張巖

集裝箱碼頭岸橋在作業(yè)過程中因吊具垂纜的電氣性能衰減，容易出現(xiàn)偶發(fā)故障。本文在分析岸橋吊具垂纜電氣故障原因的基礎(chǔ)上，提出應(yīng)對措施和解決方案，力圖從根源上消除故障隱患。此外，筆者結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展，提出無垂纜吊具系統(tǒng)的設(shè)想。

1 故障現(xiàn)象

在一次岸橋作業(yè)過程中，吊具順利完成一次集裝箱吊裝作業(yè)后，在空鉤狀態(tài)下起升至30 m左右時，吊具信號不正常，岸橋GP報故屏報“吊具聯(lián)鎖檢測故障”，此時起升無全速，吊具動作不正常，吊具開鎖燈不亮，但吊具油泵正常工作。

該岸橋吊具為RAM公司生產(chǎn)的雙箱吊具，其采用執(zhí)行器/傳感器接口（actuator sensor interface，AS-i）雙線通信方式。控制吊具的可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）位于岸橋司機(jī)室吊具柜內(nèi)，型號為西門子S7-300。岸橋主PLC為安川相關(guān)型號。吊具與岸橋間通過55芯電纜（即吊具垂纜）連接通信。吊具垂纜包括6根采用交

流電的吊具油泵及吊具電源電纜，AS-i雙線通信電纜為54和55纜芯，分布在吊具電纜的最外側(cè)，吊具電源電纜在其中心分布排列（見圖1）。

2 故障處理過程

維修人員首先將吊具在旁路狀態(tài)下放至地面，然后對吊具進(jìn)行故障排查，發(fā)現(xiàn)吊具上用于AS-i通信的15個Slave模塊中有12個無法正常通信，其中4個已完全燒毀，且吊具上和吊具柜內(nèi)的避雷器和信號放大器全部燒毀，而西門子 PLC及吊具上24 V交流電源適配器和AS-i通信電源適配器均正常，其他元件也無損壞。維修人員據(jù)此懷疑AS-i通信網(wǎng)絡(luò)中的電壓不正常，超出直流電源電壓26～31 V的正常范圍，且電壓波動值相對較高，從而導(dǎo)致部分元件燒毀。維修人員決定將此岸橋離線停機(jī)，以便排查故障。

停機(jī)后，維修人員主要針對吊具AS-i雙線進(jìn)線54和55纜芯電源電壓進(jìn)行檢查。維修人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)蹙呶恢迷诘孛鏁r，AS-i進(jìn)線電壓無異常。由于AS-i進(jìn)線電壓來源于吊具上的AS-i電源，而避雷器已燒毀，故檢測電壓無數(shù)值。為徹底排查故障，維修人員上到吊具上架，在確保安全的前提下，緩慢提升吊具高度，對吊具上架接線箱內(nèi)垂纜54與55纜芯間電壓進(jìn)行測量。最終發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)蹙咂鹕叨仍谧笥視r，電壓出現(xiàn)交流雜波，且其在起升過程中的峰值達(dá)到V。由此推斷，AS-i通信網(wǎng)絡(luò)中夾雜高頻交流電是導(dǎo)致此次故障并造成AS-i通信元件燒毀的直接原因。

鎖定故障原因后，維修人員首先使用備用的52和53芯電纜更換垂纜中的54和55芯電纜，并再次全程測量其電壓，發(fā)現(xiàn)電壓均在正常范圍內(nèi)；然后，對52和53芯電纜進(jìn)行絕緣阻值測量，發(fā)現(xiàn)起升全程均無異常；最后，換用備用吊具，試動作正常。

對于損壞的吊具，維修人員在更換損壞的元件并檢測吊具電箱內(nèi)AS-i進(jìn)線絕緣阻值正常后，用模擬器測試動作，吊具恢復(fù)正常，故障徹底消除。

3 故障解決方案

對此次故障進(jìn)行深入分析后發(fā)現(xiàn)：造成此次故障的直接原因是吊具垂纜內(nèi)的AS-i電源纜芯夾雜高壓交流電雜波，引起AS-i通信網(wǎng)絡(luò)異常；造成這一結(jié)果的根本原因是垂纜老化，電氣性能衰退，特別是纜芯的絕緣性能和防屏蔽性能下降。隨著岸橋設(shè)備使用時間的增加，吊具垂纜以及其他電氣元件性能的衰減會增加此類故障的發(fā)生頻率。筆者認(rèn)為，以下3種方案可以消除和避免類似故障。

