王敏，田焱清

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

大型的裝船機(jī)本身是由伸縮臂架、俯仰臂架、大車(chē)行走和除塵臂架皮帶輸送機(jī)等機(jī)器構(gòu)成的。裝船機(jī)本身的工況非常復(fù)雜，而且內(nèi)部蘊(yùn)含諸多類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)裝置。大型的裝船機(jī)的生產(chǎn)率普遍被控制在6000t/h左右。而從總體構(gòu)造來(lái)看，大型的裝船機(jī)是由控制部分和傳動(dòng)部分組成的。而從整體構(gòu)造來(lái)看，控制系統(tǒng)是由Profibs-DP系統(tǒng)、工業(yè)總線和PLC部分組成的。傳動(dòng)系統(tǒng)主要是由保護(hù)單元、測(cè)量單元、交流變頻機(jī)電和逆變器組成的。大型裝船機(jī)械系統(tǒng)中的電氣系統(tǒng)是各個(gè)不同機(jī)構(gòu)中的動(dòng)力裝置，從而才能夠更好地實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，真正使得整體的裝船機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)操作。本文主要對(duì)大型裝船機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全盤(pán)的論述。

1 大型裝船機(jī)的簡(jiǎn)介

大型裝船機(jī)本身是在碼頭裝船時(shí)所使用的一種最主要的機(jī)械。它主要是由臂架皮帶機(jī)、中繼尾車(chē)皮帶機(jī)、伸縮溜筒、走行裝置、門(mén)架、塔架、俯仰機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等部分組成。這種大型的設(shè)備本身在能源、電力、冶金和港口等一些行業(yè)的發(fā)展中都發(fā)揮著非常重要的作用。而大型的裝船機(jī)一般都是以連續(xù)裝船作業(yè)的形式呈現(xiàn)在大家的面前。

全球貿(mào)易的迅速發(fā)展使得大家對(duì)散貨的運(yùn)輸需求變得越來(lái)越高。包括鐵礦石、煤炭和糧食等散貨的海運(yùn)需求正日益呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。而隨著遠(yuǎn)洋散貨運(yùn)輸船舶設(shè)備的不斷更新，大家對(duì)各類(lèi)大型裝船機(jī)械中電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正提出越來(lái)越高的要求，這也是很多業(yè)內(nèi)人士所關(guān)注的。

2 大型裝船機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上看，大型的裝船機(jī)主要是由懸臂皮帶、臂架回轉(zhuǎn)、臂架伸縮、大車(chē)行走機(jī)構(gòu)、尾車(chē)、司機(jī)室、溜桶機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、灑水系統(tǒng)等組成。包括其他類(lèi)型的結(jié)構(gòu)在內(nèi)，其主要的構(gòu)造如下圖1所示。

圖1 大型裝船機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

3 整體變頻驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

整體裝船機(jī)主要是由臂架俯仰機(jī)構(gòu)、臂架皮帶機(jī)構(gòu)、大車(chē)行走機(jī)構(gòu)和其他多種類(lèi)型的機(jī)構(gòu)組成。整個(gè)裝船機(jī)工作的核心機(jī)構(gòu)被叫做臂架皮帶機(jī)機(jī)構(gòu)。為了能夠讓所有的電動(dòng)機(jī)都能夠在恒轉(zhuǎn)矩的模式下穩(wěn)定運(yùn)行，那么尤其需要采用變頻傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)全面的控制。無(wú)論所輸送的物料類(lèi)型如何，如果不進(jìn)行連續(xù)輸送，那么勢(shì)必會(huì)對(duì)整個(gè)裝船機(jī)的工作效率產(chǎn)生較大的影響。如果設(shè)置速度傳感器對(duì)大車(chē)、俯仰、皮帶機(jī)等機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度、受力情況進(jìn)行全面的分析，控制系統(tǒng)本身就能夠?qū)ρb船機(jī)系統(tǒng)全面地進(jìn)行分析。最終再通過(guò)反饋的結(jié)果來(lái)對(duì)整機(jī)變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)。整個(gè)過(guò)程中，一方面能夠全面地實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，另外一方面又能夠全面滿足裝船機(jī)產(chǎn)能的要求，在整體操作的過(guò)程中，也能夠?qū)ζ褂眠^(guò)程中的磨損情況進(jìn)行全面的反饋。

