爬模机电气控制系统的设计

I 摘 要 爬模机是 采用顶升式爬模，利用电机来爬升模板的机器。爬模机的模板安装与传统模板的安装流程上保持一致，但有区别的是模板的拆装过程。传统式模板安装需要将模板分开，一次安装一个小块，整个墙面需要安装很多次，而采用顶升式爬模模板安装，只需要由 5 根主立柱顶着整个工作平台上升，所有模板也随着整个平台顶升，一次性将所有模板吊装到位，大大简化了高层建筑物和桥梁的施工。 如果采用爬模机安装修建高层，模板安装这个过程花费也就不到 1 天时间，大大缩短了建筑所需时间 。因此对爬模机电气控制系统进行研究具有很大的现实意义。 文章对爬 模机电气系统的设计进行了比较深入的研究， 论文的主要内容包括： 第一 ,阅读了一些爬模机电气控制系统的相关文献，对西门子 门子频器等有了深入的研究，搭建起了系统的硬件平台。 第二 ,在西门子 编程软件平台上，设计出了爬模机工作的控制程序，完成对爬模机手动 6 个速度档位的控制与自动爬模程序。 第三 ,对西门子 00 触摸屏操作手册与 008 软件进行了研究，设计出了触摸屏的 3 个操作界面，实现了触摸屏对爬模机 的控制与监控。 最后在构建的爬模机硬件平台上进行安装与调试，验证系统运行的可靠性。 关键词： 爬模机， 频器，触摸屏 is up s of be is a is to a a me to a of up by in If So s In of s of of by is 7 7LC of on 00 008 to of on of 录 第 1 章 绪论 . 1 题来源 . 1 内外爬模机研究现状 . 1 文的研究内容 . 6 第 2 章 爬模机简介 . 7 模机机械 . 7 模机系统工作简介 . 8 统顶升简介 . 8 立柱自爬 . 8 模机油路 . 9 第 3 章 爬模机电 气控制系统的设计 . 10 统整体设计 . 10 统整体设计思想 . 10 统特点及预期达到效果 . 11 模机硬件设计 . 11 模机模拟硬件系统的电气连接图 . 11 简介及在系统中的应用 . 12 频器的简介及在该系统中的应用 . 19 频器参数设定 . 24 摸屏简介 . 25 模机软件设计 . 26 序设计 . 26 摸屏的软件设计 . 27 第 4 章 爬模机电气控制系统设计的实现 . 31 模机硬件系统实际连接与实现 . 31 摸屏实际运行界面显示 . 32 V 第 5 章 结论与展望 . 35 论 . 35 望 . 36 致 谢 . 37 参考文献 . 38 附录 . 40 附录一 序设计图 . 40 1 第 1 章 绪论 题来源 爬 模机是机、电、液一体化的大型机械，应用于超高层建筑和桥梁的施工中，大大简化了施工的程序。随着交通需要的飞速发展和桥梁技术的日益进步，现代桥梁逐渐向大跨度方向发展，出于结构上的需要和桥位处地形、地貌的制约，桥梁设计中超过百米高的桥墩和数百米高的索塔已不再少见，这对施工技术提出了更高的要求。面对如此高度的空心（或实心）薄壁建筑物，如何做到施工的优质、安全、高效是现代桥梁施工中的一道难题 1。 爬模是爬升模板的简称，国外也叫跳模。它由爬升模板、爬架 (也有的爬模没有爬架 )和爬升设备三部分组成，在筒体体系和 桥墩筀等高耸结构中是一种有效的工具。由于具备自爬的能力，因此不需起重机械的吊运，这减少了施工中运输机械的吊运工作量 2。在自爬的模板上悬挂脚手架可省去施工过程中的外脚手架。 目前国内的爬模技术发展非常缓慢，主要原因是国内的科研单位资金紧张，科研经费不够，使得开发时速度慢，起点低，仅能在学习国外先进技术的基础上结合国情做一些开发和改进。因此水平普遍较低、体系不配套、质量也不高。液压爬模作为一种重要的施工技术，广泛应用于超高层建筑和高耸结构施工。