0引言

隨著遠洋運輸業(yè)持續(xù)發(fā)展，開展現(xiàn)代化集裝箱碼頭裝卸工作有著極為重要的意義。岸邊集裝箱起重機(以下簡稱“岸橋”)作為搬運集裝箱的主要設備，在促進航運發(fā)展方面起著重要的作用。

岸橋可按功能劃分為起升機構、俯仰機構、運行小車機構和大車行走機構等機構，其中起升機構作為岸橋的核心機構，具有以下發(fā)展趨勢[1]：

1)提升速度大幅提高；

2)起升高度不斷增高；

3)吊具載重量急劇增長。

隨著岸橋行業(yè)不斷發(fā)展，對起升機構的電氣設計提出越來越高的要求。吊具電纜卷盤控制系統(tǒng)為岸橋吊具提供電源和控制信號，其完好率和自動化程序決定著岸橋的工作效率。

1電纜卷盤控制系統(tǒng)的組成

吊具電纜卷盤控制系統(tǒng)主要由動力機構、集電器、電纜卷盤及吊具電纜固定裝置等4部分組成(見圖1)。

1．1動力機構

吊具電纜卷盤控制系統(tǒng)的動力機構包括驅動電機、磁滯聯(lián)軸器和減速箱等，其驅動方式包括磁滯式控制方式和全變頻速度控制方式2種。這2種控制方式的核心驅動機構分別為磁滯聯(lián)軸器和變頻調速裝置。

1．1．1磁滯聯(lián)軸器

磁滯聯(lián)軸器是電機與減速箱之間的一種傳動裝置，通過磁滯力給電纜卷盤提供轉矩，其結構相比其他傳動結構較為簡單，體積、質量及轉動慣量都小‘2[。設計時可通過改變聯(lián)軸器的數(shù)量和每只聯(lián)軸器的輸出力矩來調整磁軸聯(lián)軸器的扭矩，滿足各種吊具電纜及電纜長度的需要。因此，磁軸式卷纜系統(tǒng)具有整體靈活、適應能力強及失電時可保護電纜等優(yōu)點，是一種比較理想的動力張緊裝置。

1．1．2

變頻調速裝置

變頻調速裝置包括可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController，PLC)、變頻器和變頻電機，該控制方式可省略磁滯聯(lián)軸器，根據(jù)PLC獲取的吊具高度、位置、速度等信息計算出輸出扭矩和轉速，通過減速箱驅動卷盤運行。全變頻調速系統(tǒng)具有響應速度快、跟隨效果好和適應范圍廣等特點，特別適用于速度變化快、提升高度高和電纜自重大的場合，符合當前電纜卷盤系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，是目前較為先進的吊具電纜卷盤驅動技術。

1．2集電器

集電器又稱滑環(huán)箱，由張力裝置和集電刷組成?；h(huán)箱通過電刷與導軌滑動接觸，在旋轉的情況下保證電纜和供電箱的電氣連接，將電能輸送給電纜，實現(xiàn)移動供電。

1．3電纜卷盤

在對電纜卷盤進行現(xiàn)場組裝時，需調整中間的開檔尺寸，以保證電纜能順利滑動；在設計卷盤時，需保證卷盤寬度在內圈大于電纜外徑的10％，在*外圈大于電纜外徑2～3電纜卷盤上。

1．4

吊具電纜固定裝置mm，從而確保電纜工作時正確纏繞在吊具電纜固定裝置可起到固定電纜和緩沖啟動時的電纜沖擊的作用，在裝置的上方和下放裝有過松過緊凸輪限位開關，保證設備安全作業(yè)。吊具電纜緩沖裝置包括松緊繩式、彈簧式、卷盤式和擺臂式等。

2電纜卷盤控制方法

2.1電纜卷盤常用的2種驅動控制方法對比

電纜卷盤常用的驅動控制方法有磁滯聯(lián)軸器驅動和變頻速度控制2種，其中磁滯聯(lián)軸器驅動方式采用磁滯的方式提供力矩，本質上屬于力矩控制。力矩控制的缺陷在于低速時電纜容易拉得過緊，而高速時會因力矩不足而出現(xiàn)松纜，因為聯(lián)軸器的電磁力有限，當無法控制電動機和制動器的力矩時，會造成電機的制動器與減速箱脫離，即出現(xiàn)松纜情況，引發(fā)事故，因此在設計時往往會留出較大的余量[3]。此外，磁滯式吊具驅動系統(tǒng)的應用范圍也受到限制，在起升高度較高、電纜自重較重的情況下，電纜跟隨效果不佳，成本大幅增長，這越來越難以滿足當今起升高度較高、吊具載重量較重帶來的電纜自重較重、提升速度較快的場合的要求。變頻速度控制則是直接調節(jié)電纜的運行速度，不會出現(xiàn)力矩與速度不匹配的情況，因此這里采用基于變頻的速度控制方式。

2．2變頻速度電纜卷盤控制系統(tǒng)的工作方式

PI。C和變頻器安裝于變頻控制柜內(見圖2)，PI。C實時采集吊具提升的高度和速度等運動參數(shù)(高度通過電纜圈數(shù)間接計算得出，速度則結合電纜卷盤的轉速和圈數(shù)進行計算)，計算出輸出轉矩和轉速給變頻器，變頻器根據(jù)PI。C的信息調節(jié)輸出波形給驅動電機，由電機通過齒輪箱控制卷盤的運動，使之與吊具的實際速度相匹配，并使電纜處在合理的張緊狀態(tài)，實現(xiàn)對電纜卷盤的閉環(huán)控制。具體的控制算法見圖3。

