岸桥吊具ABB 800变频器干扰通信故障解决方案

周兴奎

岸桥作为装卸集装箱的专业设备，在现代化集装箱码头得到广泛应用。集装箱码头岸桥吊具电缆卷盘系统一般选用丹佛斯VLT 5000变频器，该变频器运行不稳定，经常出现故障，加之其结构紧凑，造成拆装复杂、维修困难且耗时较长等问题。考虑到码头作业的时效性，用运行稳定的ABB 800变频器取代丹佛斯VLT 5000变频器来驱动吊具电缆卷盘系统电机。更换变频器后，吊具电缆卷盘系统运行稳定，但吊具通信系统却因此受到干扰，致使岸桥在运行过程中出现吊具信号丢失的情况。

1 岸桥吊具通信原理

岸桥吊具控制系统采用控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）总线与司机室通信模块通信，通信模块将信号转换为过程现场总线（Process Field Bus，PROFIBUS）与控制系统可编程逻辑控制器建立通信（见图1）。当CAN总线有信号时，高位数据线的电压为，低位数据线的电压为；当CAN总线无信号时，高位数据线和低位数据线的电压均为。信号的高低电平差很小。由于结构原因，吊具的通信电缆、油泵动力电缆与控制电源电缆由1根吊具电缆连接，因此，吊具的通信电缆与油泵动力电缆会相互影响。

图1 吊具通信原理

2 岸桥吊具ABB 800变频器干扰通信故障分析

更换ABB 800变频器后，岸桥吊具电缆卷盘系统试运行正常。当岸桥开始起升动作（吊具电缆卷盘系统随之起升运转）并接通吊具油泵后，系统不时地报吊具开/闭锁故障，导致设备无法正常工作。若岸桥在关闭吊具油泵后进行起升动作，则系统运行正常。

检查吊具油泵回路，线路正常。检查吊具通信模块，发现变频器在有力矩输出时接通吊具油泵，通信模块的指示灯不停闪烁，系统通信不稳定。经分析，发现导致吊具通信异常的原因是变频器的高次谐波干扰；但使用丹佛斯VLT 5000变频器时并无此现象。拆解丹佛斯VLT 5000变频器后发现其充电电阻采用的是绕线电阻。当VLT 5000变频器运行时，充电电阻相当于输入电抗器，起到抑制变频器干扰电网的作用。由此判断ABB 800变频器是通过输入端对其他通信线路形成干扰的。

为验证上述观点，对岸桥吊具进行以下操作：在关闭吊具油泵时进行起升操作，吊具通信正常；只接通吊具油泵而不进行起升操作，吊具通信正常；接通吊具油泵后操作起升机构，吊具通信模块的指示灯闪烁，表明通信受到干扰。经检查，初步判断上述通信故障由ABB 800变频器产生的高次谐波经吊具油泵的动力电缆引入吊具电缆所致。查看电气原理图，发现变频器输入端与吊具油泵使用同一电源。如图2所示：由于丹佛斯VLT 5000变频器具有对输入端干扰的抑制作用，变频器内部的干扰不容易影响电网；而由于ABB 800变频器没有输入滤波器，无法抑制其对电网的影响。当接通吊具油泵时，由于吊具油泵与吊具通信模块共用电缆，ABB 800变频器输入端通过油泵电源干扰到吊具通信，导致吊具通信异常并报故障；但随后可很快恢复。

图2 变频器供电原理

由于吊具电缆中只有吊具通信回路采用直流CAN总线且其信号的高低电平差很小，故该回路极易因受到干扰而出现失真；其余线路皆由电压为的交流电源供电，其受谐波的干扰较小。

3 岸桥吊具ABB 800变频器干扰通信故障

解决方案

3.1 加装输入电抗器

输入电抗器的作用为：限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击、平滑电源电压中包含的尖峰脉冲或平滑桥式蒸馏电路换相时产生的电压缺陷，其既能阻止来自电网的干扰，又能减轻整流电源产生的谐波电流对电网的影响。不过，加装输入电抗器需要改造设备线路、钻孔和攻螺纹，工程量较大，在集装箱码头作业紧张时，不允许长时间进行故障处理。

3.2 并联电容器

鉴于ABB 800变频器的高次谐波干扰吊具电缆，在通信模块输入端将高次谐波过滤掉即可解决信号失真问题；若有元件吸收部分谐波，则可确保吊具通信数据包的准确性。去耦电容器的工作原理为，流过电容器的电流与电压成正比，电压越大，电流就越大，干扰也越大；因此，并联电容器可达到减小干扰的目的。为此，在吊具通信模块的通信端口并联1个电容器（见图3），经多次试验，选用电容容量为100 F的电容器的抗干扰效果最好。并联电容器后，吊具通信模块的指示灯闪烁频率明显降低，在历时近半年的使用过程中，未出现吊具信号异常故障。

图3 吊具通信模块通信端口并联电容器接线

虽然在吊具通信模块的通信端口并联去耦电容器的抗干扰效果不如在变频器输入端加装输入电抗器的效果，但前者通过较小的改动即可解决故障，适用于对抗干扰要求不高的通信故障解决方案，并且具有减少资源浪费、节省故障处理时间的优点。

（编辑：谢尘 收稿日期：2014-07-22）