关于爬模机电气控制系统的可靠性理论与可靠性试验技术的研究 ，对于爬模机产品的质量与可靠性的提高无疑具有重要意义。鉴于爬模技术会在将来得到广泛地应用，与普通的模板技术相比有施工速度快、操作简洁、工程质量好、降低成本的特点。为此，我们有必要学习和掌握爬模的基本控制理论，为以后的工作和生活奠定基础，争取在国内爬模技术中尽早得到突破，促进爬模技术的发展。因此，对爬模机电气控制系统的设计的研究对现实生产有很大的实际意义。 内外爬模机研究现状 随着交通需要的飞速发展和桥梁技术的日益进步，现代桥梁逐渐向大跨度方向发展，出于结构上的需要和桥位处地形、地貌的制约， 桥梁设计中超过百米高的桥墩和数百米高的索塔（运用于斜拉桥和悬索桥）已不再少见，这对施工技术提出了更高的要求。面对如此高度的空心（或实心）薄壁建筑物，如何做到施工的优质、安全、高效是现代桥 2 梁施工中的一道难题 3。 爬模是爬升模板的简称，国外也叫跳模。它由爬升模板、爬架 (也有的爬模没有爬架 )和爬升设备三部分组成，在筒体体系和桥墩筀等高耸结构中是一种有效的工具。由于具备自爬的能力，因此不需起重机械的吊运，这减少了施工中运输机械的吊运工作量。在自爬的模板上悬挂脚手架可省去施工过程中的外脚手架。 在 多种灌筑混凝土的模板中，联邦德国皮利公司的模板在其获得专利后而引人注目，尤其是 模底板和 模（数字表示工作台宽度）。工作台按 5000荷或托座按 3500N 设计。爬模拼合板的最大拼合高度不超过 ，用人工传动装置安装。这种爬模技术很适用于高大工程混凝土的灌筑 , 已有多座桥梁应用这种模板灌筑桥墩混凝土。其中最典型的是西班牙北部柳拿巴里奥桥的 125m 的钢筋混凝土桥（ 1983 年）。爬模技术的产生对高大工程的建筑提供了很大便利，在当时产生了深远影响。在八十年代初，日本已经利用爬模施工法 成功建成了身高 25 米 ,圆形截面直径为 的新毛谷桥的高桥墩。同样，俄罗斯联邦大厦工程同样是利用了这个核心技术建成。 而国内，在 80 年代中后期也开始将液压自动爬模工艺在高层建筑中进行使用。 1987年上海市建四公司在我国率先将外墙爬模应用于高层建筑施工中 , 如上海电讯大楼、市政协大楼等。爬升模板在每个施工层间自行整体爬升 , 既减少了起重机吊运工作量 , 又不需每次拆开和装拼模板 , 具有爬升动作平稳、工作安全可靠、模板安装位置和垂直度精度较高的优点 , 因此到 80 年代逐渐推广到其他省市 , 并被建设部列入 “ 九五” 重点推广的10 项新技术之一 4。如上海电信大楼、郑州会展宾馆、广州珠江城等工程中都用到了这个核心技术，这给施工带来了非常大的便利。上海建工集团前后历经 8 年开发了具有自主知识产权的液压自动爬升模板系统。自 1994 年建设部把新型模板和脚手架应用技术作为建筑业重点推广的 10 项新技术以来，我国的模板技术有较大发展和长足进步，且缩短了与发达国家的差距，但是在推广应用和发展中仍然存在不少问题。在调研中发现我国的爬模技术还很落后，基本是引进德国的技术，没有自主的爬模技术研究体系。 下面将传统模板的安 装流程与用爬模机安装模板的流程进行对比，通过对比来发现爬模机在高层建筑物中施工的巨大优势。 3 传统模板安装操作工艺 单 片 预 组拼 柱 组 拼第 二 片 柱 模 就 位连 接 固 定第 一 片 柱 模 就 位安 装 第 三 、 四 片柱 模检 查 柱 模 对 角 线及 位 移 并 纠 正自 下 而 上 安 装 柱箍 并 做 斜 撑全 面 检 查 安 装 质量群 体 柱 模 固 定图 1体模板安装流程 1)安装就位第一片柱模板 ,并设临时支撑或不小于 14 号铅丝与柱主筋绑扎临时固定 。 2)随即安装第二片柱模 ,在二片柱模的接缝处粘贴 2的海绵条 ,以防漏浆 ;用连接螺栓连接二块柱模 ,作好支撑或固定 。 