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(tǒng)種類和樣式呈現(xiàn)多元化的趨勢。由于設備主電控系統(tǒng)與各子系統(tǒng)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(tǒng)進行一體化升級和改造研究，將主系統(tǒng)與子系統(tǒng)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(tǒng);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(yè)得以迅速發(fā)展，貨運船舶朝著大型化趨勢發(fā)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(yè)的標準化、模塊化生產(chǎn)，設備的電控系統(tǒng)種類和樣式呈現(xiàn)多元化的趨勢。設備主電控系統(tǒng)與各子系統(tǒng)存在品牌差異，雖然可以通過系統(tǒng)集成實現(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)設備可靠的運行，需要增加額外的通訊設備來將信息統(tǒng)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(tǒng)一。這些都不利于設備的標準化管理的實現(xiàn)。

近年港口裝卸設備的電控系統(tǒng)發(fā)展迅速，安川、西門子、ABB等眾多品牌都有成熟的應用經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)燃油場橋相比，增加了單獨的電纜卷盤驅動系統(tǒng)，在設備最初選型時，主機電控系統(tǒng)采用日本安川品牌，對于新增卷盤電控系統(tǒng)采用了西門子品牌。在場橋大車機構運行時，主電控系統(tǒng)與卷盤電控系統(tǒng)需要進行通訊，配合完成場橋運行時的電纜收放，同時根據(jù)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(chǎn)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(tǒng)與輔助機構電控系統(tǒng)品牌差異，帶來以下問題：

（1）單機多電控系統(tǒng)需使用額外的通訊模塊實現(xiàn)整機通訊。不同品牌的電控系統(tǒng)通訊一般都采用專有的通訊模塊，無法實現(xiàn)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(xié)議，才能實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的通訊。

（2）單機多電控系統(tǒng)設備備件種類多，占用庫存資金大。由于不同品牌電控系統(tǒng)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(tǒng)的易損件、關鍵零部件進行采購，加大了企業(yè)運營的財務風險。以我公司場橋為例，需要對兩套電控系統(tǒng)單獨采購PLC、IO模塊、變頻器、制動單元等備件，無法實現(xiàn)互通互用。

（3）各系統(tǒng)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(tǒng)，卷盤運行相對獨立，與安川主系統(tǒng)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(tǒng)PLC反饋給主系統(tǒng)信號有卷盤OK信號、卷盤系統(tǒng)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(tǒng)故障，無法通過設備故障顯示屏、設備監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)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(tǒng)進行確認，給檢修造成較大不便。

（4）單機多電控系統(tǒng)增加維修人員學習難度。維修人員需對每種電控系統(tǒng)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(xiàn)象，對設備管理指標的考核指標產(chǎn)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(tǒng)整合研究與應用

對設備單機多電控系統(tǒng)整合可以通過三個途徑解決，一是對子系統(tǒng)進行升級改造，實現(xiàn)與主電控系統(tǒng)的統(tǒng)一;二是將原有子系統(tǒng)進一步進行開發(fā)，以實現(xiàn)備件可替代，以及深度的系統(tǒng)集成，將更多的IO信號通訊給主電控系統(tǒng)，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(tǒng)改造，實現(xiàn)與子電控系統(tǒng)的統(tǒng)一，具體方案描述對比如下：

表1

根據(jù)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(chǎn)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(xiàn)有西門子卷盤電控系統(tǒng)的控制PLC、變頻器及制動單元，選擇主電控系統(tǒng)品牌的CP-816擴展模塊，實現(xiàn)卷盤系統(tǒng)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(xiàn)在設備故障顯示屏、監(jiān)控管理系統(tǒng)故障日志中直接查看該子系統(tǒng)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(huán)境設計，可以實現(xiàn)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(wěn)定，灰塵較少，為電氣設備的正常運行提供前提條件。

3 系統(tǒng)整合效果分析

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

（1）改造后，對各系統(tǒng)之間的通訊方式進行了統(tǒng)一，減少了中間通訊模塊，降低整機成本，增加了電控系統(tǒng)通訊的可靠性。

（2）對改造前后庫存的備件種類、數(shù)量及金額進行了對比，如下表所示。卷盤電控系統(tǒng)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(tǒng)零部件實現(xiàn)了型號統(tǒng)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(chǎn)的備件，保證了設備的正常運行。

（3）改造后對卷盤電控系統(tǒng)與主電控系統(tǒng)進行了深度集成，將卷盤電控系統(tǒng)全部的IO信號都傳輸至主PLC，通過起重機遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以更加直觀的確認故障時各元件的運行狀態(tài)，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(tǒng)故障次數(shù)及維修時間的對比。各類故障次數(shù)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(tǒng)的整合，簡化了不同系統(tǒng)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(xiàn)了設備故障次數(shù)、在線故障率修復時間的下降，提高了設備可靠性，優(yōu)化了設備備件庫存種類，節(jié)約了維護成本。