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設(shè) 計(jì) 題目：基于 PLC 液壓施工升降機(jī)控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 系 專 業(yè) 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱： ） （職稱： ） 2014 年 月 日 目 錄 摘 要 .I ABSTRACT.II 第一章 緒論 .1 1.1 本課題設(shè)計(jì)的背景 .1 1.2 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容 .1 1.3 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義 .2 第二章 液壓施工升降機(jī)控制系統(tǒng)的原理 .3 2.1 液壓施工升降機(jī)的基本工作原理 .3 2.2 液壓施工升降機(jī)的主要組成部分 .4 2.3 液壓施工升降機(jī)傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng) .5 2.3.1 升降機(jī)傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) .5 2.3.2 升降機(jī)傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題 .5 2.4 液壓施工升降機(jī)新型 PLC 控制系統(tǒng) .5 2.5 新型 PLC 控制升降機(jī)的優(yōu)點(diǎn) .6 2.6 變頻調(diào)速控制升降機(jī)的特點(diǎn) .6 2.7 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 .6 第三章 施工升降機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) .7 3.1 液壓施工升降機(jī)控制系統(tǒng)的組成 .7 3.2 比例變量泵 .7 3.3 升降機(jī)速度運(yùn)行曲線設(shè)計(jì) .8 3.4 PLC 選型及模塊介紹 .9 3.4.1 PLC 的選型 .9 3.4.2 PLC 的功能模塊介紹 .9 3.5 控制電路設(shè)計(jì) .11 3.5.1 安全運(yùn)行電路設(shè)計(jì) .11 3.5.2 系統(tǒng)回電路設(shè)計(jì) .12 3.5.3 輸入輸出回路設(shè)計(jì) .13 3.5.4 PLC 的 I/O 存儲(chǔ)地址分配及部分輔助繼電器功能分配表 .15 第四章 施工升降機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .16 4.1 PLC 系統(tǒng)軟件及運(yùn)行原理 .16 4.2 編程工具軟件和編程語(yǔ)言 .16 4.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .17 4.3.1 樓層位置信號(hào)記錄 .18 4.3.2 選層信號(hào)記錄與顯示 .20 4.3.3 停車信號(hào)的發(fā)生與消除 .22 4.3.4 制動(dòng)信號(hào)的生成 .23 4.3.5 施工升降機(jī)減速曲線的實(shí)現(xiàn) .24 4.3.6 施工升降機(jī)加速啟動(dòng)曲線的實(shí)現(xiàn) .25 第五章 控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) .28 5.1 電磁干擾類型和影響 .28 5.2 PLC 系統(tǒng)干擾來(lái)源 .28 5.3 抗干擾措施 .29 5.3.1 控制電源系統(tǒng)引發(fā)的干擾 .29 5.3.2 控制輸出端引發(fā)的干擾 .29 5.3.3 安裝和布線 .29 5.3.4 正確選擇接地點(diǎn) .30 總結(jié) .31 致謝 .32 參考文獻(xiàn) .33 附件 .34 摘 要 施工升降機(jī)是建筑施工中不可缺少的垂直運(yùn)輸機(jī)械，傳統(tǒng)的施工升降機(jī)大部分 采用的是在繼電器控制下的電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力輸入，通過(guò)減速器以一定的傳動(dòng)比拖動(dòng) 升降機(jī)吊籠上下運(yùn)行。隨著我國(guó)城鄉(xiāng)的快速發(fā)展，施工工地對(duì)于施工升降機(jī)的要求 也有了提高，因此對(duì)施工升降機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)具有很重要的意義。 本文主要是液壓施工升降機(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(jì)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(hào)和上位機(jī)串口通信信號(hào)的接收,根據(jù)其 內(nèi)部設(shè)計(jì)程序進(jìn)行集中運(yùn)算處理,實(shí)現(xiàn)了對(duì)液壓施工升降機(jī)的控制系統(tǒng)的邏輯信號(hào)及 速度控制。另外,還根據(jù)控制系統(tǒng)要求,設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)主回路、安全運(yùn)行電路、電 液比例控制回路等。 關(guān)鍵詞：施工升降機(jī)；PLC；控制系統(tǒng)； I ABSTRACT Construction hoist is an indispensable machine for vertical transport, most of traditional construction hoist use the electric-motor under the control of the relays as the dynamic force input, though the speed reducer as certain rate drive the lift cage up and down. As the fast development of the urban and suburban, the need of construction site to construction hoist is more and more advanced, its more important that improve the level of control system for construction hoist. 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: construction hoist; PLC; controlling system; 0 第一章 緒論 1.1 本課題設(shè)計(jì)的背景 施工升降機(jī)同電梯、起重機(jī)一樣，是完成輸送和起重任務(wù)中不可缺少的機(jī)電設(shè) 備，但是它們的種類和承擔(dān)的具體任務(wù)并不相同。從人類使用升降機(jī)械的歷史來(lái)看， 最先使用的是簡(jiǎn)單機(jī)械 絞車；后來(lái)是復(fù)雜一點(diǎn)的機(jī)械 升降機(jī)；再后來(lái)出現(xiàn) 了機(jī)電一體化的設(shè)備 電梯和起重機(jī)。現(xiàn)在已發(fā)展到使用計(jì)算機(jī)、應(yīng)用智能控制 的現(xiàn)代電梯和起重機(jī)階段了。升降機(jī)械發(fā)展史大體上可分為四個(gè)階段：13 世紀(jì)前的 絞車階段，19 世紀(jì)末葉以前的升降機(jī)階段，19 世紀(jì)末葉以后的電梯和起重機(jī)階段， 現(xiàn)代電梯和起重機(jī)階段。 近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)施工升降機(jī)的發(fā)展比較迅速，國(guó)際市場(chǎng)上瑞典 ALIMAK 公司的產(chǎn)品 也不能獨(dú)占鰲頭了。國(guó)產(chǎn)施工升降機(jī)以其先進(jìn)的技術(shù)性能，過(guò)硬的產(chǎn)品質(zhì)量，價(jià)格 上的明顯優(yōu)勢(shì)等諸多因素的迅速發(fā)展極大程度地沖擊了它的市場(chǎng)。 現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論是施工升降機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)。近些年來(lái)，隨著各種理論的迅速發(fā)展， 給國(guó)產(chǎn)施工升降機(jī)的迅速崛起奠定了強(qiáng)大的理論基礎(chǔ)，特別是結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析、有限 元模型計(jì)算、優(yōu)化方法、機(jī)械振動(dòng)與模態(tài)分析、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等。