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升降机控制系统的PLC应用研究【电+PLC】【2张图纸】【优秀】

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关键词：: 升降机控制系统 plc 应用利用运用研究

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升降机控制系统的PLC应用研究

43页 19000字数+说明书+任务书+开题报告+外文翻译+2张CAD图纸【详情如下】

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摘要

　　　PLC可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，所以很多公司都在使用PLC来控制生产线的运作，比如生产显示器、电视机就利用到了升降机。利用升降机可以把显示器运送到加温层，运送包装线，在运送的过程中就可以利用PLC控制，进行测试、检验。最后实现科学运作。

　　　本文主要是升降机控制系统的PLC应用研究。主控系统采用FX2N48MR-001PLC为控制核心,结合模拟量输出模块FX2N-2DA,并设计了施工升降的理想速度曲线。PLC系统完成了所有I/0信号和上位机串口通信信号的接收,根据其内部设计程序进行集中运算处理,实现了对液压施工升降机的控制系统的逻辑信号及速度控制。另外,还根据控制系统要求,设计了控制系统主回路、安全运行电路、电液比例控制回路等。

关键词：升降机；PLC；程序；设计

摘要III

AbstractIV

目录V

1 绪论1

1.1 升降机在国内外的发展现状1

1.2 为何采用PLC控制系统的原因2

1.2.1 PLC控制系统的发展和生产2

1.2.2 PLC控制技术区别于其他控制技术2

2 升降机的具体工作原理和其组成5

2.1 升降机的基本工作原理5

2.2 升降机的主要组成部分6

3 升降机控制系统的硬件设计8

3.2控制系统的主要性能8

3.2.1 比例变量泵的介绍8

3.2.2 可编程控制器和模块选择9

3.3控制电路设计12

3.3.1电路设计12

3.3.2 系统回电路设计13

3.3.3 输入输出回路设计13

3.3.4 PLC的I/O存储地址分配14

4 升降机控制系统软件设计16

4.1 概述16

4.1.1 PLC及运行原理16

4.1.2 PLC运行软件17

4.1.3 编程工具软件和编程语言17

4.1.4 PLC软件的设计17

4.2 控制系统的设计18

4.2.1 楼层位置信号的发生和清除环节19

4.2.2 选层指令登记、消除与显示20

4.2.3停层信号的发生与消除21

4.2.4 停车制动21

4.2.5 启动加速与稳定运转22

5 控制系统抗干扰设计24

5.1电磁干扰类型和影响24

5.2 PLC系统干扰来源24

5.3 抗干扰措施25

5.3.1 控制电源系统引发的干扰25

5.3.2 控制输出端引发的干扰25

5.3.3 安装和布线25

5.3.4 正确选择接地点26

6 结论和展望27

致谢28

参考文献29

附录30

（6）价格：继电器控制逻辑大多运用机械开关、继电器等，功能相对简单，价格方面也较便宜。但是PLC大多使用的集成电路，就价格来看相对昂贵。

2、PLC控制技术区别于通用计算机控制技术

　　　PLC是专业为工业的控制环境而设计开发的，然而通用计算机则是专门为科学技术和数据的处理而设计的，双方均采用计算机的结构，不过两者设计理念的途径却是不同的，因此两者也存在诸多的差异，主要的体现在如下几个方面。

（1）应用范围：通用计算机不光应用在控制领域，更大量存在于科学计数、数据处理、计算机通信等领域。然而PLC却主要运用于工业的机械控制领域。

（2）使用环境：通用计算机对环境的依赖程度高。然而PLC却能使用在环境相对较差的工业现场。

（3）程序设计：通用计算机拥有丰富多样的程序设计语言，如汇编语言、C语言等，完成一系列复杂的应用，对于编程者来说要求较高。但是PLC所提供的编程语言不多，逻辑简洁，上手快。

（4）运算速度和储存容量：各种电子技术的不断发展，通用计算机的运算速率越来越快，大约在微秒级，容量的存储也在增加。但是PLC相较于通用计算机运行的速度要慢些，它的编程软件不多，编程简洁，内存空间也小。

（5）价格：通用计算机的功能繁多，硬件烦杂，但是PLC就相对功能单一，所以在价格上PLC往往比通用计算机更加实惠。

　3、PLC控制技术区别于单片机控制技术

　　　单片机控制技术往往运作于数据的采集和工业的控制，单片机的配置上比通过计算机简单很多，在价格上也有优势，但是它和通用计算机相同，同样不能单一为工业现场的控制所设计。和通用计算机相同，单片机编程烦杂，不太容易掌握，需要处理大量的I/0接口，它的输出口驱动负载的能力较差，要驱动负载就需要有复杂的外围电路。单片机控制技术最大的优点就在于它拥有强大的数据处理能力，但是工业控制过程要解决的是大量的开关量，因此作用在工业现场控制中单片机的优点得不到很好的发展，所以它的可靠性远远不如PLC，大部分单片机控制技术只使用在比较单一的工业控制过程和数据的处理能力要求比较高的场所。

　　　PLC控制技术和单片机控制技术相对比而言，更加适用于工业的现场过程控制中，但是它的数据处理能力没后者强。因此两者都各有优点，但不能两者替代。由此看来，伴随着PLC的成本的降低和处理数据的能力加强，在工业现场控制方面，PLC控制技术在对其他的控制技术领域的挑战就会一直具备自身的优势。所以，掌握了PLC控制技术在工业控制技术方面的人员来看将是不可缺少的技能之一。

　　　综上所述，PLC是将微处理器作为基础，集合了计算机技术、自动控制技术以及通信技术发展噶不去来的一类通用工业自动控制装置。这类的装置具备体型小、功能作用强、设计程序简单、运用灵活通用、维护便捷等的优势，尤其是它的高可靠性与较强的适用恶劣工业环境的能力，获得了用户的公认好评。所以，本升降机控制系统就是采用了基于PLC的控制系统。2 升降机的具体工作原理和其组成

　　　2.1 升降机的基本工作原理

如图2.1所示，为升降机的工作原理图，系统一般由三相交流异步电动机、电液比例变压泵、变量马达、换向阀和各类液压阀等部件组成，它的控制器采用三菱PLC。由于施工升降机上!下行工作原理基本相似,因此以上行工作原理为例介绍"施工升降机上行工作开始时,可编程控制器PLC接收到来自触摸屏的选层及上行控制指令,PLC输出上行控制信号使上行电磁阀YV1带电,电机启动接触器KMI通电,启动变量泵工作,油液进入马达,带动曳引轮旋转,从而施工升降机吊笼起动。

