开题报告-船舶起货机的PLC复合控制设计

开题报告
电气工程及自动化
船舶起货机的PLC复合控制设计
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
基于传统的船舶起货机，主要有电动式、液压式、电一液式；就船用起货机的控制方式而言，主要有继电一接触器式、集成电路式、单片机式，随着PLC技术的发展，PLC在船舶起货机上的应用越来越广泛。

目前，船舶起货机的控制注重于逻辑时序控制，其调速方式多为有级变极三速调节，无级调速多应用于液压式或G．M系统的起货机，变频调速在船舶起货机上的应用较少。

通常情况下，船舶起货机的机械、控制和电气设计的工作是独立进行的，机械功能与控制系统的结合并不是最理想的，只是够用而已。

虽然已经有了很多有助于机电一体化运动控制系统设计及发展的关于仿真软件、项目管理工具和协作软件的著述，这些工具是发展项目的重要和潜在的主要部分，却仍不能与优良超前的计划及工程学相提并论。

机械、电气以及软件工程的集成正在改变运动控制设计及其发展的面貌。

这就要求提供船舶起货机现有设备的描述，详述合格的性能范围并阐明其必须达到的效果，而不是告诉船员怎样实现这个结果。

然而，现在的船用起货机没有提供所需性能的定量信息，没有所要连接的机械的完整描述。

可编程控制器(PLC)是一种工业控制用计算机，特别是模块化结构的PLC具有体积小、设计灵活、运行可靠、性能／价格比高等静电，并且可方便地与上位机通讯，在工程自动化中得到广泛的应用。

借助于大中型PLC可实现现场控制工作站和集中管理计算机相结合的结构，这对老设备技术改造、实现船舶机舱的自动化，提高自动化水平及可靠性，进而实现无人机舱都有着十分重要的意义。

船舶起货机是船舶装卸货物的主要机械, 起货机的工作质量如何直接影响船舶的装卸速度, 进而影响到船舶的航行周期。

船舶起货机是远洋船舶甲板机械最典型的设备之一。

其结构复杂，难于管理，专业性强，不易掌握。

船舶起货机多采用传统的继电器．接触器控制系统，该控制方式故障率高，可靠性和可维护性差，灵活性和扩展性也很差，所以有必要采用先进的PLC控制技术来取代。

可编程序控制器可以用软件功能替代继电器控制系统中大量的接触器、中间继电
器、时间继电器等器件, 因而控制系统的设计、安装与调试的工作量将大大减少, 且具有可靠性极高、稳定和维修维护方便成本低等显著优点, 因此利用可编程序控制器实现船舶起货机控制具有较高的应用价值。

它可使整个系统具有逐级平滑起动、三级自动制动、逆转矩控制、操作频度限制、限位保护、联锁控制和防止货物跌落，以及维修时间提示和历史参数查询等功能。

功能模块本身具备欠压、超压、过载、缺相等电机运行所需的保护，极大的简化了线路。

整个系统的可靠性和可维护性高，灵活性和扩展性方便。

在海事教育和培训机构中，船舶起货机的教学内容滞后，缺少相应的实操训练内容，进行船舶电动起货机的实物仿真也很少。

利用课堂讲授专业知识、控制线路分析和简单的电力拖动实训，缺少专门的船舶起货机实训中心，致使学员很难从理论方面掌握船舶起货机的专业知识，不能深入理解船舶起货机系统的动作过程，达不到培养学员的实际操作和分析问题、解决故障的能力。

因此，实现船舶起货机PLC复合控制，研制船舶电动起货机的实物仿真设备，增加典型的变频、伺服和步进控制的电力驱动技术，应用于轮机工程的教学与实践，使电力拖动、船用起货机的教学更加具体、生动。

船舶电动起货机实物仿真增加了软件和硬件的故障设置功能，以提高轮机员对起货机的故障分析、维修和管理水平。

增加HMI 触摸屏，以显示控制过程和信息，方便进行参数修改和故障查询，更有利于学员对船电业务的理解和接受。

随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。

起重机正经历着一场巨大的变革。

由于工业生产规模的不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长。

起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。

起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。

起重机不但要容易操作，容易维护，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。

目前世界上最大的浮游起重机起重量达6，500t，最大的履带起重机起重量达3，000t，最大的桥式起重机起重量为1，200t，集装箱岸边装卸桥小车的最大运行速度已达350m/min，堆垛起重机最大运行速度是240m/min，垃圾处
理用起重机的起升速度达100m/min。

基于PLC的船舶起货机具有更多的工作方式、更好的调速性能、更多的问题解决方案．船舶起货机PLC复合控制系统集成了SIEMENS典型驱动HOIST—ING、LUFFING和SLEWING，具有完备的起货机功能。

船舶起货机采用PLC控制系统以后，大大减少了管理人员的日常维护，减少了故障发生率，是船舶控制系统由继电器系统向微机自动控制系统发展的一大改革。

相信随着船舶起货机自动化程度的日益提高，PLC在船上的应用会越来越广泛，并最终代替继电器控制系统。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
研究的基本内容：
1)熟悉现场总线技术；
2)如何设计PLC的船用电动起货机复合控制系统，把变频器、功能模块、CPU、人机界面通过总线互连在一起，实现集中控制和管理；
3)完善系统功能，使系统具有逐级平滑起动、三级自动制动、逆转矩控制、操作频度限制、限位保护、联锁控制和防止货物跌落，以及维修时间提示和历史参数查询等功能
拟解决的主要问题：
1、熟悉船舶起重机的作业流程。

2、根据船舶起重机的工作流程，对设计进行研究并建立相应的数学模型。

3、运用仿真软件，对船舶起重机的作业系统进行仿真。

4、通过仿真，对船舶起重机作业性能、机械设备的优化配置等问题进行分析。

三、研究步骤、方法及措施：
步骤及方法：
(1)了解船舶起重机的国际发展动态。

(2)熟悉船舶起重机的作业流程及相关的作业规则。

(3)研究、讨论船舶起重机起重、抓物防跌、变频、人机界面等一系列的流程进行集中控制，并建立数学模型。

(4)对船舶起重机的作业系统进行仿真、并通过仿真进行分析。

(5)得出结论。

措施：
图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。

然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解，用以设计所需的相关课题。

在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。

四、参考文献
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