黃驊港移動單機(jī)電纜卷筒防拖纜保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用

張秋華， 劉華琳

（神華黃驊港務(wù)公司，河北滄州061113）

0 引言

電纜卷筒是確保港口移動單機(jī)設(shè)備（例如堆料機(jī)、取料機(jī)、裝船機(jī)等）運行的重要設(shè)備。如果電纜卷筒發(fā)生電纜拖纜、電纜松弛等事故，將導(dǎo)致設(shè)備無法正常運行，對設(shè)備造成損害并且使裝載運輸工作效率大大降低。出現(xiàn)電纜拖纜、電纜松弛等事故的主要原因是因為現(xiàn)有的電纜換向限位裝置可靠性不高，經(jīng)常在電纜松弛時不能及時動作，導(dǎo)致電纜拖纜的事故以及電纜損壞。而且，在發(fā)生電纜拖纜事故后，控制系統(tǒng)也不能檢測到其故障狀態(tài)，不能在第一時間進(jìn)行警告和維修，存在安全隱患。

本文針對電纜拖纜情況問題，敘述了通過單機(jī)原有的換向限位信號配合單機(jī)行走距離數(shù)據(jù)（多圈編碼器、DGPS等數(shù)據(jù)）或地面固定保持型磁力開關(guān)信號等多種方法，有效判斷電纜是否發(fā)生拖纜故障，從而消除了原有設(shè)備存在的安全隱患。

1 單機(jī)電纜卷筒保護(hù)系統(tǒng)主要組成機(jī)構(gòu)

單機(jī)電纜卷筒保護(hù)系統(tǒng)包括：1）第一檢測裝置。安裝在電纜卷筒的移動設(shè)備行走支架上，用于檢測電纜卷筒的移動設(shè)備的位置。2）第二檢測裝置。安裝在電纜卷筒導(dǎo)向架的外側(cè)支架上，用于檢測電纜卷筒導(dǎo)向架的狀態(tài)。3）接收器。與所述第一檢測裝置和第二檢測裝置連接，用于接收來自第一檢測裝置的移動設(shè)備位置信號和來自第二檢測裝置的導(dǎo)向架狀態(tài)信號。4）控制器。與所述接收器連接，用于根據(jù)接受到的移動設(shè)備位置信號和導(dǎo)向架狀態(tài)信號判斷電纜卷筒是否正常工作，并在判斷電纜卷筒正常工作的情況下，控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作，在判斷電纜卷筒故障的情況下，控制電纜卷筒停止收放纜操作，同時輸出報警信號。

2 防拖纜保護(hù)系統(tǒng)的具體保護(hù)方式

圖1 電纜卷筒的控制系統(tǒng)方框圖

圖1是根據(jù)電纜保護(hù)系統(tǒng)的一種實施方式的示例用于控制電纜卷筒的系統(tǒng)的方框圖。如圖所示，該系統(tǒng)包括：1）第一檢測裝置。安裝在電纜卷筒的移動設(shè)備行走支架上，用于檢測電纜卷筒的移動設(shè)備的位置；2）第二檢測裝置。安裝在電纜卷筒導(dǎo)向架的外側(cè)支架上，用于檢測電纜卷筒導(dǎo)向架的狀態(tài)；3）接收器。與第一檢測裝置和第二檢測裝置連接，用于接收來自第一檢測裝置的移動設(shè)備位置信號和來自第二檢測裝置的導(dǎo)向架狀態(tài)信號；4）控制器。與接收器連接，用于根據(jù)接收到的移動設(shè)備位置信號和導(dǎo)向架狀態(tài)信號判斷電纜卷筒是否正常工作。控制器在判斷電纜卷筒故障的情況下，控制電纜卷筒停止收放纜操作，并輸出報警信號。在發(fā)現(xiàn)電纜卷筒的工作故障時及時報警并停止電纜卷筒的運行，可以第一時間進(jìn)行維修，防止安全事故的發(fā)生，節(jié)約了人力和物力資源。

圖2～圖4分別顯示出電纜保護(hù)系統(tǒng)的電纜卷筒的移動設(shè)備位于換向點處、第一區(qū)域以及第二區(qū)域時的正常狀態(tài)。如圖2所示，當(dāng)電纜卷筒的移動設(shè)備經(jīng)過中間換向點時（即移動設(shè)備位于換向點處，此時電纜卷筒上已經(jīng)纏繞滿了電纜，也稱為滿盤），電纜卷筒導(dǎo)向架正常狀態(tài)下應(yīng)當(dāng)處于圖中所示的狀態(tài)。圖3和圖4中的第一區(qū)域以及第二區(qū)域分別對應(yīng)第一狀態(tài)和第二狀態(tài)。其中，第一區(qū)域可以定義為換向點左側(cè)的區(qū)域，對應(yīng)于圖3所示的第一狀態(tài)；第二區(qū)域可以定義為換向點右側(cè)的區(qū)域，對應(yīng)于圖4所示的第二狀態(tài)。

