基于PLC的升降控制裝置的設計

1、摘要本文介紹的主要內(nèi)容是基于PLC的升降控制系統(tǒng)。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(nèi)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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、變頻器組成為一體的控制系統(tǒng)。本次設計的操

2、作控制單元采用日本三菱公司生產(chǎn)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 essential。It depe

3、nds 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 operation control P

4、LC 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 brake control.The s

5、ystem 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 FX series progra

6、mmable 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；Converter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(nèi)容52 吊籃升降控制系統(tǒng)總體方案設

7、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(shù)的估算82.2.2 存儲器容量的估算93 吊籃升降控制系統(tǒng)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(xiàn)134 吊籃升降控制系統(tǒng)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(tǒng)的設計154.3 升降過程的分析165仿真調(diào)試215.1 軟件仿真215.2 仿真調(diào)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(jīng)濟的不斷增長，城市建設的不斷發(fā)展，高層建筑的不斷增

8、多，吊籃作為高層建筑中垂直運行的交通工具，吊籃在現(xiàn)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(nèi)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(tǒng)僅僅是靠電動機來控制，控制系統(tǒng)比較單一，如果長期在高空作業(yè)，難免會因為控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定性發(fā)生危險。本課題研究的主要內(nèi)容是基于PLC控制的升降系統(tǒng)，用PLC控制

9、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(zhì)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(diào)平衡裝置和鋼絲繩收繩裝置；根據(jù)用戶的不

10、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(xiàn)在的升降控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實現(xiàn)。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(xiàn)代城市的建設中不斷涌現(xiàn)出展現(xiàn)現(xiàn)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。現(xiàn)代吊籃的發(fā)展歷史并不是很長久，只是隨著現(xiàn)代國內(nèi)高層建筑的大量

11、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(jīng)濟、方便、安全、高效的優(yōu)越性2。電梯進入人們的生活已經(jīng)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，命令助手將平臺拉升到觀眾都能看得到的高度，然后

12、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(tǒng)，這套系統(tǒng)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的歷史。英國科學家瓦特發(fā)明蒸汽機后

13、，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(qū)動的升降梯，當時液壓使用的介質(zhì)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(tǒng)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(nèi)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上纏繞的繩索，懸掛并升降轎廂。18

14、92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(tǒng)的轎廂內(nèi)拉動繩索的操縱方式，為操縱方式的現(xiàn)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(zhì)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(xiàn)了并聯(lián)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(xiàn)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，以美國奧迪斯公司為代表的世界各大著名電梯公司各

15、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(tǒng)。調(diào)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(xiàn)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(xiàn)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間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入

16、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(tǒng)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(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，并且采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路也采取了現(xiàn)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(chǎn)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(tǒng)和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)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(xiàn)故障，可以及時的發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還

17、可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)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(tǒng)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(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)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(tǒng)配置，從而組成不同規(guī)模、不同功能的系統(tǒng)。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(qū)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(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可以用于

18、各種數(shù)字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，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(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量小，維護方便，容

19、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(tǒng)來說，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間節(jié)省很多時間?？删幊炭刂破饔么鎯壿嫶娼泳€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(tǒng)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(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。(4) 體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的產(chǎn)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1/21/10。由于它的總重量只有不到1

20、50g，功耗只是數(shù)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(nèi)部，是實現(xiàn)現(xiàn)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(lián)合軟件企業(yè)或發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)，大大提高了其軟件水平，多數(shù)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(tǒng)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(tǒng)，目前PLC+網(wǎng)絡+IPC+CRT的模式被廣泛應用。(2) 網(wǎng)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接口的基礎上，逐漸增加了各種通訊接

21、口。而且提供完整的通訊網(wǎng)絡。由于近來數(shù)據(jù)通訊技術發(fā)展很快，用戶對開放性要求很強烈，現(xiàn)場的總線技術及以太網(wǎng)技術也同步發(fā)展。例如：羅克韋爾A-B公司主推的三層網(wǎng)絡結構體系，即EtherNet，ControlNet，DeviceNet，西門子公司在ProfibusDP及ProfibusFMS網(wǎng)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(jù)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(xié)與競爭的過程，并且這一過程還在繼續(xù)。雖然PLC開發(fā)上各種工具仍不兼

22、容，但基于這些標準的開發(fā)系統(tǒng)，使用戶在應用過程中，可以較方便地適應不同品牌的產(chǎn)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(chǎn)品，可以實現(xiàn)方便的和無縫隙數(shù)據(jù)交換。目前，多數(shù)PLC軟件產(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)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) 功能的進一步增強可編程控制器在現(xiàn)代工

23、業(yè)中應用的范圍越來越廣泛。PLC的網(wǎng)絡能力，模擬量處理能力，運算速度，內(nèi)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(tǒng)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(wǎng)的發(fā)展對PLC的影響與工業(yè)網(wǎng)絡相比以太網(wǎng)應用非常廣泛其成本非常低，因此，人們致力于將以太網(wǎng)引進控制領域。目前的難題在于：a.硬件上如何適應現(xiàn)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(wǎng)能否順利進入工控領域，還存在爭論。但以太網(wǎng)在工控系統(tǒng)的應用

