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無(wú)錫太湖學(xué)院
信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書(shū)
一、題目及專(zhuān)題：
1、題目 升降機(jī)控制系統(tǒng)的PLC應(yīng)用研究
二、課題來(lái)源及選題依據(jù)
可編程控制器（Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）， 簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制隨著技術(shù)的發(fā)展這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱(chēng)作可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PC?？删幊炭刂破鳎≒rogrammable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）， 簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制隨著技術(shù)的發(fā)展這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱(chēng)作可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PC。
PLC的優(yōu)點(diǎn)是：1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng);2.配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng);3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎;4.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造;5.體積小，重量輕，能耗低。
三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
1、 熟悉PLC控制技術(shù)的發(fā)展歷程，特別是近幾十年來(lái)升降機(jī)在其結(jié)構(gòu)形式、用途、用途及安全裝置等幾個(gè)方面的突破和發(fā)展；
2、 熟練掌握可編程控制器的原理以及編程軟件和編程語(yǔ)言；
3、 熟練掌握升降機(jī)的工作原理；
4、 熟練使用MATLAB提供的圖形用戶(hù)界面（GUI）工具。
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機(jī)械94 班 姓名 劉 蘇
五、開(kāi)始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月12日
編號(hào)
無(wú)錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目： 升降機(jī)控制系統(tǒng)的PLC應(yīng)用研究
信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè)
學(xué) 號(hào)： 0923204
學(xué)生姓名： 劉 蘇
指導(dǎo)教師： 陳浩 （職稱(chēng)：高級(jí)工程師 ）
（職稱(chēng)： ）
2013年5月25日
無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
誠(chéng) 信 承 諾 書(shū)
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 升降機(jī)控制系統(tǒng)的PLC應(yīng)用研究 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。
班 級(jí)： 機(jī)械94
學(xué) 號(hào)： 0923204
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無(wú)錫太湖學(xué)院
信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書(shū)
一、題目及專(zhuān)題：
1、題目 升降機(jī)控制系統(tǒng)的PLC應(yīng)用研究
二、課題來(lái)源及選題依據(jù)
可編程控制器（Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）， 簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制隨著技術(shù)的發(fā)展這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱(chēng)作可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PC?？删幊炭刂破鳎≒rogrammable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）， 簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制隨著技術(shù)的發(fā)展這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱(chēng)作可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PC。
PLC的優(yōu)點(diǎn)是：1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng);2.配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng);3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎;4.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造;5.體積小，重量輕，能耗低。
三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
1、 熟悉PLC控制技術(shù)的發(fā)展歷程，特別是近幾十年來(lái)升降機(jī)在其結(jié)構(gòu)形式、用途、用途及安全裝置等幾個(gè)方面的突破和發(fā)展；
2、 熟練掌握可編程控制器的原理以及編程軟件和編程語(yǔ)言；
3、 熟練掌握升降機(jī)的工作原理；
4、 熟練使用MATLAB提供的圖形用戶(hù)界面（GUI）工具。
四、接受任務(wù)學(xué)生：
機(jī)械94 班 姓名 劉 蘇
五、開(kāi)始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月12日
摘 要
PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)過(guò)程和位置的自動(dòng)控制中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，可編程控制器是工業(yè)自動(dòng)化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，PLC、機(jī)器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。由于PLC具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源十分豐富，所以很多公司都在使用PLC來(lái)控制生產(chǎn)線的運(yùn)作，比如生產(chǎn)顯示器、電視機(jī)就利用到了升降機(jī)。利用升降機(jī)可以把顯示器運(yùn)送到加溫層，運(yùn)送包裝線，在運(yùn)送的過(guò)程中就可以利用PLC控制，進(jìn)行測(cè)試、檢驗(yàn)。最后實(shí)現(xiàn)科學(xué)運(yùn)作。
本文主要是升降機(jī)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(jì)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(hào)和上位機(jī)串口通信信號(hào)的接收,根據(jù)其內(nèi)部設(shè)計(jì)程序進(jìn)行集中運(yùn)算處理,實(shí)現(xiàn)了對(duì)液壓施工升降機(jī)的控制系統(tǒng)的邏輯信號(hào)及速度控制。另外,還根據(jù)控制系統(tǒng)要求,設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)主回路、安全運(yùn)行電路、電液比例控制回路等。
關(guān)鍵詞：升降機(jī)；PLC；程序；設(shè)計(jì)
Abstract
PLC programmable logic controller is a microprocessor based on a combination of computer technology, automatic control technology and communication technology evolved a new type of industrial control devices. It has a simple structure, easy programming and high reliability.It has been widely used in the automatic control of industrial processes and position. According to statistics, the programmable controller is the most widely used kind of equipment in the industrial automation devices. Programmable controller will become one of the main means of industrial control and important infrastructure, PLC, robotics, CAD / CAM will become the three pillars of the industrial production. PLC has the use of environmental adaptability characteristics, while its internal timer resources are very rich, so many companies are using the PLC to control the operation of the production line, such as the production of the display, the TV on the use of the lift. Lift the monitor can be transported to the heating layer, transport packaging line, in the course of transportation can make use of PLC control, test, test. Finally, science operations.
