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PLC及触摸屏的液压升降机控制系统设计,资源目录里展示的全都有,所见即所得。下载后全都有,请放心下载。原稿可自行编辑修改=【QQ：197216396,或11970985,有疑问可加】
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1 目目 录录 摘要Abstract 第 1 章 绪论11.1 引言11.2 PLC 控制技术的产生和与其他同类技术的区别1 1.2.1 PLC 控制技术的产生2 1.2.2 PLC 其他同类技术的区别11.3 国内外 PLC 控制的发展及发展趋势11.3.1 PLC 控制的发展 11.3.2 PLC 控制的发展趋势 11.4 本课题主要研究的内容2第 2 章施工升降机控制系统设计的概述及主要组成62.1 引言62.2 液压施工升降机控制系统设计的概述62.3 施工升降机主要组成部分7第 3 章 施工升降机控制系统硬件设计133.1 引言63.2 系统的控制思想63.3 控制系统的主要产品性能介绍6 3.3.1 比例变量泵的性能介绍6 3.3.2 PLC 选型及模块介绍6 3.3.3 触摸屏的选择 63.4 控制电路设计62 3.4.1 主回路设计6 3.4.2 输入/输出回路设计6 3.4.3 抱闸电路、门锁电路、安全运行电路设计6 3.4.4 电液比例控制电路设计6第 4 章 施工升降机控制系统软件设计274.1 引言64.2 PLC 软件的概述6 4.2.1 PLC 软件的工作过程6 4.2.2 PLC 的应用软件6 4.2.3 编程工具软件与编程语言6 4.2.4 PLC 应用软件的设计过程64.3 控制系统软件设计 64.3.1 层楼位置信号的产生与清除环节 64.3.2 选层指令信号的登记、消除和显示环节 64.3.3 停层信号的产生和消除环节 6 4.3.4 停车制动环节 6 4.3.5 启动加速和稳定运行环节 64.4施工升降机变频调速系统的设计 6 4.4.1 系统的控制要求 6 4.4.2 系统设计原理 64.4.3 PLC 程序的设计 64.4.4 工程的建立与变量的定义 64.4.5 工程画面的建立 64.4.6 监控画面的制作 6第 5 章 系统抗干扰设计275.1 引言6 5.2 电磁干扰类型及其影响65.3 PLC 系统干扰的主要来源65.4 主要抗干扰措施65.4.1 抑制电源系统引入的干扰635.4.2 抑制输出端引入的干扰65.4.3 安装与布线65.3.4 正确选择接地点，完善接地系统65.3.5 触摸屏的抗干扰措施6结论与展望37参考文献39致谢414plc 及触摸屏的液压升降机控制系统设计摘 要：施工升降机是建筑施工中不可缺少的垂直运输机械，本文以液压施工升降机为背景，对其控制系统进行了设计。在全面了解施工升降机基本工作原理的基础之上，设计了 30 层的液压驱动型施工升降机控制系统。根据控制系统要求，设计了控制系统主电路、控制电路、采样电路、电液比例控制电路及报警电路等。显示监控系统选用的是触摸屏三菱 F940GOT可编程控制终端，采用其带的人机交互界面编辑软件GT Designer2，设计友好的选层参数的输入和运行状态监控界面。关键词：PLC；触摸屏；控制系统；施工升降机5 Abstract： The construction hoist is an inevitable tool for up and down transportation. Based on the hydraulic construction hoist，this paper designs its controlling system. On the basis of well known all aspects of the construction hoist，I designs the controlling system for thirty floors hydraulic construction hoist. The PLC processes the concentrated data according to its inner programs，and carries out the controlling of hydraulic construction hoist. Meanwhile，this paper designs the main circuits，control circuit ，sampling circuit，the electronichydraulic proportional controlling circuit and alarm circuit of the controlling system. The selected type of the display supervision is the touchscreen F940GOT programmable controlling terminal. With its GUI software GT Designer2, this thesis designs friendly interface to complete the working condition and in put the floor selecting number. Key words: PLC touchscreen controlling system construction hoist6第 1 章 绪 论1.1 引言本章介绍了 PLC 控制技术的产生、与其他同类技术的区别和国内外 PLC 控制技术的发展和发展趋势。1.2 PLC 控制技术的产生和与其他同类技术的区别1.2.11.2.1 PLCPLC 控制技术的产生控制技术的产生可编程序控制器（Programmable Logic Controller） ，简称 PLC，是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。20 世纪 60 年代末期，在工业控制中，多采用继电器控制系统，这种系统体积大、耗电多，改变原程序非常困难。为改变这种状况，20 世纪 60 年代末期，美国通用汽车公司(GM)提出需求，公开招标。美国汽车制造工业竞争激烈，为了适应生产工艺不断更新的需要，在 1968 年美国通用汽车公司（GM）首先公开招标，对控制系统提出的具体要求基本为：a、它的继电控制系统设计周期短，更改容易，接线简单成本低。b、它能把计算机的功能和继电器控制系统结合起来。但编程要比计算机简单易学、操作方便。c。系统通用性强。1969 年美国数字设备公司（DEC）根据上述要求，研制出世界上第一台 PLC，并在 GM 公司汽车生产线上首次试用成功，实现了生产的自动化。