電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制

1、燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)電氣工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)電氣控制與plc設(shè)計(jì)題目：機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制 系 別： 儀器科學(xué)與工程系 年級(jí)專(zhuān)業(yè)： 09級(jí)檢測(cè)技術(shù)與儀器 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 副教授 副教授 電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程名稱： 電氣控制與plc 基層教學(xué)單位： 儀器科學(xué)與工程系 指導(dǎo)教師：張立國(guó) 孟宗學(xué)號(hào)09010020113學(xué)生姓名黃海超（專(zhuān)業(yè)）班級(jí)09檢測(cè)一班設(shè)計(jì)題目機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1. 設(shè)計(jì)內(nèi)容見(jiàn)附頁(yè)（20）2. 使用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)上位控制3. 公共實(shí)踐（四層電梯）4. 公共實(shí)踐（郵件分揀）（選作）5. 查

2、閱資料（變頻器）設(shè)計(jì)要求采用plc進(jìn)行設(shè)計(jì)。畫(huà)出系統(tǒng)圖，采用梯形圖編程，并給出相應(yīng)的組態(tài)控制工程（附主畫(huà)面）。結(jié)合公共實(shí)踐部分，完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。參考資料“電氣控制”類(lèi)圖書(shū)及論文資料“可編程控制器”類(lèi)圖書(shū)及論文資料周次19周應(yīng)完成內(nèi)容分析設(shè)計(jì)要求、查資料、確定方案，設(shè)計(jì)梯形圖、設(shè)計(jì)上位組態(tài)撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，答辯指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字說(shuō)明：1、此表一式三份，系、學(xué)生各一份，報(bào)送院教務(wù)科一份。 2、學(xué)生那份任務(wù)書(shū)要求裝訂到課程設(shè)計(jì)報(bào)告前面。電氣工程學(xué)院 教務(wù)科指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日答辯小組評(píng)語(yǔ)：成績(jī)： 評(píng)閱人： 年 月 日課程設(shè)計(jì)總成績(jī)：答辯小組成員簽字：年 月 日

3、目 錄摘要 21 plc相關(guān)知識(shí) 31.1基本結(jié)構(gòu) 31.2工作原理 41.3 功能特點(diǎn) 51.4 應(yīng)用領(lǐng)域 52 四層電梯的設(shè)計(jì) 72.1 四層電梯控制要求 72.2 自動(dòng)電梯相關(guān)知識(shí) 82.3 輸入輸出分配表 82.4 程序流程及功能實(shí)現(xiàn) 92.5 總梯形圖123 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制 173.1 組態(tài)王簡(jiǎn)介173.2組態(tài)王實(shí)現(xiàn)步驟 173.3 控制要求183.4 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制的實(shí)現(xiàn)193、5 組態(tài)王仿真結(jié)果 203.6 畫(huà)面命令語(yǔ)言 244 變頻器相關(guān)知識(shí)304.1 變頻器的定義304.2 變頻器的工作原理304.3 變頻器的控制方式 314.4 工作范圍33總結(jié) 34參

4、考文獻(xiàn) 35摘 要plc是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它使用可編程序的存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)指令，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算等功能，用來(lái)對(duì)各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。，plc可以靈活而方便地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)。組態(tài)王開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。在這次為期一周的課設(shè)中，我利用三菱fx1s系列單片機(jī)設(shè)計(jì)了四層電梯自動(dòng)控制程序并且進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，利用組態(tài)王軟件設(shè)計(jì)了機(jī)械手臂搬運(yùn)

5、加工流程控制的控制人機(jī)界面，配合組態(tài)王的編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了組態(tài)王的仿真運(yùn)行。同時(shí)接觸并學(xué)習(xí)了變頻器的一些知識(shí)。關(guān)鍵字：plc，組態(tài)王，機(jī)械手臂1 plc相關(guān)知識(shí)可編程邏輯控制器（programmable logic controller，plc），是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸人和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。1.1基本結(jié)構(gòu)可編程邏輯控制器實(shí)質(zhì)是

