摘要：針對壓力變送器在接卸作業(yè)過(guò)程中會(huì )因計重誤差等原因造成超載作業(yè)，存在安全隱患，對專(zhuān)業(yè)散貨泊位造成一定安全風(fēng)險。通過(guò)對壓力變送器超載作業(yè)的危 害、影響因素進(jìn)行分析，基于提高稱(chēng)重系統快速性、精準性等技術(shù)措施，提出超載保護方 法，為壓力變送器安全運行提供技術(shù)保障。
引 言
隨著(zhù)港口碼頭大型化、專(zhuān)業(yè)化的發(fā)展趨勢和智慧港口的建設需求，對碼頭前沿接卸設備提出 更高的要求，同時(shí)，隨著(zhù)信息技術(shù)的快速發(fā)展，散貨碼頭卸船設備不斷更新?lián)Q代，壓力變送器 因其結構和機構成熟，不易損壞、易于維保等特點(diǎn)，在專(zhuān)業(yè)化散貨泊位得到廣泛應用。橋式抓斗卸 船機因作業(yè)工況復雜、開(kāi)閉斗沖擊大等影響，易造 成抓斗超載，進(jìn)而導致設備損壞。目前，門(mén)機、岸橋等港機設備已經(jīng)擁有比較完善的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重和超載報警系統，但壓力變送器因其結構特點(diǎn)和作 業(yè)工況，尚未形成完善的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重方法。
以唐山港集團股份有限公司為例，該公司現 有 6 臺四卷筒差動(dòng)式鋼絲繩牽引小車(chē)壓力變送器，可沿碼頭軌道運行，其接卸煤炭能力為2 100 t/h，接卸礦石能力為 2 500 t/h。根據大比重 貨物南非粉 95%抓取量的超載測試結果，27 次抓 取中超載達到 110%報警 6 次，漏報 4 次，報警正 確率為 60%，不利于卸船機安全運行、碼頭裝卸生產(chǎn)安全。
1 超載作業(yè)危害
超載保護始終是港機設備安全管理領(lǐng)域中的重要研究課題，超載作業(yè)通常有以下危害：
（1）影響鋼絲繩及其連接件的使用壽命。起升 開(kāi)閉鋼絲繩分別自起升、開(kāi)閉 4 個(gè)卷筒，經(jīng)機房 滑輪組、海陸側改向滑輪組、主小車(chē)滑輪組后，分 別在抓斗上固定。以唐山港卸船機為例，其主繩 采用直徑 53 mm 鋼絲繩，海側開(kāi)閉為左旋 260 m， 海側起升為右旋 260 m，陸側開(kāi)閉為右旋 230 m，陸側起升為左旋 230 m。抓斗繩為海側 35.5 m，陸 側 34 m，梨形頭和 C 型扣采用配套的 # 17 產(chǎn)品。卸船機鋼絲繩及其連接件頻繁超負荷承重，會(huì )導 致鋼絲繩斷絲、斷股，連接件異常磨損甚至斷裂， 極易造成機損船損事故。
（2）造成鋼結構疲勞損傷。卸船機前大梁長(cháng)期處于過(guò)負荷工作狀態(tài)時(shí)，會(huì )導致鋼結構變形開(kāi)裂， 嚴重影響運行安全。
（3）加大傳動(dòng)機構的工作負荷。變頻器長(cháng)期處于過(guò)負荷高溫工作狀態(tài)，加大電氣房散熱難度，易 報過(guò)溫故障，且嚴重時(shí)會(huì )導致 IGBT 板等關(guān)鍵配件 損壞，導致設備停機。
（4）降低生產(chǎn)效率。以唐山港卸船機為例，艙內抓料平均高度為 -8 m，按照目前的超載程序設 計，每次讀取稱(chēng)重值均在 10 m 高度。-8 m 至起升 高度 10 m 的距離為18 m。按照卸船機抓斗滿(mǎn)載下降速度為 200 m/min，即3.3 m/s，單程下降時(shí)間為5.5 s；卸船機抓斗滿(mǎn)載上升速度為160 m/min，即 2.7 m/s，單程上升時(shí)間為 6.7 s；開(kāi)斗、放料、閉 斗的平均時(shí)間為8 s。按此計算每當超載達到125%時(shí)，抓斗回程放料的往返時(shí)間為 20 s。按照卸船機作業(yè) 55 s 單斗循環(huán)計算，抓斗超載時(shí)回艙卸 載的時(shí)間占抓斗循環(huán)時(shí)間的 36%，嚴重影響作業(yè)效率。
2 超載原因
2.1 貨種原因 接卸貨物比重大。2016 年，唐山港接卸礦石船舶 262 艘次，卸船吞吐量 3 839 萬(wàn) t，其中南非粉、巴西粉、秘魯精粉、智利精粉、南非塊等品位63.3%以上的大比重貨物為 696 萬(wàn) t，占全部卸船量的 18.13%，該情況尤其在船舶開(kāi)艙作業(yè)時(shí)更為 突出，貨面平整容易抓取，加之貨物比重較大，作業(yè)過(guò)程中易出現超載現象。
2.2 設置原因