人們把這些理 論應(yīng)用到施工升降機(jī)的研究與開發(fā)上，給施工升降機(jī)的發(fā)展帶來(lái)巨大變化，利用這 些理論人們可以全面掌握任何高度位置上標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的任何部位的應(yīng)力狀態(tài)，可以得到 施工升降機(jī)懸臂部分的動(dòng)態(tài)特性以及由吊籠提升速度的加大給施工升降機(jī)帶來(lái)的影 響。總而言之，利用這些理論，可以完全掌握施工升降機(jī)各方面的結(jié)構(gòu)特性和工作 狀態(tài)。 施工升降機(jī)作為垂直運(yùn)送人員及物料的提升機(jī)械，它主要是由導(dǎo)軌架、吊籠、 起升機(jī)構(gòu)和附墻結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)然施工升降機(jī)還包括控制系統(tǒng)和安全裝置。這些年來(lái)， 施工升降機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)一直沒(méi)有大的變化，并且不論多大的架設(shè)高度，采用的基本都 是從上到下規(guī)格相同的鋼材。吊籠雖然有多種型式，但都是型鋼焊接而成。近年來(lái)， 國(guó)外施工升降機(jī)的提升速度已由 40mrain 提高到了 60rnmin、80mmin 甚至高 達(dá) 96mmin，單籠額定載重量在 3 噸以上，而國(guó)產(chǎn)施工升降機(jī)的提升速度在 24- 一 36mmin 之間，單籠額定載重量基本上不超過(guò) 2 噸。 1.2 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容 本課題名為基于 PLC 液壓施工升降機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ，具體設(shè)計(jì)內(nèi)容包括以 下幾點(diǎn)： 1升降機(jī)類型的選擇。綜合升降機(jī)的類別和各類的特點(diǎn)和要求，在本課題中主 要研究 30 層升降機(jī)的控制系統(tǒng)。 2硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本課題設(shè)計(jì)的升降機(jī)要求運(yùn)行迅速準(zhǔn)確度高，在升降機(jī)的 各層檢測(cè)系統(tǒng)中選用用在工業(yè)自動(dòng)控制上大量運(yùn)用的具有檢測(cè)精度高、壽命長(zhǎng)、穩(wěn) 定性能好的接近傳感器，運(yùn)用感應(yīng)器的開關(guān)量信號(hào)輸入給 PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn) PLC 對(duì)液壓 施工升降機(jī)的控制。 3升降機(jī)控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中選用了目前運(yùn)用最多的三菱 PLC 編程語(yǔ)言梯形圖，用 PLC 編程軟件 GX Developer 設(shè)計(jì) PLC 控制程序。梯形圖的編 程能直觀明了的設(shè)計(jì)出液壓施工升降機(jī)控制的要求。 1 1.3 本課題設(shè)計(jì)的目的和意義 施工升降機(jī)是一種用吊籠(或平臺(tái)、料斗等)載人、載物沿導(dǎo)軌作上下運(yùn)輸?shù)氖?工機(jī)械。它主要應(yīng)用于建筑工程施工時(shí)使用，尤其是高層建筑工程的施工或維修時(shí) 使用更為廣泛。改革開放以來(lái)，我國(guó)建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展，尤其是近年來(lái)高層、超高 層建筑的增多，對(duì)施工升降機(jī)性能的要求也相應(yīng)的提高，各種新型施工升降機(jī)的研 制事在必行。隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外也開始出現(xiàn)了以原動(dòng)機(jī)(電機(jī)式內(nèi)燃機(jī)) 液壓(靜壓)為傳動(dòng)形式的液壓施工升降機(jī)。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)具有無(wú)級(jí)調(diào)速、起制動(dòng) 平穩(wěn)的特點(diǎn)，其運(yùn)行速度可高達(dá) 96mmin，當(dāng)使用內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力時(shí)就可不受電纜 的約束，因此可用于無(wú)電源地區(qū)和超高層建筑物施工和維修。國(guó)內(nèi)在液壓施工升降 機(jī)的研制方面不如國(guó)外的先進(jìn)，因此研制出應(yīng)用先進(jìn)控制技術(shù)的機(jī)、電、液一體化 的液壓施工升降機(jī)迫在眉睫。 現(xiàn)階段，施工升降機(jī)主要是通過(guò)電梯司機(jī)人工控制升降機(jī)運(yùn)行，不僅浪費(fèi)人力 資源，而且有諸多安全隱患。本課題的最終目的是研制出一臺(tái)高性能、高效率、低 成本的新型機(jī)、電、液一體化的液壓施工升降機(jī)，以彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)施工升降機(jī)市場(chǎng)的不 足。同時(shí)，為該施工升降機(jī)設(shè)計(jì)出一套符合規(guī)范要求、安全可靠、反應(yīng)靈敏的液壓 系統(tǒng)，為施工升降機(jī)的快速安全運(yùn)行提供保障。本文對(duì) PLC 技術(shù)應(yīng)用于施工升降機(jī) 進(jìn)行了探討，依據(jù)安裝在每個(gè)樓層的限位進(jìn)行反饋，完成自動(dòng)控制，同時(shí)記錄安全 限位的信息，大大提高施工升降機(jī)的安全可靠性，具有一定的工程創(chuàng)新意義，為進(jìn) 一步進(jìn)行控制系統(tǒng)的研究奠定了基礎(chǔ)。 2 第二章 液壓施工升降機(jī)控制系統(tǒng)的原理 2.1 液壓施工升降機(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(dòng)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(shí),可編程控制器 PLC 接收到來(lái)自觸摸屏的選層及上行控制指 令,PLC 輸出上行控制信號(hào)使上行電磁閥 YV1 帶電,電機(jī)啟動(dòng)接觸器 KMI 通電,啟動(dòng)變 量泵工作,油液進(jìn)入馬達(dá),帶動(dòng)曳引輪旋轉(zhuǎn),從而施工升降機(jī)吊籠起動(dòng)。 同時(shí)，PLC 按照理想加速曲線輸出相應(yīng)的加速曲線信號(hào)經(jīng) D/A 模塊后至比例放 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)而控制吊籠的啟動(dòng)運(yùn)行速度，當(dāng)速度達(dá)到最大值時(shí)，吊籠以速度最大值穩(wěn)定運(yùn)行。 在施工升降機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，PLC 接收井道裝置各處信號(hào)，數(shù)據(jù)處理后將樓層的當(dāng)前 位置、運(yùn)行監(jiān)控狀態(tài)等信息及時(shí)顯示，以便了解施工升降機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng) PLC 接 收到減速信號(hào)時(shí)，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，從而使吊籠運(yùn)行速度不斷下降。當(dāng)施 工升降機(jī)到站時(shí)，PLC 輸出控制信號(hào)使上行電磁閥 YV1 不帶電，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)接觸器 KM1 失電，液壓系統(tǒng)關(guān)閉，施工升降機(jī)停止運(yùn)行。 3 圖 2.1 升降機(jī)基本工作原理圖 2.2 液壓施工升降機(jī)的主要組成部分 升降機(jī)構(gòu)造:分鋼結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置: 由電動(dòng)機(jī)、泵、方向閥、馬達(dá)、配重、鋼絲繩等組成,泵帶動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn),通過(guò)鋼絲繩 使吊籠做上、下運(yùn)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(tái)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(yùn)行時(shí),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(shí),將吊籠制停。