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安全措施在大型起重船上的應(yīng)用

文檔作者：楊磊文檔來源：江蘇省船舶設(shè)計研究所有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2024年09月21日
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第27卷第4期
2010年08月
江蘇船舶
JIANGSU SHIP
V01．27 No．4
Aug．2010
安全措施在大型起重船上的應(yīng)用
楊磊
(江蘇省船舶設(shè)計研究所有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212003)
摘要：以某4只主鉤的臂架式大噸位起重船為例，針對大型起重船上各種可能的不安全因素，利用變頻控制系
統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合起重船上各種設(shè)備的操作，為起重船的各種起重工況設(shè)計一系列安全措施。
關(guān)鍵詞：起重船；安全措施；保護(hù)；變頻系統(tǒng)
中圖分類號：U674．35 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
0 引言
近年來，隨著國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及國際石油
海洋工程的需要，大型起重船的市場需求逐年增加。
由于起重的噸位越來越大，一旦出現(xiàn)安全問題業(yè)主
的損失將相當(dāng)大，所以安全因素越來越受到重視。
本文以某4只主鉤的臂架式大噸位起重船為
例，著重介紹采用變頻控制的起重系統(tǒng)所實(shí)際應(yīng)用
的一些安全措施。
1起升設(shè)備的基本保護(hù)裝置
大型起重船上都有數(shù)量眾多的起升以及變幅用
等絞車，在絞車上設(shè)置一些保護(hù)裝置必不可少。
1．1制動器
起重船上的每臺絞車均裝有2級制動器：工作
制動器和帶式安全制動器。每次操作機(jī)構(gòu)時，PLC
(可編程控制器)發(fā)運(yùn)行指令給變頻器，變頻系統(tǒng)建
立力矩，只有當(dāng)力矩建立到足夠抵消反力并通過控
制系統(tǒng)的力矩驗(yàn)證后，才打開制動器。當(dāng)制動器打
開到位(行程限位開關(guān)檢測)后，機(jī)構(gòu)方可運(yùn)行。變
頻系統(tǒng)的預(yù)加力矩功能保證了每次操作在打開制動
器的瞬間不會出現(xiàn)機(jī)構(gòu)吊鉤或變幅下溜現(xiàn)象。
1．2棘輪棘爪
此裝置多用于變幅絞車。在絞車停止作業(yè)時，
扣上棘爪，以鎖定機(jī)構(gòu)不能往下降方向運(yùn)行。
2操作聯(lián)鎖保護(hù)
2．1主鉤與變幅聯(lián)鎖
為安全起見，主鉤機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)不能同時動
收稿日期：20LO～04—10
作者簡介：楊磊(1976一)，男，工程師，主要從事船舶設(shè)計工作。
作。當(dāng)4個主鉤中的任一個主鉤運(yùn)行時，變幅操作
主令是失效的；同理，若變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)行時，主鉤的主
令也是失效的，這樣保證了即使操作人員誤操作也
不會引起機(jī)構(gòu)誤動作。
2．2主鉤聯(lián)鎖
主鉤既可以單吊也可以聯(lián)吊。當(dāng)聯(lián)吊時，主鉤
1、主鉤2(2前鉤)可組合聯(lián)動操作，主鉤3、主鉤4
(2后鉤)可組合聯(lián)動操作，主鉤1、主鉤2、主鉤3、主
鉤4可組合聯(lián)動操作。主鉤1、主鉤4(對角線)不能
聯(lián)吊操作，主鉤2、主鉤3(對角線)不能聯(lián)吊操作，
程序已經(jīng)聯(lián)鎖，即使誤操作機(jī)構(gòu)也不會發(fā)生誤動作。
