黃驊港移動單機電纜卷筒防拖纜保護系統的應用

張秋華， 劉華琳

（神華黃驊港務公司，河北滄州061113）

0 引言

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

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

1 單機電纜卷筒保護系統主要組成機構

單機電纜卷筒保護系統包括：1）第一檢測裝置。安裝在電纜卷筒的移動設備行走支架上，用于檢測電纜卷筒的移動設備的位置。2）第二檢測裝置。安裝在電纜卷筒導向架的外側支架上，用于檢測電纜卷筒導向架的狀態。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備位置信號和來自第二檢測裝置的導向架狀態信號。4）控制器。與所述接收器連接，用于根據接受到的移動設備位置信號和導向架狀態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 防拖纜保護系統的具體保護方式

圖1 電纜卷筒的控制系統方框圖

圖1是根據電纜保護系統的一種實施方式的示例用于控制電纜卷筒的系統的方框圖。如圖所示，該系統包括：1）第一檢測裝置。安裝在電纜卷筒的移動設備行走支架上，用于檢測電纜卷筒的移動設備的位置；2）第二檢測裝置。安裝在電纜卷筒導向架的外側支架上，用于檢測電纜卷筒導向架的狀態；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備位置信號和來自第二檢測裝置的導向架狀態信號；4）控制器。與接收器連接，用于根據接收到的移動設備位置信號和導向架狀態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。在發現電纜卷筒的工作故障時及時報警并停止電纜卷筒的運行，可以第一時間進行維修，防止安全事故的發生，節約了人力和物力資源。

圖2～圖4分別顯示出電纜保護系統的電纜卷筒的移動設備位于換向點處、第一區域以及第二區域時的正常狀態。如圖2所示，當電纜卷筒的移動設備經過中間換向點時（即移動設備位于換向點處，此時電纜卷筒上已經纏繞滿了電纜，也稱為滿盤），電纜卷筒導向架正常狀態下應當處于圖中所示的狀態。圖3和圖4中的第一區域以及第二區域分別對應第一狀態和第二狀態。其中，第一區域可以定義為換向點左側的區域，對應于圖3所示的第一狀態；第二區域可以定義為換向點右側的區域，對應于圖4所示的第二狀態。

圖2 電纜卷筒的移動設備位于換向點處時的正常狀態

圖3 電纜卷筒的移動設備位于第一區域時的正常狀態

圖4 電纜卷筒的移動設備位于第二區域時的正常狀態

根據本設計電纜保護系統，假設電纜卷筒的移動設備從第一區域開始向換向點（即電纜卷筒的移動設備在換向點左側）移動并開始纏繞電纜，此時安裝在電纜卷筒的移動設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備的位置并將移動設備位置信號發送給接收器。其中，第一檢測裝置可以是諸如感應開關（例如保持型磁性開關等）、編碼器（例如多圈編碼器等）或DGPS等的各種適當的檢測裝置。電纜保護系統實際應用中有的采用了保持型磁性開關，有的采用了多圈編碼器，目前采用的這兩種檢測開關均運行可靠、穩定。

根據電纜保護系統的一種實施方式，第一檢測裝置可以是保持型磁力開關，該磁力開關可以通過感應磁鐵的位置來改變狀態（例如閉合狀態和斷開狀態）并保持該狀態直到下一次發生感應?？梢詫Φ谝粰z測裝置進行設置，使得當電纜卷筒的移動設備由第一區域開始經過換向點（即電纜卷筒的移動設備在換向點左側）時，第一檢測裝置改變其狀態從“0”變為“1”（即斷開狀態到閉合狀態），而當由第二區域再次經過換向點（即電纜卷筒的移動設備在換向點右側）時，第一檢測裝置改變其狀態從“1”變為“0”（即閉合狀態到斷開狀態）。因此當電纜卷筒的移動設備在第一區域時，第一檢測裝置狀態為“0”并將其作為移動設備位置信號發送給接收器；而當電纜卷筒的移動設備在第二區域時，第一檢測裝置狀態為“1”并將其作為移動設備位置信號發送給與其連接的接收器。

同時，安裝在電纜卷筒導向架的外側支架上的第二檢測裝置可以檢測電纜卷筒導向架的狀態，并發送導向架狀態信號給接收器。其中，第二檢測裝置采用了電磁感應開關。安裝在對應于圖3中的導向架所在區域的外側支架上?？梢詫Φ诙z測裝置進行設置，使得將圖3（電纜卷筒的移動設備位于第一區域）中所示的導向架狀態作為感應狀態（例如為“1”），而將圖4（電纜卷筒的移動設備位于第二區域）中所示的導向架狀態作為非感應狀態（例如為“0”）。即當導向架狀態為圖3所示時，第二檢測裝置狀態為“1”并將其作為導向架狀態信號發送給接收器，以及當導向架狀態為圖4所示時，第二檢測裝置狀態為“0”并將其作為導向架狀態信號發送給與其連接的接收器。之后，與接收器連接的控制器根據接收到的移動設備位置信號和導向架狀態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，控制電纜卷筒執行收放纜操作。

