港口装卸机械电气控制

1. 港口装卸机械电气控制技术 [10481~2] Created by Kairry
上篇 港口大型电动装卸机械及吊具
第二章 大型电动装卸机械上的吊具
这里的吊具定义为：在货物装卸过程中，用于大型装卸机械上，直接与装卸对象
接触，达到与装卸对象可靠连接，协助装卸机械完成货物装卸过程的器具。
这张摄于上个世纪七十年代末的
照片，极具历史意义。当时，一个
集装箱需用两台吊车来完成装卸
工序。
2.1 集装箱吊具
集装箱装卸须使用集装箱专用索具。通过吊具的旋锁装置与集装箱上的角件连接，
由司机操作或自动控制悬锁的开闭。因此，集装箱吊具的品质与可靠性直接关系到
岸桥整机的性能。集装箱吊具必须按照 ISO 标准设计和制造。
集装箱的箱顶四个角设有顶角件，箱底四个角设有底角件。起吊集装箱时，吊具
上装有的与集装箱顶角件相配合的旋锁件，插进集装箱顶角件的吊孔中，转动 90°，
在四个角件均锁紧后，方可起吊。集装箱的全部重量（自重和货物重量）由角件承
受，因而它是一个关键性的受力构件。
当集装箱在卡车、半挂车、底盘车、铁路车辆和船舶上堆放需固定其位置时，则
采用与集装箱底角件相配合的旋锁件。固定时将旋锁件插进集装箱四个底角件孔中，
转动 90°，锁紧即可。

2. 一、集装箱吊具的主要型式
集装箱吊具的起重量和尺寸取决于相应的集装箱，其外形尺寸不应超过相应集装
箱的最大外部尺寸（导板除外）。目前，国际国内使用最多的为 20ft、40ft 及 45ft 集
装箱，但国内以前两者居多，相应的集装箱吊具有以下几种基本型式。
1）固定式集装箱吊具
固定式吊具也称为整体式吊具。为 20ft 或 40ft 集装箱专用吊具，通过吊具上液压
机构转动旋锁装置直接与角配件连接或松脱。其结构简单、重量
轻、只适用于起吊一定尺寸的集装箱。对不同尺寸的集装箱必须
更换吊具，使用不便。且每个吊具配一套液压系统，成本相对较
高。
2）主从式吊具（组合式）
基本吊具为 20ft 集装箱专用吊具，当起吊 40ft 集装箱时，
将 40ft 集装箱专用吊具的箱角件与 20ft 基本吊具的转销连接，
并通过 20ft 吊具上的液压装置来实现 40ft 吊具上的各个动作。
主从式吊具也可以设计成由其他规格的专用吊具与基本吊具配套使用，实现吊装其
他规格的集装箱。
3）子母式吊具（换装式或吊梁式）
结构形式与吊组合式吊具相似，但液压装置装在母体的
吊梁上，在吊梁下可换装 20ft、40ft 等多种规格集装箱固定
吊具的子体框架，液压系统通过快速接口实现上下相连。
与主从式吊具相比，质量减小。
4）伸缩式吊具
伸缩式集装箱吊具通常由吊架结构、转

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锁装置、导向装置、伸缩装置和液压系统等组成，具有导向对位、自动开闭锁、
自动伸缩（20ft、30、45ft 三种尺寸）等功能。伸缩式集装箱吊具质量较大，成
本相对于子母式吊具偏高，但其使用方便，效率高，是目前港口起重机上最广泛采
用的集装箱吊具。通常将能快速满足上述三种尺寸集装箱的装卸，一次只能装卸其
中一个箱的基本吊具形式叫做标准吊具。
二、标准吊具的主要部件
1）旋锁机构
吊具的 4 个旋锁采用悬挂方式支承，即所谓“浮动”旋锁。这种浮式旋锁装置，
旋锁可在旋转箱内摆动，使其在起吊集装箱时仅受纯拉力作用，且更容易被插入集
装箱角件孔中。这种摆动，还适应集装箱的制造误差和起吊略微变形的集装箱。
另外，在吊具四角的顶销用来检测吊具是否着箱或吊具在空中是否吊着集装箱，
吊具旋锁除设电气联锁外，还装有机械联锁装置。吊具四角的顶销的另一任务就是
用来完成机械联锁，当吊具吊着集装箱在空中时，即使电气联锁失灵或司机误操作，
机械联锁装置保证旋锁机构绝对不会发生转动。因为当吊具离开或吊着集装箱时，
顶销上的撞块正好卡在转柄的缺口处，阻止转柄的转动；而当吊具落在集装箱上时，
顶销撞块又离开缺口，转柄可转动。实现了开闭锁动作。
旋锁装置由液压缸推动连杆带动曲柄使旋锁转动 90°，从而实现旋锁与箱体箱角
件的开闭。
（见吊具产品设计图）
2）导板机构
吊具的导向装置（板）布置在吊具的四个角上，由液压缸驱动可作 180°翻转运动，
不工作时可翻转向上。4 个角的导板具有独立的液压驱动装置，故可随意组合导板的
动作。它的作用是可尽快稳定吊具的扭摆，并在小范围内快速将锁销插入集装箱角
孔，以提高装卸效率。通常活动式导板用于岸桥吊具上；而固定式导板多用于场桥
吊具上。

