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無錫太湖學(xué)院
信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書
一、題目及專題：
1、題目 升降機(jī)控制系統(tǒng)的PLC應(yīng)用研究
二、課題來源及選題依據(jù)
可編程控制器（Programmable Controller）是計算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）， 簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制隨著技術(shù)的發(fā)展這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC?？删幊炭刂破鳎≒rogrammable Controller）是計算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）， 簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制隨著技術(shù)的發(fā)展這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。
PLC的優(yōu)點是：1.可靠性高，抗干擾能力強;2.配套齊全，功能完善，適用性強;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、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（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，特別是近幾十年來升降機(jī)在其結(jié)構(gòu)形式、用途、用途及安全裝置等幾個方面的突破和發(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、開始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長研究所所長〕 簽名
系主任 簽名
2012年11月12日
編號
無錫太湖學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（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)械工程及自動化 專業(yè)
學(xué) 號： 0923204
學(xué)生姓名： 劉 蘇
指導(dǎo)教師： 陳浩 （職稱：高級工程師 ）
（職稱： ）
2013年5月25日
無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（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（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（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級： 機(jī)械94
學(xué) 號： 0923204
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無錫太湖學(xué)院
信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書
一、題目及專題：
1、題目 升降機(jī)控制系統(tǒng)的PLC應(yīng)用研究
二、課題來源及選題依據(jù)
可編程控制器（Programmable Controller）是計算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）， 簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制隨著技術(shù)的發(fā)展這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC?？删幊炭刂破鳎≒rogrammable Controller）是計算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）， 簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制隨著技術(shù)的發(fā)展這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。
PLC的優(yōu)點是：1.可靠性高，抗干擾能力強;2.配套齊全，功能完善，適用性強;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、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（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，特別是近幾十年來升降機(jī)在其結(jié)構(gòu)形式、用途、用途及安全裝置等幾個方面的突破和發(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、開始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長研究所所長〕 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)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備?？删幊炭刂破鲗⒊蔀榻窈蠊I(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具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強的特性，同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富，所以很多公司都在使用PLC來控制生產(chǎn)線的運作，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)可以把顯示器運送到加溫層，運送包裝線，在運送的過程中就可以利用PLC控制，進(jìn)行測試、檢驗。最后實現(xiàn)科學(xué)運作。
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(jī)串口通信信號的接收,根據(jù)其內(nèi)部設(shè)計程序進(jìn)行集中運算處理,實現(xiàn)了對液壓施工升降機(jī)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：升降機(jī)；PLC；程序；設(shè)計
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 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 12
3.3.1電路設(shè)計 12
3.3.2 系統(tǒng)回電路設(shè)計 13
3.3.3 輸入輸出回路設(shè)計 13
3.3.4 PLC的I/O存儲地址分配 14
4 升降機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 16
4.1 概述 16
4.1.1 PLC及運行原理 16
4.1.2 PLC運行軟件 17
4.1.3 編程工具軟件和編程語言 17
4.1.4 PLC軟件的設(shè)計 17
4.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計 18
