大型裝船機電氣系統(tǒng)設(shè)計簡述

王敏，田焱清

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

大型的裝船機本身是由伸縮臂架、俯仰臂架、大車行走和除塵臂架皮帶輸送機等機器構(gòu)成的。裝船機本身的工況非常復(fù)雜，而且內(nèi)部蘊含諸多類型的驅(qū)動裝置。大型的裝船機的生產(chǎn)率普遍被控制在6000t/h左右。而從總體構(gòu)造來看，大型的裝船機是由控制部分和傳動部分組成的。而從整體構(gòu)造來看，控制系統(tǒng)是由Profibs-DP系統(tǒng)、工業(yè)總線和PLC部分組成的。傳動系統(tǒng)主要是由保護單元、測量單元、交流變頻機電和逆變器組成的。大型裝船機械系統(tǒng)中的電氣系統(tǒng)是各個不同機構(gòu)中的動力裝置，從而才能夠更好地實現(xiàn)無極調(diào)速，真正使得整體的裝船機能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)操作。本文主要對大型裝船機電氣系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)進行全盤的論述。

1 大型裝船機的簡介

大型裝船機本身是在碼頭裝船時所使用的一種最主要的機械。它主要是由臂架皮帶機、中繼尾車皮帶機、伸縮溜筒、走行裝置、門架、塔架、俯仰機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(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)展使得大家對散貨的運輸需求變得越來越高。包括鐵礦石、煤炭和糧食等散貨的海運需求正日益呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢。而隨著遠洋散貨運輸船舶設(shè)備的不斷更新，大家對各類大型裝船機械中電氣系統(tǒng)的設(shè)計正提出越來越高的要求，這也是很多業(yè)內(nèi)人士所關(guān)注的。

2 大型裝船機的主要結(jié)構(gòu)

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

圖1 大型裝船機的主要結(jié)構(gòu)

3 整體變頻驅(qū)動裝置的設(shè)計

整體裝船機主要是由臂架俯仰機構(gòu)、臂架皮帶機構(gòu)、大車行走機構(gòu)和其他多種類型的機構(gòu)組成。整個裝船機工作的核心機構(gòu)被叫做臂架皮帶機機構(gòu)。為了能夠讓所有的電動機都能夠在恒轉(zhuǎn)矩的模式下穩(wěn)定運行，那么尤其需要采用變頻傳動裝置實現(xiàn)全面的控制。無論所輸送的物料類型如何，如果不進行連續(xù)輸送，那么勢必會對整個裝船機的工作效率產(chǎn)生較大的影響。如果設(shè)置速度傳感器對大車、俯仰、皮帶機等機構(gòu)的運行速度、受力情況進行全面的分析，控制系統(tǒng)本身就能夠?qū)ρb船機系統(tǒng)全面地進行分析。最終再通過反饋的結(jié)果來對整機變頻器進行調(diào)節(jié)。整個過程中，一方面能夠全面地實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，另外一方面又能夠全面滿足裝船機產(chǎn)能的要求，在整體操作的過程中，也能夠?qū)ζ褂眠^程中的磨損情況進行全面的反饋。

4 主要功能和實現(xiàn)方式

從發(fā)展的情況來看，整體裝船機的操作方式主要包括遠程自動模式、司機室手動模式和無線遙控器手動模式3種。

（1）遠程自動模式。在中控室等自動模式下，所有的保護和連鎖系統(tǒng)都會在全自動的狀態(tài)下自動投入運行，而在之后如果能夠同裝船機有關(guān)的外部接口整體進行命名，那么也會在之后起到很好的作用。整個裝船機可以先通過接受中控室下達的指令，開始自動工作，先移動離開錨定位置，之后根據(jù)中控的工單移動到需要作業(yè)的船艙扣，臂架俯仰下降，到達指定的位置。

（2）司機室和手動的無線遙控器模式。這是整體裝船機最常用的操作模式，所有的保護和連鎖裝置都需要在整個過程中投入運行。在相應(yīng)機構(gòu)工作的時候，裝船機各機構(gòu)的限位、傳感器等也會起到很重要的保護作用。一般的操作人員可以先對位于司機室聯(lián)動臺上的手柄、按鈕和選擇開關(guān)對整個裝船機進行操作，之后再運用RC（remote control）手柄實現(xiàn)對整個裝船機操作的目的。