其后日本、德国等相继引入，可编程序控制器迅速发展起来，但是主要应用于顺序控制，只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称 PLC。早期的可编程控制器指令系统简单，只能完成顺序控制，一般只具有逻辑运算、定时、计数等功能。随着微电子技术、控制技术与信息技术的不断发展，PLC 也在不断发展。20 世纪 80 年代后期，以16 位和 32 位微处理器构成的微机化 PLC 得到了巨大的发展，使其在概念上、设计上、性价比等方面都有了很大的突破。可编程控制器具有了浮点运算、函数运算、高速计数、中断计数、PID 控制及联网等功能，这些都使得 PLC 技术的应用范围和领域不断扩大。其定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联7成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。目前，全世界约有 200 多家公司从事 PLC的研究与制造，生产着 400 多个系列的产品。1.2.21.2.2 PLCPLC 其他同类技术的区别其他同类技术的区别PLC 控制技术与继电器控制技术的区别在 PLC 的编程语言中，梯形图是用得最多的语言。PLC 的梯形图与继电器控制线路图比较相似，信号的输入/输出形式及控制功能也相同，但 PLC 的控制与继电器的控制又有不同之处，主要体现在以下几个方面。(1)控制逻辑:继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，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合成控制逻辑。其缺点是接线复杂，增加或改变功能都非常困难，继电器触头数目也有限。而 PLC 利用其内部存储器，以程序方式将控制逻辑存储在内存中，通过改变程序就可以很方便的改变控制逻辑，另外，软继电器触头数一般都非常多，因此 PLC 控制逻辑的灵活性和扩展性都很好。(2)助控制速度:继电器控制是通过继电器机械触头的动作来实现，触头的开闭动作一般在几十毫秒数量级。而 PLC 通过程序指令控制半导体电路来实现控制逻辑，一般一条指令的执行时间在微秒数量级。(3)限时控制:继电器控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制，但其定时精度不高，易受环境影响，调整比较困难。PLC 使用半导体集成电路定时器，定时精度高，定时范围可从 0.0015 到若干分钟，通过编写程序来进行定时控制，非常方便。(4)计数控制:继电器控制逻辑一般不具备计数的功能，而 PLC 能通过程序方便的实现计数功能。(5)可靠性和可维护性:继电器控制逻辑使用了大量的机械触头，触头开闭时产生的电弧容易损坏触点，因此可靠性和可维护性都比较差。而 PLC 采用无触点的半导体电路来代替继电器触点，因而不存在上述缺陷。PLC 还带有自检功能，为现场的调试和维护提供了方便。(6)价格:继电器控制逻辑多使用机械开关、继电器等，功能简单，价格比较便宜。而 PLC 多使用集成电路，价格相对比较昂贵。PLC 控制技术与通用计算机控制技术的区别 PLC 是专门为工业控制环境而设计的，而通用计算机是专门为科学计算和数据处理等而设计的，两者采用的都是计算机结构，但两者设计的出发点不同，因此也存在许多的差异，主要体现在以下几个方面。(1)应用范围:通用计算机除了应用在控制领域外，还大量应用在科学计算、数据8处理、计算机通信等方面。而 PLC 主要用于工业控制领域。(2)使用环境:通用计算机对环境要求高。而 PLC 能适用于环境差的工业现场。(3)程序设计:通用计算机具有丰富的程序设计语言，如汇编语言、C 语言等，能实现复杂的应用，对编程者要求高。而 PLC 能提供的编程语言少，逻辑简单，容易学习和使用。(4)运算速度和存储容量:随着各种电子技术的发展，通用计算机运算速度越来越快，一般在微秒级，存储容量也在增大。而 PLC 相对通用计算机运算速度要慢，其编程的软件少，编程简短，内存容量也很小。(5)价格:通用计算机功能多，硬件复杂，而 PLC 相对功能单一，因此在价格上一般 PLC 要比通用计算机便宜。PLC 控制技术与单片机控制技术的区别单片机控制技术一般用于数据采集和工业控制，单片机在配置上比通用计算机简单，价格上相对便宜，但它和通用计算机一样，也不是专门为工业现场控制所设计的。与通用计算机一样，单片机编程复杂、不易掌握，需要处理大量 I/O 接口，其输出口驱动负载能力较弱，要驱动工业负载需要复杂的外围电路。单片机控制技术的突出优点在于它具有较强的数据处理能力，但工业控制过程要处理的是大量的开关量，因而运用在工业现场控制中单片机的长处得不到发挥，其可靠性也远不如 PLC。PLC 控制技术与单片机控制技术相比较而言，更适合于工业现场过程控制，但其数据处理能力不如后者。1.3 PLC 控制的发展及发展趋势1.3.11.3.1 PLCPLC 控制的发展控制的发展在早期的工业控制中，多采用继电器控制系统，这种系统体积大、耗电多，改变生程序非常困难。为改变这种状况，20 世纪 60 年代末期，美国通用汽车公司(GM)提出需求，公开招标。随后，美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台可编程控制器，并成功的应用于汽车生产线上。随后，日本、德国等相继引入 PLC 技术，许多知名公司的加入使得 PLC 技术得到了迅速的发展，如:日本的三菱、松下、OMRON:德国的西门子、BBC 等公司。目前，全世界约有 200 多家公司从事 PLC 的研究与制造，生产着 400多个系列的产品。早期的可编程控制器指令系统简单，只能完成顺序控制，一般只具有逻辑运算、定时、计数等功能。随着微电子技术、控制技术与信息技术的不断发展，PLC 也在不断发展。20 世纪 80 年代后期，以 16 位和 32 位微处理器构成的微机化 PLC得到了巨大的发展，使其在概念上、设计上、性价比等方面都有了很大的突破。可编程控制器具有了浮点运算、函数运算、高速计数、中断计数、PID 控制及联网等功能，9这些都使得 PLC 技术的应用范围和领域不断扩大。1.3.21.3.2 PLCPLC 控制的发展趋势控制的发展趋势PLC 作为工控机的一员，在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。据统计，当今世界 PLC生产厂家约 150 家，生产 300 多个品种。2000 年销售额约为 86 亿美元，占工控机市场份额的 50%，PLC 将在工控机市场中占有主要地位，并保持继续上升的势头。 PLC 在 60 年代末引入我国时，只用作离散量的控制，其功能只是将操作接到离散量输出的接触器等，最早只能完成以继电器梯形逻辑的操作。新一代的 PLC 具有 PID调节功能，它的应用已从开关量控制扩大到模拟量控制领域，广泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。