基于PLC液壓施工升降機控制系統(tǒng)設(shè)計,基于PLC液壓施工升降機控制系統(tǒng)設(shè)計,基于,plc,液壓,施工,升降機,控制系統(tǒng),設(shè)計 * 樓層位置信號記錄 0 X005 上限位開 關(guān)SQ3 MOV K30 D200 當前所在 層 6 X006 下限位開 關(guān)SQ4 MOV K1 D200 當前所在 層 12 X011 上減速/下 平層感應(yīng) PLS M0 15 X012 下減速/上 平層感應(yīng) PLS M1 18 Y000 YV1上行電 磁閥線圈 M0 INC D200 當前所在 層 23 Y001 YV2下行電 磁閥線圈 M1 DEC D200 當前所在 層 * 選層記錄 28 M301 選層信號 1 MOV K1 D201 觸摸屏選 層 34 M302 選層信號 2 MOV K2 D201 觸摸屏選 層 40 M303 選層信號 3 MOV K3 D201 觸摸屏選 層 46 M304 選層信號 4 MOV K4 D201 觸摸屏選 層 52 M305 選層信號 5 MOV K5 D201 觸摸屏選 層 58 M306 選層信號 6 MOV K6 D201 觸摸屏選 層 64 M307 選層信號 7 MOV K7 D201 觸摸屏選 層 70 M308 選層信號 8 MOV K8 D201 觸摸屏選 層 76 M309 選層信號 9 MOV K9 D201 觸摸屏選 層 82 M310 選層信號 10 MOV K10 D201 觸摸屏選 層 88 M311 選層信號 11 MOV K11 D201 觸摸屏選 層 94 M312 選層信號 12 MOV K12 D201 觸摸屏選 層 100 M313 選層信號 13 MOV K13 D201 觸摸屏選 層 106 M314 選層信號 14 MOV K14 D201 觸摸屏選 層 112 M315 選層信號 15 MOV K15 D201 觸摸屏選 層 118 M316 選層信號 16 MOV K16 D201 觸摸屏選 層 124 M317 選層信號 17 MOV K17 D201 觸摸屏選 層 130 M318 選層信號 18 MOV K18 D201 觸摸屏選 層 136 M319 選層信號 19 MOV K19 D201 觸摸屏選 層 142 M320 選層信號 20 MOV K20 D201 觸摸屏選 層 148 M321 選層信號 21 MOV K21 D201 觸摸屏選 層 154 M322 選層信號 22 MOV K22 D201 觸摸屏選 層 160 M323 選層信號 23 MOV K23 D201 觸摸屏選 層 166 M324 選層信號 24 MOV K24 D201 觸摸屏選 層 172 M325 選層信號 25 MOV K25 D201 觸摸屏選 層 178 M326 選層信號 26 MOV K26 D201 觸摸屏選 層 184 M327 選層信號 27 MOV K27 D201 觸摸屏選 層 190 M328 選層信號 28 MOV K28 D201 觸摸屏選 層 196 M329 選層信號 29 MOV K29 D201 觸摸屏選 層 202 M330 選層信號 30 MOV K30 D201 觸摸屏選 層 208 X002 基站開關(guān) SA1 X017 急停開關(guān) SB1、SB2 Y002 電源指示 燈HL1 Y002 電源指示 燈HL1 212 M10 觸摸屏啟 動按鈕 M12 觸摸屏停 止按鈕 M101 停車信號 X000 安全運行 繼電器KA X001 門鎖繼電 器KA1 Y002 電源指示 燈HL1 X017 急停開關(guān) SB1、SB2 M11 觸摸屏啟 動記錄 M11 觸摸屏啟 動記錄 221 M11 觸摸屏啟 動記錄 CMP D201 觸摸屏選 層 D200 當前所在 層 M100 上行信號 229 M100 上行信號 Y001 YV2下行電 磁閥線圈 X000 安全運行 繼電器KA X001 門鎖繼電 器KA1 X017 急停開關(guān) SB1、SB2 Y000 YV1上行電 磁閥線圈 235 M102 下行信號 Y000 YV1上行電 磁閥線圈 X000 安全運行 繼電器KA X001 門鎖繼電 器KA1 X017 急停開關(guān) SB1、SB2 Y001 YV2下行電 磁閥線圈 241 M100 上行信號 X000 安全運行 繼電器KA X001 門鎖繼電 器KA1 X017 急停開關(guān) SB1、SB2 M200 電動機啟 動 M102 下行信號 * 247 M200 電動機啟 動 T10 Y007 型接觸 器KM3 Y006 Y型接觸器 LM2 * Y006 Y型接觸器 LM2 Y005 電動機起 動主接觸 Y005 電動機起 動主接觸 * Y007 型接觸 器KM3 K80 T10 * Y006 Y型接觸器 LM2 Y007 型接觸 器KM3 * 265 M101 停車信號 T5 X020 平層感應(yīng) 器開關(guān)3K M103 停車信號 短時記錄 M103 停車信號 短時記錄 K10 T5 273 M103 停車信號 短時記錄 M105 停車信號 長時記錄 M105 停車信號 長時記錄 * 277 M105 停車信號 長時記錄 X020 平層感應(yīng) 器開關(guān)3K T6 M12 觸摸屏停 止按鈕 M106 制動信號 M106 制動信號 K10 T6 * 287 M106 制動信號 RST Y005 電動機起 動主接觸 RST Y007 型接觸 器KM3 Y011 KM4電磁抱 閘線圈 * 平緩減速停車 291 M103 停車信號 短時記錄 MOV K4000 D300 298 M103 停車信號 短時記錄 MOV K0 D300 304 M103 停車信號 短時記錄 T1 K2 T0 T0 K2 T1 T0 SUB D300 K40 D300 = D300 K4000 MOV K4000 D300 = D400 K4000 MOV K4000 D400 = D400 K2400 MOV K2400 D400 MOV D400 K3M150 TO K0 K16 K3M150 K1 TO K0 K17 K4 K1 TO K0 K17 K0 K1 TO K0 K16 K1M158 K1 TO K0 K17 K0 K1 TO K0 K17 K0 K1 533 X013 超載開關(guān) SQ44 Y003 超載報警 指示燈HL 535 X003 開門到位 開關(guān)SQ10 Y010 吊籠開門 到位指示 537 END 設(shè) 計 題目：基于 PLC 液壓施工升降機控制系統(tǒng)設(shè) 計 系 專 業(yè) 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱： ） （職稱： ） 2014 年 月 日 目 錄 摘 要 .I ABSTRACT.II 第一章 緒論 .1 1.1 本課題設(shè)計的背景 .1 1.2 本課題設(shè)計的內(nèi)容 .1 1.3 本課題設(shè)計的目的和意義 .2 第二章 液壓施工升降機控制系統(tǒng)的原理 .3 2.1 液壓施工升降機的基本工作原理 .3 2.2 液壓施工升降機的主要組成部分 .4 2.3 液壓施工升降機傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng) .5 2.3.1 升降機傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點 .5 2.3.2 升降機傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)存在的問題 .5 2.4 液壓施工升降機新型 PLC 控制系統(tǒng) .5 2.5 新型 PLC 控制升降機的優(yōu)點 .6 2.6 變頻調(diào)速控制升降機的特點 .6 2.7 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 .6 第三章 施工升降機控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 .7 3.1 液壓施工升降機控制系統(tǒng)的組成 .7 3.2 比例變量泵 .7 3.3 升降機速度運行曲線設(shè)計 .8 3.4 PLC 選型及模塊介紹 .9 3.4.1 PLC 的選型 .9 3.4.2 PLC 的功能模塊介紹 .9 3.5 控制電路設(shè)計 .11 3.5.1 安全運行電路設(shè)計 .11 3.5.2 系統(tǒng)回電路設(shè)計 .12 3.5.3 輸入輸出回路設(shè)計 .13 3.5.4 PLC 的 I/O 存儲地址分配及部分輔助繼電器功能分配表 .15 第四章 施工升降機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .16 4.1 PLC 系統(tǒng)軟件及運行原理 .16 4.2 編程工具軟件和編程語言 .16 4.