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内容简介：: 无锡太湖学院信机系机械工程及自动化专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目升降机控制系统的PLC应用研究二、课题来源及选题依据可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。 PLC的优点是：1.可靠性高，抗干扰能力强;2.配套齐全，功能完善，适用性强;3.易学易用，深受工程技术人员欢迎;4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造;5.体积小，重量轻，能耗低。三、本设计（论文或其他）应达到的要求：1、熟悉PLC控制技术的发展历程，特别是近几十年来升降机在其结构形式、用途、用途及安全装置等几个方面的突破和发展； 2、熟练掌握可编程控制器的原理以及编程软件和编程语言； 3、熟练掌握升降机的工作原理； 4、熟练使用MATLAB提供的图形用户界面（GUI）工具。四、接受任务学生：机械94 班姓名刘苏五、开始及完成日期：自2012年11月12日至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教研室主任学科组组长研究所所长签名系主任签名2012年11月12日无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目：升降机控制系统的PLC应用研究机电系机械工程及自动化专业学号：学生姓名：指导教师：（职称：高级工程师）（职称：）2012年11月14日课题来源可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。PLC在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对的控制。本课题主要对PLC的结构、特点、性能以及与现场控制对象的连线进行具体的研究，并通过PLC实现电梯的自动控制。市建设的不断发展，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。它是采用电力拖动方式，将载有乘客或货物的轿厢，运行于垂直方向的两根刚性导轨之间，运送乘客和货物的固定式提升设备。所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。但传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用 PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）课题科学意义随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。在许多交通设备中，电梯是自动化程度最高的先进设备的一种。以前的电梯主要采用单片机控制，其性能等各方面都不太完善，现在电梯控制系统多采用PLC，从电梯的性能、器件的灵活性及安全保障方面等都有了很大的提高。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。研究内容（1）了解升降机控制技术的工作原理，国内外的研究发展现状；（2）完成基于升降机控制技术的PLC应用的总体方案设计；（3）完成有关升降机结构的研究；（4）熟练掌握有关计算机编程软件，并编辑出相应的流程图及梯形图。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析通过网上查阅相关资料，收集有关资料，同时通过文献资料对PLC在升降机中的运用有所了解。运用科学的方法，对PLC在升降机中工作原理以及构成进行全方面的探讨和研究。研究计划及预期成果研究计划：2012年11月12日-2012年12月25日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，撰写毕业设计开题报告书。2013年1月11日-2013年3月5日：填写毕业实习报告。2013年3月8日-2013年3月14日：按照要求修改毕业设计开题报告。2013年3月15日-2013年3月21日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。2013年3月22日-2013年4月11日：分析基于升降机控制系统的PLC研究设计及基本设计计算；2013年4月12日-2013年4月25日：基于升降机控制系统的PLC应用研究分析研究；2013年4月26日-2013年5月21日：毕业论文撰写和修改工作。特色或创新之处 PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。PLC在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对的控制。已具备的条件和尚需解决的问题1. 通过参考大量的文献，掌握课题研究的背景，调研国内外有关课题研究方面的现状、发展和应用情况，基于升降机控制系统的PLC应用研究，明确课题研究的目的、意义、任务及内容。2.学习和掌握全自动机械手实现手术的相关方法和技术，并结合课题实际分析各种相关方法和技术的优缺点，以便确定方案和设计内容指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目：升降机控制系统的PLC应用研究信机系机械工程及自动化专业学号：学生姓名：指导教师：（职称：高级工程师）（职称：）2013年5月25日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）升降机控制系统的PLC应用研究是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班级：机械94 学号： 0923204 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日摘要PLC可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，所以很多公司都在使用PLC来控制生产线的运作，比如生产显示器、电视机就利用到了升降机。利用升降机可以把显示器运送到加温层，运送包装线，在运送的过程中就可以利用PLC控制，进行测试、检验。最后实现科学运作。本文主要是升降机控制系统的PLC应用研究。主控系统采用FX2N48MR-001PLC为控制核心,结合模拟量输出模块FX2N-2DA,并设计了施工升降的理想速度曲线。PLC系统完成了所有I/0信号和上位机串口通信信号的接收,根据其内部设计程序进行集中运算处理,实现了对液压施工升降机的控制系统的逻辑信号及速度控制。另外,还根据控制系统要求,设计了控制系统主回路、安全运行电路、电液比例控制回路等。