具體地，控制器中預先存儲有第一區域對應的第一狀態（即電纜卷筒的移動設備處于第一區域時導向架的正常狀態）和第二區域對應的第二狀態（即電纜卷筒的移動設備處于第二區域時導向架的正常狀態）。控制器根據預先設置的程序，首先根據移動設備位置信號判斷電纜卷筒的移動設備處于第一區域還是第二區域，如上所述，當移動設備位置信號為“0”時，判斷電纜卷筒的移動設備在第一區域，當移動設備位置信號為“1”時，判斷電纜卷筒的移動設備在第二區域。當控制器判斷電纜卷筒的移動設備處于第一區域時，再根據導向架狀態信號判斷導向架是否處于第一區域對應的第一狀態（如上所述，當導向架狀態信號為“1”時，判斷導向架處于第一狀態），并在判斷導向架處于第一區域對應的第一狀態時判斷電纜卷筒正常工作。之后，控制器可以根據行走方向來控制電纜卷筒執行收放纜操作。例如，控制器當前已知移動設備在第一區域并處于第一狀態，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行收纜操作，如果行走方向為相反反向，則控制電纜卷筒執行放纜操作。相反地，如果判斷導向架不處于第一區域對應的第一狀態（例如導向架狀態信號為“0”，判斷導向架處于第二狀態）時，則判斷電纜卷筒故障，此時停止后續收放纜操作，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）進行及時報警，防止安全事故的發生。

當電纜卷筒的移動設備在第二區域時類似的過程被執行，即控制器在判斷電纜卷筒處于第二區域時根據導向架狀態信號判斷導向架是否處于第二區域對應的第二狀態，并在判斷導向架處于第二區域對應的第二狀態時判斷電纜卷筒正常工作。之后，控制器可以根據行走方向來控制電纜卷筒執行收放纜操作。例如，控制器當前已知移動設備在第二區域并處于第二狀態，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行收纜操作，如果行走方向為相反反向，則控制電纜卷筒執行放纜操作。相反地，如果判斷導向架不處于第二區域對應的第二狀態（如判斷導向架處于第一狀態）時，則判斷電纜卷筒故障，此時停止后續收放纜操作，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）進行及時報警，防止安全事故的發生。

圖5是根據電纜保護系統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備行走支架上的第一檢測裝置檢測電纜卷筒的移動設備的位置，以及通過安裝在電纜卷筒導向架的外側支架上的第二檢測裝置檢測電纜卷筒導向架的狀態。在步驟b中，接收來自第一檢測裝置的移動設備位置信號和來自第二檢測裝置的導向架狀態信號。在步驟c中，根據移動設備位置信號和導向架狀態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，假設電纜卷筒的移動設備從第一區域開始向換向點（即電纜卷筒的移動設備在換向點左側）移動并開始纏繞電纜，安裝在電纜卷筒的移動設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備的位置并發送移動設備位置信號給接收器，安裝在電纜卷筒導向架的外側支架上的第二檢測裝置可以檢測電纜卷筒導向架的狀態，并發送導向架狀態信號給接收器，這分別為步驟a和步驟b。在步驟c中，控制器用于根據移動設備位置信號判斷電纜卷筒的移動設備處于第一區域還是第二區域，當控制器判斷電纜卷筒處于第一區域，則之后控制器根據導向架狀態信號判斷導向架是否處于第一區域對應的第一狀態，并在判斷導向架處于第一區域對應的第一狀態時判斷電纜卷筒正常工作。在步驟d中，控制器可以根據行走方向來控制電纜卷筒執行收放纜操作。相反，如果判斷導向架不處于第一區域對應的第一狀態（如處于第二狀態）時，則判斷電纜卷筒故障。在步驟e中，停止后續收放纜操作，并輸出報警信號。當電纜卷筒的移動設備在第二區域時類似的過程被執行，控制器在判斷電纜卷筒處于第二區域時根據所述導向架狀態信號判斷導向架是否處于第二區域對應的第二狀態，并在判斷導向架處于第二區域對應的第二狀態時判斷電纜卷筒正常工作。在步驟d中，控制器可以根據行走方向來控制電纜卷筒執行收放纜操作，相反，如果判斷導向架不處于第二區域對應的第二狀態（如處于第一狀態）時，則判斷電纜卷筒故障。接著在步驟e中，停止后續收放纜操作，并輸出報警信號。

電纜保護系統提供的用于控制電纜卷筒的系統，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備的位置和電纜卷筒的導向架狀態進行了實時檢測，并根據電纜卷筒的移動設備的位置和電纜卷筒的導向架狀態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行電纜卷筒的收纜或放纜，由于該系統綜合考慮了電纜卷筒的移動設備所在的位置以及導向架狀態來判斷電纜卷筒是否正常工作，避免了現有的換向檢測裝置不考慮電纜卷筒的移動設備所在位置而導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，避免了事故的發生，提高了裝載運輸效率。

3 結論

1）此單機電纜卷筒保護系統的特征為：該系統包括安裝在電纜卷筒的移動設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備的位置；安裝在電纜卷筒導向架的外側支架上第二檢測裝置，用于檢測電纜卷筒導向架的狀態；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備位置信號和來自第二檢測裝置的導向架狀態信號；與接收器連接的控制器用于根據移動設備位置信號和導向架狀態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）控制器用于根據移動設備位置信號判斷電纜卷筒的移動設備處于第一區域還是第二區域，在判斷電纜卷筒處于第一區域時，根據導向架狀態信號判斷導向架是否處于第一區域對應的第一狀態，并在判斷導向架處于第一區域對應的第一狀態時，判斷電纜卷筒正常工作，以及在判斷電纜卷筒處于第二區域時，根據導向架狀態信號判斷導向架是否處于第二區域對應的第二狀態，并在判斷導向架處于第二區域對應的第二狀態時判斷電纜卷筒正常工作。