港口科技・港口电气 岸边集装箱起重机电控系统改造设计及应用 范建共张建 （上海浦东国际集装箱码头有限公司，上海 ２００１３１） 摘要： ８０１、≠｝８０２岸边集装箱起重机经多年使用，电控系统故障较多，必须进行升 级改造。对桥机旧电控系统进行分析。介绍针对ＧＥ ＤＣ ３００电控系统进行改造的设计 方案和在实际生产中应用情况。改造后电控系统故障较大减少，设备的完好率和作业 效率显著提高。 关键词：港口 岸边集装箱起重机电控系统改造 Ｒｅｆｏｒｍ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｓｈｏｒｅ－Ｂａｓｅｄ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ Ｃｒａｎｅ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ＦＡＮ Ｊｉａｎｇｏｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｐｕｄｏｎｇ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２００ １ ３ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｔｅｒ ｍａｎｙ ｙｅａｒ’Ｓ ｕｓａｇｅ，ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｉｒｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｈｏｒｅ—ｂａｓｅｄ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｃｒａｎｅ≠≠８０ １ ａｎｄ≠｝８０２ ａｐｐｅａｒｓ ｒｔｏｕｂｌｅｓ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｔｏ ｂｅ ｒｅｆｏｒｍｅｄ ａｎｄ ｕｐｄａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｆｏｒｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｌａｎ ｆｏｒ ＧＥ ＤＣ ３００ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｆｔｅｒ ｒｅｆｏｒｍ ｔｈｅ ｔｒｏｕｂｌｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｉｒｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ，ｔｈｅ ｆｉｎｅｎｅｓｓ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ａｒｅ ｒａｉｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｔ ｓｈｏｒｅ－ｂａｓｅｄ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｃｒａｎｅ ｅｌｅｃｔｉｒｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｆｏｒｍ 岸边集装箱起重机（以下简称桥机）是在港 有彻底解决。同时由于这些模块生产厂家已经不 口码头前沿进行集装箱装卸作业的装卸设备，在 再生产，以后修理将难度更大。