港口裝卸設備單機多電控系統的整合研究及應用

張建國　武彬　石正雄

摘 要：隨著港口裝卸設備的自動化和復雜程度提高，設備的電控系統種類和樣式呈現多元化的趨勢。由于設備主電控系統與各子系統品牌的差異，對于設備備件、維修一體化的管理造成困難。通過對設備電控系統進行一體化升級和改造研究，將主系統與子系統進行整合，能夠有效解決備件管理、技術管理、成本管控中存在的難題，在設備管理工作中具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：多電控系統;整合研究;應用;設備管理

中圖分類號：U653.92? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）10-0057-02

隨著全球一體化的推進，港口物流業得以迅速發展，貨運船舶朝著大型化趨勢發展，港口裝卸設備的復雜程度以及自動化程度都不斷提高。并且由于裝備制造業的標準化、模塊化生產，設備的電控系統種類和樣式呈現多元化的趨勢。設備主電控系統與各子系統存在品牌差異，雖然可以通過系統集成實現整機的可靠運行，但是對于設備備件、維修一體化的管理造成困難。由于多種電控系統的存在，需要增加庫存種類來保證設備的正常運行。同時，為了實現設備可靠的運行，需要增加額外的通訊設備來將信息統一處理，維修人員也需要相應掌握更多的技能來維護設備的運行，設備的維保標準也很難進行統一。這些都不利于設備的標準化管理的實現。

近年港口裝卸設備的電控系統發展迅速，安川、西門子、ABB等眾多品牌都有成熟的應用經驗。以我公司堆場裝卸設備場橋為例，分析港口裝卸設備單機多電控系統當前存在的問題與整合的方案研究。

1 港口裝卸設備單機多電控系統存在的問題

天津港歐亞國際集裝箱碼頭有限公司采用電纜卷盤式市電場橋，與以往傳統燃油場橋相比，增加了單獨的電纜卷盤驅動系統，在設備最初選型時，主機電控系統采用日本安川品牌，對于新增卷盤電控系統采用了西門子品牌。在場橋大車機構運行時，主電控系統與卷盤電控系統需要進行通訊，配合完成場橋運行時的電纜收放，同時根據大車加減速，控制卷盤的收放力矩。主電路通過變頻器對電機進行控制，變頻器通過ASI總線與PLC通訊模塊連接，對電機進行力矩控制。而在放纜過程中產生的回饋能量則通過制動單元進入制動電阻吸收。由于主電控系統與輔助機構電控系統品牌差異，帶來以下問題：

（1）單機多電控系統需使用額外的通訊模塊實現整機通訊。不同品牌的電控系統通訊一般都采用專有的通訊模塊，無法實現不同品牌之間模塊化、標準化的通訊要求。一般需要特定的通訊模塊將信號轉化為FROFIBUS、CANBUS等總線協議，才能實現各系統之間的通訊。

（2）單機多電控系統設備備件種類多，占用庫存資金大。由于不同品牌電控系統零部件通用性較差，為了保證設備的運行，需要對每套電控系統的易損件、關鍵零部件進行采購，加大了企業運營的財務風險。以我公司場橋為例，需要對兩套電控系統單獨采購PLC、IO模塊、變頻器、制動單元等備件，無法實現互通互用。

（3）各系統之間集成度不夠高，不便于故障檢修。作為場橋卷盤輔助系統，卷盤運行相對獨立，與安川主系統之間通訊主要有大車運行信號，加減速信號;卷盤西門子系統PLC反饋給主系統信號有卷盤OK信號、卷盤系統故障信號、電纜過緊或松纜信號。對于因卷盤變頻器故障或制動單元導致的卷盤系統故障，無法通過設備故障顯示屏、設備監控系統監控電纜顯示對應的故障代碼，需要利用電腦連接西門子PLC系統進行確認，給檢修造成較大不便。

