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1、 PLC控制運輸升降機的設(shè)計 摘 要 在工廠中經(jīng)常看見一些升降機械，這些升降機械很多由工頻電機直接帶動運行，電氣控制部分一般都很簡單，多數(shù)采用人工手動控制或采用繼電器控制方式。這些升降機械存在一些明顯的問題，如啟動停止和運行不平穩(wěn)，升降運動過程動作不可靠，自動化程度不高，故障率較高，設(shè)備能耗高，無法應(yīng)急運行，存在安全隱患等等。基于這些問題使得這些升降機械很難在工廠生產(chǎn)中發(fā)揮高效率的作用，同時也使得國內(nèi)這些生產(chǎn)的升降機械無法與

2、進口的自動化生產(chǎn)線配套使用，也無法根據(jù)實際的生產(chǎn)需要轉(zhuǎn)換和調(diào)整升降機械的動作方式和工作順序。隨著變頻技術(shù)和PLC控制技術(shù)的發(fā)展，工廠中的自動化生產(chǎn)線也越來越多，由于一些行業(yè)的生產(chǎn)工藝的要求或是由于生產(chǎn)車間和場地的特殊情況，要求一些生產(chǎn)線需要配置相應(yīng)的物件提升裝置。 關(guān)鍵詞：運輸升降機；PLC；自動控制 ABSTRACT In the factory often see a number of lifting machinery, the lifting of the machinery by the power of

3、 a lot of direct drive operation, electrical control parts are generally very simple, the majority of manual control or the use of relay control mode. There are some obvious problems in the lifting machinery, such as the starting and running of the instability, the movement of the lifting movement i

4、s not reliable, the degree of automation is not high, the high failure rate, high energy consumption, can not run, there are security risks and so on. Based on these problems, it is difficult to play an effective role in the production of machinery, but also makes the domestic production of the lift

5、ing machine can not be used with imported automatic production line, it can not be used in accordance with the actual production needs to transform and adjust the lifting mechanism and operation sequence. With the development of frequency conversion technology and PLC control technology, automatic p

6、roduction line in the factory is also more and more, because of the requirements of some industries or the special circumstances of production workshop and site, some production lines need to configure the corresponding object lifting device. KEY WORDS: Transport lift ；PLC；Auto-Control

7、 目 錄 第一章 引言……………………………………………………………………1 1.1 可編程序控制器的特點及應(yīng)用 ……………………………………1 1.2 如何選購PLC產(chǎn)品 …………………………………………………3 1.3 輸入回路的選擇特點…………………………………………………4 1.4 輸出回路的選擇特點…………………………………………………4 1.5 軟件編制………………………………………………………………6 1.6 優(yōu)化選擇………………………………………………………………6 第二章 運輸升降機系統(tǒng)概述

8、…………………………………………………8 2.1 運輸升降機機械系統(tǒng)的組成…………………………………………8 2.2 運輸升降機的自動控制系統(tǒng)的組成…………………………………8 2.3 運輸升降機的工作原理和控制要求…………………………………8 2.4 運輸升降機的電機驅(qū)動系統(tǒng)的組成………………………………… 2.5 運輸升降機自動化控制系統(tǒng)的組成…………………………………1 第三章 運輸升降機的總體整合設(shè)計…………………………………………3 3.1 系統(tǒng)選型………………………………………………………………3 3.2 主要元器件的介紹……………………………………

9、………………3 3.3 程序運行過程分析……………………………………………………4 第四章 運輸升降機的設(shè)計結(jié)論………………………………………………4 致謝………………………………………………………………………………5 參考文獻…………………………………………………………………………5 第一章 引言 通過本次簡單設(shè)計過程，可以了解到在現(xiàn)實生產(chǎn)中的基本控制思想。認識到若要達到所設(shè)計的目的，不僅要做到知識的嚴謹，還要綜合考慮所可能遇到的各種情況以及所處的環(huán)境。在運行的過程中，由于環(huán)境的不同可能得到不同的結(jié)果。因此，在現(xiàn)實生產(chǎn)過程中，要全面

10、考慮設(shè)計所要達到的目的，最重要的還要將環(huán)境與所設(shè)計結(jié)合起來，才能可能達到設(shè)計的目的。 1．1 可編程序控制器的特點及應(yīng)用 1. PLC的應(yīng)用 早期的可編程序控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有可靠性高、功能強、應(yīng)用靈活、編程簡單、使用方便等一系列優(yōu)點，以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動控制目標實現(xiàn)性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一

11、臺可編程控制器。早期的可編程控制器由分離元件和中小規(guī)模集成電路組成，主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。70年代初期，體積小、功能強和價格便宜的微處理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增強。在機械系統(tǒng)方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊和各種特殊功能模塊。在軟件方面，PLC采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語言，除了保持原有的邏輯運算等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。進入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進一步提