3)如上述完成第三、四片柱模的安装就位与连接 ,使之呈方桶型 。 4)自下而上安装柱套箍 ,较正柱模轴线 位移、垂直偏差、截面、对角钱。并做支撑 。采用小型钢间距 500上、中、下固定柱模 。 5)校正柱模的轴线位移、两个方向上的垂直偏差、截面、对角线 ,最后固定牢靠 5。 墙体模板安装 安 装 前 检 查安 装 就 位 另 一 侧 墙 模板清 扫 墙 内 杂 物 调 整 模 板 位 置插 入 穿 墙 螺 栓 及 塑 料套 管安 装 斜 撑一 侧 墙 模 安 装 就 位安 装 门 窗 口 模 板安 装 斜 撑穿 墙 螺 栓 穿 过 另 一 侧墙 模与 相 邻 模 板 连 接 斜 撑 固 定紧 固 穿 墙 螺 栓图 1体模板安装流程 4 1)在下层外墙砼强度不低于 ,利用下一层外墙螺栓孔挂金属三角模板架 。 2)按照先横墙后纵墙的安装顺序 ,墙体模板按照两面模板分正、负模板 ,将一个流水段的内墙正号模板按顺序吊至安装位置初步就位 ,用撬棒按墙位置线及模 板的起止线调整模板位置 ,对穿模板的对拉螺栓 ,并调节至大致水平 ,用托线板测垂直、校正标高 ,使模板垂直度、水平度、标高符合设计要求 ,采用钢管就位后 ,立即拧紧螺栓 。 3)合模前检查钢筋、水电预埋管件、门窗及预留洞口模框、穿墙套管是否遗漏 ,位置是否准确 ,安装是否牢固 ,是否削弱断面过多等。合模板前将墙内可能有的杂物再次清理干净 。 4)安装反号模板 ,经校正垂直后用穿墙螺栓将两块模板锁紧 。 5)在内墙模板的外端头安装活动堵头模板 ,它可以用木板或用铁板根据墙厚制作 ;模板接缝要严密 ,防止浇筑砼时漏浆 。 6)安装外墙内 侧模板 ,按楼板上的位置线将大模板就位找正。 7)合模前检查钢筋、水电等预埋管件、门窗及预留洞口模框是否遗漏正确无误。 8)安装外墙外侧模板 ,模板放在金属三角模板架上 ,将模板就位、校正、紧固穿墙螺栓。 9)正、反模板、侧面堵头模全部安装完后 ,检查墙模之间、侧模与墙模、施工缝处是否严密、牢固可靠 ,防止出现漏浆、错台现象。检查每道墙上口是否平直。 10)模板安装完毕后 ,全面检查扣件、螺栓、斜撑是否紧固、稳定 ,模板拼缝及下口是否严密 6。 在传统的模板安装方式下，所有柱体、墙体的模板必须在等到第二层的柱体和 墙体的钢筋结构绑扎结束以后，采用人工或者使用塔吊将模板吊起到第二层然后根据上述流程安装模板。在这样的安装方式下，模板的安装效率非常低，往往需要很多的工人花费近四天的时间才能将一个楼层的模板安装固定。 5 顶升式爬模模板安装工艺 5 根 主 立 柱 安 装 调 校垂 直检 查 模 板 安 装 与 固 定情 况在 吊 架 下 方 距 离 墙 面3 0 c m 处 悬 挂 模 板 并 将其 与 周 围 模 板 固 定 防止 摆 动搭 建 工 作 台 和 脚 手 架清 空 墙 面 两 侧 障 碍 物利 于 模 板 安 装在 桁 架 、 次 桁 架 和 工资 刚 下 方 安 装 吊 架桁 架 、 次 桁 架 以 及 工资 刚 组 成 平 台 调 校 水平安 装 工 资 刚安 装 次 桁 架安 装 桁 架图 1升式爬模模板吊装 采用顶升式爬模模板安装与传统模板的安装流程上保持一致，但有区别的是模板的拆装过程。传统式模板安装需要将模板分开，一次安装一个小块，整个墙面需要安装很多次，而采用顶升式爬模模板 安装，只需要由 5 根主立柱顶着整个工作平台上升，此时所有模板距离墙面大约 30随着整个平台顶升，一次性将所有模板吊装到位 。 在调研中发现我国的爬模技术还很落后，基本是引进德国的技术，没有自主的爬模技术研究体系。 在整个建筑施工过程中，建筑的安全、工期、质量和成本预算是施工的四个基础，即要以保证安全的条件下，用较低的成本，最短的工时完成质量合格的建筑为目标 。 