6、一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，可編程邏輯控制器及其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為： 一、電源 可編程邏輯控制器的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將plc直接連接到交流電網(wǎng)上去。 二、中央處理單元(cpu) 中央處理單元(cpu)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入i/o映象區(qū)或

7、數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。執(zhí)行完畢之后各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 三、存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 四、輸入輸出接口電路 1現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。 2現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 五、功能模塊 如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。 六、通信模塊 1.2工作原理當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分輸入采樣、

8、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的cpu以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 一、輸入采樣階段 在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入i/o映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，i/o映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 二、用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的

9、順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 三、輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。 1.3 功能特點(diǎn)可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點(diǎn)。 一、系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開(kāi)關(guān)量控制為其特長(zhǎng)；也能進(jìn)行連

10、續(xù)過(guò)程的pid回路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如ddc和dcs等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的綜合自動(dòng)化。 二、使用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，而無(wú)需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。 三、能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。 1.4 應(yīng)用領(lǐng)域最初，plc主要用于開(kāi)關(guān)量的邏輯控制。隨著plc技術(shù)的進(jìn)步，它的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 如今，plc不僅用于開(kāi)關(guān)量控制，還用于模擬量及數(shù)字量的控制，可采集與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還可對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；還可聯(lián)網(wǎng)、通訊，實(shí)現(xiàn)大范圍、跨地域的控制與治理。

11、plc已日益成為產(chǎn)業(yè)控制裝置家族中一個(gè)重要的角色。 一、用于開(kāi)關(guān)量控制plc控制開(kāi)關(guān)量的能力是很強(qiáng)的。所控制的進(jìn)出點(diǎn)數(shù)，少的十幾點(diǎn)、幾十點(diǎn)，多的可到幾百、幾千，甚至幾萬(wàn)點(diǎn)。由于它能聯(lián)網(wǎng)，點(diǎn)數(shù)幾乎不受限制，不管多少點(diǎn)都能控制。 用plc進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制實(shí)例是很多的，冶金、機(jī)械、輕工、化工、紡織等等，幾乎所有產(chǎn)業(yè)行業(yè)都需要用到它。目前，plc首用的目標(biāo)，也是別的控制器無(wú)法與其相比的，就是它能方便并可靠地用于開(kāi)關(guān)量的控制。 二、用于模擬量控制模擬量，如電流、電壓、溫度、壓力等等，它的大小是連續(xù)變化的。產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)，特別是連續(xù)型生產(chǎn)過(guò)程，常要對(duì)這些物理量進(jìn)行控制。 plc進(jìn)行模擬量控制，要配置有模擬量與數(shù)字

12、量相互轉(zhuǎn)換的ad、da單元。它是特殊的i/o單元。a/d單元是把外電路的模擬量，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后送進(jìn)plc。d/a單元，是把plc的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，再送給外電路。 這樣，用plc實(shí)現(xiàn)模擬量控制是完全可能的?？刂频膯挝恢悼尚〉?12分之一的丈量程值，多數(shù)也是足夠的。 plc進(jìn)行模擬量控制，還有a/d、d/a組合在一起的單元，并可用pid或模糊控制算法實(shí)現(xiàn)控制，可得到很高的控制質(zhì)量。 三、用于數(shù)字量控制實(shí)際的物理量，除了開(kāi)關(guān)量、模擬量，還有數(shù)字量。plc也是基于計(jì)算機(jī)的技術(shù)，并日益完善。故它也完全可以用于數(shù)字量控制。 plc可接收計(jì)數(shù)脈沖，頻率可高達(dá)幾k到幾十k赫茲?？捎枚喾N方式接收這脈沖，

