基于PLC的升降控制裝置的設計

1、華北電力大學本科畢業(yè)設計（論文）摘要本文介紹的主要內容是基于PLC的升降控制系統。吊籃是一種垂直方向的運輸設備，是當前高層建筑建設中不可缺少的升降運輸設備。它依靠電力，拖動一個可以載人或物的轎廂，在建筑的井道內導軌上做垂直升降運動，在高層建造過程中起著舉足輕重的作用，應用也十分廣泛。而控制吊籃升降運行的PLC系統也要求越來越高，要求吊籃的升降運行平穩(wěn)，操作方便，具有較高的安全性。 本次操作的整個升降系統通過PLC、邏輯控制電路等對吊籃的點動升降和長動升降以及升降過程中的制動控制。該系統主要由PLC、邏輯控制電路、梯形圖等組成，其中包括交流異步電動機、繼電器、接觸器、行程開關、按鈕開關、變頻器組

2、成為一體的控制系統。本次設計的操作控制單元采用日本三菱公司生產的FX系列的可編程控制器對機器進行全過程控制。其結構簡單、操作方便、運行效率高、升降精度高、易于理解與掌握。關鍵詞：可編程控制器；變頻器；梯形圖AbstractThis article is based on the movements of PLC control system.Basket is a vertical transportation equipment, high-rise building construction in the current movements of transport equipment e

3、ssential。It depends electric power, dragging along to move a car that can carry person or thing and lead a track in the building of the well way up do perpendicularity to ascend and descend sport, there is prominent function in the people's life，pplications are also very wide。The basket lift ope

4、ration control PLC systems have become increasingly demanding, required to run a smooth rise and fall basket, moderate speed, easy operation and high safety.The operation of the lifting system by PLC, logic control circuit point on the basket lift and move down and down a long process of dynamic bra

5、ke control.The system is composed of PLC, logic control circuits, ladder etc, including AC induction motors, relays, contactors, limit switch, button switch, frequency converter consisting of integrated control system. This design of the operation control unit manufactured by Japan's Mitsubishi

6、FX series programmable controller controls the whole process of the machine. Its simple structure, convenient operation, high efficiency, high accuracy, easy to understand and grasp.Keywords: PLC；Ladder；ConverterI目 錄摘要IAbstractII1 緒論11.1課題研究的目的和意義11.2升降設備的簡介11.3 PLC在升降控制中的應用21.4 PLC的發(fā)展趨勢41.5課題研究的主要內

7、容52 吊籃升降控制系統總體方案設計62.1吊籃的硬件組成62.2 PLC型號的選擇72.2.1 輸入輸出(I/O)點數的估算82.2.2 存儲器容量的估算93 吊籃升降控制系統的硬件設計103.1電動機的選擇103.2 主電路圖113.2 變頻器的選擇123.3 控制電路圖133.4 升降速過程的PLC實現134 吊籃升降控制系統的軟件設計154.1 設計的總體思路構想154.2 基于PLC的吊籃控制系統的設計154.3 升降過程的分析165仿真調試215.1 軟件仿真215.2 仿真調試22結論27參考文獻28致 謝291 緒論1.1課題研究的目的和意義近幾年來，隨著當前經濟的不斷增長，城

8、市建設的不斷發(fā)展，高層建筑的不斷增多，吊籃作為高層建筑中垂直運行的交通工具，吊籃在現代城市高層建設中有著廣泛的應用。電動高處作業(yè)吊籃采用國內外先進技術，在于其整體結構緊湊，在施工中的安裝和卸載方便，操作簡單靈活，它即可以應用于建筑外墻的抹灰、貼面磚，安裝幕墻、涂料、清洗、維修，又可以應用于橋梁、大壩、大型船舶等大型建造物的維修和清理等，與其它結構的吊籃相比較具有安全可靠、規(guī)格多種、投資省、效率高等特點。由于吊籃設備本身的局限性和制造成本等多方面問題考慮，吊籃的升降控制系統僅僅是靠電動機來控制，控制系統比較單一，如果長期在高空作業(yè)，難免會因為控制系統的不穩(wěn)定性發(fā)生危險。本課題研究的主要內容是基于

