港口装卸设备单机多电控系统的整合研究及应用

张建国　武彬　石正雄

摘 要：随着港口装卸设备的自动化和复杂程度提高，设备的电控系统种类和样式呈现多元化的趋势。由于设备主电控系统与各子系统品牌的差异，对于设备备件、维修一体化的管理造成困难。通过对设备电控系统进行一体化升级和改造研究，将主系统与子系统进行整合，能够有效解决备件管理、技术管理、成本管控中存在的难题，在设备管理工作中具有一定的借鉴意义。

关键词：多电控系统;整合研究;应用;设备管理

中图分类号：U653.92          文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2019）10-0057-02

随着全球一体化的推进，港口物流业得以迅速发展，货运船舶朝着大型化趨势发展，港口装卸设备的复杂程度以及自动化程度都不断提高。并且由于装备制造业的标准化、模块化生产，设备的电控系统种类和样式呈现多元化的趋势。设备主电控系统与各子系统存在品牌差异，虽然可以通过系统集成实现整机的可靠运行，但是对于设备备件、维修一体化的管理造成困难。由于多种电控系统的存在，需要增加库存种类来保证设备的正常运行。同时，为了实现设备可靠的运行，需要增加额外的通讯设备来将信息统一处理，维修人员也需要相应掌握更多的技能来维护设备的运行，设备的维保标准也很难进行统一。这些都不利于设备的标准化管理的实现。

近年港口装卸设备的电控系统发展迅速，安川、西门子、ABB等众多品牌都有成熟的应用经验。以我公司堆场装卸设备场桥为例，分析港口装卸设备单机多电控系统当前存在的问题与整合的方案研究。

1 港口装卸设备单机多电控系统存在的问题

天津港欧亚国际集装箱码头有限公司采用电缆卷盘式市电场桥，与以往传统燃油场桥相比，增加了单独的电缆卷盘驱动系统，在设备最初选型时，主机电控系统采用日本安川品牌，对于新增卷盘电控系统采用了西门子品牌。在场桥大车机构运行时，主电控系统与卷盘电控系统需要进行通讯，配合完成场桥运行时的电缆收放，同时根据大车加减速，控制卷盘的收放力矩。主电路通过变频器对电机进行控制，变频器通过ASI总线与PLC通讯模块连接，对电机进行力矩控制。而在放缆过程中产生的回馈能量则通过制动单元进入制动电阻吸收。由于主电控系统与辅助机构电控系统品牌差异，带来以下问题：

（1）单机多电控系统需使用额外的通讯模块实现整机通讯。不同品牌的电控系统通讯一般都采用专有的通讯模块，无法实现不同品牌之间模块化、标准化的通讯要求。一般需要特定的通讯模块将信号转化为FROFIBUS、CANBUS等总线协议，才能实现各系统之间的通讯。

（2）单机多电控系统设备备件种类多，占用库存资金大。由于不同品牌电控系统零部件通用性较差，为了保证设备的运行，需要对每套电控系统的易损件、关键零部件进行采购，加大了企业运营的财务风险。以我公司场桥为例，需要对两套电控系统单独采购PLC、IO模块、变频器、制动单元等备件，无法实现互通互用。

（3）各系统之间集成度不够高，不便于故障检修。作为场桥卷盘辅助系统，卷盘运行相对独立，与安川主系统之间通讯主要有大车运行信号，加减速信号;卷盘西门子系统PLC反馈给主系统信号有卷盘OK信号、卷盘系统故障信号、电缆过紧或松缆信号。对于因卷盘变频器故障或制动单元导致的卷盘系统故障，无法通过设备故障显示屏、设备监控系统监控电缆显示对应的故障代码，需要利用电脑连接西门子PLC系统进行确认，给检修造成较大不便。