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計 .17 4.3.1 樓層位置信號記錄 .18 4.3.2 選層信號記錄與顯示 .20 4.3.3 停車信號的發(fā)生與消除 .22 4.3.4 制動信號的生成 .23 4.3.5 施工升降機減速曲線的實現(xiàn) .24 4.3.6 施工升降機加速啟動曲線的實現(xiàn) .25 第五章 控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計 .28 5.1 電磁干擾類型和影響 .28 5.2 PLC 系統(tǒng)干擾來源 .28 5.3 抗干擾措施 .29 5.3.1 控制電源系統(tǒng)引發(fā)的干擾 .29 5.3.2 控制輸出端引發(fā)的干擾 .29 5.3.3 安裝和布線 .29 5.3.4 正確選擇接地點 .30 總結(jié) .31 致謝 .32 參考文獻 .33 附件 .34 摘 要 施工升降機是建筑施工中不可缺少的垂直運輸機械，傳統(tǒng)的施工升降機大部分 采用的是在繼電器控制下的電動機作為動力輸入，通過減速器以一定的傳動比拖動 升降機吊籠上下運行。隨著我國城鄉(xiāng)的快速發(fā)展，施工工地對于施工升降機的要求 也有了提高，因此對施工升降機控制系統(tǒng)進行改進具有很重要的意義。 本文主要是液壓施工升降機控制系統(tǒng)的 PLC 應(yīng)用研究。主控系統(tǒng)采用 FX2N48MR-001PLC 為控制核心,結(jié)合模擬量輸出模塊 FX2N-2DA,并設(shè)計了施工升降的 理想速度曲線。PLC 系統(tǒng)完成了所有 I/0 信號和上位機串口通信信號的接收,根據(jù)其 內(nèi)部設(shè)計程序進行集中運算處理,實現(xiàn)了對液壓施工升降機的控制系統(tǒng)的邏輯信號及 速度控制。另外,還根據(jù)控制系統(tǒng)要求,設(shè)計了控制系統(tǒng)主回路、安全運行電路、電 液比例控制回路等。 關(guān)鍵詞：施工升降機；PLC；控制系統(tǒng)； I ABSTRACT Construction hoist is an indispensable machine for vertical transport, most of traditional construction hoist use the electric-motor under the control of the relays as the dynamic force input, though the speed reducer as certain rate drive the lift cage up and down. As the fast development of the urban and suburban, the need of construction site to construction hoist is more and more advanced, its more important that improve the level of control system for construction hoist. In this paper, the lift control system PLC applied research. The master control system for the control of the core FX2N48MR-001PLC, combined with analog output module FX2N-2DA designed the construction lift the ideal speed curve. A PLC system to complete all of the I / 0 signal and the host computer serial communication signal receiver, according to its internal design process, the central arithmetic processing logic signals and speed control of the control system of the hydraulic lift construction. In addition, according to the requirements of the control system, the design of the control system the main loop, the safe operation of the circuit, electro-hydraulic proportional control loop. Keywords: construction hoist; PLC; controlling system; 0 第一章 緒論 1.1 本課題設(shè)計的背景 施工升降機同電梯、起重機一樣，是完成輸送和起重任務(wù)中不可缺少的機電設(shè) 備，但是它們的種類和承擔(dān)的具體任務(wù)并不相同。從人類使用升降機械的歷史來看， 最先使用的是簡單機械 絞車；后來是復(fù)雜一點的機械 升降機；再后來出現(xiàn) 了機電一體化的設(shè)備 電梯和起重機?，F(xiàn)在已發(fā)展到使用計算機、應(yīng)用智能控制 的現(xiàn)代電梯和起重機階段了。升降機械發(fā)展史大體上可分為四個階段：13 世紀前的 絞車階段，19 世紀末葉以前的升降機階段，19 世紀末葉以后的電梯和起重機階段， 現(xiàn)代電梯和起重機階段。 近年來，國產(chǎn)施工升降機的發(fā)展比較迅速，國際市場上瑞典 ALIMAK 公司的產(chǎn)品 也不能獨占鰲頭了。國產(chǎn)施工升降機以其先進的技術(shù)性能，過硬的產(chǎn)品質(zhì)量，價格 上的明顯優(yōu)勢等諸多因素的迅速發(fā)展極大程度地沖擊了它的市場。 現(xiàn)代設(shè)計理論是施工升降機發(fā)展的基礎(chǔ)。近些年來，隨著各種理論的迅速發(fā)展， 給國產(chǎn)施工升降機的迅速崛起奠定了強大的理論基礎(chǔ)，特別是結(jié)構(gòu)動力分析、有限 元模型計算、優(yōu)化方法、機械振動與模態(tài)分析、計算機輔助設(shè)計等。人們把這些理 論應(yīng)用到施工升降機的研究與開發(fā)上，給施工升降機的發(fā)展帶來巨大變化，利用這 些理論人們可以全面掌握任何高度位置上標準節(jié)的任何部位的應(yīng)力狀態(tài)，可以得到 施工升降機懸臂部分的動態(tài)特性以及由吊籠提升速度的加大給施工升降機帶來的影 響。總而言之，利用這些理論，可以完全掌握施工升降機各方面的結(jié)構(gòu)特性和工作 狀態(tài)。 施工升降機作為垂直運送人員及物料的提升機械，它主要是由導(dǎo)軌架、吊籠、 起升機構(gòu)和附墻結(jié)構(gòu)組成，當然施工升降機還包括控制系統(tǒng)和安全裝置。這些年來， 施工升降機的標準節(jié)一直沒有大的變化，并且不論多大的架設(shè)高度，采用的基本都 是從上到下規(guī)格相同的鋼材。吊籠雖然有多種型式，但都是型鋼焊接而成。近年來， 國外施工升降機的提升速度已由 40mrain 提高到了 60rnmin、80mmin 甚至高 達 96mmin，單籠額定載重量在 3 噸以上，而國產(chǎn)施工升降機的提升速度在 24- 一 36mmin 之間，單籠額定載重量基本上不超過 2 噸。 1.2 本課題設(shè)計的內(nèi)容 本課題名為基于 PLC 液壓施工升降機控制系統(tǒng)設(shè)計 ，具體設(shè)計內(nèi)容包括以 下幾點： 1升降機類型的選擇。綜合升降機的類別和各類的特點和要求，在本課題中主 要研究 30 層升降機的控制系統(tǒng)。 2硬件系統(tǒng)的設(shè)計。本課題設(shè)計的升降機要求運行迅速準確度高，在升降機的 各層檢測系統(tǒng)中選用用在工業(yè)自動控制上大量運用的具有檢測精度高、壽命長、穩(wěn) 定性能好的接近傳感器，運用感應(yīng)器的開關(guān)量信號輸入給 PLC 來實現(xiàn) PLC 對液壓 施工升降機的控制。 