9、PLC控制的升降系統，用PLC控制吊籃的升降，而PLC可靠性高，程序設計簡單靈活，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠等特點1。吊籃應用PLC及變頻控制技術，降低起動、制動瞬問的沖擊，增加安全及故障自診斷的智能化功能，增強穩(wěn)定性、安全感，延長使用壽命；集超載、超速、傾斜、斷繩及斷電保護等多套安全裝置與電機、減速器、卷揚裝置為一體的提升機功能全面，結構緊湊，選材恰當。設計合理有創(chuàng)意，消除了各獨立機械裝置的安裝誤差，成為新設的一大特色；優(yōu)化吊籃結構，并采用輕質合金材料，減輕自重，方便移動；配置了多種吊臂架設裝置，設計成力點夾固與鋼絲繩攀拉方式的相結合，盡量減輕吊臂架設裝置的自重；吊籃配置了防止傾斜的自調平衡

10、裝置和鋼絲繩收繩裝置；根據用戶的不同要求，該吊籃還具有可以配置成幾種不同形式組合的優(yōu)點1。通過PLC 運行穩(wěn)定安全的特點，可以減少高空作業(yè)時事故的發(fā)生，所以現在的升降控制系統廣泛采用可編程控制器來實現。1.2升降設備的簡介隨著當前科學技術的迅發(fā)展，人類的文明又向前邁進了一大步，在現代城市的建設中不斷涌現出展現現代先進科學技術發(fā)展的高層建筑，例如迪拜的最高建筑哈利法塔、美國的帝國大廈、法國著名的埃菲爾鐵塔等等。無論是在建設過程中的需要，還是建造之后載人上下的設備，都是不可缺少的。例如建設中所需要的吊籃，建造成功之后所需要的電梯，也隨著科學技術的發(fā)展不斷改進，不斷創(chuàng)新?，F代吊籃的發(fā)展歷史并不是很長

11、久，只是隨著現代國內高層建筑的大量興建，城市環(huán)境美化要求的提高，以及安全性能的考慮，高空作業(yè)電動吊籃普及十分的迅速。高處吊籃的使用克服了上述施工存在的缺點，安裝方便，電動升降，作業(yè)效率高，占地面積小，配置有工作繩和安全繩，使用安全可靠，適合各種復雜施工環(huán)境。如建筑物外墻施工作業(yè)和維修裝飾作業(yè)。在大城市高層建筑、樓房密集區(qū)的施工作業(yè)，住宅小區(qū)的維修粉刷，更能顯示其經濟、方便、安全、高效的優(yōu)越性2。電梯進入人們的生活已經將近150年了。1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙·格雷夫斯·奧的斯第一次向世人展示了他的發(fā)明。他站在裝滿貨物的升降梯平臺上，命令助手將平

12、臺拉升到觀眾都能看得到的高度，然后發(fā)出信號，令助手用利斧砍斷了升降梯的提拉纜繩。令人驚訝的是，升降梯并沒有墜毀，而是牢牢地固定在半空中奧的斯先生發(fā)明的升降梯安全裝置發(fā)揮了作用。站在升降梯平臺上的奧的斯先生向周圍觀看的人們揮手致意。誰也不會想到，這就是人類歷史上第一部安全升降梯。 人類在利用升降工具運輸貨物、運載乘客的歷史非常悠久。早在公元前2600年，古埃及人在建造金字塔時就使用了最原始的升降系統，這套系統的基本原理至今仍無變化：即一個平衡物下降的同時，負載平臺上升。早期的升降工具基本以人力為動力。在1203年，在法國海岸邊的一個修道院里安裝了一臺以驢子為動力的起重機，這才結束了用人力運送重物

13、的歷史。英國科學家瓦特發(fā)明蒸汽機后，起重機裝置開始采用蒸汽為動力。緊隨其后，威廉·湯姆遜研制出用液壓驅動的升降梯，當時液壓使用的介質是水。在這些升降梯的基礎上，一代又一代富有創(chuàng)新精神的工程師們在不斷改進升降梯的技術。然而，升降系統最關鍵的安全問題始終沒有得到解決，那就是一旦升降梯拉升纜繩發(fā)生斷裂時，負載的平臺就一定會發(fā)生墜毀事故。 著名科學界奧迪斯先生的發(fā)明徹底改寫了人類使用升降工具的歷史。從那以后，人們搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戲”了，升降梯在世界范圍內得到極其廣泛的應用。1889年12月，美國奧迪斯電梯公司制造出了名副其實的電梯，它采用直流電動機為動力源，通過蝸輪減速器帶動卷筒

