摘 要

在全球化的大背景下，海上运输承担了全球进出口运输中90%的运输总量，是全球化运输中最为重要的一环。港口机械在物流搬运中的作用越发突出，门座起重机是港口主要的装卸设备之一，门座起重机的运货量迅速增大，结构也越来越大型化，结构复杂化。港口对门座起重机的控制准确度、安全性、反应速度和稳定性以及平稳运行的要求大大提高。

本文的主要内容是对门座起重机的起升和旋转机构的电气控制系统进行分析设计。在分析了门座起重机的功能与结构后，设计采用PLC对门机整体的电气控制系统进行自动化控制，能够实现控制系统的监控；行走机构采用变频调速的方式对传动系统进行控制，使电机运行高效而稳定，能够实现行走机构的无级变速并控制电机的启动电流减少启动时电流对电网的冲击；旋转系统采用传统的串电阻调速的方式，在满足门座起重机功能和性能等要求的同时，降低生产费用。设计能够完整的实现行走、旋转的启停、正反向和变速等基本功能。对不同机构采用合适的控制系统设计，在保证机构功能的前提下，尽量使系统结构简单、运行稳定、易于操作维护。

关键词：PLC；变频器；MQ1633门座起重机；行走机构；旋转机构

Abstract

In the context of globalization, maritime transport is assuming90% of the total transport volume, as the most important part of global transport. Port machinery is handling more prominent in modern logistics,nowadays portal crane is one of the main port loading and unloading equipment. portal crane shipments has now increased a lot,while the structure is also more and more large, and also complex. The port has been needing of more control accuracy, safety, speed and stability of stability and smooth operation on the portal crane.

The main content of this paper is to analyze and design the electrical control system of lifting and rotating mechanism of portal crane. After analyzing the function and structure of the portal crane, I designed the PLC as the automatic control of the electrical control system of the portal crane, and the control system can be realized. The driving mechanism adopts the frequency conversion speed control mode to control the transmission system and make the motor run Efficient and stable, it can achieve the walking mechanism of the stable speed and control the motor starting current to reduce the impact of the current on the power grid; rotating system using the traditional string resistance speed mode, to meet the requirements and performance of the door crane At the same time, reduce production costs. The design can completely meet the realization of walking, rotation start and stop, forward and reverse and speed and other basic functions. The use of appropriate control system design for different institutions can ensure the function of the organization under the premise of the system structure as simple as possible, stable operation, easy operation and maintenance.

