西門子S7-300PLC在岸橋吊具中的應(yīng)用

錢海峰 王旭剛

摘要：本文論述了超巴拿馬起重機(jī)（簡稱岸橋）中的一個(gè)重要機(jī)構(gòu)，即吊具的基本工作原理，介紹了吊具的電氣控制系統(tǒng)，電氣元器件等的選型方法。吊具具有起吊各種不同尺寸集裝箱的功能，實(shí)現(xiàn)了集裝箱貨運(yùn)船只方便進(jìn)入港口裝卸貨的要求。正確的吊具電控設(shè)計(jì)，可以很大幅度的增加吊具的可靠性，提高用戶現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的使用率。

[關(guān)鍵詞]吊具 西門子S7-300 PLC 控制器

本文著重介紹岸邊集裝箱起重機(jī)吊具的電氣設(shè)計(jì)方法，主要研究西門子PLC系統(tǒng)在吊具上的運(yùn)用和控制方式。吊具是岸橋的重要組成部分，它設(shè)計(jì)的好壞將直接影響岸橋的使用效率。

1西門子PLC控制系統(tǒng)的組成

一個(gè)西門子PLC控制系統(tǒng)包括以下幾部分，見圖1。

（1）電源模塊（PS）：將SIMATICSS7-300連接到AC120/230V或DC24V電源上。

（2）中央處理單元（CPU）有多種的CPU可供用戶選擇，有些帶有內(nèi)置的PROFIBUS一DP接口，用于各種性能范圍，一個(gè)中央處理器可包括多個(gè)CPU，以加強(qiáng)其性能。

（3）各種信號(hào)模塊（SM）：用于采集現(xiàn)場(chǎng)傳感器的信號(hào)狀態(tài)（包括開關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)）。

PLC主站的硬件配置如下：

PS307電源模塊型號(hào)：SIEMENS：6ES7307-1BA01-0AA0，1個(gè)

CPU314中央處理單元型號(hào)：SIEMENS：6ES7314-1AG13-0AB0，1個(gè)

SM321輸入模塊型號(hào)：SIEMENS：6ES7321-1BL00-0AA0，1個(gè)

SM322輸出模塊型號(hào)：SIEMENS：6ES7322-1BL00-0AA0，2個(gè)

SM331模擬量輸入模塊型號(hào)：SIEMENS：6ES7331-7KB02-0AB0，1個(gè)

2吊具電氣控制系統(tǒng)的布置

吊具電氣控制系統(tǒng)由SIEMENSS7300PLC作為中心電氣控制器，另外還包括了繼電器、24VDCCPU工作電源、磁尺控制器、電磁閥、輸入模塊、端子排、輸出模塊等，見圖2。3S7-300PLC在吊具電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1吊具工況分析

（1）目前國際上標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱分成三大類：20英尺、40英尺和45英尺，為起吊不同尺寸的集裝箱，吊具在機(jī)械結(jié)構(gòu)上做成可伸縮式，以滿足裝卸不同類型的集裝箱，此時(shí)吊具只能吊起1個(gè)集裝箱并處于單箱狀態(tài)。同時(shí)為了增加用戶的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)效率，吊具在機(jī)械上增加了中鎖平移機(jī)構(gòu)，可以同時(shí)完成起吊2個(gè)20英尺集裝箱，此時(shí)吊具處于雙箱狀態(tài)。通過西門子S7-300PLC的程序邏輯控制，可以任意切換吊具的單箱狀態(tài)和雙箱狀態(tài)，以滿足用戶對(duì)不同類型集裝箱的裝卸要求。

（2）吊具是通過鎖頭閉鎖完成對(duì)集裝箱的起吊功能。在集裝箱的四個(gè)角配有4個(gè)鎖孔，當(dāng)?shù)蹙叩逆i頭完全進(jìn)入鎖孔后，通過西門子S7-300PLC的程序邏輯控制進(jìn)行閉鎖動(dòng)作，從而完成起吊功能。為確保安全，防止集裝箱在空中發(fā)生摔箱等危險(xiǎn)情況，在吊具電氣控制系統(tǒng)中必須增加電氣連鎖保護(hù)，以確保吊具鎖頭處于完全閉鎖狀態(tài)。

