基于PLC的舞臺(tái)吊桿控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 論 文題目： 基于PLC的舞臺(tái)吊桿控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二級(jí)學(xué)院： 學(xué)院 專 業(yè)： 班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 職稱： 評(píng)閱教師： 職稱： 年 月目錄 摘要：本課題研究目標(biāo)是開發(fā)一套基于組態(tài)軟件技術(shù)和可編程控制器（PLC）控制技術(shù)的舞臺(tái)吊桿控制系統(tǒng)，具體方案上位機(jī)組態(tài)軟件選用昆侖通態(tài)的MCGS軟件，下位機(jī)選用西門子公司的S7-200PLC，配合變頻器，編碼器等實(shí)現(xiàn)精確控制舞臺(tái)吊桿的控制系統(tǒng)。上位機(jī)起監(jiān)控和管理作用，下位機(jī)根據(jù)上位機(jī)命令，或者本地操作實(shí)時(shí)控制監(jiān)測(cè)舞臺(tái)吊桿。本設(shè)計(jì)的吊桿控制系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)的舞臺(tái)吊桿控制系統(tǒng)多采用繼電器，接觸器的控制方式。采用PLC的控制系統(tǒng)，可以很方便

2、的實(shí)時(shí)，精確對(duì)舞臺(tái)吊桿進(jìn)行控制，另外本設(shè)計(jì)的安全保護(hù)措施也大大降低了系統(tǒng)失控造成的人員，財(cái)產(chǎn)等的損失，極大的保護(hù)了使用方的利益。關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件，MCGS，PLC，舞臺(tái)吊桿Abstract: The target of this project is to develop a set of configuration software technology and based on programmable logic controller (PLC) stage suspender control system control technology, the concrete scheme

3、of the PC configuration software selection of Kunlun on-state MCGS software, the selection of Siemens company S7-200PLC, with frequency converter, to achieve precise control system stage suspender control encoder etc. PC play a monitoring and management, lower computer according to the host command,

4、 or the local operation of real-time control and monitoring stage suspender. The control system of this design, to replace the traditional stage suspender control system uses the relay, contactor control mode. The PLC control system, can be very convenient to real-time, accurate in stage suspender c

5、ontrol, in addition to the design of the safety protection measures are also greatly reduced the system out of control due to the personnel, property loss, helps protect the use of parties.Key words: Configuration software, MCGS, PLC, stage suspender緒論改革開放以來，中國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，我國(guó)人民的生活狀況也發(fā)生了翻天覆地的變化，在人們物

6、質(zhì)生活逐步富裕的同時(shí)，也開始追求精神文化事業(yè)的發(fā)展。近年來，全國(guó)各地特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)掀起起了文化設(shè)施建設(shè)的熱潮，很多的劇場(chǎng)急需現(xiàn)代化設(shè)備來裝備，各類劇場(chǎng)成為文化設(shè)施建設(shè)中的主角，這正是我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展、人民生活水平逐步提高和文化事業(yè)空前繁榮的具體體現(xiàn)。建造這些設(shè)施適應(yīng)了頻繁的文藝演出、各類形式的文化節(jié)、藝術(shù)活動(dòng)和國(guó)際文化藝術(shù)交流不斷增長(zhǎng)的需要。應(yīng)該說，國(guó)家大劇院的建設(shè)促進(jìn)和帶動(dòng)了劇場(chǎng)建設(shè)的發(fā)展，也大大推動(dòng)了我國(guó)舞臺(tái)機(jī)械及裝備事業(yè)的前進(jìn)步伐。國(guó)家大劇院舞臺(tái)機(jī)械工程的技術(shù)文件已成為劇場(chǎng)建設(shè)舞臺(tái)機(jī)械設(shè)計(jì)的一個(gè)良好的例證，并為規(guī)范舞臺(tái)機(jī)械行業(yè)的技術(shù)和商業(yè)活動(dòng)起到較大的作用。舞臺(tái)設(shè)備發(fā)展到今天，是致力

7、于這方面研究的眾多科技工作者是分不開的，我們有必要先回顧我國(guó)舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的發(fā)展進(jìn)程。解放之前，我國(guó)舞臺(tái)機(jī)械的發(fā)展非常緩慢，設(shè)備極其簡(jiǎn)陋。隨著新中國(guó)的建立，在物質(zhì)生活水平提高的同時(shí)，人們迫切需要提高科學(xué)文化水平，黨和政府非常重視人民群眾文化事業(yè)的發(fā)展，早在五十年代初就興建了一批有代表性的典型劇場(chǎng)，配備了相當(dāng)數(shù)量的舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備：手動(dòng)吊桿，假臺(tái)口，電動(dòng)垂直吊桿等，雖然控制手段還比較落后，但畢竟有了自己的舞臺(tái)設(shè)備。到了六、七十年代，我國(guó)建成了一大批相對(duì)規(guī)模較大的劇場(chǎng)，最典型的是北京的人民大會(huì)堂，另外還有廣州的友誼劇院、長(zhǎng)沙青年宮、杭州劇院等。這些劇院都設(shè)置了較先進(jìn)的平衡手動(dòng)吊桿和假臺(tái)口、甚至還有升降池

8、。但在舞臺(tái)機(jī)械這方面，還沒有什么突破，不可否認(rèn)，在舞臺(tái)的發(fā)展方面，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家還有相當(dāng)大的差距。進(jìn)入了八十年代以后由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)條件好轉(zhuǎn)，先后根據(jù)各自不同的演出功能要求，設(shè)計(jì)了各種不同類型的舞臺(tái)機(jī)械：用于歌舞表演的中國(guó)劇院、用于戲劇表演的中央戲劇學(xué)院排練場(chǎng)、用于話劇演出的中國(guó)少兒藝術(shù)劇院等，這些舞臺(tái)機(jī)械適應(yīng)了不同的演出要求，豐富了人民的業(yè)余文化生活。進(jìn)入九十年代處，我國(guó)舞臺(tái)機(jī)械方面又有了長(zhǎng)足進(jìn)步，先后建成了深圳大劇院等一系列大型的較先進(jìn)的現(xiàn)代化影劇院。這些劇院的舞臺(tái)機(jī)械已經(jīng)較為齊全，如臺(tái)上舞臺(tái)機(jī)械有勻速吊桿、電動(dòng)伸縮大幕、活動(dòng)假臺(tái)口，還有燈光渡橋、燈光吊籠、天幕燈架等。臺(tái)下舞臺(tái)機(jī)械有機(jī)械伸降樂

