卸船机工作原理讲课

卸船机工作原理讲课第一页，共58页。卸船机组图第二页，共58页。主

要

内

容分类及概述卸船机主要机构卸船机电气系统图

变频器故障电缆卷筒故障同机室系统故障

振动给料系统故院第三页，共58页。卸船机是码头卸船专用机械，它可把船舱内的散货物料卸到输料胶带机上，然后通过胶

带机将物料送到堆场。卸船机主要有以下三项基本功能：1、从船舱内抓取物料。2、

将物料从船舱内提升至卸船机料斗中。3、

将物料输送到码头上的输料胶带机上。目前，散货卸船机按作业方式和结构型式大致有以下几种类型：抓斗式

—

—

桥式

—

—

小车自行式牵引式——补偿小车式贯穿牵引式四卷简牵引式臂架式——

固定回转式门座行走式连续式

—

—

链斗式

—

—

张紧式悬链式螺旋式斗轮式卸船机分类第四页，共58页。桥式抓斗卸船机除金属结构外，本机设置抓斗起升及开闭机构、小车运行

机构、大车行走机构、悬臂俯仰机构、悬臂固定装置、绕绳系统、抓斗、漏斗、振动给料机及供料皮带机系统、落料回收装置、自行式司机室、机器房、

电气室、电气控制系统、监视及报警系统、供电、照明、防尘、计量以及机

器房内的维修起重机、电梯、防火装置等组成，另外还应装设各种安全保护

和指示装置，如超负荷限止器、航空信号灯、风速仪、夹轮器、锚定及防风

系缆装置、电气保护装置。>

概述第五页，共58页。整个卸料过程可通过手动操作、全自动控制、半自动控制或就地操

作四种方式实现。卸船机漏斗和供料皮带机头部等转卸处安装洒水除尘

装置。整机可沿码头轨道运行至任意位置进行卸船作业。作业完毕后，整机行至锚定位置处锚定。需要时前臂梁可以仰起至固定位置，并用安

全钩将其钩住固定。卸船机将设置防风系缆及锚定装置，具有抵抗55m/s

风速的能力。还将具有不拆卸抓斗把清舱机械从码头上吊入船舱的能力，

清舱机械采用3m3

单斗装载机的尺度。卸船机处于非工作状态时，海侧主梁可仰起80°,以不妨碍

船舶的靠岸、离港等作业。卸船机采用AC6KV高压供电，供电及通讯控制电缆通过各自的电缆卷筒

卷取上机。第六页，共58页。>

技术参数第七页，共58页第八页，共58页。桥式抓斗卸船机的主要组成：1、

电差动四卷筒机构(起升、开闭、小车运行机构三者合

而为一，简称为四卷筒机构);2、

大车行走机构3、物料系统>

主要机构功能第九页，共58页。机械布置主起升机构包括两套机械装置(支持和开闭),每套装置有二个AC

电机联

接一个减速箱。在电机及减速箱之间的主轴上各安装有四个液压推杆盘

式制动器。

AC

电机都为自冷却方式。电机非驱动侧安装有测速编码器

和超速开关。在减速箱的非传动侧的轴上经过一减速机构安装有一个凸

轮限位开关。驱动装置驱动装置由两套西门子AFE

可回馈驱动装置组成，每套装置由一个整流单元，二个逆变器组成，

一套驱动装置驱动一套起升装置(支持或开闭)。

整流和逆变都是6脉冲4象限的数字式驱动装置。

PLC

为西门子的S7

一400系列，利用PROFIBUS

总线联接支持和开闭斗驱动装置。每套装置的2个逆变器驱动方式为主/从跟随控制，支持1和开闭1装置为主(MASTER),

支持2和开闭2装置为从

(SLAVE)。

同时，在作起升运动时，两套驱动装置之间也是主/从跟随控制，以支持驱动装置为主，开闭斗驱动装置

为从，接收支持驱动装置的给定命令。记升和开闭斗机沟第十页，共58页。控制模式1、抓料时的主/从控制主驱动器(支持)作为转矩控制器，跟随驱动器(开闭斗)作为速度控制器。此功能用于料斗抓料，以控制料斗中抓料的数量。工作次序：抓斗由转矩控制的支持电机慢速下放到物料