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: lift; PLC; program; design
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
目 錄 V
1 緒論 1
1.1 升降機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2 為何采用PLC控制系統(tǒng)的原因 2
1.2.1 PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展和生產(chǎn) 2
1.2.2 PLC控制技術(shù)區(qū)別于其他控制技術(shù) 2
2 升降機(jī)的具體工作原理和其組成 5
2.1 升降機(jī)的基本工作原理 5
2.2 升降機(jī)的主要組成部分 6
3 升降機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 8
3.2控制系統(tǒng)的主要性能 8
3.2.1 比例變量泵的介紹 8
3.2.2 可編程控制器和模塊選擇 9
3.3控制電路設(shè)計(jì) 12
3.3.1電路設(shè)計(jì) 12
3.3.2 系統(tǒng)回電路設(shè)計(jì) 13
3.3.3 輸入輸出回路設(shè)計(jì) 13
3.3.4 PLC的I/O存儲(chǔ)地址分配 14
4 升降機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16
4.1 概述 16
4.1.1 PLC及運(yùn)行原理 16
4.1.2 PLC運(yùn)行軟件 17
4.1.3 編程工具軟件和編程語(yǔ)言 17
4.1.4 PLC軟件的設(shè)計(jì) 17
4.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18
4.2.1 樓層位置信號(hào)的發(fā)生和清除環(huán)節(jié) 19
4.2.2 選層指令登記、消除與顯示 20
4.2.3停層信號(hào)的發(fā)生與消除 21
4.2.4 停車(chē)制動(dòng) 21
4.2.5 啟動(dòng)加速與穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn) 22
5 控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) 24
5.1電磁干擾類(lèi)型和影響 24
5.2 PLC系統(tǒng)干擾來(lái)源 24
5.3 抗干擾措施 25
5.3.1 控制電源系統(tǒng)引發(fā)的干擾 25
5.3.2 控制輸出端引發(fā)的干擾 25
5.3.3 安裝和布線 25
5.3.4 正確選擇接地點(diǎn) 26
6 結(jié)論和展望 27
致謝 28
參考文獻(xiàn) 29
附錄 30
V
升降機(jī)控制系統(tǒng)的PLC應(yīng)用研究
1 緒論
1.1 升降機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀
升降機(jī)作為在各行各業(yè)不可缺少的垂直運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械，在1973年第一臺(tái)由我國(guó)生產(chǎn)的齒輪條式升降機(jī)誕生以來(lái)。已經(jīng)過(guò)去了30多年，在這30多年中的不斷發(fā)展，升降機(jī)在其結(jié)構(gòu)形式、用途、用途及安全裝置等幾個(gè)方面都有了很大的突破和發(fā)展。
升降機(jī)的主要通途在于城市高層建筑和超高層的各類(lèi)建筑中，其主要原因是因?yàn)檫@種類(lèi)型的建筑高度對(duì)于使用井字架、龍門(mén)架來(lái)完成一系列的作業(yè)是十分困難的。近幾年來(lái)，城市發(fā)展很快，建筑的樓層高度不斷增加架設(shè)大高度的升降機(jī)的需求也在不斷的增加。其中建筑施工升降機(jī)不光在高層建筑中得以應(yīng)用，在大橋的建設(shè)中也廣泛的應(yīng)用。此外，它還可以應(yīng)用在大型工廠冷卻塔、發(fā)電廠煙囪、廣播電視塔和煤礦等多種復(fù)雜施工場(chǎng)合下。由此看來(lái)，升降機(jī)已經(jīng)成為僵住行業(yè)之中不可缺少的機(jī)械設(shè)備了。
就國(guó)際上來(lái)看，目前的國(guó)外高速升降機(jī)分為兩種：一種是液壓傳動(dòng)無(wú)極調(diào)速，其代表是瑞典的ALIMAK公司，速度的標(biāo)定時(shí)0-90m/min、控制方法是手動(dòng)停層，在我國(guó)也有進(jìn)口；另外一種是調(diào)頻調(diào)速，其代表公司是德國(guó)的Steinweg，速度的標(biāo)定是0-30-40-80m/min，操作方式是自動(dòng)選層平層。
然而我國(guó)國(guó)內(nèi)普遍生產(chǎn)機(jī)電——機(jī)械傳動(dòng)式的升降機(jī)，這種機(jī)電式的升降機(jī)由于它的控制方式是通過(guò)接觸器控制得以實(shí)現(xiàn)，速度單一、啟制動(dòng)的沖擊量大、乘員感覺(jué)不適等等缺點(diǎn)，不能完全滿(mǎn)足中高層或者更高層的建筑工作要求。最關(guān)鍵的問(wèn)題在于使用高度達(dá)到200m左右而運(yùn)行速度卻只能在34~38m/min，大大影響了它的工作效率，繼而影響的工作效益。因此，超高升降機(jī)提高其速度成為了突破的關(guān)鍵。如今的國(guó)內(nèi)又開(kāi)始進(jìn)口少量高速升降機(jī)，如何搶占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)、盡量少的進(jìn)口、振興民族工業(yè)將是在升降機(jī)技術(shù)界一個(gè)很大的突破口。
液壓升降機(jī)的運(yùn)行速度快，因此可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，啟動(dòng)、制動(dòng)平穩(wěn)，而啟動(dòng)時(shí)對(duì)于電網(wǎng)的要求和沖擊相對(duì)較小，因而能實(shí)現(xiàn)空載啟動(dòng)、從而解決了由于工地電網(wǎng)容量的限制而造成了一般升降機(jī)重載時(shí)引發(fā)困難的問(wèn)題，是200m以上高層建筑施工理想的運(yùn)輸機(jī)械。然而，隨著社會(huì)不斷變化，需求也在不斷變化，對(duì)建筑物的高度不斷增加，目前對(duì)于在地面通過(guò)按鈕控制的升降機(jī)，其自動(dòng)化控制的水平較低，在施工運(yùn)行過(guò)程中，存在一下大量問(wèn)題：1，一般沒(méi)有超載限制，單單靠對(duì)人數(shù)的控制或者預(yù)估材料的重量來(lái)確定，更沒(méi)有樓層間的呼叫和提醒，沒(méi)有自動(dòng)的平層功能，所以在目前升降機(jī)其中的工作運(yùn)行是被動(dòng)的，不能確定其定載荷率，來(lái)使升降機(jī)的運(yùn)輸能力得不到很好的發(fā)揮，部分的能量以及時(shí)間往往浪費(fèi)在空車(chē)的來(lái)回運(yùn)行上；2，按鈕的運(yùn)作時(shí)間和繼電器、接觸器觸頭器觸頭響應(yīng)時(shí)間會(huì)隨著元件的不斷老化而變化的難以確定，從而造成了之后電動(dòng)機(jī)響應(yīng)，迫使停車(chē)位置與目標(biāo)位置相差較大，同時(shí)起升距離越大，誤差越難得到有效控制；3，單一的速度、啟制動(dòng)沖擊量大、乘客普遍感到不適等等的不足。所以，傳統(tǒng)中的繼電接觸器自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越不能夠滿(mǎn)足于工作現(xiàn)場(chǎng)的需求。所以，研究升降機(jī)的控制系統(tǒng)就尤為重要，是一個(gè)很有意義的工作，既能提高工作的效率，消除很多安全隱患，更能夠生產(chǎn)更大的經(jīng)濟(jì)效益。所以，本論文以升降機(jī)為背景，對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。