4.2.1 樓層位置信號的發(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停層信號的發(fā)生與消除 21
4.2.4 停車制動 21
4.2.5 啟動加速與穩(wěn)定運轉(zhuǎn) 22
5 控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計 24
5.1電磁干擾類型和影響 24
5.2 PLC系統(tǒng)干擾來源 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 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)不可缺少的垂直運輸?shù)臋C(jī)械，在1973年第一臺由我國生產(chǎn)的齒輪條式升降機(jī)誕生以來。已經(jīng)過去了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建筑中，其主要原因是因為這種類型的建筑高度對于使用井字架、龍門架來完成一系列的作業(yè)是十分困難的。近幾年來，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)雜施工場合下。由此看來，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。
就國際上來看，目前的國外高速升降機(jī)分為兩種：一種是液壓傳動無極調(diào)速，其代表是瑞典的ALIMAK公司，速度的標(biāo)定時0-90m/min、控制方法是手動停層，在我國也有進(jìn)口；另外一種是調(diào)頻調(diào)速，其代表公司是德國的Steinweg，速度的標(biāo)定是0-30-40-80m/min，操作方式是自動選層平層。
然而我國國內(nèi)普遍生產(chǎn)機(jī)電——機(jī)械傳動式的升降機(jī)，這種機(jī)電式的升降機(jī)由于它的控制方式是通過接觸器控制得以實現(xiàn)，速度單一、啟制動的沖擊量大、乘員感覺不適等等缺點，不能完全滿足中高層或者更高層的建筑工作要求。最關(guān)鍵的問題在于使用高度達(dá)到200m左右而運行速度卻只能在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。如今的國內(nèi)又開始進(jìn)口少量高速升降機(jī)，如何搶占國內(nèi)市場、盡量少的進(jìn)口、振興民族工業(yè)將是在升降機(jī)技術(shù)界一個很大的突破口。
液壓升降機(jī)的運行速度快，因此可實現(xiàn)無極調(diào)速，啟動、制動平穩(wěn)，而啟動時對于電網(wǎng)的要求和沖擊相對較小，因而能實現(xiàn)空載啟動、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)重載時引發(fā)困難的問題，是200m以上高層建筑施工理想的運輸機(jī)械。然而，隨著社會不斷變化，需求也在不斷變化，對建筑物的高度不斷增加，目前對于在地面通過按鈕控制的升降機(jī)，其自動化控制的水平較低，在施工運行過程中，存在一下大量問題：1，一般沒有超載限制，單單靠對人數(shù)的控制或者預(yù)估材料的重量來確定，更沒有樓層間的呼叫和提醒，沒有自動的平層功能，所以在目前升降機(jī)其中的工作運行是被動的，不能確定其定載荷率，來使升降機(jī)的運輸能力得不到很好的發(fā)揮，部分的能量以及時間往往浪費在空車的來回運行上；2，按鈕的運作時間和繼電器、接觸器觸頭器觸頭響應(yīng)時間會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機(jī)響應(yīng)，迫使停車位置與目標(biāo)位置相差較大，同時起升距離越大，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控制系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能夠滿足于工作現(xiàn)場的需求。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，對其控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計研究。
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，所在美國的通用汽車公司（GM）首先提出要求，并且公開招標(biāo)。而后，美國的數(shù)字設(shè)備公司（DEC）就研制出了世界上的第一臺可編程控制器，并且成功的運用于汽車生產(chǎn)線上。
接著，德國和日本等國家相繼引入了PLC的技術(shù)，越來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；德國的BBC和西門子等等公司。就目前來看，全世界大概有兩百多家公司從事于PLC的開發(fā)研究和制造，生產(chǎn)了四百多個系列的產(chǎn)品。
在早期的可編程控制器中，指令系統(tǒng)簡單，只能有效的完成順序的控制，一般的話只具備邏輯運算、定時、計算等等的功能。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，同時使其在概念上，設(shè)計上，性價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運算、運算函數(shù)、高速計數(shù)、中斷計數(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的編程語言中，用的最多的語言是梯形圖。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)以及時間繼電器的延時等組成了控制邏輯。它的缺點是接線復(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)部存儲器，以程序方式將控制邏輯存儲在內(nèi)存中，用改變程序的方法就可以實現(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，對于PLC控制邏輯都非常好。
（2）控制速度：繼電器的控制是通過繼電器的機(jī)械梳頭的動作來得以實現(xiàn)，其出頭的開合關(guān)閉多做大約 實在幾十毫秒的數(shù)量級。但是PLC不同，它通過程序指令來控制半導(dǎo)體電路得以實現(xiàn)控制邏輯，則一跳指令的執(zhí)行時間往往在微妙數(shù)量級。
（3）限時控制：繼電器控制邏輯運用了時間繼電器的滯后多做實現(xiàn)限時控制，不過缺點在于定時精度不高，容易受到環(huán)境的影響，調(diào)整起來比較困難。PLC利用半導(dǎo)體集成電路定時器，定時的精度相對較高，大概的定時范圍在0.001s到若干分鐘之間，尤為方便的通過編寫程序來進(jìn)行有效的定時控制。
（4）計數(shù)控制：一般繼電器控制邏輯不具備計數(shù)的功能，但是PLC卻能通過程序便捷的實現(xiàn)計數(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，然而觸頭在開合時產(chǎn)生的電弧極易損害觸點，因而它的可維護(hù)性和可靠性都相對較差。但是PLC卻采用了沒有觸點的半導(dǎo)體電路來替換了繼電器觸點，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)場進(jìn)行的調(diào)試與維護(hù)給予了很大的便利。
（6）價格：繼電器控制邏輯大多運用機(jī)械開關(guān)、繼電器等，功能相對簡單，價格方面也較便宜。但是PLC大多使用的集成電路，就價格來看相對昂貴。