里面，同时由速度控制的开闭斗电机闭合抓斗。2、

闭斗时的主/从控制跟随驱动器接收主驱动器的转矩给定值。此功能用于起升闭合的抓斗，以保证抓斗闭合，共享负

荷，通常开闭斗驱动器负荷比支持驱动器大5-10%。工作次序：当抓斗在物料中闭合时开闭斗驱动器处于速

度控制模式，支持处于转矩控制模式。当抓斗接近闭合时起升驱动器(支持和开闭)开始提升抓斗，同时切换

到负荷共享模式。3、开斗时的主/从控制跟随驱动器接收来自主驱动器的速度给定值，并及两个

驱动器的位置差相整合。主/从驱动器都处于速度控制模

式。

第十

页，共58页。愿6.1:支持机构限位布置图卷简减速箱凸轮限位脉冲编码器超速开关上升极限限位上开停止限位上开减速检测限位归零限位PLC

料牛停止限位PLC

船帕停止限位下降减速限位下降停止限位INV

PLC第十二页，共58页。制动器图6.2:开闭斗限位布置图卷简减速箱凸轮限位制动器脉冲编码器超速开关PLC

抓斗打开停止限位PLC

抓斗闭合停止限位开闭斗上升极限限位开闭斗上升停止限位开闭斗下降停止限位第十三页，共58页。PLCINV机械布置小车机构包括

一个AC

电机联接

一个减速箱。在电机及减速箱之

间的主轴上各安装有两个液压推杆盘式制动器。

AC

电机都为

自冷却方式，电机非驱动侧安装有测速编码器。驱动装置驱动装置由一套西门子AFE可回馈装置组成，包括一个整流器和一

个逆变器。整流器和逆变器都是6脉冲4象限的数字式驱动装置。PLC

为西门子S7-400

系列，利用PROFIBUS

总线联接小车驱动

装置。脉冲编码器接到小车变频器，用于速度反馈和位置控制。驱动装置控制小车机构的运行和制动等功能。注意：

小车电机和俯仰电机共用一套驱动装置。电气上使用了转换接触

器进行电机的联接转换。此接触器由逆变器和PLC共同控制。>

小车机构功能第十四页，共58页。小车停车限位漏斗智能减速位置漏斗停止位置卷

简减流箱制动器海侧极限限位海侧终点限位海侧减速检测限位船舶停止限位船舶智能减速位置小

车海陆侧签

别限位电机

动

器

PLC脉冲编码器漏斗智能减速位置陆倒减速检测国位漏斗停止位置陆侧终点限位陆倒极限限位McCPPPLCPcPLCMLc图

2

:

小

车

机

构

限

位

布

置

图俯

仰大

梁机械布置俯仰起升机构包括一个AC

电机联接一个减速箱。在电机

及减速箱之间的主轴上安装有一个液压推杆盘式制动

器。

AC

电机都为自冷却方式。机构还包括一套盘式

卷筒液压制动器，安装在卷筒旁边。电机非驱动侧安

装有测速编码器和超速开关。在减速箱的非传动侧的轴上经过一减速机构安装有一个凸轮限位开关。

驱动装置驱动装置由一套西门子AFE可回馈装置组成，包括一个

整流器和一个逆变器。整流器和逆变器都是6脉冲4象

限的数字式驱动装置。

PLC

为西门子S7-400

系列，利

用PROFIBUS

总线联接小车驱动装置。脉冲编码器接到俯仰逆变器，用于速度反馈和位置控制。驱动装置控制俯仰机构的运行和制动等功能。注意：

小车电机和俯仰电机共用一套驱动装置。电气上使用了转换接触器进行电机的联接转换。此接触器由逆变器和PLC共同控制俯仰起升机沟功能第十六页，共58页。俯仰应急驱动装置俯仰机构配备有应急驱动装置，由一个电机、减速