14、上纏繞的繩索，懸掛并升降轎廂。1892年，美國的奧迪斯公司開始采用按鈕操縱裝置，從而取代傳統的轎廂內拉動繩索的操縱方式，為操縱方式的現代化開了先河3。 人們的生活在繼續(xù)，世界的科技在發(fā)展，電梯的技術也同樣在進步。這150年來，電梯的材質由黑白到彩色，樣式由直式發(fā)展到斜式，在操縱控制方面更是步步出新手柄開關操縱、按鈕控制、信號控制、集選控制、人機對話等等，多臺電梯還出現了并聯控制，智能群控等；雙層轎廂電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運輸能力的優(yōu)勢；變速式自動人行道扶梯的出現大大節(jié)省了行人的時間；不同外形扇形、三角形、半菱形、半圓形、整圓形的觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉。如今，以美國奧迪斯

15、公司為代表的世界各大著名電梯公司各展風姿，仍在繼續(xù)進行電梯新品的研發(fā)，并不斷完善維修和保養(yǎng)服務的系統。調頻門控、智能遠程監(jiān)控、主機節(jié)能、控制柜低噪音耐用、復合鋼帶環(huán)保一款款集納了人類在機械、電子、光學等領域最新科研成果的新型電梯競相問世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光輝，人們的生活會因此變得更加美好4。1.3 PLC在升降控制中的應用PLC以其結構緊湊，可靠性高，速度快，功能強，價格低等優(yōu)點，不管是現在還是在未來的工業(yè)自動化領域中，都將發(fā)揮其不可替代的作用，它的出現將推動整個工業(yè)領域的發(fā)展，為再次世界科技的革命奠定堅實的基礎。(1) 可靠性高，抗干擾能力強可編程控制器采用軟件代替了以往大量的中

16、間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件設施，接線可減少到繼電器控制系統1/101/100，這樣可以有效的解決觸點接觸不良造成的故障。高可靠性是電氣控制設備的關鍵的性能之一。由于PLC采用現代大規(guī)模集成電路技術，并且采用嚴格的生產工藝制造，內部電路也采取了現代最先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如日本著名的三菱公司生產的FX系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統和同等規(guī)模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障的發(fā)生率也就大大降低。此外，PLC還帶有硬件故障自我檢測功能，一旦出現故障，可以及時的發(fā)

17、出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得了故障自診斷保護。這樣，整個系統就具有了極高的可靠性。(2) 硬件配套齊全，功能完善，適用性強可編程控制器發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品，并且已經標系列化、準化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶可以方便靈活地進行系統配置，從而組成不同規(guī)模、不同功能的系統。PLC的安裝接線也非常的方便，一般用接線端子連接外部接線。另外，PLC有很強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器，也可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大

18、多具有完善的數據運算能力，可以用于各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了溫度控制、位置控制、CNC等各種工業(yè)控制系統中，再加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易?；顚W多用，深受各大工程技術人員的歡迎。PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于被工程技術人員所接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。(3) 系統的設計

19、、安裝、調試工作量小，維護方便，容易改造可編程控制器的梯形圖程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規(guī)律，也很容易掌握。對于相對復雜的控制系統來說，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統電路圖的時間節(jié)省很多時間。可編程控制器用存儲邏輯代替接線邏輯，不僅大大減少了控制設備外部的接線，從而使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時PLC的維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。(4) 體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產的產品種類底部的尺寸小于100mm，僅僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的1/2

20、1/10。由于它的總重量只有不到150g，功耗只是數瓦，正是由于體積小而輕便的特點，使得它很容易裝入機械內部，是實現現代機電一體化的理想控制設備5。1.4 PLC的發(fā)展趨勢PLC未來的應用前景分為以下幾個方面：(1) 人機界面將更加友好PLC制造商通過收購或聯合軟件企業(yè)或發(fā)展軟件產業(yè)，大大提高了其軟件水平，多數PLC 品牌擁有與之相應的開發(fā)平臺和組態(tài)軟件，軟件和硬件的結合，提高了系統的性能，同時，為用戶的開發(fā)和維護降低了成本使更易形成人機友好的控制系統，目前PLC+網絡+IPC+CRT的模式被廣泛應用。(2) 網絡通訊能力大大加強PLC廠家在原來CPU模板上提供物理層RS232/422/485

