摘要：本文主要介绍岸桥俯仰机构经常出现安全钩落钩不到位情况，导致故障无法及时发现的成因进行分析，提出了采用改进软硬件控制系统中可编程控制器（PLC）控制程序，控制俯仰结构落钩信号控制的方法，解决了俯仰安全钩落钩准确的问题，提高整台岸桥俯仰机构运行的稳定情和安全性。
关键词：PLC程序；岸桥；软件和硬件控制；I/O模块
一、概述：
随着我国经济的快速发展，对外贸易的不断扩大，港口行业的快速发展也成为必然的趋势。在各个港口、码头快速建设的同时，一大批的港口设备也被建造出来，包括岸桥、场桥、门机等，这些设备能否高效稳定的工作，关系到港口业务的发展。现在的港口设备普遍采用PLC-变频器控制，使设备的智能化水平得到提高，而且控制精度更加高，在工作中也更加可靠。
在岸桥电控系统中，核心设备是PLC和变频器，PLC的作用主要是实现整个岸桥系统、各机构的协调顺利工作；变频器的作用主要是对电机进行变频调速，以起到精准控制。在硬件方面，四大机构中，岸桥的安川PLC主要采用的通讯模块有：CP215（PLC站点间通讯）、CP216（PLC与变频器间通讯，ABS编码器间通讯）、CP217（串口，传程序用，有三个端口，232〈9针〉/232〈25针〉、CP218（以太网通讯默认地址192.168.1.1）、2000IO（输入输出拓展模块）、还有AI、AO模拟量输入输出模块。主要的变频器使用的是安川公司港机专用的676H5变频器。
我们公司有2台2006年投产的51t-51m岸边桥式起重机，是公司码头作业的主力设备，承担着公司大型集装箱船舶装卸业务。俯仰（大梁）机构是岸桥的四大机构之一，功能是把前大梁由0°到80°之间的俯仰动作，前大梁自身重量较大，大约有120吨左右，在作业时前大梁水平放置，承载小车机构在其上方的轨道上运行；不工作或大型船舶离靠泊时通过：操作按钮---日本安川PLC电控系统---安川变频器---电动机---卷筒---钢丝绳--滑轮组，将臂架从0度仰起至80度，并通过塔头上两个安全钩的抬钩、落钩、挂钩等动作，实现前大梁安全挂在塔头上两个安全钩内，确保前大梁停放的安全。因此，安全钩的抬钩、落钩、挂钩等状态信号对安全钩的安全动作很重要。但我们现有岸桥的安全钩状态信号设计存在缺陷，造成岸桥的俯仰动作存在安全钩挂钩不到位的安全隐患，因此做为一个电气主管的我，对岸桥臂架针对该问题组织技术改造，完善安全的安全钩落钩状态信号，消除俯仰机构的安全隐患。
二、现状调查
我就对桥吊的俯仰机构的使用情况进行调查：岸桥1#、2#自投产以来，俯仰机构在操作中，除了发生抬钩故障、挂钩故障等系统报警的故障之外，还发生了几次安全钩落钩不到位的状况，由于前大梁较重，有突然局部下坠的可能，如果刹车不可靠，是非常危险的，如果不会进到安全钩内，钢丝绳就长期受力，对设备特别是对俯仰机构钢丝绳的损伤相当大，存在安全隐患：如下（图1、图2实物图）
（图1实物图） （图2实物图）
组织技术人员针对这种情况，采取了在安全钩上油上醒目的红色标志等方法，方便了司机对安全钩状况的判断，对改善俯仰机构安全隐患有一定的帮助，但还不能彻底解决问题。因此，首先对现场设备的硬件、软件的进行调查：对岸桥的俯仰机构控制流程示意图（以自动上升为例）：
（图3流程图）
从流程控制可以看出，设计者考虑到整个俯仰机构的危险性，设置了多重保护措施：
1、速度上的超速紧急停止直接断变频器并输出反向力矩，实现快速响应，防止失效时的剧烈冲击。2、启动停止及速度控制采取增量编码器、绝对值编码器、凸轮限位开关、停止限位开关和极限限位开关得多重保护。同时，从控制流程也发现设备在设计上存在的缺陷，使设备运作存在安全隐患：操作人员在前大梁操作房操作时候，从0度到80度运行的流程是：控制按钮先要“控制合”主控回路及其他限位开关处于正常可靠的状态，PLC主控回路“控制合”才能合得上，相应的指示灯也亮，说明可以安全操作，控制按钮合——操作按钮——I/O模块——主CPU——通讯模块——686H5变频器——160kw电机——减速机——钢丝绳卷筒——滑轮组——绝对值编码器对整个运行过程角度进行计数——75度凸轮限位开关点动作——推杆电动机得电安全钩抬钩动作（总得电状态）——大梁上升到终点限位动——安全钩推杆电动机（失电）——安全钩落钩——大梁再下降到挂钩限位动作——停止，这是挂钩运行的过程。