但 PLC 也面临着其它行业工控产品的挑战，全世界各厂家正采取措施不断改进产品，主要表现为以下几个方面： 1.微型、小型 PLC 功能明显增强 很多有名的 PLC 厂家相继推出高速、高性能、小型、特别是微型的 PLC。三菱的fxos14 点(8 个 24vdc 输入，6 个继电器输出)，其尺寸仅为 58mm89mm，仅大于信用卡几个毫米，而功能却有所增强，使 PLC 的应用领域扩大到远离工业控制的其它行业，如快餐厅、医院手术室、旋转门和车辆等，甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。 2.集成化发展趋势增强 由于控制内容的复杂化和高难度化，使 PLC 向集成化方向发展，PLC 与 PC 集成、PLC 与 DCS 集成、PLC 与 PID 集成等，并强化了通讯能力和网络化，尤其是以 PC 为基的控制产品增长率最快。PLC 与 PC 集成，即将计算机、PLC 及操作人员的人机接口结合在一起，使 PLC 能利用计算机丰富的软件资源，而计算机能和 PLC 的模块交互存取数据。以 PC 机为基的控制容易编程和维护用户的利益，开放的体系结构提供灵活性，最终降低成本和提高生产率。 3.向开放性转变 PLC 曾存在严重的缺点，主要是 PLC 的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的，绝大多数的 PLC 是专用总线、专用通信网络及协议，编程虽多为梯形图，但各公司的组态、寻址、语文结构不一致，使各种 PLC 互不兼容。国际电工协会(IEC)在 1992 年颁布了 IEC131-3可编程序控制器的编程软件标准 ，为各 PLC 厂家编程的标准化铺平了道路。现在开发以 PC 为基、在 windows 平台下，符合 IEC1131-3 国际标准的新一代开放体系结构的 PLC 正在规划中。 101.4 本课题主要研究的内容本课题的目的是在全面了解国内外施工升降机发展现状的基础之上，以 30 层的液压驱动型施工升降机为控制对象，设计以 FX2N48MR001 可编程控制器为核心的施工升降机控制系统，所开展的工作如下：1、采用可编程控制器(PLC)作为控制系统的核心，触摸屏做输入和显示模块，设计了良好的人机界面，实现对施工升降机的监测控制。通过制作触摸屏与 PLC 的通信电缆成功解决了触摸屏和 PLC 的串行通信问题，使 PLC 和触摸屏优势互补，提高控制系统的可操作性。2、采用三菱 PLC 的编程开发软件 GX Developer，实现施工升降机逻辑信号、速度的控制，根据控制系统要求，设计了控制系统主电路、控制电路、采样电路、电液比例控制电路及报警电路等。3、设计变频器对升降机的速度进行调节。4、对施工升降机的安全性和电气控制抗干扰保护措施进行了设计。11第 2 章 施工升降机控制系统设计的概述及主要组成2.1 引言本章介绍了液压施工升降机控制系统的设计、施工升降机主要组成部分等内容，这对后面章节的硬件和软件设计提供了一个框架。2.2 液压施工升降机控制系统设计的概述系统主要由三相交流异步电动机、电液比例变量泵、变量马达、换向阀等部件组成，控制器采用三菱的 PLC。液压施工升降机的上、下行工作原理基本相似。以上行工作为例，在工作开始时，可编程控制器 PLC 接受到来自于触摸屏按钮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KM1 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启动。图 2.1 施工升降机基本工作原理同时，PLC 按照适当的加速曲线输出相应的加速曲线信号经 D/A 模块后至比例放大器，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，进而控制吊笼的启动运行速度，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 接收井道装置各处信号，数据处理后将楼层的当前位置、运行监控状态等信息及时显示，以便了解施工升降机的运行状态。当 PLC 接收到减速12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，从而使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 YV1 不带电，电动机启动接触器 KM1 失电，液压系统关闭，施工升降机停止运行。升降机上升或下降时系统中单向节流阀的作用是调节升降机的升降速度，使重物下降平稳，制动安全可靠，同时也保证在液压管线意外爆裂时能安全自锁。在回油路上设置平衡阀，是保持压力，使下降速度不受重物而变化。2.3 施工升降机主要组成部分施工升降机构造: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：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。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，减轻吊笼的冲击。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。137、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。14第 3 章 施工升降机控制系统硬件设计3.1 引言本章是施工升降机控制系统硬件的设计，介绍了系统的控制思想、控制系统的主要产品性能、控制电路的设计，为第四章的软件设计做好准备。3.2 系统的控制思想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 施工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，通过触摸屏输入选择的层数时，系统进行判断识别，送出刚选择的层数信号至触摸屏显示，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15给比例电磁铁，控制比例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。3.3 控制系统的主要产品性能介绍3.3.13.3.1 比例变量泵的性能介绍比例变量泵的性能介绍本系统选用公称排量为 160ml/r 的 BCY141B 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 CY141B 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。