21、接口的基礎上，逐漸增加了各種通訊接口。而且提供完整的通訊網絡。由于近來數據通訊技術發(fā)展很快，用戶對開放性要求很強烈，現場的總線技術及以太網技術也同步發(fā)展。例如：羅克韋爾A-B公司主推的三層網絡結構體系，即EtherNet，ControlNet，DeviceNet，西門子公司在ProfibusDP及ProfibusFMS網絡等。(3) 開放性和互操作性有很大發(fā)展PLC在發(fā)展過程中，各個PLC制造商為了壟斷和擴大各自市場，處于群雄割據的局面，各自發(fā)展自己的標準。兼容性很差，這給用戶使用帶來不便，并增加了維護成本。開放是發(fā)展的趨勢，這已被各廠商所認識，形成了長時期妥協與競爭的過程，并且這一過程還在繼

22、續(xù)。雖然PLC開發(fā)上各種工具仍不兼容，但基于這些標準的開發(fā)系統，使用戶在應用過程中，可以較方便地適應不同品牌的產品。OPC基金會推出了OPC(OLE for Process Contro1)標準，這進一步增強了軟硬件的互操作性，通過OPC一致性測試的產品，可以實現方便的和無縫隙數據交換。目前，多數PLC軟件產品和相當一部分儀表、執(zhí)行機構及其它設備具有了OPC功能。OPC是未來控制系統向FCS技術發(fā)展的趨勢。為了使PLC更具開放性和執(zhí)行多任務，可以在一個PLC系統中同時裝幾個CPU模塊，每個CPU模塊都執(zhí)行某一種任務。例如：三菱電機公司的小Q系列PLC可以在一個機架上插4個CPU模塊。(4) 功

23、能的進一步增強可編程控制器在現代工業(yè)中應用的范圍越來越廣泛。PLC的網絡能力，模擬量處理能力，運算速度，內存，復雜運算能力均大大增強，不再局限于邏輯控制的應用，而越來越多地應用于過程控制方面，有人統計，除石化過程等個別領域，PLC均有成功地應用，PLC在相當多的應用取代了昂貴的DCS，從而使原來PLC(順序控制)+DCS(過程控制)的模式變成PLC+IPC模式。(5) 工業(yè)以太網的發(fā)展對PLC的影響與工業(yè)網絡相比以太網應用非常廣泛其成本非常低，因此，人們致力于將以太網引進控制領域。目前的難題在于：a.硬件上如何適應現代工業(yè)惡劣環(huán)境； b.通訊機制如何提高其可靠性。以太網能否順利進入工控領域，還

24、存在爭論。但以太網在工控系統的應用卻日益增多，適應這一過程，各PLC廠商紛紛推出適應以太網的產品或中間產品6?？v觀當今社會發(fā)展的前沿，PLC在現代工業(yè)工程方面的作用舉足輕重，不僅如此，在生活上通過利用傳輸電流的電力線作為通信載體，使得PLC具有極大的便捷性。例如：只要在房間任何有電源插座的地方不用撥號，就立即可享受43-45Mbps的高速網絡接入，并且支持多機同時接人，可以瀏覽網頁，撥打電話和觀看在線電影，從而實現集數據、語音、視頻，以及電力于一體的“四網合一”。另外，可將房屋內的電話、電視、冰箱等家電利用PLC連接起來，進行集中控制，實現“智能家庭”的夢想。目前，PLC主要是作為一種接人技術

25、，提供寬帶網絡的解決方案，適用于居民小區(qū)，學校，酒店，寫字樓等領域，真正的做到快捷、便利7。1.5課題研究的主要內容 本課題研究的主要內容是在PLC控制系統的基礎上，設計吊籃升降系統的具體方案：（1）根據題目的具體要求，首先繪制出吊籃升降系統相關的控制流程圖；（2）根據控制流程圖，編寫PLC程序的控制電路圖；（3）根據編寫的PLC程序，畫出升降控制系統的梯形圖，使控制裝置有啟停功能，升降裝置能夠點動上升、點動下降、自動上升至最高位置、自動下降至最低位置、任意位置停止等功能； （4）根據設計方案，選用合適的動力裝置、傳動裝置和拖動裝置，并根據控制功能要求確定相應的控制裝置，最后形成升降控制系統的

