數據追蹤在港口起重設備驅動故障分析中的應用

鄒志偉

港口起重設備的驅動系統在作業過程中往往會出現一些疑難故障，要找出故障原因，需要分辨率達毫秒級且能全面表征系統運行狀態的數據。港口裝卸領域廣泛應用的安川驅動系統自帶的CP-717軟件具有數據追蹤功能，可以采集機構運行中的速度給定、速度反饋、電流、力矩、剎車反饋等關鍵數據，有助于分析偶發性故障、多驅動協同類故障產生的原因。

1 港口起重設備驅動故障典型案例

1.1 輪胎吊起升機構偶發異常抖動且減速箱軸開裂

2011年底，深圳蛇口集裝箱碼頭有限公司（以下簡稱蛇口集裝箱碼頭）某臺輪胎吊的起升機構在作業過程中偶爾出現異常抖動的情況。在排除電機、減速箱、起升手柄、起升電機速度編碼器等可能導致故障的因素后，維修人員通過更換驅動器觸發板排除設備偶發異常抖動故障，并發現起升機構減速箱100軸出現裂紋（見圖1）。

利用驅動系統數據追蹤功能采集起升機構的速度給定、速度反饋、電流反饋、力矩反饋等數據，分析起升機構抖動及減速箱軸產生裂紋的原因。分別采集起升機構抖動時和正常運行時時間間隔的100個速度給定和速度反饋數據；分析這些數據可知，在速度給定穩定時，速度反饋圍繞速度給定上下波動。結合材料力學對斷裂原因的分析[1-2]，確定驅動器觸發板異常是導致起升機構偶發異常抖動的原因，而這種高頻、類似周期性的抖動正是造成減速箱100軸產生高周期疲勞裂紋的原因。

1.2 輪胎吊大車停車偶發甩動

2012年初，蛇口集裝箱碼頭某臺輪胎吊出現大車停車時偶爾甩動的情況。此故障具有偶發性，容易造成司機心理恐慌，且存在損壞自動接駁小車的風險。在現場對設備進行全面排查的過程中，利用驅動系統數據追蹤功能采集4個大車驅動器的狀態數據及大車剎車狀態數據（見圖2），發現大車2號驅動器在大車停車剎車仍然打開時會出現短暫（）放棄控制大車2號電機的情況，此時大車2號驅動器的速度反饋、電流反饋、力矩反饋均為0。

對利用安川系統數據追蹤功能采集的數據進行分析，發現大車停車時甩動是由大車2號驅動器引起的。通過檢查，發現大車2號驅動器處在開環矢量控制方式下，將其修改為閉環矢量控制方式后，采集到如圖3所示的數據，大車停車偶發甩動故障隨之消失。同時，通過分析采集的數據可以了解安川G7變頻器開環矢量控制方式與閉環矢量控制方式的差異，為后續大車測速編碼器損壞等情況處理規范的建立提供了理論依據。

1.3 輪胎吊大車向左全速易跑偏

2012年底，蛇口集裝箱碼頭某臺輪胎吊在作業過程中出現大車向左全速易跑偏的情況。由于其糾偏難度較大，造成作業效率低下。

由于導致大車跑偏的原因有多種，為更快地找出大車跑偏產生的原因，利用驅動系統數據追蹤功能采集4個大車驅動器狀態數據，發現大車1號驅動器的力矩被限制為電機額定轉矩的46%，而利用數據追蹤功能采集的同批次另外一臺輪胎吊大車1號驅動器的力矩可以達到電機額定轉矩的230%。分析采集的數據發現，大車向左全速易跑偏是由大車1號驅動器力矩被限制引起的。調整相關驅動器參數后，跑偏故障隨之消失。

跑偏是輪胎吊常見故障，這次故障的解決為蛇口集裝箱碼頭輪胎吊大車自動糾偏優化改造找到方向。

2 數據追蹤在起重設備驅動故障分析中的應用原理

2.1 確定需要采集的數據及觸發條件

如圖4所示，在系統中填入需要采集的數據和觸發條件及相關條件后即可實現對需要數據的采集。

2.2 導出數據

數據導出步驟見圖5～7，詳細步驟可參考安川驅動系統CP-717軟件操作手冊。

2.3 分析追蹤數據

分析追蹤數據一般使用Excel軟件，其插入圖表功能及數據排序功能基本可以滿足數據分析的要求。當然，其他專業的數據分析軟件（如MATLAB等）也可以用來分析數據。根據Excel圖表分析數據變化趨勢，通過數據排序找出在很短的時間段內出現的異常數據，從而實現對故障點的判斷。

參考文獻：

[1] 周承恩，謝季佳，洪友士. 超高周疲勞研究現狀及展望[J].機械強度，2004，26（5）：526-533.

