摘 要

在现代集装箱港口装卸搬运操作中，集装箱龙门吊作为装卸货物的重要工具，有着决定港口整体工作效率的关键作用，龙门起重机在多个领域例如：机械加工制造、冶炼金属、土木修建、港口运输装卸等行业中都有十分广泛的应用。因此龙门起重机的多样化、高效化、安全性和智能性的设计与研发对推动和保障制造业蓬勃发展都有着重要意义。

可编程控制器PLC是取代继电器模板控制的现代化数字运算操作电子系统，在现阶段PLC控制技术已经成为轨道式集装箱门式起重机的基本配置。在实际生产运作过程中，可以将工控机和PLC结合应用，通过上位监控软件可以交换数据，实现交互功能。龙门起重机的控制系统设计基于PLC技术，结合变频器技术，采用矢量变频器控制变频调速方案。本次任务设计龙门起重机控制系统，达到满足稳定高效的变速要求，实现更大范围的调速，使设备控制系统的工作更加稳定可靠。

本次毕业设计论文以龙门起重机起升机构和大车机构为研究对象，探讨与学习实际生产情况中龙门吊的控制系统的设计，通过PLC技术与变频器技术相结合，依据起重机各个机构的运行情况，重点设计起升机构和大车行走机构的控制系统，根据实际情况对PLC、变频器进行选型，使用STEP7软件进行控制程序的编写、调试和模拟，使用AUTOCAD软件绘制起重机电路图和PLC外部硬件接线图，完成对电气控制系统的设计。

关键词：龙门起重机、控制系统、PLC、变频调速

Abstract

In modern container port handling and handling operation, container Gantry crane, as an important tool of loading and unloading, has a key role in determining the overall efficiency of the port, gantry cranes are widely used in many fields, such as machining, smelting metal, civil construction, port transportation and handling, etc. Therefore, the design and development of Gantry Crane's diversification, efficiency, safety and intelligence are of great significance to promote and ensure the development of manufacturing industry.

Programmable Controller PLC is to replace the relay template control of modern digital operation of the electronic system, in the current stage of the PLC control technology has become the orbital container gantry crane basic configuration. In the actual production operation process, the IPC and the PLC can be used in combination, through the host monitoring software can exchange data, realize interactive function. Control system design of Gantry Crane based on PLC technology, combined with inverter technology, the use of vector frequency converter Control frequency conversion speed scheme. This time task Design Gantry crane Control system to meet the stable and efficient speed change requirements, to achieve a wider range of speed, so that the work of equipment control system more stable and reliable.

This thesis takes gantry crane hoisting mechanism and cart mechanism as the research object, discusses and studies the design of the control system of gantry cranes in actual production, and combines the technology of PLC with inverter technology, and according to the operation situation of each mechanism of crane, Focus on the design of lifting mechanism and the control system of the vehicle walking mechanism, according to the actual situation of the PLC, inverter selection, the use of STEP7 software control program preparation, debugging and simulation, using the AUTOCAD The software draws the crane circuit diagram and the PLC external hardware wiring diagram, completes to the electrical control system design.

Key words: Gantry crane, control system, PLC, frequency conversion speed regulation

目录

摘要 3

Abstract 4

第一章 绪论 7

1.1课题研究背景及意义 7

1.2国内外研究现状 8

1.3本文的主要内容 9

第二章 龙门起重机的概述 11

2.1龙门起重机的机构组成 11

2.1.1起升机构 11

2.1.2大车运行机构 12

2.1.3小车运行机构 13

2.1.4电气设备 13

2.1.5驾驶室 14

2.2龙门起重机的分类 14

2.3龙门起重机的基本参数 14

2.3.1起重量 14

2.3.2总起升高度 15

2.3.3最大轮压 15

2.3.4生产率 16

2.4起重机的工作制和工作条件 16

2.4.1工作制 16

2.4.2工作条件 17

第三章 龙门起重机控制系统的组成 18

3.1起重机电控系统的构成 18

3.1.1供电系统 18

3.1.2驱动系统 19

3.1.3配电保护系统 19

3.1.4 PLC系统 20

3.2起升和大车运行机构的电机选型 20

3.2.1电动机的选型原则 20

3.2.2电机功率的初选方法 21

3.2.3电机型号的确定 22

3.3起重机变频调速设计方案 23

3.3.1变频调速原理 23

3.3.2变频调速控制方法分析 23

3.3.3变频器的选型 24

3.3.4制动单元选型 25

3.4本章小结 25

第四章 龙门起重机控制系统设计 26

4.1控制系统的程序设计 26

4.2控制系统PLC程序的编写 28

4.2.1主电源控制程序 29

4.2.2起升机构上升控制程序 29

4.2.3起升机构下降程序 30

4.2.4输出显示控制程序 31

4.2.5大车行走控制程序 32

4.2.6极限位置输出指示 34

4.2.7PLC系统输出信号 34

4.3本章小结 37

第五章 总结与展望 38

5.1全文工作总结 38

5.2工作展望 38

参考文献 40

附录A 41

附录B 45

致谢 46

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

集装箱门式起重机（又称龙门吊），门式起重机是物料搬运机械中的最主要的一种，根据不同工作场合的要求，起重机的起重范围非常大，广泛地应用到机械制造、冶炼金属、土木建筑、码头集装箱搬运等行业中。进入二十一世纪以来，我国船舶制造工业快速发展，国内大型船舶制造企业生产的船舶吨位越来越大，每年制造的船舶也普遍达到百万吨级别，与此同时各船厂的造船模式也发生了巨大变革，从原先的船台造船转变成为船坞造船模式。在此实际背景下，造船行业中大型造船门式起重机需求也大幅度增加。

龙门起重机不仅在造船行业需求日益增加，在港口运输行业中同样扮演着越来越重要的角色。龙门起重机主要可分为轨道式龙门起重机和轮胎式龙门起重机，根据两者不同的结构特点，两种起重机在港口起重运输行业中都发挥着重要作用。轮胎式龙门吊顾名思义，行走机构为轮胎式车轮，具有行走灵活，调度方便适应能力强等优点，较多应用于场地较小，转场作业环节较多的场合。轨道式龙门起重机与轮胎式龙门起重机的明显区别为，轨道式龙门吊大车行走机构为轨道式车轮，这种起重机广泛应用于堆场面积较大，集装箱搬运流程较为简单的港口堆场。其特点是，结构相对简单，运行轨迹按照地面轨道的铺设情况，运输能力更大，运行更安全可靠。在现代社会，各行各业的生产规模越来越大，生产工作的自动化水平的要求也越来越高，起重机是物料搬运，产品装卸，生产调度的重要设备，在全社会发挥着举足轻重的作用。因此，对起重机的要求也越来越高，对起重机功能多样化的期望也越来越广。科学技术的发展与创新支撑了起重机行业的迅速发展与壮大，行业的竞争也更加激烈，技术的革新推动着起重机技术发展进入崭新的阶段。起重机行业的大致发展方向可归结为：大型化、轻量化、智能化、个性新颖化、模块化和售后服务快捷人性化。