26、整體設計。 2 吊籃升降控制系統總體方案設計2.1吊籃的硬件組成現代吊籃的整體結構比較簡單，主要由：1、懸掛機構 2、限位板 3、安全鋼絲繩 4、工作鋼絲繩 5、安全鎖 6、提升機 7、單層平臺（ZLD800） 8、電控箱 9、連接架 10、重錘 11、護墻輪（選用）（1）平臺平臺主要由圍欄、底板、提升架、擋板等組成。平臺長度為5m，基本節(jié)長度為2.5m，用螺栓將基本節(jié)邊接可組成5m的單層平臺。提升機、安裝在提升架上，電控箱固定在平臺的圍欄上。 （2）懸掛機構吊籃有兩套相同的懸掛機構，懸掛機構架設于建筑物或構物上，通過鋼絲繩懸掛平臺。懸掛機構伸出量（A）通常為1.3m-1.5m通過前、中、后梁

27、調節(jié)確定所要求的伸出量（A）前、后支座間距（B）標準為4.8m時，吊籃的懸掛機構應配置足夠質量的配套重，配重力臂應是前傾力臂的兩倍以上，按下式計算所需配重： （2-1） （2-2）F額定載荷(包括人、平臺、鋼絲繩等自重)； T每塊配重鐵重量；K安全系數（K=2）；N配生鐵數量；A伸出量；B前、后支座間距；G配生鐵總重。安裝時首先，將前梁1裝入前支座4的套管中，后梁6裝入后支座7的套管中，中間用中梁5進行連接，根據屋面情況選定前梁1的伸出量及中梁5、后梁6的長度.裝上支柱3和連板9，然后用螺栓將所有連接點聯接牢固，最后用緊線器8鎖緊加強鋼絲繩2，不得有松弛現象。鋼絲繩有一定的預緊力，當伸出1.5

28、m時其端點向上撓度約30mm，在前梁上掛機構定位8。（3）提升機提升機由電磁制動電機，離心限速裝置，一套兩級減速機構及鋼絲繩輸送機構等組成，整個機構結構緊湊、性能先進。1.提升機鋼絲繩 2.小壓輪 3帶槽小齒輪 4.帶槽大齒輪 5大壓輪 6連接板圖2-1 S型穿繩提升機（4）安全鎖安全鎖固定在平臺兩端的提升架上，當平臺傾斜角度達到鎖繩角度時，能自動鎖住安全鋼絲繩，使平臺立即停止下行。(5）鋼絲繩將工作鋼絲繩先穿過安全鎖滾輪有提升架導繩輪，再插入提升機入繩口內，啟動提升機，工作鋼絲繩自動卷繞，從另一出口處伸出9。2.2 PLC型號的選擇為了能夠更好的選型，工程設計選型和估算時，應該詳細分析設計工

29、藝過程的特點以及控制的要求，明確PLC的控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統10。如圖2-2所示。編輯器中央處理單元CPU輸入電路電源輸出電路系統程序存儲區(qū)系統程序存儲區(qū)圖2-2 PLC硬件的基本結構2.2.1 輸入輸出(I/O)點數的估算I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數，再增加10%20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整11。本次設計所需要的輸入點數為

30、七個點數，輸出為四個，根據上述原則，我們選擇的PLC 的I/O的要求為：輸入點為8，6點繼電器輸出的PLC。I/O分配如下表所示：表2-1 輸入點數分配序 號輸入信號名稱電氣符號1停止按鈕SB02長動上升按鈕SB13長動下降按鈕SB24點動上升按鈕SB35點動下降按鈕SB46最高點停止按鈕SQ17最低點停止按鈕SQ2表2-2 輸出點數分配序 號輸出信號名稱電氣符號1輔助繼電器K12輔助繼電器K23控制電動機正轉繼電器KM14控制電動機反轉繼電器KM22.2.2 存儲器容量的估算存儲器的容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序

31、容量小于存儲器容量。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代12。存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數字量I/O點數的1015倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數為內存的總字數（16位為一個字），另外再按此數的25%考慮余量13。目前，全世界的PLC生產廠家和品種很多，其中著名的廠商有：美國的AB（ALLEN BRADLY）公司、通用電氣公司等。歐洲有德國的西門子（SIEMENS）公司，法國的TE公司等，日本有三菱、OMRON（歐姆龍）、富士等公司。日本三菱電機公司新近推出第三代小型PLC-FX3U系列產品。它不僅繼承

