基于PLC液压施工升降机控制系统设计说明书

1、毕毕业业设设计计（论论文文）题目：题目：基于基于 PLC 液压施工升降机控制系统设液压施工升降机控制系统设计计 系系 专专 业业学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称： ） （职称： ）2014 年 月 日目目 录录摘摘 要要.I IABSTRACTABSTRACT.IIII第一章第一章 绪论绪论.1 11.1 本课题设计的背景 .11.2 本课题设计的内容 .11.3 本课题设计的目的和意义 .2第二章第二章 液压施工升降机控制系统的原理液压施工升降机控制系统的原理.3 32.1 液压施工升降机的基本工作原理 .32.2 液压施工升降机的主要组成部分 .42.3 液压施工升降机传统继电器控

2、制系统 .52.3.1 升降机传统继电器控制系统的优点.52.3.2 升降机传统继电器控制系统存在的问题.52.4 液压施工升降机新型 PLC 控制系统 .52.5 新型 PLC 控制升降机的优点 .62.6 变频调速控制升降机的特点 .62.7 系统设计的基本步骤 .6第三章第三章 施工升降机控制系统的硬件电路设计施工升降机控制系统的硬件电路设计.7 73.1 液压施工升降机控制系统的组成 .73.2 比例变量泵 .73.3 升降机速度运行曲线设计 .83.4 PLC 选型及模块介绍.93.4.1 PLC 的选型.93.4.2 PLC 的功能模块介绍.93.5 控制电路设计 .113.5.1

3、 安全运行电路设计.113.5.2 系统回电路设计 .123.5.3 输入输出回路设计 .133.5.4 PLC 的 I/O 存储地址分配及部分辅助继电器功能分配表.15第四章第四章 施工升降机控制系统的软件设计施工升降机控制系统的软件设计.16164.1 PLC 系统软件及运行原理.164.2 编程工具软件和编程语言 .164.3 控制系统的设计 .174.3.1 楼层位置信号记录 .184.3.2 选层信号记录与显示 .204.3.3 停车信号的发生与消除.224.3.4 制动信号的生成 .234.3.5 施工升降机减速曲线的实现 .244.3.6 施工升降机加速启动曲线的实现 .25第五

4、章第五章 控制系统抗干扰设计控制系统抗干扰设计.28285.1 电磁干扰类型和影响 .285.2 PLC 系统干扰来源.285.3 抗干扰措施 .295.3.1 控制电源系统引发的干扰 .295.3.2 控制输出端引发的干扰 .295.3.3 安装和布线 .295.3.4 正确选择接地点 .30总结总结.3131致谢致谢.3232参考文献参考文献.3333附件附件.3434I摘摘 要要施工升降机是建筑施工中不可缺少的垂直运输机械，传统的施工升降机大部分采用的是在继电器控制下的电动机作为动力输入，通过减速器以一定的传动比拖动升降机吊笼上下运行。随着我国城乡的快速发展，施工工地对于施工升降机的要求

5、也有了提高，因此对施工升降机控制系统进行改进具有很重要的意义。本文主要是液压施工升降机控制系统的 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。关键词关键词：施工升降机；PLC；控制系统； II ABSTRACTConstruction hoist is an in

6、dispensable 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

7、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 a

8、nalog 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

9、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 sy

10、stem;1第一章第一章 绪论绪论1.1 本课题设计的背景本课题设计的背景施工升降机同电梯、起重机一样，是完成输送和起重任务中不可缺少的机电设备，但是它们的种类和承担的具体任务并不相同。从人类使用升降机械的历史来看，最先使用的是简单机械绞车；后来是复杂一点的机械升降机；再后来出现了机电一体化的设备电梯和起重机。现在已发展到使用计算机、应用智能控制的现代电梯和起重机阶段了。升降机械发展史大体上可分为四个阶段：13 世纪前的绞车阶段，19 世纪末叶以前的升降机阶段，19 世纪末叶以后的电梯和起重机阶段，现代电梯和起重机阶段。近年来，国产施工升降机的发展比较迅速，国际市场上瑞典 ALIMAK 公司的