12、高PLC的處理速度，各制造廠商還研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片，大大提高了PLC軟、機械系統(tǒng)功能。 2. PLC的特點 在發(fā)達工業(yè)國家，PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。據(jù)“美國市場信息”的世界PLC以及軟件市場報告稱，1995年全球PLC及其軟件的市場經(jīng)濟規(guī)模約50億美元[5]。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能得到大大的增強，具有以下特點： (1)可靠性高。PLC的高可靠性得益于軟、機械系統(tǒng)上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。 (2)具有豐富的I/O接口模塊。PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。另外為了提高操作性

13、能，它還有多種人機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。 (3)采用模塊化結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 (4)編程簡單易學(xué)。PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 (5)安裝簡單，維修方便。PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。各種模塊上均有運行和故

14、障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行。 在設(shè)計過程中要注意的一些細節(jié)： 1．2 如何選購PLC產(chǎn)品 1、系統(tǒng)規(guī)模首先應(yīng)確定系統(tǒng)用PLC單機控制，還是用PLC形成網(wǎng)絡(luò)，由此計算PLC輸入、輸出點。數(shù)，并且在選購PLC時要在實際需要點數(shù)的基礎(chǔ)上留有一定余量（10%）。 2、確定負載類型根據(jù)PLC輸出端所帶的負載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出。不同的負載選用不同的輸出方式，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是很重要的

15、。 3、存儲容量與速度盡管國外各廠家的PLC產(chǎn)品大體相同，但也有一定的區(qū)別。目前還未發(fā)現(xiàn)各公司之間完全兼容的產(chǎn)品。各個公司的開發(fā)軟件都不相同，而用戶程序的存儲容量和指令的執(zhí)行速度是兩個重要指標。一般存儲容量越大、速度越快的PLC價格就越高，但應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的大小合理選用PLC產(chǎn)品。 4、編程器的選購PLC編程可采用三種方式： （1）是用一般的手持編程器編程，它只能用商家規(guī)定語句表中的語句編程。這種方式效率低，但對于系統(tǒng)容量小，用量小的產(chǎn)品比較適宜，并且體積小，易于現(xiàn)場調(diào)試，造價也較低。 （2）是用圖形編程器編程，該編程器采用梯形圖編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內(nèi)就可應(yīng)用自如，但該

16、編程器價格較高。 （3）是用IBM個人計算機加PLC軟件包編程，這種方式是效率最高的一種方式，但大部分公司的PLC開發(fā)軟件包價格昂貴，并且該方式不易于現(xiàn)場調(diào)試。 因此，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的大小與難易，開發(fā)周期的長短以及資金的情況合理選購PLC產(chǎn)品。 5、盡量選用大公司的產(chǎn)品其質(zhì)量有保障，且技術(shù)支持好，一般售后服務(wù)也較好，還有利于你的產(chǎn)品擴展與軟件升級 1．3 輸入回路的選擇特點 1、電源回路 PLC供電電源一般為 AC85—240V（也有DC24V），適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1：1隔離變壓器等）。 2、PLC上DC24V電源的使用各公司 PLC產(chǎn)品

17、上一般都有DC24V電源，但該電源容量小，為幾十毫安至幾百毫安，用其帶負載時要注意容量，同時作好防短路措施（因為該電源的過載或短路都將影響PLC的運行）。 3、外部DC24V電源 若輸入回路有 DC24V供電的接近開關(guān)、光電開關(guān)等，而PLC上DC24V電源容量不夠時，要從外部提供DC24V電源；但該電源的“—”端不要與 PLC的 DC24V的“—”端以及“COM”端相連，否則會影響PLC的運行。 4、輸入的靈敏度各廠家對PLC的輸人端電壓和電流都有規(guī)定，如日本三菱公司F7n系列PLC的輸入值為：DC24V、7mA，啟動電流為4．5mA，關(guān)斷電流小于1．5mA，因此，當(dāng)輸入回路串有二極管或電

18、阻（不能完全啟動），或者有并聯(lián)電阻或有漏電流時（不能完全切斷），就會有誤動作，靈敏度下降，對此應(yīng)采取措施。另一方面，當(dāng)輸入器件的輸入電流大于PLC的最大輸入電流時，也會引起誤動作，應(yīng)采用弱電流的輸入器件，并且選用輸人為共漏型輸入的 PLC，Bp輸入元件的公共點電位相對為負，電流是流出 PLC的輸入端。 1．4 輸出回路的選擇特點 1、各種輸出方式之間的的比較 （1）繼電器輸出： 優(yōu)點是不同公共點之間可帶不同的交、直流負載，且電壓也可不同，帶負載電流可達2A／點；但繼電器輸出方式不適用于高頻動作的負載，這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶負載電流的增加而減少，一般在幾十萬次至Jl百

