摘 要

为适应我国高速铁路建设事业跨越式发展的需求，满足高速铁路客运专线建设过程中，采用无渣轨道施工技术铺设无缝线路的需要，提高铁路高速运行安全性和稳定度，在综合分析、研究、总结国外各种先进技术设备的基础上，研制出了适合我国基本国情、路情的CPG-500型长轨条铺轨机组。运枕龙门吊是该铺轨机组的重要配套设备，主要用于将铁轨轨枕运输至前方轨枕倒运车上，辅助铺轨机组开展铺轨作业，其主要由龙门架、走行系统、液压驱动系统、夹枕控制系统以及电气控制系统等机构组成。

本文主要完成了运枕龙门吊电气控制系统的研发设计，详细讨论了龙门吊的电气控制系统采用的关键技术、控制方案、硬件电路设计、系统设计及程序实现等。首先论述了龙门吊的基本组成结构和工作原理，设计了电气控制系统整体控制方案。介绍了各部分硬件电路的设计与电路图的绘制，最后采用了西门子S7-300 PLC(Programmable Logic Controller,可编程序逻辑控制制器)进行程序设计，通过系统调试证明，该系统能使运枕龙门吊稳定运行。

关键词：龙门吊、电气系统、PLC、设计

Abstract

To meet the construction requirements of the rapid development of China's high-speed railway, and in the construction of high speed railway passenger dedicated line, the construction technology of non slag orbit is adopted, and the need of laying the seamless line, Improve the high-speed operation and stability of the railway, after analysis and research with home and abroad advanced equipment, we have researched the CPG500 long-track-laying machine and the construction technology according to the detailed and specific railway condition of our country.

Thesis mainly completed the design of the electric control system of gantry crane transporting sleeper. The gantry crane electrical control system uses the key technology. It discussed the control scheme, hardware circuit design, controlling system design and program implementation in detail. The thesis discussed and studied gantry crane work principle and structure. Designed the overall control scheme of electric control system. This thesis introduces the design of the hardware circuit and the drawing of electrical diagram. Finally uses the SIEMENS S7-300 PLC(Programmable Logic Controller) to carry on the program design. Prove through system debugging. The system can make the stable operation of the gantry crane.

Key Words：Gantry crane, the electric control system, PLC, Design

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景概述 1

1.2 国内外的发展现状 1

1.3 本文的主要内容 2

第2章 运枕龙门吊电气控制系统设计方案 4

2.1 运枕龙门吊的概述及组成 4

2.1.1 运枕龙门吊的概述 4

2.1.2 运枕龙门吊的组成 4

2.2 运枕龙门吊控制过程分析 5

2.3 运枕龙门吊电气控制系统组成 5

2.3.1 走行控制系统 6

2.3.2 夹具控制系统 6

2.3.3 辅助控制系统 7

2.4 本章小结 9

第3章 运枕龙门吊电气控制系统硬件设计选型 10

3.1 可编程控制器（PLC)概述 10

3.1.1 可编程控制器的特点 10

3.1.2 可编程控制器的基本组成 10

3.1.3 可编程控制器的工作过程 11

3.2 PLC控制系统选型 12

3.3 PLC硬件电路设计 13

3.3.1 PLC主电路设计 13

3.3.2 走行系统控制电路 15

3.3.3 夹具系统控制电路 16

3.3.4 辅助系统控制电路 17

3.4 输入/输出地址分配表 20

3.5 本章小结 22

第4章 运枕龙门吊电气控制系统PLC程序设计 23

4.1 走行控制系统程序设计 23

4.1.1 走行控制流程 23

4.1.2 走行控制系统程序设计 24

4.2 夹具控制系统程序设计 28

4.2.1 夹具控制流程 28

4.2.2 夹具控制系统程序设计 31

4.3 辅助系统程序设计 33

4.3.1 温度控制系统程序设计 34

4.3.2 信号采集系统程序设计 36

4.3.3 安全保护系统程序设计 38

4.4 系统经济性分析 40

4.5 本章小结 40

第5章 总结与展望 42

5.1 全文总结 42

5.2 研究展望 42

参考文献 44

致谢 45

第1章 绪论

1.1 研究背景概述

随着国民经济的不断发展，我国现有的铁路运力已经严重不足，无法满足社会各类人群的出行需求。因此，在21世纪国家“一带一路”的战略大背景下，我国的高速铁路建设事业得到蓬勃发展，目前已相继建成了一大批高速铁路客运专线，诸如武广、郑西、京津、京沪、合福等客运专线。为了进一步缓解各类人群出行难，一票难求的现状，依据我国《中长期铁路网规划》规划了“四横四纵”的基本高速铁路骨架，随着郑万、汉十、成贵、沪昆等一大批高速铁路客运专线的相继开工，标志着我国高速铁路的建设迎来了新一轮的高潮。

在高速铁路客运专线建设中，轨道线路要求必须具有结构连续、平顺、稳定、耐久和少维修的性能，而采用无渣轨道施工技术是我国铁路快速提升技术装备水平，实现铁路跨越式发展的重要举措^[1]。该技术的关键工艺在于高速铁路线路的无缝铺设，目前国内的机械化程度较低，无法满足施工的需要。因此，我国借鉴当前国外主流的几种长轨条铺轨机组的先进铺轨技术，结合我国高速铁路建设的现状，自行研制出了CPG-500长轨条铺轨机组。铺轨机组由履带式钢轨拖拉机、主机(作业车、辅助动力车)、轨枕运输车组、运枕龙门吊及其动力系统、电气控制系统、液压系统等几部分组成^[2]。CPG500 型长轨条铺轨机组吸收了国内外同类设备的优点，并有效克服了这些设备的不足，具有牵引力大、机组适用范围广、自动化程度高、综合作业效率高、安全可靠、性价比高等特点^[3]。专用于高速铁路无缝线路的铺设，无论是施工速度还是工程质量都能得到保证。