抓斗抓取量設置不合理。唐山港現有的變斗容礦石抓斗適用的物料比重為 2.0/2.5，抓斗斗容為19.5/15.6 m3。卸船作業(yè)時(shí)，卸船機司機根據貨種特 性和作業(yè)階段對抓取量進(jìn)行設置，實(shí)現滿(mǎn)斗抓料的 同時(shí)避免抓斗超載，抓取量通過(guò)控制起升鋼絲繩松繩補償的張緊力，實(shí)現自動(dòng)調整內部挖掘深度。若抓取量設置偏大，達到 110%超載時(shí)，抓斗在起升階段會(huì )報出超載報警，達到 125%超載時(shí)，抓斗會(huì )報出 超載故障，程序禁止抓斗向卸料系統放料，司機需將抓斗返回艙內進(jìn)行減載；若輕載抓取物料，貨物 凈重明顯小于卸船機作業(yè)能力時(shí)，浪費卸船機性能，延長(cháng)船舶在港停時(shí)，加大電能消耗。
3 基于稱(chēng)重技術(shù)的超載保護問(wèn)題
3.1 超載保護形式
目前，壓力變送器超載保護方式包括硬 件超載保護和軟件超載保護 2 種方式。
（1）硬件超載保護一般將傳感器連接在前后 大梁起升改向滑輪的傾轉裝置上，傳感器將輸出 信號送至重量變送器，重量變送器將傳感器上的 負荷電壓信號轉換成電流信號，#終傳送到司機室顯示控制儀表。該保護方式需要購置安裝硬件、 定期校準零點(diǎn)、需要安排日常點(diǎn)檢維護，而且存在故障報出緩慢，影響作業(yè)效率等問(wèn)題。
（2）軟件超載保護一般分為超載報警判斷和 超載故障判斷 2 部分。其中：超載報警判斷是在 超載高于 110%的情況下，僅作聲光報警，不作設 備急停，減載至 90%后報警解除；超載故障判斷是在超載高于 125%的情況下，上升過(guò)程且起升10 m 高度以下時(shí)設備急停，復位后將抓斗移回艙內減載。
3.2 超載保護問(wèn)題
壓力變送器利用現有技術(shù)稱(chēng)重時(shí)計重誤 差較大，且超載報警存在漏報現象，對卸船機司機操作技術(shù)和經(jīng)驗有較高要求，主要造成以下后果：
（1）因超載報警存在誤報、漏報現象，易加劇設備疲勞損傷，造成機損、船損事故。
（2）超載報警和故障的判斷需要在 10 m 等較高的高度完成，判斷遲緩。
（3）由于程序原因，稱(chēng)重數值可能取在力矩曲線(xiàn)的波峰或波谷位置，造成稱(chēng)重數值不準確。
綜合上述情況，為保障設備安全運行、稱(chēng)重快 捷精準，須研制新的控制程序，達到降低硬件維護 成本，同時(shí)快速精準地判斷超載的目的。
4 超載保護改進(jìn)方法
卸船機的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重，可選取變頻器起升開(kāi)閉 力矩曲線(xiàn)作為計算變量。每個(gè)作業(yè)循環(huán)內的力矩 曲線(xiàn)，只針對當前特定的一斗貨物。因此，通過(guò)分 析曲線(xiàn)的波動(dòng)情況找到波動(dòng)規律，是分析和改進(jìn)軟件稱(chēng)重的重要方法。
起升和開(kāi)閉力矩曲線(xiàn)見(jiàn)圖 1。抓斗抓料閉合 后，起升力矩曲線(xiàn)和開(kāi)閉力矩曲線(xiàn)shou先呈軸對稱(chēng) 波動(dòng)形態(tài)，為寬幅振蕩過(guò)程，然后呈同向波動(dòng)形態(tài)，為窄幅振蕩過(guò)程。
將起升力矩曲線(xiàn)和開(kāi)閉力矩曲線(xiàn)上對應于每 個(gè) PLC 掃描周期的數值相加并除以 2，即得到起 升開(kāi)閉力矩的平均值，再將這一系列平均值通過(guò) 累計均值法進(jìn)行處理，即可得到更加平滑的曲線(xiàn)。 該曲線(xiàn)為每次作業(yè)循環(huán)中對于特定一斗物料的變 頻器力矩輸出值。力矩與物料重量存在比例關(guān)系， 可按此原理將力矩轉化為當前起升總重�？傊嘏c+++++-抓斗凈重相減，即可得到貨物凈重。
選取不同卸船機司機、不同作業(yè)階段、不同貨 種、不同抓料位置進(jìn)行力矩曲線(xiàn)測試，并按照上述 方法進(jìn)行曲線(xiàn)數據的二次處理，可得到每個(gè)作業(yè)循環(huán)中經(jīng)過(guò)數據處理的變頻器力矩曲線(xiàn)。在不同 工況條件下作業(yè)循環(huán)中經(jīng)過(guò)數據處理的變頻器力矩曲線(xiàn)見(jiàn)圖 2。程序自抓斗閉合開(kāi)始處理力矩曲線(xiàn)數據，可以在幾秒內將誤差快速限定，即抓斗在 艙內的起升瞬間，程序即可快速精準地判斷該斗 貨物是否超載。
5 結 語(yǔ)
針對專(zhuān)業(yè)散貨泊位壓力變送器的共性問(wèn) 題，研發(fā)一種快捷精準的壓力變送器動(dòng)態(tài)稱(chēng) 重方法，實(shí)際解決專(zhuān)業(yè)散貨碼頭壓力變送器 稱(chēng)重誤差大和漏報警等問(wèn)題，解決生產(chǎn)作業(yè)和超 載量過(guò)大時(shí)司機反復操作相互制約的難題。降低 船舶在港停時(shí)，提升散貨碼頭綜合服務(wù)能力，為國內港口專(zhuān)業(yè)化散貨碼頭智能化壓力變送器的 設計、建造提供參考和借鑒，為大數據采集、貨船 載貨量稱(chēng)重和智慧港口建設提供堅實(shí)的基礎技術(shù)支撐。
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