19、萬次之間，有的公司產(chǎn)品可達1000萬次以上，響應(yīng)時間為10ms。 （2）晶閘管輸出： 帶負載能力為0.2A/點，只能帶交交流負載，可適應(yīng)高頻動作，響應(yīng)時間為1ms。 （3）晶體管輸出： 最大優(yōu)點是適應(yīng)于高頻動作，響應(yīng)時間短，一般為0.2ms左右，但它只能帶 DC 5—30V的負載，最大輸出負載電流為0．5A/點，但每4點不得大于0.8A。 當(dāng)你的系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6次以下時，應(yīng)首選繼電器輸出，因其電路設(shè)計簡單，抗干擾和帶負載能力強。當(dāng)頻率為10次／min以下時，既可采用繼電器輸出方式；也可采用PLC輸出驅(qū)動達林頓三極管（5—10A），再驅(qū)動負載，可大大減小。 2、抗干

20、擾與外部互鎖當(dāng) PLC輸出帶感性負載，負載斷電時會對PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護PLC。當(dāng)兩個物理量的輸出在PLC內(nèi)部已進行軟件互鎖后，在PLC的外部也應(yīng)進行互鎖，以加強系統(tǒng)的可靠性。 3、“GOM“點的選擇不同的 PLC產(chǎn)品，其“COM”點的數(shù)量是不一樣的，有的一個“COM”點帶8個輸出點，有的帶4個輸出點，也有帶2個或1個輸出點的。當(dāng)負載的種類多，且電流大時，采用一個“COM”點帶1—2個輸出點的 PLC產(chǎn)品；當(dāng)負載數(shù)量多而種類少時，采用一個“COM”點帶4—8個輸出點的PLC產(chǎn)品。這樣會對電路

21、設(shè)計帶來很多方便，每個“COM”點處加一熔絲，1—2個輸出時加2A的熔絲，4—8點輸出的加5—10A的熔絲，因 PLC內(nèi)部一般沒有熔絲。 4、PLC外部驅(qū)動電路對于 PLC輸出不能直接帶動負載的情況下，必須在外部采用驅(qū)動電路：可以用三極管驅(qū)，也可以用固態(tài)繼電器或晶閘管電路驅(qū)動，同時應(yīng)采用保護電路和浪涌吸收電路，且每路有顯示二極管（LED）指示。印制板應(yīng)做成插拔式，易于維修。 5、PLC的輸入輸出布線也有一定的要求，請看各公司的使用說明書。 1．5 軟件編制 在編制軟件前，應(yīng)首先熟悉所選用的 PLC產(chǎn)品的軟件說明書，待熟練后再編程。若用圖形編程器或軟件包編程，則可直接編程，若用手持

22、編程器編程，應(yīng)先畫出梯形圖，然后編程，這樣可少出錯，速度也快。編程結(jié)束后先空調(diào)程序，待各個動作正常后，再在設(shè)備上調(diào)試。 1．6 優(yōu)化選擇 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機的起停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，工業(yè)現(xiàn)場中的這些自動控制問題，若采用可編程序控制器（PLC）來解決自動控制問題已成為最有效的工具之一，目前市場上的PLC產(chǎn)品眾多，除國產(chǎn)品牌外，國外有：日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJJ、anasonic,德國的SIEMENS，韓國的LG等。近幾年，PLC產(chǎn)品的價格有較大的下降，其性價比越來越高，這是眾多技

23、術(shù)人員選用PLC的重要原因，所以在一些小型簡單的自動化生產(chǎn)線上，廠家考慮其性價比還是選用PLC改造傳統(tǒng)電氣回路。 同時西門子PLC可以根據(jù)要求選用不同的模塊，在此基礎(chǔ)上設(shè)計程序以達到所設(shè)計的功能，這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用最為廣泛。另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經(jīng)驗而特別設(shè)計的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調(diào)速的干擾下仍能正常工作。還有要增加一個功能只要增加相應(yīng)的模塊和修正對應(yīng)的程序，而PLC的編程相對比較簡單，這樣對于開發(fā)周期會縮短。除此以外它本身有很強的自診斷功能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，根據(jù)自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障

24、由于程序設(shè)計不合理引起，由于它提供完善的調(diào)試工具，要找出故障也較為簡單。 所以應(yīng)用西門子S7-200 PLC和西門子MM420變頻器組成的升降機控制和驅(qū)動系統(tǒng)，可以完成對升降機自動運行的智能化控制和管理，可以根據(jù)生產(chǎn)線的實際生產(chǎn)需要和具體工藝要求自動調(diào)整升降方向和速度快慢。也可以在變頻器發(fā)生故障時自動將發(fā)生故障的電機切換到工頻狀態(tài)應(yīng)急工作，系統(tǒng)設(shè)有西門子TP170A觸摸屏，可以向工作人員提示設(shè)備的狀態(tài)和故障信息。整個系統(tǒng)自動化程度高，應(yīng)用范圍廣，可以在多個行業(yè)與國內(nèi)外各型生產(chǎn)線配套使用。 第二章 運輸升降機系統(tǒng)概述 2.1 運輸升降機機械系統(tǒng)的組成 運輸升降

