一、岸邊起重設(shè)備常用通信系統(tǒng)

岸邊起重設(shè)備是各個(gè)碼頭生產(chǎn)的前沿設(shè)備，隨著各種自動(dòng)化控制技術(shù)日漸成熟，目前，各碼頭都在逐漸利用智能化、自動(dòng)化控制系統(tǒng)慢慢地替代以往簡(jiǎn)單的接觸器控制的起重設(shè)備。就目前碼頭生產(chǎn)用的岸邊起重機(jī)，根據(jù)其使用性能可分為集裝箱岸邊起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“岸橋”）、門(mén)座式岸邊起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“門(mén)機(jī)”）、卸船機(jī)以及裝船機(jī)等。隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的日益完善，這些設(shè)備上大多采用了PLC結(jié)合變頻器的方式進(jìn)行相應(yīng)的智能化、自動(dòng)化控制。

這些控制簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)可以歸納為PLC采集數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析并為變頻器做出指令，變頻器根據(jù)PLC提供的指令執(zhí)行。同時(shí)采集自身所檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整以滿足PLC需求，并把執(zhí)行情況反饋給PLC，讓PLC判斷、分析后繼續(xù)給定指令這樣一個(gè)過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中每個(gè)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)都在于各種指令、反饋信號(hào)能有效傳輸，以達(dá)到令行禁止的目的。而這種傳達(dá)，則要依賴于通信系統(tǒng)的正常運(yùn)作，也就是本文所要討論的重點(diǎn)。

岸邊起重設(shè)備所用到的通信系統(tǒng)主要包含：RS-232通信、pro?bus通信、Ethernet通信以及Geniusbus通信等。這里主要介紹RS-232通信[1]及profibus通信[2]的相關(guān)知識(shí)及故障應(yīng)對(duì)。

（一）RS-232通信

RS-232的中文名為異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。

1.接口標(biāo)準(zhǔn)

RS-232-C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。

2.應(yīng)用領(lǐng)域

RS-232通信受距離影響極大，且其抗干擾能力弱，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，這種通信方式一般用于短距離的信號(hào)傳輸，碼頭上一般用于PLC與變頻器或故障屏之間的連接。

3.常見(jiàn)故障處理及避免

因其固有特性，易受外部電磁噪聲干擾，因而在處理其故障時(shí)應(yīng)著重排除外部干擾因素，并將其自身的接地做好。一般為避免其通信故障，應(yīng)盡量避免其通信線與動(dòng)力線靠近，并加裝相應(yīng)的屏蔽套管，隔絕電磁干擾可能。

實(shí)際應(yīng)用中，曾出現(xiàn)如下故障：

碼頭故障報(bào)警屏與PLC通過(guò)該通信直連，調(diào)試期內(nèi)出現(xiàn)故障報(bào)警屏信號(hào)不準(zhǔn)確，出現(xiàn)故障誤報(bào)警及顯示信號(hào)不正常現(xiàn)象。排故中發(fā)現(xiàn)由于通信線需經(jīng)過(guò)機(jī)房地板下到司機(jī)室，而設(shè)計(jì)回路時(shí)未考慮通信線與動(dòng)力線的隔離，通信線捆扎于動(dòng)力線之上，在機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)動(dòng)力電流造成變化磁場(chǎng)形成磁力感應(yīng)電流影響到了通信系統(tǒng)，進(jìn)而造成故障。此故障為典型的干擾信號(hào)造成通信失常，因而在做通信回路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到工況對(duì)通信系統(tǒng)的影響，從而避免此類(lèi)故障的發(fā)生。

（二）pro?bus通信

pro?bus的中文名為過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線。

1.接口標(biāo)準(zhǔn)

碼頭使用的為profibus-DP部分，應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，它是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O之間的通信，總線周期一般小于10?ms，使用協(xié)議第1、2層和用戶接口，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行нM(jìn)行。

