移动双箱吊具及其故障维修

叶露

现代港口集装箱装卸作业中，吊具是使用最频繁的工具之一，其优劣直接影响集装箱码头的安全生产和装卸效率。根据故障频率统计，南京港龙潭集装箱码头场桥电气故障中65%以上属于吊具故障。由于移动双箱吊具具有性能稳定、工作效率高、故障发生率低等优点，近几年逐渐被集装箱码头采纳使用。移动双箱吊具采用先进、复杂的控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）总线通信方式取代传统的点对点传输方式。随着移动双箱吊具使用年限的增加，其故障发生率显著提高，维修保养难度不断加大。本文基于对移动双箱吊具的机械结构、操作原理及其故障维修的分析介绍，为相关工作人员了解专业知识和提高操作技能打下基础。

1 移动双箱吊具机械结构

移动双箱吊具是全焊接的结构装配件（见图1）。伸缩梁嵌套在中部底梁内，并能在特制的抗磨块件上滑动。支承滚轮安装于伸缩梁尾端上部，用于减小带载伸缩摩擦力。吊具主梁滑道上装有4个中间移动架，每个中间移动架内装有1套可上下运动的中间旋锁箱，每个中间旋锁箱均与1个液压升降油缸相连接。当中间旋锁箱处于上升位置时，可进行单箱作业；当中间旋锁箱处于下降位置时，则进行双箱作业。中间旋锁移动液压油缸用于实现中间旋

锁箱与两侧边锁的位置固定，分别与左右2个下推杆相连，2个下推杆通过连接板分别与左右2对中间移动架连接。在中间旋锁移动液压油缸的推动下，中间移动架连同中间旋锁箱作向外和向内的平移运动，外伸梁作同步伸缩运动，从而实现吊具对在设计范围内的任意位置的2个20英尺集装箱的装卸及平移运动。

当移动双箱吊具作伸缩运动时，上下推杆处于脱钩状态，液压电动机驱动减速器的链轮链条以及上推杆相连接的链条。移动双箱吊具作带载双箱伸缩运动的运动过程如下：（1）将吊具调至双20英尺集装箱作业状态，双20英尺集装箱控制程序自动将伸缩梁定位至40英尺位置；（2）自动液压系统由常压模式调至高压模式；（3）控制伸缩油缸，将移动架置于40英尺位置；（4）上下推杆对位正确，限位发出信号，挂钩油缸动作；（5）锁定上下推杆，允许中锁升降油缸动作，中锁放下；（6）双箱指示灯点亮，司机进行双20英尺集装箱作业；（7）司机发出中锁分离或合拢指令，吊具中锁按指令实现中锁分离或合拢动作；（8）将吊具调至单箱作业状态，可实施相反顺序动作。

2 移动双箱吊具CAN总线

2.1 CAN总线

CAN总线是由德国BOSCH公司研究开发的国际标准化的串行通信协议，是目前国际上广泛应用的开放式现场总线之一。

CAN总线以广播的方式从一个节点向另一个节点发送数据。当节点发送数据时，该节点的中央处理器将需要发送的数据和标识符号发送给本节点的CAN芯片，并使其进入准备状态；CAN芯片一旦收到总线分配信号，就转变为发送报文状态，将需要发送的数据按照规定的报文格式发出。此时，网络中其他节点都处于接收状态，所有节点都要先自检来判断该报文是否发送给本节点。

2.2 CAN总线系统网络拓朴结构

移动双箱吊具CAN总线系统网络拓扑结构（见图2）由1块IFM室外控制器CR0505（以下简称CR0505模块）、11块IFM室外型扩展节点输入/输出模块CR2032（以下简称CR2032模块）、47个IFM接近开关、25个电磁阀线包、1个高度检测限位、1个油缸磁尺、1个单箱工作量计数器、1个双箱工作量计数器、4个闭锁开关信号指示灯和2个终端电阻组成。

移动双箱吊具CAN总线信号汇集在CR0505模块，首先通过吊具垂缆传输到司机室，然后通过IFM EC2087模块把CAN总线信号转成PROFIBUS信号，再通过安川可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）的PROFIBUS模块读入信号，最后通过PROFIBUS模块把转换后的执行动作指令传送到各个执行元件。

CAN总线已被广泛应用于汽车、集装箱空叉、集装箱正面吊和集装箱场桥等领域。移动双箱吊具采用CAN总线的原因如下：（1）能够在极端高温和极端低温的环境下工作；（2）能够承受极端的冲击力和震动力；（3）能够在较脏和潮湿的环境下工作；（4）能够承受由电瓶或发电机组引起的供电电压波动；（5）能够抵抗较高的导体和辐射干扰（总线机制决定）；（6）工作待机时间长，停机检修费用低；（7）错误位置能够被操作人员尽快找到；（8）元器件模块化概念使得吊具服务简单化；（9）减少接线和分散控制，输入/输出模块坚固且灵活多用；（10）能够通过记录操作数据生成工作和系统数据文件。