但即将进入挂钩时up-down step时，PLC并不检测安全钩的准确落钩状态。而是采用停止反馈抬钩指令的方式，没有抬钩限位开关信号就认为是安全钩落钩状态，就但在某种极端情况下，安全钩处于设备最高处，68米高空，如安全钩铰点卡滞，推杆泵铰点卡滞或推杆泵回油堵塞等因素，可能出现安全钩虽然脱离抬钩限位的范围，但安全钩还没有完全落钩。这种状况下如果臂架机械下降，则具有相当大的危险性，甚至造成机损事故。
2、plc程序在设定落钩的工况时没有像抬钩工况一样，左右两边抬钩限位开关都要同时触发就认定安全钩处于落钩状态，从下图可以看出，抬钩时：OB11329输出继电器得电（常开点得电，常闭点失电），抬钩限位到位时IB110F5和IB110F6同时得电，延时10秒到MB012055和MB1205F不得电，PLC就不会报“安全钩抬钩检测故障”，如果有那一边不会抬钩GE故障显示屏就会报（抬钩检测故障-1或抬钩检测故障-2），对落钩的状态进行检测，而是认为“非抬钩，即落钩”。就不会报故障，系统检测到没有故障就自进行下一个动作，如下图所示：（图4、图5程序图）
图4 程序图
图5程序图
上述软件程序看出，抬钩就有反馈信号，MB012455和MB01245F（常闭点）输出线圈到总MB00973（如果失电，运行就会停止）运行互锁里面，起到抬钩互锁保护，从而设备停止动作保护，落钩确认保护信号设计有缺陷，系统认为是“没抬钩，即落钩”，有时其它原因如司机操作时的责任心不强或分心和天气等，就会导致安全钩非抬钩非落钩，钩处半中间状态，程序就认为是已落钩，往往问题在这时候发生。不会准确落到钩内，如果司机没仔细观察或雨雾天气等因素没法及时发现，钢丝绳总处于受力状态，对钢丝绳损坏很大。下图可以看出：（图6结构图）
1.前大梁安全销 2.俯仰上停止行程开关 3.俯仰上极限行程开关 4. 液压推杆泵 5.安全钩抬钩行程开关 6.安全钩后配重 7.安全钩铰点 8.液压推杆泵铰点 9.安全钩
图6 结构图
三、确定目标和要因确认表
从上述现状调查看出，设备在设计上存在的缺陷，如果能完善这些缺陷，消除物的不安全状态，就可以避免人为失误造成的机损事故。通过研究、交流其他厂家的岸桥设计，认为该缺陷是可以完善的，针对因果分析图的末端因素进行逐项确认，确认要因见下表：表1、表2
要因确认表（表1）
四、制定对策：表2
五、对策实施改进方案
实施一：组织岸桥司机理论结合实际，开展《岸桥安全操作规程》和岸桥俯仰机构工作原理、注意事项等的培训学习，增强司机的安全意识和责任心；提高司机的操作技能和分析判断初级故障的能力、维护保养能力。
实施二：组织电气技术人员等实施对俯仰机构安全钩的技术改造：
根据现状调查情况和研究、交流其他厂家的岸桥设计，经过和上级领导讨论后决定从硬件和软件两个方面入手，一是硬件上增加落钩状态反馈装置，二是现有程序再增加程序保护点。
1、硬件方面，增加2只限位开关，当两侧安全钩下落到最低位时触发限位开关，使PLC获得状态反馈信号，实现信号正常反馈准确控制。
第一步：到设备现场所安装位置进行细仔观察，对安装位置尺寸和角度进行测量，并绘制图纸确定各限位开关安装位置和安装形式如下图所示：图7结构图
图7 结构图
第二步：分析电路，优化改造方案，绘制原理图。（表3）
选用上图中的方案二实施分析：电路起点为PLC的I/O模块，终点为塔头新增的2只行程开关，搭载电压为110V 50HZ交流电。综合考虑选取两条2×2.5mm的电缆，行程开关接常开触点。塔头安全钩各行程开关反馈原理图如下：（图8原理图）