3升降機控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計。在本設(shè)計中選用了目前運用最多的三菱 PLC 編程語言梯形圖，用 PLC 編程軟件 GX Developer 設(shè)計 PLC 控制程序。梯形圖的編 程能直觀明了的設(shè)計出液壓施工升降機控制的要求。 1 1.3 本課題設(shè)計的目的和意義 施工升降機是一種用吊籠(或平臺、料斗等)載人、載物沿導(dǎo)軌作上下運輸?shù)氖?工機械。它主要應(yīng)用于建筑工程施工時使用，尤其是高層建筑工程的施工或維修時 使用更為廣泛。改革開放以來，我國建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展，尤其是近年來高層、超高 層建筑的增多，對施工升降機性能的要求也相應(yīng)的提高，各種新型施工升降機的研 制事在必行。隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，國外也開始出現(xiàn)了以原動機(電機式內(nèi)燃機) 液壓(靜壓)為傳動形式的液壓施工升降機。液壓傳動系統(tǒng)具有無級調(diào)速、起制動 平穩(wěn)的特點，其運行速度可高達 96mmin，當使用內(nèi)燃機作為動力時就可不受電纜 的約束，因此可用于無電源地區(qū)和超高層建筑物施工和維修。國內(nèi)在液壓施工升降 機的研制方面不如國外的先進，因此研制出應(yīng)用先進控制技術(shù)的機、電、液一體化 的液壓施工升降機迫在眉睫。 現(xiàn)階段，施工升降機主要是通過電梯司機人工控制升降機運行，不僅浪費人力 資源，而且有諸多安全隱患。本課題的最終目的是研制出一臺高性能、高效率、低 成本的新型機、電、液一體化的液壓施工升降機，以彌補國內(nèi)施工升降機市場的不 足。同時，為該施工升降機設(shè)計出一套符合規(guī)范要求、安全可靠、反應(yīng)靈敏的液壓 系統(tǒng)，為施工升降機的快速安全運行提供保障。本文對 PLC 技術(shù)應(yīng)用于施工升降機 進行了探討，依據(jù)安裝在每個樓層的限位進行反饋，完成自動控制，同時記錄安全 限位的信息，大大提高施工升降機的安全可靠性，具有一定的工程創(chuàng)新意義，為進 一步進行控制系統(tǒng)的研究奠定了基礎(chǔ)。 2 第二章 液壓施工升降機控制系統(tǒng)的原理 2.1 液壓施工升降機的基本工作原理 如圖 2.1 所示，為升降機的工作原理圖，系統(tǒng)一般由三相交流異步電動機、電 液比例變壓泵、變量馬達、換向閥和各類液壓閥等部件組成，它的控制器采用三菱 PLC。由于施工升降機上、下行工作原理基本相似,因此以上行工作原理為例介紹施 工升降機上行工作開始時,可編程控制器 PLC 接收到來自觸摸屏的選層及上行控制指 令,PLC 輸出上行控制信號使上行電磁閥 YV1 帶電,電機啟動接觸器 KMI 通電,啟動變 量泵工作,油液進入馬達,帶動曳引輪旋轉(zhuǎn),從而施工升降機吊籠起動。 同時，PLC 按照理想加速曲線輸出相應(yīng)的加速曲線信號經(jīng) D/A 模塊后至比例放 大器，比例放大器為比例電磁鐵提供特定的控制電流，從而控制變量泵的輸出流量， 進而控制吊籠的啟動運行速度，當速度達到最大值時，吊籠以速度最大值穩(wěn)定運行。 在施工升降機運行過程中，PLC 接收井道裝置各處信號，數(shù)據(jù)處理后將樓層的當前 位置、運行監(jiān)控狀態(tài)等信息及時顯示，以便了解施工升降機的運行狀態(tài)。當 PLC 接 收到減速信號時，PLC 按照理想減速曲線模擬輸出速度，比例電磁鐵的輸入電流也 隨著理想減速曲線減少，液壓系統(tǒng)流量減少，從而使吊籠運行速度不斷下降。當施 工升降機到站時，PLC 輸出控制信號使上行電磁閥 YV1 不帶電，電動機啟動接觸器 KM1 失電，液壓系統(tǒng)關(guān)閉，施工升降機停止運行。 3 圖 2.1 升降機基本工作原理圖 2.2 液壓施工升降機的主要組成部分 升降機構(gòu)造:分鋼結(jié)構(gòu)、驅(qū)動裝置、安全裝置、電器設(shè)備四部分組成。 一、鋼結(jié)構(gòu):包括導(dǎo)軌架、吊籠、天輪架、附著架等部件。 二、驅(qū)動裝置: 由電動機、泵、方向閥、馬達、配重、鋼絲繩等組成,泵帶動馬達旋轉(zhuǎn),通過鋼絲繩 使吊籠做上、下運行。 三、電器設(shè)備: 1、施工升降機的電氣控制系統(tǒng)由電源箱，電控箱，操作臺及安全保護系統(tǒng)等組成。 2、電纜導(dǎo)向裝置:在吊籠作上、下運行時,電纜導(dǎo)向裝置確保使接入吊籠內(nèi)的電纜線 不至于偏離電纜籠或發(fā)生不正常的卡死,以保證升降機正常供電。 四、安全裝置: 1、限速器:為防止吊籠墜落裝有錐鼓式限速器。 2、防墜安全器:當?shù)趸\出現(xiàn)不正常超速時,將吊籠制停。動作時, 其上安全開關(guān)斷開 電源,制動器制動。 3、安全鉗:使吊籠制動的安全裝置。 4、緩沖彈簧:施工升降機的底架上有緩沖彈簧,以便當?shù)趸\發(fā)生墜落事故時,減吊籠 的沖擊。有圓錐卷彈簧和圓柱螺旋彈簧。圓錐卷彈簧的制造工藝較難,成本高,但體 積小,承載力強。一般情況下,每個吊籠對應(yīng)的底架上裝有兩個圓錐卷彈簧,也有四個 圓柱螺旋彈簧,安裝的目的是緩沖吊籠和配件著地時的沖擊。 5。 、上、下限位器:為防止吊籠上，下超過需停位置時,因操作者誤操作和電氣故障 等原因繼續(xù)上升或下降引發(fā)事故而設(shè)置。 6、上、下極限限位器:上、下限位器一旦不起作用,吊籠繼續(xù)上升或下降到設(shè)計規(guī)定 的最高極限或最低極限位置時能及時切斷電源,以保證吊籠安全。 7、安全鉤:下限位器和上極限位器因各種原因不能及時動作,吊籠繼續(xù)向上運行,將 導(dǎo)致吊籠沖擊導(dǎo)軌架頂部而發(fā)生傾翻墜落事故而設(shè)置的,安全鉤是安裝在吊籠上部的 重要也是最后一道安全裝置,它能使吊籠上行到導(dǎo)軌架頂部的時候,安全鉤鉤住導(dǎo)軌 架,保證吊籠不發(fā)生傾翻墜落事故。 8、吊籠門、底籠門聯(lián)鎖裝置:防止因吊籠或底籠門未關(guān)閉就啟動運行而造成人員墜 落和物料墜落,只有完全關(guān)閉時才能啟動運行。 9、急停開關(guān):操作者應(yīng)能及時按下急停開關(guān),使吊籠立即停止,防止事故的發(fā)生,急停 開關(guān)必須是非自行復(fù)位的電氣安全裝置。 10、樓層通道門:運行時處于常閉狀態(tài),只有在吊籠?？繒r才能由吊籠內(nèi)的人打開,樓 層內(nèi)的人員無法打開此門。 11、電磁制動器:裝于電動機軸上,一般采用直流電磁制動器,啟動時通電松閘,停層 后斷電制動。 4 12、超載開關(guān):當超載時吊籠底下超載開關(guān)動作,吊籠不能啟動運行。 13、其它開關(guān):安全窗開關(guān)、防松繩開關(guān)、斷繩開關(guān)等。 2.3 液壓施工升降機傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng) 2.3.1 升降機傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點 (1) 所有控制功能及信號處理均由硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適 合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。 (2) 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。 (3) 大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便宜。 (4) 多年來我國一直生產(chǎn)這類升降機，技術(shù)成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資 料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。 2.3.2 升降機傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)存在的問題 (1) 系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因 而故障率較高。 (2) 普通控制電器及硬件接線方法難以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制 功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。 (3) 電磁機構(gòu)及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以 提高。 (4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大。 (5) 由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高；而且檢查 故障困難，費時費工。 升降機繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了升降機的可靠性和安全性，經(jīng)常 造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚憂。且升降機一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造 成升降機機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。 2.4 液壓施工升降機新型 PLC 控制系統(tǒng) PLC 控制制系統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強，設(shè)計和調(diào)試 周期較短等優(yōu)點，倍受人們重視等優(yōu)點，已成為目前在升降機控制系統(tǒng)中使用最多 的控制方式，目前也廣泛用十傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。 PLC 是一種專門從事邏輯控制的微型計算機系統(tǒng)。由于 PLC 具有性能穩(wěn)定、抗 干擾能力強、設(shè)計配置靈活等特點。因此在工業(yè)控制方面得到了廣泛應(yīng)用。自 80 年 代后期 PLC 引入我國升降機行業(yè)以來，由 PLC 組成的升降機控制系統(tǒng)被許多升降機 制造廠家普遍采用。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中， PLC 系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。 升降機控制系統(tǒng)分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。調(diào)速部分的性能對升降機運行 是乘客的舒適感有著重要影響，而邏輯控制部分則是升降機安全可靠運行的關(guān)鍵。 為了改善升降機的舒適感和運行的可靠性，現(xiàn)在都改為用 PLC 來控制升降機的運行， 這樣大大提高了升降機的性能。 可編程控制器(Programmable Logic controller，簡稱 PLC)是以微處理器為基 礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)與自動化技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制器。它具有可靠性高、 適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的高溫、沖擊和振動等惡劣環(huán)境的特點，已成為解決自動控制問題的 5 最有效工具，是當前先進工業(yè)自動化的二大支柱之一。 2.5 新型 PLC 控制升降機的優(yōu)點 1、控制方式上看：電器控制硬接線，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能很 是困難；而 plc 軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。 2、工作方式上看：電器控制并行工作，而 plc 串行工作，不受制約。 3、控制速度上看：電器控制速度慢，觸點易抖動；而 plc 通過半導(dǎo)體來控制， 速度很快，無觸點，顧而無抖動一說。 4、定時、記數(shù)看：電器控制定時精度不高，容易受環(huán)境溫度變化影響，且無記 數(shù)功能；plc 時鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時范圍寬；有記數(shù)功能。 5、可靠、維護看：電器控制觸點多，會產(chǎn)生機械磨損和電弧燒傷，接線也多， 可靠、維護性能差；plc 無觸點，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)控 功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護方便。 2.6 變頻調(diào)速控制升降機的特點 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速 技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動機交流變頻技術(shù)是當今節(jié)電，改善工藝流程以提高產(chǎn) 品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起 制動平穩(wěn)性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點 而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。 1.變頻調(diào)速升降機使用的是異步電動機，比同容量的直流電動機具有體積小、 占空間小、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、可靠性高、價格低等優(yōu)點。 2.變頻調(diào)速電源使用了先進的 SPWM 技術(shù) SVPWM 技術(shù)，明顯改善了電梯運行質(zhì)量 和性能;調(diào)速范圍寬、控制精度高，動態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，已逐漸取代直 流電機調(diào)速。 3.變頻調(diào)速升降機使用先進的 SPWM 和 SVPWM 技術(shù)，明顯改善了電動機供電電源 的質(zhì)量，減少諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯。 2.7 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 在升降機控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要要考慮以下幾點： 1.深入了解和分析升降機的工藝條件和控制要求。 2.確定 I/O 設(shè)備。根據(jù)機械手控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、 輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出 設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈等。 3.根據(jù) I/O 點數(shù)選擇合適的 PLC 類型。 4.分配 I/O 點，分配 PLC 的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出 端子的接線圖。 5.設(shè)計升降機系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完整的梯形圖程序， 這是整個升降機系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。 6.將程序輸入 PLC 進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。 6 第三章 施工升降機控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 3.1 液壓施工升降機控制系統(tǒng)的組成 本控制系統(tǒng)的硬件主要由觸摸屏人機交互模塊、可編程控制器核心控制模塊、 模擬量輸出模塊、井道及安全裝置等。系統(tǒng)框圖如圖 3.1： 圖 3.1 升降機的控制方案 控制系統(tǒng)主要包括信號控制和速度控制兩大部分?？