25、機的機械系統(tǒng)由升降機入口和出口傳輸機構(gòu)，轎箱內(nèi)部吊籃傳輸機構(gòu)，轎箱升降機構(gòu)，升降機廳門安全機構(gòu)和升降電機安全抱閘機構(gòu)組成。 升降機入口和出口傳輸機構(gòu)用于將生產(chǎn)線上的產(chǎn)品向升降機內(nèi)或升降機外傳送。轎箱內(nèi)部吊籃傳送機構(gòu)用于將產(chǎn)品傳入或傳出轎箱。轎箱升降機構(gòu)用于提升升降機轎箱或下降升降機轎箱。升降機廳門安全機構(gòu)用于在升降機轎箱升降過程中關(guān)閉升降機井廳門入口，防止安全事故發(fā)生。升降電機安全抱閘機構(gòu)用于在升降機轎箱停止運動時抱住升降電機主軸，防止升降機轎箱在停止運動時發(fā)生上下滑動，避免由此而產(chǎn)生的安全事故。 2.2 運輸升降機的自動控制系統(tǒng)的組成 運輸升降機的自動控制系統(tǒng)由程序邏輯控制器PLC，外

26、部光電傳感器，觸摸屏，變頻驅(qū)動器，聲光報警燈和檢修手動盒等元氣件組成。 程序邏輯控制器PLC采集外部輸入點的輸入信號，如啟動停止信號，各個光電傳感器的狀態(tài)信號，各限位開關(guān)的輸入信號，人機界面上的輸入信號，經(jīng)過邏輯判斷和運算后輸出相應(yīng)輸出信號，控制電氣系統(tǒng)中的相應(yīng)交流接觸器和變頻器動作。來完成將一層樓的產(chǎn)品自動的轉(zhuǎn)移到另外一層樓的生產(chǎn)線上。 2.3 運輸升降機的工作原理和控制要求 運輸升降機的工作狀態(tài)分為自動運行狀態(tài)和檢修操作狀態(tài)，兩個工作狀態(tài)相互獨立彼此分開。當(dāng)升降升降機處于自動運行狀態(tài)下時，要求檢修操作盒的所有按鈕無效，同樣當(dāng)設(shè)備處于檢修狀態(tài)下時要求來自系統(tǒng)外部的控制信號無效，此時系統(tǒng)

27、只能通過檢修手動盒點動檢修。 在自動運行時要求升降機能夠?qū)⒁粚訕堑漠a(chǎn)品自動的傳送到另外一層樓的生產(chǎn)輸送帶上，并自動返回到出發(fā)點進行下一個工作周期。這個過程當(dāng)中要求PLC能根據(jù)外部生產(chǎn)線的速度自動調(diào)節(jié)升降機的運轉(zhuǎn)速度。要求升降機的轎箱能夠準確平層，能夠判斷進出口堵塞情況的發(fā)生，能夠自動的連續(xù)點動正反轉(zhuǎn)，以自動消除進出口的堵塞現(xiàn)象，減少不必要的停機發(fā)生。同時要求升降系統(tǒng)能夠多樓層多順序的傳送運行，能根據(jù)生產(chǎn)需求調(diào)整傳送方向。要求系統(tǒng)有可靠的安全保護，能避免設(shè)備安全事故的發(fā)生。要求設(shè)備具有應(yīng)急運行功能，減少因設(shè)備故障造成的生產(chǎn)線停機。 在操作上要求通過人機界面能夠方便地修改參數(shù)，記錄生產(chǎn)情況和報

28、警信息，要求在觸摸屏上復(fù)位報警和點動功能。能夠設(shè)置管理人員密碼，能夠記錄生產(chǎn)批次和生產(chǎn)數(shù)量，具有歷史數(shù)據(jù)查詢功能。 2．4 運輸升降機的電機驅(qū)動系統(tǒng)的組成 本系統(tǒng)硬件由三相交流鼠籠式電機、西門子MM420系列通用型變頻器、西門子S7-200 226CPU的PLC、交流接觸器組成。 設(shè)計要求：可以根據(jù)生產(chǎn)線的實際情況，來設(shè)計上述各輸送帶和升降機升降機構(gòu)驅(qū)動電機的功率大小。本設(shè)計中采用升降機輸入口，升降機輸出口和吊籃電機都為0.75KW的三相交流鼠籠式電機，設(shè)計升降機升降機構(gòu)電機為1.5KW三相交流鼠籠式電機。各個電機功率可以根據(jù)實際的情況來設(shè)計，但在設(shè)計升降機入口，升降機出口和吊籃內(nèi)輸送帶

29、電機時，要求將這三處的輸送帶驅(qū)動電機功率設(shè)計為一樣大小。這樣設(shè)計的目的在于，因為升降機在一二樓之間來回運動運送產(chǎn)品，但一二樓的入口傳送帶和出口傳送帶的工作狀態(tài)為二選一。即當(dāng)其中一個輸送帶的電機處于工作狀態(tài)下，另外一臺電機則處于停止的狀態(tài)。這樣就可以使用一臺變頻器來驅(qū)動多個樓層升降機入口或出口的輸送電機，以達到減少機械系統(tǒng)設(shè)備的投入。吊籃內(nèi)輸送帶的驅(qū)動電機和變頻器的功率盡量選擇和升降機出入口輸送帶驅(qū)動電機同等功率，這樣做的目的在于減少變頻器和輸送帶驅(qū)動電機的型號差別，方便設(shè)計，同時也方便安裝、調(diào)試和以后的設(shè)備檢修與維護。升降機升降機構(gòu)的驅(qū)動電機和變頻器的功率容量根據(jù)產(chǎn)品的實際質(zhì)量、升降機構(gòu)的機械