4. 3）伸缩驱动机构
由油马达和减速箱驱动链轮链条传动。在伸缩梁伸缩过程中，由限位开关设定的
三个尺寸箱型的行程，限位开关动作会切断伸缩电磁阀电源，使油马达停转，吊具
就定位在所需的箱型位置上，并在操作台显示屏上显示伸缩长度。（见产品设计图）
4）前后倾装置
集装箱船出现纵倾或横倾时，要求吊具也能在前后左右方向允许有±5°的倾斜。
一般通过安装在吊具上的四个前后倾液压缸或起重卷筒钢丝绳的收放来实现。
5）液压系统
吊具的伸缩、旋锁、倾斜及导板的动作等运动均通过吊具上的液压动力站、由各
类液压控制阀控制油马达和各类液压油缸来实现。
6）电气系统
吊具上所有的用电设备和受控元件均通过一密封电控箱，采用专用多芯接口与吊
具上的电缆连接。吊具上使用的电气控制器件必须具有较强的抗震性能。
三、其它常用的集装箱吊具
在基本吊具的基础上，为满足一些特殊要求又出现了一些附加功能的吊具。
1）旋转调心吊具
在伸缩式吊具上部配置旋转装置和调心系统，
就可实现吊具的平面旋转运动，具有了自行旋转集
装箱方位的功能，这是一种自动化程度和作业效率
较高的集装箱吊具，特别适用于需要对集装箱旋转
作业和对装卸速度要求较高的场合。如臂架旋转门
式起重机上使用较多。
其旋转装置由旋转支撑装置和驱动机构组成。
在旋转装置上装有均力平衡梁，以保证起重机 4 根钢丝绳均衡受力。吊具的旋转部

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分与非旋转部分通过 1 个回转支撑相连。液压马达驱动减速器和主动小齿轮带
动吊具作旋转运动，最大旋转角度可达 720°。采用 PLC 技术控制吊具的旋转角
度(如采用编码器测速及变频调速等技术)，使得吊具的旋转角度严格跟随起重机的旋
转角度反转，从而保证集装箱始终作平行移动，以提高装卸效率。限位开关可发出
左右零位和左右终点位置信号，提示司机吊具的旋转方向和位置。
调心系统是当吊具由旋转运动而发生质心
偏移时，能够自动或按司机操纵指令进行行程
±800mm 的调心动作，以保持吊具的水平状态。
这个运动由 1 个液压油缸驱动调心小车的移动
来实现。调心小车上的 4 个车轮(也可用 4 块抗磨板)拉住吊具底梁结构，承受来自吊
具的拉力。4 个限位开关发出左右零位和左右终点位置信号，提示司机吊具的移动方
向和位置。
2）固定式双 20ft 吊具（串列式）
是可以同时起吊两个 20 英尺标准集装箱，吊点装置不能水平移动的伸缩式吊具。
在标准吊具主框架中部增加被称为中部吊点装置的机构。它由 4 只旋锁箱、4 套独立
的旋锁机构及相应结构件和 2 套垂直提升装置组成。垂直提升装置能使 4 只旋锁箱
作垂直升降移动，从而能在两个 20ft 集装箱的吊点高度落差达 60mm 的情况下，同
时起吊两个集装箱。
当 4 只旋锁箱全部下降到位时，吊具才能同时装卸两个 20ft 的集装箱；只有当 4
只旋锁箱全部提升到位时，才能装卸单个 20ft 或 40ft 的集装箱。并增加红外线光电
感应装置用于检测和安全联锁。