9、池、活動(dòng)假臺(tái)口，還有燈光渡橋、舞臺(tái)伸降臺(tái)、車臺(tái)。特別是后舞臺(tái)還有移動(dòng)式轉(zhuǎn)臺(tái)，該設(shè)備具有可以電動(dòng)行走到主臺(tái)并可以旋轉(zhuǎn)的功能，技術(shù)含量較高，應(yīng)用較方便。這是，我國(guó)舞臺(tái)機(jī)械化程度與世界先進(jìn)水平之間的差距一逐漸縮小。第一章 課題相關(guān)背景介紹1.1課題簡(jiǎn)介隨著社會(huì)主義精神文明建設(shè)的發(fā)展，人們對(duì)文化生活水平的要求也越來越高，為了配合這種步伐，全國(guó)各地都開始新建文化設(shè)施場(chǎng)所，出現(xiàn)了不少劇院、廣場(chǎng)、展覽中心等。劇院作為人們?nèi)粘⑴c文化活動(dòng)的主要場(chǎng)所，隨著大大小小的商業(yè)和文藝演出、文化節(jié)、文藝慶典都不斷出現(xiàn)，提高技能設(shè)備來改善劇院的環(huán)境、提高舞臺(tái)控制系統(tǒng)都是非常有必要的，一個(gè)城市劇院設(shè)備的現(xiàn)代化也是這個(gè)城市現(xiàn)代

10、化的側(cè)面反映，也是我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的具體體現(xiàn)。作為劇院非常重要的一部分舞臺(tái)，按照專業(yè)分類可以分為三大系統(tǒng)：舞臺(tái)機(jī)械及控制系統(tǒng)、燈光及控制系統(tǒng)和音響及控制系統(tǒng)。舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備為舞臺(tái)演出提供運(yùn)動(dòng)、動(dòng)作和位置變化的服務(wù)。與傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品一樣，舞臺(tái)機(jī)械同樣是以電氣、機(jī)械、液壓和自動(dòng)控制技術(shù)為基礎(chǔ)。當(dāng)有良好的、精確的舞臺(tái)機(jī)械控制與音響、燈光、演員、舞蹈及場(chǎng)景相配合，不僅能為整場(chǎng)表演添光增彩，還可以使人們得到完美的視聽感受，陶冶人們的情操。本課題主要完成舞臺(tái)吊桿控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分三層進(jìn)行設(shè)計(jì)，上層是PC，中層是HMI控制，下層是選用西門子S7-200系列CPU226。由一個(gè)交流電機(jī)控制一道吊桿，下位機(jī)

11、與上位機(jī)連接，通過485通信可以實(shí)現(xiàn)多桿聯(lián)動(dòng)。PLC由于抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、編程簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn)作為舞臺(tái)吊桿的控制核心，若要調(diào)動(dòng)舞臺(tái)吊桿，只需要由上位機(jī)發(fā)送指令，下位機(jī)順序執(zhí)行就可以輕易地實(shí)現(xiàn)，這樣做降低了工作難度，提高了工作效率。1.2課題的現(xiàn)狀一場(chǎng)文藝演出和戲劇表演最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)是劇院的舞臺(tái)設(shè)備，少了它，正場(chǎng)演出都無法達(dá)到預(yù)期的效果。隨著經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)和文化產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，舞臺(tái)形式也在不斷變化發(fā)展中，從空間上可以分為開敞式舞臺(tái)、近端式舞臺(tái)和伸出式舞臺(tái)三大類。舞臺(tái)又布置臺(tái)上機(jī)械和臺(tái)下機(jī)械，為舞臺(tái)演出提供更多的技術(shù)支持。吊桿就是一種裝在舞臺(tái)上空的機(jī)械，它的作用是提升舞臺(tái)上的布景構(gòu)件，掛設(shè)幕

12、布，懸掛舞臺(tái)燈光設(shè)備等器具。目前，國(guó)內(nèi)外常見的舞臺(tái)吊桿有三大類，分別是：手動(dòng)吊桿、電動(dòng)吊桿和液壓吊桿。手動(dòng)吊桿是通過人力來驅(qū)動(dòng)吊桿的，由于人力資源有限，所以手動(dòng)吊桿的大部分載荷要通過施加平衡重來平衡掉。電動(dòng)吊桿則是通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的吊桿，它還可以分為卷揚(yáng)式電動(dòng)吊桿和曳引式吊桿。液壓吊桿是通過液壓能來驅(qū)動(dòng)吊桿的，它也分為兩種，一種是液壓缸驅(qū)動(dòng)吊桿，還有一種是液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)吊桿。 現(xiàn)代化的劇院是廣大人民群眾接收文化熏陶的一個(gè)重要通道，劇院的舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備也隨之增多，也帶來了更多的技術(shù)功能要求，各式各樣的問題也不斷出現(xiàn)，如舞臺(tái)吊桿的數(shù)量不斷增加，隨之帶來的是繼電器、接觸器數(shù)量龐大，復(fù)雜的接線問題和難控制等

13、問題。由于PLC具有編程簡(jiǎn)單方便、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)控制中。將PLC應(yīng)用到舞臺(tái)吊桿控制系統(tǒng)中，對(duì)吊桿的控制管理都非常有幫助。1.3國(guó)外研究現(xiàn)狀在西方文明史中，最早的戲劇在古希臘的雅典誕生，然后流傳到古羅馬，這些戲劇是依靠白天的自然光源在露天劇場(chǎng)演出，包括三個(gè)部分：樂池、景屋和觀眾席，樂池就是表演、舞蹈、歌唱的地方；景屋就是最早的換衣間和道具儲(chǔ)藏室；觀眾席一般環(huán)繞在樂池的周圍，依山而建，擺放著整齊的長(zhǎng)椅方便觀眾觀看演出。文藝復(fù)興時(shí)期，文學(xué)藝術(shù)空前繁榮，戲劇內(nèi)容更加豐富多彩，也推動(dòng)著戲劇舞臺(tái)的發(fā)展。 17世紀(jì)的歐洲打破了以往傳統(tǒng)的露天劇場(chǎng)局限，劇院里開始出現(xiàn)鏡框臺(tái)口、

14、箱型舞臺(tái)和多層包廂的觀眾廳，這對(duì)日后舞臺(tái)形式的發(fā)展起到了潛移默化的作用。18世紀(jì)，歐洲各大主要城市紛紛效仿建造意大利式的劇場(chǎng)，深受社會(huì)各界的好評(píng)。最具代表性的要屬有歌劇麥加之稱的米蘭歌劇院了，擁有馬蹄形的觀眾廳和六層環(huán)繞的包廂，觀眾廳設(shè)計(jì)為對(duì)聲場(chǎng)非常有利的“黃金律”，許多著名的歌劇都在此演出。19世紀(jì)后半葉，歐洲興建了一批非常豪華的歌劇院，延續(xù)了古典劇場(chǎng)的傳統(tǒng)模式也增加了舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備，如安裝了起吊布景機(jī)械的巴黎歌劇院和水壓式的機(jī)械升降臺(tái)的布達(dá)佩斯國(guó)立歌劇院。50年代，為了達(dá)到更好的視聽效果，舞臺(tái)中安裝了電力驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)。第二次科技革命進(jìn)一步推動(dòng)了生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，舞臺(tái)機(jī)械技術(shù)、照明技術(shù)等科學(xué)成就被