30、效率和安全系數(shù)來確定。所有升降機上使用的變頻器選用西門子MM420系列通用型變頻器。 方案選擇：電機變頻驅(qū)動系統(tǒng)和工頻驅(qū)動系統(tǒng) 2.5 運輸升降機自動化控制系統(tǒng)的組成 運輸升降機的工作狀態(tài)：自動狀態(tài)和維修工作狀態(tài)。這兩種工作狀態(tài)互相獨立、彼此分開，目的在于確保控制回路的輸出的唯一性，避免發(fā)生類似雙線圈輸出的情況，杜絕事故的發(fā)生。 升降機自動化控制系統(tǒng)的組成：整個升降機自動化控制系統(tǒng)的組成由核心控制元件PLC、空氣開關(guān)、電機馬達開關(guān)、交流接觸器、觸摸屏、開關(guān)、按鈕、指示燈、報警器和外部光電傳感器等元部件組成。其中由面板旋鈕開關(guān)或帶鎖的鑰匙旋鈕開關(guān)選擇整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，通過狀態(tài)安全繼電器

31、的得電或失電來區(qū)分自動運行和手動運行的輸出電源的通和斷。這樣就使得系統(tǒng)只有在自動運行狀態(tài)下時PLC的輸出端子才有輸出電壓，當(dāng)系統(tǒng)在手動運行狀態(tài)下時，PLC輸出端子上無輸出電壓。馬達開關(guān)作用為當(dāng)系統(tǒng)指令電機以工頻方式工作時，起到保護電機的作用。人機界面能夠方便操作人員對設(shè)備進行操作和監(jiān)控，同時實時顯示設(shè)備工作狀態(tài)，記錄生產(chǎn)產(chǎn)量和班產(chǎn)批次等歷史數(shù)據(jù)。報警燈由多級柱裝燈塔組成，不同顏色代表不同意義。設(shè)備外部設(shè)有多個光電傳感器，向PLC傳輸外部狀態(tài)信號，指示自動升降機的工作狀態(tài)。自動化控制系統(tǒng)中的安全部分的緊急停止按鈕擁有最高的設(shè)備輸出中止權(quán)，即無論在手動還是自動狀態(tài)下，只要緊停按鈕被按下，設(shè)備都會立

32、即停止任何動作。升降機井除了在高處和低處安裝了感應(yīng)升降機吊籃位置的光電傳感器，還在井架極限高位和極限低位安裝了機械式的行程限位開關(guān)，確保升降機轎箱不發(fā)生沖頂和撞底的事故。在1樓升降機進口輸送帶和2樓升降機出口輸送帶上分別安裝有1個光電傳感器，用來檢測運輸?shù)漠a(chǎn)品。在轎箱吊籃內(nèi)輸送帶上安裝有2個光電傳感器，用來檢測運輸產(chǎn)品的進出情況。 控制柜設(shè)計方案：由于生產(chǎn)線的情況決定了在運輸升降機的自動化控制系統(tǒng)中需要設(shè)立主控制柜和現(xiàn)場分控制箱。在主控制柜內(nèi)安裝所有空氣開關(guān)，馬達開關(guān)，PLC，觸摸屏，塔式報警燈等元氣件，在現(xiàn)場分控制箱上安裝自動狀態(tài)系統(tǒng)停止旋鈕開關(guān)。手動檢修操作盒采用移動式手持盒，所有手動按

33、鈕相互連鎖，并且都為點動按鈕。 2.6 運輸升降機自動運行步驟設(shè)計 運輸升降機將產(chǎn)品從一樓向二樓輸送，再返回一樓。為了有效的運用PLC的內(nèi)部空間和程序設(shè)計的簡單全面，整個控制程序采用西門子專用的步進控制程序語言編寫。具體步驟如下。 第一步：1樓生產(chǎn)線使能，系統(tǒng)判斷吊籃位置（PS5/PS6），傳送第一件貨物進入吊籃。同時傳送第二件貨物到1樓進口輸送帶上等待下一傳送周期(PS1被第二件貨物擋住后停止前行)（吊籃電機正轉(zhuǎn)）。 第二步：判斷升降機構(gòu)是否可以升降（吊籃入口光電傳感器PS2是否由貨物擋?。蛏吓e升貨物至二樓。（升降電機正轉(zhuǎn)） 第三步：判斷二樓出口輸送帶是否堵塞（PS4是否被擋住