2．2．1主起升上升時

起升時起升手柄向上合閘，PI。C收到起升信號后。先進行低速正轉使電纜張緊；PLC收到手柄命令后，

先延時一段時間(一般為6

常工作。

s)再反饋一個電纜卷盤運行信號給變頻器；變頻器收到速度使能信號后，開始正

當主起升速度>1％的*大主起升速度時，判定為卷盤結束啟動狀態(tài)，進入正常收纜狀態(tài)。此時，PLC

根據(jù)主起升速度和起升高度確定相應的電機所需轉速，并給出一個比所需轉速稍快的實際轉速給變頻器，使

電纜始終保持在張緊狀態(tài)。

當起升手柄回零位時結束起升，吊具電纜卷盤電機會以較低的恒定轉速正轉5

的是避免制動器頻繁抱閘。

2．2．2主起升下降時

s后延時停止，延時的目與起升過程類似，起升手柄向下發(fā)出下降信號，PLC延時啟動，運行狀態(tài)下為放纜狀態(tài)，給定轉速稍慢于PI。C計算出的給定轉速，保持電纜張緊。電纜在下降時，由于其自重和吊具集裝箱的位能轉化為動能，此時電動機變成發(fā)電機，動能轉化為電能，變頻器的逆變裝置變成整流裝置，多余的能量會回饋到母線上，使母線電壓急劇升高，影響系統(tǒng)的正常工作。為避免此類情況發(fā)生，當母線變頻器的電壓達到限定值時，投入運行制動電阻，將這部分電能通過電阻發(fā)熱的方式消耗掉，同時維持直流母線上的電壓為一個正常值。

2．2．3主起升停止時

主起升停止時，卷盤制動器報閘，保持電纜處于張緊狀態(tài)；制動器的制動力矩在設計時必須保證能維持*長的懸掛電纜。

吊具上架緩沖器的上部有過緊限位保護，當發(fā)生掛艙故障或電纜過緊時，會觸發(fā)該信號，PI。C收到該信號后控制制動器工作，對電纜實施緊停，直至恢復正常狀態(tài)。

3

電纜卷盤控制系統(tǒng)的控制柜設計的關鍵點電纜卷盤控制系統(tǒng)全部由電子控制，對電磁兼容性和環(huán)境變化的要求相比磁滯聯(lián)軸器驅動方式更高。因此，在控制系統(tǒng)的設計上需考慮到這些因素的影響。

3．1

電磁干擾與電磁抗干擾設計

吊具電纜卷盤變頻控制柜一般安放在控制室內，距離電纜卷盤本體有幾十米至上百米的長度，需在變頻器的輸入端和輸出端加裝電抗器。輸人電抗器可抑制浪涌電壓和浪涌電流，抑制高次諧波和波形畸變，防止變頻器污染岸橋的供電系統(tǒng)，保護電網(wǎng)質量；輸出電抗器可有效抑制變頻器的逆變器模塊在開關時產(chǎn)生的峰值電壓，調節(jié)功率因數(shù)，降低長距離下電纜分布電容對電機的影響及電機的噪聲和渦流損耗。PI。C與變頻器的通信線采用屏蔽線，不僅可防止輻射信號對通信信號造成干擾，而且能防止通信信號散發(fā)出輻射信號，干擾其他系統(tǒng)的正常工作。

3．2溫濕度設計

碼頭處在海邊，氣候環(huán)境較為惡劣(屬于高濕環(huán)境)。因此，需在電氣柜內部安裝風扇、電加熱器和溫濕度傳感器。當溫度過高時，開啟風扇降溫；當溫度過低或濕度過高時，開啟電加熱器，進行加熱和除濕。制動電阻為易發(fā)熱元件，不能安裝在電氣控制柜內，一般安裝在電氣控制柜頂部或電纜卷盤邊上。

3．3抗鹽霧腐蝕設計

海邊屬于鹽霧環(huán)境，對金屬有較高的腐蝕性，因此采取的對應措施有向電纜鍍銀、向端子搭接處接觸面涂敷導電膏、對緊固件采用不銹鋼材質及柜體根據(jù)IP65的標準設計等(見圖4)，確保柜體能長期正常工作。

4結語

該電纜卷盤控制系統(tǒng)已在ZPMC的新加坡岸橋二期項目中得到成功應用(見圖5)。實踐證明，該套控制方法完全可滿足碼頭集裝箱搬運的要求。在當?shù)氐母邷?、高濕、高壓環(huán)境下能保持電氣系統(tǒng)正常工作，各項性能指標優(yōu)于目前的其他同類產(chǎn)品。由于采用全變頻控制方式大幅減少了接觸器，使得集電器的端子信號也大大降低了施工強度和運營維護成本。

隨著全球一體化的不斷深入和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，港口運輸業(yè)將日益繁榮。隨著市場的不斷擴大和新技術的持續(xù)發(fā)展，全變頻速度控制電纜卷盤控制系統(tǒng)將得到不斷的改進和提高，并得到更加廣泛的應用。