2．3各操作站之間聯(lián)鎖
由于現(xiàn)場操作的需要，除了駕駛室控制外，絞車
機(jī)旁一般都有操作站。變頻控制系統(tǒng)的程序具有嚴(yán)
格邏輯性，當(dāng)系統(tǒng)得電，只會有1個操作站被授權(quán)，
即當(dāng)在駕駛室操作相應(yīng)機(jī)構(gòu)時，現(xiàn)場相應(yīng)就地操作
站將會失效。
3 安全裝置
3．1零位保護(hù)
主鉤機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、移船機(jī)構(gòu)及系泊機(jī)構(gòu)等機(jī)
構(gòu)的主令均帶有機(jī)械零位鎖定裝置，操作機(jī)構(gòu)時必
須將主令手動提起方可正常操作。運(yùn)行過程中如果
突然斷電，即便隨即上電，各機(jī)構(gòu)也不會運(yùn)行。只有
當(dāng)操作主令回零，再次按控制合按鈕，系統(tǒng)得電后方
可繼續(xù)操作主令運(yùn)行各機(jī)構(gòu)。如操作手柄主令不回
零，按控制合按鈕無效，系統(tǒng)不會得電。
3．2急停保護(hù)
鎖扣式急停按鈕分別設(shè)置在：電氣控制室主配
電保護(hù)柜面板、駕駛室左右操縱臺、每個機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場
操作站。
此系統(tǒng)急停與起重系統(tǒng)真空斷路器采用硬線聯(lián)
萬方數(shù)據(jù)
第4期楊磊：安全措施在大型起重船上的應(yīng)用23
鎖。一旦發(fā)生急停，真空斷路器立即切斷起重系統(tǒng)
動力電源。
所有急停開關(guān)有2付常閉觸點(diǎn)，l付觸點(diǎn)串于
主控制回路，用于切斷控制電源；1付進(jìn)PLC報告急
停發(fā)生的位置以便操作者在顯示器上查看故障位
置。急停事件為一級故障處理，進(jìn)行機(jī)械制動。
3．3超速保護(hù)
起升(主鉤1、主鉤2、主鉤3、主鉤4)、變幅機(jī)構(gòu)
的超速信號有2種途徑獲得。
第1種途徑為數(shù)字式變頻器超速保護(hù)設(shè)置。超
速保護(hù)的閾值可以在一定范圍內(nèi)設(shè)定。當(dāng)達(dá)到動作
值時，聯(lián)鎖到系統(tǒng)保護(hù)回路中去。
第2種途徑是通過監(jiān)測電機(jī)高速軸側(cè)超速開關(guān)
信號。當(dāng)動作時，聯(lián)鎖到系統(tǒng)保護(hù)回路中去。
超速故障為1級故障，引起l級停車。該過程
進(jìn)行機(jī)械抱閘停車，系統(tǒng)斷電、軟件和硬件同時鎖定
該故障。
當(dāng)起升、變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度達(dá)到機(jī)構(gòu)最高允許
運(yùn)行速度的115％時，超速開關(guān)動作，對應(yīng)機(jī)構(gòu)的操
作手柄延時2s后失效，制動器抱閘，同時發(fā)出聲光
(紅色)報警信號。
由于超速故障是十分嚴(yán)重的故障，聯(lián)動臺上的
復(fù)位按鈕不能復(fù)位該故障，必須使用位于保護(hù)控制
柜面板上的超速復(fù)位按鈕進(jìn)行復(fù)位，以確保超速故
障已經(jīng)過特別的處理，而不是輕易地同其他故障同
等處理。
3．4極限超程保護(hù)
4個主鉤機(jī)構(gòu)、副鉤機(jī)構(gòu)及變幅機(jī)構(gòu)均設(shè)有上
下超程行程限位，超程故障為1級故障。一旦有超
程故障，立即切斷動力電源，同時進(jìn)行機(jī)械抱閘停
車，軟件和硬件同時鎖定該故障。發(fā)生該故障后只
能通過“超程旁路”選擇開關(guān)切換到超程旁路工況，
再手動合閘才能恢復(fù)操作。在超程旁路工況下，機(jī)
構(gòu)的運(yùn)行速度被限制在額定速度的10％，且機(jī)構(gòu)只
能向相反方向運(yùn)行，待超行程限位恢復(fù)正常后，機(jī)構(gòu)