34、）,向升降機外輸送貨物。（吊籃電機反轉(zhuǎn)） 第四步：判斷升降機構(gòu)是否可以升降（吊籃入口光電傳感器PS2是否由貨物擋住），向下返回1樓。（升降電機反轉(zhuǎn)） 第三章 運輸升降機的總體整合設(shè)計 3.1系統(tǒng)選型 （1）I/O點數(shù)統(tǒng)計： I/O點數(shù)是PLC的一項重要指標。合理選擇I/O點數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資最低。PLC的輸入輸出總點數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對象所需控制的模擬量、開關(guān)量、輸入輸出設(shè)備情況來確定，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點?？紤]到今后的調(diào)整和擴充，一般應(yīng)在估計的總點數(shù)上再加上20%—30%的備用量。該系統(tǒng)有1

35、9個數(shù)字輸入點19個數(shù)字輸出點，考慮余量后需要22個數(shù)字輸入點22個輸出點。 （2）用戶存儲器容量的估算 PLC常用的內(nèi)存有EPROM、EEPROM和帶鋰電池供電的RAM。一般微型和小型PLC的存儲容量是固定的，介于1—2KB之間。用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計之前只能粗略地估算。根據(jù)經(jīng)驗，每個I/O點及有關(guān)功能元件占用的內(nèi)存量大致如下： 開關(guān)量輸入元件：10—20B/點 開關(guān)量輸出元件：5—10B/點 定時器/計數(shù)器：2B/個 模擬量：100—150B/個 通信接口：一個接口一般需要300B以上 根據(jù)上

36、面算出的總字節(jié)數(shù)再考慮增加25%左右的備用量，就可估算出用戶程序所需的內(nèi)存容量，從而選擇合適的PLC內(nèi)存。該系統(tǒng)有19個數(shù)字輸入點19個數(shù)字輸出點，需內(nèi)存340B，有高速計數(shù)器1個，需內(nèi)存16B，考慮余量后需要內(nèi)存380B。 （3）CPU功能與結(jié)構(gòu)的選擇 PLC的功能日益強大，一般PLC都具有開關(guān)量邏輯運算、定時、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理等基本功能，有些PLC還可擴展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制模塊等，選型時可考慮以下幾點：功能與任務(wù)相適應(yīng)，PLC的處理速度應(yīng)滿足實時控制的要求、PLC結(jié)構(gòu)合理、機型統(tǒng)一、在線編程和離線編程的選擇。運輸升降機控制所要求的控制功能簡單，小型PLC就能滿足要求了

37、。 綜上所述，結(jié)合下表分析 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 程序存儲器 2048字 4096字 用戶數(shù)據(jù)存儲器 1024字 2560字 用戶存儲器類型 EEPROM 數(shù)據(jù)后備典型時間 50h 190h 本機IO 6入/4出 8入/6出 14入/10出 24入/20出 擴展模塊數(shù)量 無 2個 7個 數(shù)字量IO印象區(qū)大小 256（128入/128出） 模擬量IO印象區(qū)大小 無 16入/16出 32入/32出 33Hz布爾指令執(zhí)行速度 0.37/微妙/指令 內(nèi)部繼電器 256 計數(shù)器/定時器 256

38、/256 順序控制繼電器 256 該控制系統(tǒng)CPU模塊采用CPU-226（AC/DC/繼電器）模塊，它可控制整個系統(tǒng)按照控制要求有條不紊地進行。同時由于該模塊采用交流220V供電，并且自帶24數(shù)字量輸入點和20個數(shù)字量輸出點，完全能滿足運輸升降機控制系統(tǒng)的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數(shù)字量和輸出模塊。 3．2 主要元器件的介紹 （1）數(shù)字量直流輸入模塊 圖3所示是直流輸入模塊的輸入電路。光耦合器隔離了輸入電路與PLC內(nèi)部電路的電氣連接，使外部信號通過光耦合變成內(nèi)部電路的電氣連接，使外部信號通過光耦合變成內(nèi)部電路能接收到的標準信號。當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)閉合后，外部直流電壓經(jīng)過電阻

39、R1和阻容濾波后加到光耦合器的發(fā)光二極管上，經(jīng)過光耦合，光敏晶體管接收光信號，并能接受的信號送入內(nèi)部電路。在輸入采樣時送入輸入印象寄存器?，F(xiàn)場開關(guān)通斷狀態(tài)，對應(yīng)輸入印象寄存器的1/0狀態(tài)，當(dāng)輸入端的發(fā)光二極管點亮，即指示現(xiàn)場開關(guān)閉合。外部直流電源用于檢測輸入點的狀態(tài)，其極性可以任何接入。 圖3 直流輸入電路 圖3中，電阻R2和電容C構(gòu)成濾波電路，可濾掉輸入信號的高頻抖動。雙向光耦合器起整流和隔離的作用，雙向發(fā)光二極管VL用作指示。 （2）交直流輸出模塊 交直流輸出模塊是繼電器輸出方式，其輸出電路如圖所示，當(dāng)PLC有信號輸出時，輸出接口電路使繼電器線圈激勵，繼電器觸點閉合使負載回路接