关键词：升降机；PLC；程序；设计AbstractPLC programmable logic controller is a microprocessor based on a combination of computer technology, automatic control technology and communication technology evolved a new type of industrial control devices. It has a simple structure, easy programming and high reliability.It has been widely used in the automatic control of industrial processes and position. According to statistics, the programmable controller is the most widely used kind of equipment in the industrial automation devices. Programmable controller will become one of the main means of industrial control and important infrastructure, PLC, robotics, CAD / CAM will become the three pillars of the industrial production. PLC has the use of environmental adaptability characteristics, while its internal timer resources are very rich, so many companies are using the PLC to control the operation of the production line, such as the production of the display, the TV on the use of the lift. Lift the monitor can be transported to the heating layer, transport packaging line, in the course of transportation can make use of PLC control, test, test. Finally, science operations. 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: lift; PLC; program; design目录摘要IIIAbstractIV目录V1 绪论11.1 升降机在国内外的发展现状11.2 为何采用PLC控制系统的原因21.2.1 PLC控制系统的发展和生产21.2.2 PLC控制技术区别于其他控制技术22 升降机的具体工作原理和其组成52.1 升降机的基本工作原理52.2 升降机的主要组成部分63 升降机控制系统的硬件设计83.2控制系统的主要性能83.2.1 比例变量泵的介绍83.2.2 可编程控制器和模块选择93.3控制电路设计123.3.1电路设计123.3.2 系统回电路设计133.3.3 输入输出回路设计133.3.4 PLC的I/O存储地址分配144 升降机控制系统软件设计164.1 概述164.1.1 PLC及运行原理164.1.2 PLC运行软件174.1.3 编程工具软件和编程语言174.1.4 PLC软件的设计174.2 控制系统的设计184.2.1 楼层位置信号的发生和清除环节194.2.2 选层指令登记、消除与显示204.2.3停层信号的发生与消除214.2.4 停车制动214.2.5 启动加速与稳定运转225 控制系统抗干扰设计245.1电磁干扰类型和影响245.2 PLC系统干扰来源245.3 抗干扰措施255.3.1 控制电源系统引发的干扰255.3.2 控制输出端引发的干扰255.3.3 安装和布线255.3.4 正确选择接地点266 结论和展望27致谢28参考文献29附录30III升降机控制系统的PLC应用研究1 绪论1.1 升降机在国内外的发展现状升降机作为在各行各业不可缺少的垂直运输的机械，在1973年第一台由我国生产的齿轮条式升降机诞生以来。已经过去了30多年，在这30多年中的不断发展，升降机在其结构形式、用途、用途及安全装置等几个方面都有了很大的突破和发展。升降机的主要通途在于城市高层建筑和超高层的各类建筑中，其主要原因是因为这种类型的建筑高度对于使用井字架、龙门架来完成一系列的作业是十分困难的。近几年来，城市发展很快，建筑的楼层高度不断增加架设大高度的升降机的需求也在不断的增加。其中建筑施工升降机不光在高层建筑中得以应用，在大桥的建设中也广泛的应用。此外，它还可以应用在大型工厂冷却塔、发电厂烟囱、广播电视塔和煤矿等多种复杂施工场合下。由此看来，升降机已经成为僵住行业之中不可缺少的机械设备了。就国际上来看，目前的国外高速升降机分为两种：一种是液压传动无极调速，其代表是瑞典的ALIMAK公司，速度的标定时0-90m/min、控制方法是手动停层，在我国也有进口；另外一种是调频调速，其代表公司是德国的Steinweg，速度的标定是0-30-40-80m/min，操作方式是自动选层平层。然而我国国内普遍生产机电机械传动式的升降机，这种机电式的升降机由于它的控制方式是通过接触器控制得以实现，速度单一、启制动的冲击量大、乘员感觉不适等等缺点，不能完全满足中高层或者更高层的建筑工作要求。最关键的问题在于使用高度达到200m左右而运行速度却只能在3438m/min，大大影响了它的工作效率，继而影响的工作效益。因此，超高升降机提高其速度成为了突破的关键。如今的国内又开始进口少量高速升降机，如何抢占国内市场、尽量少的进口、振兴民族工业将是在升降机技术界一个很大的突破口。液压升降机的运行速度快，因此可实现无极调速，启动、制动平稳，而启动时对于电网的要求和冲击相对较小，因而能实现空载启动、从而解决了由于工地电网容量的限制而造成了一般升降机重载时引发困难的问题，是200m以上高层建筑施工理想的运输机械。然而，随着社会不断变化，需求也在不断变化，对建筑物的高度不断增加，目前对于在地面通过按钮控制的升降机，其自动化控制的水平较低，在施工运行过程中，存在一下大量问题：1，一般没有超载限制，单单靠对人数的控制或者预估材料的重量来确定，更没有楼层间的呼叫和提醒，没有自动的平层功能，所以在目前升降机其中的工作运行是被动的，不能确定其定载荷率，来使升降机的运输能力得不到很好的发挥，部分的能量以及时间往往浪费在空车的来回运行上；2，按钮的运作时间和继电器、接触器触头器触头响应时间会随着元件的不断老化而变化的难以确定，从而造成了之后电动机响应，迫使停车位置与目标位置相差较大，同时起升距离越大，误差越难得到有效控制；3，单一的速度、启制动冲击量大、乘客普遍感到不适等等的不足。所以，传统中的继电接触器自动控制系统已经越来越不能够满足于工作现场的需求。所以，研究升降机的控制系统就尤为重要，是一个很有意义的工作，既能提高工作的效率，消除很多安全隐患，更能够生产更大的经济效益。所以，本论文以升降机为背景，对其控制系统进行设计研究。1.2 为何采用PLC控制系统的原因1.2.1 PLC控制系统的发展和生产早期的工业控制中，大多采用继电器的控制系统，然而这种系统体积大、耗电量多，从而改变生产程序非常困难。为了改变现状，在20世纪60年代末期，所在美国的通用汽车公司（GM）首先提出要求，并且公开招标。而后，美国的数字设备公司（DEC）就研制出了世界上的第一台可编程控制器，并且成功的运用于汽车生产线上。接着，德国和日本等国家相继引入了PLC的技术，越来越多的知名公司的加入使得PLC技术得到前所未有的迅速发展，如：日本的松下、OMRON和三菱；德国的BBC和西门子等等公司。就目前来看，全世界大概有两百多家公司从事于PLC的开发研究和制造，生产了四百多个系列的产品。在早期的可编程控制器中，指令系统简单，只能有效的完成顺序的控制，一般的话只具备逻辑运算、定时、计算等等的功能。但是，随着微电子技术、控制技术和信息技术的不断发展，PLC也同时在不断的发展。