周興奎

岸橋作為裝卸集裝箱的專業(yè)設備，在現(xiàn)代化集裝箱碼頭得到廣泛應用。集裝箱碼頭岸橋吊具電纜卷盤系統(tǒng)一般選用丹佛斯VLT 5000變頻器，該變頻器運行不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)故障，加之其結(jié)構(gòu)緊湊，造成拆裝復雜、維修困難且耗時較長等問題?？紤]到碼頭作業(yè)的時效性，用運行穩(wěn)定的ABB 800變頻器取代丹佛斯VLT 5000變頻器來驅(qū)動吊具電纜卷盤系統(tǒng)電機。更換變頻器后，吊具電纜卷盤系統(tǒng)運行穩(wěn)定，但吊具通信系統(tǒng)卻因此受到干擾，致使岸橋在運行過程中出現(xiàn)吊具信號丟失的情況。

1 岸橋吊具通信原理

岸橋吊具控制系統(tǒng)采用控制器局域網(wǎng)絡（Controller Area Network，CAN）總線與司機室通信模塊通信，通信模塊將信號轉(zhuǎn)換為過程現(xiàn)場總線（Process Field Bus，PROFIBUS）與控制系統(tǒng)可編程邏輯控制器建立通信（見圖1）。當CAN總線有信號時，高位數(shù)據(jù)線的電壓為，低位數(shù)據(jù)線的電壓為；當CAN總線無信號時，高位數(shù)據(jù)線和低位數(shù)據(jù)線的電壓均為。信號的高低電平差很小。由于結(jié)構(gòu)原因，吊具的通信電纜、油泵動力電纜與控制電源電纜由1根吊具電纜連接，因此，吊具的通信電纜與油泵動力電纜會相互影響。

圖1 吊具通信原理

2 岸橋吊具ABB 800變頻器干擾通信故障分析

更換ABB 800變頻器后，岸橋吊具電纜卷盤系統(tǒng)試運行正常。當岸橋開始起升動作（吊具電纜卷盤系統(tǒng)隨之起升運轉(zhuǎn)）并接通吊具油泵后，系統(tǒng)不時地報吊具開/閉鎖故障，導致設備無法正常工作。若岸橋在關(guān)閉吊具油泵后進行起升動作，則系統(tǒng)運行正常。

檢查吊具油泵回路，線路正常。檢查吊具通信模塊，發(fā)現(xiàn)變頻器在有力矩輸出時接通吊具油泵，通信模塊的指示燈不停閃爍，系統(tǒng)通信不穩(wěn)定。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)導致吊具通信異常的原因是變頻器的高次諧波干擾；但使用丹佛斯VLT 5000變頻器時并無此現(xiàn)象。拆解丹佛斯VLT 5000變頻器后發(fā)現(xiàn)其充電電阻采用的是繞線電阻。當VLT 5000變頻器運行時，充電電阻相當于輸入電抗器，起到抑制變頻器干擾電網(wǎng)的作用。由此判斷ABB 800變頻器是通過輸入端對其他通信線路形成干擾的。

為驗證上述觀點，對岸橋吊具進行以下操作：在關(guān)閉吊具油泵時進行起升操作，吊具通信正常；只接通吊具油泵而不進行起升操作，吊具通信正常；接通吊具油泵后操作起升機構(gòu)，吊具通信模塊的指示燈閃爍，表明通信受到干擾。經(jīng)檢查，初步判斷上述通信故障由ABB 800變頻器產(chǎn)生的高次諧波經(jīng)吊具油泵的動力電纜引入吊具電纜所致。查看電氣原理圖，發(fā)現(xiàn)變頻器輸入端與吊具油泵使用同一電源。如圖2所示：由于丹佛斯VLT 5000變頻器具有對輸入端干擾的抑制作用，變頻器內(nèi)部的干擾不容易影響電網(wǎng)；而由于ABB 800變頻器沒有輸入濾波器，無法抑制其對電網(wǎng)的影響。當接通吊具油泵時，由于吊具油泵與吊具通信模塊共用電纜，ABB 800變頻器輸入端通過油泵電源干擾到吊具通信，導致吊具通信異常并報故障；但隨后可很快恢復。

圖2 變頻器供電原理

由于吊具電纜中只有吊具通信回路采用直流CAN總線且其信號的高低電平差很小，故該回路極易因受到干擾而出現(xiàn)失真；其余線路皆由電壓為的交流電源供電，其受諧波的干擾較小。

3 岸橋吊具ABB 800變頻器干擾通信故障

解決方案

3.1 加裝輸入電抗器

輸入電抗器的作用為：限制電網(wǎng)電壓突變和操作過電壓引起的電流沖擊、平滑電源電壓中包含的尖峰脈沖或平滑橋式蒸餾電路換相時產(chǎn)生的電壓缺陷，其既能阻止來自電網(wǎng)的干擾，又能減輕整流電源產(chǎn)生的諧波電流對電網(wǎng)的影響。不過，加裝輸入電抗器需要改造設備線路、鉆孔和攻螺紋，工程量較大，在集裝箱碼頭作業(yè)緊張時，不允許長時間進行故障處理。

3.2 并聯(lián)電容器

鑒于ABB 800變頻器的高次諧波干擾吊具電纜，在通信模塊輸入端將高次諧波過濾掉即可解決信號失真問題；若有元件吸收部分諧波，則可確保吊具通信數(shù)據(jù)包的準確性。去耦電容器的工作原理為，流過電容器的電流與電壓成正比，電壓越大，電流就越大，干擾也越大；因此，并聯(lián)電容器可達到減小干擾的目的。為此，在吊具通信模塊的通信端口并聯(lián)1個電容器（見圖3），經(jīng)多次試驗，選用電容容量為100 F的電容器的抗干擾效果最好。并聯(lián)電容器后，吊具通信模塊的指示燈閃爍頻率明顯降低，在歷時近半年的使用過程中，未出現(xiàn)吊具信號異常故障。

圖3 吊具通信模塊通信端口并聯(lián)電容器接線

雖然在吊具通信模塊的通信端口并聯(lián)去耦電容器的抗干擾效果不如在變頻器輸入端加裝輸入電抗器的效果，但前者通過較小的改動即可解決故障，適用于對抗干擾要求不高的通信故障解決方案，并且具有減少資源浪費、節(jié)省故障處理時間的優(yōu)點。

（編輯：謝塵 收稿日期：2014-07-22）