11、产品也不能独占鳌头了。国产施工升降机以其先进的技术性能，过硬的产品质量，价格上的明显优势等诸多因素的迅速发展极大程度地冲击了它的市场。现代设计理论是施工升降机发展的基础。近些年来，随着各种理论的迅速发展，给国产施工升降机的迅速崛起奠定了强大的理论基础，特别是结构动力分析、有限元模型计算、优化方法、机械振动与模态分析、计算机辅助设计等。人们把这些理论应用到施工升降机的研究与开发上，给施工升降机的发展带来巨大变化，利用这些理论人们可以全面掌握任何高度位置上标准节的任何部位的应力状态，可以得到施工升降机悬臂部分的动态特性以及由吊笼提升速度的加大给施工升降机带来的影响。总而言之，利用这些理论，可以完全

12、掌握施工升降机各方面的结构特性和工作状态。施工升降机作为垂直运送人员及物料的提升机械，它主要是由导轨架、吊笼、起升机构和附墙结构组成，当然施工升降机还包括控制系统和安全装置。这些年来，施工升降机的标准节一直没有大的变化，并且不论多大的架设高度，采用的基本都是从上到下规格相同的钢材。吊笼虽然有多种型式，但都是型钢焊接而成。近年来，国外施工升降机的提升速度已由 40mrain 提高到了 60rnmin、80mmin 甚至高达 96mmin，单笼额定载重量在 3 吨以上，而国产施工升降机的提升速度在 24-一 36mmin 之间，单笼额定载重量基本上不超过 2 吨。1.2 本课题设计的内容本课题设计

13、的内容本课题名为基于 PLC 液压施工升降机控制系统设计 ，具体设计内容包括以下几点：1升降机类型的选择。综合升降机的类别和各类的特点和要求，在本课题中主要研究 30 层升降机的控制系统。2硬件系统的设计。本课题设计的升降机要求运行迅速准确度高，在升降机的各层检测系统中选用用在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给 PLC 来实现 PLC 对液压施工升降机的控制。3升降机控制系统软件的设计。在本设计中选用了目前运用最多的三菱 PLC编程语言梯形图，用 PLC 编程软件 GX Developer 设计 PLC 控制程序。梯形图的编程能

14、直观明了的设计出液压施工升降机控制的要求。2 1.3 本课题设计的目的和意义本课题设计的目的和意义施工升降机是一种用吊笼(或平台、料斗等)载人、载物沿导轨作上下运输的施工机械。它主要应用于建筑工程施工时使用，尤其是高层建筑工程的施工或维修时使用更为广泛。改革开放以来，我国建筑行业蓬勃发展，尤其是近年来高层、超高层建筑的增多，对施工升降机性能的要求也相应的提高，各种新型施工升降机的研制事在必行。随着液压技术的发展，国外也开始出现了以原动机(电机式内燃机)液压(静压)为传动形式的液压施工升降机。液压传动系统具有无级调速、起制动平稳的特点，其运行速度可高达 96mmin，当使用内燃机作为动力时就可不

15、受电缆的约束，因此可用于无电源地区和超高层建筑物施工和维修。国内在液压施工升降机的研制方面不如国外的先进，因此研制出应用先进控制技术的机、电、液一体化的液压施工升降机迫在眉睫。现阶段，施工升降机主要是通过电梯司机人工控制升降机运行，不仅浪费人力资源，而且有诸多安全隐患。本课题的最终目的是研制出一台高性能、高效率、低成本的新型机、电、液一体化的液压施工升降机，以弥补国内施工升降机市场的不足。同时，为该施工升降机设计出一套符合规范要求、安全可靠、反应灵敏的液压系统，为施工升降机的快速安全运行提供保障。本文对 PLC 技术应用于施工升降机进行了探讨，依据安装在每个楼层的限位进行反馈，完成自动控制，同

16、时记录安全限位的信息，大大提高施工升降机的安全可靠性，具有一定的工程创新意义，为进一步进行控制系统的研究奠定了基础。3第二章第二章 液压施工升降机控制系统的原理液压施工升降机控制系统的原理2.1 液压施工升降机的基本工作原理液压施工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 Y

17、V1 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。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

18、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。 4图 2.1 升降机基本工作原理图2.2 液压施工升降机的主要组成部分液压施工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

19、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

20、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

21、。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。512、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。2.3 液压施工升降机传统继电器控制系统液压施工升降机传统继电器控制系统2.3.1 升降机传统继电器控制系统的优点升降机传统继电器控制系统的优点(1) 所有控制功能及信号处理

22、均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。(2) 系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。(3) 大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。(4) 多年来我国一直生产这类升降机，技术成熟，己形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。2.3.2 升降机传统继电器控制系统存在的问题升降机传统继电器控制系统存在的问题 (1) 系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。(2) 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。(3) 电磁机构及触