因此提出对原有 各沿海及内河码头都广泛使用。上海港外高桥港 电气系统改造，并决定采取安川的电控设备。 区使用的≠｝８０１、｝｝８０２桥机为早期产品，分别于 １９９５年１月和１９９５年５月投入使用，采用的是 １桥机旧电控系统分析 ＧＥ ＳＥＲＩＥＳ ＳＩＸＴＭ ＰＬＵＳ控制单元以及ＤＣ一３００ ｝｝８０１、≠｝８０２桥机原电控系统采用单个ＰＬＣ 驱动单元。由于设备使用时间较长，元气件老化 控制单元（ＳＥＲＩＥＳ ＳＩＸＴＭ ＰＬＵＳ），除少量输入输 等各种原因电气故障频繁发生，尤其易发生通讯 出点直接连接到位于ＰＬＣ通讯底板上的输入输出 模块烧坏现象，影响作业生产，甚至有时候影响 模块（ＲＡＣＫ－ＭＯＵＮＴＥＤ ＹＯ ＢＬＯＣＫＳ）Ｐｂ，其它输 船舶的正常开靠。为解决这些问题，采取了更换 入输出点采用输入输出模块ｆＧＥＮＩＵＳＴＭ Ｉ／Ｏ 通讯信号线及接地线可靠接地等各种办法，但没 ＤＩＳＣＲＥＴＥ ＡＮＤ ＡＮＡＬＯＧ ＢＬＯＣＫＳ）离散分布的 ・２３・ 港口科技・港口电气 形式，利用ＳＥＲＩＡＬ总线将所有离散分布的输入 输入输出通讯模块。在Ａ／Ｂ总线通讯网络中，任 输出模块连接到位于ＰＬＣ上的Ａ、Ｂ两个总线控 何一处模块出现通讯故障时，将影响所有网络的 制器（ＩＣ６６０ＣＢＢ９０２），Ａ总线控制器上连接１８ 通讯，同时更换每个模块时都需要对新模块进行 个输入输出通讯模块，Ｂ总线控制器上连接１５个 序号和地址编程，比较繁琐（见图１、图２）。 １２１０５坞 ＡＧＩ．１己Ｏ９ ５ Ａ一ＧＩ０４１Ｏ ４ ３ －Ａ０ＧＩ０Ｄ９乏 图１ Ａ总线ＧＥＮＩＵＳ Ｉ／０通讯模块连接示意图 ———一ＲＨ ＣＯＮＳＯＬＥ————— 卜——一ＬＨ ＣＯＮＳＯＬＥ—— 图２ Ｂ总线ＧＥＮＩＵＳ Ｉ／０通讯模块连接示意图 ８０１、≠｝８０２桥机电控系统采用ＧＥ ＤＣ一 板、风扇等提供电源。控制板除与ＰＬＣ进行通讯 ３００ＴＭ驱动系统。起升和大车机构共用一套驱动 控制ＳＣＲ的导通外，还通过电源板利用模拟信号 单元，小车和俯仰机构共用一套驱动单元，两套 来控制和监测外置励磁电源板（ＭＦＣ）励磁电流 驱动单元通过位于ＰＬＣ通讯底板上的ＬＡＮＢＩＵ 的大小，电源板经常在外围设备均工作良好的情 模块与ＰＬＣ建立通讯网络。ＰＬＣ与驱动单元连接 况下突然损坏，因电源板位于控制板内侧，因空 网络示意图见图３所示。电源板向控制板、应用 间限制，更换电源板时不方便。 ・２４・ 港口科技・港口电气 ＳＥＲＩＥＳ ６ 输入输出点汇集到位于电气房电控柜、小车电控 ＣＰＵ Ｈ／Ｇ Ｔ／Ｂ ＤＲＩＶＥ ＤＲＩＶ［ 柜、大车地面操作站３个输入输出集中处理中心。 ＳＬＤＴ ５ ＬＡＮＦＳ ＤＲＯＰ１ ＤＲＯＰ８ 电气房内输入输出点通过位于ＣＰ ３１７（ＰＬＣ）底 Ｌ刚ＡＮ 一＜ 一 厂＾、 厂、 板上２０００ ＩＯＩＦ模块进行地址和属性设定，小车 ＳＨ２ 洲ｌ３Ｊ ＳＨ６Ｊ 电控柜内输入输出点通过２０００ ＩＯ（ＰＬＣ）进行地 图３ ＰＬＯ与驱动单元连接网络示意图 址和属性设定，大车地面控制柜内输入输出点通 ≠｝８０１、 ８０２桥机旧电控系统可编程工作站 过１２０ ＩＯ（ＰＬＣ）进行地址和属性设定，电气房、 （Ｗｏｒｋｍａｓｔｅｒ）使用Ｌｏｇｉｃｍａｓｔｅｒ ６软件，通过专 司机室、大车操作站内的ＰＬＣ利用２１５通讯模块 用线连接位于ＰＬＣ通讯底板上的Ｉ／０ ＣＯＮＴＲＯＬ 及２１５通讯协议相互之间进行通讯，通讯示意图 模块（ＩＣ６００ＣＢ５２７）来与ＰＬＣ进行通讯。由于 见图４。