24、卻日益增多，適應這一過程，各PLC廠商紛紛推出適應以太網(wǎng)的產(chǎn)品或中間產(chǎn)品6?？v觀當今社會發(fā)展的前沿，PLC在現(xiàn)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(wǎng)絡接入，并且支持多機同時接人，可以瀏覽網(wǎng)頁，撥打電話和觀看在線電影，從而實現(xiàn)集數(shù)據(jù)、語音、視頻，以及電力于一體的“四網(wǎng)合一”。另外，可將房屋內(nèi)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(xiàn)“智能家庭”的夢想。目前，PLC主要是作為一種接人技術，提供寬帶網(wǎng)絡的解決方案，適用于居

25、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(nèi)容 本課題研究的主要內(nèi)容是在PLC控制系統(tǒng)的基礎上，設計吊籃升降系統(tǒng)的具體方案：（1）根據(jù)題目的具體要求，首先繪制出吊籃升降系統(tǒng)相關的控制流程圖；（2）根據(jù)控制流程圖，編寫PLC程序的控制電路圖；（3）根據(jù)編寫的PLC程序，畫出升降控制系統(tǒng)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(jù)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(jù)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(tǒng)的整體設計。 2 吊籃升降控制系統(tǒng)總

26、體方案設計2.1吊籃的硬件組成現(xiàn)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）通常為通過前、中、后梁調(diào)節(jié)確定所要求的伸出量（A）前、后支座間距（B）標準

27、為4.8m時，吊籃的懸掛機構應配置足夠質(zhì)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(shù)（K=2）；N配生鐵數(shù)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(jù)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(lián)接牢固，最后用緊線器8鎖緊加強鋼絲繩2，不得有松弛現(xiàn)象。鋼絲繩有一定的預緊力，當伸出1.5m時其端點向上撓度約30mm，在前梁上掛機構定位8。

28、（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(nèi)，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藝過程的特點以及控制的要求，明確PLC的控制任務和范

29、圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、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(tǒng)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(tǒng)程序存儲區(qū)系統(tǒng)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(shù)的估算I/O點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整11。本次設計所需要的輸入點數(shù)為七個點數(shù)，輸出為四個，根據(jù)上述原則，我們選擇的PLC

30、 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(shù)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(shù)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(zhuǎn)繼電器KM14控制電動機反轉(zhuǎn)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

31、估算，通常采用存儲器容量的估算來替代12。存儲器內(nèi)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(shù)字量I/O點數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量13。目前，全世界的PLC生產(chǎn)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(chǎn)品。它不僅繼承了FX系列小型PLC的輕巧與高品質(zhì)，而且進一步豐富了

32、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(shù)據(jù)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(shù)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(shù)功能范圍擴大，內(nèi)置6點100kHz的32位高速計數(shù)功能的計數(shù)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(tǒng)的設計，輸入輸出點數(shù)較少，僅需要小型PLC即可，另外根據(jù)實驗室的實際情況綜

33、合考慮，決定本課題采用三菱FX1N-14MR-001系列完成PLC升降系統(tǒng)設計。3 吊籃升降控制系統(tǒng)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(chǎn)機械的功率，所選用的電動機的額定功率等于或大于生產(chǎn)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(shù)為K，則電動機的額定功率可以是生產(chǎn)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(zhuǎn)電流超過電動機的額定電流，導致電動機過熱以致燒損。電動機的功率

34、選擇太大，電動機在低負荷下運行，其功率和功率因數(shù)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(diào)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(diào)速困難，功率因數(shù)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(nèi)平滑調(diào)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）結構型式的選擇從電動機的防護型式上又可分為以下幾種：防護式。這種電動

35、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(nèi)掉進電動機內(nèi)部，但是灰塵潮氣還是能侵入電動機內(nèi)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(zhuǎn)子、定子繞組等都裝在一個封閉的機殼內(nèi)，能防止灰塵、鐵屑或其它雜物侵入電動機內(nèi)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(nóng)村塵土飛揚、水花四濺的地方（如農(nóng)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(zhuǎn)速的選擇電動機電壓等級的選擇，要根據(jù)電動機的類型、功率以及使用地點的電壓來決定。選擇電動機的轉(zhuǎn)速，應盡量與工作機械需要的轉(zhuǎn)速相同，采用直接傳動，

36、這樣可避免傳動損失。異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）有3000r/min、1500r/min、1000r/min等。異步電動機的轉(zhuǎn)速一般要低于25，在功率相同的情況下，電動機轉(zhuǎn)速越低，體積越大，而且功率因數(shù)與效率較低；高轉(zhuǎn)速電動機也有它的缺點，它的啟動轉(zhuǎn)矩較小而啟動電流大，拖動低轉(zhuǎn)速的機械時傳動不方便，同時轉(zhuǎn)速高的電動機軸承容易磨損15。 m/min；提升電機的額定功率：；額定電壓：AC380±5%；制動力矩：30 N·m；電動機轉(zhuǎn)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

