浅论岸边起重设备的通信故障及应对措施
一、岸边起重设备常用通信系统
岸边起重设备是各个码头生产的前沿设备，随着各种自动化控制技术日渐成熟，目前，各码头都在逐渐利用智能化、自动化控制系统慢慢地替代以往简单的接触器控制的起重设备。就目前码头生产用的岸边起重机，根据其使用性能可分为集装箱岸边起重机（以下简称“岸桥”）、门座式岸边起重机（以下简称“门机”）、卸船机以及装船机等。随着自动化控制技术的日益完善，这些设备上大多采用了PLC结合变频器的方式进行相应的智能化、自动化控制。
这些控制简单来说可以归纳为PLC采集数据进行逻辑分析并为变频器做出指令，变频器根据PLC提供的指令执行。同时采集自身所检测的数据进行自动调整以满足PLC需求，并把执行情况反馈给PLC，让PLC判断、分析后继续给定指令这样一个过程。在这个过程中每个环节的重点都在于各种指令、反馈信号能有效传输，以达到令行禁止的目的。而这种传达，则要依赖于通信系统的正常运作，也就是本文所要讨论的重点。
岸边起重设备所用到的通信系统主要包含：RS-232通信、profibus通信、Ethernet通信以及Geniusbus通信等。这里主要介绍RS-232通信[1]及profibus通信[2]的相关知识及故障应对。
（一）RS-232通信
RS-232的中文名为异步传输标准接口。
1.接口标准
RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。
2.应用领域
RS-232通信受距离影响极大，且其抗干扰能力弱，所以在系统设计时，这种通信方式一般用于短距离的信号传输，码头上一般用于PLC与变频器或故障屏之间的连接。
3.常见故障处理及避免
因其固有特性，易受外部电磁噪声干扰，因而在处理其故障时应着重排除外部干扰因素，并将其自身的接地做好。一般为避免其通信故障，应尽量避免其通信线与动力线靠近，并加装相应的屏蔽套管，隔绝电磁干扰可能。
实际应用中，曾出现如下故障：
码头故障报警屏与PLC通过该通信直连，调试期内出现故障报警屏信号不准确，出现故障误报警及显示信号不正常现象。排故中发现由于通信线需经过机房地板下到司机室，而设计回路时未考虑通信线与动力线的隔离，通信线捆扎于动力线之上，在机构动作时动力电流造成变化磁场形成磁力感应电流影响到了通信系统，进而造成故障。此故障为典型的干扰信号造成通信失常，因而在做通信回路设计时，应考虑到工况对通信系统的影响，从而避免此类故障的发生。
（二）profibus通信
profibus的中文名为过程现场总线。
1.接口标准
码头使用的为profibus-DP部分，应用于现场级，它是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O之间的通信，总线周期一般小于10 ms，使用协议第1、2层和用户接口，确保数据传输的快速和有效进行。
2.应用领域
连接现场设备，如分散式I/O、传感器、驱动器、执行机构、开关、灯设备，完成现场设备控制及设备间连锁控制。主站负责总线通信管理及所有从站的通信。总线上所有设备生产工艺控制程序均储存在主站中，并由主站执行。码头生产中主要应用于PLC机上主站与各部从站之间的通信，并参与变频器之间的通信等。如部分传感器等检测量较大时也会使用此种通信予以传输
3.常见故障及应对
profibus相对RS-232通信具有更好的稳定性，基本不会出现受到干扰的情况，但仍有部分例外情况，如屏蔽层未可靠接地、未将通信线接头接好或未将屏蔽层压好等情况下也会出现通信故障。
解决类似故障，可通过切换接头上的终端电阻来确定具体在哪一个站点出现故障，然后对其进行检查排除故障。
4.类似故障解决办法——以西门子采用的profibus通信为例
图1西门子profibus总线连接器
图1为西门子profibus总线的连接器[3]。从图中可以看出，当终端电阻打在on的位置时，信号只会通过同一根信号线传输；而当打在off的位置时，信号会通过两根信号线进出，寻址下一个从站。
在日常工作中，我总结出这样一个口诀：“双线打在OFF，单线打在ON”便于判断故障时是否因为终端电阻开关打在了不正常的位置，进而造成通信无法继续寻址或无法找到地址终端而不能形成反馈。另外，在故障时可通过断电后测量针脚阻值来确定终端电阻有无问题，一般阻值为5Ω,还要测量两个连接器之间的profibus总线有无短路或断路的现象来确定是否因为总线受到损坏造成通信故障。
对于远距离传输的profibus通信，使用者应注意选取阻值较低的总线并确保其供电电源可维持信号传输。有时电源选型较低时，使用时间一长，随着电缆老化及屏蔽层的破坏，问题就渐渐显现出来，如信号持续性差、易受其他电信号干扰等，这就需要用适当供电电压的方式来保证信号传输顺利。