2.應(yīng)用領(lǐng)域

連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，如分散式I/O、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、開(kāi)關(guān)、燈設(shè)備，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制及設(shè)備間連鎖控制。主站負(fù)責(zé)總線通信管理及所有從站的通信。總線上所有設(shè)備生產(chǎn)工藝控制程序均儲(chǔ)存在主站中，并由主站執(zhí)行。碼頭生產(chǎn)中主要應(yīng)用于PLC機(jī)上主站與各部從站之間的通信，并參與變頻器之間的通信等。如部分傳感器等檢測(cè)量較大時(shí)也會(huì)使用此種通信予以傳輸

3.常見(jiàn)故障及應(yīng)對(duì)

profibus相對(duì)RS-232通信具有更好的穩(wěn)定性，基本不會(huì)出現(xiàn)受到干擾的情況，但仍有部分例外情況，如屏蔽層未可靠接地、未將通信線接頭接好或未將屏蔽層壓好等情況下也會(huì)出現(xiàn)通信故障。

解決類(lèi)似故障，可通過(guò)切換接頭上的終端電阻來(lái)確定具體在哪一個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)故障，然后對(duì)其進(jìn)行檢查排除故障。

4.類(lèi)似故障解決辦法——以西門(mén)子采用的profibus通信為例

圖1西門(mén)子profibus總線連接器

圖1為西門(mén)子pro?bus總線的連接器[3]。從圖中可以看出，當(dāng)終端電阻打在on的位置時(shí)，信號(hào)只會(huì)通過(guò)同一根信號(hào)線傳輸；而當(dāng)打在off的位置時(shí)，信號(hào)會(huì)通過(guò)兩根信號(hào)線進(jìn)出，尋址下一個(gè)從站。

在日常工作中，我總結(jié)出這樣一個(gè)口訣：“雙線打在OFF，單線打在ON”便于判斷故障時(shí)是否因?yàn)榻K端電阻開(kāi)關(guān)打在了不正常的位置，進(jìn)而造成通信無(wú)法繼續(xù)尋址或無(wú)法找到地址終端而不能形成反饋。另外，在故障時(shí)可通過(guò)斷電后測(cè)量針腳阻值來(lái)確定終端電阻有無(wú)問(wèn)題，一般阻值為5Ω,還要測(cè)量?jī)蓚€(gè)連接器之間的profibus總線有無(wú)短路或斷路的現(xiàn)象來(lái)確定是否因?yàn)榭偩€受到損壞造成通信故障。

對(duì)于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膒rofibus通信，使用者應(yīng)注意選取阻值較低的總線并確保其供電電源可維持信號(hào)傳輸。有時(shí)電源選型較低時(shí)，使用時(shí)間一長(zhǎng)，隨著電纜老化及屏蔽層的破壞，問(wèn)題就漸漸顯現(xiàn)出來(lái)，如信號(hào)持續(xù)性差、易受其他電信號(hào)干擾等，這就需要用適當(dāng)供電電壓的方式來(lái)保證信號(hào)傳輸順利。

曾經(jīng)就有集裝箱岸邊起重機(jī)（岸橋）出現(xiàn)過(guò)報(bào)丟失從站故障，丟失從站一般為臺(tái)車(chē)部分地從站，檢查并未發(fā)現(xiàn)有電纜破損或是屏蔽損壞情況，后經(jīng)適當(dāng)加大供電電壓，提高了通信傳輸電流解決了這一故障，這個(gè)“適當(dāng)”需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求調(diào)整，建立足夠通信即可，不易過(guò)大，否則會(huì)擊傷通信板或PLC通信模塊。雖然profibus通信更加穩(wěn)定高效，且不易受外界干擾，但不能因此就放松警惕。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、線路敷設(shè)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況盡量安裝專用的屏蔽管路及做好各個(gè)從站的接線。

