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)耐濕、耐塵、耐油、耐振動，并且相比西門子變頻器，體積更小，備件充足，價(jià)格低50%左右。由于安川A1000系列變頻器體積更小，改造后可將原來安裝在室外盤柜的變頻器、PLC等關(guān)鍵電氣元件安裝至電氣房內(nèi)，電氣房內(nèi)部溫度、濕度較為穩(wěn)定，灰塵較少，為電氣設(shè)備的正常運(yùn)行提供前提條件。

3 系統(tǒng)整合效果分析

當(dāng)前，我公司已經(jīng)完成27臺場橋大車電纜卷盤系統(tǒng)的升級改造，相對于之前單機(jī)多電控系統(tǒng)的情況，我們從以下幾個方面做了對比。

（1）改造后，對各系統(tǒng)之間的通訊方式進(jìn)行了統(tǒng)一，減少了中間通訊模塊，降低整機(jī)成本，增加了電控系統(tǒng)通訊的可靠性。

（2）對改造前后庫存的備件種類、數(shù)量及金額進(jìn)行了對比，如下表所示。卷盤電控系統(tǒng)關(guān)鍵零部件包括電機(jī)編碼器、變頻器、制動單元、IO模塊、主接觸器等，改造完成后取消了電機(jī)主接觸器，并且變頻器、制動單元、IO模塊等備件與主電控系統(tǒng)零部件實(shí)現(xiàn)了型號統(tǒng)一，無需單獨(dú)采購。關(guān)鍵備件總庫存金額得到大幅降低，同時供貨周期也大幅縮短，沒有停產(chǎn)的備件，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行。

（3）改造后對卷盤電控系統(tǒng)與主電控系統(tǒng)進(jìn)行了深度集成，將卷盤電控系統(tǒng)全部的IO信號都傳輸至主PLC，通過起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以更加直觀的確認(rèn)故障時各元件的運(yùn)行狀態(tài)，對于故障的檢修效率有一定的提升，平均修復(fù)時間會相應(yīng)有所降低。

（4）改造后，維修人員只需掌握安川PLC特點(diǎn)、編程方法、日常維護(hù)注意事項(xiàng)等即可，減少了學(xué)習(xí)知識點(diǎn)。且可以通過公司的安川電控實(shí)驗(yàn)室開展培訓(xùn)，提升維修人員技能水平。下表是改造前后，我們對5臺場橋卷盤電控系統(tǒng)故障次數(shù)及維修時間的對比。各類故障次數(shù)明顯減少，平均修復(fù)時間有所下降。

4 結(jié)語

通過對設(shè)備單機(jī)多電控系統(tǒng)的整合，簡化了不同系統(tǒng)之間的通訊方式，解決了需要單獨(dú)設(shè)置通訊模塊、通訊干擾故障、備件種類多、庫存金額較大、缺乏維修技術(shù)支持、維修人員需掌握的知識點(diǎn)多等問題，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備故障次數(shù)、在線故障率修復(fù)時間的下降，提高了設(shè)備可靠性，優(yōu)化了設(shè)備備件庫存種類，節(jié)約了維護(hù)成本。