箱和联轴节组成。应急驱动装置可通过手动操作联轴节，连接到俯仰

机构上。只要联轴节不在正常的驱动装置位置上，俯仰的正

常驱动装置就被联锁不能动作。应急驱动装置的运行也由联轴节的位置联锁。只要

联轴节不在应急的驱动装置位置上，俯仰的应急驱动装置就被联锁不能动作。应急驱动装置能够独立于PLC和驱动器而工作。应急驱动装置的操作开关分布在机器房独立的操作站

上。在应急驱动装置运行时，紧停按钮、超速开关仍然有效

第十七页，共58页。大车机构包括二十个AC电机，并联联接。每个电机联接

一个减速箱。在电机及减速箱之间的主轴上各安装有

一个制动器。

AC

电机都为自冷方式。驱动装置由一套西门子AFE可回馈装置组成，包括一个整流器

和一个逆变器。整流器和逆变器都是6脉冲4象限的数字式驱动装置。PLC为西门子S7-400

系列，利用PROFIBUS

总线联接大车驱动装置。注意：

大车逆变器及小车/俯仰逆变器为公用直流母线方式，

即一个整流器下面并联连接大车逆变器及小车/俯仰逆变

器

。>

大车机构功能第十八页，共58页。电缆卷筒用于联接卸船机和码头高压电力系统。高压电缆绕在电缆卷筒卷盘上，当大车离开高压电缆坑时，

高压电缆将释放到大车轨道边的电缆槽里。高压电缆

传输三相高压电和地线。当大车运行到两端高压电缆终点(一般留2-3圈备用),凸轮限位动作，大车停止运行。当大车处于静止状态时，电缆卷筒电机不运转，制动

器制动。>

电缆卷筒第十九页，共58页。A、当大车向电缆坑行走时，电缆卷盘转动，收取电缆：

大车行走机构启动时略滞后电缆卷盘装置启动。大车行走停止运行后，电缆卷盘应延迟一段时间再停。大车在收取电缆时，保持足够力矩来卷取电缆，电缆卷筒由储缆电机驱动，制动器打开，电机为绕线式电机，力矩可用多级电阻

来切换。B

、

当大车向终点行走时，电缆卷盘放缆：电缆卷盘放出电缆时，保持一定力矩来张紧大车电缆，电缆卷筒由储

缆电机驱动，制动器打开，电机为绕线式电机，力矩可用多级电阻来

切换。C、

电缆坑附近：大车行走运行到电缆坑附近，凸轮限位断开信号，可以旁路

大车松缆信号，过了电缆坑后，凸轮限位又发出信号，大车

继续以正常速度运行。松缆、电缆坑、电缆拉力过大的判别：松缆：导缆架内的两个方向限位均不触发。报警，大车停止行走。电缆坑：导缆架内的两个方向限位均不触发，凸轮限位“电缆坑”触点

触发。电缆拉力过大：

导缆架内的两个过紧限位中的任何一个触发

且延时1-2秒，则报警，大车停止行走。第二十页，共58页震动给料机构为无级变速驱动，电机由一个变频器驱动。其

控制方式为启动和停止，并能用增加/减少按钮来控制其震动

速度。漏斗中物料流量的控制通过调节漏斗门的开闭来调节。震动给料第二十一页，共58页。>

电气原理图0102030405050708091011121314151617181920212223第三十二页，共58页。24

25262728293031323334353637383940电气主接线中采用了3套SIEMENS

公司的6SE71

调速柜；分别为支持、开闭和大小车/俯仰；其中支持、开

闭调速柜是同型号，同功率；由进线柜、滤波柜、整流/回馈AFE

柜和逆变INV

柜组成。整流/回馈AFE

柜的型号为6SE7041-1EK80;3AC400V;630KW;CKD;逆变柜INVERTER

的型号为6SE7041-1TK60;DC520V;630KW;SKD;第二十三页，共58页。增强书本型、书本型和装机装柜型装置如

6

SE7031-0EE60-ZSIMOVERT

MASTERDRIVES

6SE7

系列增强书本型、书本型和装机装柜型装置输出电流倍数如：24×13合×104合×100输出电流前两位电网电压代号如E

合3AC尺寸如装置尺寸E控制型式6△SIMOVERT功能状态用选件时的补充代号例：倍数=10输出电流前两位：10

输出电流值-100A380V～480V变频器型号说明MASTERDRIVES矢量控制第二十四页，共58页。变

频

调

速

柜如

6SE7131-6FD61-3BA0-ZSIMOVERT

MASTERDRIVES

6SE7

系列尺寸柜宽代号如尺寸D,

合1200mm控制型式6△SIMOVERT

MASTERDRIVES矢量控制机械设备型式如1A

装机装柜型E～G电气设备型式如32单象限工作变频器功能状态用选件时的补充代号变频调速柜输出电流倍数如：22×13合×104会×100输出电流前两位电网电压代号如FA3AC500V～600V例：倍数-10输出电流前两位：16

输出电流值=160A第二十五页，共58页。.Module0...I0.ComnentPS

4074ABES72CPU

416-2

DP6ES7V3.1DP16381P/P163843CP

443-1BGK7V2.0163724FCP

443-5

Ext6GK7V4.01637567BH

Contig

-[SIIATIC400

Station(Contiguration)--

ChaoThou

Gsu]Station

Idit

Insert

PIC

Yiew

Options

Yindew

HelpPress

Fl

to

get

Help.第二十六页，共58页。(0)

