摘 要

随着近来港口货物吞吐量的增加，各个港口都把提高港口装卸效率作为提升企业效益的重点工作。而门座式起重机作为港口装卸主要作业平台，其操作人员的熟练程度直接影响到港口的装卸效率。港口是个繁忙作业的场所，根本没时间去给操作人员进行学习，而职业院校培养的驾驶员，因设备、经费有限，训练效果也不尽如人意。在这样的情况下，港口单位迫切需要一种低成本、高效率的起重机驾驶员培训设备。随着虚拟现实技术、计算机仿真技术、传感器技术、多媒体技术、自动化技术的发展，大型起重机模拟器应运而生。

本文主要完成了门座式起重机模拟器（回转机构）部分电气设计，重点完成了PLC的选型和变频器的选型，同时将相应的PLC程序编制完毕。另外，本文也将模拟器中会用到的相关辅助器件进行了选型，并对模拟器的实际应用进行了探讨。

关键词：门机模拟器；PLC;虚拟仿真;变频器

Abstract

With the recent increase in the port’s cargo, every port holds the improvement of the efficiency of the port work as a key to develop the port. As the gantry crane is the main operating platform of the port loading and unloading, the operator's proficiency directly affects the loading and unloading efficiency of the port. But Port is a busy place, there is no time giving the operators to learn, while the vocational drivers from the colleges, due to the equipment and funding are limited, are lack of necessary training. In such case , there is urgent need for a low-cost, high-efficiency crane driver training equipment. With the development of virtual reality technology, computer simulation technology, sensor technology, multimedia technology, automation technology, the crane simulator came into being.

This paper mainly studies the electrical design of the gantry crane simulator (rotary mechanism) , focusing on the selection of PLC and Frequency converter . And the PLC program is completed. In addition, this paper also selected the related auxiliary devices which are used in the simulator, and discusses the practical application of the crane simulator.

Key Words：Gantry crane Simulator；PLC；Virtual simulation；Frequency converter

目 录

第1章 绪论 1

1.1本文选题的研究意义 1

1.2本文选题的发展现状 1

1.2.1国内发展现状 1

1.2.2国外发展现状 2

1.3本文研究主要内容 2

第2章 门座式起重机模拟器（回转机构）电气系统的设计要求 4

2.1 门机模拟器电气设计思路 4

2.1.1 确定仿真对象 4

2.1.2 研究对象的模拟仿真 4

2.2 回转机构分析 5

2.2 模拟器回转机构设计要求 6

2.4 本章小结 7

第3章 门机模拟器变频器部分的设计 8

3.1回转机构分析 8

3.2变频调速方案的分析与设计 8

3.2.1变频调速原理 8

3.2.2变频调速控制方式分析 8

3.3变频器选型 9

3.4变频器制动单元的选择 9

第4章 联动台系统设计 11

第5章 门机模拟器（回转机构）电路设计 13

第6章 门机模拟器PLC控制部分设计 14

6.1 硬件系统的选型 15

6.1.1 CPU模块的选型 15

6.1.2电源模块的选型 15

6.1.3通信模块 16

6.1.4 I/O模块的选择 16

6.2软件部分设计  17

第7章 电气故障的设置 19

7.1 电气故障简述及实现方案 19

7.1.1 电气故障系统简述 19

7.1.2 电气故障设置方式 20

7.2 电气故障设置表 21

第8章 辅助电气元件的选用 23

8.1 DC24V电源盒 23

8.2 AC380V/240V变压器 23

8.3 故障显示屏 23

8.4 主令控制器的选择 23

8.4.1 主令控制器简介 23

8.4.2 主令控制器原理 23

8.4.3 主令控制器选型 23

第9章 门座式起重机模拟器仿真效果评估 24

第10章 全文总结及展望 25

10.1 全文总结 25

10.2经济性分析 25

10.2 进一步研究的展望 26

参考文献 27

附录A 28

附录B 29

附录C 30

附录D 31

致 谢 32

第1章 绪论

1.1本文选题的研究意义

港口作为当前最重要的交通运输设施之一，承担着国家经济建设和对外贸易的枢纽作用，为实现对外经济的发展提供了坚实的基础支撑。我国港口在世界航运中占有举足轻重的地位，并且为我国的改革开放和对外经济贸易做出卓越贡献。港口起重机是港口运作的臂膀，其工作效率决定了整个港口乃至交通运输线的效率。

随着海洋交通运输行业的发展，港口建设也朝着现代物流发展和综合运输体系建设的方向前进，对于港口的装卸工艺和效率也有了更高的要求。目前我国的港口装卸作业主要通过操作人员对装卸设备（如门座式起重机，岸边集装箱起重机，带式输送机等）的操作来达到货物的装卸工作，操作人员的业务熟练熟练水平直接决定港口装卸效率。

根据调查发现，我国目前传统的港口起重机培训模式多以带徒的形式进行，无论是职业技术院校还是其他人员，都是通过老师傅的一对一教导后达到对操作的理解以及熟练。然而港口的工作环境复杂，新手操作容易造成事故，港口也无法提供练手的机会，所以老师傅只能在遇到典型问题时给学生一些指点，大部分时间受训人员只能观看，实际动手的机会几乎没有。这种教学模式效率低下，并且对港口培养人员速度有严重影响。