BCY141B 变量泵的主要性能指标为：滞环 H15%，重复精度 HR3%，非线性度HLI5%，分辨率 H12%，频响 f3dB1.5MHZ(160、25OBCY 泵)，f3dB3MHZ(25、63BCY 泵)。 图 3.2 BCY141B 变量泵变量特性曲线及液压原理符号另外，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。163.3.23.3.2 PLCPLC 选型及模块介绍选型及模块介绍一、PLC 的选型PLC 的选择主要从 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，选择最佳的性能价格比。三菱公司是日本生产PLC的主要厂家之一，在工业中应用的较广泛，因此这里选择了FX2N系列的FX2N-48MR作为系统的主控单元，几乎所有的编程控制、数据处理及通讯功能均由它来实现。它具有24个输入点和24个输出点，而系统只需16个输入点和9个输出点，因此留有足够的余量，以备将来改进生产工艺扩展用。二、 PLC 模块介绍是 FX 系列中功能最强大、速度最高的微型 PLC。他的基本指令执行时间高NFX2达 0.8，内置的用户存储器为 8K 步，可以扩展到 16K 步，最大可扩展到 256 个 I/Os点，有多种特殊功能模块或功能扩展板，可以实现多轴定位控制。机内有实时钟，PID指令用于模拟量闭环控制。有功能很强的数学指令集，例如浮点数运算、开平方和三角函数等。每个基本单元可以扩展 8 个特殊单元。NFX2（1）PLC 的特点可靠性高，抗干扰能力强： 硬件方面：在输入/输出(I/O)通道采用光电隔离，有效抑制外部干扰源对 PLC 的影响；在设计中采用滤波器等电路增强 PLC 对电噪声、电源波动、振动、电磁波等的干扰，确保 PLC 在高温、高湿以及空气中存有各种强腐蚀物质粒子的恶劣工业环境下能稳定地工作；对中央处理器(CPU)等重要部件采用具有良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少电磁干扰。软件方面：PLC 的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运算处理器的延迟，保证在程序出错和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环；当 CPU、电池、输入/输出接口、通信等出现异常时，PLC 的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应的措施，以防止故障扩大；停电时，后备电池会正常工作。应用灵活，编程方便：编程的灵活性：PLC 采用与实际电路非常接近的梯形图方式编程，广大电气技术人员非常熟悉，易于掌握，易于推广。扩展的灵活性：它可以根据应用的规模进行容量、功能和应用范围的扩展，甚至17可以通过与集散控制系统(DCS)或其他上位机的通信来扩展功能，并与外围设备进行数据的交换。易于安装、调试、维修：在安装时，由于 PLC 的 I/O 接口已经做好，因此可以直接和外围设备相连，而不再需要专用的接口电路，所以硬件安装上的工作量大幅减少。用户程序可以在实验室进行模拟调试，调试完成后再进行生产现场联机调试，使可编程控制器原理与应用控制系统设计及建造的周期大为缩短。PLC 还能够通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通信状态、I/O 状态和电源状态等，非常有利于维护人员对系统的工作状态进行监视。如果一旦其中某个模块发生故障，用户可通过更换模块的办法，使系统迅速恢复运行。功能完善，适用性强PLC 发展至今，已形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可用于各种规模的工业控制场合。PLC 除了具有逻辑运算、算术运算、数制转换以及顺序控制功能外，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印及报表生成等功能，可用于各种数字控制领域。此外，PLC 还具有较完善的自诊断、自测试功能。PLC 还具有强大的网络功能。它所具有的通信联网功能，使相同或不同厂家和类型的 PLC 可进行联网，并与上位机通信构成分布式控制系统。使其不仅能做到远程控制、进行 PLC 内部或与上位机进行通信，还具备专线上网、无线上网等功能。体积小，能耗低PLC 内部电路主要采用微电子技术设计，因此具有体积小、质量轻的特点。这些特点使其很容易装入机械结构内部，组成机电一体化的设备。3.3.33.3.3 触摸屏的选择触摸屏的选择在自动化控制中，需要一种人机交互设备实现人与系统的数据和命令的交换。人机界面能取代传统控制面板功能，可节省 PLC 的 I/O 模组，按钮开关，数字设定，指示灯等，且能随时显示重要讯息，以利于操作人员正确掌握机器状况和避免错误，利于维修。在施工升降机控制系统中，选择触摸屏为系统的人机交互设备，主要完成信息的输入、显示功能。系统运行时用户输入的信启、主要是选择楼层。触摸屏需要将此信息、通过串口将它们传送给 PLC，PLC 按根据井道装置的各种信号，对比例变量泵、各电磁阀发出合适的控制信号，使施工升降机完成运行任务。同时在其运行过程中要监控工作运行中的状态。18该系统引入三菱 F940GOT 触摸屏，一方面提高自动化水平，另一方面有良好的人机界面功能，用于监控 PLC 输入和输出各点以及内部寄存器的状况，同时可以在屏幕上设定控制参数启停机器，还能显示实时数据、工作状态和故障信息以及实现与 PLC通讯等作用。3.4 控制电路设计3.4.13.4.1 主回路设计主回路设计根据系统的控制要求，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，减小其起动是对电源电压的冲击，三相异步电动机采用星形-三角形降压启动方式。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得电吸也得电合并自锁时，其主触点闭合，电磁抱闸线圈也得电，使抱闸的闸瓦和闸轮分开，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FU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。图3.3所示：19图3.3 控制系统主回路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 站施工升降机的电气元件。见表 3.1。