（4）單機多電控系統增加維修人員學習難度。維修人員需對每種電控系統的PLC特點、編程方法、日常維護注意事項、檢查等進行掌握和學習，需要較多的知識儲備。公司的設備維護采用全外包模式，由于維修人員流動性較大，以及人員學歷結構分布不均等因素，很容易造成設備維修技術力量的嚴重流失，導致人員的設備維修能力不足，從而引起設備故障修復時間較長、重復性故障較多等現象，對設備管理指標的考核指標產生影響，無法滿足公司正常運營需求。

2 港口裝卸設備單機多電控系統整合研究與應用

對設備單機多電控系統整合可以通過三個途徑解決，一是對子系統進行升級改造，實現與主電控系統的統一;二是將原有子系統進一步進行開發，以實現備件可替代，以及深度的系統集成，將更多的IO信號通訊給主電控系統，但是仍然無法解決維修人員需掌握的知識點較多，導致人員維修能力不足的問題;三是將主電控系統改造，實現與子電控系統的統一，具體方案描述對比如下：

表1

根據以上三個方案的對比，結合公司場橋的實際情況，我們認為方案一，改造投入成本較低，改造后解決了備件停產問題，降低了維保難度，最終電纜的隨動效果較好，滿足使用要求。

具體改造方案為更換現有西門子卷盤電控系統的控制PLC、變頻器及制動單元，選擇主電控系統品牌的CP-816擴展模塊，實現卷盤系統所有信號的接入，安川主PLC可以對所有信號進行調用，將信號邏輯程序編寫在主PLC內，通過對照故障代碼可以實現在設備故障顯示屏、監控管理系統故障日志中直接查看該子系統的故障履歷，能夠快速定位故障點，故障排查針對性更強。

采用安川A1000系列變頻器代替原西門子變頻器，A1000系列變頻器采用耐環境設計，可以實現耐濕、耐塵、耐油、耐振動，并且相比西門子變頻器，體積更小，備件充足，價格低50%左右。由于安川A1000系列變頻器體積更小，改造后可將原來安裝在室外盤柜的變頻器、PLC等關鍵電氣元件安裝至電氣房內，電氣房內部溫度、濕度較為穩定，灰塵較少，為電氣設備的正常運行提供前提條件。

3 系統整合效果分析

當前，我公司已經完成27臺場橋大車電纜卷盤系統的升級改造，相對于之前單機多電控系統的情況，我們從以下幾個方面做了對比。

（1）改造后，對各系統之間的通訊方式進行了統一，減少了中間通訊模塊，降低整機成本，增加了電控系統通訊的可靠性。

（2）對改造前后庫存的備件種類、數量及金額進行了對比，如下表所示。卷盤電控系統關鍵零部件包括電機編碼器、變頻器、制動單元、IO模塊、主接觸器等，改造完成后取消了電機主接觸器，并且變頻器、制動單元、IO模塊等備件與主電控系統零部件實現了型號統一，無需單獨采購。關鍵備件總庫存金額得到大幅降低，同時供貨周期也大幅縮短，沒有停產的備件，保證了設備的正常運行。

（3）改造后對卷盤電控系統與主電控系統進行了深度集成，將卷盤電控系統全部的IO信號都傳輸至主PLC，通過起重機遠程監控系統可以更加直觀的確認故障時各元件的運行狀態，對于故障的檢修效率有一定的提升，平均修復時間會相應有所降低。

（4）改造后，維修人員只需掌握安川PLC特點、編程方法、日常維護注意事項等即可，減少了學習知識點。且可以通過公司的安川電控實驗室開展培訓，提升維修人員技能水平。下表是改造前后，我們對5臺場橋卷盤電控系統故障次數及維修時間的對比。各類故障次數明顯減少，平均修復時間有所下降。

4 結語

通過對設備單機多電控系統的整合，簡化了不同系統之間的通訊方式，解決了需要單獨設置通訊模塊、通訊干擾故障、備件種類多、庫存金額較大、缺乏維修技術支持、維修人員需掌握的知識點多等問題，實現了設備故障次數、在線故障率修復時間的下降，提高了設備可靠性，優化了設備備件庫存種類，節約了維護成本。