1.2 為何采用PLC控制系統(tǒng)的原因
1.2.1 PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展和生產(chǎn)
早期的工業(yè)控制中，大多采用繼電器的控制系統(tǒng)，然而這種系統(tǒng)體積大、耗電量多，從而改變生產(chǎn)程序非常困難。為了改變現(xiàn)狀，在20世紀(jì)60年代末期，所在美國(guó)的通用汽車(chē)公司（GM）首先提出要求，并且公開(kāi)招標(biāo)。而后，美國(guó)的數(shù)字設(shè)備公司（DEC）就研制出了世界上的第一臺(tái)可編程控制器，并且成功的運(yùn)用于汽車(chē)生產(chǎn)線上。
接著，德國(guó)和日本等國(guó)家相繼引入了PLC的技術(shù)，越來(lái)越多的知名公司的加入使得PLC技術(shù)得到前所未有的迅速發(fā)展，如：日本的松下、OMRON和三菱；德國(guó)的BBC和西門(mén)子等等公司。就目前來(lái)看，全世界大概有兩百多家公司從事于PLC的開(kāi)發(fā)研究和制造，生產(chǎn)了四百多個(gè)系列的產(chǎn)品。
在早期的可編程控制器中，指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單，只能有效的完成順序的控制，一般的話(huà)只具備邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)算等等的功能。但是，隨著微電子技術(shù)、控制技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC也同時(shí)在不斷的發(fā)展。20世紀(jì)80年代后期，就以16位與32位數(shù)處理器構(gòu)成的微機(jī)化PLC得到了相應(yīng)巨大的發(fā)展，同時(shí)使其在概念上，設(shè)計(jì)上，性?xún)r(jià)比上等方面都有了巨大的突破。因此，可編程控制器就具有了浮點(diǎn)運(yùn)算、運(yùn)算函數(shù)、高速計(jì)數(shù)、中斷計(jì)數(shù)、PID控制及其聯(lián)網(wǎng)等功能，種種這些都是的PLC的技術(shù)的范圍應(yīng)用和領(lǐng)域都不斷的擴(kuò)大。
1.2.2 PLC控制技術(shù)區(qū)別于其他控制技術(shù)
1、PLC控制技術(shù)與繼電器控制技術(shù)的區(qū)別
PLC的編程語(yǔ)言中，用的最多的語(yǔ)言是梯形圖。PLC的梯形圖和繼電器控制線路圖比較極為相似，在信號(hào)的輸入/輸出形式以及控制功能也是相同的，但是PLC的控制和繼電器的控制又有其不同之處，在幾個(gè)方面都有所體現(xiàn)。
（1）控制邏輯：繼電器控制邏輯采用了硬接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸頭的串聯(lián)或并聯(lián)以及時(shí)間繼電器的延時(shí)等組成了控制邏輯。它的缺點(diǎn)是接線復(fù)雜，增加或者改變功能都非常困難，繼電器的觸頭數(shù)目同樣有所限制。而PLC則利用其內(nèi)部存儲(chǔ)器，以程序方式將控制邏輯存儲(chǔ)在內(nèi)存中，用改變程序的方法就可以實(shí)現(xiàn)很方便的改變控制邏輯，此外，大部分都是為軟繼電器觸頭，所以不管是靈活性還是擴(kuò)展性，對(duì)于PLC控制邏輯都非常好。
（2）控制速度：繼電器的控制是通過(guò)繼電器的機(jī)械梳頭的動(dòng)作來(lái)得以實(shí)現(xiàn)，其出頭的開(kāi)合關(guān)閉多做大約 實(shí)在幾十毫秒的數(shù)量級(jí)。但是PLC不同，它通過(guò)程序指令來(lái)控制半導(dǎo)體電路得以實(shí)現(xiàn)控制邏輯，則一跳指令的執(zhí)行時(shí)間往往在微妙數(shù)量級(jí)。
（3）限時(shí)控制：繼電器控制邏輯運(yùn)用了時(shí)間繼電器的滯后多做實(shí)現(xiàn)限時(shí)控制，不過(guò)缺點(diǎn)在于定時(shí)精度不高，容易受到環(huán)境的影響，調(diào)整起來(lái)比較困難。PLC利用半導(dǎo)體集成電路定時(shí)器，定時(shí)的精度相對(duì)較高，大概的定時(shí)范圍在0.001s到若干分鐘之間，尤為方便的通過(guò)編寫(xiě)程序來(lái)進(jìn)行有效的定時(shí)控制。
（4）計(jì)數(shù)控制：一般繼電器控制邏輯不具備計(jì)數(shù)的功能，但是PLC卻能通過(guò)程序便捷的實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。
（5）可維護(hù)性和可靠性：在繼電器的控制邏輯中使用了大量的機(jī)械觸頭，然而觸頭在開(kāi)合時(shí)產(chǎn)生的電弧極易損害觸點(diǎn)，因而它的可維護(hù)性和可靠性都相對(duì)較差。但是PLC卻采用了沒(méi)有觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)替換了繼電器觸點(diǎn)，所以基本不存在以上的缺陷，另外,PLC自帶的自檢功能，也為現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的調(diào)試與維護(hù)給予了很大的便利。
（6）價(jià)格：繼電器控制邏輯大多運(yùn)用機(jī)械開(kāi)關(guān)、繼電器等，功能相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格方面也較便宜。但是PLC大多使用的集成電路，就價(jià)格來(lái)看相對(duì)昂貴。
2、PLC控制技術(shù)區(qū)別于通用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)
PLC是專(zhuān)業(yè)為工業(yè)的控制環(huán)境而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，然而通用計(jì)算機(jī)則是專(zhuān)門(mén)為科學(xué)技術(shù)和數(shù)據(jù)的處理而設(shè)計(jì)的，雙方均采用計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，不過(guò)兩者設(shè)計(jì)理念的途徑卻是不同的，因此兩者也存在諸多的差異，主要的體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。
（1）應(yīng)用范圍：通用計(jì)算機(jī)不光應(yīng)用在控制領(lǐng)域，更大量存在于科學(xué)計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)通信等領(lǐng)域。然而PLC卻主要運(yùn)用于工業(yè)的機(jī)械控制領(lǐng)域。
（2）使用環(huán)境：通用計(jì)算機(jī)對(duì)環(huán)境的依賴(lài)程度高。然而PLC卻能使用在環(huán)境相對(duì)較差的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。
（3）程序設(shè)計(jì)：通用計(jì)算機(jī)擁有豐富多樣的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，如匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言等，完成一系列復(fù)雜的應(yīng)用，對(duì)于編程者來(lái)說(shuō)要求較高。但是PLC所提供的編程語(yǔ)言不多，邏輯簡(jiǎn)潔，上手快。
（4）運(yùn)算速度和儲(chǔ)存容量：各種電子技術(shù)的不斷發(fā)展，通用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速率越來(lái)越快，大約在微秒級(jí)，容量的存儲(chǔ)也在增加。但是PLC相較于通用計(jì)算機(jī)運(yùn)行的速度要慢些，它的編程軟件不多，編程簡(jiǎn)潔，內(nèi)存空間也小。
