黄骅港移动单机电缆卷筒防拖缆保护系统的应用

张秋华， 刘华琳

（神华黄骅港务公司，河北沧州061113）

0 引言

电缆卷筒是确保港口移动单机设备（例如堆料机、取料机、装船机等）运行的重要设备。如果电缆卷筒发生电缆拖缆、电缆松弛等事故，将导致设备无法正常运行，对设备造成损害并且使装载运输工作效率大大降低。出现电缆拖缆、电缆松弛等事故的主要原因是因为现有的电缆换向限位装置可靠性不高，经常在电缆松弛时不能及时动作，导致电缆拖缆的事故以及电缆损坏。而且，在发生电缆拖缆事故后，控制系统也不能检测到其故障状态，不能在第一时间进行警告和维修，存在安全隐患。

本文针对电缆拖缆情况问题，叙述了通过单机原有的换向限位信号配合单机行走距离数据（多圈编码器、DGPS等数据）或地面固定保持型磁力开关信号等多种方法，有效判断电缆是否发生拖缆故障，从而消除了原有设备存在的安全隐患。

1 单机电缆卷筒保护系统主要组成机构

单机电缆卷筒保护系统包括：1）第一检测装置。安装在电缆卷筒的移动设备行走支架上，用于检测电缆卷筒的移动设备的位置。2）第二检测装置。安装在电缆卷筒导向架的外侧支架上，用于检测电缆卷筒导向架的状态。3）接收器。与所述第一检测装置和第二检测装置连接，用于接收来自第一检测装置的移动设备位置信号和来自第二检测装置的导向架状态信号。4）控制器。与所述接收器连接，用于根据接受到的移动设备位置信号和导向架状态信号判断电缆卷筒是否正常工作，并在判断电缆卷筒正常工作的情况下，控制电缆卷筒执行收放缆操作，在判断电缆卷筒故障的情况下，控制电缆卷筒停止收放缆操作，同时输出报警信号。

2 防拖缆保护系统的具体保护方式

图1 电缆卷筒的控制系统方框图

图1是根据电缆保护系统的一种实施方式的示例用于控制电缆卷筒的系统的方框图。如图所示，该系统包括：1）第一检测装置。安装在电缆卷筒的移动设备行走支架上，用于检测电缆卷筒的移动设备的位置；2）第二检测装置。安装在电缆卷筒导向架的外侧支架上，用于检测电缆卷筒导向架的状态；3）接收器。与第一检测装置和第二检测装置连接，用于接收来自第一检测装置的移动设备位置信号和来自第二检测装置的导向架状态信号；4）控制器。与接收器连接，用于根据接收到的移动设备位置信号和导向架状态信号判断电缆卷筒是否正常工作。控制器在判断电缆卷筒故障的情况下，控制电缆卷筒停止收放缆操作，并输出报警信号。在发现电缆卷筒的工作故障时及时报警并停止电缆卷筒的运行，可以第一时间进行维修，防止安全事故的发生，节约了人力和物力资源。

图2～图4分别显示出电缆保护系统的电缆卷筒的移动设备位于换向点处、第一区域以及第二区域时的正常状态。如图2所示，当电缆卷筒的移动设备经过中间换向点时（即移动设备位于换向点处，此时电缆卷筒上已经缠绕满了电缆，也称为满盘），电缆卷筒导向架正常状态下应当处于图中所示的状态。图3和图4中的第一区域以及第二区域分别对应第一状态和第二状态。其中，第一区域可以定义为换向点左侧的区域，对应于图3所示的第一状态；第二区域可以定义为换向点右侧的区域，对应于图4所示的第二状态。

图2 电缆卷筒的移动设备位于换向点处时的正常状态

图3 电缆卷筒的移动设备位于第一区域时的正常状态

图4 电缆卷筒的移动设备位于第二区域时的正常状态

根据本设计电缆保护系统，假设电缆卷筒的移动设备从第一区域开始向换向点（即电缆卷筒的移动设备在换向点左侧）移动并开始缠绕电缆，此时安装在电缆卷筒的移动设备行走支架上的第一检测装置可以检测电缆卷筒的移动设备的位置并将移动设备位置信号发送给接收器。其中，第一检测装置可以是诸如感应开关（例如保持型磁性开关等）、编码器（例如多圈编码器等）或DGPS等的各种适当的检测装置。电缆保护系统实际应用中有的采用了保持型磁性开关，有的采用了多圈编码器，目前采用的这两种检测开关均运行可靠、稳定。