圖2 電纜卷筒的移動設(shè)備位于換向點處時的正常狀態(tài)

圖3 電纜卷筒的移動設(shè)備位于第一區(qū)域時的正常狀態(tài)

圖4 電纜卷筒的移動設(shè)備位于第二區(qū)域時的正常狀態(tài)

根據(jù)本設(shè)計電纜保護(hù)系統(tǒng)，假設(shè)電纜卷筒的移動設(shè)備從第一區(qū)域開始向換向點（即電纜卷筒的移動設(shè)備在換向點左側(cè)）移動并開始纏繞電纜，此時安裝在電纜卷筒的移動設(shè)備行走支架上的第一檢測裝置可以檢測電纜卷筒的移動設(shè)備的位置并將移動設(shè)備位置信號發(fā)送給接收器。其中，第一檢測裝置可以是諸如感應(yīng)開關(guān)（例如保持型磁性開關(guān)等）、編碼器（例如多圈編碼器等）或DGPS等的各種適當(dāng)?shù)臋z測裝置。電纜保護(hù)系統(tǒng)實際應(yīng)用中有的采用了保持型磁性開關(guān)，有的采用了多圈編碼器，目前采用的這兩種檢測開關(guān)均運行可靠、穩(wěn)定。

根據(jù)電纜保護(hù)系統(tǒng)的一種實施方式，第一檢測裝置可以是保持型磁力開關(guān)，該磁力開關(guān)可以通過感應(yīng)磁鐵的位置來改變狀態(tài)（例如閉合狀態(tài)和斷開狀態(tài)）并保持該狀態(tài)直到下一次發(fā)生感應(yīng)。可以對第一檢測裝置進(jìn)行設(shè)置，使得當(dāng)電纜卷筒的移動設(shè)備由第一區(qū)域開始經(jīng)過換向點（即電纜卷筒的移動設(shè)備在換向點左側(cè)）時，第一檢測裝置改變其狀態(tài)從“0”變?yōu)椤?”（即斷開狀態(tài)到閉合狀態(tài)），而當(dāng)由第二區(qū)域再次經(jīng)過換向點（即電纜卷筒的移動設(shè)備在換向點右側(cè)）時，第一檢測裝置改變其狀態(tài)從“1”變?yōu)椤?”（即閉合狀態(tài)到斷開狀態(tài)）。因此當(dāng)電纜卷筒的移動設(shè)備在第一區(qū)域時，第一檢測裝置狀態(tài)為“0”并將其作為移動設(shè)備位置信號發(fā)送給接收器；而當(dāng)電纜卷筒的移動設(shè)備在第二區(qū)域時，第一檢測裝置狀態(tài)為“1”并將其作為移動設(shè)備位置信號發(fā)送給與其連接的接收器。

同時，安裝在電纜卷筒導(dǎo)向架的外側(cè)支架上的第二檢測裝置可以檢測電纜卷筒導(dǎo)向架的狀態(tài)，并發(fā)送導(dǎo)向架狀態(tài)信號給接收器。其中，第二檢測裝置采用了電磁感應(yīng)開關(guān)。安裝在對應(yīng)于圖3中的導(dǎo)向架所在區(qū)域的外側(cè)支架上。可以對第二檢測裝置進(jìn)行設(shè)置，使得將圖3（電纜卷筒的移動設(shè)備位于第一區(qū)域）中所示的導(dǎo)向架狀態(tài)作為感應(yīng)狀態(tài)（例如為“1”），而將圖4（電纜卷筒的移動設(shè)備位于第二區(qū)域）中所示的導(dǎo)向架狀態(tài)作為非感應(yīng)狀態(tài)（例如為“0”）。即當(dāng)導(dǎo)向架狀態(tài)為圖3所示時，第二檢測裝置狀態(tài)為“1”并將其作為導(dǎo)向架狀態(tài)信號發(fā)送給接收器，以及當(dāng)導(dǎo)向架狀態(tài)為圖4所示時，第二檢測裝置狀態(tài)為“0”并將其作為導(dǎo)向架狀態(tài)信號發(fā)送給與其連接的接收器。之后，與接收器連接的控制器根據(jù)接收到的移動設(shè)備位置信號和導(dǎo)向架狀態(tài)信號判斷電纜卷筒是否正常工作，在判斷電纜卷筒正常工作的情況下，控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作。