刂葡到y(tǒng)的核心是 PLC,集中 解決輸入信號的數(shù)據(jù)處理和輸出邏輯控制的問題、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、顯示功能則由觸 摸屏完成、系統(tǒng)設(shè)有安全運行電路,只有滿足安全運行條件,施工升降機才能運行,否 則發(fā)生故障報警信號,并讓 PLC 所有輸出點恢復(fù)安全輸出狀態(tài)。當滿足安全運行條件 時,通過觸摸屏輸入呼層信號時,系統(tǒng)進行判斷識別,送出呼層顯示至觸摸屏顯示,系 統(tǒng)通過選層后調(diào)用加速曲線,通過模擬輸出模塊輸出速度信號不斷傳輸給比例電磁鐵,控 制比例泵的輸出流量進而控制吊籠的運行速度,使吊籠按預(yù)定曲線運行。當?shù)趸\到達 目的層時,系統(tǒng)發(fā)出吊籠停車的信號、消層信號,系統(tǒng)調(diào)用減速曲線,進而使液壓電動 機制動，比例泵停轉(zhuǎn)。 綜上所述,本系統(tǒng)采用 PLC 為核心控制器,觸摸屏作為監(jiān)控顯示模塊,兩者通過串 口進行通信來控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件,實現(xiàn)施工升降機的控制。 3.2 比例變量泵 本系統(tǒng)選用公稱排量為160ml/r的BCY14-1B型電液比例控制變量泵，是利用“流 量位移力反饋”的原理設(shè)計的，是CY14-1B型軸向柱塞泵中一種新的變量型 式，是靠外力空油壓來控制變量機構(gòu)，并利用輸入比例電磁鐵的電流大小來改變泵 的流量，輸入電流與泵的流量成比例關(guān)系。其變量特性曲線及液壓原理符號。 BCY14-1B型變量泵的主要性能指標為：滯環(huán)H15%,重復(fù)精度HR3%，非線性度 7 HLI5%。H12%，頻響f-3dB1.5MHz(160、250BCY泵)，f-3dB3MHz(25、63BCY 泵)。 圖3.2 BCY14一IB變量泵變量特性曲線及液壓原理符號 另外，比例變量泵可在輸入電流的作用下，對排量實現(xiàn)比例控制而不受負載的 干擾。該泵控制靈活、動作靈敏、重復(fù)精度高、穩(wěn)定性好，能方便的實現(xiàn)液壓系統(tǒng) 的遙控、自控、無級調(diào)速、跟蹤反饋同步和計算機控制，適用于工業(yè)自動化的要求。 3.3 升降機速度運行曲線設(shè)計 為了讓升降機在不同速度下平滑切換，保證升降機穩(wěn)定的運行，本論文設(shè)計了 速度平滑曲線。系統(tǒng)通過選層后調(diào)用加速曲線,通過模擬輸出模塊輸出速度信號不斷 傳輸給比例電磁鐵,控制比例泵的輸出流量進而控制吊籠的運行速度,使吊籠按預(yù)定 曲線運行。當?shù)趸\到達目的層時,系統(tǒng)發(fā)出吊籠停車的信號、消層信號,系統(tǒng)調(diào)用減 速曲線,進而使液壓電動機制動，比例泵停轉(zhuǎn)。 （圖 3.3 為升降機速度運行曲線） 8 圖 3.3 速度運行曲線 3.4 PLC 選型及模塊介紹 3.4.1 PLC 的選型 目前，可編過程控制器的生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品型號、規(guī)格不可勝數(shù)，但主要分 為歐、日、美三大塊。在中國市場上，歐洲的代表是西門子公司，日本的代表是三 菱和歐姆龍公司，美國的代表是 AB 與 GE 公司。各大公司在中國均推出自己的從微 型到大型的系列化產(chǎn)品。 PLC 選型時具體考慮如下幾個方面要求:1、性能和任務(wù)的相適應(yīng) 2、I/0 點的估 算 3、用戶的存儲容量的估算 4、系統(tǒng)對 PLC 的響應(yīng)速度要求 5、是否有特殊控制要 求 6、系統(tǒng)電源容量校驗。 三菱公司是日本生產(chǎn) PLC 的主要廠家之一，在工業(yè)中應(yīng)用的較廣泛，因此這里 選擇了 FX2N 系列的 FX2N-48MR 作為系統(tǒng)的主控單元，幾乎所有的編程控制、數(shù)據(jù)處 理及通訊功能均由它來實現(xiàn)。它具有 24 個輸入點和 24 個輸出點，而系統(tǒng)只需 16 個 輸入點和 9 個輸出點，因此留有足夠的余量，以備將來改進生產(chǎn)工藝擴展用。 PLC 機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下， 力爭最佳的性能價格比。在諸如:西門子、三菱、歐姆龍、美國通用電氣等眾多 PLC 中我們選擇了三菱 PLC。主要是從價格和可靠性的角度做出的選擇，另外三菱 PLC 在我國應(yīng)用也比較多,程序編程或維修方便目前三菱 PLC 主要有 F 系列、FX 系列、 A 系列、ANS 系列、Q 系列、QNA 系列等幾種類型。FX 系列 PLC 功能強大、組合靈活， 并且有各種點數(shù)及各種輸出類型的基本單元、擴展單元和擴展模塊。它們可以自由 混合配置使系統(tǒng)構(gòu)造更加靈活方便因此綜合考慮以上因素，本系統(tǒng)選用三菱 FX 系 列的 FX2N-48MR-001 型可編程控制器，它是繼電器型輸出,AC 電源，DC24V 輸入。它 的 I/0 點數(shù)為 48，其中輸入點為 24，輸出點為 24。由于本系統(tǒng)的施工升降機的速 度是連續(xù)變化的模擬量，與比例變量泵相匹配的比例放大器要求 PLC 輸出模擬信號， 所以 PLC 必需能夠輸出模擬量。為此選用了模擬量輸出模塊 FX2N-2DA。 3.4.2 PLC 的功能模塊介紹 下面對所用的主單元 FX2N-48MR-001 及模擬量輸出模塊 FX2N-2DA 作一個簡單介 紹： 1、 FX2N-48MR-001 是一臺 PLC 它自帶 48 點數(shù)字 I/0,數(shù)字 I/0 點數(shù)可擴展至 256 點。 軟元件資源如表 3-1。 表 3-1 FX2N-48MR-001 軟元件資源 X 輸入繼電器 X000-X027 24 原件編號為 8 進制編號 Y 輸出繼電器 Y000-Y027 24 原件編號為 8 進制編號 M 輔助繼電器 M000-M8255 1528 通用型：M0-M499 斷電保護型：M500-M3071 9 特殊用途型：M8000-M8255 S 狀態(tài)器 SO-S999 1000 普通用途：S20-S999 初始狀態(tài)器：S0-S9 回零狀態(tài)器：S10-S19 斷電保持用：S500-S899 作信號報警用：S900-S999 T 定時器 T0-T255 256 100ms 型：T0-T999 10ms 型：T200-T245 1ms 型：T246-T249 100ms 積算型：T250-T255 C 計算器 C0-C234 235 16 位遞加計算器：普通型 C0-C99 斷電保持型 C100-C199 32 位雙向計數(shù)器 普通型 C200-C219 斷電保持型 C220-C234 D 數(shù)據(jù)寄存器 D0-D8255 8256 普通用途：D0-D199 供停電保持用：D200-D511， D512-D7999 特殊用途：D8000-D8255 V、Z 變址寄存器 V0-V7，Z0-Z7 續(xù)表 3-1 P/I 指針 分支用：P0-P127 輸入中斷用：10-15 定時器中斷用：16-18 計算器中斷用：10-10 K/H 常數(shù) 十進制用 K 表示，十六進制數(shù)用 R 表 示 該機種內(nèi)置 8000 步 RAM 寄存器，用一個寄存器盒可擴充到 16000 步 RAM 或 EEPROM。運算速度快，基本指令可達 0.08s/指令、應(yīng)用指令 1.52/指令至幾百/指令。 另外,FX2N 系列 PLC 具有較強的通訊功能,方便通訊實現(xiàn)。該機中內(nèi)建有兩個通 訊口 COM1 和 COM2。其中,COM1 為 RS422 通訊口(可以變更為 RS232)可用來簡介程序 書寫器、監(jiān)控器和個人電腦。這樣,在個人電腦上安裝好 PLC 編程軟件 GX DeVeloper 后便可直接在個人電腦上進行 PLC 控制程序的編制、調(diào)試、下載和監(jiān)控。 COM2 為 RS485,可以用于連接變頻器等周圍裝置,主機通過通訊指令便可以對這些裝 置進行訪問,兩個通訊口的波特率為 9600bps,最高可達 115200bps。 2、模擬量輸出模塊 FX2N-2DA 用于將 12 位數(shù)字值轉(zhuǎn)換成 2 點模擬量輸出的電壓輸出 或電流輸出。兩個模擬量輸出通道可接受的輸出為 DC0-10V、DC0-5V 或 4-20mA,根 據(jù)接線方法,模擬量輸出可在電壓輸入或電流輸入中進行選擇；每個通道的轉(zhuǎn)換時間 為 2.5ms。要求的電源電壓為 24VDC,由 PLC 提供。