4 主要功能和實(shí)現(xiàn)方式

從發(fā)展的情況來(lái)看，整體裝船機(jī)的操作方式主要包括遠(yuǎn)程自動(dòng)模式、司機(jī)室手動(dòng)模式和無(wú)線遙控器手動(dòng)模式3種。

（1）遠(yuǎn)程自動(dòng)模式。在中控室等自動(dòng)模式下，所有的保護(hù)和連鎖系統(tǒng)都會(huì)在全自動(dòng)的狀態(tài)下自動(dòng)投入運(yùn)行，而在之后如果能夠同裝船機(jī)有關(guān)的外部接口整體進(jìn)行命名，那么也會(huì)在之后起到很好的作用。整個(gè)裝船機(jī)可以先通過(guò)接受中控室下達(dá)的指令，開(kāi)始自動(dòng)工作，先移動(dòng)離開(kāi)錨定位置，之后根據(jù)中控的工單移動(dòng)到需要作業(yè)的船艙扣，臂架俯仰下降，到達(dá)指定的位置。

（2）司機(jī)室和手動(dòng)的無(wú)線遙控器模式。這是整體裝船機(jī)最常用的操作模式，所有的保護(hù)和連鎖裝置都需要在整個(gè)過(guò)程中投入運(yùn)行。在相應(yīng)機(jī)構(gòu)工作的時(shí)候，裝船機(jī)各機(jī)構(gòu)的限位、傳感器等也會(huì)起到很重要的保護(hù)作用。一般的操作人員可以先對(duì)位于司機(jī)室聯(lián)動(dòng)臺(tái)上的手柄、按鈕和選擇開(kāi)關(guān)對(duì)整個(gè)裝船機(jī)進(jìn)行操作，之后再運(yùn)用RC（remote control）手柄實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)裝船機(jī)操作的目的。

（3）本地控制模式。這種模式與上面的中控室自動(dòng)模式和手動(dòng)無(wú)線遙控模式有著很本質(zhì)的不同。本地控制模式主要可以被運(yùn)用于整體設(shè)備的故障維修和試車(chē)過(guò)程中，最根本的是能夠?qū)⒁苿?dòng)的設(shè)備運(yùn)送到指定的位置。而在各種電機(jī)附近本身都設(shè)置有一個(gè)控制箱或者被稱作LCS（local control station）的按鈕盒，這樣的設(shè)備往往能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)裝船機(jī)單獨(dú)機(jī)構(gòu)的單獨(dú)控制。而在這種本地控制模式下，一般都只有對(duì)正在運(yùn)行的機(jī)構(gòu)本身能夠起到保護(hù)的功能，而其他連鎖機(jī)構(gòu)將起不到很好的保護(hù)作用。

5 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

對(duì)于整體大型裝船機(jī)電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程來(lái)說(shuō)，整個(gè)機(jī)械的控制是由PLC裝置來(lái)整體實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)系統(tǒng)本身是由控制主站系統(tǒng)和若干個(gè)遠(yuǎn)程站組成的。之后再通過(guò)Profibus DP的總線將存在于各個(gè)機(jī)構(gòu)上的變頻器鏈接到主要的控制模塊上。之后再通過(guò)Profibs DP總線系統(tǒng)本身將各個(gè)操作臺(tái)和配電柜內(nèi)部的I/O系統(tǒng)連接到主要的控制模塊。所有機(jī)構(gòu)的總線形式一般是能夠更好地和各動(dòng)力機(jī)構(gòu)的力矩限制器和編碼器連接在一起的，并在這個(gè)過(guò)程中能夠全方位地傳達(dá)出包括皮帶速度、重量信號(hào)和幅度限制信號(hào)在內(nèi)的各類(lèi)信號(hào)。最終通過(guò)以太網(wǎng)將SMS和PLC模塊相連接，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)裝船機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的全面監(jiān)控，這樣即便機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中遇到任何困難，那么也能夠在第一時(shí)間進(jìn)行故障的診斷和控制。

