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安全措施在大型起重船上的應用

文檔作者：楊磊文檔來源：江蘇省船舶設計研究所有限公司		點擊數：	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用
楊磊
(江蘇省船舶設計研究所有限公司，江蘇鎮江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
統的特點，結合起重船上各種設備的操作，為起重船的各種起重工況設計一系列安全措施。
關鍵詞：起重船；安全措施；保護；變頻系統
中圖分類號：U674．35 文獻標識碼：B
0 引言
近年來，隨著國內基礎設施建設以及國際石油
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，一旦出現安全問題業主
的損失將相當大，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所實際應用
的一些安全措施。
1起升設備的基本保護裝置
大型起重船上都有數量眾多的起升以及變幅用
等絞車，在絞車上設置一些保護裝置必不可少。
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。每次操作機構時，PLC
(可編程控制器)發運行指令給變頻器，變頻系統建
立力矩，只有當力矩建立到足夠抵消反力并通過控
制系統的力矩驗證后，才打開制動器。當制動器打
開到位(行程限位開關檢測)后，機構方可運行。變
頻系統的預加力矩功能保證了每次操作在打開制動
器的瞬間不會出現機構吊鉤或變幅下溜現象。
1．2棘輪棘爪
此裝置多用于變幅絞車。在絞車停止作業時，
扣上棘爪，以鎖定機構不能往下降方向運行。
2操作聯鎖保護
2．1主鉤與變幅聯鎖
為安全起見，主鉤機構和變幅機構不能同時動
收稿日期：20LO～04—10
作者簡介：楊磊(1976一)，男，工程師，主要從事船舶設計工作。
作。當4個主鉤中的任一個主鉤運行時，變幅操作
主令是失效的；同理，若變幅機構運行時，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
不會引起機構誤動作。
2．2主鉤聯鎖
主鉤既可以單吊也可以聯吊。當聯吊時，主鉤
1、主鉤2(2前鉤)可組合聯動操作，主鉤3、主鉤4
(2后鉤)可組合聯動操作，主鉤1、主鉤2、主鉤3、主
鉤4可組合聯動操作。主鉤1、主鉤4(對角線)不能
聯吊操作，主鉤2、主鉤3(對角線)不能聯吊操作，
程序已經聯鎖，即使誤操作機構也不會發生誤動作。
2．3各操作站之間聯鎖
由于現場操作的需要，除了駕駛室控制外，絞車
機旁一般都有操作站。變頻控制系統的程序具有嚴
格邏輯性，當系統得電，只會有1個操作站被授權，
即當在駕駛室操作相應機構時，現場相應就地操作
站將會失效。
3 安全裝置
3．1零位保護
主鉤機構、變幅機構、移船機構及系泊機構等機
構的主令均帶有機械零位鎖定裝置，操作機構時必
須將主令手動提起方可正常操作。運行過程中如果
突然斷電，即便隨即上電，各機構也不會運行。只有
當操作主令回零，再次按控制合按鈕，系統得電后方
可繼續操作主令運行各機構。如操作手柄主令不回
零，按控制合按鈕無效，系統不會得電。
3．2急停保護
鎖扣式急停按鈕分別設置在：電氣控制室主配
電保護柜面板、駕駛室左右操縱臺、每個機構的現場
操作站。
此系統急停與起重系統真空斷路器采用硬線聯
萬方數據
第4期楊磊：安全措施在大型起重船上的應用23
鎖。一旦發生急停，真空斷路器立即切斷起重系統
動力電源。
所有急停開關有2付常閉觸點，l付觸點串于
主控制回路，用于切斷控制電源；1付進PLC報告急
停發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，進行機械制動。
3．3超速保護
起升(主鉤1、主鉤2、主鉤3、主鉤4)、變幅機構
的超速信號有2種途徑獲得。
第1種途徑為數字式變頻器超速保護設置。超
速保護的閾值可以在一定范圍內設定。當達到動作
值時，聯鎖到系統保護回路中去。
第2種途徑是通過監測電機高速軸側超速開關
信號。當動作時，聯鎖到系統保護回路中去。
超速故障為1級故障，引起l級停車。該過程
進行機械抱閘停車，系統斷電、軟件和硬件同時鎖定
該故障。
當起升、變幅機構運行速度達到機構最高允許
運行速度的115％時，超速開關動作，對應機構的操
作手柄延時2s后失效，制動器抱閘，同時發出聲光
(紅色)報警信號。
由于超速故障是十分嚴重的故障，聯動臺上的
復位按鈕不能復位該故障，必須使用位于保護控制
柜面板上的超速復位按鈕進行復位，以確保超速故
障已經過特別的處理，而不是輕易地同其他故障同
等處理。
3．4極限超程保護
4個主鉤機構、副鉤機構及變幅機構均設有上
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，同時進行機械抱閘停
車，軟件和硬件同時鎖定該故障。發生該故障后只
能通過“超程旁路”選擇開關切換到超程旁路工況，
再手動合閘才能恢復操作。在超程旁路工況下，機
構的運行速度被限制在額定速度的10％，且機構只
能向相反方向運行，待超行程限位恢復正常后，機構
立即自動停止動作，此時只有將“超程旁路”選擇開