二、常見(jiàn)通信故障及應(yīng)對(duì)措施

介紹完上述兩種常用的通信模式后，再來(lái)看看在岸邊起重設(shè)備中，有哪些共同的通信故障以及應(yīng)對(duì)措施：

（一）電磁噪聲干擾

電磁噪聲干擾主要包括動(dòng)力線、雷達(dá)等的干擾。

1.動(dòng)力線干擾

動(dòng)力線干擾主要是由于目前采用的電機(jī)等均采用變頻裝置驅(qū)動(dòng)，其內(nèi)的電流隨著工況改變隨時(shí)變換，而各部電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電流又非常大，造成其電流變化區(qū)間較大，進(jìn)而在其周邊形成不斷變化的電磁場(chǎng)，而只要是導(dǎo)線，在變換的磁場(chǎng)中就會(huì)生成感應(yīng)電流，而通信系統(tǒng)的各類(lèi)信號(hào)均為弱電信號(hào)，基本在4～20 mA的范圍內(nèi)，這些感應(yīng)電流會(huì)使通信信號(hào)失常進(jìn)而形成通信故障。要想排除這種干擾，在進(jìn)行電纜敷設(shè)時(shí)就必須做到通信線與動(dòng)力線分開(kāi)布線，并為通信電纜加裝屏蔽套管，同時(shí)將屏蔽套管上的金屬部分可靠接地，用以倒出感應(yīng)電流。

2.雷達(dá)等大功率發(fā)射接收裝置的干擾

雷達(dá)因其需要與通信衛(wèi)星進(jìn)行交換數(shù)據(jù)以及掃描周邊障礙需要按照一定頻率向四周發(fā)射、接收大功率的電磁波，這些電磁波穿透力極強(qiáng)，會(huì)嚴(yán)重干擾到通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

對(duì)于岸邊起重機(jī)而言，主要會(huì)受到船載雷達(dá)的強(qiáng)烈干擾，所以一般在船進(jìn)入港口都會(huì)要求船方停止雷達(dá)信號(hào)，跟隨引航員進(jìn)入港灣，也是一種不錯(cuò)的保護(hù)方式。當(dāng)然不排除部分船只忘記關(guān)閉雷達(dá)，這時(shí)，岸邊起重機(jī)如未有良好的接地系統(tǒng)以及較嚴(yán)密的屏蔽措施，極易產(chǎn)生各部動(dòng)作異?；蚴峭ㄐ殴收袭a(chǎn)生，具有極大的危害性。如遇大型船舶動(dòng)用高頻率大功率的雷達(dá)設(shè)施，甚至?xí)斐蔁龘p通信板的情況。要避免上述情況的發(fā)生，一方面在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)程中需盡可能地做好電氣房的屏蔽；另一方面在進(jìn)行設(shè)備操作前觀察船方雷達(dá)是否開(kāi)啟。雙管齊下，才能保證設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定。

（二）接地不良造成的靜電積聚及干擾電流無(wú)法排除

因岸邊起重設(shè)備通常為24小時(shí)不間斷作業(yè)，其各級(jí)電路板上因溫升造成干燥無(wú)可避免，而過(guò)于干燥極易引起靜電積聚。為解決這一問(wèn)題，所有電氣設(shè)計(jì)中均采用接地線倒放靜電并作為特殊情況下的接地保護(hù)，如接地不良，則靜電無(wú)法有效排放，極易造成靜電積聚，當(dāng)積聚到一定當(dāng)量，輕則影響系統(tǒng)通信，重則造成電路板燒毀。另一方面，前面提到的干擾電流也是通過(guò)接地線引導(dǎo)而出，如果出現(xiàn)接地不良現(xiàn)象，后果不堪設(shè)想。

那么，如何做好接地？作為岸邊起重設(shè)備，其接地系統(tǒng)是否良好，除了其接入電纜的地線外，主要靠的是其接地靴是否能將整機(jī)電位拉到大地的水準(zhǔn)。

