西门子plc的桥式抓斗卸船机控制系统的设计
摘 要在整个国民经济中，作为物料搬运机械的桥式抓斗卸船机在我国沿海和内河的各大港口得到了广泛应用。传统的桥式抓斗卸船机控制系统安全性较差，运行效率很低，所以会造成电能的浪费，出故障的几率也高。因此，设计一个可以适应不同物料如煤矿、化肥等的物料搬运作业的桥式抓斗卸船机，具有极大的现实意义。在计算机网络和电力电子技术的迅速发展下，交流变频技术已经合理的应用于桥式抓斗卸船机，使桥式抓斗卸船机的稳定性和效率得到很大的提高，并且解决了传统桥式抓斗卸船机控制系统存在的许多问题。通过对西门子PLC控制系统的设计与研究，提高了桥式抓斗卸船机的整体特性，使其控制系统更加智能化，系统更加稳定。
目 录
摘 要 II
Abstract III
第一章 绪论 2
1.1研究背景 2
1.2国内外桥式抓斗卸船机的发展现状 3
1.3论文的主要研究内容 4
第二章 桥式抓斗卸船机的结构 5
2.1 桥式抓斗卸船机的主要结构 5
2.2 桥式抓斗卸船机的传动机构 6
第三章 交流变频调速系统 6
3.1交流变频调速系统 6
3.2变频器的选型设计 6
第四章 桥式抓斗卸船机控制系统 7
4.1 桥式抓斗卸船机控制系统组成 7
4.2 桥式抓斗卸船机的自动化设计 10
第五章 西门子PLC控制系统的设计 11
5.1 正确选择西门子PLC控制系统 11
5.2 通信网络 12
5.3 PLC系统的硬件组态 13
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
第一章 绪论
1.1研究背景
在当今社会，桥式抓斗卸船机因为效率高，自动化程度高，操作简单等的特点，被广泛应用，所以在我国各大沿海城市港口均可以发现其身影。桥式抓斗卸船机大范围的被应用，也促进了对桥式抓斗卸船机的研究与发展。如今桥式抓斗卸船机主要分为两大种类，抓斗式与连续式。面对不同种类的货物，抓斗卸船机表现的适应性更强，能够对各种类型的货物进行采集，比如煤、泥沙、等各种散
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物，而连续式卸船机就不能够满足这些货物的输送，并且卸船机工时会受水面影响，船舶颠簸会影响到卸船机的正常运作，抓斗型卸船机就可以降低这时候的运行难度，提高了工作效率，再考虑到运营成本，维修成本等方面，抓斗式卸船机都相对于连续型具有很大的优势，所以抓斗型卸船机在市场上占据了更多的地位。
在现在的模式下，我们一般使用的抓斗式卸船机是自行小车的模式或者是钢丝绳牵引的小车式两种，可以更加具体的满足不同地况的港口要求。在未来的发展中，桥式抓斗卸船机会在生产效率、自动化程度、环保，节能等方面精益求精，更加完善。
卸船机大多建在沿海地区，分布在大大小小的港口和码头，工作环境受潮汐影响较大，驾驶室能够跨过码头面和船边离海岸进行高空作业。
1.2国内外桥式抓斗卸船机的发展现状
1.2.1 桥式抓斗卸船机的现状
随着工程技术的发展，桥式抓斗卸船机在工作效率、节能、自动化程度以及可靠性方面已经得到了市场的肯定，并且桥式抓斗卸船机的种类也从最开始单一的只有连续式转变为现在的连续式与抓斗式，抓斗式又包含了自行小车式与钢丝绳牵引小车式，再细分为主辅小车式与差动四卷简单小车式，差动四卷筒包括了机械差动和电差动两种，各种型号尺寸适用于各种不同的国内港口，能够克服各种恶劣的工作环境。PLC的智能化发展飞快，促进了桥式抓斗卸船机自动化程度的提高，进而带动了卸船机的工作效率，使之工作效率高。
1.2.2桥式抓斗卸船机自动作业控制的现状与发展
ABB公司在1983年推出了桥式抓斗卸船机的自动操作系统，在卸船机自动作业控制方面走在前列。自动卸船操作、自动操作的过载控制和优化之后的抓斗轨迹计算及摆动控制共同组成了抓斗摆动和性能优化器。驾驶员在卸船的时候从预定的三个位置上开启抓斗，然后系统就会对卸船机参考的几何位置进行记录。这样我们在连续的作业生产中，驾驶员只需要通过轻微改变抓斗在船舱里的位置，在这当中，抓斗向小车运行的时间与距离可以通过控制系统中的二级加速或减速来计算出，有效程度相当高，近而运行中小车的运行时间和行程会顺带着降低，进而带动循环时间的降低，达到提高作业效率的目的。GPO系统可以依据钢丝绳长度和运行小车加速度的控制，使运行小车在最短的时间内到达全速；相比之下，抓斗返回的速度会更高一点。