6. 3）移动式双 20ft 吊具（串列式）
在固定式的基础上增加了一套中间吊点装置平移机构，称为中锁平移机构。其功
能是在吊箱或非吊箱时均可平移中锁间的距离。这样就可同时装卸纵向箱距不定的
两只 20ft 集装箱。以适应集装箱堆场、平板拖车和集装箱船舶对纵向箱距的要求。
其与固定式双箱吊具的主要区别在于伸缩机构。
另外，还有并列式双箱吊具、自动定位集装箱吊具（应用电磁跟踪定位技术或红
外线光电感应测距技术）、无缆遥控集装箱吊具等。
目前在集装箱起重机上吊具与起重机之间的动力和通信都是通过 1 根垂缆来实现
的，垂缆本身价格昂贵，储缆筒常使电缆不能平顺入框。无缆遥控吊具取消了垂缆，
在吊具上架的起升滑轮上装有 1 套机械传动装置和 1 个双向柱塞式液压油泵，当起
升钢丝绳通过摩擦力驱动滑轮旋转时，上述机构将滑轮旋转的动能转化为液压能和
电能，从而在吊具上形成 1 个蓄能式动力源。该动力源除了驱动吊具上的所有动作
外，还可为遥控装置、电磁阀和信号灯等提供电源。吊具与起重机之间的信号通信
则采用遥控来实现。
2.2 集装箱吊具的液压系统
一、液压的基本知识
液压传动——用液体作为工作介质，在密封的回路里，以液体的压力和流量为特
征参量进行能量传递、分配和转换的传动方式。
其中的工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等
传动元件相类似。液压传动的基本理论是帕斯卡原理（即静压传递原理） “在密闭
容器内，施加于静止液体上的压力将以等值同时传到液体各点”。即不可压缩性液体
具有等值传递压力的性质。
液压传动装置主要有四类基本器件：
动力元件——将原动机的机械能转换成液压能，并为装置提供足够的液压能。如液

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压泵。
执行元件——将液压能转换成装置所需的机械能。如直线型液压缸输出推力与
位移；回转型液压马达输出转矩与转速。
控制元件——控制液压系统中工作介质的压力、流量与流动方向。如方向控制阀、
压力控制阀、流量控制阀等。
辅助元件——组成液压系统，为保证液压系统正常工作提供各种服务(净化、冷却等)。
如管子、管子附件、热交换器、滤油器、油箱等。
1、液压泵、油马达
此两者分别属动力器件和执行器件。它们完成的功能正好相反。
液压泵将动力源的机械能(转矩和角速度乘积)转变为液压能
(压力和流量乘积)，是液压系统中动力源；
液压马达将系统的液压能转变为机械能，使系统输出一定的转
矩和转速，驱动工作部件运动。
左图为容积式液压泵工作原理，可见其工作须具备三个条件：
² 具有密封工作腔；密封容积能交替变化；具有配流装置以使吸排油过程各自独立。
原理上，液压泵和油马达是可逆的，也即如向液压泵输入液体便可使其变成液压马
轴向柱塞式
达带动负载工作。反之亦然。
柱塞式 径向柱塞式
外齿合式
液压泵、液压马达分类 齿轮式
内齿合式
参见示意动画 叶片式 单作用叶片式
双作用叶片式
2、液压阀
液压阀属控制元件，如利用流通通道的变换控制液体的流向；利用流通截面的节
流作用控制液压系统的压力和流量。所以液压阀有多种类型，都由阀体、阀芯、驱
动阀芯动作的元件（如弹簧，电磁铁）组成。其分类见下表。
Ø 流量控制阀