图8 原理图
第三步：布线施工。从电气室敷设到塔头需要较大长度的电缆，总计经过两个接线箱。在敷设时虑信号干扰等问题，需与动力电缆分开布设。详细敷设路径如下图所示。（图9单线图）
图9 单线图
2、程序方面，需要增加两个数字量输入点给这两个安装好的行程开关。从I/O模块6M上找到第0和1两个备用点，并接好线，其地址分别按图纸的地址，[程序里面H30.01为IB110B0和IB110F1]。此段程序的工况是：两个安全钩都落钩，并延时10秒PLC才认为岸桥钩已落钩到位，修改程序H30.01中如下图所示的程序段。（图10程序图、图11安装实物图、图12安装实物图）
图10 程序图
此段程序工况为：
抬钩时，OB11329（常开点得电，常闭点失电）输出交流接触器得电，IB110F5（常开点得电，常闭点失电）和IB110F6（常开点得电，常闭点失电）也得电，说明限位开关接触正常，反馈到I/O模块，通过5秒后延时时间输出到线圈MB012055和MB01205F不得电，PLC未收到抬钩行程开关反馈的抬钩到位信号，说明不会报“抬钩限位—1或—2检测故障”。如果检测到IB110F5和IB110F6限位开关其中两个或一个限位开关损坏或其他原因接触不到就会报那个“抬钩限位1或2检测故障”；
落钩时，OB11329（常开点失电，常闭点得电）输出交流接触器失电，IB110B0（常开点得电，常闭点得电）和IB110B1（常开点得电，常闭点得电）也得电，说明限位开关接触正常，反馈到I/O模块，通过5秒后延时时间输出线圈MB012055和MB01205F不得电，PLC未收到抬钩行程开关反馈的抬钩到位信号，说明不会报“俯仰抬钩限位—1或—2检测故障”。如果检测到IB110B0和IB110B1限位开关其中两个或一个限位开关损坏或其他原因接触不到就会报那个“抬钩限位检测故障”。
改好程序后仔细检查线路后通电调试。分别进行俯仰自动上升、自动下降、手动上升和手动下降等工况调试，结果显示一切正常。
经过上述的对策的实施，对改造效果进行检验，从俯仰机构安全钩技术改造后到现在，没再发生安全钩挂钩不到位的情况。
巩固措施：为巩固取得的成果，结合改造的经验，制定了以下巩固措施：
措施一：加强司机、设备管理人员的安全技术培训，继续举办经验交流会，提高司机的安全操作技能和管理人员的管理经验。
措施二：加大设备保养考核力度，确保各子系统都能得到良好润滑和保养，着重检查轴承、滑轮、钢丝绳、拉杆铰点等机构的润滑和电气系统的保养完成情况，实行班组责任制，保养情况直接与班组奖金挂钩。
通过这次改造活动，消除了岸桥1#、2#俯仰机构的安全隐患，同时也锻炼了自己，提高了设备管理分析问题、解决问题的能力和经验，增强攻克技术难题的信心。将继续关注岸桥的情况，随时解决设备在生产运作中出现的问题。
图11 安装实物图
参考文献：
[1]日本安川YASKAWA CP-717应用软件 操作手册（VOL.1）。2002
[2]日本安川YASKAWA 控制包CP-317H 用户手册 FDS 系列控制器。2000
[3]日本安川Yaskawa 686H5快速使用指南 说明手册。2000
[4]工业控制新技术教程 华南理工大学出版社，2014。
[5]天津川丰电气技术有限责任公司编制 安川电控培训教材，2009
[6]川丰电气技术有限责任公司场桥程序2015
[7]桥式起重机构造与检修 化学工业出版社 2008.10
[8]SCHMERSAL限位开关 使用手手册 2001
作者简介：吴灵东，男，1988年2月6日出生，梅州兴宁，大专，助理工程师。
论文作者:吴灵东
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/17
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