大型港口起重机故障诊断

引言

在大型港口起重机的使用方面，诸多故障中往往会出现一种时间短、故障发生后瞬间恢复的现象，即瞬时故障。虽然瞬时故障有瞬间恢复的属性，但在本质上它依然属于故障。因其发生时间、频率各个方面都缺少一定的规律性，所以从故障发生、影响的角度分析，其存在着较大的诊断困难，也潜藏着难以预估的安全风险，这既是当前大型港口起重机应用中的实际问题，也是设备维修人员所面对的难题。要充分分析瞬时故障，应按照危害评估、难点揭示、原因追溯的基本路径加以说明。

1、瞬时故障分析

1.1 危害评估

大型港口起重机运作状态下，若发生瞬时故障，它直接产生的结果是引发运行机构故障，如起升过程的急速停止。这种状况下，会进一步引起连锁反应，包括磨损故障(如在驱动机一减速器一刹车装置部件之间)、冲击性的安全威胁(如钢丝绳一旋锁一主体结构间)。此类危害不仅会缩短起重机的使用寿命，也可能在难于及时控制工况的条件下造成安全事故。

1.2 难点揭示

由于瞬时故障的主要特征是持续时间为ms级，所以发生故障的原因很难及时做出判断，同时因缺少现象的规律揭示，往往不能直接实施排查。尤其是在梯形图信号正常的情况下，故障瞬时恢复更增加了模拟重现的困难，再加上CMS起重机状态监控系统在故障原因断定方面缺少全面性的反应，因此很难全面解决大型港口起重机的瞬时故障问题。

1.3 原因追溯

根据现有经验可知导致瞬时故障的因素包括信号干扰、电能质量和接触不良等。信号干扰方面往往是大型港口本身所处的环境、起重机的电气系统器件等引发，具体可以追溯到PLC的干扰、电气线路的干扰、变频器的干扰以及其他电气元件受干扰后所引发的瞬间动作误操作等。电能质量方面，当外部供电电压压降异常正常值时，就会造成线路、保护器的短路，从而引发瞬时故障。至于接触不良所引起的故障较为常见，包括继电器、电子感应开关、PLC方面的I/0节点和线路端子排等各个方面的接触不良，此类接触不良是通过信号瞬间变化而引发瞬时故障，既有器件过小的因素，也有通讯方面的影响因素。因此，在此原因探索中应采用综合方法，减少单一化原因产生的局限性。

2、故障诊断探讨

智能化监控已应用在大型港口起重机的运作中，尤其是近年来的技术突破将我国的智能化水平带到新阶段。其中以大数据为基本思路的PLC数据追踪，显示了较强的故障探查能力。

2.1 特点与方法

PLC数据追踪功能的特点是对故障反应的速度快、锁定快，能够有效揭示故障产生的各种因素。从实践经验及方法角度分析，在瞬时故障诊断实践中它会根据瞬时故障的状态设置具体的追踪条件，然后利用疑似故障源设置其追踪的具体对象，包括I/0点位状态、重量传感器、编码器(绝对值、脉冲编码器)等。

2.2 诊断原理

基于PLC的瞬时故障诊断工作原理比较简单，具体是在设备正常运作状态下对其进行对象跟踪并记录运作数据，当发生故障时终止、保存追踪对象的状态，再利用状态发生的变化情况寻找原因。比如，在当前应用较多的安川CP717系统，就能实现选择性的数据追踪，并通过数据追踪设置界面针对起始条件、需求数据进行具体设置，利用运行设备针对某故障设置一组开关量数据从而得到故障源。可以参考图1(a)、(b)(若以故障发生状态ON-OFF的变化为准，则其中的IB09E10即为故障源)。

(a) 选择数据追踪

(b) 故障设置一组开关量数据

图1基于PLC的瞬时故障诊断原理及实践步骤

3、举例

PLC瞬时故障诊断系统具体操作中包括选择数据追踪、数据追踪设置界面、故障设置开关量数据、追踪状态显示和追踪数据显示等。下面结合某岸边集装箱起重机的作业过程，对其中的升起急停做出具体的实践案例说明。

3.1 故障

某起重机升起机构发生的瞬时故障现象是急停，特点是频繁发生。

3.2 故障诊断

第一步判断是根据具体情况观察其中CMS系统显示一发现起升手柄不在零位。针对此故障显示，当手柄回零后未进行故障复位，根据操作实践发现起重机能够动作，所以其发生急停的现象属于运行中的瞬时故障。进一步分析发现故障持续时间短、自动复位快，符合瞬时故障的主要特征，由此可以对CMS系统显示的故障来源做出排除，确定该故障源不是来自点位、自动锁功能点位。

第二步根据排除法缩小追踪范围，基于PLC的安川CP717系统，按照其中的PLC数据追踪程序，针对追踪疑似的点位，具体方法是在触发起始条件设置方面选择控制闭合，在触发终止条件方面设置方面选择起升控制分断。此时，追踪状态处于ON时，则能根据MB001300导通实施具体追踪，而当该状态转变为0FF状态时，则关闭追踪以表明追踪结束。

第三步是按照追踪数据指定列表的具体设置实施程序保存，再进行正常状态的运行操作，此时通过追踪数据列表中的故障，发现应急链条限位状态的变化处于故障发生阶段。由此断定是IB11022对应的感应式限位开关，排查发现其固定基座脱落。这种情况的产生是由于起升过程发生的振动摇晃导致周围的金属物体感应，从而出现瞬间误动作下的瞬时故障现象。

3.3 故障处理

精准地发现故障源后，维修人员对感应式限位开关的固定基座进行了重新固定，并对周围的金属物等进行了一系列的排查，处理完毕后有效地控制了起重机起升机构的急停现象，起重机工作状态良好，科学、有效地解决了故障。

4、结语

我国的高速发展带动了大型港口的建设与扩展，尤其是在“一带一路”的经济战略带动下大型港口所发挥的作用、带来的经济效益日益增加。但是，这种快速、高效、规模化发展的过程中，一些与大型港口配套的设备，如起重机在运用过程中因应用频率过高往往会产生诸多故障，不仅影响工作进度，也会给港口本身产生一定的效益影响。所以，在科学发展中必须从成本、安全的角度对可能发生的机械设备故障增强研究力度，尽量利用现代化的技术降低各种潜在的风险，为大型港口的持续性发展保驾护航。