15、廣泛地應(yīng)用到樂池、鏡框臺(tái)口、箱型舞臺(tái)中，舞臺(tái)文化藝術(shù)產(chǎn)業(yè)空前發(fā)展。美國(guó)的劇院舞臺(tái)也效仿英國(guó)的舞臺(tái)技術(shù)，到了20世紀(jì)和21世紀(jì)才開始發(fā)展自己的舞臺(tái)技術(shù)，并形成了一套自己特有的風(fēng)格?？傊瑖?guó)外的舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備發(fā)展還是比較早的，經(jīng)過幾百年的發(fā)展演變，更多的科學(xué)技術(shù)成果被應(yīng)用到舞臺(tái)控制系統(tǒng)中，通過各種升降、推拉、轉(zhuǎn)功能的轉(zhuǎn)換使舞臺(tái)藝術(shù)表演更加完美，對(duì)現(xiàn)代舞臺(tái)機(jī)械的發(fā)展影響深遠(yuǎn)。1.4國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)的戲劇發(fā)展可以追溯到漢代，宋元南戲、元雜劇、明清傳奇、京劇都是不同時(shí)代的代表。這些傳統(tǒng)戲曲演出主要講究的是唱、念、打、做的配合，大都采用敞開式舞臺(tái)，如果需要場(chǎng)景更換之類的都是靠人為的拉動(dòng)、推送完成，與同一時(shí)期

16、的西方國(guó)家相比，我們的舞臺(tái)設(shè)施建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于他們。直到20世紀(jì)初，我國(guó)才學(xué)習(xí)西方舞臺(tái)形式，建設(shè)了鏡框式箱型舞臺(tái)，北京、上海、廣州等大城市的劇院開始啟用一些簡(jiǎn)單的電動(dòng)設(shè)備，還出現(xiàn)了人力小轉(zhuǎn)臺(tái)、手動(dòng)吊桿等，這些都促進(jìn)了我國(guó)舞臺(tái)機(jī)械的發(fā)展。但是電動(dòng)設(shè)備還是有其自身局限性的，比如它不能調(diào)速，也不能進(jìn)行定位控制，難免使戲劇演出時(shí)受設(shè)備的影響而達(dá)不到完美效果。20世紀(jì)50年代，我國(guó)的傳統(tǒng)戲劇開始走向世界，在國(guó)際性舞臺(tái)上綻放光彩。同時(shí)，西方的歌劇、戲劇等劇種也在國(guó)內(nèi)舞臺(tái)上表演，對(duì)我國(guó)的舞臺(tái)設(shè)備有了更多的要求，我們必須與國(guó)際接軌，促進(jìn)劇場(chǎng)建設(shè)和舞臺(tái)設(shè)備的建設(shè)。因此，許多文化設(shè)施場(chǎng)所開始安裝舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備，以北京

17、首都劇場(chǎng)為例，它在劇場(chǎng)建設(shè)了假臺(tái)口、轉(zhuǎn)臺(tái)和電動(dòng)吊桿等機(jī)械設(shè)備。20世紀(jì)70年代末期，國(guó)內(nèi)各地的劇院也如法炮制，設(shè)置了臺(tái)上設(shè)備和臺(tái)下設(shè)備，采用液壓技術(shù)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還有計(jì)算機(jī)控制的控制系統(tǒng)來滿足不同演出的要求。中央戲劇學(xué)院在我國(guó)的舞臺(tái)建設(shè)方面開創(chuàng)了三個(gè)第一，第一個(gè)升降樂池，第一個(gè)氣墊式車臺(tái)，還有第一臺(tái)擁有八塊升降臺(tái)的鼓筒形轉(zhuǎn)臺(tái)，同時(shí)防火幕、天幕吊桿和定速吊桿等機(jī)械設(shè)備。實(shí)踐證明，這些舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的安置對(duì)舞臺(tái)藝術(shù)表演起到了非常大的幫助。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，隨著工業(yè)的大力發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，文化產(chǎn)業(yè)也不斷發(fā)展，對(duì)文藝舞臺(tái)的設(shè)備要求也越來越高。我國(guó)引進(jìn)了外國(guó)的先進(jìn)舞臺(tái)技術(shù)并結(jié)合自身特點(diǎn)運(yùn)用到國(guó)內(nèi)舞

18、臺(tái)建設(shè)中，使舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的功能更多樣化?？缛?1世紀(jì)后，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)被廣泛運(yùn)用到舞臺(tái)控制系統(tǒng)中，最具代表性的就是舞臺(tái)吊桿，具備了定點(diǎn)定位和無極調(diào)速等功能，為舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的發(fā)展開創(chuàng)了新篇章。第二章 控制方案2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)現(xiàn)就本設(shè)計(jì)做如下整體說明,本設(shè)計(jì)使用組態(tài)軟件為昆侖通態(tài)的MCGS，下位機(jī)PLC選用西門子公司的S7-200系列CPU226，因?yàn)檫@款PLC有2個(gè)通信口COM0與COM1?？?可以與上位PC機(jī)通信，口1可以和HMI通信，口0和口1都用西門子默認(rèn)提供的PPI協(xié)議，這樣PLC能同時(shí)和PC機(jī)及HMI通信。不論P(yáng)C機(jī)還是HMI都可以直接與下位PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，來控制舞臺(tái)吊桿。

19、在本地安裝一個(gè)控制箱，箱上裝有上升按鈕、下降按鈕與急停按鈕。上升按鈕與下降按鈕都是一直按下去吊桿才上升或下降，當(dāng)松開時(shí)吊桿停止運(yùn)行。只有急停按鈕是點(diǎn)動(dòng)方式即按一次吊桿就停止。吊桿運(yùn)行狀態(tài)通過I0.2與I0.3來判斷，當(dāng)I0.2為低電平0，I0.3為低電平0時(shí)，代表吊桿處于上升狀態(tài)；當(dāng)I0.2為低電平0，I0.3為高電平1時(shí)，代表吊桿處于下降狀態(tài)，當(dāng)I0.2為高電平1，I0.3為高電平1時(shí)，代表吊桿處于停止?fàn)顟B(tài)。舞臺(tái)吊桿運(yùn)行位置通過編碼器反饋個(gè)PLC，PLC通過高速計(jì)數(shù)器HSC5的模式0記錄脈沖數(shù)據(jù)來反映舞臺(tái)吊桿當(dāng)前位置。當(dāng)下載完P(guān)LC程序后，本設(shè)計(jì)有自動(dòng)學(xué)習(xí)功能，即下載完P(guān)LC程序，舞臺(tái)吊桿從