就煙臺(tái)港范圍來(lái)說(shuō)，所有門(mén)機(jī)都為三相四線制，其地線主要起保護(hù)作用，真正的接地是通過(guò)鐵軌進(jìn)行的，因而接地靴是否良好直接影響整機(jī)接地狀態(tài)。接地靴是否能保證良好接地不外乎兩個(gè)方面：一是軌道表面是否光滑有利于保證良好接觸；二是接地靴壓軌力矩是否足夠。軌道表面的光滑取決于有無(wú)銹蝕、雜物，這就需要清軌器有效利用，何為有效？我認(rèn)為有三個(gè)方面：一是是否緊貼軌面；二是材質(zhì)是否具有足夠硬度；三是清掃是否有遺漏。三個(gè)方面缺一不可，缺一則不足以保證接地靴與軌面保持良好接觸。只有做好這些，才能保證設(shè)備接地可靠，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

故障案例：碼頭生產(chǎn)中曾出現(xiàn)過(guò)這樣的情況，在作業(yè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)各部機(jī)構(gòu)非正常跳閘，但上車(chē)檢查各部元器件均工作正常，后來(lái)考慮到設(shè)備變頻器采用的ABB?ACS800的變頻系統(tǒng)，其與PLC通信為profibus通信，檢測(cè)其通信線等均未發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題，將接地線重接后并對(duì)通信板放電后可短暫恢復(fù)作業(yè)，但作業(yè)一段時(shí)間后又出現(xiàn)類(lèi)似故障。根據(jù)故障現(xiàn)象及前期排查可以判斷該故障為通信故障，需排除通信干擾源頭，因此設(shè)備前期作業(yè)一直未出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題，排除了走線干擾的問(wèn)題，那可以說(shuō)是外部的臨時(shí)干擾造成。后經(jīng)觀察，靠泊船只上的船用雷達(dá)未按規(guī)定關(guān)閉是最大的可能原因。因?yàn)榇美走_(dá)的功率一般都是很大的，其放射的電磁波極有可能影響到設(shè)備的通信系統(tǒng)，要求船方關(guān)閉雷達(dá)后故障排除。雖將故障排除，但根源未斷，后期排查發(fā)現(xiàn)該設(shè)備接地靴未按要求安裝到位，清軌器也未能按要求調(diào)整好，致使不能保證整機(jī)的良好接地，當(dāng)通信系統(tǒng)受到干擾時(shí)，屏蔽線無(wú)法將電路板、通信線產(chǎn)生的靜電及時(shí)導(dǎo)出，造成靜電積累形成了通信故障。

通過(guò)上述故障可以看出，此類(lèi)故障解決起來(lái)無(wú)非兩個(gè)方向：排除干擾源、做好屏蔽接地保護(hù)措施。

（三）信號(hào)傳輸過(guò)程中的丟失

一般出現(xiàn)于遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)，如RCMS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，一般的解決方案是在設(shè)備上加裝LCMS近端工控系統(tǒng)，將所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到LCMS系統(tǒng)，日后可通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)即可查看所有過(guò)往數(shù)據(jù)，而不會(huì)產(chǎn)生丟失。如直接選用無(wú)線或其他傳輸方式將設(shè)備信號(hào)遠(yuǎn)程采集，就會(huì)造成實(shí)時(shí)信號(hào)的丟失，進(jìn)而造成RCMS系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確采集設(shè)備動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，造成系統(tǒng)失效。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，岸邊起重設(shè)備的通信是整機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行、指令與執(zhí)行相輔相成的最終保證。只有通過(guò)穩(wěn)妥的通信維護(hù)，才能保證設(shè)備指令運(yùn)行的上傳下達(dá)，并保證設(shè)備具備良好的運(yùn)行性能。在日常工作中，培訓(xùn)學(xué)員要不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技能，不斷積累工作經(jīng)驗(yàn)，提升故障診斷和維修的能力。