8. 流量控制阀是在一定压力差下，依靠改变节流口液阻（流通面积）的大小来控制
节流口的流量，从而调节执行元件（液压缸或液压马达）运
动速度的阀类。主要包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分
流集流阀等。参见示意动画
液压阀的分类表
分类方法 种 类 详 细 种 类
溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀、卸荷阀、比例压力控制阀、缓冲阀、仪表截
压力控制阀
止阀、限压切断阀、压力继电器等
按功能分
流量控制阀 节流阀、调速阀、分流阀、集流阀、分流集流阀、比例流量控制阀等
方向控制阀 单向阀、液控单向阀、换向阀、行程减速阀、充液阀、梭阀、比例方向控制阀等
滑阀 圆柱滑阀、转阀、平板滑阀、
按结构分类 座阀 锥阀、球阀、喷嘴当板阀、
射流管阀
手动阀 手把及手轮、踏板、杠杆
按操纵方法分类 机动阀 挡块及碰块、弹簧、液压、气动
电动阀 电磁铁控制、伺服电机和步进电机控制
管式连接 螺纹式连接、法兰式连接
板式及叠加
按连接方式分类 单层连接板式、双层连接板式、整体连接版式、叠加阀
式连接
插装式连接 螺纹式插装[二、三、四通插装阀]、法兰式插装、[二通插装阀]
电液比例压力阀、电液比例流量阀、电液比例换向阀、电液比例复合阀、电液比
电液比例阀
例多路阀
按控制方式分类 单、两极（喷嘴挡板式、动圈式）
、电液流量伺服阀、三级电液流量伺服阀、电液
伺服阀
压力伺服阀、气液伺服阀、机液伺服阀
数字控制阀 数字控制压力阀、数字空制流量阀与方向阀
Ø 压力控制阀
压力控制阀是用来对液压系统中液流的压力进行控制与调节的阀类。是利用作用
在阀芯上的液体压力和弹簧力相平衡的原理来工作的。
常见的压力控制阀分述如下：
1. 溢流阀
溢流阀的主要功用是通过阀口溢流，
保持液控回路的液压恒定。以实现稳压、
调压或限压作用。

9. 港口装卸机械电气控制技术 [10481~2] Created by Kairry
左图为直动式溢流阀，若溢流阀的压力较高，流量较大，要求调压弹簧具有很
大的弹簧力，使溢流阀调节性能变差，结构上也难以实现。直动式溢流阀一般
只用于低压小流量系统，或者作为先导阀使用。中、高压系统则采用先导式溢流阀。
2.减压阀
减压阀主要用于降低并稳定系统中某一回路的油液压力。按其出口与入口的压力
大小关系，有定值减压、定差减压，定比减压器。
左图为直动式定值减压阀原理图，其与直动式溢流阀结
构相似，只是控制压力来自输出口侧， 且阀口为常开式。
可见，出口压力低于设定弹簧压力时， 阀芯处于最低位，
节流口开度最大， 1=p2。
p 当入口压力增大超过弹簧力时，
阀芯上移，节流口逐渐减小产生压降直至关闭。 导致 p1>p2
实现了减压。此时，出口压力稳定在设定值。
同样，直动式减压阀一般只用于低压小流量系统，中、高
压系统则采用先导式。
3.压力继电器
压力继电器是一种将油液的压力信号转换成电信号
的电液控制元件。当系统压力达到压力继电器的调定压
力时，即发出电信号，以控制电磁铁、电磁离合器、继
电器等元件动作，使油路卸压、换向、执行元件实现顺
序动作，或关闭电动机，使系统停止工作，起安全保护作用等。
压力继电器有柱塞式、膜片式、弹簧管式和波纹管式四种结构形式。常用的压力
继电器有柱塞式和薄膜式两种。
当下端进油口通入的油液压力达到调定压力值时，推动柱塞上移，此位移通过顶杆
推动开关动作，发出电信号。压力继电器在液压系统中应用广泛，如润滑系统发生
故障时的工作机械自动停车，系统工作程序的自动切换等。参见示意动画

10. Ø 方向控制阀
方向控制阀是用来使液压系统中的油路通断或改变油液的方向，从而控制元件的
启动、停止或换向。常用的有单向阀和换向阀。
1. 单向阀
普通单向阀又称止回阀，允许油液沿一个方向流动，反向被截止。
压力油从阀体通口 P1 流入时，克服弹簧作用在阀芯
上的力，使阀芯向右移动，打开阀口，并通过阀芯上
的径向孔 a、轴向孔 b 从阀体右端的通口 P2 流出。
压力油从阀体通口 P2 流入时，它和弹簧力一起使阀芯锥面压紧在阀座上，使阀口关
闭，油液无法通过。
液控单向阀可以根据需要实现逆向流动的单向阀，由普
通单向阀和液控控制组成。
2. 换向阀
换向阀是利用阀芯和阀体间相对位置的不同，变换阀体各主油口的通断，实现各
油路的通断或改变液流的方向。换向阀种类很多，分类形式也不同。
分类形式 类型
按结构 滑阀、转阀、球阀和锥阀式
按阀位和通道数 几位几通
按操纵方式 手动、机动、电磁、液动、气动和电液动
按阀芯定位 钢球定位、弹簧复位、弹簧对中

