鐘王森　計(jì)延春　伍雋

湛江港國際集裝箱碼頭有限公司現(xiàn)有7臺(tái)岸橋，其中3～7號(hào)岸橋使用振華重工標(biāo)準(zhǔn)控制器局域網(wǎng)絡(luò)（controller area network，CAN）移動(dòng)式雙箱吊具。與普通伸縮式吊具相比，移動(dòng)式雙箱吊具的作業(yè)效率更高且功能更強(qiáng)大，可同時(shí)裝卸2個(gè)20英尺集裝箱并可靈活調(diào)整箱距，以適應(yīng)集裝箱堆場、平板拖車和集裝箱船對(duì)20英尺集裝箱箱距的要求;此外，移動(dòng)式雙箱吊具增加中鎖單元，主要具有中鎖平移、掛鉤脫鉤、中鎖上下、開鎖閉鎖等功能。在現(xiàn)場作業(yè)中，岸橋移動(dòng)式雙箱吊具掛鉤脫鉤裝置易發(fā)故障。為了對(duì)吊具實(shí)施維修，維修人員須爬到箱面上，在有限的空間里手動(dòng)操作電磁閥開鎖，加之碼頭作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，導(dǎo)致吊具維修工作難度較大，維修人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)較高。鑒于此，湛江港國際集裝箱碼頭有限公司技術(shù)部對(duì)基于CAN總線的吊具電控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到方便維修、保障維修作業(yè)安全的目的。

1 基于CAN總線的吊具電控系統(tǒng)優(yōu)化方案

1.1 外圍機(jī)構(gòu)

1.1.1 液壓站

液壓站安裝于吊具底梁內(nèi)部，為吊具提供動(dòng)力，具體參數(shù)如下：電動(dòng)機(jī)功率為7.5 kW;采用電壓為380～480 V、頻率為50～60 Hz的三相交流電源;防護(hù)等級(jí)為IP55。

1.1.2 電磁閥

吊具電磁閥包括單雙箱伸縮電磁閥、開閉鎖電磁閥、中鎖上下電磁閥和導(dǎo)板上下電磁閥等。電磁閥由電氣邏輯控制，執(zhí)行相應(yīng)的吊具動(dòng)作，包括單雙箱伸縮動(dòng)作、開閉鎖動(dòng)作等。吊具伸縮動(dòng)作靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈條并帶動(dòng)2根推桿來實(shí)現(xiàn)。吊具執(zhí)行伸縮動(dòng)作時(shí)，根據(jù)位置信號(hào)切斷伸縮電磁閥動(dòng)作，確保伸縮定位準(zhǔn)確。

1.1.3 限位開關(guān)

吊具鎖銷箱中安裝開閉鎖限位（單出桿形式），中間圓形感應(yīng)塊安裝于開閉鎖油缸推桿上，隨著開閉鎖動(dòng)作觸發(fā)相應(yīng)的開閉鎖限位信號(hào)，并將開閉鎖狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋至吊具主控系統(tǒng)。頂銷位于開閉鎖鎖頭旁，每個(gè)鎖頭對(duì)應(yīng)1個(gè)頂銷和限位。當(dāng)?shù)蹙咧浜螅?個(gè)（雙箱對(duì)應(yīng)8個(gè)）頂銷限位觸發(fā)信號(hào)，并將頂銷信號(hào)傳至主控系統(tǒng)。只有當(dāng)4個(gè)（雙箱對(duì)應(yīng)8個(gè)）頂銷的信號(hào)全部反饋成功后，主控系統(tǒng)才允許吊具執(zhí)行開閉鎖動(dòng)作。

掛鉤限位安裝在吊具底梁內(nèi)側(cè)，與掛鉤相鄰，其作用是判斷吊具是否到達(dá)進(jìn)雙箱掛鉤的位置。在單箱模式切換為雙箱模式的過程中，掛鉤限位感應(yīng)反饋定位準(zhǔn)確后執(zhí)行掛鉤動(dòng)作。掛鉤裝置共有2組，匹配伸縮梁結(jié)構(gòu)，用于連接中部移動(dòng)架與單箱伸縮梁。在吊具單箱作業(yè)狀態(tài)下，須確保掛鉤裝置完全抬起。中鎖上限位共有4個(gè)，安裝在吊具中鎖箱中，用于感應(yīng)中鎖機(jī)構(gòu)是否保持在上位置（即單箱位置）。

1.2 CAN總線通信系統(tǒng)

從開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型的角度來看，CAN只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈接層，而未定義應(yīng)用層，因此需要高層協(xié)議來定義。CAN總線應(yīng)用層協(xié)議是基于CAN的高層通信協(xié)議。CANopen是在CAN總線應(yīng)用層協(xié)議基礎(chǔ)上開發(fā)的使用CAN總線應(yīng)用層協(xié)議的通信和服務(wù)協(xié)議子集。