32、了FX系列小型PLC的輕巧與高品質，而且進一步豐富了擴展性，擴充了許多嶄新的功能。三菱FX3U系列的PLC基本指令處理速度達0.065s，功能指令達209種，新增了塊數據的加減計算、比較指令，表格設定定位指令等，基本單元、擴展設備的I/O點數可達384點；基本單元和輸入輸出單元系列化；模擬量處理能力大大提高，通過擴展板和特殊適配器，處理模擬量能力可達16個；高速計數功能范圍擴大，內置6點100kHz的32位高速計數功能的計數器；通信能力加強，新開發(fā)了眾多通信板和通信適配器及計算機連接用的專用模塊，可方便連接各種智能設備14。由于本次課題研究課題是吊籃基于PLC升降控制系統的設計，輸入輸出點數較

33、少，僅需要小型PLC即可，另外根據實驗室的實際情況綜合考慮，決定本課題采用三菱FX1N-14MR-001系列完成PLC升降系統設計。3 吊籃升降控制系統的硬件設計3.1電動機的選擇三相交流異步電動機的選用，主要從選用的電動機的功率、工作電壓、種類、型式及其保護電器考慮。（1）功率的選擇一般機械都注明應配套使用的電動機功率，對于連續(xù)運行的電動機，先算出生產機械的功率，所選用的電動機的額定功率等于或大于生產機械功率的10即可。短時運行電動機的功率可以允許適當過載，設過載系數為K，則電動機的額定功率可以是生產機械所要求功率的1/k。電動機的功率不能選擇過小，否則難于啟動或者勉強啟動，使運轉電流超過電

34、動機的額定電流，導致電動機過熱以致燒損。電動機的功率選擇太大，電動機在低負荷下運行，其功率和功率因數都不高，易造成功率浪費。（2）種類和型式的選擇（a）種類的選擇選擇電動機的種類是從機械特性、調速與起動特性、維護及價格等方面考慮。三相鼠籠式異步電動機結構簡單，堅固耐用，工作可靠，價格低廉，維護方便；其缺點是調速困難，功率因數較低。常用鼠籠式的有“J”、“J2”等系列的小型異步電動機和“JS”等系列的中型異步電動機。繞線式電動機的基本性能與鼠籠式相同，其特點是起動性能較好，并可在不大的范圍內平滑調速。但是它的價格較鼠籠式電動機高，維護不便，因此大多選用采用鼠籠式異步電動機。（b）結構型式的選擇從

35、電動機的防護型式上又可分為以下幾種：防護式。這種電動機的外殼有通風孔，能防止水滴、鐵屑等物從上面或垂直方向成45。以內掉進電動機內部，但是灰塵潮氣還是能侵入電動機內部，它的通風性能比較好，價格也比較便宜，在干燥、灰塵不多的地方可以采用。封閉式。這種電動機的轉子、定子繞組等都裝在一個封閉的機殼內，能防止灰塵、鐵屑或其它雜物侵入電動機內部，但它的密封不很嚴密，所以還不能在水中工作，“J0”系列電動機屬于這種防護型式。在農村塵土飛揚、水花四濺的地方（如農副業(yè)加工機械和水泵）廣泛地使用這種電動機。（3）電壓和轉速的選擇電動機電壓等級的選擇，要根據電動機的類型、功率以及使用地點的電壓來決定。選擇電動機的

36、轉速，應盡量與工作機械需要的轉速相同，采用直接傳動，這樣可避免傳動損失。異步電動機旋轉磁場的轉速（同步轉速）有3000r/min、1500r/min、1000r/min等。異步電動機的轉速一般要低于25，在功率相同的情況下，電動機轉速越低，體積越大，而且功率因數與效率較低；高轉速電動機也有它的缺點，它的啟動轉矩較小而啟動電流大，拖動低轉速的機械時傳動不方便，同時轉速高的電動機軸承容易磨損15。吊籃的承載能力：500/630/800/(kg)；額定升降速度：7.0-9.0 m/min；提升電機的額定功率：1.5-2.2Kw；額定電壓：AC380±5%；制動力矩：30 N·m；