（5）價(jià)格：通用計(jì)算機(jī)的功能繁多，硬件煩雜，但是PLC就相對(duì)功能單一，所以在價(jià)格上PLC往往比通用計(jì)算機(jī)更加實(shí)惠。
3、PLC控制技術(shù)區(qū)別于單片機(jī)控制技術(shù)
單片機(jī)控制技術(shù)往往運(yùn)作于數(shù)據(jù)的采集和工業(yè)的控制，單片機(jī)的配置上比通過(guò)計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單很多，在價(jià)格上也有優(yōu)勢(shì)，但是它和通用計(jì)算機(jī)相同，同樣不能單一為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制所設(shè)計(jì)。和通用計(jì)算機(jī)相同，單片機(jī)編程煩雜，不太容易掌握，需要處理大量的I/0接口，它的輸出口驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力較差，要驅(qū)動(dòng)負(fù)載就需要有復(fù)雜的外圍電路。單片機(jī)控制技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就在于它擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，但是工業(yè)控制過(guò)程要解決的是大量的開(kāi)關(guān)量，因此作用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制中單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)得不到很好的發(fā)展，所以它的可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如PLC，大部分單片機(jī)控制技術(shù)只使用在比較單一的工業(yè)控制過(guò)程和數(shù)據(jù)的處理能力要求比較高的場(chǎng)所。
PLC控制技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)相對(duì)比而言，更加適用于工業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制中，但是它的數(shù)據(jù)處理能力沒(méi)后者強(qiáng)。因此兩者都各有優(yōu)點(diǎn)，但不能兩者替代。由此看來(lái)，伴隨著PLC的成本的降低和處理數(shù)據(jù)的能力加強(qiáng)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制方面，PLC控制技術(shù)在對(duì)其他的控制技術(shù)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)就會(huì)一直具備自身的優(yōu)勢(shì)。所以，掌握了PLC控制技術(shù)在工業(yè)控制技術(shù)方面的人員來(lái)看將是不可缺少的技能之一。
綜上所述，PLC是將微處理器作為基礎(chǔ)，集合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及通信技術(shù)發(fā)展噶不去來(lái)的一類(lèi)通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置。這類(lèi)的裝置具備體型小、功能作用強(qiáng)、設(shè)計(jì)程序簡(jiǎn)單、運(yùn)用靈活通用、維護(hù)便捷等的優(yōu)勢(shì)，尤其是它的高可靠性與較強(qiáng)的適用惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，獲得了用戶(hù)的公認(rèn)好評(píng)。所以，本升降機(jī)控制系統(tǒng)就是采用了基于PLC的控制系統(tǒng)。
2 升降機(jī)的具體工作原理和其組成
2.1 升降機(jī)的基本工作原理
如圖2.1所示，為升降機(jī)的工作原理圖，系統(tǒng)一般由三相交流異步電動(dòng)機(jī)、電液比例變壓泵、變量馬達(dá)、換向閥和各類(lèi)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(jī)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(jī)上行工作開(kāi)始時(shí),可編程控制器PLC接收到來(lái)自觸摸屏的選層及上行控制指令,PLC輸出上行控制信號(hào)使上行電磁閥YV1帶電,電機(jī)啟動(dòng)接觸器KMI通電,啟動(dòng)變量泵工作,油液進(jìn)入馬達(dá),帶動(dòng)曳引輪旋轉(zhuǎn),從而施工升降機(jī)吊籠起動(dòng)。
圖2.1 升降機(jī)基本工作原理圖
同時(shí),PLC按照理想加速曲線輸出相應(yīng)的加速曲線信號(hào)經(jīng)D/A模塊后至例放大器,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(jìn)而控制吊籠的起動(dòng)運(yùn)行速度,當(dāng)速度達(dá)到最大值時(shí),吊籠以速度最大值穩(wěn)定運(yùn)行"在施工升降機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,PLC接收井道裝置各信號(hào),數(shù)據(jù)處理后將樓層當(dāng)前位置!運(yùn)行監(jiān)控狀態(tài)等信息通過(guò)觸摸屏中及時(shí)顯示,以便了解施工升降機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)"當(dāng)PLC接收到減速點(diǎn)信號(hào)時(shí),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,從而吊籠運(yùn)行速度不斷下降"當(dāng)施工升降機(jī)到站時(shí),PLC輸出控制信號(hào)使上行電磁閥YVI不帶電,電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)接觸器KMI失電,液壓系統(tǒng)關(guān)閉,施工升降機(jī)停止運(yùn)行。
2.2 升降機(jī)的主要組成部分
升降機(jī)構(gòu)造:分鋼結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置:
由電動(dòng)機(jī)、泵、方向閥、馬達(dá)、配重、鋼絲繩等組成,泵帶動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn),通過(guò)鋼絲繩使吊籠做上、下運(yùn)行。
三、電器設(shè)備:
1、施工升降機(jī)的電氣控制系統(tǒng)由電源箱!電控箱!操作臺(tái)及安全保護(hù)系統(tǒng)等組成。
2、電纜導(dǎo)向裝置:在吊籠作上、下運(yùn)行時(shí),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(jī)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(dāng)?shù)趸\出現(xiàn)不正常超速時(shí),將吊籠制停。動(dòng)作時(shí), 其上安全開(kāi)關(guān)斷開(kāi)電源,制動(dòng)器制動(dòng)。
3、安全鉗:使吊籠制動(dòng)的安全裝置。
4、緩沖彈簧:施工升降機(jī)的底架上有緩沖彈簧,以便當(dāng)?shù)趸\發(fā)生墜落事故時(shí),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(qiáng)。一般情況下,每個(gè)吊籠對(duì)應(yīng)的底架上裝有兩個(gè)圓錐卷彈簧,也有四個(gè)圓柱螺旋彈簧,安裝的目的是緩沖吊籠和配件著地時(shí)的沖擊。