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滑阀主要由滑阀芯和阀体组成，控制阀芯
在阀体内作轴向运动，使相应的油路接通或
断开。阀芯有若干个台肩，阀体孔内有若干条沉割
槽，对外连接到油口。参见示意动画
滑阀命名
阀体分布的主油口，称为“通”，不包括控制油口和泄漏油口。
滑阀阀芯相对阀体的不同的稳定工作位置，称为“位”。
存在 X 个主油口和 Y 个稳定工作位置的滑阀式换向阀，称为 Y 位 X 通换向阀。
【图形释义】
①方框表示阀的工作位置，几个方框即几“位”
。
②一个方框上与外部相连接的主油口有几个即几“通”
。
③方框内的箭头表示油口连通状态，不表示实际液体流向。
④进油口通常标为 P，回油口则标 T，出油口以 A、B 来表示。
⑤方框内┴ 、┬表示此通路被阀芯封闭即不通。
⑥换向阀在阀芯未受到操纵力作用时所处的位置，叫常态位。
⑦三位换向阀的阀芯在中间位置时，各通口间有不同的连通方式。这种连通方式称为换向阀的中位机能。
三位四通换向阀中位机能表 常用的滑阀式换向阀操纵方式符号

12. Ø 液压油缸
液压缸属于执行元件，它将油液压力能转变成机械能，输出一定的力(或力矩)和
速度，以驱动负载实现往复直线运动或往复摆动。
按结构形式可分为活塞式、柱塞式和摆动式三大类；按作用可分为单作用式和双
作用式两种。单作用液压缸的压力油只从缸的一侧输入，液压缸只能单方向的运动，
而反方向运动（回油）需借助弹簧力、重力等外力；双作用液压缸的压力油则可以
从缸的两侧交替或同时输入，实现液压缸两方向的往复运动。参见示意动画
二、吊具液压系统介绍
吊具是集装箱装卸设备中最为重要的部件之一，它直接关系到起重机的装卸效率
和可靠性。因此，设计时必须考虑以下方面：
满足功能要求。
减少热量产生和有利于散热。
保证液压系统和油的清洁度。
无泄漏和尽可能降低噪音。
防锈蚀，耐振动，外形美观。
岸桥吊具形式多样，这里以常用的标准型吊具液控系统作以探讨。
岸桥标准型吊具液压系统原理图见下
按标准型吊具所需完成的功能，可分为四个部分：液压动力站、伸缩功能、旋锁功
能、导板功能。
1. 液压动力站
岸桥的液压动力站多采用压力控制轴向柱塞式变量泵③。当吊具不动作时，系统
压力为油泵调定压力（10 Mpa=100bar），而油泵的流量输出接近于零。所以，电动
机处于空载运转状态；当某一个执行元件（如油缸或油马达）开始工作时，油泵才
输出恒压和一定的流量。

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压力出口处设置单向止回阀 ④以防止吊具受较大外力时产生的瞬间高压油液
回冲液压泵所造成的损坏。
当吊具同时进行多个动作时，可能会出现流量达到变量泵的最大值，系统压力较低，
动作进行较慢的情形，此原因不是操作不合理就是泵站设计参数不正确。
2. 伸缩动作
在岸桥标准型吊具液压系统中，吊具的伸缩动作由一台齿轮油马达通过减速器驱
动链轮链条来实现。
20 ft、 45 ft 三种规格的定位由限位开关或编码器控制。 吊
40 ft、
具的伸缩由一个 3 位 4 通电磁换向阀⑥控制。当需从 20ft 伸到 40 ft 时，电磁铁 S1 通
电，吊具就开始伸出，到达 40ft 时，限位开关或编码器发出讯号，S1 断电，电磁阀
回到中位。由于中位机能为 O 型，所以，油马达进出油口的液压油被完全封闭，吊
具被牢牢地固定在 40 ft 工位上。
此时操纵台将亮起 40ft 指示灯，
司机可以开始作业。

