目前，全變頻吊具電纜卷筒系統(tǒng)已在港口生產中得到廣泛應用，但在控制方式以及機械結構上仍存在不足，表現為系統(tǒng)控制電路復雜，故障環(huán)節(jié)較多，極易發(fā)生系統(tǒng)故障，掉電纜、損壞電纜事故，時常造成岸邊集裝箱起重機（以下簡稱岸橋）長時間停機現象。本文根據實際工況設計實施了一套新的吊具卷纜系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用帶編碼器的變頻電機進行閉環(huán)控制，機械機構以卷筒與緩沖器配合使用，通過機車PLC控制程序，根據不同工況輸出力矩給定致變頻器，變頻器驅動電機，通過減速箱直接帶動卷筒。這種控制方式有效提高了系統(tǒng)的運行可靠性。
1 改造方案
1.1 方案比較
根據綜合分析整個系統(tǒng)的科學性、機械結構的安全使用要求、設備性能參數的優(yōu)化、電控類型和產品的選擇、改造費用和周期等因素，提出了三種岸橋吊具動力卷筒系統(tǒng)的改造方案。
(1) 電纜卷盤方案。采用電纜卷盤結構，使用安川公司生產的A1000變頻器，驅動2臺專用變頻電機，通過磁滯連軸器和減速箱帶動卷盤跟吊具運轉，變頻器的控制由機車PLC實現，為速度控制，且輸出的速度是平滑無級的，另外此系統(tǒng)沒有速度反饋，為開環(huán)控制。
(2) 電纜卷筒方案。采用卷筒機械結構，簡化控制回路。更換電纜卷筒采用雙支撐結構，改型垂纜減速箱將錐型齒輪改為直式齒輪。使用一臺電機驅動卷纜，變頻器升級，采用通訊控制方式的電氣設計簡化控制流程，減少控制元件。根據起升機構的運行位置與速度實現力矩控制與閉環(huán)控制。
(3)局部改進方案。原機械結構不變，在電纜卷筒東側增加支撐點，采用直式齒輪減速箱。2臺電機不變，升級變頻器，電氣元件重新選型更新，減少相關控制器件。控制方式不變，將故障高發(fā)部位升級換型。
以上三種改造方案中，經分析比較，最終選定電纜卷筒方案，從電氣與機械方面對裝卸橋吊具動力電纜系統(tǒng)進行全面升級，優(yōu)化控制流程。
1.2 工況設計
該系統(tǒng)控制吊具電纜跟隨吊具上下運動進行收放動作，在正常情況下，起重機PLC收到吊具手柄信息，就向電纜卷筒系統(tǒng)發(fā)出啟動指令；電纜卷筒系統(tǒng)變頻器立即啟動實現轉矩控制（同時制動器打開），并立即反饋起重機“電纜卷筒系統(tǒng)已經運行信號”；收到此信號后，吊具起升才可以運行；起重機吊具停止到零速后，電纜卷筒系統(tǒng)再延時停止。
在控制方式上，根據起升機構的運行情況，將卷纜系統(tǒng)分為6種工況。通過岸橋主控系統(tǒng)采集設備信息，經過分析運算得出卷纜所處工況，輸出給變頻器相應的力矩給定，保證電纜在作業(yè)中保持良好的拉伸力，從而不會對電纜產生損傷。
根據前期調研，該設計方案具有一定的可行性。其中更換電纜卷筒、改型垂纜減速箱、采用雙支撐結構等一系列硬件改進措施提高了設備安全性能。將2臺電機更換為1臺電機驅動卷纜，降低設備維護成本，變頻器升級為安川A1000型號，采用通訊控制方式的電氣設計簡化了控制流程，使系統(tǒng)更加科學。
2 實施方案
2.1 方案概述
更換電纜卷筒，采用雙支撐結構，改型卷纜減速箱，將2臺電機更換為1臺電機驅動卷纜，變頻器升級為安川A1000型號，編碼器、超速開關、制動器及電控柜內各電氣元件整體升級換型。
2.2 主要元件升級
(1) 電動機。根據設計要求，將用1臺較大功率的電機替代原有2臺小功率電機控制卷纜系統(tǒng)的運轉，解決雙電機控制的同步問題，同時在滿足功率、電壓等技術要求的前提下，科學選型。
(2) 變頻器。按照電機的輸出電流、負載總功率、負載電壓等級，選購1臺較為成熟的變頻器產品，提高控制精度。
2.3 安裝調試
(1) 硬件安裝。改造硬件施工包括原機械器件拆裝、新型機械設備安裝以及電氣安裝3個階段。首先根據實際情況制定了卷纜卷筒、減速箱等機械大部件的吊裝方案，嚴格按照安全要求將原有機械器件吊下更換為新型機械設備，根據設計方案焊接主體框架，按規(guī)范安裝各機械元件，合理優(yōu)化輻射電纜，規(guī)范接線。
(2) 軟件程序編寫。按照設計思路，卷纜系統(tǒng)的變頻器控制由機車PLC系統(tǒng)進行編程來實現軟件控制。這樣操作簡單，并且控制過程準確有效，便于調試維修。程序的主要設計思路是：根據起升機構的運行情況，將卷纜系統(tǒng)分為6種工況。通過橋吊主控系統(tǒng)采集設備信息，經過分析運算得出卷纜所處工況，輸出給變頻器相應的力矩給定，保證電纜在作業(yè)中保持良好的拉伸力，從而不會對電纜產生損傷。
3 結語
經過技術改造后，新型卷纜系統(tǒng)在岸橋上運行穩(wěn)定。在使用過程中，整套系統(tǒng)故障率保持了一個較低的水平，設備的安全可靠性得到很大的提升，基本避免了原系統(tǒng)內多種故障，達到了預期效果，保證了船舶計劃動態(tài)的兌現。同時整臺設備節(jié)省費用年均3萬元，創(chuàng)造效益年均55836元，具有較大的推廣價值。