關切換到正常工作位置才能恢復正常操作。
3．5過卷、過放保護
起升、變幅卷筒鋼絲繩過卷、過放限位聯鎖，由
安裝在相應機構卷筒上的凸輪限位開關實現檢測保
護。
當過卷(上升終點)、過放(下降終點)位置聯鎖
開關動作后，運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位運行。當凸輪開關復
位后，聯鎖報警信號消除。
每個起升／變幅機構各設以下限位信號用于聯
鎖和保護：
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
起升機構都有負荷傳感器。它提供4～20 mA
的模擬量信號，該信號正比例于起升的負荷。它主
要用于：最大運行速度的計算、單鉤過載測定與報
警、吊鉤聯動過載測定和報警、吊鉤負荷差超差測定
和報警、在監控屏幕上顯示負載數值。
主鉤各鉤單獨工作時，分別顯示各自對應鉤的
荷重。當主鉤聯動工況時總荷重顯示綜合荷重。主
鉤單獨運行時，當吊重達到各鉤額定負荷的95％
時，預報警。當吊重達到各鉤額定負荷的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，實現保護聯鎖。
3．7風速指示和保護
本系統設有風速儀，用于檢測風速，在監控屏上
顯示實時風速，當風速達到預定值時發出報警信號。
3．8水平保護
浮吊縱傾超過2?；驒M傾超過5。(信號由船電系
統提供)時，禁止起重系統工作。
3．9電機過熱保護
每個機構所用的船用電機均有熱敏電阻測溫裝
置，實時測量電機溫度。當達到電機所能承受的最
高溫升時，變頻器實施電氣停車保護。
3．10電機綜合保護
機構所用的電機都具有欠壓、過壓、短路、過流、
接地、缺相等保護。
3．11速度、加速度預測控制保護
在起重系統中，某個電氣元件失靈或故障引起
的溜鉤現象是最危險的故障，它造成系統失控，重物
失去提升力，以近似自由落體的加速度下溜，直至超
速故障信號產生后才被強行抱閘制動。
如果被吊重物重量較輕、下放速度不快，溜鉤故
障時產生的動能相應較小，這時只要機械制動性能
良好，系統能很快制止溜鉤，不會造成嚴重后果。
然而，在重載快速下放時，溜鉤故障會在短期內
產生很大的動能。一旦系統失控并進人高速運行，
其巨大能量會使強制制動很困難，造成對系統的巨
大沖擊，甚至損壞機械設備。
為了進一步保證系統安全性，避免出現溜鉤故
障，電氣系統采用動態監測，對起升電機運行速度、
加速度進行預測控制。這樣在系統失控還處于低
速、低動能的狀態下得到及時準確(下轉38頁)
萬方數據
38 江蘇船舶第27卷
到現場進行有效核對。
(7)船東盡可能在圖紙認可階段全面完整地提
出自己的意見。
3結語
按照我國《全面建立現代造船模式行動綱要
(2006～2010)》的要求以及國內外先進船廠的經
驗，許多中小型船廠正在大力推進先進造船工藝，提
高生產效率，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，實現了船用電纜零庫存。
據了解，不僅每艘船能節省20％左右的電纜費用，
而且減少了有色金屬和橡塑材料消耗，為節能減排
作出了貢獻。因此，中小型船廠完全可以通過節省
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”作出一點貢獻。船廠要根據自身的實
際狀況苦練內功，狠抓設計、管理，多部門齊抓共管
來實現實現降本增效的目標。
(上接第23頁)
的判斷，并在早期采取強行制動，避免機電設備造成
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。通過自行研發的功能模塊，可以獲得
準確的速度、加速度以及實際重量、系統慣量、動量
等綜合信息。通過基于神經網絡和模糊控制的預測
學原理，經過動態數理分析，以預測可能的溜鉤現
象，防止由于溜鉤造成嚴重的人身和設備事故。
在檢測到超速或溜鉤時，工作制動器和電氣制
動將同時進行制動。該技術已在國外先進的高速或
大型提升系統，如大型起重機和高速電梯行業得到
應用，提高了系統的安全性。
3．12力矩監視與保護
按照負載曲線進行變幅與起升機構聯鎖。
本系統所采用的力矩監視器功能有：實時監視
浮吊臂架的角度，4個主鉤上所吊貨物的重量。并
且能夠根據聯動還是單動以及臂架角度情況，實時
把實際負載重量、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貨物的實際情況來保護設
備，提高生產效率。
3．13變壓器溫度保護
變壓器溫度過高置3類故障，受控停車。
以上保護由中央控制器自動完成，不需要人員
干預。
4 結語
本文主要介紹了變頻系統的安全措施。由于該
系統需要船上的起重設備全部采用變頻電機的電力
驅動，一些采用液壓系統的起重船不完全適用，但是
通過對液壓控制系統的設計改造，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用，作者認為電力驅
動的變頻控制系統，由于其在安全性、實用性等方面
的優勢，越來越多的新技術的運用以及配套廠商的
逐步完善和發展，應該是起重控制系統一個重要的
發展方向。
(上接第25頁)
圖3典型低硫柴油冷卻系統

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