代弘君
（上海交通大學，上海 200240）
摘 要：為了解決磁滯式電纜卷盤驅動裝置經常因（yīn）電纜鬆纜造成設備停機或電纜（lǎn）損壞等問題，對驅動裝（zhuāng）置故障原因進行分析。針對不同的故障類型，分別從驅動裝置的（de）結構型式和PLC程序（xù）控（kòng）製方式上進行優化改進，防止電纜鬆纜（lǎn），從而降低電纜卷盤（pán）驅動裝置的（de）故障率。
關（guān）鍵詞：港口；磁滯式電纜卷盤驅動裝置（zhì）；PLC程（chéng）序優（yōu）化
0 引言
磁滯式電纜（lǎn）卷盤驅動裝置主要由（yóu）電機、磁滯（zhì）耦合器、減速箱等所組成。磁滯耦合器利用磁盤與磁（cí）盤間的感應，通過調節磁盤間的間距來實（shí）現對電纜恒定張力的控（kòng）製。現針對此驅動裝置的常見故障進（jìn）行分析，並根據故障類型提供相應解決方案。
1 工況（kuàng）介紹
電纜（lǎn）卷盤驅動裝置主要用（yòng）於向大型機械（xiè）提供動力電源和保障（zhàng）控製係統的通信。以上海（hǎi）港羅（luó）涇港區某大型機械為例，從碼頭接線箱起（qǐ），通過10.5kV高壓供電電纜將10.5kV高壓電引入到設備（bèi）上，同時將大型機（jī）械的檢測信號送至碼頭中控室，行程約700m。該大型機械動力電纜卷盤驅動裝置主要（yào）由長350m、直徑51~55mm的（de）帶光纜（lǎn）的（de）高壓電纜（lǎn）、驅（qū）動減速箱、滑環箱、單向軸承和不帶製動器的電（diàn）機（jī）等組成（chéng）。
為了減少電纜盤上電纜繞纜圈數，除特殊情（qíng）況外，會把地麵電纜坑（kēng）設在設備行程中點處。為了防止在斷電後電纜有下滑現象，在大車（chē）行走前，電機都會先啟動（dòng），進行收纜，使電纜保（bǎo）持適當的（de）拉（lā）力。
（1）當大車離開電纜坑時，電機轉動，利用磁滯耦合器磁盤（pán）間（jiān）的滑差進行放纜（lǎn），將電纜釋放到電（diàn）纜槽架（jià）上。當大車（chē）運行到終點位置（zhì）時，凸輪限位開關動作，大車停車（chē）。
（2）當大（dà）車向電纜坑行走時（shí），電機（jī）轉動，收取電纜。
（3）當（dāng）大車從電纜坑一側向電纜（lǎn）坑靠近時，電機轉動，進行（háng）收纜動作。當大車靠近電纜坑（kēng）時，凸（tū）輪限位開關斷開信（xìn）號，大（dà）車減速（sù）運行（háng）。當大車過了電纜坑後，凸輪限位開關發出信號（hào），大車繼續以正常速度運行。
在上述運行動作過程中，電機轉動方向（xiàng）都是同一個方向。區別在於：在放纜過程中（zhōng），是靠磁（cí）滯耦合器磁盤間的滑差進行放纜；在收纜過程中，是靠磁滯耦合器磁盤間的磁耦作用力帶動（dòng）卷（juàn）盤（pán）轉動（dòng）進行收纜。
2 故障類型及處理方法
導致磁滯（zhì）式（shì）電纜卷盤驅動裝（zhuāng）置發生故障（zhàng）的主要原因包括限位開（kāi）關動作、磁滯耦合器故障、單向軸承失（shī）效、PLC係統控製（zhì）故障、連接件之間（jiān）鍵槽磨（mó）損、限位開（kāi）關失效等（děng）。這些故障原因都（dōu）會導致電纜運行異常，造成（chéng）電纜所受拉力變大或者電纜掉落，給電（diàn）纜線造（zào）成一定的損傷，嚴重時會發（fā）生電纜放電或（huò）電纜被拉（lā）斷等情（qíng）況。電纜都是在高壓環境（jìng）下運行的，其絕緣性和完好性都直接影響整個供電係統（tǒng）的安全性和可靠性。
在正常工作情況下，司機（jī）操（cāo）作啟動手柄（bǐng），電（diàn）機得電（diàn）進行（háng）收纜，電纜帶動電纜導向架的敲塊觸碰到限位開關後，大車（chē）動作。
在實際使用過程中，發現如果大車長時間（jiān）未行車，而電纜鬆纜掉落堆積在電纜槽架上，會使導向架處的敲塊向左（zuǒ）或（huò）向（xiàng）右動作，從而觸碰到限位開（kāi）關（guān）。電纜鬆纜掉落堆（duī）積在電纜槽架上見圖1。
圖（tú）1 電纜（lǎn）鬆纜掉落堆積（jī）
這（zhè）類情況會產生一個錯誤信號，使PLC認為設備（bèi）正常，而大車（chē）繼續行車。如果監護不到位，電纜會勾住某個地方，過緊限位開關無動作，會造成電纜被（bèi）拉斷。如果電（diàn）纜掉（diào）落至碼頭上，大車輪緣會直接軋到電纜（lǎn），造成電纜破損（sǔn）。電纜破損及臨（lín）時處理見（jiàn）圖2。
a）電纜絕緣遭破壞
b）電纜臨時處理
圖2 電纜破損及臨時處理方式