14. 从 40 ft 缩回到 20 ft 时，由电磁铁 S2 工作，原理相同。
空吊具在作业时可能会受到碰撞外力的冲击，最后会传递的齿轮泵中，并将此机
械能转换为液压能使伸缩回路压力升高，为保护齿轮泵，设置安全阀⑦，当压力超过
设定值 14MPa 时安全阀溢流。从而起到了保护作用。这时，吊具外伸梁可能将向内
或向外产生一定位移，吊具旋锁的纵向间距可能大于或小于原设定的标准尺寸，此
时，司机应重新手动复位；如果是用编码器控制，电脑系统将自动复位。
3. 旋锁动作
标准吊具的 4 个旋锁，由两个双出杆油缸或 4 个单出杆油缸驱动，分别设置在两
端梁箱体内。旋锁油缸由 2 个 3 位 4 通电磁阀⑥控制。为了吊箱的安全，闭锁工况时，
电磁阀选用弹簧作用这个位来工作，因为它不会产生误动作，并可以保证旋锁完全
转到 90°。当空吊具工况时，电磁铁（S5、S9）通电，使旋锁转到 0°位置。
4. 导板动作
岸桥吊具上有 4 个导板，司机可以利用它们来协助对准集装箱，提高生产效率，
司机可根据箱子堆放情况使 4 个导板同时工作，也可以海侧两个或陆侧两个分别工
作。
4 个导板的上下速度必须一致， 速度的快慢是由 4 个单向节流阀⒀①③④⑥调节。
导板的上下翻动是用摆动油缸直接驱动或用直线油缸通过扇形齿轮转化为圆周运动
来实现的，油缸采用 4 个 2 位 4 通电磁阀⑿①②③④来控制。电磁铁 S3、S4、S7、S8
通电时，导板向下协助对箱；反之，电磁铁断电弹簧复位时，导板向上收起。
吊具导板在对箱过程中经常会受到冲击力，为了保护导板不被撞坏，系统中设计
了总安全阀⑤， 它的设定值为 12MPa。
2.3 集装箱吊具的电气控制系统
现代集装箱桥吊无一不采用 PLC（可编程逻辑控制器）作为整机的控制中心。而
其吊具的控制也不例外，只是 PLC 不是安装在吊具上，而是安装在桥吊上。也就是
说，吊具上的控制系统只是执行桥吊发来的指令，并将执行结果再反馈回桥吊 PLC，

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吊具控制系统本身并不具备逻辑处理能力。但当中锁可移式双箱吊具出现以后，
才开始将 PLC 安装在吊具上，因为中锁的处理是比较复杂的。这又给吊具的制
造、调试、维护提出了更高的要求，系统的元器件必须能承受极高的震动和全天侯
等恶劣环境。
下图是标准式吊具的电气控制系统图，可见其主要的电气器件是油泵电机、限位
器、电磁铁继电器和指示灯。各器件动作的指令来自桥吊，执行后的信息又返回给
桥吊，没有逻辑处理功能。
下面简单介绍中锁可移式双箱吊具的电气逻辑控制。
一、吊具动作分析
通常由八个部分组成，每个部分相对独立但又互相联系，见下表

16. 序号 动作名称 命令 反馈 适应吊具 说明
1 动力站开闭 on/off 接触器 on 液压
热继电器 on
2 着床动作 autoran 着床限位 标准
4 个/单，8 个/双
3 边锁开闭锁动作 Lock/Unlock 开、闭锁限位 标准 岸桥 4 个
各 4 个或 2 个 场桥 2 个
4 吊具伸缩动作 20/40/45ft 各尺寸限位 标准 使用编码器的位置
各1个 检测不多
5 导板动作 Up/Down 无 标准 场桥通常用固定式
6 中锁开闭锁动作 Twin­Lock/Unlock 开闭锁限位 双箱
各4个
7 中锁箱上下动作 Twin­ Up/Down Up 位置检测限位 4 双箱 部分设置 down 限
个 位
8 中锁箱水平动作 分离/合拢 间距、挂钩限位 2 个 可移式双箱 间距检通常使用平
起、终点限位各 2 个 移油缸内磁尺
二、吊具动作逻辑分析
1）动力站
吊具动力来源是三相鼠笼式电动机，380V、50Hz、7.5kW。由岸桥司机室内控制
台上的按钮 Pump On 和 Pump Off 控制。在工作效率不高的场桥或岸桥上，为节能或
降低运行成本，通常设置节能自动控制逻辑并在一些港口的油改电项目上运行取得
明显效果。
2）着床动作
吊具是否着床（即吊具锁销是否进入集装箱锁孔）是由位于吊具锁销箱的开闭锁
销旁的着床销动作，推动着床限位动作来确认的。所以，它是开闭锁动作的准备条
件之一。