表表 3.13.1 3030 层层 3030 站施工升降机的电气元件表站施工升降机的电气元件表元件符号名称及作用元件符号名称及作用SQ1安全窗开关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电动机启动接触器SB1吊笼内急停开关KM2Y 型接触器SQ10吊笼开门到位开关KM3型接触器SQ11吊笼关门到位开关1HL超载指示灯SQ12围栏门到位开关2HL电源指示灯20SQ13断绳开关3HL液压故障指示灯SB3液压接通按钮SB4液压断开按钮SQ14 SQ431 至 30 层楼层门开关SB2操作站急停按钮3.4.23.4.2 输入输入/ /输出回路设计输出回路设计将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2.4所示，I/O分配如表3.2所示，触摸屏分配表如表3.3所示。 AC200V 23 2421 图3.4 施工升降机PLC控制IO图表表3.23.2 I/OI/O分配表分配表输入元件符号名称及作用输出元件符号名称及作用X0KA2安全运行继电器Y0YV1上行电磁阀线圈X1KA1门锁继电器Y1YV2下行电磁阀线圈X2SA1基站开关Y2HL1电源指示灯22X3SQ10开门到位开关Y3HL2超载报警指示灯X4SQ11关门到位开关Y4HL3液压故障指示X5SQ3上限位开关Y5KM1电动机起动主接触器X6SQ4下限位开关Y6KM2Y型接触器X7SQ5上极位开关Y7KM3型接触器X10SQ6下极位开关Y10HL4吊笼开门到位指示X111KR上减速/下平层感应器开关X122KR下减速/上平层感应器开关X13SQ44超载开关X14SB3液压接通X15SB4液压断开X16QFFR电动机断路器热继电器表表3.33.3 触摸屏分配表触摸屏分配表元件符号名称及作用元件符号名称及作用M101M110停层辅助M95上行信号M201M210当前所在层M96下行信号M301M310选层信号M475/M476停车信号M401M410选层记录M483制动3.4.33.4.3 抱闸电路、门锁电路、安全运行电路设计抱闸电路、门锁电路、安全运行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 KM1 是控制电动机启停线圈，故可用 KM1 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 KA1，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 SQ1、安全钳开关 SQ2、限速器开关 SQ8、急停开关(SB1、SB2)、23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 KA2，只有当 KA2 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 3.5 为施工升降机的抱闸、门锁及安全运行电路。图 3.5 施工升降机的抱闸、门锁及安全运行电路3.4.43.4.4 电液比例控制电路设计电液比例控制电路设计由于选用的是 BCY141B 型电液比例变量泵，所以选用 VTPFDCAl10V型比例放大器，各型号字母表示如下：VTPF控制压力流量比例阀及比例变量泵用放大器，带两个线圈；DC供电电源，直流 1836V；Al最大输出额定电流Al=1A；10V信号输入 V=010V；特点：1.适用于控制所有无电位置反馈的直动式和先导式压力流量比例阀及比例变量泵。2.输入信号：模拟量 0 10v&05V/4.720mA 脉冲量 015000HZ。243.放大器提供12V/25mA 电源作外部 4.750K 电位器控制模式。4.斜坡发生器，可对上升与下降时间进行单独调节。5.电源错极保护，内置自恢复保险丝，无须更换，故障排除自动恢复正常工作。6.电液比例阀线圈短路保护。7.内置正负温度补偿电路，温漂减小，输出稳定，使用机械特性较高场合。端子功能：1、V+ =直流电源 1836V2、0V =直流电源 0V3、P+ =压力比例阀线圈(比例阀线圈两者可互换使用，不存在正负极性4、P =压力比例阀线圈(若串接电流表时，则 P+接电流表+，P接电流表)5、F+ =流量比例阀线圈6、F =流量比例阀线圈7、Pin =压力信号输入口(05V/010V/420Am 015000HZ)8、Fin =流量信号输入口(05V/010V/420MA 015000HZ)9、GND=信号输入公共点10、12V=输出+12V/25mA(作为电位器用电源)电位器功能：1、(P)DPMER=颤振频率(固定 200HZ，可调功能可选)2、(P)DOWN=下降斜坡时间(电流值 100%0%的响应时间 0.025s，顺时针旋转响应时间加快)3、(P)UP=下降斜坡时间(电流值 100%的响应时间 0.025s，顺时针旋转响应时间加快)4、(P)MAX=最大设定值(可将最大电流 Imax 设置成所需要的值，顺时针旋转响应时间加快)5、(P)MIN=起始电流值(未难给信号的先导电流，顺时针旋转增大偏流)minI电液比例控制电路如图 3.6 所示。该比例放大器的所需供电电压由控制系统主回路25、26 端子输入。输入信号为模拟量 0 10V，由 PLC 的 D/A 模块供给，并且模拟量信号输入电缆必须屏蔽。FX2N2DA 模块通过扩展电缆与 PLC 基本单元相连接，通过PLC 内部总线传送数字量。流量比例阀线圈 F、F接比例电磁铁，使比例电磁铁带电流，从而驱动比例变量泵。图中 C 可以减小模拟模块输出电压波动或噪声。 25图 3.6 电液比例控制电路图26第 4 章 施工升降机控制系统软件设计4.1 引言 本章介绍了 PLC 软件的概述、控制系统软件的设计、控制系统触摸屏操作界面设计和施工升降机变频调速系统的设计。4.2 PLC 软件的概述PLC 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。4.2.14.2.1 PLCPLC 软件的工作过程软件的工作过程采用三菱公司的 GX Developer 软件对 PLC 进行编程。该软件能实现的功能较多。（1） 制作程序，见图 4.1。图 4.1 制作程序示意图（2）对可编程控制器 CPU 的写入/读出，见图 4.2。图 4.2 可编程控制器 CPU 的写入/读出（3）监视功能（例：软元件同时监视机能）监视功能包括回路监视，软元件同时监视，软元件登录监视机能。（4）调试，见图 4.3。27把制作好的可编程控制器程序写入可编程控制器的 CPU 内，测试此程序能否正常运转。此外，使用新开发的 GX Simulator6 能够用电脑单体进行调试。图 4.3 调试示意图（5）PC 诊断。因为会见现在的错误状态或是故障履历表示出来，可以在短时间内恢复作业。此外，由于系统监视（仅 QCPU(Q 模式)）能够知道特殊机能的详细情报，发生错误的时候就能够更快的在短时间内恢复作业。4.2.24.2.2 PLCPLC 的应用软件的应用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。因次，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。