13、還可多路接收。有的plc還有脈沖輸出功能，脈沖頻率也可達(dá)幾十k。有了這兩種功能，加上plc有數(shù)據(jù)處理及運(yùn)算能力，若再配備相應(yīng)的傳感器（如旋轉(zhuǎn)編碼器）或脈沖伺服裝置（如環(huán)形分配器、功放、步進(jìn)電機(jī)），則完全可以依nc的原理實(shí)現(xiàn)種種控制。 四、用于數(shù)據(jù)采集隨著plc技術(shù)的發(fā)展，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)越來(lái)越大。龐大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集可以用計(jì)數(shù)器，累計(jì)記錄采集到的脈沖數(shù)，并定時(shí)地轉(zhuǎn)存到dm區(qū)中去，也可用a/d單元，當(dāng)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再定時(shí)地轉(zhuǎn)存到dm區(qū)中：plc還可配置上小型打印機(jī)，定期把dm區(qū)的數(shù)據(jù)打出來(lái)，或與計(jì)算機(jī)通訊，由計(jì)算機(jī)把dm區(qū)的數(shù)據(jù)讀出，并由計(jì)算機(jī)再對(duì)這些數(shù)據(jù)作處理。這時(shí)

14、，plc即成為計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)終端。 五、用于進(jìn)行監(jiān)控plc自檢信號(hào)很多，內(nèi)部器件也很多，完全可利用它進(jìn)行plc自身工作的監(jiān)控，或?qū)刂茖?duì)象進(jìn)行監(jiān)控。 六、用于聯(lián)網(wǎng)、通訊 plc可與個(gè)人計(jì)算機(jī)相連接進(jìn)行通訊，可用計(jì)算機(jī)參與編程及對(duì)plc進(jìn)行控制的治理，可組成局部網(wǎng),網(wǎng)間的結(jié)點(diǎn)可直接或間接地通訊、交換信息。 聯(lián)網(wǎng)、通訊，正適應(yīng)了當(dāng)今計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（cims）及智能化工廠發(fā)展的需要。它可使產(chǎn)業(yè)控制從點(diǎn)（point）、到線（line）再到面（aero），使設(shè)備級(jí)的控制、生產(chǎn)線的控制、工廠治理層的控制連成一個(gè)整體，進(jìn)而可創(chuàng)造更高的效益。2 四層電梯的設(shè)計(jì)2.1 四層電梯控制要求如電梯模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)所示

15、，其動(dòng)作要求如下：【1】電梯上行：當(dāng)電梯停于1樓(1f)或2f、3f時(shí)，4樓呼叫則上行到4樓碰行程開(kāi)關(guān)后停止。電梯停于1f或2f，3f呼叫、則上行，到3f行程開(kāi)關(guān)控制停止。電梯停于1f，2f呼叫，則上行，到2f行程開(kāi)關(guān)控制停止。電梯停于lf，2f、3f同時(shí)呼叫，則電梯上行到2f后，停3秒種，繼續(xù)上行到3f停止。電梯停于1f，3f、4f同時(shí)呼叫，電梯上行到3f，停3秒，繼續(xù)上行到4f停止。電梯停于1f，2f、4p同時(shí)呼叫，電梯上行到2f，停3秒，繼續(xù)上行到4f停止電梯停于1f，2f、3f、4f同時(shí)呼叫，電梯上行到2f，停3秒，繼續(xù)上行到3f，停5秒，繼續(xù)上行到4f停止。電梯停于2f、3f，4f同

16、時(shí)呼叫，電梯上行到3f停3秒，繼續(xù)上行到4f停止?！?】電梯下行：電梯停于4f或3f或2f，1f呼叫，電梯下行到1f停止。電梯停于4f或3f，2f呼叫，電梯下行到2f停止。電梯停于4f，3f呼叫，電梯下行到3f停止。電梯停于4f，3f、2f同時(shí)呼叫，電梯下行到3f，停3秒，繼續(xù)下行到2f停止電銻停于4f，3f、1f同時(shí)呼叫，電梯下行到3f，停3秒，繼續(xù)下行到1f停止電梯停于4f，2f、1f同時(shí)呼叫，電梯下行到2f，停3秒，繼續(xù)下行到1f停止。電梯停于4f，3f、2f、1f同時(shí)呼叫，電梯下行到3f，停3秒，繼續(xù)下行到2f停3秒，繼續(xù)下行到lf停止?！?】各樓層運(yùn)行時(shí)間應(yīng)在15秒以內(nèi)，否則認(rèn)為有故