20世纪80年代后期，就以16位与32位数处理器构成的微机化PLC得到了相应巨大的发展，同时使其在概念上，设计上，性价比上等方面都有了巨大的突破。因此，可编程控制器就具有了浮点运算、运算函数、高速计数、中断计数、PID控制及其联网等功能，种种这些都是的PLC的技术的范围应用和领域都不断的扩大。1.2.2 PLC控制技术区别于其他控制技术1、PLC控制技术与继电器控制技术的区别 PLC的编程语言中，用的最多的语言是梯形图。PLC的梯形图和继电器控制线路图比较极为相似，在信号的输入/输出形式以及控制功能也是相同的，但是PLC的控制和继电器的控制又有其不同之处，在几个方面都有所体现。（1）控制逻辑：继电器控制逻辑采用了硬接线逻辑，利用继电器机械触头的串联或并联以及时间继电器的延时等组成了控制逻辑。它的缺点是接线复杂，增加或者改变功能都非常困难，继电器的触头数目同样有所限制。而PLC则利用其内部存储器，以程序方式将控制逻辑存储在内存中，用改变程序的方法就可以实现很方便的改变控制逻辑，此外，大部分都是为软继电器触头，所以不管是灵活性还是扩展性，对于PLC控制逻辑都非常好。（2）控制速度：继电器的控制是通过继电器的机械梳头的动作来得以实现，其出头的开合关闭多做大约实在几十毫秒的数量级。但是PLC不同，它通过程序指令来控制半导体电路得以实现控制逻辑，则一跳指令的执行时间往往在微妙数量级。（3）限时控制：继电器控制逻辑运用了时间继电器的滞后多做实现限时控制，不过缺点在于定时精度不高，容易受到环境的影响，调整起来比较困难。PLC利用半导体集成电路定时器，定时的精度相对较高，大概的定时范围在0.001s到若干分钟之间，尤为方便的通过编写程序来进行有效的定时控制。（4）计数控制：一般继电器控制逻辑不具备计数的功能，但是PLC却能通过程序便捷的实现计数功能。（5）可维护性和可靠性：在继电器的控制逻辑中使用了大量的机械触头，然而触头在开合时产生的电弧极易损害触点，因而它的可维护性和可靠性都相对较差。但是PLC却采用了没有触点的半导体电路来替换了继电器触点，所以基本不存在以上的缺陷，另外,PLC自带的自检功能，也为现场进行的调试与维护给予了很大的便利。（6）价格：继电器控制逻辑大多运用机械开关、继电器等，功能相对简单，价格方面也较便宜。但是PLC大多使用的集成电路，就价格来看相对昂贵。2、PLC控制技术区别于通用计算机控制技术PLC是专业为工业的控制环境而设计开发的，然而通用计算机则是专门为科学技术和数据的处理而设计的，双方均采用计算机的结构，不过两者设计理念的途径却是不同的，因此两者也存在诸多的差异，主要的体现在如下几个方面。（1）应用范围：通用计算机不光应用在控制领域，更大量存在于科学计数、数据处理、计算机通信等领域。然而PLC却主要运用于工业的机械控制领域。（2）使用环境：通用计算机对环境的依赖程度高。然而PLC却能使用在环境相对较差的工业现场。（3）程序设计：通用计算机拥有丰富多样的程序设计语言，如汇编语言、C语言等，完成一系列复杂的应用，对于编程者来说要求较高。但是PLC所提供的编程语言不多，逻辑简洁，上手快。（4）运算速度和储存容量：各种电子技术的不断发展，通用计算机的运算速率越来越快，大约在微秒级，容量的存储也在增加。但是PLC相较于通用计算机运行的速度要慢些，它的编程软件不多，编程简洁，内存空间也小。（5）价格：通用计算机的功能繁多，硬件烦杂，但是PLC就相对功能单一，所以在价格上PLC往往比通用计算机更加实惠。3、PLC控制技术区别于单片机控制技术单片机控制技术往往运作于数据的采集和工业的控制，单片机的配置上比通过计算机简单很多，在价格上也有优势，但是它和通用计算机相同，同样不能单一为工业现场的控制所设计。和通用计算机相同，单片机编程烦杂，不太容易掌握，需要处理大量的I/0接口，它的输出口驱动负载的能力较差，要驱动负载就需要有复杂的外围电路。单片机控制技术最大的优点就在于它拥有强大的数据处理能力，但是工业控制过程要解决的是大量的开关量，因此作用在工业现场控制中单片机的优点得不到很好的发展，所以它的可靠性远远不如PLC，大部分单片机控制技术只使用在比较单一的工业控制过程和数据的处理能力要求比较高的场所。PLC控制技术和单片机控制技术相对比而言，更加适用于工业的现场过程控制中，但是它的数据处理能力没后者强。因此两者都各有优点，但不能两者替代。由此看来，伴随着PLC的成本的降低和处理数据的能力加强，在工业现场控制方面，PLC控制技术在对其他的控制技术领域的挑战就会一直具备自身的优势。所以，掌握了PLC控制技术在工业控制技术方面的人员来看将是不可缺少的技能之一。综上所述，PLC是将微处理器作为基础，集合了计算机技术、自动控制技术以及通信技术发展噶不去来的一类通用工业自动控制装置。这类的装置具备体型小、功能作用强、设计程序简单、运用灵活通用、维护便捷等的优势，尤其是它的高可靠性与较强的适用恶劣工业环境的能力，获得了用户的公认好评。所以，本升降机控制系统就是采用了基于PLC的控制系统。 2 升降机的具体工作原理和其组成2.1 升降机的基本工作原理如图2.1所示，为升降机的工作原理图，系统一般由三相交流异步电动机、电液比例变压泵、变量马达、换向阀和各类液压阀等部件组成，它的控制器采用三菱PLC。由于施工升降机上!下行工作原理基本相似,因此以上行工作原理为例介绍施工升降机上行工作开始时,可编程控制器PLC接收到来自触摸屏的选层及上行控制指令,PLC输出上行控制信号使上行电磁阀YV1带电,电机启动接触器KMI通电,启动变量泵工作,油液进入马达,带动曳引轮旋转,从而施工升降机吊笼起动。图2.1 升降机基本工作原理图同时,PLC按照理想加速曲线输出相应的加速曲线信号经D/A模块后至例放大器,比例放大器为比例电磁铁提供特定的控制电流,从而控制变量泵的输出流量,进而控制吊笼的起动运行速度,当速度达到最大值时,吊笼以速度最大值稳定运行在施工升降机运行过程中,PLC接收井道装置各信号,数据处理后将楼层当前位置!运行监控状态等信息通过触摸屏中及时显示,以便了解施工升降机的运行状态当PLC接收到减速点信号时,PLC按照理想减速曲线模拟输出速度,比例电磁铁的输入电流也随着理想减速曲线减少,液压系统流量减少,从而吊笼运行速度不断下降当施工升降机到站时,PLC输出控制信号使上行电磁阀YVI不带电,电动机启动接触器KMI失电,液压系统关闭,施工升降机停止运行。2.2 升降机的主要组成部分升降机构造:分钢结构、驱动装置、安全装置、电器设备四部分组成。一、钢结构:包括导轨架、吊笼、天轮架、附着架等部件。二、驱动装置:由电动机、泵、方向阀、马达、配重、钢丝绳等组成,泵带动马达旋转,通过钢丝绳使吊笼做上、下运行。三、电器设备:1、施工升降机的电气控制系统由电源箱!电控箱!操作台及安全保护系统等组成。2、电缆导向装置:在吊笼作上、下运行时,电缆导向装置确保使接入吊笼内的电缆线不至于偏离电缆笼或发生不正常的卡死,以保证升降机正常供电。四、安全装置:1、限速器:为防止吊笼坠落装有锥鼓式限速器。2、防坠安全器:当吊笼出现不正常超速时,将吊笼制停。动作时, 其上安全开关断开电源,制动器制动。3、安全钳:使吊笼制动的安全装置。4、缓冲弹簧:施工升降机的底架上有缓冲弹簧,以便当吊笼发生坠落事故时,减吊笼的冲击。有圆锥卷弹簧和圆柱螺旋弹簧。圆锥卷弹簧的制造工艺较难,成本高,但体积小,承载力强。一般情况下,每个吊笼对应的底架上装有两个圆锥卷弹簧,也有四个圆柱螺旋弹簧,安装的目的是缓冲吊笼和配件着地时的冲击。5。、上、下限位器:为防止吊笼上!下超过需停位置时,因操作者误操作和电气故障等原因继续上升或下降引发事故而设置。6、上、下极限限位器:上、下限位器一旦不起作用,吊笼继续上升或下降到设计规定的最高极限或最低极限位置时能及时切断电源,以保证吊笼安全。