UH2WSI本型号卸船机采用S7400-2DP

PLC

通过PROFIBUS-DP总线及卸船机上的3套6SE71

调速柜进行通讯；通讯配置图如图2:支持和开闭调速柜的工艺板T300

之间的通讯通过硬接

线连接。第二十七页，共58页。自2008年8月后，上位机就经常同时报出

“PROFIBUS-DP

SLAVE(起升1变频器)通讯故障"和“起升编码器故障"。如图3;同时开闭调速柜的逆变柜控制面板

OP1S

报

“F119”。

故障报出后，急停后停止工作，

但是在卸船机和变频器的故障复位后，变频器都能够正常工作一段时间；热控维护人员更换了支持电机上的增量式编码器和S7-400

PLC

的

CPU

模块；故障变成偶尔发出；在ZPMC两名工程师的帮助下，对整套工控系统进行了检测；并在SIEMENSA&D

的服务热线支持下，更换了该套逆变柜中的主控板CUVC;

同时按照SIEMENS

公

司的技术要求，对PROFIBUS

总线的各个通讯DP

终端头的的接地重新压接。设备运行正常一周时间后，上位机于2008年10月22日再次报出相同故障；更换闭环控

制板CUVC

及重新制作

PROFIBUS

通讯终端头后，故障依然如故。直到2008年10月30日凌晨，卸船机停止了运行，甚至发生调速柜一送

控制电，上位机就报通讯故障；至此，#1卸船机彻底地瘫痪。变频器故障一

：通训故障第二十八页，共58页。008-调号还年回期

运摔机构

选择故障10-29

2008-10-28

ce

1Fault支生时间决时间动障号胡道措述2008-10-2918:38.142008-10-2918:38:28FLT1001PROFIBUS-DP

SLAVE(起升1支频器)通讯故障2008-10-2918:38:142008-10-2918:3828FLT3025起升编码器故障2008-10-2918.22:112008-10-2918:2224FLT1001PROFIBUS-DP

SLAVE(起升1变频器)通讯故障2008-10-2918:22:112008-10-2918:22:24FLT3025起升编码器故障2008-10-2918:06:252008-10-29.1806:36FLT1001PROFIBUS-DP

SLAVE(起升1变频器)通讯故障2008-10-2918:06:252008-10-2918:06:33FLT3025起升编码器故障2008-10-2917:35:262008-10-2917:3539FLT1001PROFIBUS-DP

SLAVE(起升1变频器)通讯故障2008-10-2917:35:262008-10-2917:35.39FLT3025起升编码器故障2008-10-2917:27:372008-10-29173433FLT1001PROFIBUS-DP

SLAVE(起升1变频器)通讯故障2008-10-2917:27:372008-10-2917:3433FLT3025起升编码器故障2008-10-2912-56:572008-10-291505:57FLT1000PROFIBUS-DP

SLAVE(HIC

AFE1)通讯故障2008-10-2912

·57:112008-10-2915:0557FLT1002PROFIBUS-DP

SLAVE(开闭斗1变频器)通讯故障2008-10-2912:57:132008-10-2915:05:57ELT1003PROFIBUS-DP

SLAVE

(HIC

AFE②通讯故随2008-10-2913:34:312008-10-2915:0557FLT1006PROFIBUS-DP

SLAVE(T/B/G

AF日)通讯故障2008-10-2913.34.312008-10-2915-05:57FLT1007PROFIBUS-DP

SLAVE(小车俯仰支频器)通讯故障2008-10-2912:56.562008-10-2915.05.57FLT1001PROFIBUS-DP

SLAVE(起升1变频器)通讯故障2008-10-299:02:112008-10-299:02:48FLT3129小车制动器1释放故障2008-10-299.01:362008-10-299:02-36FLT3130小车制动器2释放故障2008-10-299:00:492008-10-299:01:02FLT3129小车制动器

