浅淡装船机电控系统技术
                                                                                          神华黄骅港务公司 孔祥进

        

[摘 要]神华黄骅港务公司的6000t/h装船机采用了技术先进的控制系统。该机传动部分主要由检测单元、保护单元、变频逆变器和交流变频电机组成；控制部分由PLC和DH+通讯线路组成。各机构采用变频电机，实现了从零到最大转速下的无级调速，使装船机操作平稳，有利于装卸作业的准确定位，同时可大大减少起制动过程中的冲击，提高作业效率。
        [关键词]装船机 电控系统 装置技术
        
        引言：装船机的一般特点是工况复杂、驱动装置多、装机功率大。装船机具有伸缩臂架、俯仰臂架升降溜筒、大车行走、进行除尘作业和臂架皮带机输送等功能。可达到6000t/h的生产率。从结构上看，装船机是由控制部分和传动部分组成的。控制部分包括硬线回路即继电器与接触器逻辑电路，PLC和通讯线路组成；传动部分包括保护单元、测量单元、交流变频电机和变频逆变器。
        一、PLC控制系统
        整机的逻辑控制是通过PLC实现的。整机PLC链接系统是由远程从站和若干个设备组成的。采用DHRIO通讯作为溜筒升降机构、臂架俯仰机构、臂架伸缩机构和大车行走机构的总线形式，将它们和司机室的风速仪一起与PLC柜内的PLC模块相链接，即时风速信号、重量或幅度限制信号、相关位置信号传送到PLC。
        二、装船机与中控系统的通信
        装船机与中控系统的通信采用硬线和单膜光缆联锁、有线等通信方式，传递联锁信号及设备状态信息，并接收中控系统指令。中央控制系统分配IP地址，装船机配置了以太网交换机，连接中控PLC系统。装船机通过抗恶环境的管理以太网交换机，连接PLC模块、PANNELVIEW等，并预留了端口及管线通道，用于连接无线AP，形成与地面计算机网络的备份通讯链路。控制系统与CCR采用光纤工业以太网通讯方式进行通讯。
        三、装船机主供电回路配置
        交流-直流-交流变频回路是目前大部分装船机采用的电力传动系统，由于电动机构功率较大，且数目较多，因此采用电气室电源柜集中供电方式，然后按照负荷、工作时间、运行效率和功率大小组合各个机构分柜。
        装船机6千伏电源由变电所6KV馈线开关柜提供，通过电缆引到地面中间接线箱，通过橡胶电缆、电缆卷筒和集电环，进入到机上进线柜。再从高压馈线柜馈出，到变压器，变压器将6KV电源变为400V电源。对于各个传动柜的电源接入来说，普遍采用并联的方式供电。因为装船机上电动机都为感性负载，所以在总的400V电源馈出后，第一路先接入电容补偿器，用来提高整个装船机的功率因数。第二路经过断路器Q2馈出，作为应急回路电源，维修回路电源控制回路电源以及机上维修用电源插头电源。第三路经过断路器Q7馈出作为机上照明用电源。第四路经过断路器Q1馈出，为行走驱动、俯仰驱动、伸缩驱动、溜筒驱动等各驱动机构提供动力电源。
        四、装船机驱动装置
        1、 行走机构驱动装置
        行走驱动装置由电机、制动器、减速箱等组成，电机采用三相鼠笼式异步电动机，共用20台电机驱动。为了防止装船机滑移及在暴风时溜车，设有夹轨器及锚固器。
        夹轨器可由司机室单独控制关闭与打开。在夹轨器关闭时，在35m/s风速下装船机不会出现滑移。同时夹轨器有打开与关闭状态检测信号，与装船机行走控制进行联锁控制。当夹轨器为关闭状态时，装船机不允许行走。
        为了防止装船机在最大风速55m/s的暴风时沿轨道滑移，于门架两侧各设置一套锚定装置，该装置同样与行走机构连锁，在锚定状态下行走机构不能动作。
        装船机行走距离由行走编码器测量，数据通过PU10传至PLC。在行走的前端和末端分别设置防碰开关。当大车行走到轨道终端或两机互相接近时，防碰限位开头触角与止挡接触，触角方向改变，便开头触点由常闭变为常开，大机的行走进度由低速变为停止。
