王 鵬，劉 雷

（日照港股份有限公司第三港務(wù)分公司，山東日照 276800）

0 引言

港口岸邊大型機(jī)械——門座式起重機(jī)（以下簡稱“門機(jī)”）。門機(jī)在以抓斗的方式作業(yè)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)開閉兩根鋼絲繩過松或過緊的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致開閉電機(jī)發(fā)熱過載、開閉鋼絲繩在卷筒或象鼻梁頭部滑輪位置處出現(xiàn)亂繩的故障。通過在現(xiàn)場的一段時(shí)間觀察發(fā)現(xiàn)，門機(jī)開閉鋼絲繩出現(xiàn)過緊或過松現(xiàn)象的主要原因是門機(jī)司機(jī)在抓斗（開閉斗）作業(yè)時(shí)，是以個(gè)人操作設(shè)備的熟練程度和通過監(jiān)控設(shè)備及目光觀察船舶狀態(tài)來進(jìn)行判斷，從而造成不能準(zhǔn)確的掌握和判斷抓斗開閉斗的時(shí)機(jī)。針對該問題，為解決門機(jī)開閉鋼絲繩過緊或過松的現(xiàn)象，對門機(jī)的PLC 程序進(jìn)行升級(jí)改造，即通過利用開閉電機(jī)的編碼器對開閉鋼絲繩的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，從而利用開閉鋼絲繩繩差，實(shí)現(xiàn)抓斗自動(dòng)開閉斗的控制，達(dá)到解決開閉電機(jī)過載或開閉鋼絲繩出現(xiàn)亂繩故障的目的。

支持電機(jī)和開閉電機(jī)上配備有編碼器，雙機(jī)采用閉環(huán)控制，司機(jī)操作臺(tái)上配有抓斗設(shè)定按鈕，當(dāng)進(jìn)行抓斗作業(yè)之前時(shí)，司機(jī)可對抓斗開閉斗進(jìn)行設(shè)定，簡稱“設(shè)斗”。通過這種設(shè)方法對門機(jī)開閉斗進(jìn)行設(shè)定，不僅能降低司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且降低司機(jī)操作門機(jī)的難度系數(shù)，更解決電機(jī)可能出現(xiàn)的過載和鋼絲繩纏繞的故障，提高門機(jī)的作裝卸效率，保障門機(jī)的作業(yè)安全。

1 故障原因分析

在日照港股份三公司西港作業(yè)區(qū)，30#、31#門機(jī)采用GE PLC+ABB 變頻器的電控系統(tǒng)。門機(jī)司機(jī)反映，這兩臺(tái)門機(jī)作業(yè)時(shí)，出現(xiàn)開閉斗設(shè)定參數(shù)斷電清零、無法保持的故障。開閉斗設(shè)定是通過裝在電機(jī)高速軸端的編碼器與PLC 高速計(jì)數(shù)模塊來檢測鋼絲繩的位置，PLC 程序?qū)z測到的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。原PLC 程序設(shè)計(jì)的目的是防止編碼器出現(xiàn)計(jì)數(shù)偏差，在門機(jī)每次斷電時(shí)，PLC 對抓斗的設(shè)定參數(shù)（也就是編碼器采集的參數(shù)）進(jìn)行清零，門機(jī)再次通電重啟時(shí)，只能重新對抓斗再次進(jìn)行開閉斗的設(shè)定。這種故障導(dǎo)致以下問題的出現(xiàn)：淤門機(jī)每次斷電重啟時(shí)，需司機(jī)重新進(jìn)行開閉斗設(shè)定；于開閉斗設(shè)定不當(dāng)容易造成開閉繩和支持繩纏繞；盂降低門機(jī)的裝卸效率；榆起升電機(jī)出現(xiàn)超載的現(xiàn)象，從而減少其使用壽命。因此，需要對門機(jī)的開閉斗設(shè)定進(jìn)行改造，解決參數(shù)斷電清零、無法保持，需重新設(shè)斗的故障。