5。、上、下限位器:為防止吊籠上!下超過(guò)需停位置時(shí),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(jì)規(guī)定的最高極限或最低極限位置時(shí)能及時(shí)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(shí)動(dòng)作,吊籠繼續(xù)向上運(yùn)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(shí)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(mén)、底籠門(mén)聯(lián)鎖裝置:防止因吊籠或底籠門(mén)未關(guān)閉就啟動(dòng)運(yùn)行而造成人員墜落和物料墜落,只有完全關(guān)閉時(shí)才能啟動(dòng)運(yùn)行。
9、急停開(kāi)關(guān):操作者應(yīng)能及時(shí)按下急停開(kāi)關(guān),使吊籠立即停止,防止事故的發(fā)生,急停開(kāi)關(guān)必須是非自行復(fù)位的電氣安全裝置。
10、樓層通道門(mén):運(yùn)行時(shí)處于常閉狀態(tài),只有在吊籠?？繒r(shí)才能由吊籠內(nèi)的人打開(kāi),樓層內(nèi)的人員無(wú)法打開(kāi)此門(mén)。
11、電磁制動(dòng)器:裝于電動(dòng)機(jī)軸上,一般采用直流電磁制動(dòng)器,啟動(dòng)時(shí)通電松閘,停層后斷電制動(dòng)。
12、超載開(kāi)關(guān):當(dāng)超載時(shí)吊籠底下超載開(kāi)關(guān)動(dòng)作,吊籠不能啟動(dòng)運(yùn)行。
13、其它開(kāi)關(guān):安全窗開(kāi)關(guān)、防松繩開(kāi)關(guān)、斷繩開(kāi)關(guān)等。為了便于對(duì)施工升降機(jī)的工作原理及PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行分析,現(xiàn)列出30層30站升降機(jī)的電氣元件。見(jiàn)表2-1。
表2-1 30層30站升降機(jī)的電器元件表
元件符號(hào)
名稱(chēng)及作用
元件符號(hào)
名稱(chēng)及作用
SQ1
名稱(chēng)窗開(kāi)關(guān)
SQ44
超載開(kāi)關(guān)
SQ2
安全鉗開(kāi)關(guān)
YV1
上行電磁閥線圈
SQ3
上限位開(kāi)關(guān)
YV2
下行電磁閥線圈
SQ4
下限位開(kāi)關(guān)
SA1
基站開(kāi)關(guān)
SQ5
上限位開(kāi)關(guān)
1KR
上平層感應(yīng)器
SQ6
下限位開(kāi)關(guān)
2KR
下平層感應(yīng)器
SQ7
安全防墜器開(kāi)關(guān)
QS
電源開(kāi)關(guān)
SQ8
限速器開(kāi)關(guān)
KM1
電動(dòng)機(jī)起動(dòng)接觸器
SB1
吊籠內(nèi)急停按鈕
KM2
Y型接觸器
SQ10
吊籠開(kāi)門(mén)到位開(kāi)關(guān)
KM3
Δ型接觸器
SQ11
吊籠開(kāi)門(mén)到尾開(kāi)關(guān)
1HL
超載指示燈
SQ12
圍欄門(mén)開(kāi)門(mén)到位開(kāi)關(guān)
2HL
超載指示燈
SQ13
斷繩開(kāi)關(guān)
3HL
電源指示燈
SB3
液壓接通按鈕
SB4
液壓故障指示燈
SQ14-SQ43
1-30層樓層門(mén)開(kāi)關(guān)
SB2
操作站急停按鈕
3 升降機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
本控制系統(tǒng)的硬件主要由觸摸屏人機(jī)交互模塊!可編程控制器核J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(jī)的控制方案
控制系統(tǒng)主要包括信號(hào)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(hào)的數(shù)據(jù)處理和輸出邏輯控制的問(wèn)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(yùn)行電路,只有滿(mǎn)足安全運(yùn)行條件,施工升降機(jī)才能運(yùn)行,否則發(fā)生故障報(bào)警信號(hào),并讓PLC所有輸出點(diǎn)恢復(fù)安全輸出狀態(tài)。當(dāng)滿(mǎn)足安全運(yùn)行條件時(shí),通過(guò)觸摸屏輸入呼層信號(hào)時(shí),系統(tǒng)進(jìn)行判斷識(shí)別,送出呼層顯示至觸摸屏顯示,系統(tǒng)通過(guò)選層后調(diào)用加速曲線,通過(guò)模擬輸出模塊輸出速度信號(hào)不斷傳輸給比例電磁鐵,控制比例泵的輸出流量進(jìn)而控制吊籠的運(yùn)行速度,使吊籠按預(yù)定曲線運(yùn)行。當(dāng)?shù)趸\到達(dá)目的層時(shí),系統(tǒng)發(fā)出吊籠停車(chē)的信號(hào)、消層信號(hào),系統(tǒng)調(diào)用減速曲線,進(jìn)而使液壓電動(dòng)機(jī)制動(dòng)!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(guò)串口進(jìn)行通信來(lái)控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件,實(shí)現(xiàn)施工升降機(jī)的控制。
3.2控制系統(tǒng)的主要性能
3.2.1 比例變量泵的介紹
本系統(tǒng)選用公稱(chēng)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(jì)的,是CY14-1B型軸向柱塞泵中一種新的變量型式,是靠外控油壓來(lái)控制變量機(jī)構(gòu),并利用輸入比例電磁鐵的電流大小來(lái)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(hào)如圖3.2所示。BCY14-1B變量泵的主要性能指標(biāo)為:滯環(huán)H1<5%,重復(fù)精度HR<3%,非線性度HL工<5%,分辨率Hv1<2%,頻響f-3dB>=1.5MHz(160、25OBCY泵),f-3dB>=3MHz(25、63BCY泵)。
圖3.2 BCY14-B1變量泵變量特性曲線和液壓原理符號(hào)
另外,比例變量泵可在輸入電流的作用下,對(duì)排量實(shí)現(xiàn)比例控制而不受負(fù)載的干擾。該泵控制靈活!動(dòng)作靈敏!重復(fù)精度高、穩(wěn)定性好,能方便地實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的遙控、自控、無(wú)級(jí)調(diào)速、跟蹤反饋同步和計(jì)算機(jī)控制, 適用于工業(yè)自動(dòng)化的要求。
3.2.2 可編程控制器和模塊選擇
PLC選型時(shí)具體考慮如下幾個(gè)方面要求:1、性能和任務(wù)的相適應(yīng)2、I/0點(diǎn)的估算3、用戶(hù)的存儲(chǔ)容量的估算4、系統(tǒng)對(duì)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(yàn)。
本系統(tǒng)中控制對(duì)象要求如下：
基站開(kāi)關(guān)1個(gè)：開(kāi)、關(guān)門(mén)到位開(kāi)關(guān)各1個(gè)；上、下限位開(kāi)關(guān)各1個(gè)；上、下極限開(kāi)關(guān)各1個(gè)；上減速(下平層)開(kāi)關(guān)1個(gè)；下減速(上平層)開(kāi)關(guān)l個(gè)；超載開(kāi)關(guān)1個(gè)；電動(dòng)機(jī)斷路器與熱繼電器觸點(diǎn)1個(gè)；安全運(yùn)行線圈觸點(diǎn)l個(gè)；門(mén)鎖線圈觸點(diǎn)1個(gè);上、下行電磁閥線圈各l個(gè)；電源指示燈1個(gè)；液壓?jiǎn)?dòng)線圈1個(gè)；電動(dòng)機(jī)起動(dòng)接觸器2個(gè)；超載報(bào)警指示燈1個(gè)；液壓故障指示1個(gè)；液壓接通按鈕1個(gè)；液壓斷開(kāi)按鈕1個(gè)。