動(dòng)作時(shí), 其上安全開關(guān)斷開 電源,制動(dòng)器制動(dòng)。 3、安全鉗:使吊籠制動(dòng)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(shí),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(qiáng)。一般情況下,每個(gè)吊籠對(duì)應(yīng)的底架上裝有兩個(gè)圓錐卷彈簧,也有四個(gè) 圓柱螺旋彈簧,安裝的目的是緩沖吊籠和配件著地時(shí)的沖擊。 5。 、上、下限位器:為防止吊籠上，下超過(guò)需停位置時(shí),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(jì)規(guī)定 的最高極限或最低極限位置時(shí)能及時(shí)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(shí)動(dòng)作,吊籠繼續(xù)向上運(yùn)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(shí)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(dòng)運(yùn)行而造成人員墜 落和物料墜落,只有完全關(guān)閉時(shí)才能啟動(dòng)運(yùn)行。 9、急停開關(guān):操作者應(yīng)能及時(shí)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(yùn)行時(shí)處于常閉狀態(tài),只有在吊籠?？繒r(shí)才能由吊籠內(nèi)的人打開,樓 層內(nèi)的人員無(wú)法打開此門。 11、電磁制動(dòng)器:裝于電動(dòng)機(jī)軸上,一般采用直流電磁制動(dòng)器,啟動(dòng)時(shí)通電松閘,停層 后斷電制動(dòng)。 4 12、超載開關(guān):當(dāng)超載時(shí)吊籠底下超載開關(guān)動(dòng)作,吊籠不能啟動(dòng)運(yùn)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。 2.3 液壓施工升降機(jī)傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng) 2.3.1 升降機(jī)傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) (1) 所有控制功能及信號(hào)處理均由硬件實(shí)現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適 合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握。 (2) 系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無(wú)需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器。 (3) 大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價(jià)格較便宜。 (4) 多年來(lái)我國(guó)一直生產(chǎn)這類升降機(jī)，技術(shù)成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資 料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。 2.3.2 升降機(jī)傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題 (1) 系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)容易燒壞磨損，造成接觸不良，因 而故障率較高。 (2) 普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制 功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。 (3) 電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動(dòng)作速度比較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以 提高。 (4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動(dòng)作噪音大。 (5) 由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費(fèi)用高；而且檢查 故障困難，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。 升降機(jī)繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了升降機(jī)的可靠性和安全性，經(jīng)常 造成停梯，給乘用人員帶來(lái)不便和驚憂。且升降機(jī)一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會(huì)造 成升降機(jī)機(jī)械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。 2.4 液壓施工升降機(jī)新型 PLC 控制系統(tǒng) PLC 控制制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng)，設(shè)計(jì)和調(diào)試 周期較短等優(yōu)點(diǎn)，倍受人們重視等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在升降機(jī)控制系統(tǒng)中使用最多 的控制方式，目前也廣泛用十傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。 PLC 是一種專門從事邏輯控制的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于 PLC 具有性能穩(wěn)定、抗 干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)配置靈活等特點(diǎn)。因此在工業(yè)控制方面得到了廣泛應(yīng)用。自 80 年 代后期 PLC 引入我國(guó)升降機(jī)行業(yè)以來(lái)，由 PLC 組成的升降機(jī)控制系統(tǒng)被許多升降機(jī) 制造廠家普遍采用。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中， PLC 系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。 升降機(jī)控制系統(tǒng)分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。調(diào)速部分的性能對(duì)升降機(jī)運(yùn)行 是乘客的舒適感有著重要影響，而邏輯控制部分則是升降機(jī)安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。 為了改善升降機(jī)的舒適感和運(yùn)行的可靠性，現(xiàn)在都改為用 PLC 來(lái)控制升降機(jī)的運(yùn)行， 這樣大大提高了升降機(jī)的性能。 可編程控制器(Programmable Logic controller，簡(jiǎn)稱 PLC)是以微處理器為基 礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制器。它具有可靠性高、 適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的高溫、沖擊和振動(dòng)等惡劣環(huán)境的特點(diǎn)，已成為解決自動(dòng)控制問(wèn)題的 5 最有效工具，是當(dāng)前先進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化的二大支柱之一。 2.5 新型 PLC 控制升降機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 1、控制方式上看：電器控制硬接線，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能很 是困難；而 plc 軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。 