37、電動機轉速：1420 rpm；在該設計中，升降裝置所需電動機功率大小的確定： （3-1） 選擇吊籃的額定載重為800則重力為： （3-2） 速度V在此取0.15m/s，系數x取1.3。 （3-3） 為了使電動機能夠提供足夠的動力，在此取電動機的功率為2000W。綜合上述計算，根據本次設計的需要，我們選擇Y90S-2型號的三相異步電動機。3.2 主電路圖如下圖3-1所示為吊籃控制系統主電路。一臺電機M1，其中M1為控制吊籃升降的電動機。輔助繼電器K1和K2為輔助控制開關，接觸器KM1和KM2通過控制電動機M1的正反轉來實現行車的上升和下降。QS為主電路與電源的隔離開關，FR1為電動機M1的過載保

38、護用的熱繼電器。圖3-1主電氣圖3.2 變頻器的選擇吊籃的一次完整的運行過程，就是曳引電動機從起動、勻速運行到減速停車的過程目前，大多數升降產品都采用了變頻驅動的方式，由傳統的有齒輪傳動到永磁同步電動機的無齒輪傳動，在變頻控制方面有那些不同和要求16。吊籃變頻驅動裝置的設計要求：（1）由于是無齒輪減速直接曳引，電動機的響應變化將通過鋼絲繩直接作用在吊籃的轎廂上，因此為考慮吊籃的振動、舒適感等指標，需要設計控制精度高，響應速度快的高性能變頻調速控制器。特別是電流環(huán)的檢測精度和計算響應的速度17。 （2）旋轉編碼器在永磁同步電動機的控制系統，編碼器除了反饋電動機的轉速，還需要檢測電動機的磁極位置，

39、所以編碼器需要能夠反饋磁極位置信號。另外，無齒輪曳引方式，電動機轉速較低，因此要求編碼器的分辨率更高，一般要求在4096C/T以上才能使系統有良好的控制性能。這就要求在變頻器的設計中要考慮新的旋轉編碼器的接口和應用設計。（3）與交流異步電動機比較，永磁同步電動機在額定頻率下并不能自起動，需要在變頻器驅動下起動。這是因為永磁同步電動機的轉子是永磁體，其轉子磁場是恒定的，所以定子磁場的產生需要配合轉子磁場磁極的位置，以產生電動機運轉所需要的轉矩。因此在永磁同步電動機的吊籃系統中，變頻器需要設計有通過編碼器反饋檢測磁極位置信號，并根據磁極位置、電動機的轉速、所須轉矩等產生定子旋轉磁場的功能。 （4）

40、在目前的系統中，對永磁同步電動機的磁極檢測，在變頻器的設計上，需要對變頻器參數進行初始化設定。很多時變頻器需要對電動機進行空載運轉來做設定，當一臺吊籃安裝完成后，這是電動機上已經掛上了轎廂、對重等負載，再進行空載運轉來做磁極位置初始化設定并不實際，變頻器需要有不需空載運轉來做磁極位置初始化設定的功能。 （5）為了保證在各種負載條件下吊籃都獲得較好的起動特性和制動特性，在無齒輪曳引驅動控制系統中設置負載檢測裝置是十分必要的。在系統中，采用絕對值或正、余弦的高性能旋轉編碼器，MM430變頻器的設計可以利用旋轉編碼器的性能，在吊籃起動瞬間，計算出需要補償的力矩，并補償進輸出力矩上，從而達到平穩(wěn)起動。

41、這需要變頻器在信號檢測精度、抗干擾能力和計算響應速度上都有一定程度的提高18。 3.3 控制電路圖PLC控制吊籃升降控制系統的控制電路圖如圖3-2所示。 3.4 升降速過程的PLC實現如下圖3-3為硬件連接圖，本系統采用三相反應式步進電機, 采用升降速控制和正反轉控制。按控制要求設計出PLC控制步進電機的硬件連接圖如圖3-3所示。脈沖信號采用高速脈沖輸出方式，由PLC的輸出點Q001輸出，Q002輸出方向控制信號，控制步進電機的正反轉。SB0SB1SB2K2SQ1K1K1SB2SB3SB4SB1K1SQ21K2SB4KM2KM1SB3KM1KM2K2K1K2圖3-2控制電路圖PLC步進電機驅動

42、器步進電機正轉反轉啟動脈沖信號方向信號圖3-3 PLC控制步進電機硬件連接圖4 吊籃升降控制系統的軟件設計4.1 設計的總體思路構想本設計根據設計要求選擇采用三菱FX系列PLC對吊籃的升降實現控制，因此，首先必須建立吊籃的PLC控制系統，并以此為核心編寫相應的PLC控制程序。又根據前文所述的對組態(tài)軟件的選擇，運用組態(tài)軟件設計構造吊籃運行狀態(tài)的實時監(jiān)控系統，既構造吊籃堅控界面，定義相關變量，與PLC控制系統進行通信，隨時讀取數據，最終實現對吊籃PLC控制系統的實時控制。4.2 基于PLC的吊籃控制系統的設計要設計吊籃的升降控制系統，首先要對吊籃的運行過程進行分析。當吊籃處于不同的位置或者處于不同

