论文总字数：24532字

摘 要

港口用门座式起重机是世界范围内大多数港口内通行使用的主要起重装卸机电设备。伴随着国际贸易货运量不断提升，港口对门座式起重机这一机械设备的起重吨位、生产率、运行精度和运行稳定性等设备参数也具有更高的要求。而门座式起重机控制技术的发展与计算机控制技术、现场总线技术、变频调速技术和电子信息技术的进步息息相关。现阶段随着技术进步的推进，建设自动化、智能港口的热潮已经出现，为保证其技术具有先进水平，自动控制技术在门座式起重机控制系统上的实际应用就显得更为重要。

本文致力于对MQ2535门座式起重机变幅构件结构和旋转构件结构的控制系统进行分析和设计。文中对起重机的概念、具体技术参数和两大机构的工作结构及流程进行了一个综述，进而全面细致地分析门座式起重机变幅机构和旋转机构的控制要素和被控对象，以可编程控制器（PLC）和变频调速控制系统为核心确定了门座式起重机整体控制系统结构框图。并在该硬件平台基础上运用STEP 7编程软件完成了变幅机构和旋转机构控制系统的程序设计，以实现MQ2535门座式起重机变幅机构和旋转机构的运行控制。

关键词：MQ2535门座式起重机；西门子可编程控制器；变幅机构和旋转机构控制系统；安川变频器

Abstract

Port gantry cranes are the main lifting and handling electromechanical equipment used in most ports around the world. Along with the international trade cargo volume continues to rise, the port of the gantry crane this mechanical equipment lifting tonnage, productivity, operating accuracy and operating stability and other equipment parameters also have higher requirements. The development of gantry crane control technology is closely related to computer control technology, fieldbus technology, frequency control technology and the progress of electronic information technology. At this stage with the advancement of technology, the construction of automation, intelligent port boom has emerged to ensure that its technology has advanced level, automatic control technology in the gantry crane control system on the actual application is more important.

This paper is dedicated to the analysis and design of the control system for the structure of the variable and rotating components of the MQ2535 gantry crane. The article provides an overview of the crane concept, specific technical parameters and the working structure and process of the two major institutions, and then analyzes the control elements and controlled objects of the gantry crane variable amplitude mechanism and rotating mechanism in a comprehensive and detailed manner, and determines the overall control system structure of the gantry crane block diagram with the programmable logic controller (PLC) and frequency control system as the core. On the basis of the hardware platform, STEP 7 programming software was used to complete the program design of the control system of the variable width mechanism and the rotating mechanism, in order to realize the operation control of the variable width mechanism and the rotating mechanism of MQ2535 gantry crane.

Key Words：MQ2535 Gantry Crane; Siemens Programmable Controller; Luffing Mechanism and Rotary Mechanism Control Cystem; Yaskawa Frequency Converter

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 本文主要研究内容 3

第2章 门座起重机简介 4

2.1 门座起重机概述 4

2.1.1 门座起重机 4

2.1.2 常见门座起重机分类 4

2.1.3 MQ2535门座起重机技术参数 5

2.2 门座起重机变幅机构及旋转机构 8

2.2.1 变幅机构概述 8

2.2.2 旋转机构概述 9

2.3 门座起重机工作原理 10

第3章 MQ2535门座式起重机控制系统总体设计 11

3.1 MQ2535门座式起重机控制系统控制要素 11

3.1.1 MQ2535门机变幅部分控制要素 11

3.1.2 MQ2535门机旋转部分控制要素 12

3.2 控制系统I/O分析 14

3.3 控制系统总体架构 15

第4章 变频调速系统的设计 17

4.1 MQ2535门座式起重机调速系统选择 17

4.2 变频调速控制模式 18

4.3 变频器选型 19

4.4 变幅机构变频器接线图设计 19

第5章 PLC控制系统设计 21

5.1 可编程控制器简介 21

5.1.1 PLC的基本概念 21

5.1.2 PLC的结构及工作原理 21

5.1.3 PLC的主要功能及特点 23

5.2 PLC选型及其特点 24

5.2.1 SIMATIC S7-300基础特性 24

5.2.2 SIMATIC S7-300硬件配置选型 25

5.2.3 输入/输出地址分配表设计 25

5.3 PLC程序设计 26

5.3.1 系统软件设计 26

5.3.2 变幅机构梯形图设计 28

5.3.3 旋转机构梯形图设计 33

第6章 结论 36

致谢 37

参考文献 38

附录 40

绪论

研究背景及意义

现阶段世界全球化的发展进程使全球化这一名词的多维度特点和复杂系统特征更为明显，同时中国经济也受其影响开始进入到了大调整期、拐点期、变革发展期。我国在多方面深入融合全球化各个发展阶段，使我国国际贸易的发展日益成熟并且规模更加庞大，航运业作为国际贸易的主要环节,在贸易发展中也将发挥越来越重要的作用。因为大约75％以上的国际贸易量是通过海运完成的。海洋港口是航路运输的重要中转点，日前日益火热的多方式联合运输上的主要运作设施。港口结构化布局、关键装卸技术和机电设备将朝着效率更高、智能化程度更高、信息交互更频繁、更符合工作人员的操作习惯的方向发展^[1]。

我国具有较长的海岸线，在海洋运输资源和地理位置条件上有着优秀的配置，目前中国的国际贸易主要以海运为主。随着中国外贸型经济的发展，港口作为海运和多式联运的重要节点，中国主要沿海城市群将进行大规模、多层次的港口建设。主要表现在国际范围集装箱枢纽码头和能源散货港口的成建制建设。门座式起重机作为典型的大范围运输机电设备，在工业生产、物流中转、力学科研实验室等领域非常常见，门座式起重机的自动控制对于生产率提高、生产过程自动化、实现安全生产有着特殊的意义^[2]。

门座式起重机是港口起重机械的主要机电设备，随着工业生产自动化水平的不断提高，人们对门座式起重机的各方面技术参数要求也越来越高。PLC控制有很多优势：目前，国际著名品牌PLC高度模块化、抗干扰能力强，可实现长时间不间断操作，也可以与其他智能设备建立连接，查找故障点非常方便，为多样化控制提供了基础。同时变频调速相对于其它的调速系统而言，其功率损耗较低、速度可在整个调速范围之内连续控制，具有良好的开闭环特性、调速精度相比较最高、总成本相对较低等诸多优势，已成为最具有发展潜力的调速技术手段。

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