1.2.1 CANopen控制器 IFM CR0505

控制器IFM CR0505是整個(gè)吊具通信系統(tǒng)的“大腦”，負(fù)責(zé)收集各個(gè)模塊的信號(hào)，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，并與吊具電控系統(tǒng)通信。CANopen控制器IFM CR0505電氣參數(shù)如圖1所示。

1.2.2 擴(kuò)展模塊 CR2032

擴(kuò)展模塊CR2032是吊具通信系統(tǒng)的輸入輸出模塊，負(fù)責(zé)收集吊具外圍各種開關(guān)和傳感器信號(hào)，并通過數(shù)字式或模擬式輸出控制吊具的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)可以通過對(duì)應(yīng)點(diǎn)的工作指示燈來判斷，擴(kuò)展模塊的工作狀態(tài)可以通過電源指示燈和通信指示燈來判斷。每個(gè)擴(kuò)展模塊均帶有撥碼盤，用來設(shè)定模塊節(jié)點(diǎn)號(hào)和波特率。擴(kuò)展模塊CR2032電氣參數(shù)如圖2所示。

1.2.3 IFM EC2087模塊

IFM EC2087模塊負(fù)責(zé)將 CAN 總線信號(hào)轉(zhuǎn)換成過程現(xiàn)場總線（PROFIBUS）信號(hào)，具體參數(shù)如下：采用電壓為10～32 V的直流電源;防護(hù)等級(jí)為IP67;過電壓防護(hù)設(shè)置為可承受36 V直流電 10 s。

1.2.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

移動(dòng)式雙箱吊具把各個(gè)擴(kuò)展模塊的 CAN 總線信號(hào)匯集在CR0505模塊，然后通過吊具垂纜傳輸?shù)剿緳C(jī)室，再通過IFM EC2087模塊將CAN總線信號(hào)轉(zhuǎn)換成PROFIBUS信號(hào)后傳送至安川控制器;經(jīng)過控制器運(yùn)算后，最終通過 PROFIBUS 模塊將執(zhí)行動(dòng)作指令經(jīng)IFM EC2087模塊轉(zhuǎn)換后傳送到吊具各執(zhí)行元件?；贑AN總線的移動(dòng)式雙箱吊具系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

2 基于CAN總線的吊具電控系統(tǒng)優(yōu)化前后吊具工況對(duì)比

2.1 優(yōu)化前吊具工況

基于CAN總線的吊具電控系統(tǒng)優(yōu)化前，吊具雙箱模式切換為單箱模式流程如圖4所示。吊具掛鉤信號(hào)條件為：所有掛鉤限位得電，所有脫鉤限位均不得電，系統(tǒng)延時(shí)300 ms后發(fā)送掛鉤信號(hào)。

基于CAN總線的吊具電控系統(tǒng)優(yōu)化前，吊具中鎖開鎖流程如圖5所示。吊具單箱信號(hào)條件為同時(shí)有中鎖上信號(hào)和脫鉤信號(hào)，吊具雙箱信號(hào)條件為同時(shí)有中鎖下信號(hào)和掛鉤信號(hào)。

2.2 優(yōu)化后吊具工況

修改程序，增加掛鉤旁路信號(hào)（見圖6）。現(xiàn)場作業(yè)時(shí)，吊具振動(dòng)容易導(dǎo)致脫鉤、掛鉤油缸內(nèi)泄、掛脫鉤開關(guān)損壞等，從而造成掛鉤信號(hào)丟失。增加掛鉤旁路信號(hào)后，當(dāng)出現(xiàn)掛鉤信號(hào)丟失故障時(shí)，維修人員可以通過打開掛鉤旁路旋鈕開關(guān)，向吊具系統(tǒng)發(fā)送雙箱模式正常信號(hào)，從而達(dá)到正常開鎖的目的。吊具開鎖后，維修人員可在地面對(duì)吊具實(shí)施檢修，還可通過選擇掛鉤旁路信號(hào)將雙箱模式切換成單箱模式。

3 結(jié)束語

基于CAN總線的吊具電控系統(tǒng)優(yōu)化效果顯著，不僅解決了吊具維修不便的問題，而且提升吊具維修作業(yè)安全性。此外，對(duì)基于CAN總線的吊具電控系統(tǒng)實(shí)施優(yōu)化改造，有利于加深相關(guān)專業(yè)人員對(duì)岸橋吊具整體作業(yè)工藝流程的認(rèn)識(shí)，提高其創(chuàng)造性解決吊具故障的能力。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2022-01-11）EAD71427-029B-4DF2-A467-5DAF60BD4D02