（4）单机多电控系统增加维修人员学习难度。维修人员需对每种电控系统的PLC特点、编程方法、日常维护注意事项、检查等进行掌握和学习，需要较多的知识储备。公司的设备维护采用全外包模式，由于维修人员流动性较大，以及人员学历结构分布不均等因素，很容易造成设备维修技术力量的严重流失，导致人员的设备维修能力不足，从而引起设备故障修复时间较长、重复性故障较多等现象，对设备管理指标的考核指标产生影响，无法满足公司正常运营需求。

2 港口装卸设备单机多电控系统整合研究与应用

对设备单机多电控系统整合可以通过三个途径解决，一是对子系统进行升级改造，实现与主电控系统的统一;二是将原有子系统进一步进行开发，以实现备件可替代，以及深度的系统集成，将更多的IO信号通讯给主电控系统，但是仍然无法解决维修人员需掌握的知识点较多，导致人员维修能力不足的问题;三是将主电控系统改造，实现与子电控系统的统一，具体方案描述对比如下：

表1

根据以上三个方案的对比，结合公司场桥的实际情况，我们认为方案一，改造投入成本较低，改造后解决了备件停产问题，降低了维保难度，最终电缆的随动效果较好，满足使用要求。

具体改造方案为更换现有西门子卷盘电控系统的控制PLC、变频器及制动单元，选择主电控系统品牌的CP-816扩展模块，实现卷盘系统所有信号的接入，安川主PLC可以对所有信号进行调用，将信号逻辑程序编写在主PLC内，通过对照故障代码可以实现在设备故障显示屏、监控管理系统故障日志中直接查看该子系统的故障履历，能够快速定位故障点，故障排查针对性更强。

采用安川A1000系列变频器代替原西门子变频器，A1000系列变频器采用耐环境设计，可以实现耐湿、耐尘、耐油、耐振动，并且相比西门子变频器，体积更小，备件充足，价格低50%左右。由于安川A1000系列变频器体积更小，改造后可将原来安装在室外盘柜的变频器、PLC等关键电气元件安装至电气房内，电气房内部温度、湿度较为稳定，灰尘较少，为电气设备的正常运行提供前提条件。

3 系统整合效果分析

当前，我公司已经完成27台场桥大车电缆卷盘系统的升级改造，相对于之前单机多电控系统的情况，我们从以下几个方面做了对比。

（1）改造后，对各系统之间的通讯方式进行了统一，减少了中间通讯模块，降低整机成本，增加了电控系统通讯的可靠性。

（2）对改造前后库存的备件种类、数量及金额进行了对比，如下表所示。卷盘电控系统关键零部件包括电机编码器、变频器、制动单元、IO模块、主接触器等，改造完成后取消了电机主接触器，并且变频器、制动单元、IO模块等备件与主电控系统零部件实现了型号统一，无需单独采购。关键备件总库存金额得到大幅降低，同时供货周期也大幅缩短，没有停产的备件，保证了设备的正常运行。

（3）改造后对卷盘电控系统与主电控系统进行了深度集成，将卷盘电控系统全部的IO信号都传输至主PLC，通过起重机远程监控系统可以更加直观的确认故障时各元件的运行状态，对于故障的检修效率有一定的提升，平均修复时间会相应有所降低。

（4）改造后，维修人员只需掌握安川PLC特点、编程方法、日常维护注意事项等即可，减少了学习知识点。且可以通过公司的安川电控实验室开展培训，提升维修人员技能水平。下表是改造前后，我们对5台场桥卷盘电控系统故障次数及维修时间的对比。各类故障次数明显减少，平均修复时间有所下降。

4 结语

通过对设备单机多电控系统的整合，简化了不同系统之间的通讯方式，解决了需要单独设置通讯模块、通讯干扰故障、备件种类多、库存金额较大、缺乏维修技术支持、维修人员需掌握的知识点多等问题，实现了设备故障次数、在线故障率修复时间的下降，提高了设备可靠性，优化了设备备件库存种类，节约了维护成本。