4.2.34.2.3 编程工具软件与编程语言编程工具软件与编程语言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。因次，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，因次在进行应用软件的编制时28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。图 4.4为 GX Developer 编程软件的操作界面，该操作界面大致由下拉菜单、工具条、编程区、工程数据列表、状态条等部分组成。PLC 控制程序的编制在 PC 上进行，由于该软件具有离线调试功能即仿真功能，所以在 PC 调试好后，通过专用数据线把程序传到PLC 内，大大缩短了程序开发和调试周期。图 4.4 Gx Developer：编程软件操作界面4.2.44.2.4 PLCPLC 应用软件的设计过程应用软件的设计过程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，了解系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。294.3 控制系统软件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 4.5 为程序流程图。图 4.5 系统程序流程图304.3.14.3.1 层楼位置信号的产生与清除环节层楼位置信号的产生与清除环节当施工升降机运行到每层时，触摸屏都会显示升降机所处的层楼号。以下是以其三层楼层为例编梯形图，如图 4.6 所示。D200 是施工升降机的楼层数，触摸屏会显示出来。因为本论文中要求设计 30 层，30 层为最高层，X5 是上限位开关，所以装在 30层，当施工升降机运行到 30 层时，使 D200 为 30。X6 是下限位开关，装在 1 层，当施工升降机运行到 1 楼时，使 D200 为 1。在中间的楼层中，施工升降机上行或下行时，每上一层，D200 加 1，每下一层，D200 减 1。另外在施工升降机在 1 楼30 楼时，分别使 M201M230 置 ON，来消除选层指令。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 4.6 层楼位置信号的产生与清除环节程序梯形图314.3.24.3.2 选层指令信号的登记、消除和显示环节选层指令信号的登记、消除和显示环节操作人员在触摸屏的选层界面上，选择想去的楼层。选层信号 M301 M330 通过触摸屏置位后发送给 PLC 登记，同时触摸屏选层界面上所选的层数发亮。当施工升降机到达所选的楼层后，停层信号被消除，触摸屏选层数也熄灭。以下是以其十层为例编梯形图，如图 4.7 所示。当 M301 输入一脉冲信号时，M201 为常闭触点，M401 接通，当没有其他输入时，M401 一直接通，直到升降机达到 M401 所代表的楼层为止。图 4.7 选层指令信号的登记、消除和显示环节程序梯形图324.3.34.3.3 停层信号的产生和消除环节停层信号的产生和消除环节施工升降机在停车制动之前，每一层产生一个停层辅助信号，1 楼至 30 楼的停层辅助分别是 M101 至 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并且施工升降机到达该层。当施工升降机减速时间达到 10s 后，停车信号该被取消。其部分梯形图如图48 所示。当停层信号 M95 输入一脉冲，T0 为常闭触点， ，Y000 接通，T0 开始计时，0.5s 后 T0 断开，在 Y000 接通的瞬间，M471 也接通，T1 开始计时，0.5s 后 T1 断开，即停层信号被延时共 1s，此时开始减速， 在 M471 接通的瞬间，M110 接通，T5 开始计时，1s 后 T5 断开， M110 清零，停层信号消除。图 4.8 停层信号的产生和消除环节程序梯形图334.3.44.3.4 停车制动环节停车制动环节停层信号产生后，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 X12 变成短信号。其三层程序梯形图如图 4.9 所示。图 4.9 停车制动环节程序梯形图施工升降机产生停层信号时，先接通上行减速信号 X11，M481 产生上脉冲信号，M483 接通，T5 开始计时，10s 后 T5 断开，M483 接通瞬间，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 10s，T5 触点接通消除停层信号 M101 至 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。.344.3.54.3.5 启动加速和稳定运行环节启动加速和稳定运行环节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 4.10所示。图 4.10 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，T30 开始计时， 1s 后 M485 断开，M485 接通瞬间，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。354.4 施工升降机变频调速系统的设计4.4.14.4.1 系统的控制要求系统的控制要求本设计通过 PLC 控制变频器达到变频调速的目的，从而实现交流电机的正反转、起停、加速、减速控制以及速度的调节。由于与乘坐水平方向运动的交通工具相比，人对其运行速度的变化显得更为敏感。为此，需要设计出既能满足运行效率又符合人体舒适感要求的运行速度给定曲线，以使施工升降机按照给定的速度曲线运行施工升降机运行的舒适性取决于其运行过程中加速度 a 和加速度变化率(加速度)a的大小，根据研究发现，影响舒适感的主要因素是启、制动时，加速度和加加速度的变化率，过大的加速度或加速度变化率会造成乘客的不适感。同时为保证电梯的运行效率，a、a的值不宜过小。本施工升降机速度曲线将上行和下行工作过程划分为加速段、匀速段、减速段、平层段和停靠段五个工作段。如图 4.11 所示。在图中，t6t7：这个区间段内是不用加理想曲线的，即理想速度曲线由加速段、匀速段、减速段、平层段这四个工作段组成，而停靠段的速度本身就很低，速度控制的影响不大，并且也比较难以精确控制，本系统是当吊笼平层后，关断比例泵的流量，使施工升降机自然的到站停靠。本系统取 Vmax=lm/s，平层段速度为 0.lm/s，加速时间为 1s，减速时间为 1s，平层时间为 0.5s。图 4.11 施工升降机速度曲线图36速度的数学表达式如下： 式中：t1：第一段加速段末端时刻；t2：第二段加速段末端时刻；t3：匀速度段末端时刻；t4：第一段减速段末端时刻；t5：第二段减速段末端时刻；t6：平层段末端时刻；由吊笼线速度与液压马达转速之间的关系 nv、流量与液压马达转速之间关系qn、比例变量泵输入电流与流量之间的关系 Iq、比例放大板电压与电流之间的关系LI、模拟量输出模块 D 与输入电压之间的关系 DU，得出 D 与 V 的计算公式： 4 . 