具體地，控制器中預(yù)先存儲有第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)（即電纜卷筒的移動設(shè)備處于第一區(qū)域時導(dǎo)向架的正常狀態(tài)）和第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)（即電纜卷筒的移動設(shè)備處于第二區(qū)域時導(dǎo)向架的正常狀態(tài)）。控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)置的程序，首先根據(jù)移動設(shè)備位置信號判斷電纜卷筒的移動設(shè)備處于第一區(qū)域還是第二區(qū)域，如上所述，當(dāng)移動設(shè)備位置信號為“0”時，判斷電纜卷筒的移動設(shè)備在第一區(qū)域，當(dāng)移動設(shè)備位置信號為“1”時，判斷電纜卷筒的移動設(shè)備在第二區(qū)域。當(dāng)控制器判斷電纜卷筒的移動設(shè)備處于第一區(qū)域時，再根據(jù)導(dǎo)向架狀態(tài)信號判斷導(dǎo)向架是否處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)（如上所述，當(dāng)導(dǎo)向架狀態(tài)信號為“1”時，判斷導(dǎo)向架處于第一狀態(tài)），并在判斷導(dǎo)向架處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)時判斷電纜卷筒正常工作。之后，控制器可以根據(jù)行走方向來控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作。例如，控制器當(dāng)前已知移動設(shè)備在第一區(qū)域并處于第一狀態(tài)，而此時如果行走方向為朝換向點的方向（例如操作手柄的輸入信號），則控制器控制電纜卷筒執(zhí)行收纜操作，如果行走方向為相反反向，則控制電纜卷筒執(zhí)行放纜操作。相反地，如果判斷導(dǎo)向架不處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)（例如導(dǎo)向架狀態(tài)信號為“0”，判斷導(dǎo)向架處于第二狀態(tài)）時，則判斷電纜卷筒故障，此時停止后續(xù)收放纜操作，并輸出報警信號。例如，將報警信號輸出到報警裝置（例如指示燈、蜂鳴器以及顯示器等）進(jìn)行及時報警，防止安全事故的發(fā)生。

當(dāng)電纜卷筒的移動設(shè)備在第二區(qū)域時類似的過程被執(zhí)行，即控制器在判斷電纜卷筒處于第二區(qū)域時根據(jù)導(dǎo)向架狀態(tài)信號判斷導(dǎo)向架是否處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)，并在判斷導(dǎo)向架處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)時判斷電纜卷筒正常工作。之后，控制器可以根據(jù)行走方向來控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作。例如，控制器當(dāng)前已知移動設(shè)備在第二區(qū)域并處于第二狀態(tài)，而此時如果行走方向為朝向換向點的方向（例如操作手柄的輸入信號），則控制器控制電纜卷筒執(zhí)行收纜操作，如果行走方向為相反反向，則控制電纜卷筒執(zhí)行放纜操作。相反地，如果判斷導(dǎo)向架不處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)（如判斷導(dǎo)向架處于第一狀態(tài)）時，則判斷電纜卷筒故障，此時停止后續(xù)收放纜操作，并輸出報警信號。例如，將報警信號輸出到報警裝置（例如指示燈、蜂鳴器、以及顯示器等）進(jìn)行及時報警，防止安全事故的發(fā)生。

圖5是根據(jù)電纜保護(hù)系統(tǒng)的一種實施方式用于控制電纜卷筒的方法的流程圖。如圖5所示，在步驟a中，通過安裝在電纜卷筒的移動設(shè)備行走支架上的第一檢測裝置檢測電纜卷筒的移動設(shè)備的位置，以及通過安裝在電纜卷筒導(dǎo)向架的外側(cè)支架上的第二檢測裝置檢測電纜卷筒導(dǎo)向架的狀態(tài)。在步驟b中，接收來自第一檢測裝置的移動設(shè)備位置信號和來自第二檢測裝置的導(dǎo)向架狀態(tài)信號。在步驟c中，根據(jù)移動設(shè)備位置信號和導(dǎo)向架狀態(tài)信號判斷電纜卷筒是否正常工作。在步驟d中，在判斷電纜卷筒正常工作的情況下，控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作。在步驟e中，在判斷電纜卷筒故障的情況下，控制電纜卷筒停止收放纜操作，并輸出報警信號。