43、的運行狀態(tài)（如上行、下行等），每一個不同的狀態(tài)如何控制都需要編寫不同的PLC程序。下面，本文將對吊籃停靠于不同位置時狀態(tài)進行具體分析，并編寫不同運行狀態(tài)下的程序段。圖4-1 程序梯形圖圖4-2 程序指令圖4.3 升降過程的分析為了實現吊籃正常的升降運行，這就要求電動機能夠實現正轉和反轉。對于一般的三相異步電動機來說，可以通過兩個接觸器改變電動機定子繞組的電源相序來實現。X000（SB0）為停止按鈕，是吊籃升降控制的總開關，原始狀態(tài)是常閉觸點，具體操作過程如下：（1）長動操作：按下X000按鈕，接觸器KM1和KM2斷電，電動機M停止轉動。X001（SB1）、X002(SB2)、X003(SB3)

44、和X004(SB4)是復合按鈕，這樣可以形成“正反?！被蛘呤恰胺凑！钡幕ユi控制。如上圖5-2所示，當按下正向啟動按鈕X001時，其動斷觸點首先斷開，使輔助繼電器Y002（K2）斷電，然后動合觸點閉合，使控制電機正向轉動的繼電器Y001（K1）通電，當Y001（K1）閉合時，使控制電動機正向轉動的接觸器Y003（KM1）通電，并控制電動機實現正轉，實現吊籃的上升操作，反之亦然。當吊籃上升到最高點或者最低點時，會碰到常閉的行程開關（X005和X006），當行程開關被斷開時，繼電器Y001或者Y002所在的電路被阻止通電，繼電器所控制的常開觸點斷開，電動機停止轉動，此時吊籃停止上升或者下降。這樣在

45、需要改變電動機運轉方向時，可以直接操作正、反向按鈕，而不必先操作停止按鈕。復合按鈕的常閉觸點在電路中同樣起到互鎖的作用，這樣的互鎖稱之為機械互鎖。 輔助繼電器Y001(K1)和Y002(K2)為互鎖的控制線路。將任何一個繼電器的輔助常閉觸點串入對應另一個繼電氣線圈電路中，則其中任一個繼電器先通電后，切斷了另一個繼電器的控制回路，即使按下控制相反方向的啟動按鈕，另一個繼電器也無法通電，這是利用兩個繼電器的輔助常閉觸點互相控制的方式，是電氣互鎖，主要是起安全保護的作用，同時也提高了使用的效率。（2）點動操作：常開觸點開關X003（SB3）和X004（SB4）是程序段中點動控制吊籃上升和下降的復合按

46、鈕，形成了機械互鎖。當按下控制電機正轉的X003（SB3）按鈕時，其動斷觸點首先斷開，使控制電機反向接觸器KM2斷電，然后動合觸點閉合，使控制電機正向接觸器KM1通電，并控制電機正轉，并實現吊籃上升的操作。當松開X003（SB3）時，電動機則停止轉動，此時吊籃停止上升，反之亦然。165仿真調試5.1 軟件仿真通過用FluidSIM軟件對程序進行簡單的仿真，過程如下圖5-1所示：圖5-1 液壓仿真圖圖5-2 電氣控制圖5.2 仿真調試長動正轉：如下圖5-3所示，當閉合SB1常開觸點時，輔助繼電器K1得電，輔助繼電器開關K1閉合，控制電機正轉的接觸器KM1得電，電動機正向轉動，使得吊籃上升。當吊籃上升到最高點時，碰到行程開關SQ1，此時控制KM1的電的線路斷開，此時電動機停止轉動，吊籃停止上升，并在最高點停止，反轉亦然（如圖5-4所示）。圖5-3 長動正轉圖5-4 長動反轉點動正轉：如下圖5-5所示，當閉合SB3常開觸點時，控制電機正轉的接觸器直接KM1得電，使得電動機正向轉動，使得點動吊籃上升，當松開常開觸點SB3時，吊籃在