2、工作方式上看：電器控制并行工作，而 plc 串行工作，不受制約。 3、控制速度上看：電器控制速度慢，觸點(diǎn)易抖動(dòng)；而 plc 通過(guò)半導(dǎo)體來(lái)控制， 速度很快，無(wú)觸點(diǎn)，顧而無(wú)抖動(dòng)一說(shuō)。 4、定時(shí)、記數(shù)看：電器控制定時(shí)精度不高，容易受環(huán)境溫度變化影響，且無(wú)記 數(shù)功能；plc 時(shí)鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬；有記數(shù)功能。 5、可靠、維護(hù)看：電器控制觸點(diǎn)多，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損和電弧燒傷，接線也多， 可靠、維護(hù)性能差；plc 無(wú)觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，且有自我診斷功能，對(duì)程序執(zhí)行的監(jiān)控 功能，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)方便。 2.6 變頻調(diào)速控制升降機(jī)的特點(diǎn) 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速 技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動(dòng)機(jī)交流變頻技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電，改善工藝流程以提高產(chǎn) 品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起 制動(dòng)平穩(wěn)性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn) 而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。 1.變頻調(diào)速升降機(jī)使用的是異步電動(dòng)機(jī)，比同容量的直流電動(dòng)機(jī)具有體積小、 占空間小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、可靠性高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。 2.變頻調(diào)速電源使用了先進(jìn)的 SPWM 技術(shù) SVPWM 技術(shù)，明顯改善了電梯運(yùn)行質(zhì)量 和性能;調(diào)速范圍寬、控制精度高，動(dòng)態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，已逐漸取代直 流電機(jī)調(diào)速。 3.變頻調(diào)速升降機(jī)使用先進(jìn)的 SPWM 和 SVPWM 技術(shù)，明顯改善了電動(dòng)機(jī)供電電源 的質(zhì)量，減少諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯。 2.7 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟 在升降機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中主要要考慮以下幾點(diǎn)： 1.深入了解和分析升降機(jī)的工藝條件和控制要求。 2.確定 I/O 設(shè)備。根據(jù)機(jī)械手控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、 輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出 設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈等。 3.根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)選擇合適的 PLC 類型。 4.分配 I/O 點(diǎn)，分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出 端子的接線圖。 5.設(shè)計(jì)升降機(jī)系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序， 這是整個(gè)升降機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。 6.將程序輸入 PLC 進(jìn)行軟件測(cè)試，查找錯(cuò)誤，使系統(tǒng)程序更加完善。 6 第三章 施工升降機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 液壓施工升降機(jī)控制系統(tǒng)的組成 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(hào)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(hào)的數(shù)據(jù)處理和輸出邏輯控制的問(wèn)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(yùn)行電路,只有滿足安全運(yùn)行條件,施工升降機(jī)才能運(yùn)行,否 則發(fā)生故障報(bào)警信號(hào),并讓 PLC 所有輸出點(diǎn)恢復(fù)安全輸出狀態(tài)。當(dāng)滿足安全運(yùn)行條件 時(shí),通過(guò)觸摸屏輸入呼層信號(hào)時(shí),系統(tǒng)進(jìn)行判斷識(shí)別,送出呼層顯示至觸摸屏顯示,系 統(tǒng)通過(guò)選層后調(diào)用加速曲線,通過(guò)模擬輸出模塊輸出速度信號(hào)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(yùn)行速度,使吊籠按預(yù)定曲線運(yùn)行。當(dāng)?shù)趸\到達(dá) 目的層時(shí),系統(tǒng)發(fā)出吊籠停車的信號(hào)、消層信號(hào),系統(tǒng)調(diào)用減速曲線,進(jìn)而使液壓電動(dòng) 機(jī)制動(dòng)，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(guò)串 口進(jìn)行通信來(lái)控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件,實(shí)現(xiàn)施工升降機(jī)的控制。 3.2 比例變量泵 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(jì)的，是CY14-1B型軸向柱塞泵中一種新的變量型 式，是靠外力空油壓來(lái)控制變量機(jī)構(gòu)，并利用輸入比例電磁鐵的電流大小來(lái)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(hào)。 BCY14-1B型變量泵的主要性能指標(biāo)為：滯環(huán)H15%,重復(fù)精度HR3%，非線性度 7 HLI5%。H12%，頻響f-3dB1.5MHz(160、250BCY泵)，f-3dB3MHz(25、63BCY 泵)。 圖3.2 BCY14一IB變量泵變量特性曲線及液壓原理符號(hào) 另外，比例變量泵可在輸入電流的作用下，對(duì)排量實(shí)現(xiàn)比例控制而不受負(fù)載的 干擾。該泵控制靈活、動(dòng)作靈敏、重復(fù)精度高、穩(wěn)定性好，能方便的實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng) 的遙控、自控、無(wú)級(jí)調(diào)速、跟蹤反饋同步和計(jì)算機(jī)控制，適用于工業(yè)自動(dòng)化的要求。 3.3 升降機(jī)速度運(yùn)行曲線設(shè)計(jì) 為了讓升降機(jī)在不同速度下平滑切換，保證升降機(jī)穩(wěn)定的運(yùn)行，本論文設(shè)計(jì)了 速度平滑曲線。系統(tǒng)通過(guò)選層后調(diào)用加速曲線,通過(guò)模擬輸出模塊輸出速度信號(hào)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(yùn)行速度,使吊籠按預(yù)定 曲線運(yùn)行。當(dāng)?shù)趸\到達(dá)目的層時(shí),系統(tǒng)發(fā)出吊籠停車的信號(hào)、消層信號(hào),系統(tǒng)調(diào)用減 速曲線,進(jìn)而使液壓電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，比例泵停轉(zhuǎn)。 （圖 3.3 為升降機(jī)速度運(yùn)行曲線） 8 圖 3.3 速度運(yùn)行曲線 3.4 PLC 選型及模塊介紹 3.4.1 PLC 的選型 目前，可編過(guò)程控制器的生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品型號(hào)、規(guī)格不可勝數(shù)，但主要分 為歐、日、美三大塊。在中國(guó)市場(chǎng)上，歐洲的代表是西門子公司，日本的代表是三 菱和歐姆龍公司，美國(guó)的代表是 AB 與 GE 公司。各大公司在中國(guó)均推出自己的從微 型到大型的系列化產(chǎn)品。 PLC 選型時(shí)具體考慮如下幾個(gè)方面要求:1、性能和任務(wù)的相適應(yīng) 2、I/0 點(diǎn)的估 算 3、用戶的存儲(chǔ)容量的估算 4、系統(tǒng)對(duì) 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(yàn)。 三菱公司是日本生產(chǎn) PLC 的主要廠家之一，在工業(yè)中應(yīng)用的較廣泛，因此這里 選擇了 FX2N 系列的 FX2N-48MR 作為系統(tǒng)的主控單元，幾乎所有的編程控制、數(shù)據(jù)處 理及通訊功能均由它來(lái)實(shí)現(xiàn)。它具有 24 個(gè)輸入點(diǎn)和 24 個(gè)輸出點(diǎn)，而系統(tǒng)只需 16 個(gè) 輸入點(diǎn)和 9 個(gè)輸出點(diǎn)，因此留有足夠的余量，以備將來(lái)改進(jìn)生產(chǎn)工藝擴(kuò)展用。 PLC 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下， 力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。在諸如:西門子、三菱、歐姆龍、美國(guó)通用電氣等眾多 PLC 中我們選擇了三菱 PLC。主要是從價(jià)格和可靠性的角度做出的選擇，另外三菱 PLC 在我國(guó)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(qiáng)大、組合靈活， 并且有各種點(diǎn)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(diǎn)數(shù)為 48，其中輸入點(diǎn)為 24，輸出點(diǎn)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(hào)， 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。 3.4.2 PLC 的功能模塊介紹 下面對(duì)所用的主單元 FX2N-48MR-001 及模擬量輸出模塊 FX2N-2DA 作一個(gè)簡(jiǎn)單介 紹： 1、 FX2N-48MR-001 是一臺(tái) PLC 它自帶 48 點(diǎn)數(shù)字 I/0,數(shù)字 I/0 點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展至 256 點(diǎn)。 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(hào)為 8 進(jìn)制編號(hào) Y 輸出繼電器 Y000-Y027 24 原件編號(hào)為 8 進(jìn)制編號(hào) M 輔助繼電器 M000-M8255 1528 通用型：M0-M499 斷電保護(hù)型：M500-M3071 9 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(hào)報(bào)警用：S900-S999 T 定時(shí)器 T0-T255 256 100ms 型：T0-T999 10ms 型：T200-T245 1ms 型：T246-T249 100ms 積算型：T250-T255 C 計(jì)算器 C0-C234 235 16 位遞加計(jì)算器：普通型 C0-C99 斷電保持型 C100-C199 32 位雙向計(jì)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(shí)器中斷用：16-18 計(jì)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(gè)寄存器盒可擴(kuò)充到 16000 步 RAM 或 EEPROM。運(yùn)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(qiáng)的通訊功能,方便通訊實(shí)現(xiàn)。該機(jī)中內(nèi)建有兩個(gè)通 訊口 COM1 和 COM2。其中,COM1 為 RS422 通訊口(可以變更為 RS232)可用來(lái)簡(jiǎn)介程序 書寫器、監(jiān)控器和個(gè)人電腦。這樣,在個(gè)人電腦上安裝好 PLC 編程軟件 GX DeVeloper 后便可直接在個(gè)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(guò)通訊指令便可以對(duì)這些裝 置進(jìn)行訪問(wèn),兩個(gè)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(diǎn)模擬量輸出的電壓輸出 或電流輸出。兩個(gè)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(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間 為 2.5ms。要求的電源電壓為 24VDC,由 PLC 提供。PLC 主機(jī)通過(guò)程序指令 FROM/T0 10 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(xiàng)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 2k- 1M） 4mA-20mA（外部負(fù)載電阻 不超過(guò) 500） 數(shù)字輸入 12 位 分辨率 2.5mV（10V/4000）1.25mV(5V/4000) 4A4mA-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(méi)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(diǎn)數(shù) 占用 8 個(gè) I/0 點(diǎn)（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(guò)雙絞線把信號(hào)輸出, 輸出電壓信號(hào)時(shí),則將雙絞線接到通道的 V、COM1 或 COM2 端。為了計(jì)算方便,將最大 模擬量輸出 DC10V 所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量設(shè)定為 4000。對(duì)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(gè)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(dòng)信號(hào)(bit0 為通道 2 選擇與啟動(dòng),bit0 的下降沿啟動(dòng) 通道 2 的轉(zhuǎn)換；bitl 為通道 1 選擇與啟動(dòng),bitl 的下降沿啟動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)暫存)。 3.5 控制電路設(shè)計(jì) 3.5.1 安全運(yùn)行電路設(shè)計(jì) 在施工升降機(jī)上、下運(yùn)行時(shí)，抱閘應(yīng)打開，其線圈應(yīng)通電。施工升降機(jī)停止運(yùn) 行時(shí)，抱閘應(yīng)抱死，其線圈應(yīng)通電。本系統(tǒng)是電動(dòng)機(jī)控制泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，而 KM1 是控制 電動(dòng)機(jī)啟停線圈，故可用 KM1 來(lái)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 KA1，實(shí)現(xiàn)樓層門全部開關(guān)關(guān) 11 閉正常后施工升降機(jī)才能運(yùn)行的控制。 將安全窗開關(guān) SQ1、安全鉗開關(guān) SQ2、限速器開關(guān) SQ8、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(diǎn) FR 串聯(lián)在 一起，構(gòu)成安全回路，控制安全運(yùn)行繼電器 KA2，只有當(dāng) KA2 吸合時(shí)，才允許 PLC 處于運(yùn)行狀態(tài)。