17、障。【4】電梯停于某一層，數(shù)碼管應(yīng)顯示該層的樓層數(shù)?！?】設(shè)計(jì)電梯停于2f,3f時(shí)，電梯運(yùn)行狀態(tài)。（上下同時(shí)呼叫時(shí)，采取先上后的原則）2.2 自動(dòng)電梯相關(guān)知識(shí)電梯以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的垂直升降機(jī)，裝有箱狀吊艙，用于多層建筑乘人或載運(yùn)貨物。也有臺(tái)階式，踏步板裝在履帶上連續(xù)運(yùn)行，俗稱自動(dòng)電梯。電梯是機(jī)電一體化產(chǎn)品。其機(jī)械部分通過(guò)控制部分調(diào)度，密切協(xié)同，使電梯可靠運(yùn)行。電氣控制部分由電力拖動(dòng)系統(tǒng)，運(yùn)行邏輯功能控制系統(tǒng)和電氣安全保護(hù)等系統(tǒng)組成。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，樓房越來(lái)越高，而電梯成為了高層樓房的必須設(shè)備。電梯從手柄開(kāi)關(guān)操縱電梯、按鈕控制電梯發(fā)展到了現(xiàn)在的群控電梯，為高層運(yùn)輸做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。plc在

18、電梯升降控制上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在它的邏輯開(kāi)關(guān)控制功能。由于plc具有邏輯運(yùn)算，計(jì)數(shù)和定時(shí)以及數(shù)據(jù)輸入輸出的功能。在電梯升降過(guò)程中，各種邏輯開(kāi)關(guān)控制與plc很好的結(jié)合，很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)的控制。2.3 輸入輸出分配表輸入輸出主機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K注釋主機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K注釋x1lay1一樓行程開(kāi)關(guān)y0djb電機(jī)下行x2lay2二樓行程開(kāi)關(guān)y1dja電機(jī)上行x3lay3三樓行程開(kāi)關(guān)24v24vx4lay4四樓行程開(kāi)關(guān)gndgndx122dn二層下呼y6a數(shù)碼管段碼x133dn三層下呼y7bx144dn四層下呼y10cx111up一層上呼y11dx122up二層上呼y12ex133up三層上呼y13fx0rst復(fù)位y14g

19、x5in1一層內(nèi)選按鈕com024vx6in2二層內(nèi)選按鈕com124vx7in3三層內(nèi)選按鈕com224vx10in4四層內(nèi)選按鈕com324vcomcomgndcom424vled comgndcom524v表2-1 輸入輸出分配表2.4 程序流程及功能實(shí)現(xiàn)四層電梯的自動(dòng)控制主體思想是將四層樓分為四個(gè)狀態(tài)，每個(gè)樓層分為兩個(gè)子狀態(tài)一、二，狀態(tài)一為該樓層的等待狀態(tài)，狀態(tài)二為該樓層的行進(jìn)狀態(tài)。四個(gè)樓層狀態(tài)之間依據(jù)限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換，即一層狀態(tài)可以切換到二層狀態(tài)，二層狀態(tài)可以切換到一、三層的狀態(tài)。切換時(shí)首先判斷該層是否被呼叫，如果被呼叫則切換到該層的等待狀態(tài)中，等待3秒后進(jìn)入該層的行進(jìn)狀態(tài)中。以電梯