23、点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。(4) 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。(5) 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难，费时费工。升降机继电器控制系统故障率高，大大降低了升降机的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且升降机一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成升降机机械部件损坏，还可能出现人身事故。2.4 液压施工升降机新型液压施工升降机新型 PLC 控制系统控制系统PLC 控制制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在升降机控制系统中使用最多的控制

24、方式，目前也广泛用十传统继电器控制系统的技术改造。 PLC 是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于 PLC 具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。因此在工业控制方面得到了广泛应用。自 80 年代后期 PLC 引入我国升降机行业以来，由 PLC 组成的升降机控制系统被许多升降机制造厂家普遍采用。并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，PLC 系统一直是主流控制系统。升降机控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对升降机运行是乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是升降机安全可靠运行的关键。为了改善升降机的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用 PLC 来

25、控制升降机的运行，这样大大提高了升降机的性能。可编程控制器(Programmable Logic controller，简称 PLC)是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。它具有可靠性高、适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特点，已成为解决自动控制问题的6最有效工具，是当前先进工业自动化的二大支柱之一。2.5 新型新型 PLC 控制升降机的优点控制升降机的优点1、控制方式上看：电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而 plc 软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。2、工作方式上看：电器控制并行工作，而 plc 串行工

26、作，不受制约。3、控制速度上看：电器控制速度慢，触点易抖动；而 plc 通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。4、定时、记数看：电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；plc 时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。5、可靠、维护看：电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠、维护性能差；plc 无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。2.6 变频调速控制升降机的特点变频调速控制升降机的特点随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频技术是

27、当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。1.变频调速升降机使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。2.变频调速电源使用了先进的 SPWM 技术 SVPWM 技术，明显改善了电梯运行质量和性能;调速范围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速。3.变频调速升降机使用先进的 SPWM 和 SVPWM 技术，明显改善了电动机供电电源的质

28、量，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。2.7 系统设计的基本步骤系统设计的基本步骤在升降机控制系统的设计过程中主要要考虑以下几点：1.深入了解和分析升降机的工艺条件和控制要求。2.确定 I/O 设备。根据机械手控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。3.根据 I/O 点数选择合适的 PLC 类型。4.分配 I/O 点，分配 PLC 的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。5.设计升降机系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个升降机系统

29、设计的核心工作。6.将程序输入 PLC 进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。7第三章第三章 施工升降机控制系统的硬件电路设计施工升降机控制系统的硬件电路设计3.13.1 液压施工升降机控制系统的组成液压施工升降机控制系统的组成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 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

30、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。3.23.2 比例变量泵比例变量泵本系统选用公称排量为1

31、60ml/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，是靠外力空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。BCY14-1B型变量泵的主要性能指标为：滞环H15%,重复精度HR3%，非线性度8HLI5%。H12%，频响f-3dB1.5MHz(160、250BCY泵)，f-3dB3MHz(25、63BCY泵)。图3.2 BCY14一IB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

32、的干扰。该泵控制灵活、动作灵敏、重复精度高、稳定性好，能方便的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。3.33.3 升降机速度运行曲线设计升降机速度运行曲线设计为了让升降机在不同速度下平滑切换，保证升降机稳定的运行，本论文设计了速度平滑曲线。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。 （图 3.3 为升降机速度运行曲线）9图 3.3 速度运行曲

33、线3.43.4 PLCPLC 选型及模块介绍选型及模块介绍3.4.1 PLC 的选型的选型目前，可编过程控制器的生产厂家众多，产品型号、规格不可胜数，但主要分为欧、日、美三大块。在中国市场上，欧洲的代表是西门子公司，日本的代表是三菱和欧姆龙公司，美国的代表是 AB 与 GE 公司。各大公司在中国均推出自己的从微型到大型的系列化产品。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。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

34、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。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，力争最佳的性能价格比。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

35、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。3.4.2 PLC 的功能模块介绍的功

36、能模块介绍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-M307110特殊用途型：M8000-M8255S状态器SO-S9991000普通用途：S20

37、-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

38、、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

39、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

40、源电压为 24VDC,由 PLC 提供。PLC 主机通过程序指令 FROM/T011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

41、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

42、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)。3.5 控制电路设计控制电路设计3.5.1 安全运行电路设计安全运行电路设计在

43、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12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)、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

44、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。因此，在 PLC 程序中只要检测 KA1、KA2 的通断便可保证 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 3.4 为施工升降机的抱闸、门锁及安全运行电路。图 3.5 为施工升降机平层感应器开关位置。由上、下平层感应器开关识别楼层位置信号和产生停车信号，在产生停车信号后由平层感应开关生成制动信号。 图 3.4 升降机的运行电路图 3.5 升降机的平层感应器开关位置3.5.2 系统回电路设计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