20、最上端運(yùn)行到最下端停止后，PLC記錄本次脈沖數(shù)作為以后吊桿運(yùn)行參數(shù)使用，此次脈沖數(shù)當(dāng)作吊桿運(yùn)行最大距離的起始參數(shù)。脈沖數(shù)據(jù)通過PLC的I0.4輸入。當(dāng)變頻故障時(shí)通過開關(guān)量接到PLC輸入端I0.7。變頻器故障時(shí)禁止系統(tǒng)運(yùn)行，直到故障解除，系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。手/自動(dòng)按鈕為I1.1輸入,當(dāng)I1.1為低電平時(shí)代表手動(dòng)狀態(tài)，為高電平時(shí)代表自動(dòng)狀態(tài)。另外，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有上、下限位報(bào)警停止功能。上限位報(bào)警開關(guān)量為I0.0,下限位報(bào)警開關(guān)量為I0.1，當(dāng)系統(tǒng)異常運(yùn)行不可控時(shí)，只要運(yùn)行到上或下限位使限位開關(guān)接觸閉合，就可以自動(dòng)鎖定吊桿防止吊桿脫落造成不必要的財(cái)產(chǎn)及人員損失。開關(guān)量輸出Q0.0設(shè)計(jì)為交流電機(jī)通電/斷

21、電控制，當(dāng)Q0.0閉合同時(shí)Q0.1閉合時(shí)電動(dòng)機(jī)正傳；當(dāng)Q0.0閉合同時(shí)Q0.2閉合時(shí)電動(dòng)機(jī)反傳；當(dāng)Q0.0斷開，無論Q0.1,Q0.2處于什么狀態(tài)，電機(jī)失電不運(yùn)行，需要注意的是Q0.1與Q0.2不可同時(shí)為1即不可同時(shí)將上升按鈕、下降按鈕按下，這樣會(huì)使AC 380V交流電短路，造成事故。本設(shè)計(jì)還擴(kuò)展了一塊EM235模塊，此模塊是模擬量4路輸入，模擬量1路輸出模塊。模擬量輸入用來檢測(cè)電機(jī)電流，當(dāng)電機(jī)電流超過設(shè)定的報(bào)警限時(shí)系統(tǒng)報(bào)警并且禁止系統(tǒng)運(yùn)行，直到解除報(bào)警狀態(tài)，才允許系統(tǒng)運(yùn)行，保證了電機(jī)及系統(tǒng)的安全。模擬量輸出接到變頻器輸入端子，通過上位機(jī)給定參數(shù)，來執(zhí)行變頻器調(diào)速功能。系統(tǒng)主要設(shè)備列表見表2-

22、1.設(shè)備數(shù)量西門子PLC S7-200 CPU2261模擬量擴(kuò)展模塊EM2351交流接觸器3交流電動(dòng)機(jī)1220V繼電器若干行程限位開關(guān)2光電碼盤1按鈕3線材若干變頻器1觸摸屏1PC機(jī)1232To485轉(zhuǎn)換器1電流互感器1表2-1 設(shè)備列表2.1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)介紹圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示，主要由三部分構(gòu)成，最上層以PC作為上位機(jī)，也可以由HMI控制PLC，中層的下位機(jī)選用的是西門子S7-200系列的226CPU PLC，PLC擴(kuò)展模擬量采集模擬量數(shù)據(jù)。最下層是通過繼電器、交流接觸器、變頻器控制交流電機(jī)，脈沖信息的接收部分由PLC的高速計(jì)數(shù)器完成，最后設(shè)置行程開

23、關(guān)用于防止超出極限位置。2.1.2 調(diào)整控制系統(tǒng)介紹圖2-2 調(diào)整控制系統(tǒng)流程圖如圖2-2所示為PLC調(diào)整控制系統(tǒng)流程圖，PLC上電啟動(dòng)后先初始化程序，接下來采集相關(guān)數(shù)據(jù)，判斷PLC運(yùn)行狀態(tài)手動(dòng)或自動(dòng)狀態(tài)。1.自動(dòng)狀態(tài)，如果為自動(dòng)狀態(tài)，先讀取設(shè)置的參數(shù)，判斷電機(jī)是否供電，若未供電不運(yùn)行，若已經(jīng)供電判斷是否是上升命令，若不是上升命令判斷是否是下降命令，若不是下降命令，判斷是否是停止命令，若不是停止命令則返回繼續(xù)判斷是否是上升命令，如此循環(huán)。如果是上升命令則按照給定的速度上升，并且時(shí)刻判斷是否到達(dá)設(shè)定的安全距離，如果到達(dá)安全距離則以緩慢的速度上升，直到上升到給定高度，停止運(yùn)行，過程執(zhí)行完畢。如果是

24、下降命令則按照給定的速度下降，并且時(shí)刻判斷是否到達(dá)設(shè)定的安全距離，如果到達(dá)安全距離則以緩慢的速度下降，直到下降到給定高度，停止運(yùn)行，過程執(zhí)行完畢。如果是停止命令，執(zhí)行停止命令，運(yùn)行停止，過程執(zhí)行完畢。2.手動(dòng)狀態(tài)，如果為手動(dòng)狀態(tài)，先檢測(cè)電機(jī)是否供電，若未供電不運(yùn)行，如果已經(jīng)供電，判斷是否是上升命令，若非上升命令，判斷是否是下降命令，若非下降命令，判斷是否是停止命令，若非停止命令，則返回到繼續(xù)判斷是否是上升命令，如此循環(huán)。如果是上升命令按照給定速度上升，判斷是否有停止命令，當(dāng)有停止命令時(shí)，執(zhí)行停止命令，運(yùn)行停止，過程執(zhí)行完畢。如果是下降命令按照給定速度下降，判斷是否有停止命令，當(dāng)有停止命令時(shí)，執(zhí)

25、行停止命令，運(yùn)行停止，過程執(zhí)行完畢。如果停止命令，執(zhí)行停止命令，運(yùn)行停止，過程執(zhí)行完畢。若是系統(tǒng)運(yùn)行是出現(xiàn)異常情況，如圖2-3所示： 圖2-3 系統(tǒng)運(yùn)行異常流程圖系統(tǒng)上電初始化后，時(shí)刻判斷系統(tǒng)是否運(yùn)行異常根據(jù)相應(yīng)報(bào)警情況執(zhí)行相應(yīng)程序。1.當(dāng)出現(xiàn)上限報(bào)警時(shí)，鎖定吊桿禁止系統(tǒng)運(yùn)行并給出上限報(bào)警信息。2.當(dāng)出現(xiàn)下限報(bào)警時(shí)，鎖定吊桿禁止系統(tǒng)運(yùn)行并給出下限報(bào)警信息。3.當(dāng)出現(xiàn)變頻故障時(shí)，鎖定吊桿禁止系統(tǒng)運(yùn)行并給出變頻報(bào)警故障信息。4.當(dāng)出現(xiàn)電機(jī)電流報(bào)警時(shí)，鎖定吊桿禁止系統(tǒng)運(yùn)行并給出電機(jī)電流報(bào)警信息。5.若未發(fā)生任何報(bào)警，則繼續(xù)循環(huán)監(jiān)測(cè)是否有報(bào)警信息。2.1.3主控系統(tǒng)介紹系統(tǒng)主控系統(tǒng)主要由PC機(jī)、PLC