20、在一樓為例一、開(kāi)機(jī)分支轉(zhuǎn)移程序：二、等待子程序：三、行進(jìn)子程序：四 、電梯上下行判斷流程lay1lay4是四個(gè)樓層的限位開(kāi)關(guān)，對(duì)應(yīng)輸入x1x4，四個(gè)樓層的呼叫信號(hào)對(duì)應(yīng)輸入x11x14，對(duì)應(yīng)中間繼電器m11m14，將四個(gè)開(kāi)關(guān)量作為一個(gè)整體k1x1、k1m11，然后進(jìn)行比較，如果k1x1k1m11，代表呼叫樓層在電梯所在樓層下面，因此電梯下行；相反的，如果k1x1k1m11，代表呼叫樓層在電梯所在樓層上面，因此電梯上行。對(duì)應(yīng)的子流程圖如下：部分程序如下： 五、數(shù)碼管顯示部分：當(dāng)電梯行駛或停靠在某一樓層時(shí)，數(shù)碼管顯示出對(duì)應(yīng)的樓層號(hào)，利用輸出端口y6y14輸出數(shù)碼管顯示信號(hào)到數(shù)碼管，即可顯示出電梯當(dāng)前

21、所在的樓層，對(duì)應(yīng)梯形圖如下：六、樓層呼叫指示燈：l1l4對(duì)應(yīng)四個(gè)樓層的呼叫指示燈，哪一層有呼叫，哪一層的指示燈就亮，電梯行進(jìn)到這一層后，指示燈即熄滅。七、報(bào)警部分：電梯上行、下行電機(jī)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)15s后，發(fā)出報(bào)警知識(shí)。報(bào)警部分程序：2.5 總梯形圖3機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制3.1 組態(tài)王簡(jiǎn)介組態(tài)王是一款開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)

22、時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開(kāi)發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問(wèn)題：畫(huà)面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫(huà)。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫(huà)面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫(huà)面，并以動(dòng)畫(huà)方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。3.2 組態(tài)王實(shí)現(xiàn)步驟1、定義變量對(duì)于變量的定義，就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù)，并用此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量描述工控對(duì)象的各種屬性，比如時(shí)間、位置等。在我們的題目中我

23、們需要定義的變量有：鉆頭位置、控制電機(jī)、各個(gè)控制開(kāi)關(guān)、指示燈等等。當(dāng)我們創(chuàng)建動(dòng)畫(huà)時(shí)需要用這些變量將不同的畫(huà)面之間建立聯(lián)系。變量的類(lèi)型選擇需要根據(jù)具體的應(yīng)用來(lái)選擇，由于此次課程設(shè)計(jì)我們實(shí)驗(yàn)室的plc試驗(yàn)箱不能實(shí)現(xiàn)與組態(tài)王相連接，因此定義的變量類(lèi)型均為內(nèi)存型的。2、圖形界面的設(shè)計(jì)圖形界面的設(shè)計(jì)是用抽象的圖形畫(huà)面來(lái)模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。由于我們的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)控制鉆孔動(dòng)力鉆頭的動(dòng)畫(huà)，因此我們?cè)趧?chuàng)建動(dòng)畫(huà)時(shí)需要繪制出電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力鉆頭、指示燈、限位開(kāi)關(guān)、定時(shí)裝置等內(nèi)容。由于組態(tài)王當(dāng)中提供了圖庫(kù)，但是對(duì)于那些圖庫(kù)里沒(méi)有的圖片，我們需要去網(wǎng)上搜索素材，整理后再應(yīng)用組態(tài)王中的點(diǎn)位圖等工具進(jìn)行編輯。

24、3、建立動(dòng)畫(huà)連接當(dāng)我們完成控制工程的圖畫(huà)設(shè)計(jì)與變量定義之后，要想建立動(dòng)畫(huà)還應(yīng)該將這些圖畫(huà)與定義的變量進(jìn)行連接，應(yīng)用組態(tài)王的編程語(yǔ)言，通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變量的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)畫(huà)面運(yùn)行的控制。程序的設(shè)計(jì)是基于工程控制來(lái)進(jìn)行的，以實(shí)際情況為基礎(chǔ)我們建立的動(dòng)畫(huà)應(yīng)滿足實(shí)際情況。這樣，我們就完成了對(duì)工業(yè)控制過(guò)程的模擬，如果與外設(shè)相連還可以對(duì)控制過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。當(dāng)建立動(dòng)畫(huà)連接完成后，就可以對(duì)動(dòng)畫(huà)進(jìn)行運(yùn)行。3.3 控制要求1如圖所示，有兩部機(jī)械對(duì)工作物進(jìn)行加工，對(duì)象由輸送帶a送到加工位置，然后由機(jī)械手臂將加工物送至工作臺(tái)1的位置進(jìn)行第一步驟加工。當(dāng)?shù)谝徊襟E加工完成后，機(jī)械手臂將工作物夾起再送至工作臺(tái)2進(jìn)行