之前的桥式抓斗卸船机都是通过驾驶员操作，并不是全自动操作系统，自动控制系统在当时起辅助的作用，卸船机工作全靠驾驶员亲手操控。欧洲桥式抓斗卸船机用户首先提出全自动操作的模式。但是只是将计算机程序与控制程序结合优化，然后再通过传感器与激光定位技术辅助才能实现。
1.2.3交流变频技术的现状与发展
如今交流变频调速技术在飞速的发展，从最初的普通晶闸管到如今最新一代的绝缘栅极双极型晶体管和耐高压绝缘栅双极型晶体管。随着变频控制系统的不断发展，变频调速技术不断的在提升，半导体器件也在不断的更新，从而带动了变频调速技术的发展。出于提高工作效率、简化操作控制系统、降低设备故障的目的，矢量控制变频调速系统也随之诞生，在不断的发展中，为了适应工作的需求，我们又制作出了一个新的系统，也就是无速度传感器的矢量控制变频调速系统。无速度传感器的矢量控制变频调速系统的诞生对于那些不要求动静态特性的装置可以说是福音，以为其功能可以媲美有速度传感器的矢量控制变频调速，提高了变频器的恒转矩输出范围和动静态特性的效果，带动了交流电动机调速系统的发展，使其能够在变频调速方面的性能赶超直流电动机调压调速系统。
倘若想要提高系统的性能，我们首先要控制好交流电动机也就是通过控制并励直流电动机励磁绕组的磁通变化来控制卸船机。
交流变频调速技术在工业界的广泛应用，使交流异步电动机驱动的卸船机大范围、高质量地调速成为了可能。它所拥有的高性能调速指标为拥有变频调速系统的效率的提高成为可能。也因为它才保证了电动机可以简单可靠的进行调速，同时还可以简化维护人员的工作，便于电动机后期的维护保养。相较于传统的调速系统，变频调速系统拥有的简单控制线路和便于维护以及全方位监测和可靠运行的特点是我们所看好的。
桥式抓斗卸船机通过利用鼠笼异步电动机来进行调速，主要是利用交流变频调速技术。交流变频调速技术的广泛利用，推动了交流异步电动机的发展，使得依靠交流异步电动机的桥式抓斗卸船机在调速方面也随之获得了明显的提升。考虑到鼠笼异步电动机结构简单，维护起来比较方便，桥式抓斗卸船机进行变频调速选择鼠笼异步电动机是最合适的选择，并且工作效率方面新版变频调速系统要比传统的交流调速系统高很多，并且相比之下外围控制线路更加简单，维护工作量也小，保护监测功能更加完善。
目 录
摘 要 II
Abstract III
第一章 绪论 2
1.1研究背景 2
1.2国内外桥式抓斗卸船机的发展现状 3
1.3论文的主要研究内容 4
第二章 桥式抓斗卸船机的结构 5
2.1 桥式抓斗卸船机的主要结构 5
2.2 桥式抓斗卸船机的传动机构 6
第三章 交流变频调速系统 6
3.1交流变频调速系统 6
3.2变频器的选型设计 6
第四章 桥式抓斗卸船机控制系统 7
4.1 桥式抓斗卸船机控制系统组成 7
4.2 桥式抓斗卸船机的自动化设计 10
第五章 西门子PLC控制系统的设计 11
5.1 正确选择西门子PLC控制系统 11
5.2 通信网络 12
5.3 PLC系统的硬件组态 13
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
第一章 绪论
1.1研究背景
在当今社会，桥式抓斗卸船机因为效率高，自动化程度高，操作简单等的特点，被广泛应用，所以在我国各大沿海城市港口均可以发现其身影。桥式抓斗卸船机大范围的被应用，也促进了对桥式抓斗卸船机的研究与发展。如今桥式抓斗卸船机主要分为两大种类，抓斗式与连续式。面对不同种类的货物，抓斗卸船机表现的适应性更强，能够对各种类型的货物进行采集，比如煤、泥沙、等各种散
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
物，而连续式卸船机就不能够满足这些货物的输送，并且卸船机工时会受水面影响，船舶颠簸会影响到卸船机的正常运作，抓斗型卸船机就可以降低这时候的运行难度，提高了工作效率，再考虑到运营成本，维修成本等方面，抓斗式卸船机都相对于连续型具有很大的优势，所以抓斗型卸船机在市场上占据了更多的地位。