因此，在 PLC 程序中只要檢測(cè) KA1、KA2 的通斷便可保證 PLC 處于運(yùn) 行狀態(tài)。這樣可以節(jié)省 PLC 的輸出口，又可以實(shí)現(xiàn)在多種緊急情況下的立即停車。 圖 3.4 為施工升降機(jī)的抱閘、門鎖及安全運(yùn)行電路。圖 3.5 為施工升降機(jī)平層感應(yīng) 器開關(guān)位置。由上、下平層感應(yīng)器開關(guān)識(shí)別樓層位置信號(hào)和產(chǎn)生停車信號(hào)，在產(chǎn)生 停車信號(hào)后由平層感應(yīng)開關(guān)生成制動(dòng)信號(hào)。 圖 3.4 升降機(jī)的運(yùn)行電路 圖 3.5 升降機(jī)的平層感應(yīng)器開關(guān)位置 3.5.2 系統(tǒng)回電路設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)控制要求,主電路只要一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)用以驅(qū)動(dòng)變量泵,并且該電 12 動(dòng)機(jī)只需單方向旋轉(zhuǎn),因此可用一個(gè)接觸器 KM1 進(jìn)行控制。為了限制起動(dòng)電流,減小 其起動(dòng)時(shí)對(duì)電源電壓的沖擊,三相異步電動(dòng)機(jī)采用星形-三角形降壓起動(dòng)方式。采用 電磁抱閘斷電制動(dòng),接觸器 KM1 斷電釋放時(shí),電磁抱閘線圈 YB 使閘瓦制動(dòng)器緊緊地抱 住與電動(dòng)機(jī)同軸的制動(dòng)輪,于是電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)；當(dāng)接觸器 KM1 得電吸合并自鎖時(shí), 其主觸點(diǎn)閉合,電磁抱閘線圈也得電,使抱閘的閘瓦與閘輪分開,電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。電 動(dòng)機(jī)采用帶斷相保護(hù)的熱繼電器 FR 做過(guò)載保護(hù):當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí),熱繼電器 FR 常閉 觸點(diǎn)串接在安全運(yùn)行電路中；短路保護(hù):短路時(shí),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(guò)載、短路、失壓、欠壓故障時(shí),具有 欠電壓保護(hù)功能的斷路器 QF 能自動(dòng)分?jǐn)喙收下肪€。控制變壓器 T1、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(yùn)行電路中的動(dòng)斷觸點(diǎn) SB1、SB2 斷開,安 全運(yùn)行繼電器 KA2 斷開,PLC 電源斷開；3、觸點(diǎn) SB1、SB2 閉合時(shí),使 KM4 得電吸合 并自鎖,限流電阻 R 通過(guò) 6 倍 FU 熔體額定電流,FU 立即熔斷,電動(dòng)機(jī)失電停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 另外,PLC 供電電源-22OV、比例放大器電源 24V、安全運(yùn)行電路電源-11OV、電磁換 向閥電源-22OV 均由電網(wǎng)獲得。圖 3.6 為升降機(jī)控制系統(tǒng)主回路圖。 圖 3.6 控制系統(tǒng)主回路 3.5.3 輸入輸出回路設(shè)計(jì) 將觸摸屏及施工升降機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的各種輸入信號(hào),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(yùn)行的各種執(zhí)行元件及指示施工升降機(jī)運(yùn)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 3.7 所示。 13 14 圖 3.7 升降機(jī) PLC 控制 I/0 圖 3.5.4 PLC 的 I/O 存儲(chǔ)地址分配及部分輔助繼電器功能分配表 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 I/O分配表 輸入 元件符號(hào) 名稱及作用 輸出 元件符號(hào) 名稱及作用 X0 KA2 安全運(yùn)行繼電器 Y0 YV1 上行電磁閥線圈 X1 KA1 門鎖繼電器 Y1 YV2 下行電磁閥線圈 X2 SA1 基站開關(guān) Y2 HL1 電源指示燈 X3 SQ10 開門到位開關(guān) Y3 HL2 超載報(bào)警指示燈 X4 SQ11 關(guān)門到位開關(guān) Y11 KM4 電磁抱閘接觸器 X5 SQ3 上限位開關(guān) Y5 KM1 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)主接觸器 X6 SQ4 下限位開關(guān) Y6 KM2 Y型接觸器 X7 SQ5 上極位開關(guān) Y7 KM3 型接觸器 X10 SQ6 下極位開關(guān) Y10 HL4 吊籠開門到位指示 X11 1KR 上減速/下平層感 應(yīng)器開關(guān) X12 2KR 下減速/上平層感 應(yīng)器開關(guān) X13 SQ44 超載開關(guān) X14 SB3 液壓接通 X15 SB4 液壓斷開 X16 QF FR 電動(dòng)機(jī)斷路器 熱繼電器 X17 SB1、SB2 急停開關(guān) X20 3KR 平層感應(yīng)器開關(guān) 表3.8 部分輔助繼電器功能分配表 元件符號(hào) 名稱及作用 元件符號(hào) 名稱及作用 M301M310 選層信號(hào) M200 電機(jī)啟動(dòng)信號(hào) M1012 觸摸屏啟動(dòng)/停車信號(hào) M103 停車信號(hào) M100M102 上下行、停車信號(hào) M106 制動(dòng)信號(hào) 15 第四章 施工升降機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 4.1 PLC 系統(tǒng)軟件及運(yùn)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(duì)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(guò)程對(duì)我們繪制更合理的用戶程序有很好的幫助。下面將簡(jiǎn)要介紹這種工 作方式,然后探討以下在編制程序時(shí)的相應(yīng)的注意事項(xiàng)。PLC 的掃描工作方式主要包 括以下幾個(gè)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(bào)警故障及報(bào)警性質(zhì)。若為一般故障,PLC 報(bào)警,但不停機(jī)；若為嚴(yán)重故障,則 停止運(yùn)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(hào)。PLC 的輸入是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 信號(hào)經(jīng)過(guò)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(shí)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(diǎn)的狀態(tài),因次輸入映像寄存器的只有在采樣時(shí)才會(huì)與輸入信號(hào)一 致,其他時(shí)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(hào)。PLC 接受輸入 后執(zhí)行用戶程序,將運(yùn)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(yùn)算結(jié)果送至輸出鎖存器,再通過(guò)輸出驅(qū)動(dòng)電路送到輸出端子 驅(qū)動(dòng)負(fù)載。與輸入相類似,只有在輸出刷新時(shí)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(lái)說(shuō) PLC 掃描周期很短(依賴于程序長(zhǎng)短和掃描速度),每次 I/O 刷新時(shí) 間間隔很小,所以可以認(rèn)為其輸入輸出是及時(shí)的。 3、用戶程序的執(zhí)行。用戶程序執(zhí)行時(shí),按順序從零步開始逐步執(zhí)行直至程序結(jié) 束。執(zhí)行時(shí)有監(jiān)視定時(shí)器進(jìn)行監(jiān)視,當(dāng)掃描出現(xiàn)異常而超時(shí)時(shí),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(qǐng)求,PLC 就進(jìn)入 中斷服務(wù)程序。