設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要滿(mǎn)足控制過(guò)程的使用，還要考慮為以后設(shè)備改進(jìn)留有余地，同時(shí)還應(yīng)考慮系統(tǒng)本身的成本。在諸如:西門(mén)子、三菱、歐姆龍、美國(guó)通用電氣等眾多PLC中我們選擇了三菱PLC。主要是從價(jià)格和可靠性的角度做出的選擇，另外三菱PLC在我國(guó)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(lèi)型。FX系列PLC功能強(qiáng)大、組合靈活，并且有各種點(diǎn)數(shù)及各種輸出類(lèi)型的基本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)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(diǎn)數(shù)為48，其中輸入點(diǎn)為24，輸出點(diǎn)為24。由于本系統(tǒng)的施工升降機(jī)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(hào)，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。
下面對(duì)所用的主單元FX2N-48MR-001及模擬量輸出模塊FX2N-2DA作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹：
1、 FX2N-48MR-001是一臺(tái)PLC它自帶48點(diǎn)數(shù)字I/0,數(shù)字I/0點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展至256點(diǎn)。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(hào)為8進(jìn)制編號(hào)
Y
輸出繼電器
Y000-Y027
24
原件編號(hào)為8進(jìn)制編號(hào)
M
輔助繼電器
M000-M8255
1528
通用型：M0-M499
斷電保護(hù)型：M500-M3071
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(hào)報(bào)警用：S900-S999
T
定時(shí)器
T0-T255
256
100ms型：T0-T999
10ms型：T200-T245
1ms型：T246-T249
100ms積算型：T250-T255
C
計(jì)算器
C0-C234
235
16位遞加計(jì)算器：普通型C0-C99
斷電保持型C100-C199
32位雙向計(jì)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(shí)器中斷用：16-18
計(jì)算器中斷用：10-10
K/H
常數(shù)
十進(jìn)制用K表示，十六進(jìn)制數(shù)用R表示
該機(jī)種內(nèi)置8000步RAM寄存器，用一個(gè)寄存器盒可擴(kuò)充到16000步RAM或EEPROM。運(yùn)算速度快，基本指令可達(dá)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(qiáng)的通訊功能,方便通訊實(shí)現(xiàn)。該機(jī)中內(nèi)建有兩個(gè)通訊口COM1和COM2。其中,COM1為RS422通訊口(可以變更為RS232)可用來(lái)簡(jiǎn)介程序書(shū)寫(xiě)器、監(jiān)控器和個(gè)人電腦。這樣,在個(gè)人電腦上安裝好PLC編程軟件GX DeVeloper后便可直接在個(gè)人電腦上進(jìn)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?chē)b置,主機(jī)通過(guò)通訊指令便可以對(duì)這些裝置進(jìn)行訪問(wèn),兩個(gè)通訊口的波特率為9600bps,最高可達(dá)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(diǎn)模擬量輸出的電壓輸出或電流輸出。兩個(gè)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(jìn)行選擇；每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間為2.5ms。要求的電源電壓為24VDC,由PLC提供。PLC主機(jī)通過(guò)程序指令FROM/T0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(jiàn)如下表3-2。
表3-2 FX2N-2DA模擬量輸出模塊性能
項(xiàng)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(fù)載電阻2kΩ-1MΩ）
4mA-20mA（外部負(fù)載電阻不超過(guò)500Ω）
數(shù)字輸入
12位
分辨率
2.5mV（10V/4000）
1.25mV(5V/4000)
4μA{4mA-20Ma/4000}
總體精度
1%(滿(mǎn)程0V-10V)
1%(滿(mǎn)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(méi)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(diǎn)數(shù)
占用8個(gè)I/0點(diǎn)（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(guò)雙絞線把信號(hào)輸出,輸出電壓信號(hào)時(shí),則將雙絞線接到通道的V、COM1或COM2端。為了計(jì)算方便,將最大模擬量輸出DC10V所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量設(shè)定為4000。對(duì)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(gè)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(dāng)大小的模擬量輸出。D/A模塊部分?jǐn)?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(dāng)前值(8位)；
BFM#17:通道的選擇與啟動(dòng)信號(hào)(bit0為通道2選擇與啟動(dòng),bit0的下降沿啟動(dòng)通道2的轉(zhuǎn)換；bitl為通道1選擇與啟動(dòng),bitl的下降沿啟動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)暫存)
3.3控制電路設(shè)計(jì)
3.3.1電路設(shè)計(jì)
在施工升降機(jī)上、下運(yùn)行時(shí)，抱閘應(yīng)打開(kāi)，其線圈應(yīng)通電。施工升降機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，抱閘應(yīng)抱死，其線圈應(yīng)通電。本系統(tǒng)是電動(dòng)機(jī)控制泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，而KMI是控制電動(dòng)機(jī)啟停線圈，故可用KMI來(lái)控制抱閘線圈YB的通電與斷電。
將所有樓層門(mén)開(kāi)關(guān)串聯(lián)在一起，控制門(mén)鎖繼電器KAI，實(shí)現(xiàn)樓層門(mén)全部開(kāi)關(guān)關(guān)閉正常后施工升降機(jī)才能運(yùn)行的控制。
