数据追踪在港口起重设备驱动故障分析中的应用

邹志伟

港口起重设备的驱动系统在作业过程中往往会出现一些疑难故障，要找出故障原因，需要分辨率达毫秒级且能全面表征系统运行状态的数据。港口装卸领域广泛应用的安川驱动系统自带的CP-717软件具有数据追踪功能，可以采集机构运行中的速度给定、速度反馈、电流、力矩、刹车反馈等关键数据，有助于分析偶发性故障、多驱动协同类故障产生的原因。

1 港口起重设备驱动故障典型案例

1.1 轮胎吊起升机构偶发异常抖动且减速箱轴开裂

2011年底，深圳蛇口集装箱码头有限公司（以下简称蛇口集装箱码头）某台轮胎吊的起升机构在作业过程中偶尔出现异常抖动的情况。在排除电机、减速箱、起升手柄、起升电机速度编码器等可能导致故障的因素后，维修人员通过更换驱动器触发板排除设备偶发异常抖动故障，并发现起升机构减速箱100轴出现裂纹（见图1）。

利用驱动系统数据追踪功能采集起升机构的速度给定、速度反馈、电流反馈、力矩反馈等数据，分析起升机构抖动及减速箱轴产生裂纹的原因。分别采集起升机构抖动时和正常运行时时间间隔的100个速度给定和速度反馈数据；分析这些数据可知，在速度给定稳定时，速度反馈围绕速度给定上下波动。结合材料力学对断裂原因的分析[1-2]，确定驱动器触发板异常是导致起升机构偶发异常抖动的原因，而这种高频、类似周期性的抖动正是造成减速箱100轴产生高周期疲劳裂纹的原因。

1.2 轮胎吊大车停车偶发甩动

2012年初，蛇口集装箱码头某台轮胎吊出现大车停车时偶尔甩动的情况。此故障具有偶发性，容易造成司机心理恐慌，且存在损坏自动接驳小车的风险。在现场对设备进行全面排查的过程中，利用驱动系统数据追踪功能采集4个大车驱动器的状态数据及大车刹车状态数据（见图2），发现大车2号驱动器在大车停车刹车仍然打开时会出现短暂（）放弃控制大车2号电机的情况，此时大车2号驱动器的速度反馈、电流反馈、力矩反馈均为0。

对利用安川系统数据追踪功能采集的数据进行分析，发现大车停车时甩动是由大车2号驱动器引起的。通过检查，发现大车2号驱动器处在开环矢量控制方式下，将其修改为闭环矢量控制方式后，采集到如图3所示的数据，大车停车偶发甩动故障随之消失。同时，通过分析采集的数据可以了解安川G7变频器开环矢量控制方式与闭环矢量控制方式的差异，为后续大车测速编码器损坏等情况处理规范的建立提供了理论依据。

1.3 轮胎吊大车向左全速易跑偏

2012年底，蛇口集装箱码头某台轮胎吊在作业过程中出现大车向左全速易跑偏的情况。由于其纠偏难度较大，造成作业效率低下。

由于导致大车跑偏的原因有多种，为更快地找出大车跑偏产生的原因，利用驱动系统数据追踪功能采集4个大车驱动器状态数据，发现大车1号驱动器的力矩被限制为电机额定转矩的46%，而利用数据追踪功能采集的同批次另外一台轮胎吊大车1号驱动器的力矩可以达到电机额定转矩的230%。分析采集的数据发现，大车向左全速易跑偏是由大车1号驱动器力矩被限制引起的。调整相关驱动器参数后，跑偏故障随之消失。

跑偏是轮胎吊常见故障，这次故障的解决为蛇口集装箱码头轮胎吊大车自动纠偏优化改造找到方向。

2 数据追踪在起重设备驱动故障分析中的应用原理

2.1 确定需要采集的数据及触发条件

如图4所示，在系统中填入需要采集的数据和触发条件及相关条件后即可实现对需要数据的采集。

2.2 导出数据

数据导出步骤见图5～7，详细步骤可参考安川驱动系统CP-717软件操作手册。

2.3 分析追踪数据

分析追踪数据一般使用Excel软件，其插入图表功能及数据排序功能基本可以满足数据分析的要求。当然，其他专业的数据分析软件（如MATLAB等）也可以用来分析数据。根据Excel图表分析数据变化趋势，通过数据排序找出在很短的时间段内出现的异常数据，从而实现对故障点的判断。

参考文献：

[1] 周承恩，谢季佳，洪友士. 超高周疲劳研究现状及展望[J].机械强度，2004，26（5）：526-533.

[2] 周为富，赵振华，陈伟. 钛合金高周疲劳特性的影响因素分析[J]. 现代机械，2009（3）：90-93.