25、第二步驟加工；當(dāng)?shù)诙襟E加工完成后，機(jī)械手臂將工作物放到輸送帶b送走，然后由7段數(shù)碼管顯示加工完成的數(shù)量。2假設(shè)使用氣壓機(jī)械手臂，一開(kāi)始手臂先下降，碰到下限開(kāi)關(guān)開(kāi)始做夾起動(dòng)作，然后開(kāi)始上升碰到上限開(kāi)關(guān)后，手臂開(kāi)始往右，當(dāng)碰到第一工作站的極限開(kāi)關(guān)時(shí)，機(jī)械手臂下降將工作物放置工作臺(tái)l然后上升等待機(jī)械對(duì)工作物加工；當(dāng)工作物第一加工步驟完成時(shí)，機(jī)械手臂再依進(jìn)行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置工作臺(tái)2上進(jìn)行第二加工步驟。3當(dāng)?shù)诙庸げ襟E完成時(shí)，機(jī)械手臂再依進(jìn)行下降一夾住一上升一往右一下降一釋放等流程，將工件放置輸送帶b送出，并由7段數(shù)碼管顯示出加工完成的數(shù)次。圖3-1 機(jī)械手臂搬運(yùn)加

26、工流程控制示意圖3.4 機(jī)械手臂搬運(yùn)加工流程控制的實(shí)現(xiàn)一、組態(tài)王設(shè)計(jì)主畫(huà)面圖3-2 組態(tài)王設(shè)計(jì)主畫(huà)面二、 變量定義（數(shù)據(jù)詞典）圖3-3 變量定義（數(shù)據(jù)詞典）3、5 組態(tài)王仿真結(jié)果一、初始狀態(tài)：圖3-3 初始狀態(tài)仿真圖二、工作狀態(tài)進(jìn)入初始狀態(tài)之后，打開(kāi)plc控制柜，合上電源，按下啟動(dòng)按鈕，即開(kāi)始進(jìn)入工作狀態(tài)。對(duì)工作狀態(tài)的各個(gè)階段進(jìn)行截圖，分別如下：圖3-4 工作狀態(tài)仿真圖三、返回狀態(tài)圖3-5 返回狀態(tài)3.6 畫(huà)面命令語(yǔ)言if (power)if(on)if(l=0) if(k3=1&l=0) start0=1; if(start0=0) if(k3) up=0;right=1; else up=

27、1; if(start0) if(l9) 前齒輪=前齒輪+3; if(前齒輪=100) 前齒輪=0; if(l!=9) l=l+1; else if(k2=0) h=h-1; else if(k1) start0=0; else r=r+1; if(l=15&return0=0) if(d1=0) if(k3) up=0;down=1;right=0; else if(k2) up=0;down=0;start1=1; if(d1) if(k1=0) if(k2=0) h=h-1; else r=r+1; else if(k3=0) up=1;down=0; else up=0;right=1

28、; if(start1) if(r!=0) r=r-1; else if(h10) h=h+1; else m1=1;t=t+1; if(t=20)t=0;m1=0;d1=1;start1=0; if(l=45&return0=0) if(d2=0) if(k3) up=0;down=1;right=0; else if(k2) up=0;down=0;start2=1; if(d2) if(k1=0) if(k2=0) h=h-1; else r=r+1; else if(k3=0) up=1;down=0; else up=0;right=1; if(start2) if(r!=0) r=

