葉露

現(xiàn)代港口集裝箱裝卸作業(yè)中，吊具是使用最頻繁的工具之一，其優(yōu)劣直接影響集裝箱碼頭的安全生產(chǎn)和裝卸效率。根據(jù)故障頻率統(tǒng)計(jì)，南京港龍?zhí)都b箱碼頭場(chǎng)橋電氣故障中65%以上屬于吊具故障。由于移動(dòng)雙箱吊具具有性能穩(wěn)定、工作效率高、故障發(fā)生率低等優(yōu)點(diǎn)，近幾年逐漸被集裝箱碼頭采納使用。移動(dòng)雙箱吊具采用先進(jìn)、復(fù)雜的控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）總線通信方式取代傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式。隨著移動(dòng)雙箱吊具使用年限的增加，其故障發(fā)生率顯著提高，維修保養(yǎng)難度不斷加大。本文基于對(duì)移動(dòng)雙箱吊具的機(jī)械結(jié)構(gòu)、操作原理及其故障維修的分析介紹，為相關(guān)工作人員了解專(zhuān)業(yè)知識(shí)和提高操作技能打下基礎(chǔ)。

1 移動(dòng)雙箱吊具機(jī)械結(jié)構(gòu)

移動(dòng)雙箱吊具是全焊接的結(jié)構(gòu)裝配件（見(jiàn)圖1）。伸縮梁嵌套在中部底梁內(nèi)，并能在特制的抗磨塊件上滑動(dòng)。支承滾輪安裝于伸縮梁尾端上部，用于減小帶載伸縮摩擦力。吊具主梁滑道上裝有4個(gè)中間移動(dòng)架，每個(gè)中間移動(dòng)架內(nèi)裝有1套可上下運(yùn)動(dòng)的中間旋鎖箱，每個(gè)中間旋鎖箱均與1個(gè)液壓升降油缸相連接。當(dāng)中間旋鎖箱處于上升位置時(shí)，可進(jìn)行單箱作業(yè)；當(dāng)中間旋鎖箱處于下降位置時(shí)，則進(jìn)行雙箱作業(yè)。中間旋鎖移動(dòng)液壓油缸用于實(shí)現(xiàn)中間旋

鎖箱與兩側(cè)邊鎖的位置固定，分別與左右2個(gè)下推桿相連，2個(gè)下推桿通過(guò)連接板分別與左右2對(duì)中間移動(dòng)架連接。在中間旋鎖移動(dòng)液壓油缸的推動(dòng)下，中間移動(dòng)架連同中間旋鎖箱作向外和向內(nèi)的平移運(yùn)動(dòng)，外伸梁作同步伸縮運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)吊具對(duì)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的任意位置的2個(gè)20英尺集裝箱的裝卸及平移運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)移動(dòng)雙箱吊具作伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，上下推桿處于脫鉤狀態(tài)，液壓電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器的鏈輪鏈條以及上推桿相連接的鏈條。移動(dòng)雙箱吊具作帶載雙箱伸縮運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程如下：（1）將吊具調(diào)至雙20英尺集裝箱作業(yè)狀態(tài)，雙20英尺集裝箱控制程序自動(dòng)將伸縮梁定位至40英尺位置；（2）自動(dòng)液壓系統(tǒng)由常壓模式調(diào)至高壓模式；（3）控制伸縮油缸，將移動(dòng)架置于40英尺位置；（4）上下推桿對(duì)位正確，限位發(fā)出信號(hào)，掛鉤油缸動(dòng)作；（5）鎖定上下推桿，允許中鎖升降油缸動(dòng)作，中鎖放下；（6）雙箱指示燈點(diǎn)亮，司機(jī)進(jìn)行雙20英尺集裝箱作業(yè)；（7）司機(jī)發(fā)出中鎖分離或合攏指令，吊具中鎖按指令實(shí)現(xiàn)中鎖分離或合攏動(dòng)作；（8）將吊具調(diào)至單箱作業(yè)狀態(tài)，可實(shí)施相反順序動(dòng)作。

2 移動(dòng)雙箱吊具CAN總線

2.1 CAN總線

CAN總線是由德國(guó)BOSCH公司研究開(kāi)發(fā)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議，是目前國(guó)際上廣泛應(yīng)用的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線之一。

CAN總線以廣播的方式從一個(gè)節(jié)點(diǎn)向另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)的中央處理器將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)和標(biāo)識(shí)符號(hào)發(fā)送給本節(jié)點(diǎn)的CAN芯片，并使其進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)；CAN芯片一旦收到總線分配信號(hào)，就轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)送報(bào)文狀態(tài)，將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)按照規(guī)定的報(bào)文格式發(fā)出。此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)都處于接收狀態(tài)，所有節(jié)點(diǎn)都要先自檢來(lái)判斷該報(bào)文是否發(fā)送給本節(jié)點(diǎn)。