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2014-09-11）

港口起重设备的驱动系统在作业过程中往往会出现一些疑难故障，要找出故障原因，需要分辨率达毫秒级且能全面表征系统运行状态的数据。港口装卸领域广泛应用的安川驱动系统自带的CP-717软件具有数据追踪功能，可以采集机构运行中的速度给定、速度反馈、电流、力矩、刹车反馈等关键数据，有助于分析偶发性故障、多驱动协同类故障产生的原因。

1 港口起重设备驱动故障典型案例

1.1 轮胎吊起升机构偶发异常抖动且减速箱轴开裂

2011年底，深圳蛇口集装箱码头有限公司（以下简称蛇口集装箱码头）某台轮胎吊的起升机构在作业过程中偶尔出现异常抖动的情况。在排除电机、减速箱、起升手柄、起升电机速度编码器等可能导致故障的因素后，维修人员通过更换驱动器触发板排除设备偶发异常抖动故障，并发现起升机构减速箱100轴出现裂纹（见图1）。

利用驱动系统数据追踪功能采集起升机构的速度给定、速度反馈、电流反馈、力矩反馈等数据，分析起升机构抖动及减速箱轴产生裂纹的原因。分别采集起升机构抖动时和正常运行时时间间隔的100个速度给定和速度反馈数据；分析这些数据可知，在速度给定稳定时，速度反馈围绕速度给定上下波动。结合材料力学对断裂原因的分析[1-2]，确定驱动器触发板异常是导致起升机构偶发异常抖动的原因，而这种高频、类似周期性的抖动正是造成减速箱100轴产生高周期疲劳裂纹的原因。

1.2 轮胎吊大车停车偶发甩动

2012年初，蛇口集装箱码头某台轮胎吊出现大车停车时偶尔甩动的情况。此故障具有偶发性，容易造成司机心理恐慌，且存在损坏自动接驳小车的风险。在现场对设备进行全面排查的过程中，利用驱动系统数据追踪功能采集4个大车驱动器的状态数据及大车刹车状态数据（见图2），发现大车2号驱动器在大车停车刹车仍然打开时会出现短暂（）放弃控制大车2号电机的情况，此时大车2号驱动器的速度反馈、电流反馈、力矩反馈均为0。

对利用安川系统数据追踪功能采集的数据进行分析，发现大车停车时甩动是由大车2号驱动器引起的。通过检查，发现大车2号驱动器处在开环矢量控制方式下，将其修改为闭环矢量控制方式后，采集到如图3所示的数据，大车停车偶发甩动故障随之消失。同时，通过分析采集的数据可以了解安川G7变频器开环矢量控制方式与闭环矢量控制方式的差异，为后续大车测速编码器损坏等情况处理规范的建立提供了理论依据。

1.3 轮胎吊大车向左全速易跑偏

2012年底，蛇口集装箱码头某台轮胎吊在作业过程中出现大车向左全速易跑偏的情况。由于其纠偏难度较大，造成作业效率低下。

由于导致大车跑偏的原因有多种，为更快地找出大车跑偏产生的原因，利用驱动系统数据追踪功能采集4个大车驱动器状态数据，发现大车1号驱动器的力矩被限制为电机额定转矩的46%，而利用数据追踪功能采集的同批次另外一台轮胎吊大车1号驱动器的力矩可以达到电机额定转矩的230%。分析采集的数据发现，大车向左全速易跑偏是由大车1号驱动器力矩被限制引起的。调整相关驱动器参数后，跑偏故障随之消失。

跑偏是轮胎吊常见故障，这次故障的解决为蛇口集装箱码头轮胎吊大车自动纠偏优化改造找到方向。

2 数据追踪在起重设备驱动故障分析中的应用原理

2.1 确定需要采集的数据及触发条件

如图4所示，在系统中填入需要采集的数据和触发条件及相关条件后即可实现对需要数据的采集。

2.2 导出数据

数据导出步骤见图5～7，详细步骤可参考安川驱动系统CP-717软件操作手册。

2.3 分析追踪数据

分析追踪数据一般使用Excel软件，其插入图表功能及数据排序功能基本可以满足数据分析的要求。当然，其他专业的数据分析软件（如MATLAB等）也可以用来分析数据。根据Excel图表分析数据变化趋势，通过数据排序找出在很短的时间段内出现的异常数据，从而实现对故障点的判断。

参考文献：

[1] 周承恩，谢季佳，洪友士. 超高周疲劳研究现状及展望[J].机械强度，2004，26（5）：526-533.

[2] 周为富，赵振华，陈伟. 钛合金高周疲劳特性的影响因素分析[J]. 现代机械，2009（3）：90-93.