2.3 CR0505模块

CR0505模块是移动双箱吊具的核心控制单元，由CoDeSys软件进行硬件配置和程序编制，负责安装移动双箱吊具的控制逻辑程序。CoDeSys软件是由德国3S公司研制开發的PLC软件，可通过自制的RS232串口通信线下载程序。自制的RS232串口通信线一端连接RS232母插头，用来连接笔记本计算机串口，另一端不接插头仅为线。

CR0505模块的电气控制箱下载线接线原理（见图3）为：插头pin2针出线接X1的49端子，pin3针出线接X1的48端子，pin5针出线接X1的50端子；用户再将48，49和50端子连接到端子台。

图3 CR0505模块的电气控制箱下载线接线

通过万用表测量CR0505模块的通信线阻值来判断其是否存在故障。在通信线连接的情况下，使用万用表测量CAN1（14脚、32脚）和CAN2（25脚、26脚）的通信线阻值应为（因为电路模块上接有2个的终端电阻），如果测量阻值不为，则可能是CR2032模块通信线中断；在通信线中断的情况下，通信电阻测量值应为26～，如果测量值不在上述范围内，则模块自身故障导致不能正常工作。在测量正常的情况下，通过观察CR0505模块指示灯来判断CAN总线系统是否存在故障，详情见表1。CAN1通信线与IFM EC2087模块相连，用于与上位机通信；CAN2通信线与CR2032模块相连，用于收集限位信号和发出电磁阀动作指令。

表1 CR0505模块指示灯说明

2.4 CR2032模块

CR2032模块用于收集移动双箱吊具的限位、磁尺、高度信号和输出动作指令，并传递给相应电磁阀。该模块是8输入8输出模块，可以输入和输出开关量及模拟量信号，其中：1，3，5和7插口为信号输入模块，2，4，6和8插口为信号输出模块，每个插口最多能够连接2个下层传感器。

CR2032模块具有两大优势：（1）分散式控制，利用自身优势在远端收集信号后通过CAN总线将收集的信号传送到控制器，再由控制器将信号通过CAN总线输出到扩展模块，最后由扩展模块将信号释放到终端传感器，从而大大简化吊具线路，有利于控制成本和查询故障；（2）物理端子通过程序设定使其作为不同类型的输入或输出。

CR2032模块具有两大特色：（1）扩展节点不仅通过每个输入、输出的指示灯，而且还通过扩展电源指示灯和CAN总线通信指示灯来判断扩展节点是否正常工作，为故障维修提供很大帮助；（2）扩展节点壳身带有旋钮，用于设定节点号和波特率，便于CAN总线添加节点。

3 移动双箱吊具CAN总线通信故障维修

在生产过程中，移动双箱吊具使用频度最高，并且受冲击程度最大，导致其故障率也最高。掌握移动双箱吊具的电气控制原理和机械工作原理，有助于合理保养和快速维修移动双箱吊具。由于移动双箱吊具的工况特殊，其电气单元设计有内部联锁保护，若有模块出现通信故障，IFM主模块立即停止运行，使整体通信中断，以防止造成重大事故。移动双箱吊具的故障维修难点主要是CAN总线通信故障维修。

3.1 IFM扩展模块自身故障

第一种情况：通过自身指示灯排查确认故障，并通过更换新模块来解决此类故障，更换新模块时须按原模块上的拨档设置新模块。

第二种情况：模块自身指示灯检测不出模块故障。此类故障会造成 CR0505模块运行故障，由于移动双箱吊具中设有模块检测保护命令程序，导致CR2032模块上的电源指示灯常亮，而其他指示灯不亮。CR0505模块与CR2032模块之间设有通信检测，一旦CR0505模块接收不到模块信息就会停止运行，以防止发生安全事故。故障识别流程如下：（1）用RS232串口通信线将笔记本计算机与CR0505模块相连接；（2）下载吊具生产商提供的未加保护命令的程序，用以识别故障模块；（3）下载完成后，CR0505模塊即可正常运行（指示灯闪烁频率为），CAN总线通信指示灯正常闪烁，信号输入、输出指示灯正常亮起，CR2032模块电源指示灯正常亮起。

3.2 CAN总线通信故障

CAN总线通信故障表现为CR0505模块不运行。故障识别流程如下：（1）用笔记本计算机下载检测程序至CR0505模块，检测故障模块；（2）然后，断开电源，打开模块及靠其最近的完好模块的接线盒；（3）用万用表测量相应接线点，识别通信故障线路。

（编辑：许玲 收稿日期：2017-02-20）