场桥通讯系统优化技术改造

场桥通讯系统优化技术改造

彭立伟 刘晨

锦州港股份有限公司 锦州 121000

摘 要：轨道式龙门集装箱起重机（简称“场桥”）是大型码头集装箱堆场不可或缺的重要组成部分。场桥通讯系统是场桥设备安全、稳定、灵活、准确运行的重要支撑，对场桥通讯系统的维保和技改可以在降本增效方面起到明显成效，为不断推进“智慧港口”建设提供强有力的保障。

关键词：起重机 通讯 BUS故障 485信号放大器

通讯系统是整机控制系统的延伸，负责将控制系统发出的控制信号传输到设备各机构，在设备的正常运行中具有极其重要的作用。本公司场桥通讯系统为PROFIBUS-DP系统；多年运行后，通讯系统存在通讯板电子原件老化，通讯线氧化电阻值增加的问题，会导致设备不定期发生通讯BUS故障，此种故障会时有时无，排查解决极为困难，如果对通讯板及线路进行全部更换，费用高达二十余万元。鉴于这种情况，创新小组经过多次研究试验，在通讯线路合理位置上增加485信号放大器以提升增加信号强度，技改后的部分很好地适配原系统，对原系统各机构无任何影响，迅速有效解决了这种通讯软故障的问题。（目前改造后的TT202、TT302场桥已正常运行半年有余，未再次通讯问题）

（一）场桥系统电气运行原理与结构

1、控制系统原理

场桥集装箱起重机供电系统，其主要原理是通过变电所从电缆井经过大车卷缆系统将电力输送到电气房引入动力电源及控制信号至各个终端用电设备，通过接线箱内部的接触器以电缆为介质输送电源至导缆架电缆，再通过集电器小车上的集电器碳刷与滑触线联接导通至小车接线箱，然后通过电缆与小车的供电系统相联接，给起重机小车系统提供电源及控制信号。动力线采用三相四线方式，分别为 L1、L2、L3、PE; 小车紧停控制电源、紧停信号、起升上极限信号等一些需要 硬件连接的信号也通过滑触线传输; 小车司机室与电气房桥下对讲机之间的通讯则采用无线通信的方式。

2、系统结构

如图一所示场桥改造电气原理图，采用PLC对通讯系统、电气房主 PLC和小车架司机室从站各配置一块以太网通信模块，主PLC与从站PLC之间通过以太网方式进行通信; 在主控柜内安装光电转换交换机，通过光纤传输到位于铰点处的滑触线控制箱; 铰点滑触线控制箱内配置一个与之对应的光电转换交换机，将光缆信号转成以太网信号接入西门子 IWLAN无线通信模块，经过功率分配器，分别接入前后大梁的漏波通信电缆; 通信电缆采用2．4GHz 漏波电缆，漏波电缆的馈入站由符合 IEEE 802．11 b /g( 2． 4GHz) 标准的 AP 组成，实现了接入点与客户端之间的无线实时通讯; 在小车顶的滑触线控制箱内配置西门IWLAN无线通信模块的客户端，客户端的接收天线与漏波电缆之间进行高可靠信号传输; 客户端的另一侧则通过以太网与司机室内 PLC 站的以太网通信模块相连接，从而构成了无线通讯回路。在场桥设备控制系统的通讯方式采用 RS-485 的总线方式进行设计，满足系统中参数实时性传递对通讯速率的要求。

图一 场桥改造电气原理图

（二）项目实施方案

在采用 RS-485 通讯模式的情况下，PLC系统中，则可采用西门子485西门子放大器，硬件实现需要在功放机上增加一个扩展串口卡，RXD与TXD分别连接CPU的串口接收以及发送端，P1.5 则主要指利用一根 1/O 线 进行发送以及接受使能端控制；其中，485A 以及 485B 主要指其他PLC对应接口或计算机串口的接受和发送端。

隔离式RS - 485接口电路如图二所示，该电路可以把RS - 485接口的串行数据进行隔离传输，且传输是双向的。电路主要由双向传输、双路隔离放大器JS0150及双向收发器LTC1485构成。IS0150的R/T2A（接收／发射）=o、R/TIA（接收／发射）=o时发射数据，此时D2A端数据传输到D2B，DIA端数据传输到DIB; R/T2A（接收／发射）=1、R/TiA（接收／发射）=1时接收数据，此时D2B端数据传输到D2A．DiB端数据传输到Dl^。IS0150是发射还是接收数据由DF,/RE端的电平决定。信号经IS0150隔离传输，再由LTC1485进一步缓冲后输出。

西门子485西门子放大器如图三所示，该放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。是用于可编程逻辑控制器（PLC）与输入设备或输出设备之间的隔离、电流放大等功能的中继板，所以也称作IO中继板。其作用是提高PLC的带载能力、保护PLC不受到过压、过载、负载短路等故障，而导致PLC主机损坏。通过在PLC系统中串联485西门子放大器可以有效加强信号强度，进而抵消元器件老化的影响来保障输出信号的稳定可靠。

改造后的PLC控制柜如图四所示，技改后的部分很好地适配原系统，对原系统各机构无任何影响，迅速有效解决了这种通讯软故障的问题。

图二 隔离式RS-485接口电路

图三 485西门子放大器 图四 改造后的PLC控制柜

3. 项目耗资明细

集装箱码头现有12台2010年投入使用的老场桥，经过成本预算及已经改造完成的两台成本复核，下面列出通讯系统单机改造成本：

1. 西门子485信号放大器1个； 4000元

2. 明伟24V开关电源1个 ； 300元

3. DP通讯线10米 ； 100元

4. 电源线及插头； 100元

共计4500元

（四）项目收益分析

通过对场桥通讯系统的技术改造，可以解决通讯模块、通讯板电子原件老化、通讯线氧化电阻值增加导致通讯BUS故障的问题。可达到：

1）大大降低了设备故障率。减少故障停机时间，保障生产作业顺利进行。

2）节约设备维护成本。如果对老场桥的通讯模块、通讯板、通讯线路全部进行更换，每台设备大约需二十万元，此次技术改造仅花费0.45万元，即改造一台场桥即节省19.55万元，码头公司共12台老场桥，本次项目收益234.6万元。

3）提高设备使用安全。通讯信号进行优化后，避免因作业中出现信号中断的原因，导致安全事故的发生。

（五）项目效果跟踪

图五所示技改前后各方面成本及效益对比，码头公司在用的TT202、TT302场桥改造完成已正常运行3月余，改造后设备未再出现过通讯BUS故障，大大降低了故障率，提高了设备使用安全。

图五 技改前后各方面成本及效益对比