6 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分

（1）針對(duì)ACB和MCCB進(jìn)行注入電流測(cè)試。所有大型裝船機(jī)的電氣系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試之前都要進(jìn)行全面的保護(hù)測(cè)試，并在之后針對(duì)包括ACB和MCCB在內(nèi)的內(nèi)容通過(guò)采用專用的設(shè)備進(jìn)行電流測(cè)試。最終的目的是為了充分證明斷路器的保護(hù)模塊能夠在系統(tǒng)過(guò)流時(shí)起到很好的作用。大家尤其需要在購(gòu)買(mǎi)的過(guò)程中讓供應(yīng)商提供相關(guān)的報(bào)告，以便全面確保其整體質(zhì)量。

（2）重視電纜鋪設(shè)和計(jì)算。在電纜鋪設(shè)的過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照GB和IEC標(biāo)準(zhǔn)來(lái)全面進(jìn)行電纜鋪設(shè)。如果需要計(jì)算電纜，則需要嚴(yán)格按照AS3008的要求進(jìn)行計(jì)算。之后要在計(jì)算的過(guò)程中充分考慮到包括鋪設(shè)方式、溫度系數(shù)和并列等因素。之后尤其需要在考慮到線纜降壓要求的基礎(chǔ)上充分滿足所有用戶的要求。通常也要充分考慮到插座和燈的回路和有關(guān)降壓的限制。

（3）對(duì)燈具進(jìn)行安裝和照度的測(cè)試。如果需要在過(guò)道安裝燈具時(shí)，尤其需要安裝旋轉(zhuǎn)的燈桿，但一般燈桿的高度都被控制在2m左右。想要更好地控制燈具的照度，那么大家一定要嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)格書(shū)的要求來(lái)進(jìn)行。遇到有需要交車(chē)和廠內(nèi)試車(chē)的情況時(shí)，大家尤其需要通過(guò)運(yùn)用專業(yè)的照度儀來(lái)對(duì)每個(gè)通道內(nèi)部的內(nèi)容進(jìn)行測(cè)量。如果整體亮度不足時(shí)，則需要全面增加燈具，最根本的就是要保證整體通道中的亮度。

（4）吸附材料上的粉塵。在港口碼頭的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)一般的潮氣是非常重的，而也因?yàn)檫@樣，吸附在材料上的粉塵會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生凝結(jié)，最終使得整個(gè)系統(tǒng)的吸收效果大打折扣。也因?yàn)檫@樣，必須使得整體吸附在材料上的粉塵能夠在最短時(shí)間內(nèi)都落回到輸送線上，最后再通過(guò)裝船機(jī)上的皮帶和其他類(lèi)型的螺旋輸送設(shè)備將其輸送到船艙的內(nèi)部。而整個(gè)過(guò)程中采用的措施主要是：先通過(guò)理論計(jì)算來(lái)計(jì)算出吸附在材料上的最大吸塵量，之后再通過(guò)一次吹打的動(dòng)作去除掉所有的粉塵量。尤其需要以電磁閥門(mén)的尺寸為基礎(chǔ)對(duì)整體開(kāi)啟的時(shí)間做全面的計(jì)算，之后再根據(jù)高壓氣體單位時(shí)間內(nèi)的變化和相鄰閥門(mén)的除塵效果來(lái)真正得到閥門(mén)間隔開(kāi)啟的時(shí)間。

7 結(jié)語(yǔ)

在散貨裝船運(yùn)輸?shù)恼麄€(gè)過(guò)程中，裝船機(jī)是其中的最后一級(jí)設(shè)備。而為了保證整個(gè)流程能夠更加順暢地進(jìn)行，通常1條船的流程作業(yè)過(guò)程中只用1臺(tái)裝船機(jī)進(jìn)行作業(yè)。因此，在之后設(shè)計(jì)的過(guò)程中，大家尤其要充分考慮到各種工況中的不利因素，之后再通過(guò)規(guī)避不利因素和采用可靠的元件和先進(jìn)的技術(shù)，最終使得所有的產(chǎn)品都能夠可靠而安全地被操縱和運(yùn)行。最后裝船機(jī)整體在自動(dòng)化和維修方面都會(huì)有很大程度的提升。