2 自動(dòng)開閉斗原理

2.1 主要通信原理

主令控制器發(fā)出控制指令，PLC 得到控制信號(hào)，通過變頻器驅(qū)動(dòng)起升電機(jī)運(yùn)行，同時(shí)通過起升電機(jī)高速軸端的編碼器對電機(jī)速度和位置進(jìn)行檢測，并將檢測到的信號(hào)反饋給PLC 高速計(jì)數(shù)模塊，通過計(jì)算來實(shí)現(xiàn)開閉與支持繩的實(shí)時(shí)繩差，從而控制起升電機(jī)運(yùn)行。

2.2 目的

通過門機(jī)起升電機(jī)編碼器可實(shí)時(shí)掌握開閉鋼絲繩的位置，從而確定鋼絲繩出現(xiàn)的繩差問題，以此來控制抓斗打開的位置（程度）。由于門機(jī)在開斗或閉斗作業(yè)過程中，支持鋼絲繩是處于靜止?fàn)顟B(tài)的，故可以以支持繩的位置為參考點(diǎn)，通過支持與開閉鋼絲繩的位置差來判斷開閉鋼絲繩所處的位置，以及抓斗在開閉斗過程中的減速區(qū)位置。

2.3 PLC 計(jì)數(shù)方法

（1）支持鋼絲繩脈沖計(jì)數(shù)器：支持脈沖計(jì)數(shù)器是以支持鋼絲繩上升的終點(diǎn)限位為計(jì)數(shù)基準(zhǔn)。

（2）開閉鋼絲繩脈沖計(jì)數(shù)器：開閉鋼絲繩脈沖計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)基準(zhǔn)是通過計(jì)算抓斗閉合時(shí)支持鋼絲繩脈沖計(jì)數(shù)器的數(shù)值而得到的。

（4）抓斗開斗設(shè)定程序：當(dāng)按下抓斗開斗按鈕待抓斗打開時(shí)，位置差A(yù) 的初始值被送到開閉鋼絲繩的脈沖計(jì)數(shù)器，此時(shí)A 定義為X0，值為0。

（5）抓斗閉合設(shè)定程序：當(dāng)按下抓斗閉斗按鈕待抓斗閉合時(shí)，位置差A(yù) 的值被送到開閉鋼絲繩的脈沖計(jì)數(shù)器，此時(shí)A 定義為X1，值為抓斗正常作業(yè)的開閉斗的繩差。

（6）抓斗位置清零程序：當(dāng)需要重新設(shè)定抓斗的開閉斗時(shí)，同時(shí)按下開閉斗的按鈕，對抓斗的位置差進(jìn)行清零設(shè)定。

（7）抓斗起升終點(diǎn)和減速區(qū)位置確定程序。抓斗閉合時(shí)：如果X0=X1，可以確定抓斗此時(shí)已閉合，雖然對于脈沖計(jì)數(shù)器來說，抓斗的瞬間位置繩差和抓斗閉合時(shí)的位置一致，但因抓斗起升過程中存在一定慣性，并且鋼絲繩與抓斗的連接為軟連接，故抓斗閉合時(shí)的位置不會(huì)絕對相等，但并不會(huì)影響門機(jī)的正常作業(yè)。抓斗打開時(shí)：如果A=X0，可以確定抓斗已經(jīng)處于打開狀態(tài)，雖然對于脈沖計(jì)數(shù)器來說，瞬間位置繩差和抓斗開斗時(shí)的位置一致，但因抓斗起升過程中存在一定慣性，并且鋼絲繩與抓斗的連接為軟連接，故抓斗打開時(shí)的位置不會(huì)絕對相等，但并不會(huì)影響門機(jī)的正常作業(yè)。抓斗開斗位置減速區(qū)：通過現(xiàn)場與司機(jī)長時(shí)間的調(diào)試和總結(jié)，當(dāng)開閉鋼絲繩的瞬時(shí)位置繩差等于抓斗閉合時(shí)鋼絲繩位置差的15%時(shí)，可以確定抓斗處于開斗減速區(qū)。

