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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(lái)源：江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年09月21日
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上一篇：網(wǎng)絡(luò)安全的現(xiàn)狀分析和應(yīng)采取的安全措施

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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(jì)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(duì)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(jì)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(hào)：U674．35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
0 引言
近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及國(guó)際石油
海洋工程的需要，大型起重船的市場(chǎng)需求逐年增加。
由于起重的噸位越來(lái)越大，一旦出現(xiàn)安全問(wèn)題業(yè)主
的損失將相當(dāng)大，所以安全因素越來(lái)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(dòng)器
起重船上的每臺(tái)絞車均裝有2級(jí)制動(dòng)器：工作
制動(dòng)器和帶式安全制動(dòng)器。每次操作機(jī)構(gòu)時(shí)，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(guò)控
制系統(tǒng)的力矩驗(yàn)證后，才打開制動(dòng)器。當(dāng)制動(dòng)器打
開到位(行程限位開關(guān)檢測(cè))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(dòng)
器的瞬間不會(huì)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(shí)，
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(shí)動(dòng)
收稿日期：20LO～04—10
作者簡(jiǎn)介：楊磊(1976一)，男，工程師，主要從事船舶設(shè)計(jì)工作。
作。當(dāng)4個(gè)主鉤中的任一個(gè)主鉤運(yùn)行時(shí)，變幅操作
主令是失效的；同理，若變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，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(huì)引起機(jī)構(gòu)誤動(dòng)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(shí)，主鉤
1、主鉤2(2前鉤)可組合聯(lián)動(dòng)操作，主鉤3、主鉤4
(2后鉤)可組合聯(lián)動(dòng)操作，主鉤1、主鉤2、主鉤3、主
鉤4可組合聯(lián)動(dòng)操作。主鉤1、主鉤4(對(duì)角線)不能
聯(lián)吊操作，主鉤2、主鉤3(對(duì)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(huì)發(fā)生誤動(dòng)作。
2．3各操作站之間聯(lián)鎖
由于現(xiàn)場(chǎng)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(huì)有1個(gè)操作站被授權(quán)，
即當(dāng)在駕駛室操作相應(yīng)機(jī)構(gòu)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)就地操作
站將會(huì)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(shí)必
須將主令手動(dòng)提起方可正常操作。運(yùn)行過(guò)程中如果
突然斷電，即便隨即上電，各機(jī)構(gòu)也不會(huì)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(wú)效，系統(tǒng)不會(huì)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(tái)、每個(gè)機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)
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(wàn)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(dòng)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(bào)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(jí)故障處理，進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)。
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(hào)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(dòng)作
值時(shí)，聯(lián)鎖到系統(tǒng)保護(hù)回路中去。
第2種途徑是通過(guò)監(jiān)測(cè)電機(jī)高速軸側(cè)超速開關(guān)
信號(hào)。當(dāng)動(dòng)作時(shí)，聯(lián)鎖到系統(tǒng)保護(hù)回路中去。
超速故障為1級(jí)故障，引起l級(jí)停車。該過(guò)程
進(jìn)行機(jī)械抱閘停車，系統(tǒng)斷電、軟件和硬件同時(shí)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(shí)，超速開關(guān)動(dòng)作，對(duì)應(yīng)機(jī)構(gòu)的操
作手柄延時(shí)2s后失效，制動(dòng)器抱閘，同時(shí)發(fā)出聲光
(紅色)報(bào)警信號(hào)。
由于超速故障是十分嚴(yán)重的故障，聯(lián)動(dòng)臺(tái)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?gòu)?fù)位按鈕進(jìn)行復(fù)位，以確保超速故
障已經(jīng)過(guò)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(gè)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(jí)故障。一旦有超
程故障，立即切斷動(dòng)力電源，同時(shí)進(jìn)行機(jī)械抱閘停
車，軟件和硬件同時(shí)鎖定該故障。發(fā)生該故障后只
能通過(guò)“超程旁路”選擇開關(guān)切換到超程旁路工況，
再手動(dòng)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(dòng)停止動(dòng)作，此時(shí)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(guò)卷、過(guò)放保護(hù)
起升、變幅卷筒鋼絲繩過(guò)卷、過(guò)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(cè)保