40、通，同時狀態(tài)指示發(fā)光二極管VL導(dǎo)通點亮。根據(jù)負載的性質(zhì)來選用負載回路的電源電壓性質(zhì)。 圖4 繼電器輸出電路 （3）電源模塊的選擇 PLC上DC24V電源的使用各公司 PLC產(chǎn)品上一般都有DC24V電源，該電源容量小，為幾十毫安至幾百毫安，用其帶負載時要注意容量，同時作好防短路措施（因為該電源的過載或短路都將影響PLC的運行）。但若輸入回路有 DC24V供電的接近開關(guān)、光電開關(guān)等，而PLC上DC24V電源容量不夠時，要從外部提供DC24V電源，同時為了抗干擾，提高輸入回路的靈敏度，應(yīng)加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1：1隔離變壓器等）。 3.3 程序運行過程分析 按下系統(tǒng)啟動

41、按鈕，I1.1常開觸點接通,M2.0接通,在此基礎(chǔ)上如果按下自動運行狀態(tài)按鈕,I0.4常開觸點接通,M1.0接通,此時系統(tǒng)進入自動運行程序；如果按下檢修狀態(tài)按鈕,I0.6常開觸點接通,M3.0接通,此時系統(tǒng)進入手動檢修程序；如果按下停止按鈕,I0.5常閉觸電斷開,M1.0,M3.0斷開,系統(tǒng)選擇運行方式停止。 1、當(dāng)系統(tǒng)進入自動運行程序，程序開始時入口輸送帶上的第二件產(chǎn)品正好擋住光電傳感器PS1，I0.7常閉觸點斷開,Q0.0、Q0.1斷開, 一樓入口輸送帶電機停轉(zhuǎn)(在升降機吊籃上升后，一樓入口輸送帶上的第二件產(chǎn)品能夠排成隊列等待輸送)；特殊繼電器SM0.1在系統(tǒng)通電下瞬間得電,狀態(tài)繼電器

42、S0.0上電置位初始步。 第零步開始, 外部生產(chǎn)線使能PS0被第一件產(chǎn)品擋住時,M1.0,M2.0,I0.7接通,狀態(tài)繼電器S0.1上電置位,S0.0復(fù)位,第零步結(jié)束。 第一步開始, 當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3未被擋住和升降機井低位傳感器PS6被擋住時,I2.2常閉觸電閉合與I2.5常開觸電接通,Q0.3和Q1.3接通(吊籃電機正轉(zhuǎn)) ；同時I2.2和I2.0沒有同時斷開時,Q0.0與Q1.1得電接通(一樓入口輸送帶電機正轉(zhuǎn))；當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃入口傳感器PS2未被擋住和轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3被擋住時,I2.1常閉觸電閉合和I2.2常開觸電接通,S0.2上電置位,S0.1復(fù)位,第一步結(jié)束。

43、 第二步開始,當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃入口傳感器PS2未被擋住, 升降機井高位傳感器PS5未被擋住和轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3被擋住時,I2.1常閉觸電閉合, I2.2常開觸電接通和I2.4常閉觸電閉合,Q0.6,Q1.4,Q1.5接通(升降電機正轉(zhuǎn))；當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3與升降機井高位傳感器PS5被擋住, 2樓出口光電傳感器PS4未被擋住時,I2.2常開觸電閉合,I2.4常開觸電閉合,I2.3常閉觸電閉合,S0.3上電置位,S0.2復(fù)位(判斷二樓出口輸送帶是否堵塞), 第二步結(jié)束。 第三步開始,當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3或轎箱內(nèi)吊籃入口傳感器PS2被擋住,同時升降機井高位傳感器PS5被擋住

44、時,I2.1與I2.2常開觸點有一個接通,而且I2.4接通,Q0.4與Q1.3上電置位(吊籃電機反轉(zhuǎn))；當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃入口傳感器PS2未被擋住和2樓出口光電傳感器PS4被擋住時,I2.3上電沿觸發(fā)瞬間接通,Q0.1與Q1.2復(fù)位(二樓出口輸送帶電機出貨完成)；當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃入口傳感器PS2和轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3未被擋住時,S0.4上電置位和S0.1復(fù)位, 第三步結(jié)束。 第四步開始,當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃入口傳感器PS2, 轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3, 升降機井低位傳感器PS6未被擋住時,I2.1,I2.2,I2.5常閉觸點閉合,Q0.7,Q1.4,Q1.5接通(升降電機反轉(zhuǎn))；當(dāng)升降機井低位傳感器P

