卸船机电缆卷筒控制程序的改造设计

邓小燕

（南通航运职业技术学院 交通工程系，江苏 南通 226010）

0 引言

电缆卷筒是长距离行走的大型机械设备的重要部件，其作用是设备行走时卷、放电缆，以保障电力和控制信息的连续提供，维持设备的正常运行。[1]南通江海港务分公司码头配置3台桥式卸船机和1台装船机，主要为长江流域主要钢铁企业提供进口矿石的中转运输及堆存服务。两台（XC-701和XC-702）卸船机在近期的使用中，多次出现上机电缆由于收放缆出现故障导致高压电缆从电缆桥架上滑落到地面的事故。事故不仅造成高压电缆损伤，而且由于电缆滑落而导致高压电缆对地短路，给公司生产和设备使用安全带来了一定的危害。本文通过对事故原因的技术分析，提出了电缆卷筒控制程序的改造方案。

1 电缆卷筒的工作原理

电缆卷筒用于连接卸船机和码头高压电力系统，高压电缆绕在电缆卷筒上。放缆依靠大车行走时的拉力将电缆从电缆卷盘中拉出，收缆依靠电缆卷筒中的电动机拖动卷筒将电缆收回。具体工作原理如下：

（1）当大车离开高压电缆坑时，高压电缆将释放到大车轨道边的电缆沟里。当大车运行到两端高压电缆终点，限位动作，大车停止运行。

（2）当大车向电缆坑行走时，电缆卷盘转动，收取电缆。大车行走机构的启动略滞后于电缆卷盘的启动。大车行走停止运行后，电缆卷筒应延时一段时间后再停止。大车在收取电缆时，电缆卷筒由电机驱动，制动器全部打开。

（3）当大车向终点行走时，电缆卷盘放缆。通常情况下，电缆卷盘放出电缆时，所有电机都不运转。

（4）大车行走运行到电缆坑附近，凸轮限位断开信号，大车减速运行，过了电缆坑后，凸轮限位发出信号，大车继续以正常速度运行。由于放缆依靠的是拉力，所以不会出现松缆现象。收缆过程中，为了保证不松缆，在电缆左右各放置一个限位开关，当有限位开关动作就认为没有松缆，其原理图如图1所示。

2 故障现象及原因分析

卸船机在靠近电缆坑行走时，出现上机电缆由于收放缆出现故障导致高压电缆从电缆桥架上滑落到地面，造成电缆损伤，同时高压电缆对地短路，引起电气设备的损坏。通过对控制程序的技术分析，该卸船机电缆卷筒原程序存在一定的缺陷，主要表现为：

（1）电缆卷筒经过电缆坑换向时电缆不会碰到左右限位开关，而是悬挂在中间位置，此刻如果手柄不回零，收缆、放缆不能及时换向，造成放缆时电缆卷筒电机仍得电工作，在大车到位手柄回零时会出现松缆、掉缆。

图1 电缆卷筒工作原理图

（2）大车在远离电缆坑位置向电缆坑中心点移动时，电缆为收缆状态，此时电缆卷筒左右行限位中有一个处于动作状态，就认为没有松缆，但是在实际使用过程中发现，松缆的时候电缆也会碰到限位开关，如图2所示。这就会产生一个错误信号，导致电缆卷筒收缆时电机不工作，造成电缆从架空的电缆桥架上滑落地面，导致电缆受损。

图2 电缆卷筒松缆示意图

3 电缆卷筒控制程序的改造设计

3.1 改造方案

通过以上分析可知，电缆卷筒在远离电缆坑时不容易产生松缆事故，在向电缆坑靠近的过程中，易导致松缆的事故发生，故改造方案如下：

（1）进一步完善电缆卷筒控制程序，在程序中增加通过行走脉冲编码器对卸船机大车行走位置作出判断，保证无论卸船机的位置在电缆坑的什么位置，只要卸船机向靠近电缆坑的位置行走，电缆卷筒就开始收缆。这样等于对电缆收缆增加了一层保护。

（2）在程序中增加一段报警停机程序。只要电缆在收缆状态时左右行限位出现误判，即当电缆卷筒左行收缆时本应该是左边的限位开关动作而出现右限位开关动作时，或是当电缆卷筒右行收缆的时候本应该是右边的限位开关动作而出现左限位开关动作时，行走机构就停机报警。[2]

3.2 改造步骤

（1）大车开始行走时，首先判断大车行走的方向，若行走方向是靠近电缆坑，就把大车的当前位置从大车车轮编码器传送到行走编码器中。

（2）当电缆卷筒过电缆坑时的电缆卷筒防松限位和电缆卷盘过高压电缆坑限位同时动作，作为行走编码器的校正点。同时把行走编码器值送到行走校正值，对大车的具体位置进行校正，用行走编码器值减去行走校正值得到行走位置值。

（3）当行走位置值小于-100时，说明电缆卷筒在电缆坑的左边10米外，这时大车右行收缆。如果大车左行限位常闭点吸合，说明出现左右行限位判断错误，断开电缆卷筒允许，达到报警停机的目的。

（4）当行走位置值大于100时，说明电缆卷筒在电缆坑的右边10米外，大车左行收缆。如果大车右行限位常闭点吸合，说明出现左右行限位判断错误，断开电缆卷筒允许，达到报警停机的目的。

改造后的电缆卷筒收缆流程图，如图3所示。

图3 改造后电缆卷筒收缆流程图

3.3 改造效果

改造前的电缆卷筒收缆流程如图4所示。与改造后的流程图相比较，可以看出改造后的电缆卷筒电机的工作不再单一依靠限位开关的动作，而是在限位开关的基础上增加了大车位置的判断。只要大车向靠近电缆坑的方向走，电缆卷筒电机运转开始收缆，这样可以避免由于限位开关故障或误动作，导致松缆或是掉缆的事故发生。

图4 改造前电缆卷筒收缆流程图

这次改造实施后，卸船机该机构运行良好，未出现掉缆现象。通过这次改造减少了电缆的损伤，同时保证了设备的完好，减少了维修工作量，对公司的生产提供了有力的保障。以南通江海港务分公司出现的电缆损坏事故为例，该事故导致电缆截断25米，每米电缆价格约1 000元左右，电缆费用为25 000元，电缆接头费为2 000元，修理时间8个小时，影响生产11个小时，导致船舶晚离港一天，支付船方5 500美金，折合人民币44 000元，这次事故导致公司直接损失27 000元，间接损失44 000元。因此，通过这次技术改造，为公司带来了可观的经济效益。

4 结束语

卸船机在行走过程中电缆卷筒靠近电缆坑时收缆，远离电缆坑时放缆，单纯依靠限位开关易出现松缆、掉缆的事故。在改造过程中增加了通过行走脉冲编码器对卸船机大车行走位置作出判断，保证无论卸船机在电缆坑的什么位置，只要卸船机向靠近电缆坑的位置行走，电缆卷筒就开始收缆。大车行走位置和限位开关同时作用，保证电缆时刻保持收紧状态，解决了松缆和掉缆的问题，减少了电缆的损伤，为卸船机安全运行提供了可靠的保障。

[1]汪大春.斗轮堆取料机控制电缆卷筒减速器的技术改造[J].起重运输机械,2009(2):100-101.

[2]戴明宏,张君霞.电气控制与PLC应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.