26、、交流接觸器、電動(dòng)機(jī)、變頻器等構(gòu)成。工作過程為，操作員可以通過上位機(jī)設(shè)置好參數(shù)后自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，系統(tǒng)分為手動(dòng)、自動(dòng)兩大模式。在手動(dòng)模式下操作員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況自由控舞臺(tái)吊桿的上升、下降或停止。在自動(dòng)模式下操作員可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置好參數(shù)后自動(dòng)運(yùn)行。本系統(tǒng)有安全保護(hù)措施，能最大限度的減小危險(xiǎn)的發(fā)生?，F(xiàn)就主控系統(tǒng)的設(shè)備作如下功能說明：1. 上位PC機(jī)主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要參數(shù)，通過人機(jī)界面，操作員可以設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行參數(shù)等，查看報(bào)警信息。2. PLC主要負(fù)責(zé)上位機(jī)與最下端設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、交換，上位機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)信息首先與PLC進(jìn)行交換，由PLC進(jìn)行轉(zhuǎn)換傳遞給底端設(shè)備；底端設(shè)備的數(shù)據(jù)也首先傳送給

27、PLC，再由PLC傳遞給上位機(jī)。PLC的功能還有進(jìn)行邏輯運(yùn)算。3. 交流接觸器主要功能為控制380V交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、電機(jī)轉(zhuǎn)向控制。4. 電動(dòng)機(jī)主要為控制舞臺(tái)吊桿升、降、停運(yùn)動(dòng)。5. 變頻器負(fù)責(zé)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，及變頻故障時(shí)給出故障信號(hào)，再由PLC反饋給上位機(jī)。2.1.4定位控制系統(tǒng)介紹定位控制系統(tǒng)用到的主要設(shè)備有：行程限位開關(guān)、光電碼盤、變頻器等。定位控制也要分手動(dòng)與自動(dòng)兩種情況來說明。自動(dòng)狀態(tài)下，因?yàn)樽冾l器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的連續(xù)調(diào)速，所以在此狀態(tài)下，設(shè)置好參數(shù)后，系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)如果吊桿距離設(shè)定的高度很遠(yuǎn)，那么吊桿將按照之前設(shè)置的最大運(yùn)動(dòng)速度快速運(yùn)動(dòng)，直到運(yùn)動(dòng)到設(shè)定的安居距離之內(nèi)，再由變

28、頻器調(diào)速將電機(jī)調(diào)到低速運(yùn)行狀態(tài)，使吊桿低速緩慢運(yùn)行，直到運(yùn)行到設(shè)定的高度再停止吊桿運(yùn)動(dòng)。如果設(shè)定的高度在安全距離內(nèi)，那么吊桿將以低速運(yùn)行，到達(dá)指定位置后停止。這個(gè)安全距離一定要設(shè)置一個(gè)合法值，否則當(dāng)?shù)鯒U在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，監(jiān)測(cè)不到安全距離，系統(tǒng)將不能做到精確定位。手動(dòng)狀態(tài)下，操作員可以設(shè)置吊桿運(yùn)行速度后再對(duì)吊桿進(jìn)行控制。不論是自動(dòng)狀態(tài)還是手動(dòng)狀態(tài)，操作員可以在任意時(shí)刻對(duì)吊桿進(jìn)行停止控制，這是為了應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，可以迅速停止吊桿的設(shè)計(jì)。在任何狀態(tài)下有行程限位開關(guān)可以保護(hù)吊桿運(yùn)行超過非法位置，保證吊桿在可控范圍內(nèi)。光電碼盤用來監(jiān)測(cè)電機(jī)的運(yùn)行速度情況，操作員發(fā)出運(yùn)動(dòng)命令后，通過光電碼盤反饋給上位機(jī)的速度信號(hào)

29、，可以驗(yàn)證電動(dòng)機(jī)是否是按照命令運(yùn)行的。另外，光電碼盤在精確定位控制中起到了至關(guān)重要的作用，碼盤的精度對(duì)與總精度也是一個(gè)很重要的數(shù)據(jù)。因?yàn)檫@個(gè)碼盤最后反映給PLC 的就是脈沖數(shù)據(jù)，而這個(gè)脈沖數(shù)據(jù)又直接對(duì)應(yīng)于吊桿的單位運(yùn)動(dòng)距離，所以，對(duì)于馬盤的選擇也很重要。2.1.5通信系統(tǒng)介紹本設(shè)計(jì)采用工業(yè)上通用的485總線通信方式實(shí)現(xiàn)多桿聯(lián)動(dòng)，這種通信方式的通信距離可以達(dá)到幾十米甚至到上千米。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。 RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因

30、此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。通信協(xié)議使用西門子公司提供的默認(rèn)PPI協(xié)議。PPI通信協(xié)議是西門子公司專為S7-200系列PLC開發(fā)的通訊協(xié)議。內(nèi)置于S7-200CPU中。PPI協(xié)議物理上基于RS-485口，通過屏蔽雙絞線就可以實(shí)現(xiàn)PPI通訊。PPI協(xié)議是一種主-從協(xié)議。主站設(shè)備發(fā)送要求到從站設(shè)備，從站設(shè)備響應(yīng)，從站不能主動(dòng)發(fā)出信息。主站靠PPI協(xié)議管理的共享連接來與從站通訊。PPI協(xié)議并不限制與任意一個(gè)從站的通訊的主站的數(shù)量，但在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，主站不能超過32個(gè)。PPI協(xié)議最基本的用途是讓西門子STEP7-Micro/WIN編程軟件上傳

31、和下載程序和西門子人機(jī)界面與PC通信。通過這種方式可以實(shí)現(xiàn)多桿聯(lián)動(dòng)。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能指標(biāo)根據(jù)實(shí)際情況，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)擬定了一下功能指標(biāo)：（1） 可由交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)吊桿實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)。（2） 通過變頻器進(jìn)行調(diào)速。（3） 由于吊桿一般是在舞臺(tái)空中運(yùn)行的，吊桿本身以及承載的重物下面就是舞臺(tái)，舞臺(tái)上可能有演出者，如果發(fā)生意外失控后果難以想象，所以在必須設(shè)有警報(bào)死鎖功能防止系統(tǒng)失控，保證舞臺(tái)吊桿的安全運(yùn)行。（4） 為了更便捷的管理控制舞臺(tái)吊桿，可以接上觸摸屏或者上位機(jī)進(jìn)行可視化操作。（5） 一般舞臺(tái)都設(shè)有較多的吊桿以滿足不同演出的需要，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過485通信實(shí)現(xiàn)多桿聯(lián)動(dòng)，大大減少了人力物力資源，經(jīng)濟(jì)可