立即自動停止動作，此時只有將“超程旁路”選擇開
關(guān)切換到正常工作位置才能恢復(fù)正常操作。
3．5過卷、過放保護(hù)
起升、變幅卷筒鋼絲繩過卷、過放限位聯(lián)鎖，由
安裝在相應(yīng)機(jī)構(gòu)卷筒上的凸輪限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)檢測保
護(hù)。
當(dāng)過卷(上升終點(diǎn))、過放(下降終點(diǎn))位置聯(lián)鎖
開關(guān)動作后，運(yùn)行于該方向絞車停止工作。此時，主
起升絞車允許向反方向作復(fù)位運(yùn)行。當(dāng)凸輪開關(guān)復(fù)
位后，聯(lián)鎖報警信號消除。
每個起升／變幅機(jī)構(gòu)各設(shè)以下限位信號用于聯(lián)
鎖和保護(hù)：
上升超程限位、上升停車限位、上升減速限位、
下降減速限位、下降停車限位、下降超程限位。
3．6過載保護(hù)
起升機(jī)構(gòu)都有負(fù)荷傳感器。它提供4～20 mA
的模擬量信號，該信號正比例于起升的負(fù)荷。它主
要用于：最大運(yùn)行速度的計算、單鉤過載測定與報
警、吊鉤聯(lián)動過載測定和報警、吊鉤負(fù)荷差超差測定
和報警、在監(jiān)控屏幕上顯示負(fù)載數(shù)值。
主鉤各鉤單獨(dú)工作時，分別顯示各自對應(yīng)鉤的
荷重。當(dāng)主鉤聯(lián)動工況時總荷重顯示綜合荷重。主
鉤單獨(dú)運(yùn)行時，當(dāng)?shù)踔剡_(dá)到各鉤額定負(fù)荷的95％
時，預(yù)報警。當(dāng)?shù)踔剡_(dá)到各鉤額定負(fù)荷的105％時，
紅色報警；同時延時2 s切斷上升控制回路及增幅
控制回路，實(shí)現(xiàn)保護(hù)聯(lián)鎖。
3．7風(fēng)速指示和保護(hù)
本系統(tǒng)設(shè)有風(fēng)速儀，用于檢測風(fēng)速，在監(jiān)控屏上
顯示實(shí)時風(fēng)速，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到預(yù)定值時發(fā)出報警信號。
3．8水平保護(hù)
浮吊縱傾超過2。或橫傾超過5。(信號由船電系
統(tǒng)提供)時，禁止起重系統(tǒng)工作。
3．9電機(jī)過熱保護(hù)
每個機(jī)構(gòu)所用的船用電機(jī)均有熱敏電阻測溫裝
置，實(shí)時測量電機(jī)溫度。當(dāng)達(dá)到電機(jī)所能承受的最
高溫升時，變頻器實(shí)施電氣停車保護(hù)。
3．10電機(jī)綜合保護(hù)
機(jī)構(gòu)所用的電機(jī)都具有欠壓、過壓、短路、過流、
接地、缺相等保護(hù)。
3．11速度、加速度預(yù)測控制保護(hù)
在起重系統(tǒng)中，某個電氣元件失靈或故障引起
的溜鉤現(xiàn)象是最危險的故障，它造成系統(tǒng)失控，重物
失去提升力，以近似自由落體的加速度下溜，直至超
速故障信號產(chǎn)生后才被強(qiáng)行抱閘制動。
如果被吊重物重量較輕、下放速度不快，溜鉤故
障時產(chǎn)生的動能相應(yīng)較小，這時只要機(jī)械制動性能
良好，系統(tǒng)能很快制止溜鉤，不會造成嚴(yán)重后果。
然而，在重載快速下放時，溜鉤故障會在短期內(nèi)
產(chǎn)生很大的動能。一旦系統(tǒng)失控并進(jìn)人高速運(yùn)行，
其巨大能量會使強(qiáng)制制動很困難，造成對系統(tǒng)的巨
大沖擊，甚至損壞機(jī)械設(shè)備。
為了進(jìn)一步保證系統(tǒng)安全性，避免出現(xiàn)溜鉤故
障，電氣系統(tǒng)采用動態(tài)監(jiān)測，對起升電機(jī)運(yùn)行速度、
加速度進(jìn)行預(yù)測控制。這樣在系統(tǒng)失控還處于低
速、低動能的狀態(tài)下得到及時準(zhǔn)確(下轉(zhuǎn)38頁)
萬方數(shù)據(jù)
38 江蘇船舶第27卷
到現(xiàn)場進(jìn)行有效核對。