PLC 主機通過程序指令 FROM/T0 10 可以完成模擬量模塊的工作方式設(shè)定和轉(zhuǎn)換值的讀取其性能見如下表 3-2。 表 3-2 FX2N-2DA 模擬量輸出模塊性能 項目 輸出電壓 輸出電流 模擬量輸出范圍 0V-10V 直流，0V-5V 直 流 （外部負載電阻 2k- 1M） 4mA-20mA（外部負載電阻 不超過 500） 數(shù)字輸入 12 位 分辨率 2.5mV（10V/4000）1.25mV(5V/4000) 4A4mA-20Ma/4000 總體精度 1%(滿程 0V-10V) 1%(滿程 4mA-20mA) 轉(zhuǎn)換速度 4ms/通道（順控程序和同步） 隔離 在模擬電路和數(shù)字電路之間光電隔離 直流/直流變壓器隔離主單元電源 在模擬通道之間沒有隔離 電源規(guī)格 5V、30mA 直流（主單元提供的內(nèi)部電源）24(1+-10%)V、85mA 直流（主單元提供的內(nèi)部電源） 占用 I/0 點數(shù) 占用 8 個 I/0 點（I/0 均可） 使用的控制器 FX1N/FX2N/FX2NC FX2N-2DA 模擬量輸出模塊的使用:經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后,模擬量通過雙絞線把信號輸出, 輸出電壓信號時,則將雙絞線接到通道的 V、COM1 或 COM2 端。為了計算方便,將最大 模擬量輸出 DC10V 所對應(yīng)的數(shù)字量設(shè)定為 4000。對于與 FX2N 系列 PLC 的連接編程 主要包括不同通道數(shù)模轉(zhuǎn)換的執(zhí)行控制。在模擬量輸出模塊中有一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū), PLC 采用 T0 指令將需要被轉(zhuǎn)換成模擬量輸出的數(shù)據(jù)傳送到該模塊的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的有 關(guān)寄存器中,然后再由模塊中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成適當大小的模擬量輸出。D/A 模塊部分數(shù)據(jù)緩沖寄存器(BFM)的定義如下: BFM#16/bit7-bit0：轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的當前值(8 位)； BFM#17:通道的選擇與啟動信號(bit0 為通道 2 選擇與啟動,bit0 的下降沿啟動 通道 2 的轉(zhuǎn)換；bitl 為通道 1 選擇與啟動,bitl 的下降沿啟動通道 l 的轉(zhuǎn)換；bit2 為轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)暫存,bit2 的下降沿啟動轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)暫存)。 3.5 控制電路設(shè)計 3.5.1 安全運行電路設(shè)計 在施工升降機上、下運行時，抱閘應(yīng)打開，其線圈應(yīng)通電。施工升降機停止運 行時，抱閘應(yīng)抱死，其線圈應(yīng)通電。本系統(tǒng)是電動機控制泵的運轉(zhuǎn)，而 KM1 是控制 電動機啟停線圈，故可用 KM1 來控制抱閘線圈 YB 的通電與斷電。 將所有樓層門開關(guān)串聯(lián)在一起，控制門鎖繼電器 KA1，實現(xiàn)樓層門全部開關(guān)關(guān) 11 閉正常后施工升降機才能運行的控制。 將安全窗開關(guān) SQ1、安全鉗開關(guān) SQ2、限速器開關(guān) SQ8、急停開關(guān)(SB1、SB2)、 上下限位開關(guān)(SQ3、SQ4)、上下極限開關(guān)(SQ5、SQ6)、安全防墜器開關(guān) SQ7、圍欄 門關(guān)門到位開關(guān) SQ12、斷繩開關(guān) SQ13、基站開關(guān) SA1 以及熱繼電器觸點 FR 串聯(lián)在 一起，構(gòu)成安全回路，控制安全運行繼電器 KA2，只有當 KA2 吸合時，才允許 PLC 處于運行狀態(tài)。因此，在 PLC 程序中只要檢測 KA1、KA2 的通斷便可保證 PLC 處于運 行狀態(tài)。這樣可以節(jié)省 PLC 的輸出口，又可以實現(xiàn)在多種緊急情況下的立即停車。 圖 3.4 為施工升降機的抱閘、門鎖及安全運行電路。圖 3.5 為施工升降機平層感應(yīng) 器開關(guān)位置。由上、下平層感應(yīng)器開關(guān)識別樓層位置信號和產(chǎn)生停車信號，在產(chǎn)生 停車信號后由平層感應(yīng)開關(guān)生成制動信號。 圖 3.4 升降機的運行電路 圖 3.5 升降機的平層感應(yīng)器開關(guān)位置 3.5.2 系統(tǒng)回電路設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)控制要求,主電路只要一臺三相異步電動機用以驅(qū)動變量泵,并且該電 12 動機只需單方向旋轉(zhuǎn),因此可用一個接觸器 KM1 進行控制。為了限制起動電流,減小 其起動時對電源電壓的沖擊,三相異步電動機采用星形-三角形降壓起動方式。采用 電磁抱閘斷電制動,接觸器 KM1 斷電釋放時,電磁抱閘線圈 YB 使閘瓦制動器緊緊地抱 住與電動機同軸的制動輪,于是電動機迅速停轉(zhuǎn)；當接觸器 KM1 得電吸合并自鎖時, 其主觸點閉合,電磁抱閘線圈也得電,使抱閘的閘瓦與閘輪分開,電動機啟動運轉(zhuǎn)。電 動機采用帶斷相保護的熱繼電器 FR 做過載保護:當電動機過載時,熱繼電器 FR 常閉 觸點串接在安全運行電路中；短路保護:短路時,熔斷器 Fl 的熔體熔斷而切斷電路起 保護作用；欠電壓、失電壓保護:當線路出現(xiàn)過載、短路、失壓、欠壓故障時,具有 欠電壓保護功能的斷路器 QF 能自動分斷故障路線?？刂谱儔浩?T1、T2 起降壓、隔 離作用。急停車控制電路:按下急停按鈕 SB1、SB2 有三種情況可能發(fā)生 1、接觸器 KM1 失電,主電路斷開,電機停轉(zhuǎn)。2、安全運行電路中的動斷觸點 SB1、SB2 斷開,安 全運行繼電器 KA2 斷開,PLC 電源斷開；3、觸點 SB1、SB2 閉合時,使 KM4 得電吸合 并自鎖,限流電阻 R 通過 6 倍 FU 熔體額定電流,FU 立即熔斷,電動機失電停止轉(zhuǎn)動。 另外,PLC 供電電源-22OV、比例放大器電源 24V、安全運行電路電源-11OV、電磁換 向閥電源-22OV 均由電網(wǎng)獲得。圖 3.6 為升降機控制系統(tǒng)主回路圖。 圖 3.6 控制系統(tǒng)主回路 3.5.3 輸入輸出回路設(shè)計 將觸摸屏及施工升降機運行過程中的各種輸入信號,送入 PLC 的輸入中構(gòu)成其輸 入電路圖完成施工升降機運行的各種執(zhí)行元件及指示施工升降機運行狀態(tài)的各種顯 示,均要受到 PLC 輸出口的控制,構(gòu)成其輸出電路。其輸入/輸出電路如圖 3.7 所示。 13 14 圖 3.7 升降機 PLC 控制 I/0 圖 3.5.4 PLC 的 I/O 存儲地址分配及部分輔助繼電器功能分配表 升降機輸入輸出設(shè)備及端子分配如表 3.3 所示。 表3.3 I/O分配表 輸入 元件符號 名稱及作用 輸出 元件符號 名稱及作用 X0 KA2 安全運行繼電器 Y0 YV1 上行電磁閥線圈 X1 KA1 門鎖繼電器 Y1 YV2 下行電磁閥線圈 X2 SA1 基站開關(guān) Y2 HL1 電源指示燈 X3 SQ10 開門到位開關(guān) Y3 HL2 超載報警指示燈 X4 SQ11 關(guān)門到位開關(guān) Y11 KM4 電磁抱閘接觸器 X5 SQ3 上限位開關(guān) Y5 KM1 電動機起動主接觸器 X6 SQ4 下限位開關(guān) Y6 KM2 Y型接觸器 X7 SQ5 上極位開關(guān) Y7 KM3 型接觸器 X10 SQ6 下極位開關(guān) Y10 HL4 吊籠開門到位指示 X11 1KR 上減速/下平層感 應(yīng)器開關(guān) X12 2KR 下減速/上平層感 應(yīng)器開關(guān) X13 SQ44 超載開關(guān) X14 SB3 液壓接通 X15 SB4 液壓斷開 X16 QF FR 電動機斷路器 熱繼電器 X17 SB1、SB2 急停開關(guān) X20 3KR 平層感應(yīng)器開關(guān) 表3.8 部分輔助繼電器功能分配表 元件符號 名稱及作用 元件符號 名稱及作用 M301M310 選層信號 M200 電機啟動信號 M1012 觸摸屏啟動/停車信號 M103 停車信號 M100M102 上下行、停車信號 M106 制動信號 15 第四章 施工升降機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 4.1 PLC 系統(tǒng)軟件及運行原理 PLC 的系統(tǒng)軟件是 PLC 工作所必須的軟件。