32、靠。（6） 能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作紀(jì)錄保持，可通過上位機(jī)進(jìn)行讀取用作分析或者回放。第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC的型號(hào)選擇及優(yōu)點(diǎn)德國(guó)的西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國(guó)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。 西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。西門子小型機(jī)有S7-200

33、：處理速度0.81.2ms ；存貯器2k ；數(shù)字量248點(diǎn)；模擬量35路 。3.1.1工作原理當(dāng)PLC通電運(yùn)行后，其工作過程一般分為以下三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)主要階段。每完成上述三個(gè)階段就稱作一個(gè)掃描周期。在其整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。3.1.2優(yōu)點(diǎn)1.可靠性PLC不需要大量的活動(dòng)元件和連線電子元件。它的連線大大減少。與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間短。PLC采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如：冗余的設(shè)計(jì)。斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)。PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制更簡(jiǎn)單的

34、編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡(jiǎn)化的編程語言。編程出錯(cuò)率大大降低。2.易操作性PLC有較高的易操作性。它具有編程簡(jiǎn)單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)，一般不容易發(fā)生操作的錯(cuò)誤。對(duì)PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。程序的輸入直接可接顯示，更改程序的操作也可以直接根據(jù)所需要的地址編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)進(jìn)行搜索或程序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。PLC有多種程序設(shè)計(jì)語言可供使用。用于梯形圖與電氣原理圖較為接近。容易掌握和理解。PLC具有的自診斷功能對(duì)維修人員維修技能的要求降低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快找到故障的部位。3.靈活性PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能

35、模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程簡(jiǎn)單、應(yīng)用而拓展。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變量十分容易。PLC選擇西門子公司的CPU226型號(hào)。CPU226技術(shù)規(guī)范CPU特性如表3-1所示。 型號(hào)訂貨號(hào)CPU 226XM DC/DC/DC6ES7 216-2AF21-0XB0CPU 226XM AC/DC/繼電器6ES7 216-2BF21-0XB0總體特性外形尺寸 (長(zhǎng) x寬H x 高)重量功耗196 mm x 80 mm x 62 mm550 g11 W196 mm x 80 mm x 62 mm660 g17 WCPU 特性本機(jī)數(shù)字輸入本機(jī)數(shù)字輸出24 路數(shù)字量輸入16 路數(shù)字量輸出2

36、4 路數(shù)字量輸入16 路數(shù)字量輸出高速計(jì)數(shù)器 (32-位值)總數(shù)單相計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)兩相計(jì)數(shù)器個(gè)數(shù)脈沖輸出模擬電位器時(shí)間中斷邊沿中斷可選擇的輸入濾波器時(shí)間脈沖捕捉時(shí)鐘 (時(shí)鐘精度)6 個(gè)高速計(jì)數(shù)器6 個(gè)都是30 kHz 時(shí)鐘速率4 個(gè)都是20 kHz 時(shí)鐘速率2 個(gè)，20 kHz 脈沖速率2 個(gè)，8 位分辨率2 個(gè)，1 ms 分辨率4 個(gè)上升沿和/或 4 下降沿7 個(gè)，范圍 0.2 ms 12.8 ms14 個(gè)脈沖捕捉輸入25oC 時(shí)，2 分種/月 0oC 55oC 時(shí)，7 分種/月6 個(gè)高速計(jì)數(shù)器6 個(gè)都是 30 kHz 時(shí)鐘速率4 個(gè)都是 20 kHz 時(shí)鐘速率2 個(gè)，20 kHz 脈沖速率2

37、個(gè)，8 位分辨率2 個(gè)，1 ms 分辨率4 個(gè)上升沿和/或 4 下降沿7 個(gè)，范圍 0.2 ms 12.8 ms14 個(gè)脈沖捕捉輸入25oC 時(shí)，2 分種/月0oC 55oC 時(shí)，7 分種/月程序空間 (永久保存)數(shù)據(jù)塊空間: (永久保存)永久保存由超級(jí)電容或電池保存擴(kuò)展模塊的數(shù)量最大的數(shù)字量 I/O最大的模擬量 I/O8192 字5120 字5120 字5120 字7 個(gè)模塊25632 AI和32 AO8192 字5120 字5120 字5120 字7 個(gè)模塊25632 AI和32 AO內(nèi)部存儲(chǔ)器位掉電永久保存由超級(jí)電容或電池保存256 位112 位256 位256 位112 位256 位定

38、時(shí)器總數(shù)由超級(jí)電容或電池保存1 ms10 ms100 ms256 定時(shí)器64 定時(shí)器4 定時(shí)器16 定時(shí)器236 定時(shí)器256 定時(shí)器64 定時(shí)器4 定時(shí)器16 定時(shí)器236 定時(shí)器計(jì)數(shù)器總數(shù)由超級(jí)電容或電池保存布爾量執(zhí)行速度傳送字的執(zhí)行速度定時(shí)器/計(jì)數(shù)器執(zhí)行速度單精度數(shù)學(xué)運(yùn)算執(zhí)行速度實(shí)數(shù)運(yùn)算執(zhí)行速度超級(jí)電容的數(shù)據(jù)保存時(shí)間256 計(jì)數(shù)器256 計(jì)數(shù)器0.37 s 每條指令34 s 每條指令50 s 64 s 每條指令46 s 每條指令100 s 400 s 每條指令190 小時(shí)/典型，40oC時(shí)最小120 小時(shí)256 計(jì)數(shù)器256 計(jì)數(shù)器0.37 s 每條指令34 s 每條指令50 s 64

39、s 每條指令46 s 每條指令100 s 400 s 每條指令190 小時(shí)/典型，40oC時(shí)最小 120 小時(shí)本機(jī)通訊通訊口數(shù)電氣接口隔離 (外部信號(hào)到邏輯電路)PPI/MPI 波特率自由口波特率2 口RS-485 不隔離9.6, 19.2, 和 187.5 k 波特0.3, 0.6, 1.2, 2.4, 4.8, 9.6, 19.2, 和 38.4 k 波特2 口RS-485不隔離9.6, 19.2, 和187.5 k 波特0.3, 0.6, 1.2, 2.4, 4.8, 9.6, 19.2, 和 38.4 k 波特每網(wǎng)絡(luò)段最大電纜長(zhǎng)度直到 38.4 k 波特187.5 k 波特最大站數(shù)每個(gè)