45、S6被擋住時,I2.5常開觸點閉合接通,S0.0上電置位, 第四步結(jié)束,第一步開始。 2、當(dāng)系統(tǒng)進入手動檢修程序，通過手動電氣互鎖式按鈕盒移動的在主控制柜和現(xiàn)場控制柜上控制系統(tǒng)，按下開關(guān)SA2，I3.0常開觸電閉合,從而Q2.0,Q2.2,Q2.3通電接通(入口/出口電機正轉(zhuǎn))；按下開關(guān)SA3, I3.1常開觸電閉合, 從而Q2.1,Q2.2,Q2.3通電接通(入口/出口電機反轉(zhuǎn))；按下開關(guān)SA4, I3.2常開觸電閉合, 從而Q2.6通電接通(吊籃電機正轉(zhuǎn))； 按下開關(guān)SA5, I3.3常開觸電閉合, 從而Q2.7通電接通(吊籃電機反轉(zhuǎn))； 按下開關(guān)SA6, I3.4常開觸電閉合, 從而Q

46、2.4通電接通(升降電機正轉(zhuǎn))；按下開關(guān)SA7, I3.5常開觸電閉合, 從而Q2.5通電接通(升降電機反轉(zhuǎn))。 第四章 運輸升降機的設(shè)計結(jié)論 在運輸升降機的設(shè)計中充分考慮了與自動化生產(chǎn)線配套的特點，確保安全的設(shè)計前提，配置了變頻/工頻可選的驅(qū)動系統(tǒng)，當(dāng)變頻器發(fā)生故障時可以由PLC將故障處電機轉(zhuǎn)換為工頻運行。在向升降機轎箱吊籃內(nèi)輸送產(chǎn)品物件和向外輸出產(chǎn)品物件時，可以通過PLC智能化判斷進出口擁堵情況，可以在步進主程序中添加自動正反轉(zhuǎn)進出口電機程序，這樣可以在生產(chǎn)過程中減少不必要的停機次數(shù)，也減少認為干預(yù)的次數(shù)，整個系統(tǒng)的智能化程度很高。 同時由于驅(qū)動系統(tǒng)的變頻和工頻正反轉(zhuǎn)冗余設(shè)計，可

47、以使得系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)需要將產(chǎn)品從一樓運向二樓，也可以把產(chǎn)品從二樓運向一樓。 在PLC選型上采用西門子S7-200 CPU226，其強大的功能和良好的擴展性能，使得運輸升降機可以實現(xiàn)兩層以上的樓層擴展。在機械系統(tǒng)上只需要擴展PLC模塊和增加交流接觸器的數(shù)量，外部安全元氣件，和外部感應(yīng)元件等即可，不需要增加變頻器數(shù)量。步進程序的擴展也很方便。 工藝流程和樓層增減可以在西門子PLC中完成生產(chǎn)配方，極為方便地完成與多樓層，多種生產(chǎn)工藝配套。 強大的通訊功能，設(shè)計中選用了西門子S7-200 226 PLC，其強大的通訊功能，能使得自動升降機設(shè)備可以與生產(chǎn)線設(shè)備很容易地成為一個整體，成為自動化生產(chǎn)

48、線地有機的一部分。包括變頻器地速度給定，自動運行，故障時請求生產(chǎn)線減速或停機等等功能。 人性化地設(shè)計，設(shè)備采用了TP170A西門子彩色觸摸屏,全中文顯示，方便操作和設(shè)備維護。強大的后臺管理功能，可以記錄生產(chǎn)情況和故障情況。 致 謝 在本次論文設(shè)計過程中,宋玉力老師對該論文從選題，構(gòu)思到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予細心指引與教導(dǎo),使我得以最終完成畢業(yè)論文設(shè)計。在學(xué)習(xí)中,老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模，老師的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學(xué)精神，將永遠激勵著我。這三年中還得到眾多老師的關(guān)心支持和幫助。在此，謹向

49、老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！ “師恩難忘，友誼長存!”本論文的順利完成，離不開各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。在此，向曾經(jīng)幫助我的老師和同學(xué)表示衷心的感謝。 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！ 參 考 文 獻 1 王兆義.小型可編程控制器實用技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2001 2 章文浩.可編程控制器原理及實驗.北京：國防工業(yè)出版社，2003 3 廖常初.可編程序控制器的原理及應(yīng)用.電工技術(shù)，1990 4

50、黃云龍.可編程控制器教程.北京：科學(xué)出版社，2004 5 戴一平.可編程控制器技術(shù)及應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，2004 6 余雷聲.電氣控制與PLC應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，2003 7 廖常處.PLC編程及應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，2002 8 林春方.可編程控制器原理及其應(yīng)用.上海：上海交通大學(xué)出版社，2004 9 施金良.可編程序控制器.重慶：重慶大學(xué)出版社，2005 10 張立科.PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實踐.北京：人民郵電出版社，2005 11 陳立定、吳玉香、蘇開才編．電氣控制與可編程控制器，南京大學(xué)出版社．200l 12 李清元，“升降機的分類與控制方式”，<電機月刊第六期> ，2001 13 張福生，“升降機的一般理論”， <機電整合控制專刊>， 2000 14 李清元，“升降設(shè)備概要”，<電機月刊第十一卷第五期>， 2001 15 李松雄，“升降機專輯”，<電機月刊第十一捲第六期>， 2001