摘 要

水下清淤机是用于河湖、大型管涵、泵站的清淤专用机具，可以直接在水下进行清淤工作。本文对清淤机器的发展现状和前景做了调查报告，并设计了水下清淤机这一设备的电气系统。通过水下清淤机电气系统设备配置、配电系统和控制系统三个方面进行撰写。

本文通过大学本科四年专业知识的学习设计了水下清淤机的电气结构系统，本设计内容包含了水下清淤机工作原理、系统的设备组成和选型、配电系统设计以及PLC为控制中心整个机器的控制过程等。采用西门子S7-1200PLC作为中心控制单元，通过变频器控制行走电机实现机器前进、后退、顺时针旋转、逆时针旋转等控制功能；控制姿态传感器、位置、温度、水位传感器，完成GPS坐标、机器运行参数、水深、清淤机内温度等相关记录功能以及进水检测、温度超限报警功能。

论文完成了对水下清淤机电气系统的设计，包括配电系统和控制系统，系统比较完整、可靠，具有较大的创新意义和实践操作价值。

关键词：控制站；执行站；控制回路；PLC

Abstract

The underwater dredger is a special machine to desilt directly under water for river, lake, large pipe,culvert and pump station. This paper investigates the development status and prospect of the dredger machine, and designs the electrical system of the equipment. Three aspects are written in the paper :the electrical system configuration, distribution system and control system.

Through four years professional undergraduate study, this paper designs the system of underwater dredger electrical structure, including the operational theory,system compositions and selection of equipment,and the process of how PLC controls the whole system. Siemens S7-1200 PLC as the central unit,controls the drive motor forward, backward, clockwise and counterclockwise through the converter; controls posture,position, temperature, water level sensors to record the GPS coordinates, machine operation parameters, water depth, dredger machine temperature and water detection, temperature overrun alarm.

The paper designs underwater dredger electrical system, including the distribution and control system.the system is complete, reliable and has certain innovative and practical value.

Key Words：control station；implement station；control loop；PLC

目 录

第1章 绪论 1

1.1水下清淤机的研究意义 1

1.2水下清淤机的研究现状及发展方向 1

1.2.1国内外研究现状 1

1.2.2发展方向 3

1.3电气系统技术要求及预期目标 3

1.3.1技术要求 3

1.3.2预期目标 4

第2章 系统设备构成 5

2.1设备配置总体规划 5

2.2执行站设备选择 5

2.3控制站配置 7

2.4电缆 7

第3章 配电系统 9

3.1工厂配电端 9

3.2 UPS电源端 10

第4章 设备控制回路 11

4.1左右行走电机 11

4.2吸口调节步进电机及其驱动和预留步进电机及其驱动 11

4.3 执行站温度湿度检测 12

4.4 姿态检测、GPS位置检测和水压检测 13

第5章 水下清淤机控制系统 14

5.1清淤机器人的控制过程 14

5.2 PLC 的选型和通信 14

5.2.1 PLC选型 14

5.2.2 两台 PLC之间的网络通信 15

5.3 执行站CPU设备控制 16

5.4 I/O 端点的确定和分配 16

结论 20

参考文献 21

致谢 22

附录A 控制站电源结构图 23

附录B 左右行走电机配电图 24

附录C 泥泵电机主回路 25

附录D 控制站电源结构图 26

附录E 控制站控制回路 27

附录F 左行走电机变频器 28

附录G 吸口调节（预留）步进电机 29

附录H 执行站PLC接线图 30

第1章 绪论

1.1水下清淤机的研究意义

　　随着社会经济的发展、人民生产生活活动的增加和自然灾害的不断发生，地球上的植被被破坏，生产生活所产生的废弃物都作为污染物直接排入江河水域、近海海域和湖泊。由于环境的改变，除外来漂浮物外，水体自身滋生了环境污染物，如蓝藻、水葫芦等疯长、死亡、变质，对环境产生了极为难处理的污染，经过微生物的分解转化成含有污染物的淤泥。淤泥中的有机物质分解的过程要消耗大量氧气，使水体含氧量减少，造成鱼类缺氧而大批死亡。港口、航道、水利等工程中，在各类的游泳娱乐场所，各种大小观赏性的人工鱼湖及水池等常常遇到水下清淤问题。

　　但是一直以来河流、鱼池和湖泊等水下污物的清理是一项非常困难和麻烦的工作。而且沉积物会以大约15~20 厘米每年的厚度递增，如果不清除，就意味着每年会有大约10 吨的沉积物产生。因此水下污物的清理对水利建设、防洪防涝、渔业养殖、保障农副业丰收、稳定国民生活和经济发展有极其重要的意义。

　　水下清淤机器人是在机器人技术上发展而来的，清淤机器的载体采用了常用的轮式行走机械结构，此结构较为简单并且驱动力大，原动机大多选择使用步进电动机。步进电机的控制性能好、精度高，在是一种控制性能非常好的控制电机。因此，对清淤机器人的控制就是用控制器直接对步进电机进行控制，其控制器现在大多采用技术比较成熟的PLC和单片机，其中采用PLC对步进电机进行控制尤其常见。 PLC的控制能力强，抗干扰能力好，编程语言简单易学是PLC的最大优点，这大大简化了机器人的控制过程。水下清淤机是由步进电动机来驱动的，而步进电动机则是由PLC来控制的。本次设计利用S7-1200PLC对步进电机进行控制，其中包括：步进电机和其驱动器的选择；步进电机与其驱动器的连接；PLC对行走电机及变频器的控制； PLC对步进电机的方向、速度控制，从而可以实现对排水管道清淤机器人前进/返回控制，变速控制，以提高清淤机器人的工作效率。

　　水下清淤机为用于河湖、大于管涵、泵站的清淤专用机具，能够全天候进行清淤作业，提高了设备的利用率，改善当前疏通管道时工人的工作环境、降低工人的劳动强度、保障工人的人身安全、提高排水管道清理的效率。较高程度的机械化、电气化、自动化、信息化使繁重的清淤劳动变得极其省力、轻松。水下清淤机相关设计也能运用于其他领域发展。