7、安全钩:下限位器和上极限位器因各种原因不能及时动作,吊笼继续向上运行,将导致吊笼冲击导轨架顶部而发生倾翻坠落事故而设置的,安全钩是安装在吊笼上部的重要也是最后一道安全装置,它能使吊笼上行到导轨架顶部的时候,安全钩钩住导轨架,保证吊笼不发生倾翻坠落事故。8、吊笼门、底笼门联锁装置:防止因吊笼或底笼门未关闭就启动运行而造成人员坠落和物料坠落,只有完全关闭时才能启动运行。9、急停开关:操作者应能及时按下急停开关,使吊笼立即停止,防止事故的发生,急停开关必须是非自行复位的电气安全装置。10、楼层通道门:运行时处于常闭状态,只有在吊笼停靠时才能由吊笼内的人打开,楼层内的人员无法打开此门。11、电磁制动器:装于电动机轴上,一般采用直流电磁制动器,启动时通电松闸,停层后断电制动。12、超载开关:当超载时吊笼底下超载开关动作,吊笼不能启动运行。13、其它开关:安全窗开关、防松绳开关、断绳开关等。为了便于对施工升降机的工作原理及PLC控制系统进行分析,现列出30层30站升降机的电气元件。见表2-1。表2-1 30层30站升降机的电器元件表元件符号名称及作用元件符号名称及作用SQ1名称窗开关SQ44超载开关SQ2安全钳开关YV1上行电磁阀线圈SQ3上限位开关YV2下行电磁阀线圈SQ4下限位开关SA1基站开关SQ5上限位开关1KR上平层感应器SQ6下限位开关2KR下平层感应器SQ7安全防坠器开关QS电源开关SQ8限速器开关KM1电动机起动接触器SB1吊笼内急停按钮KM2Y型接触器SQ10吊笼开门到位开关KM3型接触器SQ11吊笼开门到尾开关1HL超载指示灯SQ12围栏门开门到位开关2HL超载指示灯SQ13断绳开关3HL电源指示灯SB3液压接通按钮SB4液压故障指示灯SQ14-SQ431-30层楼层门开关SB2操作站急停按钮3 升降机控制系统的硬件设计本控制系统的硬件主要由触摸屏人机交互模块!可编程控制器核J心控制模块、模拟量输出模块、井道及安全装置等。系统框图如图3.1：图3.1 升降机的控制方案控制系统主要包括信号控制和速度控制两大部分。控制系统的核心是PLC,集中解决输入信号的数据处理和输出逻辑控制的问题、系统参数设定、显示功能则由触摸屏完成、系统设有安全运行电路,只有满足安全运行条件,施工升降机才能运行,否则发生故障报警信号,并让PLC所有输出点恢复安全输出状态。当满足安全运行条件时,通过触摸屏输入呼层信号时,系统进行判断识别,送出呼层显示至触摸屏显示,系统通过选层后调用加速曲线,通过模拟输出模块输出速度信号不断传输给比例电磁铁,控制比例泵的输出流量进而控制吊笼的运行速度,使吊笼按预定曲线运行。当吊笼到达目的层时,系统发出吊笼停车的信号、消层信号,系统调用减速曲线,进而使液压电动机制动!比例泵停转。综上所述,本系统采用PLC为核心控制器,触摸屏作为监控显示模块,两者通过串口进行通信来控制系统的执行部件,实现施工升降机的控制。3.2控制系统的主要性能3.2.1 比例变量泵的介绍本系统选用公称排量为160ml/r的BCY14-1B型电液比例控制变量泵,是利用(流量-位移-力反馈)的原理设计的,是CY14-1B型轴向柱塞泵中一种新的变量型式,是靠外控油压来控制变量机构,并利用输入比例电磁铁的电流大小来改变泵的流量,输入电流与泵的流量成比例关系。其变量特性曲线及液压原理符号如图3.2所示。BCY14-1B变量泵的主要性能指标为:滞环H15%,重复精度HR3%,非线性度HL工5%,分辨率Hv1=1.5MHz(160、25OBCY泵),f-3dB=3MHz(25、63BCY泵)。图3.2 BCY14-B1变量泵变量特性曲线和液压原理符号另外,比例变量泵可在输入电流的作用下,对排量实现比例控制而不受负载的干扰。该泵控制灵活!动作灵敏!重复精度高、稳定性好,能方便地实现液压系统的遥控、自控、无级调速、跟踪反馈同步和计算机控制, 适用于工业自动化的要求。3.2.2 可编程控制器和模块选择PLC选型时具体考虑如下几个方面要求:1、性能和任务的相适应2、I/0点的估算3、用户的存储容量的估算4、系统对PLC的响应速度要求5、是否有特殊控制要求6、系统电源容量校验。本系统中控制对象要求如下：基站开关1个：开、关门到位开关各1个；上、下限位开关各1个；上、下极限开关各1个；上减速(下平层)开关1个；下减速(上平层)开关l个；超载开关1个；电动机断路器与热继电器触点1个；安全运行线圈触点l个；门锁线圈触点1个;上、下行电磁阀线圈各l个；电源指示灯1个；液压启动线圈1个；电动机起动接触器2个；超载报警指示灯1个；液压故障指示1个；液压接通按钮1个；液压断开按钮1个。设计过程中不仅要满足控制过程的使用，还要考虑为以后设备改进留有余地，同时还应考虑系统本身的成本。在诸如:西门子、三菱、欧姆龙、美国通用电气等众多PLC中我们选择了三菱PLC。主要是从价格和可靠性的角度做出的选择，另外三菱PLC在我国应用也比较多,程序编程或维修方便目前三菱PLC主要有F系列、FX系列、A系列、ANS系列、Q系列、QNA系列等几种类型。FX系列PLC功能强大、组合灵活，并且有各种点数及各种输出类型的基本单元、扩展单元和扩展模块。它们可以自由混合配置使系统构造更加灵活方便因此综合考虑以上因素，本系统选用三菱FX系列的FX2N-48MR-001型可编程控制器，它是继电器型输出,AC电源，DC24V输入。它的I/0点数为48，其中输入点为24，输出点为24。由于本系统的施工升降机的速度是连续变化的模拟量，与比例变量泵相匹配的比例放大器要求PLC输出模拟信号，所以PLC必需能够输出模拟量。为此选用了模拟量输出模块FX2N-2DA。下面对所用的主单元FX2N-48MR-001及模拟量输出模块FX2N-2DA作一个简单介绍：1、 FX2N-48MR-001是一台PLC它自带48点数字I/0,数字I/0点数可扩展至256点。软元件资源如表3-1。表3-1 FX2N-48MR-001软元件资源X输入继电器X000-X02724原件编号为8进制编号Y输出继电器Y000-Y02724原件编号为8进制编号M辅助继电器M000-M82551528通用型：M0-M499断电保护型：M500-M3071特殊用途型：M8000-M8255S状态器SO-S9991000普通用途：S20-S999初始状态器：S0-S9 回零状态器：S10-S19断电保持用：S500-S899作信号报警用：S900-S999T定时器T0-T255256100ms型：T0-T99910ms型：T200-T2451ms型：T246-T249100ms积算型：T250-T255C计算器C0-C23423516位递加计算器：普通型C0-C99断电保持型C100-C19932位双向计数器普通型C200-C219断电保持型C220-C234D数据寄存器D0-D82558256普通用途：D0-D199供停电保持用：D200-D511，D512-D7999特殊用途：D8000-D8255V、Z变址寄存器V0-V7，Z0-Z7续表3-1P/I指针分支用：P0-P127输入中断用：10-15定时器中断用：16-18计算器中断用：10-10K/H常数十进制用K表示，十六进制数用R表示该机种内置8000步RAM寄存器，用一个寄存器盒可扩充到16000步RAM或EEPROM。运算速度快，基本指令可达0.08s/指令、应用指令1.52/指令至几百/指令。另外,FX2N系列PLC具有较强的通讯功能,方便通讯实现。该机中内建有两个通讯口COM1和COM2。其中,COM1为RS422通讯口(可以变更为RS232)可用来简介程序书写器、监控器和个人电脑。这样,在个人电脑上安装好PLC编程软件GX DeVeloper后便可直接在个人电脑上进行PLC控制程序的编制、调试、下载和监控。COM2为RS485,可以用于连接变频器等周围装置,主机通过通讯指令便可以对这些装置进行访问,两个通讯口的波特率为9600bps,最高可达115200bps。