[2] 周為富，趙振華，陳偉. 鈦合金高周疲勞特性的影響因素分析[J]. 現代機械，2009（3）：90-93.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-09-11）

港口起重設備的驅動系統在作業過程中往往會出現一些疑難故障，要找出故障原因，需要分辨率達毫秒級且能全面表征系統運行狀態的數據。港口裝卸領域廣泛應用的安川驅動系統自帶的CP-717軟件具有數據追蹤功能，可以采集機構運行中的速度給定、速度反饋、電流、力矩、剎車反饋等關鍵數據，有助于分析偶發性故障、多驅動協同類故障產生的原因。

1 港口起重設備驅動故障典型案例

1.1 輪胎吊起升機構偶發異常抖動且減速箱軸開裂

2011年底，深圳蛇口集裝箱碼頭有限公司（以下簡稱蛇口集裝箱碼頭）某臺輪胎吊的起升機構在作業過程中偶爾出現異常抖動的情況。在排除電機、減速箱、起升手柄、起升電機速度編碼器等可能導致故障的因素后，維修人員通過更換驅動器觸發板排除設備偶發異常抖動故障，并發現起升機構減速箱100軸出現裂紋（見圖1）。

利用驅動系統數據追蹤功能采集起升機構的速度給定、速度反饋、電流反饋、力矩反饋等數據，分析起升機構抖動及減速箱軸產生裂紋的原因。分別采集起升機構抖動時和正常運行時時間間隔的100個速度給定和速度反饋數據；分析這些數據可知，在速度給定穩定時，速度反饋圍繞速度給定上下波動。結合材料力學對斷裂原因的分析[1-2]，確定驅動器觸發板異常是導致起升機構偶發異常抖動的原因，而這種高頻、類似周期性的抖動正是造成減速箱100軸產生高周期疲勞裂紋的原因。

1.2 輪胎吊大車停車偶發甩動

2012年初，蛇口集裝箱碼頭某臺輪胎吊出現大車停車時偶爾甩動的情況。此故障具有偶發性，容易造成司機心理恐慌，且存在損壞自動接駁小車的風險。在現場對設備進行全面排查的過程中，利用驅動系統數據追蹤功能采集4個大車驅動器的狀態數據及大車剎車狀態數據（見圖2），發現大車2號驅動器在大車停車剎車仍然打開時會出現短暫（）放棄控制大車2號電機的情況，此時大車2號驅動器的速度反饋、電流反饋、力矩反饋均為0。

對利用安川系統數據追蹤功能采集的數據進行分析，發現大車停車時甩動是由大車2號驅動器引起的。通過檢查，發現大車2號驅動器處在開環矢量控制方式下，將其修改為閉環矢量控制方式后，采集到如圖3所示的數據，大車停車偶發甩動故障隨之消失。同時，通過分析采集的數據可以了解安川G7變頻器開環矢量控制方式與閉環矢量控制方式的差異，為后續大車測速編碼器損壞等情況處理規范的建立提供了理論依據。

1.3 輪胎吊大車向左全速易跑偏

2012年底，蛇口集裝箱碼頭某臺輪胎吊在作業過程中出現大車向左全速易跑偏的情況。由于其糾偏難度較大，造成作業效率低下。

由于導致大車跑偏的原因有多種，為更快地找出大車跑偏產生的原因，利用驅動系統數據追蹤功能采集4個大車驅動器狀態數據，發現大車1號驅動器的力矩被限制為電機額定轉矩的46%，而利用數據追蹤功能采集的同批次另外一臺輪胎吊大車1號驅動器的力矩可以達到電機額定轉矩的230%。分析采集的數據發現，大車向左全速易跑偏是由大車1號驅動器力矩被限制引起的。調整相關驅動器參數后，跑偏故障隨之消失。

跑偏是輪胎吊常見故障，這次故障的解決為蛇口集裝箱碼頭輪胎吊大車自動糾偏優化改造找到方向。

2 數據追蹤在起重設備驅動故障分析中的應用原理

2.1 確定需要采集的數據及觸發條件

如圖4所示，在系統中填入需要采集的數據和觸發條件及相關條件后即可實現對需要數據的采集。

2.2 導出數據

數據導出步驟見圖5～7，詳細步驟可參考安川驅動系統CP-717軟件操作手冊。

2.3 分析追蹤數據

分析追蹤數據一般使用Excel軟件，其插入圖表功能及數據排序功能基本可以滿足數據分析的要求。當然，其他專業的數據分析軟件（如MATLAB等）也可以用來分析數據。根據Excel圖表分析數據變化趨勢，通過數據排序找出在很短的時間段內出現的異常數據，從而實現對故障點的判斷。

參考文獻：

[1] 周承恩，謝季佳，洪友士. 超高周疲勞研究現狀及展望[J].機械強度，2004，26（5）：526-533.