否則 PLC 自動(dòng)進(jìn)行循環(huán)掃描。 上述便是 PLC 的工作過(guò)程。1、從其工作過(guò)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(zhǎng),滯后越嚴(yán)重；3、掃描周期除了用戶程序執(zhí)行 時(shí)間還包括 PLC 自檢時(shí)間和中斷服務(wù)時(shí)間；4、程序合理設(shè)計(jì)可以很好降低輸入輸出 的滯后時(shí)間。在 PLC 應(yīng)用程序編制時(shí),不僅要盡量使用最少的語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)相同的功能, 還要力求程序結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句順序的合理性。 4.2 編程工具軟件和編程語(yǔ)言 PLC 有多種編程語(yǔ)言:梯形圖、助記符語(yǔ)言、邏輯功能圖、布爾代數(shù)語(yǔ)言和某些 16 高級(jí)語(yǔ)言(如 BasicC 語(yǔ)言等)。由于梯形圖是沿用電氣控制電路的符號(hào)所組合而成 的圖形語(yǔ)言,具有易學(xué)易用、簡(jiǎn)單明了、直觀的特點(diǎn)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(yǔ)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(méi)有適合于各個(gè)廠家 PLC 的編程工具軟件?，F(xiàn)在世界上各個(gè) 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(lái)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(shí) 使用的是該公司的編程軟件 GX Developer8.86,該軟件支持三種編程語(yǔ)言輸入即:梯 形圖語(yǔ)言，指令語(yǔ)言，順序功能圖,而且這三種語(yǔ)言還可以通過(guò)編譯進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。 4.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本文的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)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(jì)開發(fā)；二是觸摸屏顯示監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)開發(fā)。其中 PLC 程序包括信號(hào) 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(yùn)行狀態(tài),在安 全運(yùn)行狀態(tài)下才進(jìn)入施工升降機(jī)信號(hào)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(shí)現(xiàn)的控制功 能有:層樓位置信號(hào)的產(chǎn)生與消除；選層指令信號(hào)的產(chǎn)生與清除、顯示；停層信號(hào)的 產(chǎn)生與消除；停車制動(dòng)；加速曲線產(chǎn)生；減速曲線產(chǎn)生。圖 4.1 為程序流程圖。 17 圖 4.1 系統(tǒng)程序流程圖 4.3.1 樓層位置信號(hào)記錄 當(dāng)施工升降機(jī)位于某一層時(shí),應(yīng)產(chǎn)生位于該層的信號(hào),以控制觸摸屏顯示層樓所 處的位置,離開該層時(shí),該樓層信號(hào)應(yīng)被新的樓層信號(hào)(上一層或下一層)所取代。 D200 為施工升降機(jī)當(dāng)前所在的樓層數(shù),通過(guò)觸摸屏顯示出來(lái)。 X5 是上限位開關(guān),裝 開始 有無(wú)故障 呼層 停層信號(hào) 減速 速度達(dá)到最 大值運(yùn)行 加速 液壓系統(tǒng) 關(guān)閉 速度達(dá)到 最小值運(yùn) 行 制動(dòng)信號(hào) 速度是否 最小 速度是否 最大 電磁抱閘制動(dòng) Y-降壓?jiǎn)?dòng) 讀取升降機(jī)樓 層位置 有 無(wú) 有 有 有 無(wú) 無(wú) 無(wú) 無(wú) 是 是 否 18 在 30 樓,當(dāng)施工升降機(jī)運(yùn)行到 30 樓時(shí),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(yùn)行到 1 樓時(shí),使 D200 為 1。在中間的某些樓層中,施工升降機(jī)上行時(shí),每 上一層時(shí),D200 加 1；當(dāng)下行時(shí),每下一層,D200 減 1。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。其梯形圖如圖 4.2 所示。 圖 4.2 層樓位置信號(hào)記錄 19 4.3.2 選層信號(hào)記錄與顯示 操作人員通過(guò)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(hào) M301-M330 通過(guò)觸摸屏置位后發(fā)送給 PLC 登記,并存儲(chǔ)于 D201,同時(shí)觸摸屏選層數(shù) 顯示發(fā)亮。當(dāng)施工升降機(jī)到達(dá)所選的樓層后,停層信號(hào)應(yīng)被消除,觸摸屏選層數(shù)也應(yīng) 熄滅。其梯形圖如圖 4.3 所示。 20 21 圖 4.3 選層指令信號(hào)記錄梯形圖 4.3.3 停車信號(hào)的發(fā)生與消除 施工升降機(jī)在停車制動(dòng)之前,應(yīng)首先確定其停車信號(hào),即確定要停靠的樓層,每一 層產(chǎn)生一個(gè)停層輔助信號(hào)。1 樓停層的條件是施工升降機(jī)下行到 1 樓,30 樓的停層條 件是施工.升降機(jī)上行到 30 樓;中間層產(chǎn)生的條件是登記選層信號(hào)時(shí)并且施工升降機(jī) 到達(dá)該層。當(dāng)施工升降機(jī)減速時(shí)間達(dá)到 1S 后,停車信號(hào)應(yīng)該被取消。其部分梯形圖 如圖 4.4 所示。 22 圖 4.4 停層信號(hào)的產(chǎn)生和消除環(huán)節(jié)程序梯形圖 4.3.4 制動(dòng)信號(hào)的生成 施工升降機(jī)在與上、下平層感應(yīng)器配合,停車信號(hào)產(chǎn)生后,進(jìn)行停車制動(dòng)。停車 制動(dòng)之前,應(yīng)先產(chǎn)生停層信號(hào),然后由平層感應(yīng)器開關(guān) X20 實(shí)現(xiàn)停車制動(dòng)。為解決施 工升降機(jī)進(jìn)入平層區(qū)間后才出現(xiàn)的停車信號(hào)致使施工升降機(jī)過(guò)急停車的問(wèn)題,在上、 下平層感應(yīng)器產(chǎn)生停車信號(hào)后執(zhí)行平緩減速程序，直到以最小速度運(yùn)行。當(dāng)平層感 應(yīng)器開關(guān) X20 閉合時(shí)產(chǎn)生停車制動(dòng)信號(hào)。其程序梯形圖如圖 4.5 所示。 圖 4.5 制動(dòng)信號(hào)的生成程序梯形圖 施工升降機(jī)上行時(shí),先接通上行減速信號(hào) X11,若施工升降機(jī)到達(dá)該選層信號(hào)所在 層時(shí),施工升降機(jī)開始減速,當(dāng)達(dá)到平層信號(hào) X20 接通時(shí),施工升降機(jī)制動(dòng)。T6 是減 速時(shí)間。施工升降機(jī)下行時(shí),先接通下行減速信號(hào) X12, 若施工升降機(jī)到達(dá)該選層信 號(hào)所在層時(shí), 當(dāng)達(dá)到平層信號(hào) X20 接通時(shí)，施工升降機(jī)停止。 23 4.3.5 施工升降機(jī)減速曲線的實(shí)現(xiàn) 施工升降機(jī)在停車信號(hào)產(chǎn)生后,通過(guò) PLC 的 DA 模塊控制速度，執(zhí)行平緩減速控 制，減速到最小值后以最小速度穩(wěn)定運(yùn)行。直到制動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生后，升降機(jī)執(zhí)行電磁 抱閘制動(dòng)迅速停車。其程序梯形圖如圖 4.6 所示。 24 圖 4.6 減速停車程序梯形圖 4.3.6 施工升降機(jī)加速啟動(dòng)曲線的實(shí)現(xiàn) 施工升降機(jī)啟動(dòng)的條件是吊籠門己關(guān)好，安全開關(guān)常閉觸點(diǎn)閉合。若施工升降機(jī) 沒(méi)有到達(dá)該選層信號(hào)所在層時(shí),會(huì)產(chǎn)生上行信號(hào)或下行信號(hào)。