2、模拟量输出模块FX2N-2DA用于将12位数字值转换成2点模拟量输出的电压输出或电流输出。两个模拟量输出通道可接受的输出为DC0-10V、DC0-5V或4-20mA,根据接线方法,模拟量输出可在电压输入或电流输入中进行选择；每个通道的转换时间为2.5ms。要求的电源电压为24VDC,由PLC提供。PLC主机通过程序指令FROM/T0可以完成模拟量模块的工作方式设定和转换值的读取其性能见如下表3-2。表3-2 FX2N-2DA模拟量输出模块性能项目输出电压输出电流模拟量输出范围0V-10V直流，0V-5V直流（外部负载电阻2k-1M）4mA-20mA（外部负载电阻不超过500）数字输入12位分辨率2.5mV（10V/4000）1.25mV(5V/4000)4A4mA-20Ma/4000总体精度1%(满程0V-10V)1%(满程4mA-20mA)转换速度4ms/通道（顺控程序和同步）隔离在模拟电路和数字电路之间光电隔离直流/直流变压器隔离主单元电源在模拟通道之间没有隔离电源规格5V、30mA直流（主单元提供的内部电源）24(1+-10%)V、85mA直流（主单元提供的内部电源）占用I/0点数占用8个I/0点（I/0均可）使用的控制器FX1N/FX2N/FX2NCFX2N-2DA模拟量输出模块的使用:经D/A转换后,模拟量通过双绞线把信号输出,输出电压信号时,则将双绞线接到通道的V、COM1或COM2端。为了计算方便,将最大模拟量输出DC10V所对应的数字量设定为4000。对于与FX2N系列PLC的连接编程主要包括不同通道数模转换的执行控制。在模拟量输出模块中有一个数据缓冲区,PLC采用T0指令将需要被转换成模拟量输出的数据传送到该模块的数据缓冲区的有关寄存器中,然后再由模块中的数模转换器将其转换成适当大小的模拟量输出。D/A模块部分数据缓冲寄存器(BFM)的定义如下:BFM#16/bit7-bit0：转换数据的当前值(8位)；BFM#17:通道的选择与启动信号(bit0为通道2选择与启动,bit0的下降沿启动通道2的转换；bitl为通道1选择与启动,bitl的下降沿启动通道l的转换；bit2为转换数据暂存,bit2的下降沿启动转换数据暂存)3.3控制电路设计3.3.1电路设计在施工升降机上、下运行时，抱闸应打开，其线圈应通电。施工升降机停止运行时，抱闸应抱死，其线圈应通电。本系统是电动机控制泵的运转，而KMI是控制电动机启停线圈，故可用KMI来控制抱闸线圈YB的通电与断电。将所有楼层门开关串联在一起，控制门锁继电器KAI，实现楼层门全部开关关闭正常后施工升降机才能运行的控制。将安全窗开关SQI、安全钳开关SQZ、限速器开关SQS、急停开关(SB1、SB2)、上下限位开关(SQ3、SQ4)、上下极限开关(SQ5、SQ6)、安全防坠器开关SQ7、围栏门关门到位开关SQ12、断绳开关SQ13、基站开关SA1以及热继电器触点FR串联在一起，构成安全回路，控制安全运行继电器KAZ，只有当KAZ吸合时，才允许PLC处于运行状态。这样可以节省PLC的输出口，又可以实现在多种紧急情况下的立即停车。图3.3为施工升降机的抱闸、门锁及安全运行电路。图3.3 升降机的运行电路3.3.2 系统回电路设计根据系统控制要求,主电路只要一台三相异步电动机用以驱动变量泵,并且该电动机只需单方向旋转,因此可用一个接触器KM1进行控制。为了限制起动电流,减小其起动时对电源电压的冲击,三相异步电动机采用星形-三角形降压起动方式。采用电磁抱闸断电制动,接触器KM1断电释放时,电磁抱闸线圈YB使闸瓦制动器紧紧地抱住与电动机同轴的制动轮,于是电动机迅速停转；当接触器KM1得电吸合并自锁时,其主触点闭合,电磁抱闸线圈也得电,使抱闸的闸瓦与闸轮分开,电动机启动运转。电动机采用带断相保护的热继电器FR做过载保护:当电动机过载时,热继电器FR常闭触点串接在安全运行电路中;短路保护:短路时,熔断器Fl的熔体熔断而切断电路起保护作用；欠电压、失电压保护:当线路出现过载、短路、失压、欠压故障时,具有欠电压保护功能的断路器QF能自动分断故障路线。控制变压器T1、T2起降压、隔离作用。急停车控制电路:按下急停按钮SB1、SB2有三种情况可能发生1、接触器KM1失电,主电路断开,电机停转。2、安全运行电路中的动断触点SB1、SB2断开,安全运行继电器KA2断开,PLC电源断开；3、触点SB1、SB2闭合时,使KM4得电吸合并自锁,限流电阻R通过6倍FU熔体额定电流,FU立即熔断,电动机失电停止转动。另外,PLC供电电源-22OV、比例放大器电源24V、安全运行电路电源-11OV、电磁换向阀电源-22OV均由电网获得。图3.4为升降机控制系统主回路图。图3.4 控制系统主回路3.3.3 输入输出回路设计将触摸屏及施工升降机运行过程中的各种输入信号,送入PLC的输入中构成其输入电路图完成施工升降机运行的各种执行元件及指示施工升降机运行状态的各种显示,均要受到PLC输出口的控制,构成其输出电路。其输入/输出电路如图3.5所示。图3.5 升降机PLC控制I/0图3.3.4 PLC的I/O存储地址分配升降机输入输出设备及端子分配如表3-3所示。表3-3 输入输出端子分配输入端子输入名称输出端子输出名称X0安全运行继电器KA2Y0上行电磁阀YV1X1门锁继电器KA1Y1下行电磁阀YV2续表3-3X2基站开关SA1Y2电源指示灯HL1X3开门到位开关SQ10Y3超载报警指示灯HL2X4关门到位开关SQ11Y4液压故障指示HL3X5上限位开关SQ3Y5电动机起动主接触器LM1X6下限位开关SQ4Y6Y型接触器LM2X7上限位开关SQ5Y7型接触器KM3X10下限位开关SQ6Y11吊笼开门到位指示HL4X11上减速/下平层感应器开关1KRX12下减速/上平层感应器开关2KRX13超载开关SQ44X14液压接触SB3X15液压断开SB4X16电动机断路器QF、而继电器X17急停开关SB1、SB24 升降机控制系统软件设计4.1 概述PIC的软件主要包括:系统软件、应用软件、编程语言及编程支持工具语言几个部分组成。4.1.1 PLC及运行原理PLC的系统软件是PLC工作所必须的软件。只有在系统软件支持下,PLC对用户编写的应用程序进行解释,并加以执行,直到用户程序结束,然后返回到程序的起始又开始新一轮的循环。PLC的这种工作方式称为循环扫描工作方式。了解扫描工作方式的工作过程对我们绘制更合理的用户程序有很好的帮助。下面将简要介绍这种工作方式,然后探讨以下在编制程序时的相应的注意事项。PLC的扫描工作方式主要包括以下几个步骤。1、扫描前的检查。PLC在每次扫描前由系统软件安排一次自检,如果发现故障则发出报警故障及报警性质。若为一般故障,PLC报警,但不停机；若为严重故障,则停止运行用户程序。2、I/0状态的刷新。包括两种操作:一是采样输入信号。PLC的输入是生产现场信号经过输入端子,进行光电隔离以提高抗干扰能力后送入缓冲器,当PLC进行输入采样时缓冲器中的内容才送到PLC的输入映像寄存器,每次采样PLC从输入映像寄存器中读取到各输入点的状态,因次输入映像寄存器的只有在采样时才会与输入信号一致,其他时间输入映像寄存器的内容将保持不变；二是刷新输出信号。PLC接受输入后执行用户程序,将运算结果送至输出映像寄存器,在每次用户程序结束后进行刷新,将输出映像寄存器中的运算结果送至输出锁存器,再通过输出驱动电路送到输出端子驱动负载。与输入相类似,只有在输出刷新时输出状态才改变, 刷新后的状态要保持到下次刷新为止。由于通常来说PLC扫描周期很短(依赖于程序长短和扫描速度),每次I/O刷新时间间隔很小,所以可以认为其输入输出是及时的。3、用户程序的执行。用户程序执行时,按顺序从零步开始逐步执行直至程序结束。执行时有监视定时器进行监视,当扫描出现异常而超时时,发出警告并禁止所有输出。