摘 要

　　自改革开放以来我国经济得到了飞速的发展，港口、海运建设十分兴旺，推动了世界疏浚行业的发展。耙吸式挖泥船作为重要的疏浚工具，其数量和质量已难以适应市场需求。本文通过对国内外耙吸式挖泥船自动控制系统工作现状的分析与归纳，运用西门子公司生产的可编程控制器S7-300对耙吸式挖泥船泥泵控制系统进行程序编写。旨在提高耙吸船的自动化程度和最大限度的降低泥浆抽取、输送过程中的能耗,提高其工作效率，提倡绿色疏浚和智能疏浚。

　　本文的主要内容和结论主要包括；首先，介绍了国内外耙吸船的发展现状，总结了耙吸船的工作原理，简要说明了耙吸船泥泵控制系统的研究历程和关键参数的采集；然后，介绍了可编程控制器S7-300的工作原理和产品特点并对泥泵的选型进行了参数计算；接着，分析研究了变频器的工作原理和泥泵控制系统构成以及各功能的工作条件。如：泥泵齿轮箱换挡条件，离合器合排条件等；最后，利用PLC设计了系统程序，主要包括：1）泥泵调速；2）承润滑；3）离合器控制。

　　以PLC为主要控制硬件的控制系统能对泥泵的工作过程进行实时监控和调速，大大的降低了疏浚能耗。

关键字：耙吸式挖泥船；PLC；泥泵系统

Abstract

Since the reform and opening up China's economy has been rapid development, port, shipping construction is booming, and promote the development of the world dredging industry. Rake suction dredger as an important dredging tool, its quantity and quality has been difficult to adapt to market demand. In this paper, through the analysis and summarization of the current situation of the automatic control system of the domestic and foreign rake suction dredger, the program control system of the rake suction dredger mud pump control system is programmed by using the programmable controller S7-300 produced by Siemens. It aims to improve the degree of automation of rake suction vessels and to minimize the energy consumption of mud extraction and transportation, improve their working efficiency, and promote green dredging and intelligent dredging.

The main contents and conclusions of this paper are as follows: Firstly, the present situation of rapping suction boat at home and abroad is introduced, and the working principle of rake suction boat is summarized. The research process and key parameters of harrow suction mud pump control system are briefly described. Then, the working principle and product characteristic of the programmable controller S7-300 are introduced and the parameters of the mud pump are calculated. Then, the working principle of the inverter and the composition of the mud pump control system and the working conditions of each function are analyzed and studied. Such as: mud pump gear box shift conditions, the clutch row conditions; Finally, the use of PLC design system procedures, including: 1) mud pump speed; 2) bearing lubrication; 3) clutch control.

PLC as the main control of the hardware control system can work on the mud pump real-time monitoring and speed, greatly reducing the dredging energy consumption.

Key words: rake suction dredger; PLC; mud pump system

目　录

摘　要 I

Abstract II

目　录 1

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景、目的和意义 1

1.2耙吸式挖泥船国内外发展及研究现状 1

1.2.1疏浚工程的国内外发展 1

1.2.2耙吸式挖泥船自动控制系统研究现状 2

1.2.3泥浆及管道输送系统自动化研究现状 3

1.3研究目标和研究内容 3

1.4本章小节 3

第2章　耙吸式挖泥船系统概述 5

2.1耙吸式挖泥船的基本组成 5

2.2耙吸式挖泥船的工作原理 6

2.2.1工作准备 6

2.2.2挖掘流程 6

2.2.3输送过程 7

2.3耙吸式挖泥船泥泵转速的选定 7

2.4泥泵控系统关键工况参数的采集 8

2.5本章小结 8

第3章 基于PLC的挖泥船泥泵自动控制系统的设计 9

3.1自动控制系统的硬件部分 9

3.1.1 S7-300PLC简介 9

3.1.2 S7-300PLC工作原理 12

3.2 PLC编程软件STEP7的简介与安装 13

3.3 基于泥泵控制系统的实现 13

3.3.1 泥泵系统的控制 13

3.3.2泥泵重要系统组成 15

3.4泥泵的选择和变频器调速原理 18

3.4.1泥泵的选择 18

3.4.2变频器调速原理 20

3.5本章小结 21

第4章基于PLC挖泥船泥泵控制系统的编写与说明 22

4.1泥泵齿轮箱程序 22

4.2泥泵离合器程序 24

4.3 泥泵轴承润滑程序 29

4.4 本章小结 30

第5章 总结与展望 31

5.1 本文总结 31

5.2展望 31

参考文献 32

致 谢 33

第1章 绪论

1.1课题研究背景、目的和意义

我国幅员辽阔，江海湖泊众多，东部拥有绵长的海岸线，濒临南海、东海、黄海和渤海^[1]。内陆有长江黄河，水系很发达，水运也成为了重要的交通手段。但由于种种原因，国内水系和沿海港口泥沙淤积严重。特别是长江下游，每次国内外大型运输船舶靠港离港都需要大量的挖泥船疏通航道。此外，随着国家“一带一路”建设海上丝绸之路政策的推行，我国疏浚工业和挖泥船制造业将迎来迅猛的发展和提高。

随着我国改革开放以来经济快速发展，环境问题日益严重，水土流失造成了湖泊水库和沿海港口淤积严重，然而国际贸易合作的升级引发水运贸易量急剧增张，加之河海湖泊联动政策的推行，都对航道港口的宽度和深度提出更高要求^[2]。港口、航道疏浚任务的繁忙，导致对挖泥船的要求越来越高，安全、高效成为挖泥船的基本要求。为了达到这个目的，整个疏浚系统必须要有更精密和更完善的控制方式。疏浚系统是一个十分复杂的系统，在实际系统上进行新的理论和技术实验论证时，投入的物力、人力和财力巨大。本文以耙吸式挖泥船为例，研究泥泵的自动控制系统。当耙吸式挖泥船挖泥时，将耙头下放到泥里，挖泥船慢速航行挖泥，在泥泵的真空作用下将泥浆吸入到泥舱中，当舱容满时还需继续挖泥，会把一些低浓度的泥浆直接排到弦外^[3]。有的挖泥船还能把泥仓里的泥土吸出来直接进行吹填。耙吸船具有良好的航行性能，它可以自载，自航，自卸，还能在工作当中处于航行状态，挖泥时不需要定位装置。耙吸式挖泥船主要用在没有掩护、狭长的沿海、近港口、航道的维护与开挖，它开挖淤泥时的效率最高^[4]。