西门子S7-300PLC在岸桥吊具中的应用

钱海峰 王旭刚

摘要：本文论述了超巴拿马起重机（简称岸桥）中的一个重要机构，即吊具的基本工作原理，介绍了吊具的电气控制系统，电气元器件等的选型方法。吊具具有起吊各种不同尺寸集装箱的功能，实现了集装箱货运船只方便进入港口装卸货的要求。正确的吊具电控设计，可以很大幅度的增加吊具的可靠性，提高用户现场设备的使用率。

[关键词]吊具 西门子S7-300 PLC 控制器

本文着重介绍岸边集装箱起重机吊具的电气设计方法，主要研究西门子PLC系统在吊具上的运用和控制方式。吊具是岸橋的重要组成部分，它设计的好坏将直接影响岸桥的使用效率。

1西门子PLC控制系统的组成

一个西门子PLC控制系统包括以下几部分，见图1。

（1）电源模块（PS）：将SIMATICSS7-300连接到AC120/230V或DC24V电源上。

（2）中央处理单元（CPU）有多种的CPU可供用户选择，有些带有内置的PROFIBUS一DP接口，用于各种性能范围，一个中央处理器可包括多个CPU，以加强其性能。

（3）各种信号模块（SM）：用于采集现场传感器的信号状态（包括开关量信号和模拟量信号）。

PLC主站的硬件配置如下：

PS307电源模块型号：SIEMENS：6ES7307-1BA01-0AA0，1个

CPU314中央处理单元型号：SIEMENS：6ES7314-1AG13-0AB0，1个

SM321输入模块型号：SIEMENS：6ES7321-1BL00-0AA0，1个

SM322输出模块型号：SIEMENS：6ES7322-1BL00-0AA0，2个

SM331模拟量输入模块型号：SIEMENS：6ES7331-7KB02-0AB0，1个

2吊具电气控制系统的布置

吊具电气控制系统由SIEMENSS7300PLC作为中心电气控制器，另外还包括了继电器、24VDCCPU工作电源、磁尺控制器、电磁阀、输入模块、端子排、输出模块等，见图2。3S7-300PLC在吊具电气控制系统中的应用

3.1吊具工况分析

（1）目前国际上标准的集装箱分成三大类：20英尺、40英尺和45英尺，为起吊不同尺寸的集装箱，吊具在机械结构上做成可伸缩式，以满足装卸不同类型的集装箱，此时吊具只能吊起1个集装箱并处于单箱状态。同时为了增加用户的现场作业效率，吊具在机械上增加了中锁平移机构，可以同时完成起吊2个20英尺集装箱，此时吊具处于双箱状态。通过西门子S7-300PLC的程序逻辑控制，可以任意切换吊具的单箱状态和双箱状态，以满足用户对不同类型集装箱的装卸要求。

（2）吊具是通过锁头闭锁完成对集装箱的起吊功能。在集装箱的四个角配有4个锁孔，当吊具的锁头完全进入锁孔后，通过西门子S7-300PLC的程序逻辑控制进行闭锁动作，从而完成起吊功能。为确保安全，防止集装箱在空中发生摔箱等危险情况，在吊具电气控制系统中必须增加电气连锁保护，以确保吊具锁头处于完全闭锁状态。

（3）用户在使用吊具起吊2个20英尺集装箱时，需将吊具切换到双箱状态，前提条件是吊具必须处于单箱40英尺位置，在其它位置进行切换西门子S7-300PLC会自动禁止执行。

（4）用户在使用吊具起吊2个20英尺集装箱时，可以通过中锁平移机构，将两个20英尺集装箱之间的距离在1600毫米内任意调节，从而满足集装箱船只与货运卡车之间不同的装卸要求。

（5）用户在使用吊具起吊集装箱时，为更加准确快速的将吊具锁头放入集装箱锁孔内，在吊具的四个角增加了导板功能，通过西门子S7-300PLC逻辑控制可对导板完成上/下动作，满足不同工况需求。

3.2西门子S7-300PLC控制应用

3.2.1指令输入

西门子SM321模块接收操作司机对吊具的控制指令时，通常指令信号电压为220VAC，需要通过继电器转换成24VDC，此时SM321模块才能读取指令信号并反馈给PLC。

3.2.2吊具状态信号输入

由于吊具上的所有限位信号均采用24VDC电压工作模式，SM321可直接进行读取并反馈给PLC。

3.2.3吊具状态信号输出

西门子SM322模块反馈吊具状态信号时，通常信号电压为24VDC，需要通过继电器转换成220VAC，此时操作司机才能通过信号灯读取吊具状态。

3.2.4吊具动作输出

由于吊具上所有的电磁阀均采用24VDC电压工作模式，PLC可直接通过SM322模块输出给电磁阀完成动作。

3.2.5西门子S7-300PLC

接收操作司机对吊具的控制指令，通过程序逻辑运算输出给电磁阀完成对应吊具动作。与此同时，当吊具动作完成后，会将状态信号通过PLC反馈给操作司机，表示动作已经完成。4结论

本文主要介绍了西门子S7-300在吊具控制系统中的应用，从而实现吊具完成集装箱的装卸功能。在吊具电气控制系统的设计开发中，我们也比较了一些国外著名电控商的吊具PLC，相比而言，我们的PLC程序有如下优点：

（1）SIEMENSS7PLC具备多种编程语言功能，包括STL，FBD，LAD，FSC，SCL，可直接调用PLC系统自带功能块，使程序更加规范和简洁。目前吊具上使用的LAD梯形图编程方式最为直观和易学，便于编程者编写程序和用户学习。

（2）SIEMENSS7PLC和SM321/SM322

输入输出模块均自带运行状态指示灯、故障状态指示灯、信号状态指示灯，使现场调试人员和用户维修人员一目了然，非常便于调试和维修，提高调试效率和维护成本。

（3）SIEMENSS7PLC型号为S7314，

该CPU具备MPI现场可编程功能。当设备发生故障时，通过编程设备实时连线监控，可以对吊具上的所有输入信号和输出信号进行在线监测和应急强制，达到快速解决故障的目的。

参考文献

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