29、r-1; else if(h3&l!=78) l=l+1; 后齒輪=后齒輪+3; if(后齒輪=100) 后齒輪=0; if(k3=1&l=78) return0=1;finish_num=finish_num+1;finish0=0; d1=0; d2=0; if(return0) right=0; if(l!=0) l=l-3; if(l!=0) l=l-3; if(l=0&l=0) return0=0;if(right) l=l+1;l=l+1;if(down) h=h-1;h=h-1;if(up) h=h+1;h=h+1;if(h=12) k3=1; else k3=0;if(h=0)

30、 k2=1; else k2=0;if(r=4) k1=1; else k1=0;4 變頻器相關(guān)知識(shí)為了控制交流電梯，提高電能利用率，使自動(dòng)電梯的運(yùn)行更加安全穩(wěn)定，須配合變頻器對(duì)自動(dòng)電梯進(jìn)行控制。4.1 變頻器的定義變頻器（variable-frequency drive，vfd）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。通過(guò)改變電源的頻率來(lái)達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來(lái)提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器

31、還有很多的保護(hù)功能，如過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。4.2 變頻器的工作原理變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成的。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類(lèi):電壓型、電流型。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（vvvf變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器

32、的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為igbt三相橋式逆變器，且輸出為pwm波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。4.3 變頻器的控制方式一、非智能控制方式 在交流變頻器中使用的非智能控制方式有v/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。 (1) v/f控制 v/f控制是為了得到理想的轉(zhuǎn)矩-速度特性，基于在改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的同時(shí)，又要保證電動(dòng)機(jī)的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。v/f控制變頻器結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但是這種變頻器采用開(kāi)環(huán)控制方式，不能達(dá)到較高的控制性能，而且，在低頻時(shí)，

33、必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。 (2) 轉(zhuǎn)差頻率控制 轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方式，它是在v/f控制的基礎(chǔ)上，按照知道異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩來(lái)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動(dòng)機(jī)具有對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時(shí)還加有電流反饋，對(duì)頻率和電流進(jìn)行控制，因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對(duì)急速的加減速和負(fù)載變動(dòng)有良好的響應(yīng)特性。 (3) 矢量控制 矢量控制是通過(guò)矢量坐標(biāo)電路控制電動(dòng)機(jī)定子電流的大小和相位，以達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)在d、q、0坐標(biāo)軸系中的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別進(jìn)行控制，進(jìn)而達(dá)到控

34、制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。通過(guò)控制各矢量的作用順序和時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間，又可以形成各種pwm波，達(dá)到各種不同的控制目的。例如形成開(kāi)關(guān)次數(shù)最少的pwm波以減少開(kāi)關(guān)損耗。目前在變頻器中實(shí)際應(yīng)用的矢量控制方式主要有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式和無(wú)速度傳感器的矢量控制方式兩種。 基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式與轉(zhuǎn)差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制還要經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電流的相位進(jìn)行控制，使之滿足一定的條件，以消除轉(zhuǎn)矩電流過(guò)渡過(guò)程中的波動(dòng)。因此，基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方式比轉(zhuǎn)差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。但是，這種控制方式屬于閉環(huán)控制方式，需要在電動(dòng)機(jī)上安裝

35、速度傳感器，因此，應(yīng)用范圍受到限制。 無(wú)速度傳感器矢量控制是通過(guò)坐標(biāo)變換處理分別對(duì)勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，然后通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓、電流辨識(shí)轉(zhuǎn)速以達(dá)到控制勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的目的。這種控制方式調(diào)速范圍寬，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，工作可靠，操作方便，但計(jì)算比較復(fù)雜，一般需要專(zhuān)門(mén)的處理器來(lái)進(jìn)行計(jì)算，因此，實(shí)時(shí)性不是太理想，控制精度受到計(jì)算精度的影響。 (4) 直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念，在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過(guò)檢測(cè)定子電阻來(lái)達(dá)到觀測(cè)定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計(jì)算，系統(tǒng)直觀、簡(jiǎn)潔，計(jì)算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在開(kāi)環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出100%的額定轉(zhuǎn)矩。 (5)