2、PLC控制技術(shù)區(qū)別于通用計算機(jī)控制技術(shù)
PLC是專業(yè)為工業(yè)的控制環(huán)境而設(shè)計開發(fā)的，然而通用計算機(jī)則是專門為科學(xué)技術(shù)和數(shù)據(jù)的處理而設(shè)計的，雙方均采用計算機(jī)的結(jié)構(gòu)，不過兩者設(shè)計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)在如下幾個方面。
（1）應(yīng)用范圍：通用計算機(jī)不光應(yīng)用在控制領(lǐng)域，更大量存在于科學(xué)計數(shù)、數(shù)據(jù)處理、計算機(jī)通信等領(lǐng)域。然而PLC卻主要運用于工業(yè)的機(jī)械控制領(lǐng)域。
（2）使用環(huán)境：通用計算機(jī)對環(huán)境的依賴程度高。然而PLC卻能使用在環(huán)境相對較差的工業(yè)現(xiàn)場。
（3）程序設(shè)計：通用計算機(jī)擁有豐富多樣的程序設(shè)計語言，如匯編語言、C語言等，完成一系列復(fù)雜的應(yīng)用，對于編程者來說要求較高。但是PLC所提供的編程語言不多，邏輯簡潔，上手快。
（4）運算速度和儲存容量：各種電子技術(shù)的不斷發(fā)展，通用計算機(jī)的運算速率越來越快，大約在微秒級，容量的存儲也在增加。但是PLC相較于通用計算機(jī)運行的速度要慢些，它的編程軟件不多，編程簡潔，內(nèi)存空間也小。
（5）價格：通用計算機(jī)的功能繁多，硬件煩雜，但是PLC就相對功能單一，所以在價格上PLC往往比通用計算機(jī)更加實惠。
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)的配置上比通過計算機(jī)簡單很多，在價格上也有優(yōu)勢，但是它和通用計算機(jī)相同，同樣不能單一為工業(yè)現(xiàn)場的控制所設(shè)計。和通用計算機(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)動負(fù)載的能力較差，要驅(qū)動負(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)點就在于它擁有強大的數(shù)據(jù)處理能力，但是工業(yè)控制過程要解決的是大量的開關(guān)量，因此作用在工業(yè)現(xiàn)場控制中單片機(jī)的優(yōu)點得不到很好的發(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)控制過程和數(shù)據(jù)的處理能力要求比較高的場所。
PLC控制技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)相對比而言，更加適用于工業(yè)的現(xiàn)場過程控制中，但是它的數(shù)據(jù)處理能力沒后者強。因此兩者都各有優(yōu)點，但不能兩者替代。由此看來，伴隨著PLC的成本的降低和處理數(shù)據(jù)的能力加強，在工業(yè)現(xiàn)場控制方面，PLC控制技術(shù)在對其他的控制技術(shù)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)就會一直具備自身的優(yōu)勢。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)，集合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)以及通信技術(shù)發(fā)展噶不去來的一類通用工業(yè)自動控制裝置。這類的裝置具備體型小、功能作用強、設(shè)計程序簡單、運用靈活通用、維護(hù)便捷等的優(yōu)勢，尤其是它的高可靠性與較強的適用惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，獲得了用戶的公認(rèn)好評。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機(jī)、電液比例變壓泵、變量馬達(dá)、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(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(jī)啟動接觸器KMI通電,啟動變量泵工作,油液進(jìn)入馬達(dá),帶動曳引輪旋轉(zhuǎn),從而施工升降機(jī)吊籠起動。
圖2.1 升降機(jī)基本工作原理圖
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)而控制吊籠的起動運行速度,當(dāng)速度達(dá)到最大值時,吊籠以速度最大值穩(wěn)定運行"在施工升降機(jī)運行過程中,PLC接收井道裝置各信號,數(shù)據(jù)處理后將樓層當(dāng)前位置!運行監(jiān)控狀態(tài)等信息通過觸摸屏中及時顯示,以便了解施工升降機(jī)的運行狀態(tài)"當(dāng)PLC接收到減速點信號時,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,從而吊籠運行速度不斷下降"當(dāng)施工升降機(jī)到站時,PLC輸出控制信號使上行電磁閥YVI不帶電,電動機(jī)啟動接觸器KMI失電,液壓系統(tǒng)關(guān)閉,施工升降機(jī)停止運行。
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(jī)、泵、方向閥、馬達(dá)、配重、鋼絲繩等組成,泵帶動馬達(dá)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(jī)的電氣控制系統(tǒng)由電源箱!電控箱!操作臺及安全保護(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(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,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(jī)的底架上有緩沖彈簧,以便當(dāng)?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(jī)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。
12、超載開關(guān):當(dāng)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。為了便于對施工升降機(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。見表2-1。
表2-1 30層30站升降機(jī)的電器元件表
元件符號
名稱及作用
元件符號
名稱及作用
SQ1
名稱窗開關(guān)
SQ44
超載開關(guān)
SQ2
安全鉗開關(guān)
YV1
上行電磁閥線圈
SQ3
上限位開關(guān)
YV2
下行電磁閥線圈
SQ4
下限位開關(guān)
SA1
基站開關(guān)
SQ5
上限位開關(guān)
1KR
上平層感應(yīng)器
SQ6
下限位開關(guān)
2KR
下平層感應(yīng)器
SQ7
安全防墜器開關(guān)
QS
電源開關(guān)
SQ8
限速器開關(guān)
KM1
電動機(jī)起動接觸器
SB1
吊籠內(nèi)急停按鈕
KM2
Y型接觸器
SQ10
吊籠開門到位開關(guān)
KM3
Δ型接觸器
SQ11
吊籠開門到尾開關(guān)
1HL
超載指示燈
SQ12
圍欄門開門到位開關(guān)
2HL