4、执行外设指令。每次用户程序执行完成后,如果外设有中断请求,PLC就进入中断服务程序。否则PLC自动进行循环扫描。上述便是PLC的工作过程。1、从其工作过程可见；2、扫描工作方式,输入、输出原理上存在滞后,而且扫描周期越长,滞后越严重；3、扫描周期除了用户程序执行时间还包括PLC自检时间和中断服务时间；4、程序合理设计可以很好降低输入输出的滞后时间。如图4.1所示,通过分析便可知道:要实现(a)图的功能,(b)图的滞后将大于(C)图。因次设计程序时要多加考虑程序的合理性。(a) (b) (c)图4.1 梯形图因此,在PLC应用程序编制时,不仅要尽量使用最少的语句实现相同的功能,还要力求程序结构和语句顺序的合理性。4.1.2 PLC运行软件应用软件是指为完成实际的控制任务而编写的各种软件。它与具体的生产工艺紧密相关,随着生产工艺的不同而不同。因此,在应用软件的编写之前编程人员必须深入现场,然后严格按照生产工艺的要求来编制控制程序;此外,应用软件与硬件密不可分,它们共同合作,互相弥补来完成生产工艺所要求的控制功能,在进行PLC控制系统的研究时同样要求软、硬件的划分,合理的划分能使系统简单可靠、成本低而且便于维护。总之,一个系统控制效果和性能的好坏不单单取决于硬件或软件而是两者共同作用的结果。4.1.3 编程工具软件和编程语言PLC有多种编程语言:梯形图、助记符语言、逻辑功能图、布尔代数语言和某些高级语言(如BasicC语言等)。由于梯形图是沿用电气控制电路的符号所组合而成的图形语言,具有易学易用、简单明了、直观的特点被广大的工程技术人员所接受。因次它是现在使用最为广泛的编程语言之一,几乎所有厂家的PLC都支持梯形图编程(虽然各厂家的梯形图略有差异但原理和方式都差不多)。由于各厂家的PLC在功能、结构上存在较大差别,在应用软件的编译上也大大不相同。因此,没有适合于各个厂家PLC的编程工具软件。现在世界上各个PLC厂家都研制了自己的PLC编程支持工具软件,用户可以根据自己所选的PLC来选择相应的编程支持工具软件。此次课题研究选的是三菱系列PLC,因此在进行应用软件的编制时使用的是该公司的编程软件GX Developer8.0,该软件支持三种编程语言输入即:梯形图语言!指令语言!顺序功能图,而且这三种语言还可以通过编译进行相互转换。4.1.4 PLC软件的设计1、了解系统概况,形成整体概念。这步主要工作是通过深入生产现场,了解统的生产工艺和系统的各种操作以及各操作间的逻辑关系。确定要检测量的控制方法,结合硬件设计的情况确定各控制量性质及存储地址。然后将控制程序按任务划分成小模块,使设计出的程序在结构上清晰、简洁、流程合理。2、画出控制流程图。根据步骤1的内容绘制系统控制流程图,用以清楚地表明动作的顺序和条件。3、制定抗干扰措施根据现场工作环境、干扰源的性质因素,综合制定系统的硬件和软件抗干扰措施。如硬件上的电源隔离、信号滤波、采用屏蔽信号线等；软件上采用平均值滤波等。4、编写程序。用编程语言将上述的流程图加以实现。5、程序调试。4.2 控制系统的设计本文的控制系统软件设计主要包括两个主要内容:一是PLC控制器的施工升降机控制软件的设计开发；二是触摸屏显示监控软件设计开发。其中PLC程序包括信号控制部分和速度控制部分。程序一开始,首先判断系统是否处于安全运行状态,在安全运行状态下才进入施工升降机信号判断和控制的主程序。在主程序中,要判断电机、液压系统是否有故障,根据这些判断刷新相应的输出。具体而言,它要实现的控制功能有:层楼位置信号的产生与消除；选层指令信号的产生与清除、显示；停层信号的产生与消除；停车制动；加速曲线产生；减速曲线产生。图4.2为程序流程图。图4.2 系统程序流程图4.2.1 楼层位置信号的发生和清除环节当施工升降机位于某一层时,应产生位于该层的信号,以控制触摸屏显示层楼所处的位置,离开该层时,该楼层信号应被新的楼层信号(上一层或下一层)所取代其三层梯形图如图4.3所示。D200为施工升降机的楼层数,通过触摸屏显示出来。X5是上限位开关,装在30楼,当施工升降机运行到30楼时,使D200为30。X6是下限位开关,装在1楼,当施工升降机运行到1楼时,使D200为1。在中间的某些楼层中,施工升降机上行时,每上一层时,D200加1；当下行时,每下一层,D200减1。另外在施工升降机在1楼-30楼时,分别使M201-M23O置ON,用于消除选层指令。如果施工升降机楼层显示有误,只要将施工升降机开到顶层或一层,马上就能显示正常。图4.3 层楼位置信号的产生与清除环节程序梯形图4.2.2 选层指令登记、消除与显示操作人员通过触摸屏上1楼-30楼选层触摸操作,可以选择欲去的楼层。选层信号M301-M330通过触摸屏置位后发送给PLC登记,同时触摸屏选层数显示发亮。当施工升降机到达所选的楼层后,停层信号应被消除,触摸屏选层数也应熄灭。其三层梯形图如图4.4所示。图4.4 选层指令信号的登记、清除和显示环节程序梯形图4.2.3停层信号的发生与消除施工升降机在停车制动之前,应首先确定其停层信号,即确定要停靠的楼层,每一层产生一个停层辅助信号,1楼-30楼的停层辅助分别是M101-M130。1楼停层的条件是施工升降机下行到1楼,30楼的停层条件是施工.升降机上行到30楼;中间层产生的条件是登记选层信号时并且施工升降机到达该层。当施工升降机减速时间达到1S后,停车信号应该被取消。其部分梯形图如图4.5所示。图4.5停层信号的产生和消除环节程序梯形图4.2.4 停车制动停层信号产生后,与上、下平层感应器配合,进行停车制动。停车制动之前,应先产生停车制动信号M475、M476,然后由停车制动信号控制辅助继电器M483实现停车制动。为解决施工升降机进入平层区间后才出现的停车信号致使施工升降机过急停车的问题,采用微分指令将X11及Xl2变成短信号。其三层程序梯形图如图4.6所示。图4.6 停车制动环节程序梯形图施工升降机上行时,先接通上行减速信号X11,则M483接通,施工升降机开始减速,当达到上平层信号X12接通时,施工升降机制动。T5是减速时间,T5触点接通消除停层信号M101-M130。施工升降机下行时,先接通下行减速信号X12,施工升降机开始减速,当接通X11时,施工升降机停止。4.2.5 启动加速与稳定运转施工升降机启动的条件是运行方向已确定,吊笼门己关好。其程序梯形图如图4.7所示。图4.7 启动加速和稳定运行环节程序梯形图上行时,上行信号M95通过触摸屏接通,当吊笼门关好后X4接通,则M485接通,施工升降机开始加速上行。下行时,下行信号M96通过触摸屏接通,当吊笼门关好后X4接通,则M485接通,施工升降机开始加速下行。如果制动信号M483接通时,上行时,碰到上平层X12,则M485为OFF,施工升降机制动；下行时,碰到下平层X11,则M485为OFF,施工升降机制动。5 控制系统抗干扰设计5.1电磁干扰类型和影响影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样,大都产生在电流或电压剧烈变化的部位, 这些电荷剧烈移动的部位就是干噪声干扰模式和噪声波形性质来按噪声产生的原因不同,分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同,可分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同,分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差,主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向)电压迭加所形成。