为确保司机室内ＰＬＣ与电气房内ＰＬＣ通 Ｌｏｇｉｃｍａｓｔｅｒ ６编程软件是早期ＤＯＳ版本，操作起 讯的可靠性，设计时拖令电缆采用光缆通讯的形 来不方便。 式，并分别在司机室和电气房控制柜内安装一块 基于上述分析，可以看出对旧电控系统进行 ２１５通讯协议光电转换模块ＣＰ２１５ ＲＥＰＥＡＴＥＲ 改造是有价值和意义的。 ＴＳ２。 对于ＣＰ ３１７、２０００ ＩＯ、１２０ ＩＯ三个可编程逻 ２桥机电控改造系统设计 辑控制器，均可使用安装在ＰＣ机上的ＣＰ７１７编 ２．１ 桥机新电控系统ＰＬＣ及驱动系统设计 程软件通过串行通讯协议连接ＰＬＣ进行设置和编 新电控系统采取安川Ｉ的电控设备，设计时仍采 程。ＣＰ ７１７软件可安装在Ｗｉｎｄｏｗｓ ２０００、Ｗｉｎｄｏｗｓ 用输入输出点集中处理的办法，将桥机所有电气 ＸＰ操作系统下，操作界面比较友好。 ｈｗＩ１１￣１２１５￣０ ２１１１２１１ＩＩ １／ＰＰ 一 一巨习 ｒｒ一一一－一一 一 ！匝 匝圃Ｉ ｌ ＳＴＡＴＩＯＮ ｌＮＴ・１．ｓ１－《Ｉ Ｉ ｌ ｇＴＡＴＢＮ ・１ｓ．１＿ ｌ ｌ ｌ ｆｉｔ ＲＥＨＤ＇ｆＥ Ｉ Ｉ！ ｌ ｌ 佃 Ｉ Ｉ ｝６ｌ一５ ０１１２５｝ ｏＰｒｌＥ ＦＩＢＥＲ ＣＡＢＬＥ ｌ ｌ ｃ＾ＢＲ￣＇４ＱＴＥ Ｉ ｌ ＿● 一一 ｒ］ ｅ ［Ｐ－￣ Ｓ 。１ ０９ １ 一一 Ｉ ＿ ｒ一仁； ～ １１［ Ｆｌｌ ！ １ １ ＾ ］ ■ ， ｌｅＩ ｝＿＿— — Ｉ ！ｍＩ ！ Ｅ Ｓ Ｊ Ｉ — —— ）［Ｉ 。 Ｉ ｉ ｉ — ｉ 『 ！ ＦＣ ＣＯＮＮＥＣＴＥＲ ！ 一 图４ 电气房、司机室、地面大车控制柜内ＰＬＣ通讯连接示意图 新电控系统采用ＶＳ ５９０驱动系统，起升和大 驱动单元和励磁单元设计选型时都充分地考虑了 车机构共用一套驱动单元（ＣＤＭＲ—Ｄ ９ ４６０ Ｖ １５００ 驱动系统的冗余度，以便延长系统的使用寿命， Ａ），小车和俯仰机构共用一套驱动单元（ＣＤＭＲ．Ｄ 驱动单元与励磁单元同样通过ＣＰ ２１５通讯协议 ９ ４６０ Ｖ ５００Ａ ，励磁单元采取各自独立外置的方 连接在ＰＬＣ通讯网络中，可以利用ＣＰ ７１７软件 式，即起升、大车、小车、俯仰各机构配有相对 通过２１５通讯网络连接驱动单元控制板对驱动单 独立的外置励磁单元，其中起升励磁单元型号为 元进行参数设定和逻辑编程。同样通过在电气房 ＮＰＳＢ—ＳＭＤ一４０６０ ６０ Ａ，１个。大车励磁单元型号 主ＰＬＣ底板上２１５通讯控制模块进行励磁单元地 为ＮＰＳＡ—ＳＭＤ－４０２０ ２０ Ａ，２个。小车和俯仰励磁 址设定，建立ＰＬＣ与励磁单元的通讯，实现对励 单元型号均为ＮＰＳＡ．ＳＭＤ一４０２０ ２０ Ａ，各１个。 磁单元的数字通讯信号控制。 ・２５・ 港口科技・港口电气 新电控系统中ＣＰ ３１７、２０００ ＩＯ、１２０ ＩＯ三个 ＰＬＣ和两个ＶＳ５９０驱动系统通过一个２ｌ５网络连 接在一起，在电气房内主ＰＬＣ中进行站点编号和 通讯地址分配。在每个站点上同样需要进行站点 编号和通讯地址设定，以便不同站点间相互识别 和通讯。 图５ 电气房主ＰＬＣ ２１５通讯网络设定示意图 ２．２桥机新电控系统新增项目 桥机新电控设计时，参照新桥机电气配置情 况，首先新增加了起升、俯仰机构的绝对值编码 器。起升／俯仰绝对值编码器能够相对精确地确保 起升／俯仰机构的减速区及行程限制，加上原有的 凸轮限位装置起到双重保护作用。 其次，新电控系统设计时增加了大车和起升 地面操作运行功能，即通过在陆侧大车操作站增 加大车和起升地面运行命令输入点，并将输入点 引入到主ＰＬＣ，通过运行逻辑驱动大车和起升驱 动的运行，从而确保如果司机室与电气房通讯中 断，仍然可以在地面操作大车和起升机构的运行。 