3.1 定期更換吊具垂纜

定期更換吊具垂纜是避免岸橋吊具垂纜電氣故障最直接、最有效也是最簡單的辦法，但該方法的維修成本比較高，并且在日常保養(yǎng)中進(jìn)行更換的工時消耗也較大。

3.2 更換AS-i通信網(wǎng)絡(luò)中的避雷器等保護(hù)元件

型號

岸橋吊具AS-i通信網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置避雷器，其對浪涌電壓有著可靠的保護(hù)作用，但在高壓交流電感應(yīng)方面存在滯后性，其原因是感應(yīng)電壓不足以使避雷器快速做出熔斷動作，但卻足以使AS-i通信網(wǎng)絡(luò)崩潰。為此，可以考慮更換避雷器的型號，選用更加靈敏的避雷保護(hù)裝置。該方案操作起來相對容易，但更換避雷器等保護(hù)元件會產(chǎn)生一定的額外成本，且選型工作比較困難。

3.3 定期檢測垂纜纜芯絕緣性能

在設(shè)備日常保養(yǎng)維護(hù)中，可以定期對垂纜纜芯的防屏蔽性能和絕緣性能進(jìn)行針對性檢測。根據(jù)設(shè)備和垂纜的運(yùn)行臺時及設(shè)備的使用壽命，有必要每半年或一年測量一次AS-i通信電纜纜芯的絕緣阻值。如果發(fā)現(xiàn)纜芯絕緣阻值不正?；蛎黠@減小，則應(yīng)該考慮更換備用纜芯或更換垂纜。需要注意的是，應(yīng)當(dāng)對吊具處于不同起升高度下的AS-i通信電纜的絕緣阻值進(jìn)行測量，以保證測量的準(zhǔn)確性。

3.4 小結(jié)

碼頭設(shè)備管理者在最大限度保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的同時，還應(yīng)充分考慮碼頭的運(yùn)營成本和經(jīng)濟(jì)效益。筆者認(rèn)為，可以將上述幾種方案結(jié)合應(yīng)用，即根據(jù)設(shè)備的使用壽命，分時期采用不同的維保方案。在碼頭運(yùn)營初期，岸橋設(shè)備和吊具垂纜情況良好，可以跟進(jìn)垂纜絕緣阻值的測量和檢測；在碼頭運(yùn)營中期，需要考慮升級避雷器，以便更好地保護(hù)AS-i通信網(wǎng)絡(luò)；在碼頭運(yùn)營后期，由于吊具垂纜的使用壽命有限，可以考慮更換垂纜。

4 消除吊具垂纜故障隱患的設(shè)想

吊具垂纜中AS-i通信電纜的干擾源來自于吊具油泵電源及吊具電源380 V交流電，排除垂纜中的高壓交流信號是解決AS-i網(wǎng)絡(luò)干擾最直接、最有效的辦法。隨著科學(xué)技術(shù)特別是無線通信、光伏發(fā)電及新能源技術(shù)的發(fā)展，垂纜必將迎來技術(shù)性變革。為此，筆者提出幾種可以消除吊具垂纜故障隱患的設(shè)想。

4.1 吊具油泵電機(jī)換為直流電機(jī)

吊具的主要用電單元是油泵電機(jī)，使用電源為高壓交流電，而其他用電單元均使用由高壓電源轉(zhuǎn)換而來的直流電源；因此，設(shè)備中的高壓交流電源主要供油泵電機(jī)使用。若將油泵電機(jī)改為同功率的直流電機(jī)，則供電電源將為直流電源。眾所周知，直流電源產(chǎn)生感應(yīng)電勢的能力比交流電源差許多，從而使吊具的動力電源對AS-i通信電纜的干擾變得很小。不過，此方案的實(shí)施需要解決以下幾個問題。endprint