而在整个施工过程中，在同样的安全成本和质量保证条件下，成本和工期一般呈反比 。 即为节省成本的最优办法就是缩短工期。而在成本预算中建材费、民工工资、建材租 用费以及其他费用中，建材费是不可省的，只有民工工资和建材租用费与工期时间有关，都是与时间成反比的 。 所以要节省建筑成本最好的办法就是缩短工期 。 在以上几个施工流程中，占用工期时间比例最大就是土建主体工程 。 例如传统施工中的模板安装就要花费近 4 天，钢筋安装和混泥土安装会花费近 3 天时间，一层楼花费近一个星期的时间 。 这是在保证有足够工人和天气情况较好的情况，如果楼层越高，楼层平面面积越大占用时间比例越大 。 如果采用爬模机安装修建高层，模板安装这个过程花费也就不 6 到 1 天时间，大大缩短了建筑所需时间 。 文的研究内容 这次的毕业设计的研究内容包括， 第一，阅读了一些爬模机电气控制系统的相关文献，对西门子 门子频器等有了深入的研究，搭建系统的硬件平台。 第二，在西门子 编程软件平台上，设计出了爬模机工作的控制程序，完成对爬模机手动 6 个速度档位的控制与自动爬模。 第三，对西门子 00 触摸屏操作手册与 008 软件进行了深入的研究，设计出了触摸屏的 3 个操作界面，实现了触摸屏对爬模机的控制与监控。 最后，在构建的 爬模机硬件平台上进行安装与调试，验证系统运行的可靠性。 7 第 2 章 爬模机简介 模机机械 图 2立柱机械示意图 图 2模机机械示意图 最上部钢构架为桁架，桁架通过主立柱的帽子与主立柱固定连接，主立柱上侧两边伸出为支腿，放在两边墙体上，作为整个系统的主要承重受力点。下侧两边伸出为导向腿顶在两侧的墙面上，保证主立柱处于垂直状态。整个系统有 5 个这样的主立柱，处于建筑 的不同位置支撑起整个顶部工作台。 8 模机系统工作简介 统顶升简介 当某一层混泥土浇筑完毕以后，需要将工作平台提升，以便进行第二层的钢筋绑扎、模板固定和混泥土浇筑工作。在工作平台准备进行顶升时，首先要确保所有的模板都已离开墙面，并且模板上升路径周围没有障碍物。其次要确保所有主立柱的动力电缆线和通信电线没有破损。最后每个主立柱前要有一名观察人员负责观察每跟主立柱的状况。然后操作员通过主控器设定上升高度，进行系统顶升。 安 装 到 位 ， 初 始 状 态顶 升 2 . 4 m ， 临 时 固 定 外墙 模 板拆 墙 模 板 ， 离 墙 约 3 0 c 土 浇 筑 ， 浇 筑 完 毕以 后 快 干 时 给 主 立 柱 支腿 预 置 钢 板合 模 板 ， 装 上 穿 墙 螺 栓顶 升 1 . 8 就 位 ， 绑 扎 桁 架 以下 部 位 ( 2 . 1 m 空 间 ) 的 横钢 筋立 筋 就 位 ， 绑 扎 桁 架 以下 部 位 ( 2 . 1 m 空 间 ) 及 不干 涉 桁 架 的 的 部 分图 2升完成 后施工流程 立柱自爬 当整个系统顶升到 大行程以后，需要将整个主立柱高度进行提升。这个时候5 根主立柱支撑整个顶部平台，主立柱的自爬根据力学原理一次一根进行，保证整个顶部平台的平衡。在进行自爬时，首先，应确保顶部与桁架和主立柱相连接的螺栓连接完好；其次，检查主立柱的动力电缆线完好无损；最后，去除主立柱上升路线中的障碍物 ,然后开始自爬动作。 5 根主立柱都一次按照下图所示的流程逐个进行自爬动作，直到所有的主立柱都自爬完毕，再对整个系统进行一次水平校验。如果水平，不需要调整，反之需要调 整 5 根主 9 立柱的上升或者下降来调平顶部工作平台。 