摘 要

本文通过对国内外绞吸式挖泥船绞刀系统工作现状的分析与总结，借助西门子公司可编程序控制器S7-300实现绞吸式挖泥船绞刀自动控制系统的设计。旨在提高绞吸式挖泥船的自动化程度，减轻操作人员的劳动强度，提高工作效率。与原有的利用液压或是电气绞吸式挖泥船绞刀系统相比，本设计具有采用PLC、变频器分别来控制系统与绞刀转速等特点。使得系统控制功能完善，绞刀可以无级变速。

论文首先介绍了国内外绞吸式挖泥船现状，分析并总结出绞吸式挖泥船的工作原理及流程；然后根据S7-300 可编程序控制器的工作机理及实现原理，针对总结出来的工作流程设计大致的硬件构成，并绘制工作流程图和控制程序的编写以及上位监控的设计；最后，利用PLC实现了绞吸式挖泥船绞刀控制系统的自动控制。相对于以往传统的绞刀自动控制系统，本文最大的特点就是利用变频器控制绞刀转速，使绞刀转速能够随着泥浆浓度的改变而改变，达到维持泥浆浓度在合适范围内，从而使系统始终具有较高的工作效率；提高了疏浚工作的经济性，系统的安全性。

关键词：绞吸式挖泥船；PLC；绞刀系统

Abstract

This paper based on the analysis and summary of dredger cutter suction system current Situation domestic and foreign, achieve the design of cutter suction dredger cutter automatic control system with Siemens S7-300 programmable logic controller. It aimed at increasing the degree of automation of cutter suction dredger, reducing labor intensity and improving work efficiency. Compared with the original cutter suction dredger cutter system which used of electric or hydraulic, this design controls the system and the cutter speed by PLC and inverter. It makes system control functions flexible, Stepless speed regulation.

This paper introduced the status quo of cutter suction dredger at home and abroad, analyzed and summarized the cutter suction dredger working principle and processes; Then expounded the working mechanism and principle of the Siemens S7-300 programmable logic controller; drew flowchart of the operation accroding to the work flow, and designed the hardware diagram, the control program and monitoring of the position substantially. And finally to achieve the automatic control of cutter suction dredger cutter control system with PLC. Compared with the previous conventional automatic control system, the biggest feature of this article is that the speed of cutter is controled by a inverter, cutter speed can make the change as slurry concentration is changed, to maintain the slurry concentration at a proper level and so the system always has a high work efficiency; improve the safety of the dredging work, the economy of the system.

Key Words：Cutter Suction Dredger；PLC；The Cutter System

目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 选题的目的及意义 1

1.3 国内外挖泥船现状 1

1.4 研究内容及特点 2

1.5 研究的思路及论文构造 3

1.6 本章小结 3

第2章 绞吸式挖泥船概述 4

2.1 挖泥船的起源与发展 4

2.1.1 挖泥船的起源 4

2.1.2 挖泥船的发展 4

2.2 绞吸式挖泥船的工作原理及施工方法 5

2.2.1 工作原理 5

2.2.2 施工方法 5

2.3 绞吸式挖泥船的组成系统 7

2.3.1 绞刀系统 7

2.3.2 泥泵系统 8

2.3.3 横移系统 8

2.3.4 定位系统 8

2.4 本章小结 8

第3章 可编程序控制器的基本原理 9

3.1 PLC的基本概念 9

3.2 PLC的硬件 9

3.3 PLC的基本原理 10

3.3.1 工作原理 10

3.3.2 技术参数 11

3.4 编程软件STEP7的安装与介绍 11

3.4.1 软件简介 11

3.4.2 软件的安装 11

3.4.3 硬件组态 13

3.5 仿真软件S7-PLCSIM的安装与介绍 14

3.6 本章小结 14

第4章 绞吸式挖泥船的自动控制系统的设计 15

4.1 系统构成 15

4.1.1 硬件设计 15

4.1.2 系统硬件图 16

4.2 重要硬件的电路接线图 17

4.2.1 PLC与电机接线图 17

4.2.2 变频器与电机接线图 19

4.2.3 PLC与编码器的接线图 20

4.3 系统工作流程 21

4.4 I/O点的统计 26

4.5 本章小结 27

第5章 自动控制程序的编写 28

5.1 参数的设定及读入程序 28

5.2 复位程序 29

5.2.1 回到上极限水平中点位置程序 29

5.2.2 移至开挖位置 30

5.3 上下、左右移动自动控制程序 31

5.4 端面挖完判断程序 33

5.5 本章小结 34

第6章 上位监控系统的设计及实验调试 35

6.1 上位监控系统的设计 35

6.1.1 上位监控系统数据库的定义 35

6.1.2 人机界面的设计 36

6.2 实验调试 40

6.2.1 PLC与FAMEVIEW通信的建立 40

6.2.2 控制功能的实验与调试 41

6.3 实验结论 45

第7章 总结与展望 47

7.1 总结 47

7.2 展望 47

致 谢 48

参考文献 49

第1章 绪论

1.1 选题背景

疏浚工程是水利工程以及水运工程中的重要项目。从水利工程方面来讲，主要是为了兴水利、除水害而进行的河道开挖清理工程，以提高河道的输水能力来满足泄洪、工农业灌溉以及生活供水的要求。从水运方面来说，在主要以经济及贸易发展为中心的当前形势下施行的航道清理，港口建设以及港池水域的挖深工作，以加大水深来满足船舶通航、船舶停靠、码头建设的要求。

现代疏浚工程主要依靠绞吸式挖泥船来完成。主要是由于她比其他形式的挖泥船具有更低的工程造价，更高的疏浚效率，更广的适用范围等优点。所以，现如今有超过70%的疏浚作业都由绞吸式挖泥船来进行。