40、網(wǎng)絡(luò)段 / 每個(gè)網(wǎng)絡(luò)最大主站數(shù)PPI 主站模式 (NETR/NETW)MPI 連接1200 m1000 m32 站 / 126 站32 主站是共 4 個(gè); 2 保留：一個(gè) 給 PG ，另一個(gè)給 OP1200 m1000 m32 站 / 126 站32 主站 是共 4 個(gè); 2 保留：一個(gè)給 PG ，另一個(gè)給 OP可選的卡存儲(chǔ)器卡 (永久保存)電池卡 (數(shù)據(jù)保存時(shí)間)程序、數(shù)據(jù)和組態(tài)200 天/典型程序、數(shù)據(jù)和組態(tài)200 天/典型表3-1 S7-200 226 PLC CPU特性電源如表3-2所示，輸入特性如表3-3所示，輸出特性如表3-4所示。電源電源電壓允許范圍輸入電流 僅 CPU / 最大

41、負(fù)載沖擊電流 (最大)隔離 (輸入電源到邏輯電路)保持時(shí)間 (從斷開電源)內(nèi)部熔斷 (用戶不能替換)20.4 28.8 VDC150/1050 mA，24 VDC10 A，28.8 VDC不隔離 10 ms，24 VDC3 A, 250 V, 慢速熔斷85 264 VAC47 63 Hz40/160 mA，240 VAC80/320 mA，120 VAC20 A，264 VAC1500 VAC80ms，240VAC, 20ms，120 VAC 3 A, 250 V, 慢速熔斷+5 V 擴(kuò)展I/O模塊電源 (最大)1000 mA1000 mA24 VDC 傳感器電源輸出電壓范圍 最大電流紋波躁聲

42、電流限制隔離 (傳感器到邏輯電路)15.4 28.8 VDC400 mA和電源相同約1.5A不隔離20.4 28.8 VDC400 mA峰峰值小于 1V (最大)約1.5A 不隔離表3-2 S7-200 226 PLC 電源輸入特性主機(jī)輸入數(shù)輸入類型24 輸入?yún)R型/源型 (IEC Type 1)24 輸入?yún)R型/源型 (IEC Type 1)輸入電壓允許的最大連續(xù)值浪涌標(biāo)稱值邏輯 1 信號(hào) (最小)邏輯 0 信號(hào) (最大)30 VDC35 VDC/ 0.5 s24 VDC/ 4 mA, 標(biāo)準(zhǔn)值15 VDC/ 2.5 mA, 最小5 VDC/ 1 mA, 最大30 VDC35 VDC/ 0.5 s

43、24 VDC/ 4 mA, 標(biāo)準(zhǔn)值15 VDC/ 2.5 mA, 最小5 VDC/ 1 mA, 最大隔離 (現(xiàn)場(chǎng)側(cè)到邏輯電路)光電隔離隔離組500 VAC ，1 分鐘13 點(diǎn)和 11 點(diǎn)500 VAC ，1 分鐘13 點(diǎn)和 11 點(diǎn)輸入延時(shí)濾波輸入和中斷輸入0.2 12.8 ms, 用戶可選0.2 12.8 ms, 用戶可選HSC 時(shí)鐘輸入速率單相邏輯 1 電平 = 15 30 VDC邏輯 1 電平 = 15 26 VDC兩相邏輯 1 電平 = 15 30 VDC邏輯 1 電平 = 15 26 VDC20 kHz30 kHz10 kHz20 kHz20 kHz30 kHz10 kHz20 kH

44、z連接2線接近開關(guān)傳感器 (Bero)允許漏電流最大 1 mA最大 1 mA電纜長(zhǎng)度不屏蔽 (不是 HSC)屏蔽屏蔽的 HSC 輸入300 m500 m50 m300 m500 m50 m輸入同時(shí)接通的數(shù)量40 oC55 oC24 輸入24 輸入24 輸入24 輸入表3-3 S7-200 226 PLC 輸入特性輸出特性主機(jī)輸出數(shù)輸出類型16 輸出固態(tài) -MOSFET16 輸出繼電器-干觸點(diǎn)輸出電壓允許范圍標(biāo)稱值最大電流時(shí)邏輯 1 信號(hào)帶 10 K 負(fù)載時(shí)邏輯 0 信號(hào)20.4 28.8 VDC24 VDC20 VDC,最小 0.1 VDC, 最大5 30 VDC 或 5 250 VAC-輸出

45、電流邏輯 1 信號(hào)輸出組數(shù)輸出接通個(gè)數(shù) (最多)每組 - 水平安裝 (最多)每組 - 垂直安裝 (最多)每組的最大電流燈負(fù)載接通電阻 (觸點(diǎn)電阻)每點(diǎn)的漏電流浪涌電流過載保護(hù)0.75 A216886 A5 W0.3最大 10 A8 A ，100 ms (最大)無2.00 A3164/5/74/5/710 A30 W DC/200 W AC當(dāng)開始使用時(shí)，最大 0.2-觸點(diǎn)閉合時(shí) 7 A無隔離 (現(xiàn)場(chǎng)側(cè)到邏輯電路)光電隔離隔離電阻線圈到觸點(diǎn)的隔離觸點(diǎn)間的隔離組500 VAC ，1 分鐘-8 點(diǎn)-當(dāng)開始使用時(shí)，最小 100 M1500 VAC，1 分鐘750 VAC， 1 分鐘4 點(diǎn) / 5 點(diǎn) /

46、 7 點(diǎn)感性負(fù)載嵌位重復(fù)的能量吸收 <0.5 LI2 x 開關(guān)速率嵌位電壓限制1 W, 所有通道L+ 48 V-輸出延時(shí)Off 到 On (Q0.0 和 Q0.1)On 到 Off (Q0.0 和 Q0.1)Off 到 On (Q0.2 和 Q1.7)On 到Off (Q0.2 和 Q1.7)2 s, 最大10 s, 最大15 s, 最大100 s, 最大-開關(guān)頻率 (脈沖串輸出)Q0.0 和 Q0.120 kHz，最大1 Hz，最大繼電器開關(guān)延時(shí)機(jī)械壽命 (無負(fù)載)帶標(biāo)稱負(fù)載時(shí)觸點(diǎn)壽命-10 ms，最大10,000,000 開/關(guān) 循環(huán)100,000 開/關(guān) 循環(huán)電纜長(zhǎng)度不屏蔽屏蔽15

47、0 m500 m150 m500 m表3-4 S7-200 226 PLC 輸出特性3.2 I/O地址分配I/O地址分配如圖3-1所示，Q0.0電機(jī)供電輸出，Q0.1電機(jī)正轉(zhuǎn)，Q0.2電機(jī)反轉(zhuǎn)，Q0.3報(bào)警輸出。I0.0舞臺(tái)吊桿上限位，I0.1舞臺(tái)吊桿下限位，I0.2舞臺(tái)吊桿運(yùn)行狀態(tài)1，I0.3舞臺(tái)吊桿運(yùn)行狀態(tài)2，I0.4舞臺(tái)吊桿脈沖輸入，I0.5舞臺(tái)吊桿本地上升按鍵，I0.6舞臺(tái)吊桿本地下降按鍵，I0.7變頻故障反饋，I1.0系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，I1.1手/自動(dòng)切換，I1.2舞臺(tái)吊桿急停按鈕。AIW0模擬量輸入為電機(jī)電流輸入。AQW0模擬量輸出為變頻控制輸出。圖3-1 舞臺(tái)吊桿I/O分配3.3 P

