岸桥吊具垂缆电气故障解决方案

张岩

集装箱码头岸桥在作业过程中因吊具垂缆的电气性能衰减，容易出现偶发故障。本文在分析岸桥吊具垂缆电气故障原因的基础上，提出应对措施和解决方案，力图从根源上消除故障隐患。此外，笔者结合当前技术发展，提出无垂缆吊具系统的设想。

1 故障现象

在一次岸桥作业过程中，吊具顺利完成一次集装箱吊装作业后，在空钩状态下起升至30 m左右时，吊具信号不正常，岸桥GP报故屏报“吊具联锁检测故障”，此时起升无全速，吊具动作不正常，吊具开锁灯不亮，但吊具油泵正常工作。

该岸桥吊具为RAM公司生产的双箱吊具，其采用执行器/传感器接口（actuator sensor interface，AS-i）双线通信方式。控制吊具的可编程逻辑控制器（programmable logic controller，PLC）位于岸桥司机室吊具柜内，型号为西门子S7-300。岸桥主PLC为安川相关型号。吊具与岸桥间通过55芯电缆（即吊具垂缆）连接通信。吊具垂缆包括6根采用交

流电的吊具油泵及吊具电源电缆，AS-i双线通信电缆为54和55缆芯，分布在吊具电缆的最外侧，吊具电源电缆在其中心分布排列（见图1）。

2 故障处理过程

维修人员首先将吊具在旁路状态下放至地面，然后对吊具进行故障排查，发现吊具上用于AS-i通信的15个Slave模块中有12个无法正常通信，其中4个已完全烧毁，且吊具上和吊具柜内的避雷器和信号放大器全部烧毁，而西门子 PLC及吊具上24 V交流電源适配器和AS-i通信电源适配器均正常，其他元件也无损坏。维修人员据此怀疑AS-i通信网络中的电压不正常，超出直流电源电压26～31 V的正常范围，且电压波动值相对较高，从而导致部分元件烧毁。维修人员决定将此岸桥离线停机，以便排查故障。

停机后，维修人员主要针对吊具AS-i双线进线54和55缆芯电源电压进行检查。维修人员发现，当吊具位置在地面时，AS-i进线电压无异常。由于AS-i进线电压来源于吊具上的AS-i电源，而避雷器已烧毁，故检测电压无数值。为彻底排查故障，维修人员上到吊具上架，在确保安全的前提下，缓慢提升吊具高度，对吊具上架接线箱内垂缆54与55缆芯间电压进行测量。最终发现，当吊具起升高度在左右时，电压出现交流杂波，且其在起升过程中的峰值达到V。由此推断，AS-i通信网络中夹杂高频交流电是导致此次故障并造成AS-i通信元件烧毁的直接原因。

锁定故障原因后，维修人员首先使用备用的52和53芯电缆更换垂缆中的54和55芯电缆，并再次全程测量其电压，发现电压均在正常范围内；然后，对52和53芯电缆进行绝缘阻值测量，发现起升全程均无异常；最后，换用备用吊具，试动作正常。

对于损坏的吊具，维修人员在更换损坏的元件并检测吊具电箱内AS-i进线绝缘阻值正常后，用模拟器测试动作，吊具恢复正常，故障彻底消除。

3 故障解决方案

对此次故障进行深入分析后发现：造成此次故障的直接原因是吊具垂缆内的AS-i电源缆芯夹杂高压交流电杂波，引起AS-i通信网络异常；造成这一结果的根本原因是垂缆老化，电气性能衰退，特别是缆芯的绝缘性能和防屏蔽性能下降。随着岸桥设备使用时间的增加，吊具垂缆以及其他电气元件性能的衰减会增加此类故障的发生频率。笔者认为，以下3种方案可以消除和避免类似故障。

3.1 定期更换吊具垂缆

定期更换吊具垂缆是避免岸桥吊具垂缆电气故障最直接、最有效也是最简单的办法，但该方法的维修成本比较高，并且在日常保养中进行更换的工时消耗也较大。

3.2 更换AS-i通信网络中的避雷器等保护元件

型号

岸桥吊具AS-i通信网络中设置避雷器，其对浪涌电压有着可靠的保护作用，但在高压交流电感应方面存在滞后性，其原因是感应电压不足以使避雷器快速做出熔断动作，但却足以使AS-i通信网络崩溃。为此，可以考虑更换避雷器的型号，选用更加灵敏的避雷保护装置。该方案操作起来相对容易，但更换避雷器等保护元件会产生一定的额外成本，且选型工作比较困难。

3.3 定期检测垂缆缆芯绝缘性能

在设备日常保养维护中，可以定期对垂缆缆芯的防屏蔽性能和绝缘性能进行针对性检测。根据设备和垂缆的运行台时及设备的使用寿命，有必要每半年或一年测量一次AS-i通信电缆缆芯的绝缘阻值。如果发现缆芯绝缘阻值不正常或明显减小，则应该考虑更换备用缆芯或更换垂缆。需要注意的是，应当对吊具处于不同起升高度下的AS-i通信电缆的绝缘阻值进行测量，以保证测量的准确性。

3.4 小结

码头设备管理者在最大限度保障设备稳定运行的同时，还应充分考虑码头的运营成本和经济效益。笔者认为，可以将上述几种方案结合应用，即根据设备的使用寿命，分时期采用不同的维保方案。在码头运营初期，岸桥设备和吊具垂缆情况良好，可以跟进垂缆绝缘阻值的测量和检测；在码头运营中期，需要考虑升级避雷器，以便更好地保护AS-i通信网络；在码头运营后期，由于吊具垂缆的使用寿命有限，可以考虑更换垂缆。

4 消除吊具垂缆故障隐患的设想

吊具垂缆中AS-i通信电缆的干扰源来自于吊具油泵电源及吊具电源380 V交流电，排除垂缆中的高压交流信号是解决AS-i网络干扰最直接、最有效的办法。随着科学技术特别是无线通信、光伏发电及新能源技术的发展，垂缆必将迎来技术性变革。为此，笔者提出几种可以消除吊具垂缆故障隐患的设想。

4.1 吊具油泵电机换为直流电机

吊具的主要用电单元是油泵电机，使用电源为高压交流电，而其他用电单元均使用由高压电源转换而来的直流电源；因此，设备中的高压交流电源主要供油泵电机使用。若将油泵电机改为同功率的直流电机，则供电电源将为直流电源。众所周知，直流电源产生感应电势的能力比交流电源差许多，从而使吊具的动力电源对AS-i通信电缆的干扰变得很小。不过，此方案的实施需要解决以下几个问题。endprint