2.2 CAN總線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)

移動(dòng)雙箱吊具CAN總線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2）由1塊IFM室外控制器CR0505（以下簡(jiǎn)稱(chēng)CR0505模塊）、11塊IFM室外型擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)輸入/輸出模塊CR2032（以下簡(jiǎn)稱(chēng)CR2032模塊）、47個(gè)IFM接近開(kāi)關(guān)、25個(gè)電磁閥線包、1個(gè)高度檢測(cè)限位、1個(gè)油缸磁尺、1個(gè)單箱工作量計(jì)數(shù)器、1個(gè)雙箱工作量計(jì)數(shù)器、4個(gè)閉鎖開(kāi)關(guān)信號(hào)指示燈和2個(gè)終端電阻組成。

移動(dòng)雙箱吊具CAN總線信號(hào)匯集在CR0505模塊，首先通過(guò)吊具垂纜傳輸?shù)剿緳C(jī)室，然后通過(guò)IFM EC2087模塊把CAN總線信號(hào)轉(zhuǎn)成PROFIBUS信號(hào)，再通過(guò)安川可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的PROFIBUS模塊讀入信號(hào)，最后通過(guò)PROFIBUS模塊把轉(zhuǎn)換后的執(zhí)行動(dòng)作指令傳送到各個(gè)執(zhí)行元件。

CAN總線已被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、集裝箱空叉、集裝箱正面吊和集裝箱場(chǎng)橋等領(lǐng)域。移動(dòng)雙箱吊具采用CAN總線的原因如下：（1）能夠在極端高溫和極端低溫的環(huán)境下工作；（2）能夠承受極端的沖擊力和震動(dòng)力；（3）能夠在較臟和潮濕的環(huán)境下工作；（4）能夠承受由電瓶或發(fā)電機(jī)組引起的供電電壓波動(dòng)；（5）能夠抵抗較高的導(dǎo)體和輻射干擾（總線機(jī)制決定）；（6）工作待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，停機(jī)檢修費(fèi)用低；（7）錯(cuò)誤位置能夠被操作人員盡快找到；（8）元器件模塊化概念使得吊具服務(wù)簡(jiǎn)單化；（9）減少接線和分散控制，輸入/輸出模塊堅(jiān)固且靈活多用；（10）能夠通過(guò)記錄操作數(shù)據(jù)生成工作和系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件。

2.3 CR0505模塊

CR0505模塊是移動(dòng)雙箱吊具的核心控制單元，由CoDeSys軟件進(jìn)行硬件配置和程序編制，負(fù)責(zé)安裝移動(dòng)雙箱吊具的控制邏輯程序。CoDeSys軟件是由德國(guó)3S公司研制開(kāi)發(fā)的PLC軟件，可通過(guò)自制的RS232串口通信線下載程序。自制的RS232串口通信線一端連接RS232母插頭，用來(lái)連接筆記本計(jì)算機(jī)串口，另一端不接插頭僅為線。

CR0505模塊的電氣控制箱下載線接線原理（見(jiàn)圖3）為：插頭pin2針出線接X(jué)1的49端子，pin3針出線接X(jué)1的48端子，pin5針出線接X(jué)1的50端子；用戶(hù)再將48，49和50端子連接到端子臺(tái)。

圖3 CR0505模塊的電氣控制箱下載線接線

通過(guò)萬(wàn)用表測(cè)量CR0505模塊的通信線阻值來(lái)判斷其是否存在故障。在通信線連接的情況下，使用萬(wàn)用表測(cè)量CAN1（14腳、32腳）和CAN2（25腳、26腳）的通信線阻值應(yīng)為（因?yàn)殡娐纺K上接有2個(gè)的終端電阻），如果測(cè)量阻值不為，則可能是CR2032模塊通信線中斷；在通信線中斷的情況下，通信電阻測(cè)量值應(yīng)為26～，如果測(cè)量值不在上述范圍內(nèi)，則模塊自身故障導(dǎo)致不能正常工作。在測(cè)量正常的情況下，通過(guò)觀察CR0505模塊指示燈來(lái)判斷CAN總線系統(tǒng)是否存在故障，詳情見(jiàn)表1。CAN1通信線與IFM EC2087模塊相連，用于與上位機(jī)通信；CAN2通信線與CR2032模塊相連，用于收集限位信號(hào)和發(fā)出電磁閥動(dòng)作指令。