放故障遵总数：

28

页数：

1/2

叫

转到第

页故障信息

保

存第二十九页，共58页。2008年10月30日下午，

SIEMENS

A&D华东区服务人员和ZPMC

技术服务人员一同到达公司现场。按照SIEMENS

公司的检测规范，首先对电子箱中的选件板CUVC、ADB、工艺板T300

和通讯板CBP2

进行了检测；发现ADB

适配板、T300

工艺板和CBP2

通讯板都已经烧坏，不再可以正常工作。但由于电子箱中的CUVC

主控板未烧坏，

A&D

服务人员认为PSU

控制电源板不存在问题；仅仅按照SIEMENS

公司的服务规范中EMC

电磁屏蔽规约中的要求重新敷设及压接

PROFIBUS

DP通讯终端头。在以上工作完成后，对调速系统送电，发现上位机仍然报出

同类故障。向其服务中心请求支援后。回复仍然是按照规范重新检

查一遍。在我们的一再要求下，该A&D

服务人员开始对该逆变柜进行解体检查

(需要注意的是在保修期内，仅SIEMENS公司的服务人员才有资格进行变频器

的解体检查，否则不予以质保)。经过不懈努力，在拆卸下电源板PSU

及安全停车模块SSB

后，发现了

其+5V电源端子(第6针脚)已经过热烧坏；如图：第三十页，共58页。第三十一页，共58页。第三十二页，共58页。逆变柜内的电源板PSU

和SSB

安全停车板的+5V

端子烧坏，导致PSU

电源板输出电压、电流不稳定，造成各电路板瞬间断电，导

致工艺板T300、

通讯板CBP2、

适配板ADB

等电子板卡工作不正常，

故障扎堆乱报，无法按照设备说明手册查询故障。且容易烧毁各个

板卡，严重威胁卸船机的正常作业安全稳定，给用户造成重大经济

损失，。第三十三页，共58页。2009年，#1卸船机支持调速柜“逆变柜"经常报报"F006”直流母线过电压故障；但在复位后调速柜可以正常运

行。经过一段时间后，无法再通过复位再投入运行。经检查发现逆变柜未发现部件异常；后经过查找变频器手册，怀疑是AFE

存在问题；通过用手电

查找，最终发现了AFE

柜内的一个电容端子被烧焦、烧断。>变频器故障二：直流母线过电压故障第三十四页，共58页。第三十五页，共58页。3FE

AC

50/C

380-46M<)9T21.35第三十六页，共58页。<>S

HUT212?第三十七页，共58页。第三十八页，共58页。处理措施：因为当时没有备件，而经咨询SIEMENS

公司，也没有现货。再经过仔细检查，发现电容本身没有问题，仅仅的是接线端子烧黑了。简单打磨处理后，重新送电后调速柜运行正常。第三十九页，共58页。故障一：卷筒无法卷缆本故障在#2卸船机发生过2次，时间都是在2009

年。原因都是卷筒控制箱内的接触器的延时接点模

块故障。一次是K2继电器；

一次是K13

继电器。电缆卷筒电气故障：第四十页，共58页.电缆卷筒系统组成：1、

卷筒控制箱；2、

卷筒电机电阻箱；3、

卷筒电机及卷盘机构；第四十一页，共58页。门KM

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294

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Rotorstufen,第四十三页，共58

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34

X14.32.6CRANEDRIVESLACK

CABLEK17|X1.28×124K151K18K13K13K12K14K11K12k113.4X14239RK14

51K44

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K16

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REELCetriekeschalteronoer

Kabeltrornel2/8x1

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CABLE

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CNSchlappkabel

oufsikkeinK1793315B第四十五页，共58页。2/8K1B/A2x1

44

4554…0m………9ACCELERATTONX1

50x1

47X1

48x1

52X1.29K15K14EMPTY4.2REELS101928D故障二：

卷筒溜缆2011年6月22日，热控反映说#1卸船机电缆卷筒松缆，经调制电缆卷筒编码器后无效，电缆下放的厉

害。收不住。后检查发现电缆卷筒电机的制动器盘片

松动。处理措施：调整制动器盘片位置后电缆卷筒运

行正常。第四十六页，共58页。故障一

：变频器故障变频器故障发生过三次，主要是报F026;F029;

主要原因

主要是变频器的驱动集成板块故障。处理措施都是更换变频器；司机室电气故障：第四十七页，共58页。V6

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58页.28293031323334353637383940zaloCABIOu.F323

24工YmLLau故障二：小车行走机构故障小车行走机构齿轮箱故障，导致开关跳闸。处理措施都是机务更换了司机室小车行走机构；第五十页，共58页。故障一：振动给料变频器接地故障#2卸船机振动给料变频器报"F025"故障一次，主

要原因主要是变频器到振动给料电机的电缆有一相

接地。处理措施是将零相电缆芯线及接地芯线调换；投

运后运行正常至今。振动给料器电气故障：第五十一页，共58页。□vFjcn41e:50ASetting

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