電纜鬆纜的原因主要有2個。，由於磁滯耦合器兩感應盤之間間距過大，導致其扭矩偏小，滑差率過大（dà），導致提升動力和蓄纜力不（bú）夠，造成電纜鬆纜。第二，單向軸承的損壞。當電機斷電後，磁滯耦（ǒu）合器的支持力矩（jǔ）全部作用在單向軸承上，一旦單向軸承失效，支持力矩缺失，造成電纜掉落。
2.1 磁滯耦合器引起的故障
磁滯耦合（hé）器中（zhōng）有2個平行（háng）等大小的圓形磁盤，其中（zhōng）：一個（gè）磁盤由永久磁鋼構成，它產生交替多極磁場；另一（yī）個磁盤是強磁（cí）感（gǎn）應盤。一旦（dàn）兩磁盤之間出現（xiàn）轉速滑差，多極（jí）磁盤（pán）必將交替磁化對麵的感應盤，類似於旋轉磁場（chǎng），從而產生一（yī）種抗拒滑差的扭矩。通過調（diào）節磁（cí）盤間的間隙（xì），可調節該扭矩的大小，實現可調式恒定力矩的轉換。由磁滯耦合器扭矩過小引起的電纜鬆纜故（gù）障是一個（gè）漸變的過程（chéng），其鬆纜速度是很慢的，在平（píng）時行車時會經常報（bào）鬆纜（lǎn）故（gù）障，其解決方（fāng）法是可直接根據電纜的鬆緊程度來調節兩磁盤之間的間距。如果調整（zhěng）至極限仍不能滿足要求，則直接更換磁滯耦合（hé）器。
2.2 單向軸承失效引起的故障
單向（xiàng）軸承的作用是在設備斷電的情況下，磁滯耦合器的支撐力矩作用在單向軸承上，以防止電纜鬆纜。在電機工作中，單向軸承不起任何作用。當電機失電後，一旦單向軸承失效，滿（mǎn）盤電纜會直接掉落至地麵。
為了防止此類故障的（de）發生，考慮到現場改造工（gōng）作量和成本等方麵的原因，可直接把普通電機（jī）更換成電磁製動電機。電磁製動電機工作（zuò）方式：電機得電，製動器打開；電機（jī）失電（diàn），製動（dòng）器抱閘。目的是一旦單（dān）向軸承失效後，磁滯耦合器的支撐力矩（jǔ）能作用（yòng）在製動（dòng）器上。這樣與單向軸承形成雙重（chóng）保護，能有效防止電纜直接掉落至地麵。
3 程序優化
大車運行狀態下導向架限位開關動作（zuò）示意圖見圖3。
圖3 大機運（yùn）行狀態導向（xiàng）架限（xiàn）位動作示意圖
受大車本身的限位開關、控製方式的限製，原鬆纜保護裝置主要依靠過鬆限位開關、過緊限位開關來進行判斷，並不能很好起到作用（yòng）。前文所述的電纜鬆纜處理方案都是從硬件（jiàn）方麵著手，雖然從一（yī）定（dìng）程（chéng）度上能防（fáng）止鬆纜情況（kuàng）的發生，但在實際使用（yòng）中，由於現場沒有專人監護，缺（quē）少有效的監測手段。雖然在電纜導向架上布置過鬆限位開關、過（guò）緊（jǐn）限位開關，但隻有在行走機構（gòu）得電情況下限位開關才能發揮作用。當大機停止運行一段時間後，電纜驅動電機失電，電纜（lǎn）掉落，勾住導向架，過鬆限位開關、過緊限位開關（guān）無法發揮作（zuò）用。同時，過鬆限位開關、過緊限位（wèi）開關（guān）隻能檢測某個狀態，而不能檢（jiǎn）測鬆纜的過程。為了解（jiě）決此（cǐ）類故障，在電纜卷盤處增加1個限（xiàn）位開關，用以（yǐ）檢測脈衝信（xìn）號，並將脈衝信號作為判斷故（gù）障的依據。檢測限位開關布置（zhì）點見圖4。
圖4 限位（wèi）布（bù）置點
檢測限位開關的安裝位置須靠近電纜卷盤，電纜卷盤（pán）的每根撐杆經過檢測限位開關都會觸發1個脈衝信號（hào），通過計算脈衝信號的個數來判斷電纜卷盤工作是否正常。判斷的依據主要（yào）是測量電纜卷盤在2種極限狀態位置時的脈衝信號個數。當測量數據不在此範圍內，即說明電纜卷盤驅動裝置存在故障。程序上故障判別（bié）方法有以下3種：
（1）當大車停止後，程序（xù）如果仍然檢測到脈衝信號，以（yǐ）實際經驗定義脈衝信號2個/s為鬆纜故（gù）障。
（2）當大車遠離（lí）電纜坑行走時，電纜卷盤處（chù）於（yú）放纜狀態，程（chéng）序如（rú）果檢測出脈衝信號超（chāo）過7個（gè）/s時，說明放（fàng）纜過快，即報鬆纜故障。
（3）當大車向電纜坑行走時，電纜卷盤處於收纜狀態，以接近電纜坑位（wèi）置計算（suàn），如在20s內沒有脈衝（chōng）信號（hào），即報鬆纜故（gù）障。
修改後的大車行走程序截圖見圖5。修改後的程序在故障發（fā）生後僅對大車行走動作進行限製，對其餘機構動作沒有影響。
圖5 大車行走程序修改圖
4 結（jié）語
為了確保電纜卷盤驅動裝置的正常運行，針對（duì）鬆纜故障，提出（chū）2種解決方案。為防止（zhǐ）電纜鬆纜，在電纜卷盤處加裝檢測限位開關，以計算脈衝信號個數的方法來檢測電纜卷盤（pán）是否（fǒu）動作異（yì）常，並對大車行（háng）走（zǒu）程序進（jìn）行修改。
來源：（ 港口科技）