        2、 俯仰驱动装置
        驱动装置安装在塔架上部平台上，由电动机、减速器、制动器和卷筒，俯仰钢丝绳组成。为确保安全，设置两套制动器，一套设置在高速轴上，一套设置在低速轴上。在俯仰范围内，悬臂可以安全地停留在任何位置。俯仰角度有俯仰编码器测量，其俯仰角度可在司机室HMI界面上进行显示。俯仰范围内的最高和最低位置设置有限位开关。俯仰速度检测方面有超速开关，当因传动轴或齿轮组等损坏造成臂架过速下滑时，超速开关动作，俯仰变频器停止输出，并且安全制动器抱闸。
        3、 悬臂伸缩机构
        伸缩驱动设置在主臂上，采用双驱动型。由电动机、制动器、减速器等组成。在主臂上设置行程开关，限制伸缩臂架的最大和最小伸缩距离。小臂伸缩距离由伸缩编码器测量，同样其伸缩距离值也显示在HMI界面上。在臂架做上涨动作时，臂架的后方设置有止挡器，为防止臂架在做上仰运动时撞坏后止挡器，必须要求小臂架缩到后限位，否则臂架停止上涨。同时为了防止伸缩电机过负荷，程序控制中设置了超过35°检测，当臂架俯仰角度在35°以上时，禁止臂架做伸缩运动。
        4、 溜筒装置
        溜筒驱动装置包括溜筒旋转、摆动等装置，溜筒动作的动力均由液压站提供。为了保证溜筒旋转的动力，液压站电机采用xxxKW电机。溜筒的旋转动作靠液压马达驱动而摆动动作由液压缸形式驱动。在溜筒平台及溜筒周围分别设置防碰开关，在溜筒及溜筒平台即将与船发生碰撞时触发报警并停机。
        5、 悬臂皮带机
        皮带机采用尾部驱动，由电动机、减速机、液力耦合器、制动器、滚筒等组成。驱动装置有足够的能力，在满载情况下启动而不出现皮带打滑现象。另外为保护皮带，悬臂皮带机上还设置了，皮带打滑开关，跑偏开关，堵料开关及用于紧急停机的拉绳开关。
        6、 电缆卷筒装置
        电缆卷筒装置用于大机行走时电缆的电缆卷、放。每台机械接有动力、控制两套电缆卷筒装置、均放置在尾车上。同时动力缆卷筒与动力缆卷筒分别设置了过松与过紧开关，当卷缆出现过松或过紧情况时，相应开关触发，通过PLC系统禁止大机再做行走运动，从而避免卷缆受到破坏。
        八、大车行走控制、装船机大车行走控制过程
        下面以装船机行走控制为例进行介绍。首先合上装船机行走电机电源空开、装船机行走电机制动器电源空开、动力电缆卷筒空气开关、控制电缆卷筒空气开关，送上低压电总空开Q1。在大机进行行走之前，需要先打开夹轨器。在控制台摁下夹轨器打开按钮，夹轨器打开按钮开关指令进入PLCIO模块。PLC控制器进行逻辑计算，在夹轨器准备条件就绪的情况下，输出夹轨器液压站电机启动命令，和夹轨器打开电子阀开阀命令。电磁阀线圈得电，夹轨器打开。夹轨器打开到位开关检测到夹轨器打开到位信号后，关闭液压站电机并将打开到位信号送入PLC，作为行走命令发出的前提条件。在操作台将操作手柄置于右行一档位置，右行信号传至PLC，一档速度信号也以模拟量形式传入PLC。PLC运算后，输出行走变频器接触器闭合命令以及右行方向命令，行走电机制动器打开命令，动力缆电机 制动器打开命令，控制缆电机制动器打开命令。各自制动器打开检测开关检测到制动器打开到位信号后，PLC向行走变频器输出制动器准备就绪信号，同时以模拟量形式向变频器输出速度信号。大机开始做右行运动，与此同时动力缆电机与控制缆电机分别得电驱动动力缆卷筒和控制缆卷筒运转，以进行收放缆。操作手柄推入二挡，PLC检测到速度输入模拟量的变化，经过运算后向变频器输出相应速度的模拟量，使变频器驱动行走电机以二挡对应的速度向右行走。行走结束后，操作手柄回到零位。PLC停止向变频器输出速度与方向信号，行走电机制动器闭合，动力缆电机制动器与控制缆电机制动器也相应闭合。
        结语：综上所述，神华黄骅港务公司的6千伏装船机电控系统是采用了先进技术，在安全性和逻辑性方面都强于现存普遍使用的装船机，同时这些技术也适用于其他港口装卸设备的自动化控制。