Keywords: PLC；inverter；MQ1633 portal crane；walking mechanism；rotating mechanism

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 门座式起重机的发展现状 2

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 2

1.3 基本研究内容 3

第二章 门座式起重机结构与功能分析 5

2.1 门座式起重机概述 5

2.1.1 门座式起重机主要机构概述 5

2.1.2 起重机主要功率参数 6

2.2 门座式起重机行走机构 6

2.3 门座式起重机旋转机构 7

2.4 安全装置设计 8

2.5 本章小结 9

第三章 行走与旋转调速方案分析与设计 10

3.1电动机的调速方案 10

3.1.1 交流异步电动机的选型 10

3.1.2 交流异步电动机的几种调速方案 10

3.2行走机构变频调速方案设计 12

3.2.1行走机构变频调速方案分析 13

3.2.2 行走机构变频器与制动单元的选型 14

3.2.3 行走机构变频控制 15

3.3 旋转机构串电阻调速 16

3.4 本章小结 16

第四章 门座式起重机电气控制系统设计 17

4.1. 总电源配电设计 17

4.2 行走机构电气控制系统设计 18

4.2.1 行走机构电气原理图 18

4.3.2 行走机构PLC外部接线图 20

4.3 旋转机构电气控制系统设计 22

4.3.1 旋转机构电气原理图 22

4.3.2 旋转机构PLC外部接线图 24

4.4 本章小结 24

第五章 门座式起重机PLC控制系统设计 25

5.1 PLC简介 25

5.2 PLC选型 25

5.3 PLC软件程序设计 25

5.3.1电源电路的设计 25

5.3.2行走机构零位条件 27

5.3.3行走机构方向控制 27

5.3.4 行走机构调速设计 28

5.3.5 旋转机构限位 28

5.3.6 旋转机构的速度调节 29

5.3.7 工作总计时 30

5.4 本章小结 30

第六章 结束语 31

6.1 全文工作总结 31

6.2 经济性分析 31

6.3 环保性分析 32

6.4 展望 32

参考文献 33

致 谢 34

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

随着全球化经济的发展，我国与全世界个个国家的进出口贸易正飞速发展，而作为进出口贸易中最为重要的一环，进出口物资搬运效率也成为了一个突出的问题。根据前瞻产业研究院的《中国港口设备行业市场需求与投资规划分析报告前瞻》报告，如今海上运输承担了全球进出口运输总量的90%，是全球化运输中最为重要的一环。海运作为一种古老的运输方式，如今已经发展成运输业中性价比最高的运输方式，相比于陆地运输和航空运输，水运具有大吨位和低成本的优势。港口作为海运的前沿阵地，全球经济及贸易量的增长正在快速推动港口发展，如何快速安全地进行物资转移，提高进出口效率，如何进行大吨位搬运是港口搬运机械的主要目标。作为当前散货码头的主力重型装卸设备，门座式起重机在各类散货码头有着极其广泛的应用。门座式起重机通过起升、旋转等功能，能够灵活的将货物在交通工具和堆场间进行搬运与物料堆放整理，并且整机能够在一定范围内移动，允许车辆在桥架下通过。具有较高的灵活性和搬运效率和很高的运载能力。门座起重机是港口主要的装卸设备之一。随着工业生产规模的迅速扩大，物资交流不断增加，门座起重机的运货量迅速增大，结构也越来越大型化，结构复杂化。港口对门座起重机的控制准确度、安全性、反应速度和稳定性以及平稳运行的要求大大提高^[1]。

本文所讨论的MQ1633门座式起重机为常用的门座式起重机的一种，其主要功能部分有：起升机构、变幅机构、行走机构和旋转机构。分别实现了门座式起重机的起吊落吊、吊臂旋转、整体移动和吊臂变幅功能。本文主要讨论了门座式起重机的行走和旋转机构的电气控制系统设计。曾广泛应用于起重机设备的电气控制方式为接触器、继电器相关联的电气逻辑控制，起重机动力电机通过转子串接逐级切电阻的调速和启动方式，这种传统的电气控制系统结构过于庞杂，各种物理线路结构复杂使得误动作风险较高；同时因为港口重型器械的工作环境恶劣，震动等因素导致系统在运行中的稳定性差、故障率高；繁多的接触器、继电器组合模式使得电气控制系统能耗较高，发热较多使电气系统频繁工作时有很高的工作隐患。PLC是在继电器接触器系统基础上发展而来的一种新型的与计算机相结合的控制器^[2]。如今随着PLC(可编程逻辑控制器）和变频器技术的发展，港口起重机也应了一次重大改革，从前的老旧低效的逻辑控制方式转变为现今的PLC控制系统和变频调速系统。新的系统通过PLC接口与外部继电器相连，以计算机模块进行逻辑编程和处理实现了电气控制逻辑的集成化和数字化，PLC系统的使用不但使电气控制系统高度模块化，也使得逻辑构建更加便捷，有利于新系统的开发调试和系统维护。并且PLC系统使得传统的逻辑控制线路集中于一个个控制箱内，极大地缩小了控制系统的体积，采用微电流的工作方式让工作与调试更加安全，模块化的设计增加了稳定性和使维护更加方便。矢量控制技术的提出和变频器的应用则是为交流变频调速带来了春天。变频调速控制技术的应用改善了交流调速系统过的调速精度、调速范围和动态响应性，不仅节约了能耗、提高了稳定性、实现了无级变速。