施工升降機(jī)在上行或下 行的開始階段,施工升降機(jī)實(shí)現(xiàn) Y- 減壓?jiǎn)?dòng)控制,之后由 PLC 的 DA 模塊實(shí)現(xiàn)平緩 加速啟動(dòng)，直到速度達(dá)到最大值穩(wěn)定運(yùn)行。其程序梯形圖如圖 4.7 所示。 25 26 圖 4.7 加速啟動(dòng)程序梯形圖 27 第五章 控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) 5.1 電磁干擾類型和影響 影響 PLC 控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣,大都產(chǎn)生在 電流或電壓劇烈變化的部位, 這些電荷劇烈移動(dòng)的部位就是干噪聲干擾模式和噪聲 波形性質(zhì)來(lái)按噪聲產(chǎn)生的原因不同,分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按 噪聲的波形、性質(zhì)不同,可分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按噪聲干擾模式不同,分為 共模干擾和差模干擾。 共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。共模干擾是信號(hào)對(duì)地的電位差,主 要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)(同方向)電壓迭加 所形成。共模電壓有時(shí)較大,特別是采用隔離性能差的配電器供電時(shí),變送器輸出信 號(hào)的共模電壓普遍較高,有的可高達(dá) 130V 以上。共模電壓通過(guò)不對(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成 差模電壓,影響測(cè)控信號(hào),造成元器件損壞(這就是一些系統(tǒng) I/0 模件損壞率較高的主 要原因),這種共模干擾可為直流、亦可為交流。差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的 干擾電壓,主要由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)間禍合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成 的,這種干擾疊加在信號(hào)上,直接影響測(cè)量與控制精度。 5.2 PLC 系統(tǒng)干擾來(lái)源 1、來(lái)自空間的輻射干擾 空間輻射電磁場(chǎng)(EMI)主要是由電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備的暫態(tài)過(guò)程、雷電、無(wú)線電 廣播、電視、雷達(dá)、高頻感應(yīng)加熱設(shè)備等產(chǎn)生的,通常稱為輻射干擾,其分布極為復(fù) 雜。若 PLC 系統(tǒng)置于其射頻場(chǎng)內(nèi),就會(huì)受到輻射干擾,其影響主要通過(guò)兩條路徑:一是 直接對(duì) PLC 內(nèi)部的輻射,由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾;二是對(duì) PLC 通信網(wǎng)絡(luò)的輻射,由通信線 路感應(yīng)引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)大小特別是頻率 有關(guān),一般通過(guò)設(shè)置屏蔽電纜和 PLC 局部屏蔽及高壓泄放元件進(jìn)行保護(hù)。 2、來(lái)自系統(tǒng)外引線的干擾 第一類是來(lái)自電源的干擾。PLC 系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電,由于電網(wǎng)覆 蓋范圍廣,它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電流,尤其是電網(wǎng)內(nèi)部 的變化、開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短 路暫態(tài)沖擊等,都通過(guò)輸電線路傳到電源原邊。PLC 電源通常采用隔離電源,但因其 機(jī)構(gòu)及制造工藝等因素使其隔離性并不理想。實(shí)際上,由于分布參數(shù)特別是分布電容 的存在,絕對(duì)隔離是不可能的。 第二類是來(lái)自信號(hào)線引入的干擾。與 PLC 控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線,除了 傳輸有效的各類信息之外,總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑:一是 通過(guò)變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾;二是信號(hào)線受空間 電磁輻射感應(yīng)的干擾,即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾,這種往往非常嚴(yán)重。由信號(hào)引入 的干擾會(huì)引起 I/0 信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低,嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對(duì) 于隔離性能差的系統(tǒng),還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾,引起共地系統(tǒng)總線回流,造成邏輯數(shù) 28 據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。PLC 控制系統(tǒng)因信號(hào)引入干擾造成 I/0 模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴(yán)重, 由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。 第三類是來(lái)自接地系統(tǒng)混亂的干擾。接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有 效手段之一,正確的接地既能抑制電磁干擾的影響,又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯(cuò) 誤的接地反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào),使 PLC 系統(tǒng)無(wú)法正常工作。PLC 控制系統(tǒng)的地 線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等,接地系統(tǒng)混亂對(duì) PLC 系統(tǒng)的干擾主要是 各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均,不同接地點(diǎn)間存在地電位差,引起地環(huán)路電流,影響系統(tǒng)正 常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地,如果電纜屏蔽層兩端 A、B 都接地,就存在地 電位差,有電流流過(guò)屏蔽層。當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí),地線電流將更大。 此外,屏蔽層、接地線和大地可能構(gòu)成閉合環(huán)路,在變化磁場(chǎng)的作用下,屏蔽層內(nèi) 會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流,通過(guò)屏蔽層與芯線之間的藕合,干擾信號(hào)回路。若系統(tǒng)地與其它接 地處理混亂,所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布,影響 PLC 內(nèi)邏輯電 路和模擬電路的正常工作PLC 工作的邏輯電壓干擾容限較低,邏輯地電位的分布干 擾容易影響 PLC 的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯,造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電 位的分布將導(dǎo)致測(cè)量精度下降,引起對(duì)信號(hào)測(cè)控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。 5.3 抗干擾措施 5.3.1 控制電源系統(tǒng)引發(fā)的干擾 采用性能優(yōu)良的電源,抑制電網(wǎng)引入的干擾。在 PLC 控制系統(tǒng)中,電源占有極重 要的地位。電網(wǎng)干擾串入 PLC 控制系統(tǒng)主要通過(guò) PLC 系統(tǒng)的供電電源(如 CPU 電源、 I