03000608. 1vD速度曲线产生方法是利用 PLC 扩展功能模块 D/A 模块实现的，其数模转换如图412 所示。通过对模块增益设定，采用 04000 的数字量对应 010V 的电压输出，将数字化的理想速度曲线存入 PLC 寄存器(D201D300)。本文利用 PLC 的定周期中断产生施工升降机的理想速度曲线。374.4.24.4.2 系统设计原理系统设计原理系统设计原理和方法本系统由 PLC、变频器(具有 RS485 通信功能)、交流电机组成。其工作原理为：给定的速度与经由经 PLC 运算可得控制量，再由 RS485 接口输出到变频 器以驱动交流电机，从而达到调节电机转速的目的。M-变频器 PLC控制信号图 4.12 系统控制原理4.4.34.4.3 PLCPLC 程序的设计程序的设计38394.4.44.4.4 工程的建立与变量的定义工程的建立与变量的定义（一） 工程的建立(1)单击文件菜单中“新建工程”选项，自动生成新建工程，默认的工程名为：“新建工程 0.MCG” 。(2)选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。(3)在文件名一栏内输入“PLC 的变频器多级调速” ，点击“保存”按钮，工程创建完毕。在 MCGS 中，变量也叫数据对象。实时数据库是 MCGS 工程的数据交换和数据处理中心。数据对象是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据对象的过程。定义数据对象的内容主要包括：指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。40（二） 变量的分配在开始定义之前，我们先对系统进行分析，确定需要的变量，见图 4.12 所示：表 4.12 PLC 多级调速控制系统变量分配（三） 变量定义的步骤(1)单击工作台中的“实时数据库”选项卡，进入“实时数据库”窗口页，窗口中列出了系统已有变量“数据对象”的名称。其中一部分为系统内部建立的数据对象。现在要将表中定义的数据对象添加进去。(2)单击工作台右侧“新增对象” 按钮，在窗口的数据对象列表中，增加了新的数据对象，如图 4.13 所示。(3)选中该数据对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置” 窗口。(4)将“对象名称”改为：读频；“对象初值”改为：0；“对象类型”选择：开关型；按 1 松 0，1 有效。(5)单击“确定” 。如图 4.14 所示。(6)按照步骤 2 至 5，根据下面列表，设置其他数据对象。41图 4.13 实时数据库窗口图 图 4.14 数据对象属性设置窗口（四） 设备与变量连接(1)打开“设备窗口” ，点击工具条中的“工具箱”图标，打开“设备工具箱” 。(2) 单击“设备工具箱”中的“设备管理”按钮，弹出可选设备列表。(3) 在可选设备列表中，双击“通用设备” 。(4) 双击“模拟数据设备” ，在下方出现模拟设备图标。(5) 双击模拟设备图标，将“模拟设备”添加到右侧设备列表中确认并保存。(6) 在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入，可查看添加项。(7) 双击“设备 0-模拟设备” ，进入模拟设备属性设置窗口，如图 4.15 所示。设置内部属性完成之后单击确认，完成内部属性设置，单击保存，完成设备与变量连接。图 4.15 设备属性设置窗口4.4.5 工程画面的建立(1)在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口 0” 。 (2)选中“窗口 0” ，单击“窗口属性” ，进入“用户窗口属性设置” 。(3)将窗口名称改为：变频器多级调速；窗口标题改为：变频器多级调速。窗口位置选中“最大化显示” ，其它不变，单击“确认” 。(4)在“用户窗口”中，选中“变频器多级调速” ，点击右键，选择下拉菜单中的“设42置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。4.4.6 监控画面的制作(1)选中“变频器多级调速”的窗口标题，单击“动画组态” ，进入动画组态窗口，开始编辑画面。(2)单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。(3)选择“工具箱”内的“标签”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口顶端中心位置拖拽鼠标，根据需要拉出一个一定大小的矩形。(4)在光标闪烁位置输入文字“变频器多级调速” ，按回车键或在窗口的任意位置用鼠标点击一下，文字输入完毕。(5)选中文字框，可以设置填充色、线色、字符字体、字符颜色。单击“保存” ， “变频器多级调速”画面编辑完毕，如图 4.16 所示。运行时，指示灯随变频器调速动作变化做相应指示。图 4.16 变频器多级调速监控画面434.5 控制系统触摸屏操作界面设计4.5.14.5.1 编程软件介绍编程软件介绍采用三菱公司的 GT Designer2 触摸屏编程软件对三菱 F940GOT 触摸屏进行编程。该软件可以实现如下功能：预览-确认 GOT 的画面图象；排列-排列对象及图形；属性表-批量变更同一个画面上的对象及图形的颜色/ 属性；批量改变颜色-批量变更散布在多个画面中的对象及图形的颜色；批量变更图形-批量变更开关及灯；批量变更软元件-批量变更所设置的软元件；批量变更通道号；选择重叠的图形及对象列表显示所设置的软元件；使用多种语言输入字符及注释；粘贴 BMP/JPEG/DXF 格式的文件；引用其它的工程数据。还可在屏幕中创建灯显示、位开关、数据输入开关、扩展功能开关、画面切换开关、站号切换开关、键代码开关等。触摸屏上显示数值和字符；报警显示；图表、仪表显示；条件动作-状态监控、定时动作、日志功能。配备了向导功能：创建新工程时，可通过对话形式的向导功能简单方便地按顺序进行 GOT1000 的必要设置。图 4.17 GT Designer2 新建工程向导功能界面44画面预览功能：即使 GOT 本体不在手中，通过画面设计软件上的显示，也可确认语言切换、安全等级的变化，还可确认对象的 ON/OFF 画面。图 4.18 GT Designer2 画面的属性界面窗口预览功能：窗口画面(按键窗口重叠窗口叠加窗口)在 GOT 上是如何显示的，可在画面设计软件上确认。例如、可在画面设计软件上确认数值输入时所使用的按键窗口的大小和显示位置，以查看在 GOT 上实际的显示效果。