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2014-09-11）

港口起重设备的驱动系统在作业过程中往往会出现一些疑难故障，要找出故障原因，需要分辨率达毫秒级且能全面表征系统运行状态的数据。港口装卸领域广泛应用的安川驱动系统自带的CP-717软件具有数据追踪功能，可以采集机构运行中的速度给定、速度反馈、电流、力矩、刹车反馈等关键数据，有助于分析偶发性故障、多驱动协同类故障产生的原因。

1 港口起重设备驱动故障典型案例

1.1 轮胎吊起升机构偶发异常抖动且减速箱轴开裂

2011年底，深圳蛇口集装箱码头有限公司（以下简称蛇口集装箱码头）某台轮胎吊的起升机构在作业过程中偶尔出现异常抖动的情况。在排除电机、减速箱、起升手柄、起升电机速度编码器等可能导致故障的因素后，维修人员通过更换驱动器触发板排除设备偶发异常抖动故障，并发现起升机构减速箱100轴出现裂纹（见图1）。

利用驱动系统数据追踪功能采集起升机构的速度给定、速度反馈、电流反馈、力矩反馈等数据，分析起升机构抖动及减速箱轴产生裂纹的原因。分别采集起升机构抖动时和正常运行时时间间隔的100个速度给定和速度反馈数据；分析这些数据可知，在速度给定稳定时，速度反馈围绕速度给定上下波动。结合材料力学对断裂原因的分析[1-2]，确定驱动器触发板异常是导致起升机构偶发异常抖动的原因，而这种高频、类似周期性的抖动正是造成减速箱100轴产生高周期疲劳裂纹的原因。

1.2 轮胎吊大车停车偶发甩动

2012年初，蛇口集装箱码头某台轮胎吊出现大车停车时偶尔甩动的情况。此故障具有偶发性，容易造成司机心理恐慌，且存在损坏自动接驳小车的风险。在现场对设备进行全面排查的过程中，利用驱动系统数据追踪功能采集4个大车驱动器的状态数据及大车刹车状态数据（见图2），发现大车2号驱动器在大车停车刹车仍然打开时会出现短暂（）放弃控制大车2号电机的情况，此时大车2号驱动器的速度反馈、电流反馈、力矩反馈均为0。

对利用安川系统数据追踪功能采集的数据进行分析，发现大车停车时甩动是由大车2号驱动器引起的。通过检查，发现大车2号驱动器处在开环矢量控制方式下，将其修改为闭环矢量控制方式后，采集到如图3所示的数据，大车停车偶发甩动故障随之消失。同时，通过分析采集的数据可以了解安川G7变频器开环矢量控制方式与闭环矢量控制方式的差异，为后续大车测速编码器损坏等情况处理规范的建立提供了理论依据。

1.3 轮胎吊大车向左全速易跑偏

2012年底，蛇口集装箱码头某台轮胎吊在作业过程中出现大车向左全速易跑偏的情况。由于其纠偏难度较大，造成作业效率低下。

由于导致大车跑偏的原因有多种，为更快地找出大车跑偏产生的原因，利用驱动系统数据追踪功能采集4个大车驱动器状态数据，发现大车1号驱动器的力矩被限制为电机额定转矩的46%，而利用数据追踪功能采集的同批次另外一台轮胎吊大车1号驱动器的力矩可以达到电机额定转矩的230%。分析采集的数据发现，大车向左全速易跑偏是由大车1号驱动器力矩被限制引起的。调整相关驱动器参数后，跑偏故障随之消失。

跑偏是轮胎吊常见故障，这次故障的解决为蛇口集装箱码头轮胎吊大车自动纠偏优化改造找到方向。

2 数据追踪在起重设备驱动故障分析中的应用原理

2.1 确定需要采集的数据及触发条件

如图4所示，在系统中填入需要采集的数据和触发条件及相关条件后即可实现对需要数据的采集。

2.2 导出数据

数据导出步骤见图5～7，详细步骤可参考安川驱动系统CP-717软件操作手册。

2.3 分析追踪数据

分析追踪数据一般使用Excel软件，其插入图表功能及数据排序功能基本可以满足数据分析的要求。当然，其他专业的数据分析软件（如MATLAB等）也可以用来分析数据。根据Excel图表分析数据变化趋势，通过数据排序找出在很短的时间段内出现的异常数据，从而实现对故障点的判断。

参考文献：

[1] 周承恩，谢季佳，洪友士. 超高周疲劳研究现状及展望[J].机械强度，2004，26（5）：526-533.

[2] 周为富，赵振华，陈伟. 钛合金高周疲劳特性的影响因素分析[J]. 现代机械，2009（3）：90-93.

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2014-09-11）