護(hù)。
當(dāng)過(guò)卷(上升終點(diǎn))、過(guò)放(下降終點(diǎn))位置聯(lián)鎖
開關(guān)動(dòng)作后，運(yùn)行于該方向絞車停止工作。此時(shí)，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(bào)警信號(hào)消除。
每個(gè)起升／變幅機(jī)構(gòu)各設(shè)以下限位信號(hào)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(guò)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(hào)，該信號(hào)正比例于起升的負(fù)荷。它主
要用于：最大運(yùn)行速度的計(jì)算、單鉤過(guò)載測(cè)定與報(bào)
警、吊鉤聯(lián)動(dòng)過(guò)載測(cè)定和報(bào)警、吊鉤負(fù)荷差超差測(cè)定
和報(bào)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(shí)，分別顯示各自對(duì)應(yīng)鉤的
荷重。當(dāng)主鉤聯(lián)動(dòng)工況時(shí)總荷重顯示綜合荷重。主
鉤單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)?shù)踔剡_(dá)到各鉤額定負(fù)荷的95％
時(shí)，預(yù)報(bào)警。當(dāng)?shù)踔剡_(dá)到各鉤額定負(fù)荷的105％時(shí)，
紅色報(bào)警；同時(shí)延時(shí)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(cè)風(fēng)速，在監(jiān)控屏上
顯示實(shí)時(shí)風(fēng)速，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到預(yù)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
3．8水平保護(hù)
浮吊縱傾超過(guò)2。或橫傾超過(guò)5。(信號(hào)由船電系
統(tǒng)提供)時(shí)，禁止起重系統(tǒng)工作。
3．9電機(jī)過(guò)熱保護(hù)
每個(gè)機(jī)構(gòu)所用的船用電機(jī)均有熱敏電阻測(cè)溫裝
置，實(shí)時(shí)測(cè)量電機(jī)溫度。當(dāng)達(dá)到電機(jī)所能承受的最
高溫升時(shí)，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(guò)壓、短路、過(guò)流、
接地、缺相等保護(hù)。
3．11速度、加速度預(yù)測(cè)控制保護(hù)
在起重系統(tǒng)中，某個(gè)電氣元件失靈或故障引起
的溜鉤現(xiàn)象是最危險(xiǎn)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(hào)產(chǎn)生后才被強(qiáng)行抱閘制動(dòng)。
如果被吊重物重量較輕、下放速度不快，溜鉤故
障時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能相應(yīng)較小，這時(shí)只要機(jī)械制動(dòng)性能
良好，系統(tǒng)能很快制止溜鉤，不會(huì)造成嚴(yán)重后果。
然而，在重載快速下放時(shí)，溜鉤故障會(huì)在短期內(nèi)
產(chǎn)生很大的動(dòng)能。一旦系統(tǒng)失控并進(jìn)人高速運(yùn)行，
其巨大能量會(huì)使強(qiáng)制制動(dòng)很困難，造成對(duì)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)起升電機(jī)運(yùn)行速度、
加速度進(jìn)行預(yù)測(cè)控制。這樣在系統(tǒng)失控還處于低
速、低動(dòng)能的狀態(tài)下得到及時(shí)準(zhǔn)確(下轉(zhuǎn)38頁(yè))
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
38 江蘇船舶第27卷
到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效核對(duì)。
(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(yǔ)
按照我國(guó)《全面建立現(xiàn)代造船模式行動(dòng)綱要
(2006～2010)》的要求以及國(guó)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(cè)和要貨計(jì)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(zhǎng)度電纜，實(shí)現(xiàn)了船用電纜零庫(kù)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(guò)節(jié)省
船用電纜來(lái)為降低船舶的建造成本、為抵御船舶市
場(chǎng)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(jì)、管理，多部門齊抓共管
來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)。
(上接第23頁(yè))
的判斷，并在早期采取強(qiáng)行制動(dòng)，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(guò)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(dòng)量
等綜合信息。通過(guò)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制的預(yù)測(cè)
學(xué)原理，經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)數(shù)理分析，以預(yù)測(cè)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(cè)到超速或溜鉤時(shí)，工作制動(dòng)器和電氣制
動(dòng)將同時(shí)進(jìn)行制動(dòng)。該技術(shù)已在國(guó)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(shí)監(jiān)視
浮吊臂架的角度，4個(gè)主鉤上所吊貨物的重量。并
且能夠根據(jù)聯(lián)動(dòng)還是單動(dòng)以及臂架角度情況，實(shí)時(shí)
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(bào)警信號(hào)。這樣
中央控制器就可以根據(jù)貨物的實(shí)際情況來(lái)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(guò)高置3類故障，受控停車。
以上保護(hù)由中央控制器自動(dòng)完成，不需要人員
干預(yù)。
4 結(jié)語(yǔ)
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(dòng)，一些采用液壓系統(tǒng)的起重船不完全適用，但是
通過(guò)對(duì)液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)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(shì)，越來(lái)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(gè)重要的
發(fā)展方向。
(上接第25頁(yè))
圖3典型低硫柴油冷卻系統(tǒng)

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