將安全窗開(kāi)關(guān)SQI、安全鉗開(kāi)關(guān)SQZ、限速器開(kāi)關(guān)SQS、急停開(kāi)關(guān)(SB1、SB2)、上下限位開(kāi)關(guān)(SQ3、SQ4)、上下極限開(kāi)關(guān)(SQ5、SQ6)、安全防墜器開(kāi)關(guān)SQ7、圍欄門(mén)關(guān)門(mén)到位開(kāi)關(guān)SQ12、斷繩開(kāi)關(guān)SQ13、基站開(kāi)關(guān)SA1以及熱繼電器觸點(diǎn)FR串聯(lián)在一起，構(gòu)成安全回路，控制安全運(yùn)行繼電器KAZ，只有當(dāng)KAZ吸合時(shí)，才允許PLC處于運(yùn)行狀態(tài)。這樣可以節(jié)省PLC的輸出口，又可以實(shí)現(xiàn)在多種緊急情況下的立即停車(chē)。圖3.3為施工升降機(jī)的抱閘、門(mén)鎖及安全運(yùn)行電路。
圖3.3 升降機(jī)的運(yùn)行電路
3.3.2 系統(tǒng)回電路設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)控制要求,主電路只要一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)用以驅(qū)動(dòng)變量泵,并且該電動(dòng)機(jī)只需單方向旋轉(zhuǎn),因此可用一個(gè)接觸器KM1進(jìn)行控制。為了限制起動(dòng)電流,減小其起動(dòng)時(shí)對(duì)電源電壓的沖擊,三相異步電動(dòng)機(jī)采用星形-三角形降壓起動(dòng)方式。采用電磁抱閘斷電制動(dòng),接觸器KM1斷電釋放時(shí),電磁抱閘線圈YB使閘瓦制動(dòng)器緊緊地抱住與電動(dòng)機(jī)同軸的制動(dòng)輪,于是電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)；當(dāng)接觸器KM1得電吸合并自鎖時(shí),其主觸點(diǎn)閉合,電磁抱閘線圈也得電,使抱閘的閘瓦與閘輪分開(kāi),電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)采用帶斷相保護(hù)的熱繼電器FR做過(guò)載保護(hù):當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí),熱繼電器FR常閉觸點(diǎn)串接在安全運(yùn)行電路中;短路保護(hù):短路時(shí),熔斷器Fl的熔體熔斷而切斷電路起保護(hù)作用；欠電壓、失電壓保護(hù):當(dāng)線路出現(xiàn)過(guò)載、短路、失壓、欠壓故障時(shí),具有欠電壓保護(hù)功能的斷路器QF能自動(dòng)分?jǐn)喙收下肪€。控制變壓器T1、T2起降壓、隔離作用。急停車(chē)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(kāi),電機(jī)停轉(zhuǎn)。2、安全運(yùn)行電路中的動(dòng)斷觸點(diǎn)SB1、SB2斷開(kāi),安全運(yùn)行繼電器KA2斷開(kāi),PLC電源斷開(kāi)；3、觸點(diǎn)SB1、SB2閉合時(shí),使KM4得電吸合并自鎖,限流電阻R通過(guò)6倍FU熔體額定電流,FU立即熔斷,電動(dòng)機(jī)失電停止轉(zhuǎn)動(dòng)。另外,PLC供電電源-22OV、比例放大器電源24V、安全運(yùn)行電路電源-11OV、電磁換向閥電源-22OV均由電網(wǎng)獲得。圖3.4為升降機(jī)控制系統(tǒng)主回路圖。
圖3.4 控制系統(tǒng)主回路
3.3.3 輸入輸出回路設(shè)計(jì)
將觸摸屏及施工升降機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的各種輸入信號(hào),送入PLC的輸入中構(gòu)成其輸入電路圖"完成施工升降機(jī)運(yùn)行的各種執(zhí)行元件及指示施工升降機(jī)運(yùn)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3.5所示。
圖3.5 升降機(jī)PLC控制I/0圖
3.3.4 PLC的I/O存儲(chǔ)地址分配
升降機(jī)輸入輸出設(shè)備及端子分配如表3-3所示。
表3-3 輸入輸出端子分配
輸入端子
輸入名稱(chēng)
輸出端子
輸出名稱(chēng)
X0
安全運(yùn)行繼電器KA2
Y0
上行電磁閥YV1
X1
門(mén)鎖繼電器KA1
Y1
下行電磁閥YV2
續(xù)表3-3
X2
基站開(kāi)關(guān)SA1
Y2
電源指示燈HL1
X3
開(kāi)門(mén)到位開(kāi)關(guān)SQ10
Y3
超載報(bào)警指示燈HL2
X4
關(guān)門(mén)到位開(kāi)關(guān)SQ11
Y4
液壓故障指示HL3
X5
上限位開(kāi)關(guān)SQ3
Y5
電動(dòng)機(jī)起動(dòng)主接觸器LM1
X6
下限位開(kāi)關(guān)SQ4
Y6
Y型接觸器LM2
X7
上限位開(kāi)關(guān)SQ5
Y7
Δ型接觸器KM3
X10
下限位開(kāi)關(guān)SQ6
Y11
吊籠開(kāi)門(mén)到位指示HL4
X11
上減速/下平層感應(yīng)器開(kāi)關(guān)1KR
X12
下減速/上平層感應(yīng)器開(kāi)關(guān)2KR
X13
超載開(kāi)關(guān)SQ44
X14
液壓接觸SB3
X15
液壓斷開(kāi)SB4
X16
電動(dòng)機(jī)斷路器QF、而繼電器
X17
急停開(kāi)關(guān)SB1、SB2
4 升降機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
4.1 概述
PIC的軟件主要包括:系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、編程語(yǔ)言及編程支持工具語(yǔ)言幾個(gè)部分組成。
4.1.1 PLC及運(yùn)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(duì)用戶(hù)編寫(xiě)的應(yīng)用程序進(jìn)行解釋,并加以執(zhí)行,直到用戶(hù)程序結(jié)束,然后返回到程序的起始又開(kāi)始新一輪的循環(huán)。PLC的這種工作方式稱(chēng)為循環(huán)掃描工作方式。了解掃描工作方式的工作過(guò)程對(duì)我們繪制更合理的用戶(hù)程序有很好的幫助。下面將簡(jiǎn)要介紹這種工作方式,然后探討以下在編制程序時(shí)的相應(yīng)的注意事項(xiàng)。PLC的掃描工作方式主要包括以下幾個(gè)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(bào)警故障及報(bào)警性質(zhì)。若為一般故障,PLC報(bào)警,但不停機(jī)；若為嚴(yán)重故障,則停止運(yùn)行用戶(hù)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(hào)。PLC的輸入是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入端子,進(jìn)行光電隔離以提高抗干擾能力后送入緩沖器,當(dāng)PLC進(jìn)行輸入采樣時(shí)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(diǎn)的狀態(tài),因次輸入映像寄存器的只有在采樣時(shí)才會(huì)與輸入信號(hào)一致,其他時(shí)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(hào)。PLC接受輸入后執(zhí)行用戶(hù)程序,將運(yùn)算結(jié)果送至輸出映像寄存器,在每次用戶(hù)程序結(jié)束后進(jìn)行刷新,將輸出映像寄存器中的運(yùn)算結(jié)果送至輸出鎖存器,再通過(guò)輸出驅(qū)動(dòng)電路送到輸出端子驅(qū)動(dòng)負(fù)載。與輸入相類(lèi)似,只有在輸出刷新時(shí)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(lái)說(shuō)PLC掃描周期很短(依賴(lài)于程序長(zhǎng)短和掃描速度),每次I/O刷新時(shí)間間隔很小,所以可以認(rèn)為其輸入輸出是及時(shí)的。