圖5 電纜卷筒的控制方法流程圖

具體來說，假設(shè)電纜卷筒的移動設(shè)備從第一區(qū)域開始向換向點（即電纜卷筒的移動設(shè)備在換向點左側(cè)）移動并開始纏繞電纜，安裝在電纜卷筒的移動設(shè)備行走支架上的第一檢測裝置可以檢測電纜卷筒的移動設(shè)備的位置并發(fā)送移動設(shè)備位置信號給接收器，安裝在電纜卷筒導(dǎo)向架的外側(cè)支架上的第二檢測裝置可以檢測電纜卷筒導(dǎo)向架的狀態(tài)，并發(fā)送導(dǎo)向架狀態(tài)信號給接收器，這分別為步驟a和步驟b。在步驟c中，控制器用于根據(jù)移動設(shè)備位置信號判斷電纜卷筒的移動設(shè)備處于第一區(qū)域還是第二區(qū)域，當(dāng)控制器判斷電纜卷筒處于第一區(qū)域，則之后控制器根據(jù)導(dǎo)向架狀態(tài)信號判斷導(dǎo)向架是否處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)，并在判斷導(dǎo)向架處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)時判斷電纜卷筒正常工作。在步驟d中，控制器可以根據(jù)行走方向來控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作。相反，如果判斷導(dǎo)向架不處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)（如處于第二狀態(tài)）時，則判斷電纜卷筒故障。在步驟e中，停止后續(xù)收放纜操作，并輸出報警信號。當(dāng)電纜卷筒的移動設(shè)備在第二區(qū)域時類似的過程被執(zhí)行，控制器在判斷電纜卷筒處于第二區(qū)域時根據(jù)所述導(dǎo)向架狀態(tài)信號判斷導(dǎo)向架是否處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)，并在判斷導(dǎo)向架處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)時判斷電纜卷筒正常工作。在步驟d中，控制器可以根據(jù)行走方向來控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作，相反，如果判斷導(dǎo)向架不處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)（如處于第一狀態(tài)）時，則判斷電纜卷筒故障。接著在步驟e中，停止后續(xù)收放纜操作，并輸出報警信號。

電纜保護(hù)系統(tǒng)提供的用于控制電纜卷筒的系統(tǒng)，采用了第一檢測裝置和第二檢測裝置對電纜卷筒的移動設(shè)備的位置和電纜卷筒的導(dǎo)向架狀態(tài)進(jìn)行了實時檢測，并根據(jù)電纜卷筒的移動設(shè)備的位置和電纜卷筒的導(dǎo)向架狀態(tài)來判斷電纜卷筒是否正常工作，并且只在判斷電纜卷筒正常工作的情況下才進(jìn)行電纜卷筒的收纜或放纜，由于該系統(tǒng)綜合考慮了電纜卷筒的移動設(shè)備所在的位置以及導(dǎo)向架狀態(tài)來判斷電纜卷筒是否正常工作，避免了現(xiàn)有的換向檢測裝置不考慮電纜卷筒的移動設(shè)備所在位置而導(dǎo)致的無法正確辨識電纜卷筒故障的問題，從而消除了安全隱患，避免了事故的發(fā)生，提高了裝載運輸效率。

3 結(jié)論

1）此單機(jī)電纜卷筒保護(hù)系統(tǒng)的特征為：該系統(tǒng)包括安裝在電纜卷筒的移動設(shè)備行走支架上的第一檢測裝置，用于檢測電纜卷筒的移動設(shè)備的位置；安裝在電纜卷筒導(dǎo)向架的外側(cè)支架上第二檢測裝置，用于檢測電纜卷筒導(dǎo)向架的狀態(tài)；與第一檢測裝置和第二檢測裝置連接的接收器，用于接收來自第一檢測裝置的移動設(shè)備位置信號和來自第二檢測裝置的導(dǎo)向架狀態(tài)信號；與接收器連接的控制器用于根據(jù)移動設(shè)備位置信號和導(dǎo)向架狀態(tài)信號判斷電纜卷筒是否正常工作，并在判斷電纜卷筒正常工作的情況下，控制電纜卷筒執(zhí)行收放纜操作，在判斷電纜卷筒故障的情況下，控制電纜卷筒停止收放纜操作，并輸出報警信號。

2）控制器用于根據(jù)移動設(shè)備位置信號判斷電纜卷筒的移動設(shè)備處于第一區(qū)域還是第二區(qū)域，在判斷電纜卷筒處于第一區(qū)域時，根據(jù)導(dǎo)向架狀態(tài)信號判斷導(dǎo)向架是否處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)，并在判斷導(dǎo)向架處于第一區(qū)域?qū)?yīng)的第一狀態(tài)時，判斷電纜卷筒正常工作，以及在判斷電纜卷筒處于第二區(qū)域時，根據(jù)導(dǎo)向架狀態(tài)信號判斷導(dǎo)向架是否處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)，并在判斷導(dǎo)向架處于第二區(qū)域?qū)?yīng)的第二狀態(tài)時判斷電纜卷筒正常工作。