另外，新电控系统设计时将俯仰抬钩、进钩、 松绳限位均由单一信号改成双信号，确保俯仰机 构的安全性。这些信号均直接进入电器房主ＰＬＣ 的输入输出中心。 同时，新电控系统设计时增加了双箱作业功 ． 能，在联动台上增加了双箱作业有关的控制按钮， ・２６・ 并在司机室控制柜内增加了相应的输入输出继电 器，通过在主ＰＬＣ中增加了双箱作业时相应的逻 辑控制关系来控制双箱作业操作。 ３总结 通过将｝｝８０１、≠｝８０２桥机进行电控系统进行 改造，提高了桥机电气设备的运行状况，减少了 桥机因电气故障造成的停机次数，确保了桥机运 行的可靠性。 通过增加起升和俯仰机构绝对值编码器，以 及将俯仰机构部分检测输入信号由单信号改成双 信号，提高了设备运行的安全系数。 通过将桥机电控系统改造，降低了对修理工 技术水平的要求并且较大程度地减少了修理工的 维修工作量。 通过增加双箱作业功能，提高了桥机的作业 效率。 参考文献 ［１】Ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｃｋ ｃｐ一７ １ ７ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｍａｎｕａｌ［Ｇ］．Ｎｏ． ＳＩＥ—Ｃ８７７—１ ７．４Ｇ ［２］Ｃｏｎｔｒｏｌ ｐａｃｋ ＣＰ一３ １７ Ｕｓｅｒ’Ｓ Ｍａｎｕａｌ［Ｇ］．ＦＤＳ Ｓｅｒｉｅｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｙａｓｋａｗａ．Ｎｏ．ＳＩＥ—Ｃ８７３—１ ７． １Ｅ． ［３］ＧｅｎｉｕｓＴＭ Ｉ／Ｏ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ ａｎｄ Ａｎａｌｏｇ Ｂｌｏｃｋｓ Ｕｓｅｒ’Ｓ Ｍａｎｕａｌ［Ｇ］．Ｎｏ．ＧＥＫ－９０４８６Ｄ一２． ｆ４１ ＧｅｎｉＵＳ Ｉ／Ｏ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ＣｏｎｑｌＴｌｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｕｓｅｒ’Ｓ Ｍａｎｕａｌ［Ｇ］．Ｎｏ．ＧＥＫ一９０４８６Ｅ－１． ［５］Ｓｅｒｉｅｓ ＳｉｘＴＭ Ｂｕｓ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｓｅｒ’Ｓ Ｍａｎｕａｌ［Ｇ］． Ｎｏ．ＧＦＫ．０１７１Ｂ． 『６］Ｓｅｒｉｅｓ Ｓｉｘ Ｐ１ｕＳ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｓｅｒ’Ｓ Ｍａｎｕａｌ［Ｇ］．Ｎｏ．ＧＦＫ一９６６０２Ａ． ［７］ＤＣ一３００Ｍ Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ｄｒｉｖｅｓ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ．Ｍａｎｕａｌ［Ｇ］．Ｎｏ．ＧＦＫ一８５７６５ １． ［８］ＤＣ．３ｏ０ Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ｄｒｉｖｅｓ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ Ｍａｎｕａｌ［Ｇ］．Ｎｏ．ＧＦＫ一８５７６６ Ａ． （作者范建共为上海浦东集装箱码头有限公 司工程技术部经理）