摘 要

随着全球经济的急速增长，世界水运贸易在全球总经济量的占比也越来越大，随之而来的航道清淤问题就摆上了台面，成为制约水运经济的一道枷锁。因此，能解决这些问题的大型抓斗挖泥船需求市场巨大。但目前国外的挖泥船的技术水平要领先国内不少，尤其是核心而先进的自动平挖技术，国内的研究更是鲜为人知。为此，本课题设计对新式智能化大型抓斗挖泥船的挖泥机尝试采用变频调速驱动系统方案，以达到系统设计、安装、使用都十分方便的目的。本课题设计将通过采用变频器和PLC，设计一套可行的电路方案来解决电气控制和操纵系统方面的问题，以完成对大型抓斗挖泥机起升机构进行变频调速的任务。

关键词：挖泥船；变频调速控制；电机；PLC；变频器

Abstract

The lag of the construction and maintenance of ports and waterways and the evacuation of inland waterways has become an increasingly prominent problem to hinder the trade of goods. In addition, the development of Linhai Industrial Park, coastal city development, water conservancy, flood control and tourism, and environmental protection and other areas of development are also urgent. So there is a huge market for large grab dredgers that can solve these problems. But at present, the technical level of foreign dredgers is much higher than domestic ones, especially the core and advanced automatic level dredge technology, the domestic research is little known. Therefore, the design of the new intelligent large-scale grab dredger has decided to adopt the variable frequency drive system, which is very convenient to design, install and use. This project will solved by PLC, programming and designing a set of feasible circuit scheme, to achieve the large grab dredger lifting mechanism for the purpose of variable frequency speed regulation.

Key words: Dredger; Variable frequency speed control; Motor; PLC; Frequency converter

目录

第1章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2课题目的与意义 1

1.3国内外发展现状 2

1.4课题研究的主要内容 2

1.5本章小结 3

第2章 方案论证 4

2.1驱动方式的选择 4

2.1.1液力变矩器传动方式简介与分析 4

2.1.2直流电机驱动方式简介与分析 4

2.1.3交流变频驱动方式简介与分析 4

2.1.4驱动方式的选择与确定 5

2.2控制器的种类和优、缺点分析 5

2.2.1单片机的优、缺点及现状 5

2.2.2 PLC的优、缺点及现状分析 5

2.3控制器的选择 5

2.4本章小结 6

第3章 起升机构的要求和器件的选型 7

3.1起重机构要求 7

3.2设备选择 7

3.2.1电机的选型要求 7

3.2.2编码器、制动器简介 8

3.3本章小结 8

第4章 变频调速系统探究和变频器的选型 9

4.1多传动的概念 9

4.2 变频器的工作原理 9

4.3变频器的构成 11

4.3.1总体构成与主回路 11

4.3.2变流器 12

4.3.3平滑回路 12

4.3.4运算回路 12

4.3.5电压／电流检测回路 12

4.3.6驱动回路 12

4.3.7速度检测回路 12

4.3.8保护回路 12

4.4 变频器的保护 13

4.4.1 过电流保护 13

4.4.2 过电压保护 13

4.4.3 欠电压保护 14

4.5 变频器的选型 14

4.5.1 变频器的容量计算 14

4.5.2 变频器各部分的选用 15

4.6本章小结 17

第5章 控制系统中的可编程控制器 18

5.1 PLC概述 18

5.2 PLC的优势 19

5.3 PLC的选型 21

5.4 S7--300PLC编程软件介绍 21

5.5本章小结 22

第6章 变频调速系统设计 23

6.1 抓斗起升机构控制系统的组成 23

6.2整体方案及原理图 24

6.3硬件组态 24

6.4本章小结 25

结束语 26

【参考文献】 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1课题背景

在众多的船舶种类中，挖泥船，有一种常用于清理重要的商船航道的特种船舶，那就是挖泥船。2010年1月，由中国自主开发研制的的第一艘国产吹沙船——天鲸号正式交付使用。 2017年12月，中国的第二艘国产吹沙船天鲲号也开始活跃于中国广阔的海面上。 天鲸号和天鲲号船都代表着这个领域世界上最先进的技术水平，一小时的喷砂量可达6000立方米，适用于20米水深的作业，一周可以填满一个足球场的空间。

图1-1天鲲号 图1-2天鲸号

我国早在2017年5月26日，商务部就发出通知，对大型挖泥船实行国家管制。未经许可，任何单位和个人都不得向外销售。这主要有两个原因:

1. 虽然挖泥船只是一种民用船舶，但它也能用于海洋领土的扩张。众所周知，挖泥船可以在短时间内造起一个孤岛。 这些岛屿是无价的财富，战时它们可以用作基地发挥作战能力，和平时期也可以用来兴建经济，进行生产作业。所以在某种程度上，它的价值不可小觑。

2.还有一个很重要的因素，我国是近些年才将挖泥船行业发展起来并完善技术的国家，而欧美、日本等发达国家早已拥有这样的水平并发展了数十年。不过只要我们禁止出口，就代表着挖泥船这样的大型设备的价格必然会随着货源缺口的增大而水涨船高。 这将使那些需要这些装备的国家更难以承担高昂的进口成本。 这既是一种战术，也是一种战略契合。