西門子S7-300PLC在岸橋吊具中的應用

錢海峰 王旭剛

摘要：本文論述了超巴拿馬起重機（簡稱岸橋）中的一個重要機構，即吊具的基本工作原理，介紹了吊具的電氣控制系統，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，實現了集裝箱貨運船只方便進入港口裝卸貨的要求。正確的吊具電控設計，可以很大幅度的增加吊具的可靠性，提高用戶現場設備的使用率。

[關鍵詞]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吊具的電氣設計方法，主要研究西門子PLC系統在吊具上的運用和控制方式。吊具是岸橋的重要組成部分，它設計的好壞將直接影響岸橋的使用效率。

1西門子PLC控制系統的組成

一個西門子PLC控制系統包括以下幾部分，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，有些帶有內置的PROFIBUS一DP接口，用于各種性能范圍，一個中央處理器可包括多個CPU，以加強其性能。

（3）各種信號模塊（SM）：用于采集現場傳感器的信號狀態（包括開關量信號和模擬量信號）。

PLC主站的硬件配置如下：

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

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

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

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

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

2吊具電氣控制系統的布置

吊具電氣控制系統由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中的應用

3.1吊具工況分析

（1）目前國際上標準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，吊具在機械結構上做成可伸縮式，以滿足裝卸不同類型的集裝箱，此時吊具只能吊起1個集裝箱并處于單箱狀態。同時為了增加用戶的現場作業效率，吊具在機械上增加了中鎖平移機構，可以同時完成起吊2個20英尺集裝箱，此時吊具處于雙箱狀態。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和雙箱狀態，以滿足用戶對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集裝箱的起吊功能。在集裝箱的四個角配有4個鎖孔，當吊具的鎖頭完全進入鎖孔后，通過西門子S7-300PLC的程序邏輯控制進行閉鎖動作，從而完成起吊功能。為確保安全，防止集裝箱在空中發生摔箱等危險情況，在吊具電氣控制系統中必須增加電氣連鎖保護，以確保吊具鎖頭處于完全閉鎖狀態。

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

（4）用戶在使用吊具起吊2個20英尺集裝箱時，可以通過中鎖平移機構，將兩個20英尺集裝箱之間的距離在1600毫米內任意調節，從而滿足集裝箱船只與貨運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，為更加準確快速的將吊具鎖頭放入集裝箱鎖孔內，在吊具的四個角增加了導板功能，通過西門子S7-300PLC邏輯控制可對導板完成上/下動作，滿足不同工況需求。

3.2西門子S7-300PLC控制應用

3.2.1指令輸入

西門子SM321模塊接收操作司機對吊具的控制指令時，通常指令信號電壓為220VAC，需要通過繼電器轉換成24VDC，此時SM321模塊才能讀取指令信號并反饋給PLC。

3.2.2吊具狀態信號輸入

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

3.2.3吊具狀態信號輸出

西門子SM322模塊反饋吊具狀態信號時，通常信號電壓為24VDC，需要通過繼電器轉換成220VAC，此時操作司機才能通過信號燈讀取吊具狀態。

3.2.4吊具動作輸出

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作。

3.2.5西門子S7-300PLC

接收操作司機對吊具的控制指令，通過程序邏輯運算輸出給電磁閥完成對應吊具動作。與此同時，當吊具動作完成后，會將狀態信號通過PLC反饋給操作司機，表示動作已經完成。4結論

本文主要介紹了西門子S7-300在吊具控制系統中的應用，從而實現吊具完成集裝箱的裝卸功能。在吊具電氣控制系統的設計開發中，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程序有如下優點：

（1）SIEMENSS7PLC具備多種編程語言功能，包括STL，FBD，LAD，FSC，SCL，可直接調用PLC系統自帶功能塊，使程序更加規范和簡潔。目前吊具上使用的LAD梯形圖編程方式最為直觀和易學，便于編程者編寫程序和用戶學習。

（2）SIEMENSS7PLC和SM321/SM322

輸入輸出模塊均自帶運行狀態指示燈、故障狀態指示燈、信號狀態指示燈，使現場調試人員和用戶維修人員一目了然，非常便于調試和維修，提高調試效率和維護成本。

（3）SIEMENSS7PLC型號為S7314，

該CPU具備MPI現場可編程功能。當設備發生故障時，通過編程設備實時連線監控，可以對吊具上的所有輸入信號和輸出信號進行在線監測和應急強制，達到快速解決故障的目的。

參考文獻

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