只有在系統(tǒng)軟件支持下,PLC 對用戶 編寫的應(yīng)用程序進行解釋,并加以執(zhí)行,直到用戶程序結(jié)束,然后返回到程序的起始又 開始新一輪的循環(huán)。PLC 的這種工作方式稱為循環(huán)掃描工作方式。了解掃描工作方 式的工作過程對我們繪制更合理的用戶程序有很好的幫助。下面將簡要介紹這種工 作方式,然后探討以下在編制程序時的相應(yīng)的注意事項。PLC 的掃描工作方式主要包 括以下幾個步驟。 1、掃描前的檢查。PLC 在每次掃描前由系統(tǒng)軟件安排一次自檢,如果發(fā)現(xiàn)故障 則發(fā)出報警故障及報警性質(zhì)。若為一般故障,PLC 報警,但不停機；若為嚴重故障,則 停止運行用戶程序。 2、I/0 狀態(tài)的刷新。包括兩種操作:一是采樣輸入信號。PLC 的輸入是生產(chǎn)現(xiàn)場 信號經(jīng)過輸入端子,進行光電隔離以提高抗干擾能力后送入緩沖器,當 PLC 進行輸入 采樣時緩沖器中的內(nèi)容才送到 PLC 的輸入映像寄存器,每次采樣 PLC 從輸入映像寄存 器中讀取到各輸入點的狀態(tài),因次輸入映像寄存器的只有在采樣時才會與輸入信號一 致,其他時間輸入映像寄存器的內(nèi)容將保持不變；二是刷新輸出信號。PLC 接受輸入 后執(zhí)行用戶程序,將運算結(jié)果送至輸出映像寄存器,在每次用戶程序結(jié)束后進行刷新, 將輸出映像寄存器中的運算結(jié)果送至輸出鎖存器,再通過輸出驅(qū)動電路送到輸出端子 驅(qū)動負載。與輸入相類似,只有在輸出刷新時輸出狀態(tài)才改變, 刷新后的狀態(tài)要保持 到下次刷新為止。 由于通常來說 PLC 掃描周期很短(依賴于程序長短和掃描速度),每次 I/O 刷新時 間間隔很小,所以可以認為其輸入輸出是及時的。 3、用戶程序的執(zhí)行。用戶程序執(zhí)行時,按順序從零步開始逐步執(zhí)行直至程序結(jié) 束。執(zhí)行時有監(jiān)視定時器進行監(jiān)視,當掃描出現(xiàn)異常而超時時,發(fā)出警告并禁止所有 輸出。 4、執(zhí)行外設(shè)指令。每次用戶程序執(zhí)行完成后,如果外設(shè)有中斷請求,PLC 就進入 中斷服務(wù)程序。否則 PLC 自動進行循環(huán)掃描。 上述便是 PLC 的工作過程。1、從其工作過程可見；2、掃描工作方式,輸入、輸 出原理上存在滯后,而且掃描周期越長,滯后越嚴重；3、掃描周期除了用戶程序執(zhí)行 時間還包括 PLC 自檢時間和中斷服務(wù)時間；4、程序合理設(shè)計可以很好降低輸入輸出 的滯后時間。在 PLC 應(yīng)用程序編制時,不僅要盡量使用最少的語句實現(xiàn)相同的功能, 還要力求程序結(jié)構(gòu)和語句順序的合理性。 4.2 編程工具軟件和編程語言 PLC 有多種編程語言:梯形圖、助記符語言、邏輯功能圖、布爾代數(shù)語言和某些 16 高級語言(如 BasicC 語言等)。由于梯形圖是沿用電氣控制電路的符號所組合而成 的圖形語言,具有易學(xué)易用、簡單明了、直觀的特點被廣大的工程技術(shù)人員所接受。 因次它是現(xiàn)在使用最為廣泛的編程語言之一,幾乎所有廠家的 PLC 都支持梯形圖編程 (雖然各廠家的梯形圖略有差異但原理和方式都差不多)。 由于各廠家的 PLC 在功能、結(jié)構(gòu)上存在較大差別,在應(yīng)用軟件的編譯上也大大不 相同。因此,沒有適合于各個廠家 PLC 的編程工具軟件?，F(xiàn)在世界上各個 PLC 廠家都 研制了自己的 PLC 編程支持工具軟件,用戶可以根據(jù)自己所選的 PLC 來選擇相應(yīng)的編 程支持工具軟件。此次課題研究選的是三菱系列 PLC,因此在進行應(yīng)用軟件的編制時 使用的是該公司的編程軟件 GX Developer8.86,該軟件支持三種編程語言輸入即:梯 形圖語言，指令語言，順序功能圖,而且這三種語言還可以通過編譯進行相互轉(zhuǎn)換。 4.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計 本文的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括兩個主要內(nèi)容:一是 PLC 控制器的施工升降機 控制軟件的設(shè)計開發(fā)；二是觸摸屏顯示監(jiān)控軟件設(shè)計開發(fā)。其中 PLC 程序包括信號 控制部分和速度控制部分。程序一開始,首先判斷系統(tǒng)是否處于安全運行狀態(tài),在安 全運行狀態(tài)下才進入施工升降機信號判斷和控制的主程序。在主程序中,要判斷電機、 液壓系統(tǒng)是否有故障,根據(jù)這些判斷刷新相應(yīng)的輸出。具體而言,它要實現(xiàn)的控制功 能有:層樓位置信號的產(chǎn)生與消除；選層指令信號的產(chǎn)生與清除、顯示；停層信號的 產(chǎn)生與消除；停車制動；加速曲線產(chǎn)生；減速曲線產(chǎn)生。圖 4.1 為程序流程圖。 17 圖 4.1 系統(tǒng)程序流程圖 4.3.1 樓層位置信號記錄 當施工升降機位于某一層時,應(yīng)產(chǎn)生位于該層的信號,以控制觸摸屏顯示層樓所 處的位置,離開該層時,該樓層信號應(yīng)被新的樓層信號(上一層或下一層)所取代。 D200 為施工升降機當前所在的樓層數(shù),通過觸摸屏顯示出來。 X5 是上限位開關(guān),裝 開始 有無故障 呼層 停層信號 減速 速度達到最 大值運行 加速 液壓系統(tǒng) 關(guān)閉 速度達到 最小值運 行 制動信號 速度是否 最小 速度是否 最大 電磁抱閘制動 Y-降壓啟動 讀取升降機樓 層位置 有 無 有 有 有 無 無 無 無 是 是 否 18 在 30 樓,當施工升降機運行到 30 樓時,使 D200 為 30。X6 是下限位開關(guān),裝在 1 樓, 當施工升降機運行到 1 樓時,使 D200 為 1。在中間的某些樓層中,施工升降機上行時,每 上一層時,D200 加 1；當下行時,每下一層,D200 減 1。如果施工升降機樓層顯示有誤,只 要將施工升降機開到頂層或一層,馬上就能顯示正常。其梯形圖如圖 4.2 所示。 圖 4.2 層樓位置信號記錄 19 4.3.2 選層信號記錄與顯示 操作人員通過觸摸屏上 1 樓-30 樓選層觸摸操作,可以選擇欲去的樓層。選層信 號 M301-M330 通過觸摸屏置位后發(fā)送給 PLC 登記,并存儲于 D201,同時觸摸屏選層數(shù) 顯示發(fā)亮。當施工升降機到達所選的樓層后,停層信號應(yīng)被消除,觸摸屏選層數(shù)也應(yīng) 熄滅。其梯形圖如圖 4.3 所示。 20 21 圖 4.3 選層指令信號記錄梯形圖 4.3.3 停車信號的發(fā)生與消除 施工升降機在停車制動之前,應(yīng)首先確定其停車信號,即確定要?？康臉菍?每一 層產(chǎn)生一個停層輔助信號。1 樓停層的條件是施工升降機下行到 1 樓,30 樓的停層條 件是施工.升降機上行到 30 樓;中間層產(chǎn)生的條件是登記選層信號時并且施工升降機 到達該層。當施工升降機減速時間達到 1S 后,停車信號應(yīng)該被取消。其部分梯形圖 如圖 4.4 所示。 22 圖 4.4 停層信號的產(chǎn)生和消除環(huán)節(jié)程序梯形圖 4.3.4 制動信號的生成 施工升降機在與上、下平層感應(yīng)器配合,停車信號產(chǎn)生后,進行停車制動。停車 制動之前,應(yīng)先產(chǎn)生停層信號,然后由平層感應(yīng)器開關(guān) X20 實現(xiàn)停車制動。為解決施 工升降機進入平層區(qū)間后才出現(xiàn)的停車信號致使施工升降機過急停車的問題,在上、 下平層感應(yīng)器產(chǎn)生停車信號后執(zhí)行平緩減速程序，直到以最小速度運行。當平層感 應(yīng)器開關(guān) X20 閉合時產(chǎn)生停車制動信號。其程序梯形圖如圖 4.5 所示。 圖 4.5 制動信號的生成程序梯形圖 施工升降機上行時,先接通上行減速信號 X11,若施工升降機到達該選層信號所在 層時,施工升降機開始減速,當達到平層信號 X20 接通時,施工升降機制動。