抓斗閉斗位置減速區(qū)：通過現(xiàn)場與司機(jī)長時(shí)間的調(diào)試和總結(jié)，當(dāng)開閉鋼絲繩的瞬時(shí)位置繩差等于抓斗閉合時(shí)鋼絲繩位置差的85%時(shí)，可以確定抓斗處于閉斗減速區(qū)。

2.4 起升電機(jī)的電流限制

（1）抓斗抓取貨物的開始階段：將支持電機(jī)的起升電流限制在電機(jī)最大電流的10%以內(nèi)，以便使抓斗在抓取貨物時(shí)可以深入到貨物中。

（2）抓斗閉合時(shí)直至減速區(qū)位置：為了使抓斗閉合時(shí)不與船艙（或其他物品）發(fā)生碰撞，可以通過增加電機(jī)的電流限定值來達(dá)到該效果。

（3）抓斗到完全閉合狀態(tài)：當(dāng)抓斗完全處于閉合狀態(tài)時(shí)，支持和開閉電機(jī)此時(shí)的輸出功率將達(dá)到一致，為滿足這一條件，通過將支持電機(jī)的電流限定值增加到電機(jī)最大電流的50%，通過這一方法來均衡支持和開閉電機(jī)的輸出功率。

3 改造技術(shù)方案

3.1 方案設(shè)計(jì)

為解決門機(jī)開閉斗設(shè)定參數(shù)斷電清零，無法保持的故障，通過PLC 程序分析發(fā)現(xiàn)，程序中主電源接觸器的一個(gè)常閉輔助觸點(diǎn)控制著編碼器參數(shù)清零的一段程序。當(dāng)門機(jī)斷電時(shí)，主電源接觸器斷開，常閉輔助觸點(diǎn)閉合，編碼器清零程序段通電，進(jìn)行參數(shù)清零指令。因此，當(dāng)門機(jī)斷電時(shí)，編碼器采集到的開閉斗設(shè)定參數(shù)被清零，無法保持；當(dāng)門機(jī)通電重啟時(shí)，便只能對開閉斗進(jìn)行重新設(shè)定。

3.2 程序優(yōu)化

如圖1 所示，通過查找PLC 程序發(fā)現(xiàn)，有一段控制編碼器參數(shù)清零的程序。當(dāng)門機(jī)斷電時(shí)，電源總接觸器常閉輔助觸點(diǎn)I00038 處于閉合狀態(tài)，中繼線圈M00274 得電，常開輔助觸點(diǎn)M00274 閉合，由其控制的編碼器參數(shù)清零的程序段執(zhí)行。所以，門機(jī)斷電時(shí)，開閉斗參數(shù)無法自動(dòng)保持，通電重啟時(shí)需重新進(jìn)行設(shè)定。

圖1 控制編碼器參數(shù)清零的PLC 程序

因此，將程序中電源總接觸器常閉輔助觸點(diǎn)I00038 刪除，優(yōu)化程序，重新保存并上傳到PLC 中，復(fù)位重啟PLC 即可實(shí)現(xiàn)門機(jī)斷電重啟時(shí)無需再次設(shè)定開閉斗的目的。

4 結(jié)束語

通過對PLC 程序進(jìn)行優(yōu)化，將對應(yīng)的接觸器反饋點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)開閉斗參數(shù)斷電保持的目的。因無需進(jìn)行重復(fù)設(shè)斗，避免設(shè)斗不當(dāng)導(dǎo)致開閉繩與支持繩纏繞或者電機(jī)超載，導(dǎo)致電機(jī)故障的發(fā)生，保證門機(jī)的作業(yè)安全，提高裝卸效率；并且此方案只是針對PLC 程序進(jìn)行優(yōu)化，不涉及編碼器等硬件的改造，可靠性高，可行性強(qiáng)，無成本投入，改造后無需進(jìn)行二次維護(hù)。