根据电缆保护系统的一种实施方式，第一检测装置可以是保持型磁力开关，该磁力开关可以通过感应磁铁的位置来改变状态（例如闭合状态和断开状态）并保持该状态直到下一次发生感应。可以对第一检测装置进行设置，使得当电缆卷筒的移动设备由第一区域开始经过换向点（即电缆卷筒的移动设备在换向点左侧）时，第一检测装置改变其状态从“0”变为“1”（即断开状态到闭合状态），而当由第二区域再次经过换向点（即电缆卷筒的移动设备在换向点右侧）时，第一检测装置改变其状态从“1”变为“0”（即闭合状态到断开状态）。因此当电缆卷筒的移动设备在第一区域时，第一检测装置状态为“0”并将其作为移动设备位置信号发送给接收器；而当电缆卷筒的移动设备在第二区域时，第一检测装置状态为“1”并将其作为移动设备位置信号发送给与其连接的接收器。

同时，安装在电缆卷筒导向架的外侧支架上的第二检测装置可以检测电缆卷筒导向架的状态，并发送导向架状态信号给接收器。其中，第二检测装置采用了电磁感应开关。安装在对应于图3中的导向架所在区域的外侧支架上。可以对第二检测装置进行设置，使得将图3（电缆卷筒的移动设备位于第一区域）中所示的导向架状态作为感应状态（例如为“1”），而将图4（电缆卷筒的移动设备位于第二区域）中所示的导向架状态作为非感应状态（例如为“0”）。即当导向架状态为图3所示时，第二检测装置状态为“1”并将其作为导向架状态信号发送给接收器，以及当导向架状态为图4所示时，第二检测装置状态为“0”并将其作为导向架状态信号发送给与其连接的接收器。之后，与接收器连接的控制器根据接收到的移动设备位置信号和导向架状态信号判断电缆卷筒是否正常工作，在判断电缆卷筒正常工作的情况下，控制电缆卷筒执行收放缆操作。

具体地，控制器中预先存储有第一区域对应的第一状态（即电缆卷筒的移动设备处于第一区域时导向架的正常状态）和第二区域对应的第二状态（即电缆卷筒的移动设备处于第二区域时导向架的正常状态）。控制器根据预先设置的程序，首先根据移动设备位置信号判断电缆卷筒的移动设备处于第一区域还是第二区域，如上所述，当移动设备位置信号为“0”时，判断电缆卷筒的移动设备在第一区域，当移动设备位置信号为“1”时，判断电缆卷筒的移动设备在第二区域。当控制器判断电缆卷筒的移动设备处于第一区域时，再根据导向架状态信号判断导向架是否处于第一区域对应的第一状态（如上所述，当导向架状态信号为“1”时，判断导向架处于第一状态），并在判断导向架处于第一区域对应的第一状态时判断电缆卷筒正常工作。之后，控制器可以根据行走方向来控制电缆卷筒执行收放缆操作。例如，控制器当前已知移动设备在第一区域并处于第一状态，而此时如果行走方向为朝换向点的方向（例如操作手柄的输入信号），则控制器控制电缆卷筒执行收缆操作，如果行走方向为相反反向，则控制电缆卷筒执行放缆操作。相反地，如果判断导向架不处于第一区域对应的第一状态（例如导向架状态信号为“0”，判断导向架处于第二状态）时，则判断电缆卷筒故障，此时停止后续收放缆操作，并输出报警信号。例如，将报警信号输出到报警装置（例如指示灯、蜂鸣器以及显示器等）进行及时报警，防止安全事故的发生。

当电缆卷筒的移动设备在第二区域时类似的过程被执行，即控制器在判断电缆卷筒处于第二区域时根据导向架状态信号判断导向架是否处于第二区域对应的第二状态，并在判断导向架处于第二区域对应的第二状态时判断电缆卷筒正常工作。之后，控制器可以根据行走方向来控制电缆卷筒执行收放缆操作。例如，控制器当前已知移动设备在第二区域并处于第二状态，而此时如果行走方向为朝向换向点的方向（例如操作手柄的输入信号），则控制器控制电缆卷筒执行收缆操作，如果行走方向为相反反向，则控制电缆卷筒执行放缆操作。相反地，如果判断导向架不处于第二区域对应的第二状态（如判断导向架处于第一状态）时，则判断电缆卷筒故障，此时停止后续收放缆操作，并输出报警信号。例如，将报警信号输出到报警装置（例如指示灯、蜂鸣器、以及显示器等）进行及时报警，防止安全事故的发生。