曾经就有集装箱岸边起重机（岸桥）出现过报丢失从站故障，丢失从站一般为台车部分地从站，检查并未发现有电缆破损或是屏蔽损坏情况，后经适当加大供电电压，提高了通信传输电流解决了这一故障，这个“适当”需要根据现场需求调整，建立足够通信即可，不易过大，否则会击伤通信板或PLC通信模块。虽然profibus通信更加稳定高效，且不易受外界干扰，但不能因此就放松警惕。在系统设计、线路敷设过程中，应根据现场情况尽量安装专用的屏蔽管路及做好各个从站的接线。
二、常见通信故障及应对措施
介绍完上述两种常用的通信模式后，再来看看在岸边起重设备中，有哪些共同的通信故障以及应对措施：
（一）电磁噪声干扰
电磁噪声干扰主要包括动力线、雷达等的干扰。
1.动力线干扰
动力线干扰主要是由于目前采用的电机等均采用变频装置驱动，其内的电流随着工况改变随时变换，而各部电机运行时的电流又非常大，造成其电流变化区间较大，进而在其周边形成不断变化的电磁场，而只要是导线，在变换的磁场中就会生成感应电流，而通信系统的各类信号均为弱电信号，基本在4～20 mA的范围内，这些感应电流会使通信信号失常进而形成通信故障。要想排除这种干扰，在进行电缆敷设时就必须做到通信线与动力线分开布线，并为通信电缆加装屏蔽套管，同时将屏蔽套管上的金属部分可靠接地，用以倒出感应电流。
2.雷达等大功率发射接收装置的干扰
雷达因其需要与通信卫星进行交换数据以及扫描周边障碍需要按照一定频率向四周发射、接收大功率的电磁波，这些电磁波穿透力极强，会严重干扰到通信系统的正常运行。
对于岸边起重机而言，主要会受到船载雷达的强烈干扰，所以一般在船进入港口都会要求船方停止雷达信号，跟随引航员进入港湾，也是一种不错的保护方式。当然不排除部分船只忘记关闭雷达，这时，岸边起重机如未有良好的接地系统以及较严密的屏蔽措施，极易产生各部动作异常或是通信故障产生，具有极大的危害性。如遇大型船舶动用高频率大功率的雷达设施，甚至会造成烧损通信板的情况。要避免上述情况的发生，一方面在产品设计制造过程中需尽可能地做好电气房的屏蔽；另一方面在进行设备操作前观察船方雷达是否开启。双管齐下，才能保证设备的运行稳定。
（二）接地不良造成的静电积聚及干扰电流无法排除
因岸边起重设备通常为24小时不间断作业，其各级电路板上因温升造成干燥无可避免，而过于干燥极易引起静电积聚。为解决这一问题，所有电气设计中均采用接地线倒放静电并作为特殊情况下的接地保护，如接地不良，则静电无法有效排放，极易造成静电积聚，当积聚到一定当量，轻则影响系统通信，重则造成电路板烧毁。另一方面，前面提到的干扰电流也是通过接地线引导而出，如果出现接地不良现象，后果不堪设想。
那么，如何做好接地？作为岸边起重设备，其接地系统是否良好，除了其接入电缆的地线外，主要靠的是其接地靴是否能将整机电位拉到大地的水准。
就烟台港范围来说，所有门机都为三相四线制，其地线主要起保护作用，真正的接地是通过铁轨进行的，因而接地靴是否良好直接影响整机接地状态。接地靴是否能保证良好接地不外乎两个方面：一是轨道表面是否光滑有利于保证良好接触；二是接地靴压轨力矩是否足够。轨道表面的光滑取决于有无锈蚀、杂物，这就需要清轨器有效利用，何为有效？我认为有三个方面：一是是否紧贴轨面；二是材质是否具有足够硬度；三是清扫是否有遗漏。三个方面缺一不可，缺一则不足以保证接地靴与轨面保持良好接触。只有做好这些，才能保证设备接地可靠，系统稳定运行。
故障案例：码头生产中曾出现过这样的情况，在作业过程中发现各部机构非正常跳闸，但上车检查各部元器件均工作正常，后来考虑到设备变频器采用的ABB ACS800的变频系统，其与PLC通信为profibus通信，检测其通信线等均未发现有问题，将接地线重接后并对通信板放电后可短暂恢复作业，但作业一段时间后又出现类似故障。根据故障现象及前期排查可以判断该故障为通信故障，需排除通信干扰源头，因此设备前期作业一直未出现类似问题，排除了走线干扰的问题，那可以说是外部的临时干扰造成。后经观察，靠泊船只上的船用雷达未按规定关闭是最大的可能原因。因为船用雷达的功率一般都是很大的，其放射的电磁波极有可能影响到设备的通信系统，要求船方关闭雷达后故障排除。虽将故障排除，但根源未断，后期排查发现该设备接地靴未按要求安装到位，清轨器也未能按要求调整好，致使不能保证整机的良好接地，当通信系统受到干扰时，屏蔽线无法将电路板、通信线产生的静电及时导出，造成静电积累形成了通信故障。
通过上述故障可以看出，此类故障解决起来无非两个方向：排除干扰源、做好屏蔽接地保护措施。
（三）信号传输过程中的丢失
一般出现于远程操控系统，如RCMS远程监控系统，一般的解决方案是在设备上加装LCMS近端工控系统，将所有数据存储到LCMS系统，日后可通过远程访问即可查看所有过往数据，而不会产生丢失。如直接选用无线或其他传输方式将设备信号远程采集，就会造成实时信号的丢失，进而造成RCMS系统无法准确采集设备动态数据，造成系统失效。
三、结束语
综上所述，岸边起重设备的通信是整机稳定运行、指令与执行相辅相成的最终保证。只有通过稳妥的通信维护，才能保证设备指令运行的上传下达，并保证设备具备良好的运行性能。在日常工作中，培训学员要不断学习新知识、新技能，不断积累工作经验，提升故障诊断和维修的能力。