超載指示燈
SQ13
斷繩開關(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層樓層門開關(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
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(jī)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(dāng)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(jìn)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(jìn)而控制吊籠的運行速度,使吊籠按預(yù)定曲線運行。當(dāng)?shù)趸\到達(dá)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(jìn)而使液壓電動機(jī)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(jìn)行通信來控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件,實現(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,是靠外控油壓來控制變量機(jī)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
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(fù)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,能方便地實現(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(jī)控制, 適用于工業(yè)自動化的要求。
3.2.2 可編程控制器和模塊選擇
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。
本系統(tǒng)中控制對象要求如下：
基站開關(guān)1個：開、關(guān)門到位開關(guān)各1個；上、下限位開關(guān)各1個；上、下極限開關(guān)各1個；上減速(下平層)開關(guān)1個；下減速(上平層)開關(guān)l個；超載開關(guān)1個；電動機(jī)斷路器與熱繼電器觸點1個；安全運行線圈觸點l個；門鎖線圈觸點1個;上、下行電磁閥線圈各l個；電源指示燈1個；液壓啟動線圈1個；電動機(jī)起動接觸器2個；超載報警指示燈1個；液壓故障指示1個；液壓接通按鈕1個；液壓斷開按鈕1個。
設(shè)計過程中不僅要滿足控制過程的使用，還要考慮為以后設(shè)備改進(jìn)留有余地，同時還應(yīng)考慮系統(tǒng)本身的成本。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(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(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，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(kuò)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(jìn)制編號
Y
輸出繼電器
Y000-Y027
24
原件編號為8進(jìn)制編號
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(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，用一個寄存器盒可擴(kuò)充到16000步RAM或EEPROM。運算速度快，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具有較強的通訊功能,方便通訊實現(xiàn)。該機(jī)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(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圍裝置,主機(jī)通過通訊指令便可以對這些裝置進(jìn)行訪問,兩個通訊口的波特率為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(jìn)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(jī)通過程序指令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(fù)載電阻2kΩ-1MΩ）
4mA-20mA（外部負(fù)載電阻不超過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(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)
3.3控制電路設(shè)計
3.3.1電路設(shè)計
在施工升降機(jī)上、下運行時，抱閘應(yīng)打開，其線圈應(yīng)通電。施工升降機(jī)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(jī)控制泵的運轉(zhuǎn)，而KMI是控制電動機(jī)啟停線圈，故可用KMI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KAI，實現(xiàn)樓層門全部開關(guān)關(guān)閉正常后施工升降機(jī)才能運行的控制。
將安全窗開關(guān)SQI、安全鉗開關(guān)SQZ、限速器開關(guān)SQS、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KAZ，只有當(dāng)KAZ吸合時，才允許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3.3為施工升降機(jī)的抱閘、門鎖及安全運行電路。
圖3.3 升降機(jī)的運行電路
3.3.2 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(jī)用以驅(qū)動變量泵,并且該電動機(jī)只需單方向旋轉(zhuǎn),因此可用一個接觸器KM1進(jìn)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(jī)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(jī)同軸的制動輪,于是電動機(jī)迅速停轉(zhuǎn)；當(dāng)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(jī)啟動運轉(zhuǎn)。電動機(jī)采用帶斷相保護(hù)的熱繼電器FR做過載保護(hù):當(dāng)電動機(jī)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(hù):短路時,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)過載、短路、失壓、欠壓故障時,具有欠電壓保護(hù)功能的斷路器QF能自動分?jǐn)喙收下肪€?？刂谱儔浩鱐1、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(jī)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(jī)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3.4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