（3）本地控制模式。這種模式與上面的中控室自動模式和手動無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用于整體設(shè)備的故障維修和試車過程中，最根本的是能夠?qū)⒁苿拥脑O(shè)備運送到指定的位置。而在各種電機附近本身都設(shè)置有一個控制箱或者被稱作LCS（local control station）的按鈕盒，這樣的設(shè)備往往能夠?qū)崿F(xiàn)對裝船機單獨機構(gòu)的單獨控制。而在這種本地控制模式下，一般都只有對正在運行的機構(gòu)本身能夠起到保護的功能，而其他連鎖機構(gòu)將起不到很好的保護作用。

5 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

對于整體大型裝船機電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程來說，整個機械的控制是由PLC裝置來整體實現(xiàn)的。這個系統(tǒng)本身是由控制主站系統(tǒng)和若干個遠程站組成的。之后再通過Profibus DP的總線將存在于各個機構(gòu)上的變頻器鏈接到主要的控制模塊上。之后再通過Profibs DP總線系統(tǒng)本身將各個操作臺和配電柜內(nèi)部的I/O系統(tǒng)連接到主要的控制模塊。所有機構(gòu)的總線形式一般是能夠更好地和各動力機構(gòu)的力矩限制器和編碼器連接在一起的，并在這個過程中能夠全方位地傳達出包括皮帶速度、重量信號和幅度限制信號在內(nèi)的各類信號。最終通過以太網(wǎng)將SMS和PLC模塊相連接，最終實現(xiàn)對裝船機運行狀態(tài)的全面監(jiān)控，這樣即便機械在運轉(zhuǎn)的過程中遇到任何困難，那么也能夠在第一時間進行故障的診斷和控制。

6 電氣系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵部分

（1）針對ACB和MCCB進行注入電流測試。所有大型裝船機的電氣系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試之前都要進行全面的保護測試，并在之后針對包括ACB和MCCB在內(nèi)的內(nèi)容通過采用專用的設(shè)備進行電流測試。最終的目的是為了充分證明斷路器的保護模塊能夠在系統(tǒng)過流時起到很好的作用。大家尤其需要在購買的過程中讓供應(yīng)商提供相關(guān)的報告，以便全面確保其整體質(zhì)量。

（2）重視電纜鋪設(shè)和計算。在電纜鋪設(shè)的過程中，必須嚴格按照GB和IEC標準來全面進行電纜鋪設(shè)。如果需要計算電纜，則需要嚴格按照AS3008的要求進行計算。之后要在計算的過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）對燈具進行安裝和照度的測試。如果需要在過道安裝燈具時，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，那么大家一定要嚴格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)格書的要求來進行。遇到有需要交車和廠內(nèi)試車的情況時，大家尤其需要通過運用專業(yè)的照度儀來對每個通道內(nèi)部的內(nèi)容進行測量。如果整體亮度不足時，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)場一般的潮氣是非常重的，而也因為這樣，吸附在材料上的粉塵會隨著時間的推移而發(fā)生凝結(jié)，最終使得整個系統(tǒng)的吸收效果大打折扣。也因為這樣，必須使得整體吸附在材料上的粉塵能夠在最短時間內(nèi)都落回到輸送線上，最后再通過裝船機上的皮帶和其他類型的螺旋輸送設(shè)備將其輸送到船艙的內(nèi)部。而整個過程中采用的措施主要是：先通過理論計算來計算出吸附在材料上的最大吸塵量，之后再通過一次吹打的動作去除掉所有的粉塵量。尤其需要以電磁閥門的尺寸為基礎(chǔ)對整體開啟的時間做全面的計算，之后再根據(jù)高壓氣體單位時間內(nèi)的變化和相鄰閥門的除塵效果來真正得到閥門間隔開啟的時間。

7 結(jié)語

在散貨裝船運輸?shù)恼麄€過程中，裝船機是其中的最后一級設(shè)備。而為了保證整個流程能夠更加順暢地進行，通常1條船的流程作業(yè)過程中只用1臺裝船機進行作業(yè)。因此，在之后設(shè)計的過程中，大家尤其要充分考慮到各種工況中的不利因素，之后再通過規(guī)避不利因素和采用可靠的元件和先進的技術(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行。最后裝船機整體在自動化和維修方面都會有很大程度的提升。