主 立 柱 上 升 大 约 1 0 m 两 边 支 腿 ， 伸 出 的部 分 与 前 一 次 伸 出 部 分保 持 一 致提 升 到 墙 体 上 沿 等 高 以后 再 继 续 提 高 大 约 2 5 m 检 查 没 有 障 碍 物 以后 进 行 提 升导 向 腿 向 里 缩 ， 直 到 没有 与 墙 壁 接 触 为 止 ， 不要 完 全 缩 回两 边 支 腿 向 里 完 全 缩 进主 立 柱 下 降 ， 直 到 两 边支 腿 完 全 承 重 ， 受 力伸 出 导 向 腿 ， 接 触 墙 面并 且 调 校 柱 体 垂 直图 2立柱自爬流程 模机油路 图 2控制阀油路图 主立柱上升时 3A 通电，下降时 3B 通电，当 3B 和 3C 一起通电时，使用与快速下降模式（此种情况适用于自爬时快速提升）。在 P 处装有压力传感器，可以用于系统压力测量，支腿和导向腿伸出压力测量。 10 触 摸 屏P L 器变 频电 机电 位 器第 3 章 爬模机电气控制系统的设计 统整体设计 统整体设计思想 图 3统整体设计框图 1）主控系统 系统的主控系统采用西门子 列的可编程控制器 ,利用 模数转换口能够精确地检测出电源的电压值，同时也能很好的控制电机的多段速，控制起来简单明了，编程学习起来也相对简单。 2）变频调速系统 调速系统采用西门子 频器，只需要在控制单元设置参数时对变频器给出相应的控制命令就可以使爬模机按照设定的频率运行，满足爬升阶段稳定快速运行的要求。变频调速装置本身具有很多自我保护功能，所以能够很好的使爬模机稳定工作，不会受外界的干扰影响生产。 3)上位机监视系统 上位机采用西门子 00 触摸屏，实现对爬模机位置的监视及操作，提高爬模机的可靠性和可操作性。利用触摸屏技术能够清晰明了的显示电机的运行情况和运行高度，及时的进行高度调整。 4）反馈系统 由于拉线传感器价格比价贵，而我只是要设计爬模机的电气控制系统，因此我最终选择了利用电位器来代替拉线传感器。利用电位器能够改变电压值，用电压值来代替本 11 来会变化的高度值，在理论上实现起来是一样的。 统特点及预期达到效果 该系统的核心是可编程控制器，利用可编程控制器实现对电机正反转的控制，同时利用 模数扩展模块测量出拉线传感器反馈的高度值，使得爬模机能够精确地运行到指定的高度。 变频器在该系统中也不可或缺，利用变频器实现电机稳定的启动停止与正反转，比直接用 现正反转简单了很多，同时变频器也实现了多段速的控制。 在操作监控平台设计上使用触摸屏技术，使操作人员可以不需长时间适应即可熟练操作，操作画面一目了然。 由于这个设计只是个爬模机电气控制系统的模拟，其核心就是要实现在触摸屏输入指定的值后电机能够按照输入的值运行后自动停止下来。其次多地控制电机的正反转与启动停止也是其主要功能。 模 机硬件设计 硬件设计框图如图 3示 图 3件框图 模机模拟硬件系统的电气连接图 如图 3示为爬模机硬件电气连接图，图中显示出了变频器与 要的接线连接 : 变频器80 电源 12 L 1L 2L 3+ 1 0 V 12+ A I N 3 A I N 4D I N 1 5D I N 2 6D I N 3 7+ 2 4 V 89 0 . 0Q 0 . 2Q 0 . 1I 0 . 0I 0 . 5I 0 . 4I 0 . 3I 0 . 2I 0 . 1I 0 . 7I 0 . 6I 0 . 8三 相 异 步 电 机变 频 器P L 气连接图 简介及在系统中的应用 (1)述及其系统组成 自 20 世纪 70 年代年第一台 世以来，经历了接近 40 年的技术发展， 工业上已经成为一种最重要、最受欢迎、应用的地方最多的工业控制器，也就是说只有是真正的工业控制计算机。在 明初期， 是用于逻辑控制的场合，初期代替了工业中继电器控制盘的地位，而现在 经进入了包括位置控制、过程控制等场合的所有控制的专业和领域。如今 续保存了原来逻辑控制器的全部优点，与此同时它还吸收到到了其他的工业控制设备的特点，在许多应用场合只需要 可以组成包括数据采集及控制、逻辑控制、工程控制等各种控制的综合控制系统。 