孔祥進

[摘 要]神華黃驊港務(wù)公司的6000t/h裝船機采用了技術(shù)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(gòu)采用變頻電機，實現(xiàn)了從零到最大轉(zhuǎn)速下的無級調(diào)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(guān)鍵詞]裝船機 電控系統(tǒng) 裝置技術(shù)

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(qū)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(jié)構(gòu)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(shè)備組成的。采用DHRIO通訊作為溜筒升降機構(gòu)、臂架俯仰機構(gòu)、臂架伸縮機構(gòu)和大車行走機構(gòu)的總線形式，將它們和司機室的風速儀一起與PLC柜內(nèi)的PLC模塊相鏈接，即時風速信號、重量或幅度限制信號、相關(guān)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(shè)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(luò)的備份通訊鏈路?？刂葡到y(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(gòu)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(gòu)分柜。

裝船機6千伏電源由變電所6KV饋線開關(guān)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(yīng)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(qū)動、俯仰驅(qū)動、伸縮驅(qū)動、溜筒驅(qū)動等各驅(qū)動機構(gòu)提供動力電源。

四、裝船機驅(qū)動裝置

1、 行走機構(gòu)驅(qū)動裝置

行走驅(qū)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(qū)動。為了防止裝船機滑移及在暴風時溜車，設(shè)有夾軌器及錨固器。

夾軌器可由司機室單獨控制關(guān)閉與打開。在夾軌器關(guān)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(guān)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(guān)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(cè)各設(shè)置一套錨定裝置，該裝置同樣與行走機構(gòu)連鎖，在錨定狀態(tài)下行走機構(gòu)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(shè)置防碰開關(guān)。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(qū)動裝置

驅(qū)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(shè)置兩套制動器，一套設(shè)置在高速軸上，一套設(shè)置在低速軸上。在俯仰范圍內(nèi)，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(nèi)的最高和最低位置設(shè)置有限位開關(guān)。俯仰速度檢測方面有超速開關(guān)，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(guān)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(gòu)

伸縮驅(qū)動設(shè)置在主臂上，采用雙驅(qū)動型。由電動機、制動器、減速器等組成。在主臂上設(shè)置行程開關(guān)，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(shè)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(shè)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(qū)動裝置包括溜筒旋轉(zhuǎn)、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(zhuǎn)的動力，液壓站電機采用xxxKW電機。溜筒的旋轉(zhuǎn)動作靠液壓馬達驅(qū)動而擺動動作由液壓缸形式驅(qū)動。在溜筒平臺及溜筒周圍分別設(shè)置防碰開關(guān)，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(qū)動，由電動機、減速機、液力耦合器、制動器、滾筒等組成。驅(qū)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(shè)置了，皮帶打滑開關(guān)，跑偏開關(guān)，堵料開關(guān)及用于緊急停機的拉繩開關(guān)。

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(shè)置了過松與過緊開關(guān)，當卷纜出現(xiàn)過松或過緊情況時，相應(yīng)開關(guān)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(guān)、控制電纜卷筒空氣開關(guān)，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(guān)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(guān)檢測到夾軌器打開到位信號后，關(guān)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(guān)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(qū)動動力纜卷筒和控制纜卷筒運轉(zhuǎn)，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(yīng)速度的模擬量，使變頻器驅(qū)動行走電機以二擋對應(yīng)的速度向右行走。行走結(jié)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(yīng)閉合。

結(jié)語：綜上所述，神華黃驊港務(wù)公司的6千伏裝船機電控系統(tǒng)是采用了先進技術(shù)，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(shù)也適用于其他港口裝卸設(shè)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(shè)計[J]；港口裝卸；2011年03期