抓斗卸船机 电 控系 统 研究与 优 化

陆波，徐胜烨

国家能源集团泰州发电有限公司

摘要：在经济快速发展大环境下，我国对电力需求日益增长的。火力发电又是我国能源结构中的重要支柱。国内国际集装箱及干散货航运价格普遍增高，因此这几年散货运输船均往大吨位大规模的方法发展，于是乎对于码头装卸的起重机械就有了更大更高的需求。本文以1500T/H的四卷筒抓斗式卸船机为研究对象，从使用者的角度对四卷筒抓斗卸船机进行简要概述，探讨抓斗式卸船机电控系统研究与优化。

关键词：抓斗式卸船机；电气控制；安全系统；监控系统

在经济快速发展大环境下，我国对电力需求日益增长的。火力发电又是我国能源结构中的重要支柱。随着国内国际集装箱及干散货航运价格普遍增高，这几年散货运输船均往大吨位大规模的方法发展，于是乎对于码头装卸的起重机械就有了更大更高的需求。同时，随着环保意识不断提高，节能减排行动也日益深入，一些小电厂由于高耗能已经被关停，致使现有的发电厂规模不断扩大，对煤的供应也提出了更多的要求。目前已经有2500T/H、3000T/H的桥式抓斗卸船机，用以码头卸船。抓斗卸船机的关键控制是抓斗，尤其是在PLC控制、电子无极调整控制后．对其的控制就更为复杂。本文以1500T/H的四卷筒抓斗式卸船机力研究对象，从使用者的角度对四卷筒抓斗卸船机进行简要概述，并探讨抓斗式卸船机电控系统研究与优化。

—、抓斗式卸船机概述

1. 1. 抓斗式卸船机机械机构

通常情况下，在我国沿海各大港口和内河港口所设的码头中，有客运码头和货运码头两种，而货运码头又包括装卸码头和集装箱码头。其中装卸码头主要负责较大散料的运输，抓斗卸船机负责大料度的煤炭和铁矿石等原料的卸船工作,抓斗卸船机在我国港口的应用已经十分广泛,在装卸系统中占有重要地位。

抓斗卸船机在作业时采取三维运动，包括小车机构的Y方向运动，起升机构X方向运动以及大车机构Z方向运动。其主要的抓斗运行机构、俯仰运行机构、大车机构以及料斗辅助机构、防爬器、电缆卷盘装置等机构构成。

1. 2. 抓斗式卸船机电气系统

抓斗式卸船机的电气系统分为传动系统、控制系统、监控系统三个系统。

随着电子元器件的不断更新，以及技术的不断升级，新型可关断电力电子元件、微机全数字传动装置得到了广泛的应用。其中IGBT技术的发展迅猛，大功率交流电具有易维护、费用低等特点。

泰州电厂码头卸船机主流电气控制系统中，进行集中逻辑运算的主站为西门子SIMATIC S7-400 PLC, 现场分散运行及控制选取分布式I/O以及D435、CU320为智能从站，负责控制系统中不同电机模块及整流模块主站与从站的通讯系统为 PROFIBUS-DP总线。两个从站与其控制的模块之间选取Drive- CLIQ 通讯协议。在西门子SIMO CRANE技术中，此控制系统为常见代表性应用。其具有安全性、快速性、简单性、循环时间短、机械冲击小等特征。

监控系统能够实现对运行状态的实时了解，对故障信息的及时掌握以及机构运行曲线及数据归档等，以便能够更好地高度指挥生产机构在运行状态下，开关及限位的状态变化参数等信息由PLC传送到WINCC显示，方便工作人员进行调试、操作和维护。

二、四卷筒抓斗式卸船机电气控制系统设计

1. 抓斗控制与设计优化

抓斗的开斗、闭斗经起升机构和开闭机构协同运行而实现。在抓斗上升、下降的过程中，起升、开闭机钢丝绳的受力情况各不相同。在初始设定过程中，抓斗打开和关闭的预置减速位置、预置停止位置等四个关键参数设置完成，在起升、开闭过程中会逐渐减速或停止，起控制和保护作用。为了能够使抓斗保持开闭状态，需要在电气控制系统中实时采集起升机构和开闭机构的即时位置差，将其与记忆位置差进行比较。在速度、位置平衡配合的基础上，完成精准的位置控制。从而确保抓斗上升、下降时都能够实现支持机构与开闭机构位置的同步。

在抓斗开始闭合期间，如果只是简单的结束起升机构会造成抓斗无法完全抓取物料，从而影响填充量，造成抓斗的抓取率不高。同样，在抓斗开始闭合期间，如果只是简单的快速松放起升制动器，则又可能造成松绳现象。所以，我们在日常卸船机的使用中，发现控制系统必须要确保闭斗时仍然运行起升装置，利用松绳控制系统来控制起升钢丝绳，这样能帮助控制抓斗更有效率得抓、取物料。

电流平衡主要是为了能够保证抓斗闭合状态时造成的起升机构、开闭机构的电机负载平衡、出力均衡，以便使抓斗在整个运行环节没有撒料现象。通过研究卸船机电控系统的程序，我们发现一般可以通过两种方法来实现，一种是实时采集起升、开闭机构的负载信号，利用转矩PI调节功能块来实现；还有一种是利用开闭驱动器从起升驱动器通过点对点通讯收集到速度给定值和力矩给定值，使开闭的力矩略大于起升力矩。

上述的几点都是我们在现场实际操作过程中发展卸船机电控系统值得优化的地方，部分功能内容我们已经在泰州电厂的码头卸船机上进行了程序优化和调整，起到了提高作业效率，提高设备可靠性的效果。

2. 安全系统的实现

A.急停按钮与极限开关

如果机器处在危险状态，那么就必须要紧急停止运行,切断电源。从而保护设备及人身安全，所以需要在起重机上安装多个急停开关。另外，极限开关是安全隐患的最后防线，在停止限位发生故障期间，可采取极限开关对各机构行程进行限制。

B.安全回路装置

利用安全继电器来搭建硬件安全回路，能够对运行设备进行实时监控。硬件回路的好处是可以与软件保护相互补充，以便实现安全保护功能双冗余。

C.防撞装置

在起重机与起重机之间、起重机与其他物体之间，需要安装运行限位装置。当物体超过设定距离时，能够发出报警信号，避免出现碰撞。

D.起重量限制器

其主要功能用于防止超载而造成事故，其能够有效对抓斗的重量予以监控，起到安全保护的重要作用。

三、结语

在起重机械的持续发展的背景下．市场对控制技术提出了更高的要求，如生产率、智能化、安全性、节能性等等。起重机的复杂程度及自动化程度的日益更新，使维护、维修工作加大了难度。在日常的检修和维护的工作中，上述的几点都是我们在现场实际操作过程中发展卸船机电控系统值得优化的地方，部分功能内容我们已经在泰州电厂的码头卸船机上进行了程序优化和调整，起到了提高作业效率，提高设备可靠性的效果。经过调查，以上几点问题绝大多数抓斗卸船机上都能进行调整与优化，所以值得集团内部所有使用同类设备的兄弟单位参考与借鉴。

陆波（1987.01—），男，江苏常州人，汉族，大学专科，助理工程师，

研究方向：电厂输煤电控。

徐胜烨（1985.09—），男，江苏常州人，汉族，大学本科，工程师，

研究方向：电厂输煤电控。