一种利用数字来运算和操作的电子控制系统，它采用了一类可编程的存储器，用来存储它内部的程序，和执行内部逻辑运算、顺序控制、定时计数和算法操作等面向用户和系统的指 令，并且通过输入输出控制各种类型的生产或机械过程。 有关外部装备都按方便与工业控制系统连接成为一个整体，方便扩充 能的原则设计。如图 3示为 基本机构。 13 输 入 接 口编 程 器 接 口 中 央 处 理 器 电 源扩 展 接 口输 出 接 口存 储 器 及 后备 电 源图 3编程控制器结构框图 为蓝领计算机有着其它工业控制设备非常难具备的运行特性 : 1)可靠性高 到现在为止还没有任何一种工业控制设备可以超过 可靠性与稳定性。伴随着电子元器件可靠水平的提高， 作的可靠性还在继续地提高。例如三菱 列平均无故障运行的时间已经达 到了 30 万小时以上。实际上，如果一个工业控制装置可以连续无故障地运行 20 年以上不出问题，就可以认为是永远都不会坏的设备了。在 用中发生的问题，大部分原因是因为 部的开关、传感器、执行器等发生故障引起的，而并不是 身内部发生的问题导致的。 2)编程方便，易于使用 可编程控制器在编程时采用的是与实际的电路接线图非常类似的梯形图。这种图形编程方式易懂易编，方便初次接触 工作人员很快得用上手。 3)环境要求非常低 用于各种恶劣的工业工作环境。 4)与其他的装置联接方便 接口原则是使电平转换、外部接线尽可能的少。 对于开关量，输入端是集电极开路晶体管输出或者无源点开关量 ;输出有继电器、晶闸管、晶体管等不同的形式，这些电子元件可以直接接各种不同类型的接触器、电磁 14 阀等。 对于模拟量，只要是模拟量信号电平在一定的工作范围内 ,就可以按系统要求自由地转换特性，而不需要另加电平转换。并且通过热电偶直接输入的 A/D 转换器，那么就连放大器和冷端补偿也不需要。 对于各种显示装置、声音输出装置更是以最简单的方式提供接口，大 部分的问题都在 内部解决了。 对于数据通讯方面，只需要电缆、 口就可以了，不用由使用者考虑波特率及通讯规程等具体的问题。 5)体积小、能耗低 使用 ，复杂的控制系统也可以减少大量的中间继电器和时间继电器，而一个小型 体积仅仅相当于几个继电器的大小，可以将开关柜的体积缩小特别特别多。 配线比普通继电器控制系统的配线少得多，因此可以节省大量的线路连接，同时可以减少大部分安装接线所用的时间，又因为缩小了开关柜的体积，可以节省一大笔钱。 (2)系统中 型号及特点 1） 型号 列是德国西门子公司于 1995 年年底推出的具有高性能价格比的微型 品外观如图 3示 : 图 3门子 列 许多功能达到大、中型 水平，而价格却和小型 一样。由于他具有体积小、 15 运行速度高、良好的扩展性以及强大的扩展性等特点，使其在各种自动控制领域得以广泛应用。 特别是 列 于它具有多种功能模块和人机界面可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成 络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务。 本次设计中用到的是 输入特性如表 3示： 表 3入特性 类型 源型或汇型 输入电压 1 信号”： 14 0 信号”： 0离 光耦电离， 6 点或 8 点 输入电流 “ 1 信号”：最大 4A 输入延迟（额定输入电压） 所有标准输入： 全部 调节 ) 中断输入：（ 调节 ) 高速计数器：（ 大 307出特性如表 3示： 表 3出特性 类型 晶体管输出型 继电器输出型 额定负载电压 4V （ 4 20输出电压 “ 1 信号”：最小 +/离 光耦隔离， 5 点 继电器隔离， 3 点和 4 点 最大输出电流 “ 1 信号” : 1 信号”： 2A 最小输出电流 “ 0 信号”： 10 0 信号”： 0出开关容量 阻性负载： 负载： 5W 