在现在的模式下，我们一般使用的抓斗式卸船机是自行小车的模式或者是钢丝绳牵引的小车式两种，可以更加具体的满足不同地况的港口要求。在未来的发展中，桥式抓斗卸船机会在生产效率、自动化程度、环保，节能等方面精益求精，更加完善。
卸船机大多建在沿海地区，分布在大大小小的港口和码头，工作环境受潮汐影响较大，驾驶室能够跨过码头面和船边离海岸进行高空作业。
1.2国内外桥式抓斗卸船机的发展现状
1.2.1 桥式抓斗卸船机的现状
随着工程技术的发展，桥式抓斗卸船机在工作效率、节能、自动化程度以及可靠性方面已经得到了市场的肯定，并且桥式抓斗卸船机的种类也从最开始单一的只有连续式转变为现在的连续式与抓斗式，抓斗式又包含了自行小车式与钢丝绳牵引小车式，再细分为主辅小车式与差动四卷简单小车式，差动四卷筒包括了机械差动和电差动两种，各种型号尺寸适用于各种不同的国内港口，能够克服各种恶劣的工作环境。PLC的智能化发展飞快，促进了桥式抓斗卸船机自动化程度的提高，进而带动了卸船机的工作效率，使之工作效率高。
1.2.2桥式抓斗卸船机自动作业控制的现状与发展
ABB公司在1983年推出了桥式抓斗卸船机的自动操作系统，在卸船机自动作业控制方面走在前列。自动卸船操作、自动操作的过载控制和优化之后的抓斗轨迹计算及摆动控制共同组成了抓斗摆动和性能优化器。驾驶员在卸船的时候从预定的三个位置上开启抓斗，然后系统就会对卸船机参考的几何位置进行记录。这样我们在连续的作业生产中，驾驶员只需要通过轻微改变抓斗在船舱里的位置，在这当中，抓斗向小车运行的时间与距离可以通过控制系统中的二级加速或减速来计算出，有效程度相当高，近而运行中小车的运行时间和行程会顺带着降低，进而带动循环时间的降低，达到提高作业效率的目的。GPO系统可以依据钢丝绳长度和运行小车加速度的控制，使运行小车在最短的时间内到达全速；相比之下，抓斗返回的速度会更高一点。
之前的桥式抓斗卸船机都是通过驾驶员操作，并不是全自动操作系统，自动控制系统在当时起辅助的作用，卸船机工作全靠驾驶员亲手操控。欧洲桥式抓斗卸船机用户首先提出全自动操作的模式。但是只是将计算机程序与控制程序结合优化，然后再通过传感器与激光定位技术辅助才能实现。
1.2.3交流变频技术的现状与发展
如今交流变频调速技术在飞速的发展，从最初的普通晶闸管到如今最新一代的绝缘栅极双极型晶体管和耐高压绝缘栅双极型晶体管。随着变频控制系统的不断发展，变频调速技术不断的在提升，半导体器件也在不断的更新，从而带动了变频调速技术的发展。出于提高工作效率、简化操作控制系统、降低设备故障的目的，矢量控制变频调速系统也随之诞生，在不断的发展中，为了适应工作的需求，我们又制作出了一个新的系统，也就是无速度传感器的矢量控制变频调速系统。无速度传感器的矢量控制变频调速系统的诞生对于那些不要求动静态特性的装置可以说是福音，以为其功能可以媲美有速度传感器的矢量控制变频调速，提高了变频器的恒转矩输出范围和动静态特性的效果，带动了交流电动机调速系统的发展，使其能够在变频调速方面的性能赶超直流电动机调压调速系统。
倘若想要提高系统的性能，我们首先要控制好交流电动机也就是通过控制并励直流电动机励磁绕组的磁通变化来控制卸船机。
交流变频调速技术在工业界的广泛应用，使交流异步电动机驱动的卸船机大范围、高质量地调速成为了可能。它所拥有的高性能调速指标为拥有变频调速系统的效率的提高成为可能。也因为它才保证了电动机可以简单可靠的进行调速，同时还可以简化维护人员的工作，便于电动机后期的维护保养。相较于传统的调速系统，变频调速系统拥有的简单控制线路和便于维护以及全方位监测和可靠运行的特点是我们所看好的。
桥式抓斗卸船机通过利用鼠笼异步电动机来进行调速，主要是利用交流变频调速技术。交流变频调速技术的广泛利用，推动了交流异步电动机的发展，使得依靠交流异步电动机的桥式抓斗卸船机在调速方面也随之获得了明显的提升。考虑到鼠笼异步电动机结构简单，维护起来比较方便，桥式抓斗卸船机进行变频调速选择鼠笼异步电动机是最合适的选择，并且工作效率方面新版变频调速系统要比传统的交流调速系统高很多，并且相比之下外围控制线路更加简单，维护工作量也小，保护监测功能更加完善。
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