目前，全变频吊具电缆卷筒系统已在港口生产中得到广泛应用，但在控制方式以及机械结构上仍存在不足，表现为系统控制电路复杂，故障环节较多，极易发生系统故障，掉电缆、损坏电缆事故，时常造成岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）长时间停机现象。本文根据实际工况设计实施了一套新的吊具卷缆系统。该系统使用带编码器的变频电机进行闭环控制，机械机构以卷筒与缓冲器配合使用，通过机车PLC控制程序，根据不同工况输出力矩给定致变频器，变频器驱动电机，通过减速箱直接带动卷筒。这种控制方式有效提高了系统的运行可靠性。
1 改造方案
1.1 方案比较
根据综合分析整个系统的科学性、机械结构的安全使用要求、设备性能参数的优化、电控类型和产品的选择、改造费用和周期等因素，提出了三种岸桥吊具动力卷筒系统的改造方案。
(1) 电缆卷盘方案。采用电缆卷盘结构，使用安川公司生产的A1000变频器，驱动2台专用变频电机，通过磁滞连轴器和减速箱带动卷盘跟吊具运转，变频器的控制由机车PLC实现，为速度控制，且输出的速度是平滑无级的，另外此系统没有速度反馈，为开环控制。
(2) 电缆卷筒方案。采用卷筒机械结构，简化控制回路。更换电缆卷筒采用双支撑结构，改型垂缆减速箱将锥型齿轮改为直式齿轮。使用一台电机驱动卷缆，变频器升级，采用通讯控制方式的电气设计简化控制流程，减少控制元件。根据起升机构的运行位置与速度实现力矩控制与闭环控制。
(3)局部改进方案。原机械结构不变，在电缆卷筒东侧增加支撑点，采用直式齿轮减速箱。2台电机不变，升级变频器，电气元件重新选型更新，减少相关控制器件。控制方式不变，将故障高发部位升级换型。
以上三种改造方案中，经分析比较，最终选定电缆卷筒方案，从电气与机械方面对装卸桥吊具动力电缆系统进行全面升级，优化控制流程。
1.2 工况设计
该系统控制吊具电缆跟随吊具上下运动进行收放动作，在正常情况下，起重机PLC收到吊具手柄信息，就向电缆卷筒系统发出启动指令；电缆卷筒系统变频器立即启动实现转矩控制（同时制动器打开），并立即反馈起重机“电缆卷筒系统已经运行信号”；收到此信号后，吊具起升才可以运行；起重机吊具停止到零速后，电缆卷筒系统再延时停止。
在控制方式上，根据起升机构的运行情况，将卷缆系统分为6种工况。通过岸桥主控系统采集设备信息，经过分析运算得出卷缆所处工况，输出给变频器相应的力矩给定，保证电缆在作业中保持良好的拉伸力，从而不会对电缆产生损伤。
根据前期调研，该设计方案具有一定的可行性。其中更换电缆卷筒、改型垂缆减速箱、采用双支撑结构等一系列硬件改进措施提高了设备安全性能。将2台电机更换为1台电机驱动卷缆，降低设备维护成本，变频器升级为安川A1000型号，采用通讯控制方式的电气设计简化了控制流程，使系统更加科学。
2 实施方案
2.1 方案概述
更换电缆卷筒，采用双支撑结构，改型卷缆减速箱，将2台电机更换为1台电机驱动卷缆，变频器升级为安川A1000型号，编码器、超速开关、制动器及电控柜内各电气元件整体升级换型。
2.2 主要元件升级
(1) 电动机。根据设计要求，将用1台较大功率的电机替代原有2台小功率电机控制卷缆系统的运转，解决双电机控制的同步问题，同时在满足功率、电压等技术要求的前提下，科学选型。
(2) 变频器。按照电机的输出电流、负载总功率、负载电压等级，选购1台较为成熟的变频器产品，提高控制精度。
2.3 安装调试
(1) 硬件安装。改造硬件施工包括原机械器件拆装、新型机械设备安装以及电气安装3个阶段。首先根据实际情况制定了卷缆卷筒、减速箱等机械大部件的吊装方案，严格按照安全要求将原有机械器件吊下更换为新型机械设备，根据设计方案焊接主体框架，按规范安装各机械元件，合理优化辐射电缆，规范接线。
(2) 软件程序编写。按照设计思路，卷缆系统的变频器控制由机车PLC系统进行编程来实现软件控制。这样操作简单，并且控制过程准确有效，便于调试维修。程序的主要设计思路是：根据起升机构的运行情况，将卷缆系统分为6种工况。通过桥吊主控系统采集设备信息，经过分析运算得出卷缆所处工况，输出给变频器相应的力矩给定，保证电缆在作业中保持良好的拉伸力，从而不会对电缆产生损伤。
3 结语
经过技术改造后，新型卷缆系统在岸桥上运行稳定。在使用过程中，整套系统故障率保持了一个较低的水平，设备的安全可靠性得到很大的提升，基本避免了原系统内多种故障，达到了预期效果，保证了船舶计划动态的兑现。同时整台设备节省费用年均3万元，创造效益年均55836元，具有较大的推广价值。