45图 4.19 GT Designer2 的编辑界面强化导入导出功能：配方、报警记录、注释的设置可使用导入导出功能。先前产品的数据兼容性：GT DesignerGT Designer2 的数据兼容 由 GT Designer 制作的工程数据，用 GT Designer2 也可打开。GOT900GOT1000 的数据兼容 GOT900 的工程数据也可在 GOT1000 上使用。(l)触摸屏界面的设计方法人机界面的主要任务是迅速获取、处理应用系统运行过程中的数据、命令，并以适当的方式显示出来。人机界面的形式多种多样，在设计时会存在不同的设计思路和方法。常用的人机界面设计技术有两种方法。菜单界面设计人机界面是 PLC 应用系统中不可缺少的一部分，它直接关系到应用系统的实用性能。菜单界面设计是近年来应用最为广泛的一种人机界面设计技术，几乎任一个 PLC 软件产品都使用了菜单界面技术。在菜单界面设计时，通常应遵循以下几个设计原则：a.合理组织界面的层次和结构。b.每幅菜单应有一个明确的标题。例如第一层菜单通常可命名为主菜单，主菜单中的菜单项反映了该 PLC 应用系统的基本功能。c.菜单项的排列可依据使用功能、使用频率的多少或字母顺序排列。对于下拉式46菜单中的菜单项，要合理地归类、分组排列。d.为使菜单界面使用灵活，应提供多种点击菜单的方法。通常可支持鼠标和键盘，对菜单项可定义热键和加速键。e.对菜单项的点取应设定反馈标志，例如为选中菜单项的前面加“” 。图形界面设计方式在 PLC 控制系统中，图形界面也是常常采用的人机交互式界面。为了照顾工程人员的习惯用法，在屏幕上形象地画出若干图形、按钮等，使人在计算机或可编程终端上操作，如同在控制台上操作一样，十分形象、直观。(2)系统的操作界面具体设计从基本原理上讲，图形界面与菜单界面是一样的，都是在满足系统控制要求的情况下给用户一个直观的方便的操作交互界面。本系统的触摸屏界面采用的是菜单界面设计方式和图形界面设计方式相结合的方法来设计的，显示系统画面菜单由软件 GT Designer2 设计出的，利用人机界面操作监控系统，对 PLC 中的实时数据进行显示、记录、存储、处理，从而满足各种监控要求。软件还可以为不同的操作人员设置不同的操作密码和相应的操作权限。触摸屏软件的设计包括创建画面和信息，并将它们和 PLC程序相连。具体概括为以下三个步骤：(1)界面的可视化设计。界面组态具体涉及输入/输出区域组态、指示器组态、功能键组态、控制键组态及文本显示等各种格式，可根据实际控制功能的差异设计不同的画面 C。(2)设定变量。变量在触摸屏的组态功能(输入/输出区域、功能键等)与 PLC 的相应 I/O 接点及存储单元之间建立联系，实现触摸屏敏感元件对 PLC 的控制及参数的输入、PLC 当前过程值及报警信号向触摸屏的输出。(3)设置通讯参数，实现触摸屏与 PLC 的通讯。(4)通过编程，参数设置、输入、输出信号和故障查询等均由软件控制，硬件连接少，能大大降低硬件故障发生率，提高了系统稳定性。图 4.17 至 4.19 为施工升降机控制系统操作界面，其主要功能如下：主界面：触摸屏的默认界面，实现操作者密码设定，并可切换到其它任意界面。如图 4.20 所示。47 图 4.20 控制系统操作主界面选择目标层数操作界面：界面上设置有选层按钮、上/下行按钮、急停按钮并显示楼层位置数。如图 4.21 所示。状态监控界面：通过此界面，操作人员可以施工升降机的运行状况实时监控，此界面可显示各种故障信息，如图 4.22 所示。48图 4.21 选择目标层数操作界面图 4.22 运行状态监控界面49第 5 章 系统抗干扰设计由于自动化控制系统所使用的 PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。系统受到干扰后，轻则丢失存储器数据，重则电控系统失控，使系统进入预想不到的危险状态，因此提高 PLC 控制系统的可靠性是关键。5.1 电磁干扰类型及其影响影响 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扰源。干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声波形性质来划分。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/O 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耦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 系统干扰的主要来源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50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/O 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/O 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耦合，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。515.3 主要抗干扰措施5.3.15.3.1 抑制电源系统引入的干扰抑制电源系统引入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/O 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。5.3.25.3.2 抑制输出端引入的干扰抑制输出端引入的干扰由于本系统 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 ON 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。5.3.35.3.3 安装与布线安装与布线动力线、控制线以及 PLC 的电源线和 I/O 线分别配线，隔离变压器与 PLC 和 I/O之间采用双绞线连接。将 PLC 的 I/O 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 200mm)。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。525.3.45.3.4 正确选择接地点，完善接地系统正确选择接地点，完善接地系统良好的接地是保证 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，不同接地点地间存在地电位差，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
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