45、动机用以驱动变量泵,并且该电13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

46、；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

47、、电磁换向阀电源-22OV 均由电网获得。图 3.6 为升降机控制系统主回路图。图 3.6 控制系统主回路3.5.3 输入输出回路设计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 3.7 所示。14 15图 3.7 升降机 PLC 控制 I/0 图3.5.4 PLCPLC 的的 I/O 存储地址分配存储地址分配及部分辅助继电器功能分配表及部分辅助继电器功能分配表升降机输入输出设备及端子分配如表 3.3 所

48、示。表3.3 I/O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X3SQ10开门到位开关Y3HL2超载报警指示灯X4SQ11关门到位开关Y11KM4电磁抱闸接触器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

49、液压断开X16QFFR电动机断路器热继电器X17SB1、SB2急停开关X203KR平层感应器开关表3.8 部分辅助继电器功能分配表元件符号名称及作用元件符号名称及作用M301M310选层信号M200电机启动信号M1012触摸屏启动/停车信号M103停车信号M100M102上下行、停车信号M106制动信号16第四章第四章 施工升降机控制系统的软件设计施工升降机控制系统的软件设计4.1 PLC 系统软件及运行原理系统软件及运行原理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

50、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

51、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

52、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。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。4.2

53、 编程工具软件和编程语言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17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

54、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 Developer8.86,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。4.3 控制系统的设计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

55、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 4.1 为程序流程图。18 图 4.1 系统程序流程图4.3.1 楼层位置信号楼层位置信号记录记录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。 D200 为施工升降机当前所在的楼层数,通过触摸屏显示出来。 X5 是上限位开关,装开始有无故障呼层停层信号减

56、速速度达到最大值运行加速液压系统关闭速度达到最小值运行制动信号速度是否最小速度是否最大电磁抱闸制动Y-降压启动读取升降机楼层位置有无有有有无无无无是是否19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。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。其梯形图如图 4.2 所示。图 4.2 层楼位置信号记录204.3.2 选层信号记录与显示选层信号记录与

57、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,并存储于 D201,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。其梯形图如图 4.3 所示。2122图 4.3 选层指令信号记录梯形图4.3.3 停车信号的发生与消除停车信号的发生与消除施工升降机在停车制动之前,应首先确定其停车信号,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

58、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 4.4 所示。23 图 4.4 停层信号的产生和消除环节程序梯形图4.3.4 制动制动信号的生成信号的生成施工升降机在与上、下平层感应器配合,停车信号产生后,进行停车制动。停车制动之前,应先产生停层信号,然后由平层感应器开关 X20 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,在上、下平层感应器产生停车信号后执行平缓减速程序，直到以最小速度运行。当平层感应器开关 X20 闭合时产生停车制动信号。其程序梯形图如图 4.5 所示。 图 4.5 制动信号

59、的生成程序梯形图施工升降机上行时,先接通上行减速信号 X11,若施工升降机到达该选层信号所在层时,施工升降机开始减速,当达到平层信号 X20 接通时,施工升降机制动。T6 是减速时间。施工升降机下行时,先接通下行减速信号 X12, 若施工升降机到达该选层信号所在层时, 当达到平层信号 X20 接通时，施工升降机停止。244.3.5 施工升降机减速曲线的实现施工升降机减速曲线的实现施工升降机在停车信号产生后,通过 PLC 的 DA 模块控制速度，执行平缓减速控制，减速到最小值后以最小速度稳定运行。直到制动信号产生后，升降机执行电磁抱闸制动迅速停车。其程序梯形图如图 4.6 所示。25图 4.6

60、减速停车程序梯形图4.3.6 施工升降机加速启动曲线的实现施工升降机加速启动曲线的实现施工升降机启动的条件是吊笼门己关好，安全开关常闭触点闭合。若施工升降机没有到达该选层信号所在层时,会产生上行信号或下行信号。施工升降机在上行或下行的开始阶段,施工升降机实现 Y- 减压启动控制,之后由 PLC 的 DA 模块实现平缓加速启动，直到速度达到最大值稳定运行。其程序梯形图如图 4.7 所示。2627 图 4.7 加速启动程序梯形图28第五章第五章 控制系统抗干扰设计控制系统抗干扰设计5.1 电磁干扰类型和影响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