（3）用戶在使用吊具起吊2個(gè)20英尺集裝箱時(shí)，需將吊具切換到雙箱狀態(tài)，前提條件是吊具必須處于單箱40英尺位置，在其它位置進(jìn)行切換西門子S7-300PLC會(huì)自動(dòng)禁止執(zhí)行。

（4）用戶在使用吊具起吊2個(gè)20英尺集裝箱時(shí)，可以通過中鎖平移機(jī)構(gòu)，將兩個(gè)20英尺集裝箱之間的距離在1600毫米內(nèi)任意調(diào)節(jié)，從而滿足集裝箱船只與貨運(yùn)卡車之間不同的裝卸要求。

（5）用戶在使用吊具起吊集裝箱時(shí)，為更加準(zhǔn)確快速的將吊具鎖頭放入集裝箱鎖孔內(nèi)，在吊具的四個(gè)角增加了導(dǎo)板功能，通過西門子S7-300PLC邏輯控制可對(duì)導(dǎo)板完成上/下動(dòng)作，滿足不同工況需求。

3.2西門子S7-300PLC控制應(yīng)用

3.2.1指令輸入

西門子SM321模塊接收操作司機(jī)對(duì)吊具的控制指令時(shí)，通常指令信號(hào)電壓為220VAC，需要通過繼電器轉(zhuǎn)換成24VDC，此時(shí)SM321模塊才能讀取指令信號(hào)并反饋給PLC。

3.2.2吊具狀態(tài)信號(hào)輸入

由于吊具上的所有限位信號(hào)均采用24VDC電壓工作模式，SM321可直接進(jìn)行讀取并反饋給PLC。

3.2.3吊具狀態(tài)信號(hào)輸出

西門子SM322模塊反饋吊具狀態(tài)信號(hào)時(shí)，通常信號(hào)電壓為24VDC，需要通過繼電器轉(zhuǎn)換成220VAC，此時(shí)操作司機(jī)才能通過信號(hào)燈讀取吊具狀態(tài)。

3.2.4吊具動(dòng)作輸出

由于吊具上所有的電磁閥均采用24VDC電壓工作模式，PLC可直接通過SM322模塊輸出給電磁閥完成動(dòng)作。

3.2.5西門子S7-300PLC

接收操作司機(jī)對(duì)吊具的控制指令，通過程序邏輯運(yùn)算輸出給電磁閥完成對(duì)應(yīng)吊具動(dòng)作。與此同時(shí)，當(dāng)?shù)蹙邉?dòng)作完成后，會(huì)將狀態(tài)信號(hào)通過PLC反饋給操作司機(jī)，表示動(dòng)作已經(jīng)完成。4結(jié)論

本文主要介紹了西門子S7-300在吊具控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)吊具完成集裝箱的裝卸功能。在吊具電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)中，我們也比較了一些國外著名電控商的吊具PLC，相比而言，我們的PLC程序有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）SIEMENSS7PLC具備多種編程語言功能，包括STL，F(xiàn)BD，LAD，F(xiàn)SC，SCL，可直接調(diào)用PLC系統(tǒng)自帶功能塊，使程序更加規(guī)范和簡潔。目前吊具上使用的LAD梯形圖編程方式最為直觀和易學(xué)，便于編程者編寫程序和用戶學(xué)習(xí)。

（2）SIEMENSS7PLC和SM321/SM322

輸入輸出模塊均自帶運(yùn)行狀態(tài)指示燈、故障狀態(tài)指示燈、信號(hào)狀態(tài)指示燈，使現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員和用戶維修人員一目了然，非常便于調(diào)試和維修，提高調(diào)試效率和維護(hù)成本。

（3）SIEMENSS7PLC型號(hào)為S7314，

該CPU具備MPI現(xiàn)場(chǎng)可編程功能。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，通過編程設(shè)備實(shí)時(shí)連線監(jiān)控，可以對(duì)吊具上的所有輸入信號(hào)和輸出信號(hào)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和應(yīng)急強(qiáng)制，達(dá)到快速解決故障的目的。

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