48、LC外部接線圖PLC的外部接線是簡(jiǎn)單而又比較枯燥乏味的工作。但也需要比較細(xì)心的，容不得馬虎大意。稍有大意，接錯(cuò)線就有可能燒壞設(shè)備，而這些設(shè)備又都是比較貴重的。因此，接好線最好還是要反復(fù)檢查確認(rèn)所有接線都正確在逐個(gè)通電，避免因?yàn)轳R虎大意造成不必要的損失。這里需要說明的是所有輸入輸出都用繼電器隔離，防止外部電路故障燒壞PLC，模擬量輸入采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA輸入，EM235接線時(shí)，將RA與A短接。未用的模擬量輸入將端口短接，防止干擾。接線圖如圖3-2所示。圖3-2 PLC外部接線圖電機(jī)控制用兩路交流接觸器控制任意改變AC 380V交流電的任意兩項(xiàng)電，來實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。用第三路交流接觸

49、器控制電機(jī)通電與否。接線圖如圖3-3所示圖3-3 交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制接線圖3.4光電旋轉(zhuǎn)碼盤光電旋轉(zhuǎn)碼盤結(jié)構(gòu)圖如圖3-4所示。其工作原理原理為，在這個(gè)碼盤上，最外沿邊緣上有一些規(guī)則的小凸槽和凹槽，在如圖3-4的右半部分的碼盤黑色正方形代表凸槽，白色的代表凹槽。碼盤通過中心軸固定在電機(jī)軸上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，碼盤也與電機(jī)以相同的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，那么在碼盤最外沿的凸槽就會(huì)遮擋住其一側(cè)的發(fā)光管發(fā)出的光，使另一側(cè)的接收部分接收不到對(duì)面發(fā)來的光，這時(shí)PLC的I0.4就會(huì)讀到一個(gè)脈沖。隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)下一個(gè)凹槽轉(zhuǎn)動(dòng)過來后，不能遮擋住發(fā)光管的光線，那么此時(shí)PLC的I0.4讀到的電平信號(hào)為低電平信號(hào)。電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)又

50、迎來凸槽，如此往復(fù)永動(dòng)下去，PLC的I0.4就能讀到很多個(gè)脈沖，來記錄電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，即舞臺(tái)吊桿的位置?，F(xiàn)舉例說明本設(shè)計(jì)如何實(shí)現(xiàn)精確定位，假如舞臺(tái)吊桿的最大行程為4000mm,碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)一周為50個(gè)脈沖，交流電機(jī)帶動(dòng)齒輪繩索轉(zhuǎn)動(dòng)一周為10mm。那么每個(gè)脈沖代表轉(zhuǎn)動(dòng)繩索長(zhǎng)度為0.2mm。轉(zhuǎn)動(dòng)使舞臺(tái)吊桿到達(dá)最大行程4000mm，需要20000個(gè)脈沖，電機(jī)需要轉(zhuǎn)動(dòng)400轉(zhuǎn)。在這樣的理論精度下，在通過變頻器調(diào)速，當(dāng)舞臺(tái)吊桿快要達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，通過變頻器使電動(dòng)機(jī)按照設(shè)定的很低速度運(yùn)行，慢慢到達(dá)指定位置，最后停止運(yùn)行并鎖定吊桿。正是因?yàn)橛泻芨叩睦碚撋系木龋拍茏龅綄?shí)際情況下的高精度定位。圖3-4 光電旋轉(zhuǎn)

51、碼盤結(jié)構(gòu)圖3.5變頻器變頻器選用ABB公司的PowerFlex 40p交流變頻器22D-UM001A-ZH-P。控制接線圖如圖3-5所示。模擬量輸入控制采用0-10V控制，PLC的擴(kuò)展模塊EM235也同樣配置成0-10V電壓輸出。這樣可以方便的進(jìn)行連續(xù)調(diào)速，即當(dāng)EM235輸出10V電壓時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度最大；當(dāng)EM235的輸出為0V時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度最小。接線端子如表3-5所示。端子說明R/L1,S/L21-相輸入R/L1,S/L2，T/L33-相輸入U(xiǎn)/T1接電動(dòng)機(jī)U/T1V/T2接電動(dòng)機(jī)V/T2W/T3接電動(dòng)機(jī)W/T3P2,P1直流母線電感線圈連接端（只對(duì)C型框架的變頻器）C型框架的變頻器在

52、端子P2，P1之間有一個(gè)跳線，只有當(dāng)連接直流母線電感線圈時(shí)才可拆除此跳線。如果沒有連接跳線或電感線圈，變頻器無法上點(diǎn)。DC+,DC-直流母線連接端BR+,BR-動(dòng)態(tài)電阻連接端GND安全接地點(diǎn)-PE 表3-5 變頻器接線端子 圖3-5 變頻器控制接線圖第四章 PLC軟件設(shè)計(jì)4.1PLC編程軟件西門子S7-200PLC編程軟件使用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6編程軟件，軟件界面如圖4-1所示。STEP 7編程軟件用于西門子系列工控產(chǎn)品包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC的編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。圖4-1 V4.0 STE

53、P 7 MicroWIN SP6編程軟件編譯環(huán)境4.1.1軟件特點(diǎn)STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。STEP 7的所有功能均有大量的在線幫助，用鼠標(biāo)打開或選中某一對(duì)象，按F1可以得到該對(duì)象的相關(guān)幫助。在STEP 7中，用項(xiàng)目來管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP 7用SIMATIC管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP 7中。4.1.2編輯本段STEP 7的硬件接口PC/MPI適配器用于連接安裝了STEP 7的計(jì)算機(jī)的RS-232C接口和PLC的MPI接口。計(jì)算機(jī)一側(cè)的通信速率為19.2kbit/s或38.4kbit/s，PLC一側(cè)的通信速率為19.2kbit/s1.5Mbit/s。除了PC適配器，還需要一根標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C通信電纜。4.1.3基本功能STEP7-Micro/WIN32編程軟件的基本功能是協(xié)助用戶完成應(yīng)用軟件的開發(fā)，其主要實(shí)現(xiàn)以下功能。1.在脫機(jī)（離線）方式下創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序。在脫機(jī)方式時(shí)，計(jì)算機(jī)與PLC斷開連接，此時(shí)能完成大部分的基本功能，如編程、編譯、調(diào)試和系統(tǒng)組態(tài)等，但所有的程序和參數(shù)都只能存放在計(jì)算