阻性负载： 2A 灯负载 :）可编程程序控制器工作原理 实质上是一种微机控制系统，它的工作原理也和微机的工作原理基本相同，但是在实际应用时，可以不必对其做特别深入的熟悉，只是需要将它看成是由普通的继电器、定时器、计数器、移位器等电子元器件组成的装置，从而就可以把 效成输入、输出和内部控制电路三部分 ,如图 3示 : 16 0 0 0 20 0 0 50 0 0 40 0 0 3C O 0 0C O 0 1C O 0 70 5 0 40 5 0 50 5 0 6A 0 0 0 20 5 0 00 0 0 31 0 0 10 0 0 2T 0 00 0 0 40 5 0 0T 0 40 5 0 5按 钮触 点限 位 开 关负 载电 源外 部 输 入输 入 部 分内 部 控 制 电 路输 出 部 分外 部 负 载 1 输入部分 输入部分的作用是接收设备的控制信息或命令等一些外部输入的信息。输入接线口是 外部设备的传感器转换信号、开关、按钮等连接的端口。其中的每个端子都可以等效为一个 部的继电器线圈，线圈号即输入接点号，如图 3半部分所示。该线圈由和输入端相连接的外部信号来驱动，线圈的驱动电源可以直接由 部的电源部件提供。每个输入继电器可以有无穷多个内部触点，可以在程序中多次重复使用 ,大大方便了程序的设计。 图 3作等效电路图 2 内部控制电路 内部控制电路的作用是运算和处理从输入部分得到的信息，同时判断应该产生哪些输出信息。内部控制电路实际上也就是操作员根据控制的实际要求编制的程序。 序的表达形式一般是梯形图。梯形图的起源就是从用继电器控制的电气原理连接图演变而来的， 序中的各种触点、线圈等概念都是与继电器控制电路的相同、它们的对应关系见表 3 3作等效电路图 继电器梯形图 形图 动合触点 动断触点 17 S B 2 S B 1K 0 0 0 2 ( S B 1 )0 5 0 0 ( K M )0 0 0 5 ( S B 2 )0 5 0 0 （ K M ）对 应 继 电 器 符 号 图P L C 梯 形 图地 址 号0 5 0 00 0 0 30 5 0 00 0 0 2操 作 数O U L 码0 0 0 30 0 0 20 0 0 10 0 0 0对 应 指 令 语 句 表 = 1S B 1K &S B 2K 逻 辑 功 能 块 图线圈 下图是继电器启动停止的控制线路， 形 图程序、指令语句表、逻辑功能块图的对照图，如图 3示： 图 3电器、语句表、梯形图、功能块程序语言对照图 在 内部还有很多继电器控制系统所没有的控制器件，如定时器、计数器、移位器、保持器、内部辅助继电器等，这些存在于 部的器件线圈及动合、动断触点等只能在 部控制电路中使用，与外部电路没有任何关系。 3 输出部分 输出部分的作用是用来驱动系统外部的负载。在 内部，有很多能与外部装置直接相连的输出继电器，它们都可以由梯形 图中能实现的动合、动断触点控制，其对应的每一个输出端子只能与外部负载上的一个动合触点相连，以驱动需要操作的设备。外部负载的电源接在公共端电源上。 (3)工作过程 般的工作方式是循环扫描。当 电后就开始下面的工作 1）系统初始化 : 18 清除输入输出和 部的辅助继电器；将定时器复位；检查输入输出单元的连接。 2)串行执行存储器中的程序 : 1 公共处理阶段 系统定时器复位、程序存储器的检查、总线检查、扫描时间的检查等。要是在检查时出现了异常情况，就会通 过诊断提示故障，然后自己做出相应的处理。这个处理时间是固定的，但是对于不同的机型，这个处理时间又会有所不同。 2 外设命令执行阶段 每次循环时，都会执行系统外部设备给予的命令。 3 程序执行阶段 中央处理器将 令一条一条调出，也就是按照 序对所有的数据状态进行分析处理，再将所得的结果送到 出状态寄存器。 