基于CAN总线的集装箱岸桥与吊具通用改造
邓文飞1，邓荣军2，肖小平3
（1.宁波北仑国际集装箱码头有限公司，浙江宁波，315800；
2.宁波镇海港埠公司，浙江宁波，315800；
3.宁波北仑第一集装箱码头有限公司，浙江宁波，315800）
摘要：针对不同码头集装箱岸桥与吊具之间相互不能通用的问题，基于CAN总线通信协议，提出岸桥与吊具实施接口改造的可行性方案并进行实践检验，确定最优方案，最终实现码头岸桥设备一体化运行。
关键词：港口；岸桥；吊具；CAN总线
0 引 言
码头公司的整合能够大幅提升码头的作业能力，对码头设备的一体化运作提出更高要求，在此，以宁波北仑第一集装箱码头有限公司（以下简称“北一集司”）为例，对岸桥与吊具一体化进行深入的研究实践。北一集司的前身北仑集装箱公司，是宁波舟山港最早的专业集装箱码头公司之一，现由宁波北仑国际集装箱码头有限公司（以下简称“NBCT”）和岸线长度为499 m的多用途码头泊位（以下简称“499码头”）构成，17台岸桥设备分别为德国诺尔、日本三井、上海振华品牌（北一集司岸桥配置见表1），24台吊具设备分别为瑞典BROMMA和上海振华吊具品牌。
CAN总线通信技术以其可靠性能广泛应用于工业领域。近几年，北一集司吊具电控系统全部升级为德国易福门IFM CAN总线系统，岸桥与吊具之间通信方式为点对点与CAN总线通信并存。
1 问题提出
2017年，北一集司整合运营后，由于码头岸桥之间设备标准不统一，吊具之间不能互换使用，达不到公司一体化运作要求。经统计，北一集司吊具与岸桥适用情况见表2。
为实现北一集司岸桥与吊具设备之间完全通用，需要解决如下问题：一是吊具与岸桥连接接口统一；二是吊具I/O地址统一；三是岸桥与吊具之间稳定的数据传输。
2 解决方案
2.1 吊具与岸桥连接接口统一
目前NBCT 11台岸桥采用的是国产37芯电气接口，NBCT吊具吊架电气接口见图1。499码头6台岸桥采用美国产安费诺42芯电气接口，499码头吊具吊架电气接口见图2。两者不能混用，需要统一电气接口。
图1 NBCT吊具吊架电气接口
图2 499码头吊具吊架电气接口
经过调查研究，提出3种电气接口改造方案备选，并对各方案改造费用和后期维护成本进行比较。备选电气接口改造方案功能和成本比较见表3。
方案1和方案2兼顾点对点和CAN总线通信，方案3尝试加装1款公共接口，仅使用CAN总线通信，新装7芯电气接口及功能图见图3。从改造费用来看：方案1和方案2费用较高，后期的维护费用也较高（按接口备用成本，以每年损坏1个计算）；方案3费用较低，按每年备用2套接口，每年维护成本只要约300元，关键在于能否长期稳定运行，这需要通过实践来检验。
图3 新装7芯电气接口及功能图
2.2 吊具I/O地址统一
分别对岸桥主PLC和吊具PLC中I/O地址和通信模块的配置进行统一。新岸桥都按标书要求支持CAN总线通信功能，而2台老岸桥# 151和# 156不具备此功能，需要在司机室PLC从站硬件配置中加装安川261IFDP接口模块和IFM CR3120通信模块，并且将这6台岸桥的吊具PROFIBUS DP从站地址配置统一为32，以NBCT为标准。主PLC吊具I/O地址配置截图见图4。此外，还需要对其他10台吊具的PLC程序中向主PLC的传输程序段进行I/O点位位置统一。
图4 主PLC吊具I/O地址配置截图
2.3 稳定的数据传输
吊具通信线路走向为：吊具接线箱→电气连接接口→吊架接线箱→吊具悬挂电缆→卷盘侧接线箱→低压滑环箱→司机室。对点对点通信而言，所有的吊具命令和信号接近30个，经过7个连接点，2次转换，形成近200个故障点，其中低压滑环箱和电气连接接口是比较关键的点。为降低故障率，应实现稳定的数据传输，以满足总线通信为首要目标。首先，对# 151和# 156岸桥进行吊具电缆卷取机构全变频改造，对使用近20 a且故障率较高的低压滑环箱升级。其次，对所有岸桥设备加装吊具泵电源滤波器，剔除高次谐波干扰。最后，比较3种电气接口，发现前2种接口存在共同的现象：一是多次更换吊具后，接口母端卡簧片容易松弛，导致接触不良；二是作业中螺纹连接紧固处容易松动脱开，造成吊具故障，严重时会烧毁接口。以2018年# 151~# 156吊具故障为例，全年吊具总计出现故障56次，其中接口故障14次（# 156烧毁1次，直接损失约9 000元），故障占比25%。CAN总线在港机实际运用中，要求连接可靠，排除干扰，方可稳定运行。实践表明，连接松弛是导致CAN总线数据包丢失的症结所在，需要重点予以解决。基于以上研究数据，可按第3种方案进行局部改造和测试。
3 测试和试运行
方案3中的7芯电气接口，其连接非常紧密，理论拔插寿命高达500次以上，实际使用过程中，技术人员分别进行检验：
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2018年4月12日，振华# 51吊具上# 156岸桥进行新接口双线通信作业测试，于5月2日下机，3周作业19 805 TEU，无故障。
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2018年5月7日，振华# 51吊具上NBCT # 108岸桥进行吊具功能测试，确认吊具信号点位传输、吊具命令与动作匹配，当日下机。
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2018年8月30日，振华# 51吊具上# 151岸桥进行长期作业稳定性试验，12月20日下机，作业41 529 TEU，通信稳定，无故障。
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2018年11月20日，振华# 56吊具上NBCT # 105岸桥，进行互换作业试验，至12月27日，作业18 211 TEU，无故障。
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2018年11月22日，振华# 58吊具上# 155岸桥作业，至2019年1月1日，作业21 457 TEU，无故障。
测试和试运行结果达到预期，运行稳定，今后，将按照方案3对其他NBCT岸桥、吊具进行接口改造，实现北一集司所有岸桥与吊具之间完全通用。
4 结 语
实践表明，按照方案3，使用CAN总线通信，省去点对点通信中吊具命令和信号的转换环节，可实现岸桥与吊具稳定运行，使北一集司实现岸桥与吊具设备一体化运行。码头公司可根据实际情况合理配置备用吊具数量，从而减少固定资产投入。