3、用戶(hù)程序的執(zhí)行。用戶(hù)程序執(zhí)行時(shí),按順序從零步開(kāi)始逐步執(zhí)行直至程序結(jié)束。執(zhí)行時(shí)有監(jiān)視定時(shí)器進(jìn)行監(jiān)視,當(dāng)掃描出現(xiàn)異常而超時(shí)時(shí),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(hù)程序執(zhí)行完成后,如果外設(shè)有中斷請(qǐng)求,PLC就進(jìn)入中斷服務(wù)程序。否則PLC自動(dòng)進(jìn)行循環(huán)掃描。
上述便是PLC的工作過(guò)程。1、從其工作過(guò)程可見(jiàn)；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(zhǎng),滯后越嚴(yán)重；3、掃描周期除了用戶(hù)程序執(zhí)行時(shí)間還包括PLC自檢時(shí)間和中斷服務(wù)時(shí)間；4、程序合理設(shè)計(jì)可以很好降低輸入輸出的滯后時(shí)間。如圖4.1所示,通過(guò)分析便可知道:要實(shí)現(xiàn)(a)圖的功能,(b)圖的滯后將大于(C)圖。因次設(shè)計(jì)程序時(shí)要多加考慮程序的合理性。
(a) (b) (c)
圖4.1 梯形圖
因此,在PLC應(yīng)用程序編制時(shí),不僅要盡量使用最少的語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)相同的功能,還要力求程序結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句順序的合理性。
4.1.2 PLC運(yùn)行軟件
應(yīng)用軟件是指為完成實(shí)際的控制任務(wù)而編寫(xiě)的各種軟件。它與具體的生產(chǎn)工藝緊密相關(guān),隨著生產(chǎn)工藝的不同而不同。因此,在應(yīng)用軟件的編寫(xiě)之前編程人員必須深入現(xiàn)場(chǎng),然后嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝的要求來(lái)編制控制程序;此外,應(yīng)用軟件與硬件密不可分,它們共同合作,互相彌補(bǔ)來(lái)完成生產(chǎn)工藝所要求的控制功能,在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的研究時(shí)同樣要求軟、硬件的劃分,合理的劃分能使系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠、成本低而且便于維護(hù)?？傊?一個(gè)系統(tǒng)控制效果和性能的好壞不單單取決于硬件或軟件而是兩者共同作用的結(jié)果。
4.1.3 編程工具軟件和編程語(yǔ)言
PLC有多種編程語(yǔ)言:梯形圖、助記符語(yǔ)言、邏輯功能圖、布爾代數(shù)語(yǔ)言和某些高級(jí)語(yǔ)言(如Basic\C語(yǔ)言等)。由于梯形圖是沿用電氣控制電路的符號(hào)所組合而成的圖形語(yǔ)言,具有易學(xué)易用、簡(jiǎn)單明了、直觀的特點(diǎn)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(yǔ)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(méi)有適合于各個(gè)廠家PLC的編程工具軟件。現(xiàn)在世界上各個(gè)PLC廠家都研制了自己的PLC編程支持工具軟件,用戶(hù)可以根據(jù)自己所選的PLC來(lái)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(jìn)行應(yīng)用軟件的編制時(shí)使用的是該公司的編程軟件GX Developer8.0,該軟件支持三種編程語(yǔ)言輸入即:梯形圖語(yǔ)言!指令語(yǔ)言!順序功能圖,而且這三種語(yǔ)言還可以通過(guò)編譯進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。
4.1.4 PLC軟件的設(shè)計(jì)
1、了解系統(tǒng)概況,形成整體概念。這步主要工作是通過(guò)深入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),了解統(tǒng)的生產(chǎn)工藝和系統(tǒng)的各種操作以及各操作間的邏輯關(guān)系。確定要檢測(cè)量的控制方法,結(jié)合硬件設(shè)計(jì)的情況確定各控制量性質(zhì)及存儲(chǔ)地址。然后將控制程序按任務(wù)劃分成小模塊,使設(shè)計(jì)出的程序在結(jié)構(gòu)上清晰、簡(jiǎn)潔、流程合理。
2、畫(huà)出控制流程圖。根據(jù)步驟1的內(nèi)容繪制系統(tǒng)控制流程圖,用以清楚地表明動(dòng)作的順序和條件。
3、制定抗干擾措施"根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境、干擾源的性質(zhì)因素,綜合制定系統(tǒng)的硬件和軟件抗干擾措施。如硬件上的電源隔離、信號(hào)濾波、采用屏蔽信號(hào)線等；軟件上采用平均值濾波等。
4、編寫(xiě)程序。用編程語(yǔ)言將上述的流程圖加以實(shí)現(xiàn)。
5、程序調(diào)試。
4.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
本文的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)主要內(nèi)容:一是PLC控制器的施工升降機(jī)控制軟件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)；二是觸摸屏顯示監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。其中PLC程序包括信號(hào)控制部分和速度控制部分。程序一開(kāi)始,首先判斷系統(tǒng)是否處于安全運(yùn)行狀態(tài),在安全運(yùn)行狀態(tài)下才進(jìn)入施工升降機(jī)信號(hào)判斷和控制的主程序。在主程序中,要判斷電機(jī)、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(shí)現(xiàn)的控制功能有:層樓位置信號(hào)的產(chǎn)生與消除；選層指令信號(hào)的產(chǎn)生與清除、顯示；停層信號(hào)的產(chǎn)生與消除；停車(chē)制動(dòng)；加速曲線產(chǎn)生；減速曲線產(chǎn)生。圖4.2為程序流程圖。
圖4.2 系統(tǒng)程序流程圖
4.2.1 樓層位置信號(hào)的發(fā)生和清除環(huán)節(jié)
當(dāng)施工升降機(jī)位于某一層時(shí),應(yīng)產(chǎn)生位于該層的信號(hào),以控制觸摸屏顯示層樓所處的位置,離開(kāi)該層時(shí),該樓層信號(hào)應(yīng)被新的樓層信號(hào)(上一層或下一層)所取代"其三層梯形圖如圖4.3所示。D200為施工升降機(jī)的樓層數(shù),通過(guò)觸摸屏顯示出來(lái)。X5是上限位開(kāi)關(guān),裝在30樓,當(dāng)施工升降機(jī)運(yùn)行到30樓時(shí),使D200為30。X6是下限位開(kāi)關(guān),裝在1樓,當(dāng)施工升降機(jī)運(yùn)行到1樓時(shí),使D200為1。在中間的某些樓層中,施工升降機(jī)上行時(shí),每上一層時(shí),D200加1；當(dāng)下行時(shí),每下一層,D200減1。另外在施工升降機(jī)在1樓-30樓時(shí),分別使M201-M23O置ON,用于消除選層指令。如果施工升降機(jī)樓層顯示有誤,只要將施工升降機(jī)開(kāi)到頂層或一層,馬上就能顯示正常。
圖4.3 層樓位置信號(hào)的產(chǎn)生與清除環(huán)節(jié)程序梯形圖
4.2.2 選層指令登記、消除與顯示
操作人員通過(guò)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(hào)M301-M330通過(guò)觸摸屏置位后發(fā)送給PLC登記