3)输入、输出更新 在每个扫描周期， 中央处理器会进行一次输入来更新输出状态。处理器对每个输入端进 行扫描，然后将输入瑞的状态送到 入状态寄存器中 ;与此同时，可以把输出状态寄存器的输出状态通过输出设备转换成为外部装置可以接受的电压或电流信号，来启动执行装置。 (4)系统设计的 I/0 统计 为了提高系统的可靠性， 信号都是采用的信号隔离方式 :输入信号和开关量信号通过继电器隔离，电平信号通过信号分配板隔离 ;输出信号通过中间继电器中转来控制被控对象。 在设计的时候需要统计输入输出的总量，以此来确定 选型和需要用到的扩展模块数量 ,表 3出了具体的输入输出点统计： 表 3输入 输出点统计 信号内容 点数 备注 电机（启动） 1 启动电机 电机（停止） 1 停止电机 主立柱（上升） 3 用来控制主立柱上升 主立柱（下降） 3 用来控制主立柱下降 19 输入爬升高度 1 输入具体的爬升高度 电压反馈 1 反馈爬模机实际上升的高度 急停开关 1 系统的总开关 报警 1 达到指定的值后提示报警 手动档开关 1 切换到手动控制 自动档开关 1 切换到自动控制 指示灯 3 指示爬模机不同运行状态的信号 频器的简介及在该系统中的应用 (1) 变频器概述 变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变 电机 工作电源 频率 方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。 本系统中用到的是西门子 频器，西门子变频器具有较合理的价格，完整的理论计算书及辅件推荐 值，有利于用户合理选用。如图 3变频器外观图： 图 3频器外观 20 用来控制三相交流电动机转速的一类变频器。该变频器系列有很多型号，即有单相电源电压，也有三相电源电压供用户选择。 频器是由微处理器控制的，同时采用具有技术水平很先进的绝缘栅双极型晶体管作为功率输出器件。所以运行起来就具有了非常高的可靠性，也能实现多种功能。变频器脉宽调制的开关频率是可选的，开关频率的这种特性降低了电机运行的噪声，更加环保。变频器内部完善的自我保护功能 为电机提供了非常好的电路保护。 由于 有非常完善和全面的控制功能，在对变频器进行完参数设置后，可以运用于更复杂的电机控制系统。 频器既可以用于单机驱动系统，也可以集成到完善的自动化控制系统中。 (2)变频调速的控制方式 1)矢量控制理论的提出 电磁转矩的控制是电机调速的关键，他励直流电动机由于励磁电流和电枢电流可以分开分别控制，当励磁电流变小时，只要适当地控制好电机的电枢电流就可以很好控制电磁转矩，也就很容易获得较好的动态性能。但 是对于三相异步电动机做到这一点就很难了，因为在三相异步电动机中，磁通是由定子和转子电流两者共同建立出来的，与电磁转矩有直接关系的转子电流大小由定子电流大小以及电机转速等电机的运行状态决定的，无法直接就对其进行控制。 20 实际 80 年代初期，德国科学家 K 先提出了交流电机的矢量变换控制理论，它的思想就是在普通的三相交流异步电机上想办法模拟出直流电机转矩控制的规律，这样就可以控制电机的点数电流。在转子磁场定向坐标上，将定子电流矢量垂直分解成励磁分量和转矩分量，就实现了定子电流励磁分量与转矩分量的分解，也 就实现了对异步电机的磁链和转矩分开进行控制的最终目的。 2）矢量控制的思路 由电机学的学习中可知，直流电动机能使磁极下面的电枢电流 流动方向保持不变。励磁电流 定了磁通的方向不会改变，根据电机左手定则能够判断，电枢电流磁通正交，会产生电磁转矩 电磁转矩 作用下，电机以角速度 r 旋转。如图 3示。直流电动机的电磁转矩式 （ 3 21 rI aT ei q 1i d 1由式（ 3知 ，当励磁电流 变时，磁通也不变，控制电枢电流 可以很好