37、此取0.15m/s，系數(shù)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(jù)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(tǒng)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(zhuǎn)來實現(xiàn)行車的上升和下降。QS為主電路與電源的隔離開關，F(xiàn)R1為電動機M1的過載保護用的熱繼電器。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(shù)升降產(chǎn)品都采

38、用了變頻驅(qū)動的方式，由傳統(tǒng)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(qū)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(diào)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(zhuǎn)編碼器在永磁同步電動機的控制系統(tǒng)，編碼器除了反饋電動機的轉(zhuǎn)速，還需要檢測電動機的磁極位置，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(zhuǎn)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(tǒng)有良好的

39、控制性能。這就要求在變頻器的設計中要考慮新的旋轉(zhuǎn)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(qū)動下起動。這是因為永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子是永磁體，其轉(zhuǎn)子磁場是恒定的，所以定子磁場的產(chǎn)生需要配合轉(zhuǎn)子磁場磁極的位置，以產(chǎn)生電動機運轉(zhuǎn)所需要的轉(zhuǎn)矩。因此在永磁同步電動機的吊籃系統(tǒng)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(jù)磁極位置、電動機的轉(zhuǎn)速、所須轉(zhuǎn)矩等產(chǎn)生定子旋轉(zhuǎn)磁場的功能。 （4）在目前的系統(tǒng)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(shù)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(zhuǎn)來做設定，當一臺吊

40、籃安裝完成后，這是電動機上已經(jīng)掛上了轎廂、對重等負載，再進行空載運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)動控制系統(tǒng)中設置負載檢測裝置是十分必要的。在系統(tǒng)中，采用絕對值或正、余弦的高性能旋轉(zhuǎn)編碼器，MM430變頻器的設計可以利用旋轉(zhuǎn)編碼器的性能，在吊籃起動瞬間，計算出需要補償?shù)牧兀⒀a償進輸出力矩上，從而達到平穩(wěn)起動。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(tǒng)的控制電路圖如圖3-2所

41、示。 3.4 升降速過程的PLC實現(xiàn)如下圖3-3為硬件連接圖，本系統(tǒng)采用三相反應式步進電機, 采用升降速控制和正反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。SB0SB1SB2K2SQ1K1K1SB2SB3SB4SB1K1SQ21K2SB4KM2KM1SB3KM1KM2K2K1K2圖3-2控制電路圖PLC步進電機驅(qū)動器步進電機正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)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(tǒng)的軟件設計4.1 設計的總體思路構想本設計根據(jù)設計要

42、求選擇采用三菱FX系列PLC對吊籃的升降實現(xiàn)控制，因此，首先必須建立吊籃的PLC控制系統(tǒng)，并以此為核心編寫相應的PLC控制程序。又根據(jù)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(tǒng)，既構造吊籃堅控界面，定義相關變量，與PLC控制系統(tǒng)進行通信，隨時讀取數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)對吊籃PLC控制系統(tǒng)的實時控制。4.2 基于PLC的吊籃控制系統(tǒng)的設計要設計吊籃的升降控制系統(tǒng)，首先要對吊籃的運行過程進行分析。當?shù)趸@處于不同的位置或者處于不同的運行狀態(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?？坑诓煌恢脮r狀態(tài)進行具體分析，并編寫不同運行

43、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(xiàn)吊籃正常的升降運行，這就要求電動機能夠?qū)崿F(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。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(xiàn)。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(zhuǎn)動。X001（SB1）、X002(SB2)、X003(SB3)和X004(SB4)是復合按鈕，這樣可以形成“正反停”或者是“反正?！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

44、，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(zhuǎn)動的繼電器Y001（K1）通電，當Y001（K1）閉合時，使控制電動機正向轉(zhuǎn)動的接觸器Y003（KM1）通電，并控制電動機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)，實現(xiàn)吊籃的上升操作，反之亦然。當?shù)趸@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(zhuǎn)動，此時吊籃停止上升或者下降。這樣在需要改變電動機運轉(zhuǎn)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。

45、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鈕，形成了機械互鎖。當按下控制電機正轉(zhuǎn)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

46、向接觸器KM1通電，并控制電機正轉(zhuǎn)，并實現(xiàn)吊籃上升的操作。當松開X003（SB3）時，電動機則停止轉(zhuǎn)動，此時吊籃停止上升，反之亦然。5仿真調(diào)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(diào)試長動正轉(zhuǎn)：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(zhuǎn)的接觸器KM1得電，電動機正向轉(zhuǎn)動，使得吊籃上升。當?shù)趸@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(zhuǎn)動，吊籃停止上升，并在最高點停止，反轉(zhuǎn)亦然（如圖5-4所示）。圖5-3 長動正轉(zhuǎn)圖5-4 長動反轉(zhuǎn)點動正轉(zhuǎn)：如下圖5-5所示，當閉合SB3常開觸點時，控制電機正轉(zhuǎn)的接觸器直接KM1得電，使得電動機正向轉(zhuǎn)動，使得點動吊籃上升，當松開常開觸點SB3時，吊籃在任何位置自動停