17. 港口装卸机械电气控制技术 [10481~2] Created by Kairry
当吊具准确落在集装箱上，吊具的四个（单箱）或八个（双箱）锁销全部进入
对应锁孔中，着床销受吊具重力作用向上移动，使着床限位动作，其电气状态
由“0”变为“1”，表明吊具锁销正确进入集装箱锁孔。着床逻辑见下
吊具着床时会产生振动，逻辑中
设置 0.5~1s 的延时为防止因振动
引起的误动作。
吊具中一般采用接近感应式
限位开关，其环境适应性强、寿
命长，但其损坏的情形是致命的，
因多数为短路损坏，可能会造成
开闭锁在集装箱锁孔外进行。所
以，吊具设计时考虑了机械连锁
予以防止，但锁销磨损又会使其
失效，仍不能让人放心。最后想
到控制逻辑，设计了吊具着床故
障检测逻辑。故障检测逻辑中，
四个边锁、中锁着床信号采用异
或逻辑可以避免上述危险情况发
生。
（四个着床信号中，只要有一
个为真，即为着床故障）

18. 3）开闭锁动作
装卸时，吊具锁销是起重机与集装箱最直接的联结点，也是装卸工序的关键。联
结的可靠性直接影响到装卸的安全性。所以，开闭锁动作指令、动作检测、控制逻
辑须考虑周密。
开闭锁动作逻辑由开 K、闭 B 锁动作反馈、开、闭锁限位检测和开、闭锁指令三
部分组成。
闭锁动作反馈逻辑如下：
BLS1~4——四个闭锁限位；TBLS1~4——四个中锁闭锁限位
KLS1~4——四个开锁限位；TKLS1~4——四个中锁开锁限位
闭锁动作的检测主要是通过安装在锁销旁
的闭锁限位来实现。当锁销旋转到 80°以上
时，闭锁限位状态由 off 变为 on，逻辑中同
样考虑了防止振动误动作的过滤延时，及
防止接近限位短路损坏安全的闭锁限位检
测逻辑（见 P72）。
对于开锁动作与闭锁类似。
开闭锁指令由开闭锁指令允许逻辑、开锁命令逻辑和闭锁命令逻辑组成。

19. 港口装卸机械电气控制技术 [10481~2] Created by Kairry
逻辑中吊具开闭锁旁路 on 是为了出现因着床故障、集装箱角变形等现象，
引起的锁销确实进入锁孔而着床条件不满足情况下的装卸或应急维修。
4）伸缩动作
伸缩机构动作时必须吊具离开集装箱；锁销处于开锁状态。
所以，也必须设置伸缩动作允许逻辑。见下图逻辑
逻辑中使用了边锁开闭锁限位双重逻辑，以提高可靠性。
⑴吊具 20ft 指令、执行及位置确认
司机发出 20ft 的长指令，吊具回缩到达 20ft 位置时，在 20ft 位置处设置的机械限
位转为 on 状态，20ft 位置证明 R42 转为 on，同时锁定吊具回缩命令 R43。
此可防止作业中因吊具撞击瞬间超限引起
的吊具故障。
⑵吊具 40ft、45ft 指令、执行及位置确认
司机发出 40ft、45ft 指令和双箱指令时 R42 被置零（吊具 20ft R42 Off）。

20. 吊具动作方向取决于 40ft 指令发出时的吊具位置。
⑶吊具 45ft 指令、执行及位置确认
吊具只会作伸展动作，故与 20ft 位置类似。吊具处于 45ft 位置时，当司机发出
20ft、40ft 或双箱指令，R46 将被置零。
另外，设有伸缩动作超时故障逻辑，以防止伸缩位置限位故障时，液压马达不停
运转对液压系统带来的损害。
超时故障后，吊具伸缩动作条件被取消。伸缩动作被停止。
5）中锁动作
双箱吊具的中锁箱简称为“TWIN”。 TWIN 动作逻辑相对复杂些，因其动作较
多，主要有单转双箱、双转单箱、TWIN 分离。
⑴ WINT 单转双箱逻辑
包括尺寸允许逻辑和单转双箱逻辑
单转双逻辑主要是检测吊具是否处于 40ft 状态、TWIN 的间距运行到标准位置，
自动把 TWIN 与吊具伸缩机构锁定并证实（即 HKLLS1~2 限位 on 状态）再自动发出
TWIN 下降命令并输出双箱状态并锁定。司机室双箱状态指示灯亮。只有待司机发送
单箱指令时双箱状态才被复位。
⑵中锁间距调整逻辑
进入双箱状态后，
TWIN 与吊具大梁的伸缩动作被强制机械联动（Hook latched），