图5是根据电缆保护系统的一种实施方式用于控制电缆卷筒的方法的流程图。如图5所示，在步骤a中，通过安装在电缆卷筒的移动设备行走支架上的第一检测装置检测电缆卷筒的移动设备的位置，以及通过安装在电缆卷筒导向架的外侧支架上的第二检测装置检测电缆卷筒导向架的状态。在步骤b中，接收来自第一检测装置的移动设备位置信号和来自第二检测装置的导向架状态信号。在步骤c中，根据移动设备位置信号和导向架状态信号判断电缆卷筒是否正常工作。在步骤d中，在判断电缆卷筒正常工作的情况下，控制电缆卷筒执行收放缆操作。在步骤e中，在判断电缆卷筒故障的情况下，控制电缆卷筒停止收放缆操作，并输出报警信号。

图5 电缆卷筒的控制方法流程图

具体来说，假设电缆卷筒的移动设备从第一区域开始向换向点（即电缆卷筒的移动设备在换向点左侧）移动并开始缠绕电缆，安装在电缆卷筒的移动设备行走支架上的第一检测装置可以检测电缆卷筒的移动设备的位置并发送移动设备位置信号给接收器，安装在电缆卷筒导向架的外侧支架上的第二检测装置可以检测电缆卷筒导向架的状态，并发送导向架状态信号给接收器，这分别为步骤a和步骤b。在步骤c中，控制器用于根据移动设备位置信号判断电缆卷筒的移动设备处于第一区域还是第二区域，当控制器判断电缆卷筒处于第一区域，则之后控制器根据导向架状态信号判断导向架是否处于第一区域对应的第一状态，并在判断导向架处于第一区域对应的第一状态时判断电缆卷筒正常工作。在步骤d中，控制器可以根据行走方向来控制电缆卷筒执行收放缆操作。相反，如果判断导向架不处于第一区域对应的第一状态（如处于第二状态）时，则判断电缆卷筒故障。在步骤e中，停止后续收放缆操作，并输出报警信号。当电缆卷筒的移动设备在第二区域时类似的过程被执行，控制器在判断电缆卷筒处于第二区域时根据所述导向架状态信号判断导向架是否处于第二区域对应的第二状态，并在判断导向架处于第二区域对应的第二状态时判断电缆卷筒正常工作。在步骤d中，控制器可以根据行走方向来控制电缆卷筒执行收放缆操作，相反，如果判断导向架不处于第二区域对应的第二状态（如处于第一状态）时，则判断电缆卷筒故障。接着在步骤e中，停止后续收放缆操作，并输出报警信号。

电缆保护系统提供的用于控制电缆卷筒的系统，采用了第一检测装置和第二检测装置对电缆卷筒的移动设备的位置和电缆卷筒的导向架状态进行了实时检测，并根据电缆卷筒的移动设备的位置和电缆卷筒的导向架状态来判断电缆卷筒是否正常工作，并且只在判断电缆卷筒正常工作的情况下才进行电缆卷筒的收缆或放缆，由于该系统综合考虑了电缆卷筒的移动设备所在的位置以及导向架状态来判断电缆卷筒是否正常工作，避免了现有的换向检测装置不考虑电缆卷筒的移动设备所在位置而导致的无法正确辨识电缆卷筒故障的问题，从而消除了安全隐患，避免了事故的发生，提高了装载运输效率。

3 结论

1）此单机电缆卷筒保护系统的特征为：该系统包括安装在电缆卷筒的移动设备行走支架上的第一检测装置，用于检测电缆卷筒的移动设备的位置；安装在电缆卷筒导向架的外侧支架上第二检测装置，用于检测电缆卷筒导向架的状态；与第一检测装置和第二检测装置连接的接收器，用于接收来自第一检测装置的移动设备位置信号和来自第二检测装置的导向架状态信号；与接收器连接的控制器用于根据移动设备位置信号和导向架状态信号判断电缆卷筒是否正常工作，并在判断电缆卷筒正常工作的情况下，控制电缆卷筒执行收放缆操作，在判断电缆卷筒故障的情况下，控制电缆卷筒停止收放缆操作，并输出报警信号。

2）控制器用于根据移动设备位置信号判断电缆卷筒的移动设备处于第一区域还是第二区域，在判断电缆卷筒处于第一区域时，根据导向架状态信号判断导向架是否处于第一区域对应的第一状态，并在判断导向架处于第一区域对应的第一状态时，判断电缆卷筒正常工作，以及在判断电缆卷筒处于第二区域时，根据导向架状态信号判断导向架是否处于第二区域对应的第二状态，并在判断导向架处于第二区域对应的第二状态时判断电缆卷筒正常工作。