共模电压有时较大,特别是采用隔离性能差的配电器供电时,变送器输出信号的共模电压普遍较高,有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压,影响测控信号,造成元器件损坏(这就是一些系统I/0模件损坏率较高的主要原因),这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压,主要由空间电磁场在信号间祸合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的,这种干扰叠加在信号上,直接影响测量与控制精度。5.2 PLC系统干扰来源1、来自空间的辐射干扰空间辐射电磁场(EMI)主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的,通常称为辐射干扰,其分布极为复杂。若PLC系统置于其射频场内,就会受到辐射干扰,其影响主要通过两条路径:一是直接对PLC内部的辐射,由电路感应产生干扰;二是对PLC通信网络的辐射,由通信线路感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小特别是频率有关,一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。2、来自系统外引线的干扰第一类是来自电源的干扰。PLC系统的正常供电电源均由电网供电,由于电网覆盖范围广,它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电流,尤其是电网内部的变化、开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源,但因其机构及制造工艺等因素使其隔离性并不理想。实际上,由于分布参数特别是分布电容的存在,绝对隔离是不可能的。第二类是来自信号线引入的干扰。与PLC控制系统连接的各类信号传输线,除了传输有效的各类信息之外,总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径:一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,这种往往非常严重。由信号引入的干扰会引起I/0信号工作异常和测量精度大大降低,严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统,还将导致信号间互相干扰,引起共地系统总线回流,造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/0模件损坏数相当严重,由此引起系统故障的情况也很多。第三类是来自接地系统混乱的干扰。接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一,正确的接地既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地反而会引入严重的干扰信号,使PLC系统无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等,接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地,如果电缆屏蔽层两端A、B都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层。当发生异常状态如雷击时,地线电流将更大。此外,屏蔽层、接地线和大地可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内会出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的藕合,干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱,所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布,影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作PLC工作的逻辑电压干扰容限较低,逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮,造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降,引起对信号测控的严重失真和误动作。5.3 抗干扰措施5.3.1 控制电源系统引发的干扰采用性能优良的电源,抑制电网引入的干扰。在PLC控制系统中,电源占有极重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源(如CPU电源、I/0电源等)、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等藕合进入的。由于施工升降机系统处在室外,干扰较强,为了保证其PLC系统的正常工作,对于交流AC220V供电的PLC,为抑制来自电网中的干扰,在PLC交流电源输入端加隔离变压器,由隔离变压器的输出端直接向PLC供电。隔离变压器的电压比取为1:1,且其容量比实际需要大1.2-1.5倍左右。在一次和二次绕组之间采用双屏蔽技术:一次侧采用漆包线或铜线等非导磁材料,在铁心上绕一层,注意电气上不能短路,并接到中线;二次侧采用双绞线,双绞线能减少电源线间干扰。5.3.2 控制输出端引发的干扰由于本系统PLC输出端接有电磁阀、交流接触器线圈等感性负载,输出信号由OFF变为ON或从O入变为OFF时都会有某些变量的突变而可能产生干扰。为了保护PLC的输出触点,对于本系统的交流负载,在负载两端并接CR浪涌吸收器、根据本系统负载的容量,浪涌吸收器的C、R值分别选择为0.47F、47。连接时,C、R尽可能靠近负载。5.3.3 安装和布线动力线、控制线以及PLC的电源线和I/0线分别配线,隔离变压器与PLC和I/0之间采用双绞线连接。将PLC的I/0线和大功率线分开走线,如必须在同一线槽内,分开捆扎交流线、直流线,若条件允许,最好分槽走线,这不仅能使它的空间距离最大,而目能将干扰降到最低限度。PLC远离电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备等强干扰源,不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC远离动力线(二者之间距离应大于20Omm)。与PLC装在同一个柜子内的电感性负载,如功率较大的继电器、接触器的线圈,并联RC消弧电路。PLC的输入与输出最好分开走线,开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线,屏蔽层应一端或两端接地,接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。5.3.4 正确选择接地点良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件,可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个,即为了安全;为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起地环路电流,影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地,如果电缆屏蔽层两端A、B都接地,就存在地电

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