21. 港口装卸机械电气控制技术 [10481~2] Created by Kairry
为适合间距不同的两个 20ft 集装箱作业，在司机室设置了调整 TWIN 间距的
一系列指令开关，分别启动不同的指令。TWIN 分离/合拢、CALL0、MEMO1、
CALL1、MEMO2、CALL2。
①TWIN 分离/合拢逻辑
逻辑中，TWIN 分离/合拢允许 R601 是边锁和中锁所有着床限位和闭锁限位必须
处于 OFF 状态。
②CALL/MEMO 逻辑
逻辑中的 MEPVn 是 PLC 的内存，具有失电记忆功能。其中记录有吊具中锁标准
位置的位置传感器的转换值，由生产厂家编程时设定或由初始化程序写入，同时通
过 TSLI 限位有条件地刷新。
⑶TWIN 双转单箱逻辑
该逻辑与单转双基本相反，其首要条件是吊具必须处于开锁非作业状态，即 TWIN
分离/合拢允许 R601 处于 on 状态。
司机发出单箱指令，TWIN 自动执行合拢程序到达中锁零位时，TZLS1~2 全 on，
吊具自动执行 HKUL R686（TWIN 与大梁锁定释放）命令。
当系统检测到 HKULLS1~2 全 on 时，系统自动发出 TUP R690 命令执行 TWIN 上
升程序。

22. 四个中锁上升限位 TUPLS1~4 全 on 时，吊具执行大梁伸展到单箱标准 40ft 位置，
并置吊具成单箱状态（单箱状态 on）。逻辑图见下。
6）双箱吊具安全检测（TTDS）
装卸作业中，有可能出现将两个 20ft 集装箱当作一个 40ft 箱来作业而引起吊具、
集装箱损坏的事故。为此设置了双箱检测系统 TTDS
（TWIN twenty detection system）。
该系统在吊具底部的几何中心轴线上或两侧安装多个红外线传感器，来探测正在
装卸的集装箱中间的间隙，若发现间隙而吊具处于单箱状态时则封锁吊具闭锁动作，
发出 TTDS 检测警告信号。
2.4 吊具与起重机的信息交换
吊具的各种状态、动作、指令或数据须与起重机交换。交换的方式目前有两种，
一是点对点交换、二是总线通讯方式。通讯方式有采用无线或有线。

23. 港口装卸机械电气控制技术 [10481~2] Created by Kairry
一、垂缆点对点信息交换方式
过去岸桥与吊具之间的的动力和信息交换都是通过一根垂缆，在小车架上安
装一动力收放电缆的卷筒来实现的。该电缆要求具备很高的柔性和韧性，电缆内芯
数也有限，所以垂缆价格昂贵。而且当吊具起升速度超过一定值或阵风比较大时，
会出现电缆不能平顺入框甚至被勾住拉断的情况。随着起重机的不断大型化、高速
度化，尤其是吊具的功能增加使需交换的信息量大增。点对点信息交换方式的缺陷
就显得愈加突出，如对单起升双 40ft 箱的吊具控制几乎无法实现。
二、总线通讯信息交换方式
现场总线控制是近十几年发展起来的一种控制方式，
实质上它是自动控制技术和微机及网络技术的结合。网
络即通讯，而对于学控制的，其含义是：网络即控制。
其应用见左示意图。
在吊具上应用时，通常 PLC 安装在吊机上，吊具上只装
远程 I/O,由 I/O 收集吊具信息通过总线传送到起重机的
PLC 进行处理，处理后的数据和命令再通过总线送回给 I/O，交由各执行器完成各种
控制动作。
随着现代通讯技术的发展，无线工业以太网在工业控制网中已被接受，要求的可
靠性和稳定性也已得到满足，而且其通讯速度也达到 10 兆以上。如在吊具上使用无
线通讯模块就可实现吊具的无线通讯。进一步若解决吊具的电源问题，就可实现吊
具无缆控制。实际上，这种无垂缆吊具现已有应用。
思考题：
1）吊具与集装箱联结的关键部件是什么？如何保证在吊起集装箱后不会掉箱？
2）集装箱吊具有哪些主要型式？什么叫标准吊具? 标准吊具有哪些主要机构？
3）液压控制元件有几种操纵方式，并用图形符号表示。
4）将课程中学到过的常用液压控制器件制成图表，要求按名称、符号、功能概要说明等列表。
5）可移式双箱吊具中总共有哪些限位，有哪些逻辑动作并作简要说明。
6）试写出中锁可移式吊具开锁动作的开锁命令逻辑方框图及开锁反馈逻辑方框图。