T6 是減 速時間。施工升降機下行時,先接通下行減速信號 X12, 若施工升降機到達該選層信 號所在層時, 當達到平層信號 X20 接通時，施工升降機停止。 23 4.3.5 施工升降機減速曲線的實現(xiàn) 施工升降機在停車信號產(chǎn)生后,通過 PLC 的 DA 模塊控制速度，執(zhí)行平緩減速控 制，減速到最小值后以最小速度穩(wěn)定運行。直到制動信號產(chǎn)生后，升降機執(zhí)行電磁 抱閘制動迅速停車。其程序梯形圖如圖 4.6 所示。 24 圖 4.6 減速停車程序梯形圖 4.3.6 施工升降機加速啟動曲線的實現(xiàn) 施工升降機啟動的條件是吊籠門己關(guān)好，安全開關(guān)常閉觸點閉合。若施工升降機 沒有到達該選層信號所在層時,會產(chǎn)生上行信號或下行信號。施工升降機在上行或下 行的開始階段,施工升降機實現(xiàn) Y- 減壓啟動控制,之后由 PLC 的 DA 模塊實現(xiàn)平緩 加速啟動，直到速度達到最大值穩(wěn)定運行。其程序梯形圖如圖 4.7 所示。 25 26 圖 4.7 加速啟動程序梯形圖 27 第五章 控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計 5.1 電磁干擾類型和影響 影響 PLC 控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣,大都產(chǎn)生在 電流或電壓劇烈變化的部位, 這些電荷劇烈移動的部位就是干噪聲干擾模式和噪聲 波形性質(zhì)來按噪聲產(chǎn)生的原因不同,分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按 噪聲的波形、性質(zhì)不同,可分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按噪聲干擾模式不同,分為 共模干擾和差模干擾。 共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號對地的電位差,主 要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應(yīng)的共態(tài)(同方向)電壓迭加 所形成。共模電壓有時較大,特別是采用隔離性能差的配電器供電時,變送器輸出信 號的共模電壓普遍較高,有的可高達 130V 以上。共模電壓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)換成 差模電壓,影響測控信號,造成元器件損壞(這就是一些系統(tǒng) I/0 模件損壞率較高的主 要原因),這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指作用于信號兩極間的 干擾電壓,主要由空間電磁場在信號間禍合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成 的,這種干擾疊加在信號上,直接影響測量與控制精度。 5.2 PLC 系統(tǒng)干擾來源 1、來自空間的輻射干擾 空間輻射電磁場(EMI)主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電 廣播、電視、雷達、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的,通常稱為輻射干擾,其分布極為復(fù) 雜。若 PLC 系統(tǒng)置于其射頻場內(nèi),就會受到輻射干擾,其影響主要通過兩條路徑:一是 直接對 PLC 內(nèi)部的輻射,由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾;二是對 PLC 通信網(wǎng)絡(luò)的輻射,由通信線 路感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小特別是頻率 有關(guān),一般通過設(shè)置屏蔽電纜和 PLC 局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。 2、來自系統(tǒng)外引線的干擾 第一類是來自電源的干擾。PLC 系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電,由于電網(wǎng)覆 蓋范圍廣,它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電流,尤其是電網(wǎng)內(nèi)部 的變化、開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短 路暫態(tài)沖擊等,都通過輸電線路傳到電源原邊。PLC 電源通常采用隔離電源,但因其 機構(gòu)及制造工藝等因素使其隔離性并不理想。實際上,由于分布參數(shù)特別是分布電容 的存在,絕對隔離是不可能的。 第二類是來自信號線引入的干擾。與 PLC 控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線,除了 傳輸有效的各類信息之外,總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是 通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾;二是信號線受空間 電磁輻射感應(yīng)的干擾,即信號線上的外部感應(yīng)干擾,這種往往非常嚴重。由信號引入 的干擾會引起 I/0 信號工作異常和測量精度大大降低,嚴重時將引起元器件損傷。對 于隔離性能差的系統(tǒng),還將導(dǎo)致信號間互相干擾,引起共地系統(tǒng)總線回流,造成邏輯數(shù) 28 據(jù)變化、誤動和死機。PLC 控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成 I/0 模件損壞數(shù)相當嚴重, 由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。 第三類是來自接地系統(tǒng)混亂的干擾。接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有 效手段之一,正確的接地既能抑制電磁干擾的影響,又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯 誤的接地反而會引入嚴重的干擾信號,使 PLC 系統(tǒng)無法正常工作。PLC 控制系統(tǒng)的地 線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等,接地系統(tǒng)混亂對 PLC 系統(tǒng)的干擾主要是 各個接地點電位分布不均,不同接地點間存在地電位差,引起地環(huán)路電流,影響系統(tǒng)正 常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地,如果電纜屏蔽層兩端 A、B 都接地,就存在地 電位差,有電流流過屏蔽層。當發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時,地線電流將更大。 此外,屏蔽層、接地線和大地可能構(gòu)成閉合環(huán)路,在變化磁場的作用下,屏蔽層內(nèi) 會出現(xiàn)感應(yīng)電流,通過屏蔽層與芯線之間的藕合,干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接 地處理混亂,所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布,影響 PLC 內(nèi)邏輯電 路和模擬電路的正常工作PLC 工作的邏輯電壓干擾容限較低,邏輯地電位的分布干 擾容易影響 PLC 的邏輯運算和數(shù)據(jù)存貯,造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機。模擬地電 位的分布將導(dǎo)致測量精度下降,引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。 5.3 抗干擾措施 5.3.1 控制電源系統(tǒng)引發(fā)的干擾 采用性能優(yōu)良的電源,抑制電網(wǎng)引入的干擾。在 PLC 控制系統(tǒng)中,電源占有極重 要的地位。電網(wǎng)干擾串入 PLC 控制系統(tǒng)主要通過 PLC 系統(tǒng)的供電電源(如 CPU 電源、 I