(7)船東盡可能在圖紙認(rèn)可階段全面完整地提
出自己的意見。
3結(jié)語
按照我國《全面建立現(xiàn)代造船模式行動綱要
(2006～2010)》的要求以及國內(nèi)外先進(jìn)船廠的經(jīng)
驗(yàn)，許多中小型船廠正在大力推進(jìn)先進(jìn)造船工藝，提
高生產(chǎn)效率，降低造船成本。有的船廠在船電工程
方面，已將電纜的裁切、做標(biāo)簽、卷繞等工作交給電
纜供貨商去完成。船廠將電纜清冊和要貨計劃交給
電纜供貨商，船廠拿到的電纜是按要求卷繞在專用
電纜盤上的凈長度電纜，實(shí)現(xiàn)了船用電纜零庫存。
據(jù)了解，不僅每艘船能節(jié)省20％左右的電纜費(fèi)用，
而且減少了有色金屬和橡塑材料消耗，為節(jié)能減排
作出了貢獻(xiàn)。因此，中小型船廠完全可以通過節(jié)省
船用電纜來為降低船舶的建造成本、為抵御船舶市
場的“寒冬”作出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。船廠要根據(jù)自身的實(shí)
際狀況苦練內(nèi)功，狠抓設(shè)計、管理，多部門齊抓共管
來實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)。
(上接第23頁)
的判斷，并在早期采取強(qiáng)行制動，避免機(jī)電設(shè)備造成
重大損失。
速度和加速度的獲得依賴于脈沖編碼器。實(shí)際
重量和由于加速度引起的重量的信息的獲得依賴于
稱重傳感器。通過自行研發(fā)的功能模塊，可以獲得
準(zhǔn)確的速度、加速度以及實(shí)際重量、系統(tǒng)慣量、動量
等綜合信息。通過基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制的預(yù)測
學(xué)原理，經(jīng)過動態(tài)數(shù)理分析，以預(yù)測可能的溜鉤現(xiàn)
象，防止由于溜鉤造成嚴(yán)重的人身和設(shè)備事故。
在檢測到超速或溜鉤時，工作制動器和電氣制
動將同時進(jìn)行制動。該技術(shù)已在國外先進(jìn)的高速或
大型提升系統(tǒng)，如大型起重機(jī)和高速電梯行業(yè)得到
應(yīng)用，提高了系統(tǒng)的安全性。
3．12力矩監(jiān)視與保護(hù)
按照負(fù)載曲線進(jìn)行變幅與起升機(jī)構(gòu)聯(lián)鎖。
本系統(tǒng)所采用的力矩監(jiān)視器功能有：實(shí)時監(jiān)視
浮吊臂架的角度，4個主鉤上所吊貨物的重量。并
且能夠根據(jù)聯(lián)動還是單動以及臂架角度情況，實(shí)時
把實(shí)際負(fù)載重量、力矩和額定吊重、額定力矩做比
較，以便給出貨物超重、輕載、力矩報警信號。這樣
中央控制器就可以根據(jù)貨物的實(shí)際情況來保護(hù)設(shè)
備，提高生產(chǎn)效率。
3．13變壓器溫度保護(hù)
變壓器溫度過高置3類故障，受控停車。
以上保護(hù)由中央控制器自動完成，不需要人員
干預(yù)。
4 結(jié)語
本文主要介紹了變頻系統(tǒng)的安全措施。由于該
系統(tǒng)需要船上的起重設(shè)備全部采用變頻電機(jī)的電力
驅(qū)動，一些采用液壓系統(tǒng)的起重船不完全適用，但是
通過對液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計改造，其中的一些安全
概念還是可以作為借鑒和參考。
隨著大型起重船的大量應(yīng)用，作者認(rèn)為電力驅(qū)
動的變頻控制系統(tǒng)，由于其在安全性、實(shí)用性等方面
的優(yōu)勢，越來越多的新技術(shù)的運(yùn)用以及配套廠商的
逐步完善和發(fā)展，應(yīng)該是起重控制系統(tǒng)一個重要的
發(fā)展方向。
(上接第25頁)
圖3典型低硫柴油冷卻系統(tǒng)

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