[2] 周為富，趙振華，陳偉. 鈦合金高周疲勞特性的影響因素分析[J]. 現代機械，2009（3）：90-93.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-09-11）

港口起重設備的驅動系統在作業過程中往往會出現一些疑難故障，要找出故障原因，需要分辨率達毫秒級且能全面表征系統運行狀態的數據。港口裝卸領域廣泛應用的安川驅動系統自帶的CP-717軟件具有數據追蹤功能，可以采集機構運行中的速度給定、速度反饋、電流、力矩、剎車反饋等關鍵數據，有助于分析偶發性故障、多驅動協同類故障產生的原因。

1 港口起重設備驅動故障典型案例

1.1 輪胎吊起升機構偶發異常抖動且減速箱軸開裂

2011年底，深圳蛇口集裝箱碼頭有限公司（以下簡稱蛇口集裝箱碼頭）某臺輪胎吊的起升機構在作業過程中偶爾出現異常抖動的情況。在排除電機、減速箱、起升手柄、起升電機速度編碼器等可能導致故障的因素后，維修人員通過更換驅動器觸發板排除設備偶發異常抖動故障，并發現起升機構減速箱100軸出現裂紋（見圖1）。

利用驅動系統數據追蹤功能采集起升機構的速度給定、速度反饋、電流反饋、力矩反饋等數據，分析起升機構抖動及減速箱軸產生裂紋的原因。分別采集起升機構抖動時和正常運行時時間間隔的100個速度給定和速度反饋數據；分析這些數據可知，在速度給定穩定時，速度反饋圍繞速度給定上下波動。結合材料力學對斷裂原因的分析[1-2]，確定驅動器觸發板異常是導致起升機構偶發異常抖動的原因，而這種高頻、類似周期性的抖動正是造成減速箱100軸產生高周期疲勞裂紋的原因。

1.2 輪胎吊大車停車偶發甩動

2012年初，蛇口集裝箱碼頭某臺輪胎吊出現大車停車時偶爾甩動的情況。此故障具有偶發性，容易造成司機心理恐慌，且存在損壞自動接駁小車的風險。在現場對設備進行全面排查的過程中，利用驅動系統數據追蹤功能采集4個大車驅動器的狀態數據及大車剎車狀態數據（見圖2），發現大車2號驅動器在大車停車剎車仍然打開時會出現短暫（）放棄控制大車2號電機的情況，此時大車2號驅動器的速度反饋、電流反饋、力矩反饋均為0。

對利用安川系統數據追蹤功能采集的數據進行分析，發現大車停車時甩動是由大車2號驅動器引起的。通過檢查，發現大車2號驅動器處在開環矢量控制方式下，將其修改為閉環矢量控制方式后，采集到如圖3所示的數據，大車停車偶發甩動故障隨之消失。同時，通過分析采集的數據可以了解安川G7變頻器開環矢量控制方式與閉環矢量控制方式的差異，為后續大車測速編碼器損壞等情況處理規范的建立提供了理論依據。

1.3 輪胎吊大車向左全速易跑偏

2012年底，蛇口集裝箱碼頭某臺輪胎吊在作業過程中出現大車向左全速易跑偏的情況。由于其糾偏難度較大，造成作業效率低下。

由于導致大車跑偏的原因有多種，為更快地找出大車跑偏產生的原因，利用驅動系統數據追蹤功能采集4個大車驅動器狀態數據，發現大車1號驅動器的力矩被限制為電機額定轉矩的46%，而利用數據追蹤功能采集的同批次另外一臺輪胎吊大車1號驅動器的力矩可以達到電機額定轉矩的230%。分析采集的數據發現，大車向左全速易跑偏是由大車1號驅動器力矩被限制引起的。調整相關驅動器參數后，跑偏故障隨之消失。

跑偏是輪胎吊常見故障，這次故障的解決為蛇口集裝箱碼頭輪胎吊大車自動糾偏優化改造找到方向。

2 數據追蹤在起重設備驅動故障分析中的應用原理

2.1 確定需要采集的數據及觸發條件

如圖4所示，在系統中填入需要采集的數據和觸發條件及相關條件后即可實現對需要數據的采集。

2.2 導出數據

數據導出步驟見圖5～7，詳細步驟可參考安川驅動系統CP-717軟件操作手冊。

2.3 分析追蹤數據

分析追蹤數據一般使用Excel軟件，其插入圖表功能及數據排序功能基本可以滿足數據分析的要求。當然，其他專業的數據分析軟件（如MATLAB等）也可以用來分析數據。根據Excel圖表分析數據變化趨勢，通過數據排序找出在很短的時間段內出現的異常數據，從而實現對故障點的判斷。

參考文獻：

[1] 周承恩，謝季佳，洪友士. 超高周疲勞研究現狀及展望[J].機械強度，2004，26（5）：526-533.

[2] 周為富，趙振華，陳偉. 鈦合金高周疲勞特性的影響因素分析[J]. 現代機械，2009（3）：90-93.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-09-11）