將觸摸屏及施工升降機(jī)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(jī)運行的各種執(zhí)行元件及指示施工升降機(jī)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3.5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
輸出端子
輸出名稱
X0
安全運行繼電器KA2
Y0
上行電磁閥YV1
X1
門鎖繼電器KA1
Y1
下行電磁閥YV2
續(xù)表3-3
X2
基站開關(guān)SA1
Y2
電源指示燈HL1
X3
開門到位開關(guān)SQ10
Y3
超載報警指示燈HL2
X4
關(guān)門到位開關(guān)SQ11
Y4
液壓故障指示HL3
X5
上限位開關(guān)SQ3
Y5
電動機(jī)起動主接觸器LM1
X6
下限位開關(guān)SQ4
Y6
Y型接觸器LM2
X7
上限位開關(guān)SQ5
Y7
Δ型接觸器KM3
X10
下限位開關(guān)SQ6
Y11
吊籠開門到位指示HL4
X11
上減速/下平層感應(yīng)器開關(guān)1KR
X12
下減速/上平層感應(yīng)器開關(guān)2KR
X13
超載開關(guān)SQ44
X14
液壓接觸SB3
X15
液壓斷開SB4
X16
電動機(jī)斷路器QF、而繼電器
X17
急停開關(guān)SB1、SB2
4 升降機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
4.1 概述
PIC的軟件主要包括:系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、編程語言及編程支持工具語言幾個部分組成。
4.1.1 PLC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(jìn)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(jī)；若為嚴(yán)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(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(jìn)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(fù)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(rèn)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(jìn)行監(jiān)視,當(dāng)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(jìn)入中斷服務(wù)程序。否則PLC自動進(jìn)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(yán)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。如圖4.1所示,通過分析便可知道:要實現(xiàn)(a)圖的功能,(b)圖的滯后將大于(C)圖。因次設(shè)計程序時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,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。
4.1.2 PLC運行軟件
應(yīng)用軟件是指為完成實際的控制任務(wù)而編寫的各種軟件。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)用軟件的編寫之前編程人員必須深入現(xiàn)場,然后嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝的要求來編制控制程序;此外,應(yīng)用軟件與硬件密不可分,它們共同合作,互相彌補來完成生產(chǎn)工藝所要求的控制功能,在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的研究時同樣要求軟、硬件的劃分,合理的劃分能使系統(tǒng)簡單可靠、成本低而且便于維護(hù)?？傊?一個系統(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)語言和某些高級語言(如Basic\C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(jìn)行應(yīng)用軟件的編制時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(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。
4.1.4 PLC軟件的設(shè)計
1、了解系統(tǒng)概況,形成整體概念。這步主要工作是通過深入生產(chǎn)現(xiàn)場,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。確定要檢測量的控制方法,結(jié)合硬件設(shè)計的情況確定各控制量性質(zhì)及存儲地址。然后將控制程序按任務(wù)劃分成小模塊,使設(shè)計出的程序在結(jié)構(gòu)上清晰、簡潔、流程合理。
2、畫出控制流程圖。根據(jù)步驟1的內(nèi)容繪制系統(tǒng)控制流程圖,用以清楚地表明動作的順序和條件。
3、制定抗干擾措施"根據(jù)現(xiàn)場工作環(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、信號濾波、采用屏蔽信號線等；軟件上采用平均值濾波等。
4、編寫程序。用編程語言將上述的流程圖加以實現(xiàn)。
5、程序調(diào)試。
4.2 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(jī)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(jìn)入施工升降機(jī)信號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4.2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,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"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),通過觸摸屏顯示出來。X5是上限位開關(guān),裝在30樓,當(dāng)施工升降機(jī)運行到30樓時,使D200為30。X6是下限位開關(guān),裝在1樓,當(dāng)施工升降機(jī)運行到1樓時,使D200為1。在中間的某些樓層中,施工升降機(jī)上行時,每上一層時,D200加1；當(dāng)下行時,每下一層,D200減1。另外在施工升降機(jī)在1樓-30樓時,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)開到頂層或一層,馬上就能顯示正常。
圖4.3 層樓位置信號的產(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