表1 CR0505模塊指示燈說(shuō)明

2.4 CR2032模塊

CR2032模塊用于收集移動(dòng)雙箱吊具的限位、磁尺、高度信號(hào)和輸出動(dòng)作指令，并傳遞給相應(yīng)電磁閥。該模塊是8輸入8輸出模塊，可以輸入和輸出開(kāi)關(guān)量及模擬量信號(hào)，其中：1，3，5和7插口為信號(hào)輸入模塊，2，4，6和8插口為信號(hào)輸出模塊，每個(gè)插口最多能夠連接2個(gè)下層傳感器。

CR2032模塊具有兩大優(yōu)勢(shì)：（1）分散式控制，利用自身優(yōu)勢(shì)在遠(yuǎn)端收集信號(hào)后通過(guò)CAN總線將收集的信號(hào)傳送到控制器，再由控制器將信號(hào)通過(guò)CAN總線輸出到擴(kuò)展模塊，最后由擴(kuò)展模塊將信號(hào)釋放到終端傳感器，從而大大簡(jiǎn)化吊具線路，有利于控制成本和查詢(xún)故障；（2）物理端子通過(guò)程序設(shè)定使其作為不同類(lèi)型的輸入或輸出。

CR2032模塊具有兩大特色：（1）擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)不僅通過(guò)每個(gè)輸入、輸出的指示燈，而且還通過(guò)擴(kuò)展電源指示燈和CAN總線通信指示燈來(lái)判斷擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)是否正常工作，為故障維修提供很大幫助；（2）擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)殼身帶有旋鈕，用于設(shè)定節(jié)點(diǎn)號(hào)和波特率，便于CAN總線添加節(jié)點(diǎn)。

3 移動(dòng)雙箱吊具CAN總線通信故障維修

在生產(chǎn)過(guò)程中，移動(dòng)雙箱吊具使用頻度最高，并且受沖擊程度最大，導(dǎo)致其故障率也最高。掌握移動(dòng)雙箱吊具的電氣控制原理和機(jī)械工作原理，有助于合理保養(yǎng)和快速維修移動(dòng)雙箱吊具。由于移動(dòng)雙箱吊具的工況特殊，其電氣單元設(shè)計(jì)有內(nèi)部聯(lián)鎖保護(hù)，若有模塊出現(xiàn)通信故障，IFM主模塊立即停止運(yùn)行，使整體通信中斷，以防止造成重大事故。移動(dòng)雙箱吊具的故障維修難點(diǎn)主要是CAN總線通信故障維修。

3.1 IFM擴(kuò)展模塊自身故障

第一種情況：通過(guò)自身指示燈排查確認(rèn)故障，并通過(guò)更換新模塊來(lái)解決此類(lèi)故障，更換新模塊時(shí)須按原模塊上的撥檔設(shè)置新模塊。

第二種情況：模塊自身指示燈檢測(cè)不出模塊故障。此類(lèi)故障會(huì)造成 CR0505模塊運(yùn)行故障，由于移動(dòng)雙箱吊具中設(shè)有模塊檢測(cè)保護(hù)命令程序，導(dǎo)致CR2032模塊上的電源指示燈常亮，而其他指示燈不亮。CR0505模塊與CR2032模塊之間設(shè)有通信檢測(cè)，一旦CR0505模塊接收不到模塊信息就會(huì)停止運(yùn)行，以防止發(fā)生安全事故。故障識(shí)別流程如下：（1）用RS232串口通信線將筆記本計(jì)算機(jī)與CR0505模塊相連接；（2）下載吊具生產(chǎn)商提供的未加保護(hù)命令的程序，用以識(shí)別故障模塊；（3）下載完成后，CR0505模塊即可正常運(yùn)行（指示燈閃爍頻率為），CAN總線通信指示燈正常閃爍，信號(hào)輸入、輸出指示燈正常亮起，CR2032模塊電源指示燈正常亮起。

3.2 CAN總線通信故障

CAN總線通信故障表現(xiàn)為CR0505模塊不運(yùn)行。故障識(shí)別流程如下：（1）用筆記本計(jì)算機(jī)下載檢測(cè)程序至CR0505模塊，檢測(cè)故障模塊；（2）然后，斷開(kāi)電源，打開(kāi)模塊及靠其最近的完好模塊的接線盒；（3）用萬(wàn)用表測(cè)量相應(yīng)接線點(diǎn)，識(shí)別通信故障線路。

（編輯：許玲 收稿日期：2017-02-20）