生产线上运输升降机的自动化设计PLC

1、无锡职业技术学院毕业设计说明书 1 第一章引言 在工厂中经常看见一些升降机械，这些升降机械很多由工频电机直接带动运行，电气控 制部分一般都很简单，多数采用人工手动控制或采用继电器控制方式。这些升降机械存在一 些明显的问题，如启动停止和运行不平稳，升降运动过程动作不可靠，自动化程度不高，故 障率较高，设备能耗高，无法应急运行，存在安全隐患等等。基于这些问题使得这些升降机 械很难在工厂生产中发挥高效率的作用，同时也使得国内这些生产的升降机械无法与进口的 自动化生产线配套使用，也无法根据实际的生产需要转换和调整升降机械的动作方式和工作 顺序。随着变频技术和PLC控制技术的发展，工厂中的自动化生产线也

2、越来越多，由于一些 行业的生产工艺的要求或是由于生产车间和场地的特殊情况，要求一些生产线需要配置相应 的物件提升装置。 通过本次简单设计过程，可以了解到在现实生产中的基本控制思想。认识到若要达到所 设计的目的，不仅要做到知识的严谨，还要综合考虑所可能遇到的各种情况以及所处的环境。 在运行的过程中，由于环境的不同可能得到不同的结果。因此，在现实生产过程中，要全面 考虑设计所要达到的目的，最重要的还要将环境与所设计结合起来，才能可能达到设计的目 的。 1. 1 可编程序控制器的特点及应用 1. PLC的应用 早期的可编程序控制器(Programmable Logic Controller ，PLC

3、)，主要用来代替继电器 实现逻辑控制。随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展，可编程序控制器将 传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体，具有可靠性高、功能强、 应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点，以及良好的工业环境工作性能和自动控制目 标实现性能，在工业生产中得到了广泛的应用。 1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器。早期的可编程控 制器由分离元件和中小规模集成电路组成，主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、 定时等。70年代初期，体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于 PLC，使得PLC的功能 大大增强。在机械系统方面，除

4、了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程 I/O模块和各种特殊功能模块。在软件方面，PLC采用极易为电气人员掌握的梯形图编程语言， 除了保持原有的逻辑运算等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断 等功能。进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价 格大幅度下跌，使得PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高 PLC的 处理速度，各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片，大大提高了 PLC软、机械系统功能。 无锡职业技术学院毕业设计说明书 2 2. PLC的特点 在发达工业国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门。据“

5、美国市场信息”的世界 PLC以及软件市场报告称，1995年全球PLC及其软件的市场经济规模约 50亿美元。随着 电子技术和计算机技术的发展，PLC的功能得到大大的增强，具有以下特点： (1) 可靠性高。PLC的高可靠性得益于软、机械系统上一系列的抗干扰措施和它特殊的周 期循环扫描工作方式。 (2) 具有丰富的I/O接口模块。PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业 现场的器件或设备直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为 了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。 (3) 采用模块化结构。为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型 PLC以外，绝大

6、多 数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU电源、I/O等均采用模块化设计，由 机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 (4) 编程简单易学。PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者 来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 (5) 安装简单，维修方便。PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。各 种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结 构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。 在设计过程中要注意的一些

7、细节： 1. 2 如何选购 PLC 产品 1、 系统规模首先应确定系统用 PLC单机控制，还是用PLC形成网络，由此计算PLC输入、 输出点。数，并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上留有一定余量(10%。 2、 确定负载类型根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型， 是大电流还是小电流， 以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸 管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。 3、 存储容量与速度尽管国外各厂家的 PLC产品大体相同，但也有一定的区别。目前还未 发现各公司之间完全兼容的产品。各个公司的开发软件都不相同，而用

8、户程序的存储容量和 指令的执行速度是两个重要指标。一般存储容量越大、速度越快的 PLC价格就越高，但应该 根据系统的大小合理选用PLC产品。 4、 编程器的选购PLC编程可采用三种方式： （1） 是用一般的手持编程器编程，它只能用商家规定语句表中的语句编程。这种方式效 率低，但对于系统容量小，用量小的产品比较适宜，并且体积小，易于现场调试，造价也较 低。 无锡职业技术学院毕业设计说明书 3 （2） 是用图形编程器编程，该编程器采用梯形图编程，方便直观，一般的电气人员短期 内就可应用自如，但该编程器价格较高。 （3） 是用IBM个人计算机加PLC软件包编程，这种方式是效率最高的一种方式，但大部

9、分公司的PLC开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试。 因此，应根据系统的大小与难易，开发周期的长短以及资金的情况合理选购 PLC产品 5、尽量选用大公司的产品其质量有保障，且技术支持好，一般售后服务也较好，还有利 于你的产品扩展与软件升级 1. 3 输入回路的选择特点 1、 电源回路PLC供电电源一般为AC85-240V（也有DC24V，适应电源范围较宽，但为 了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、 1: 1隔离变压器等）。 2、 PLC上 DC24Vt源的使用各公司PLC产品上一般都有DC24V电源，但该电源容量小， 为几十毫安至几百毫安， 用其带负载时要注意容量， 同时作好防

10、短路措施 （因为该电源的过 载或短路都将影响PLC的运行）。 3、 外部DC24V电源 若输入回路有DC24V供电的接近开关、光电开关等，而PLC上 DC24V 电源容量不够时，要从外部提供DC24V电源；但该电源的“一”端不要与PLC的DC24V的“一” 端以及“ COM端相连，否则会影响PLC的运行。 4、 输入的灵敏度各厂家对PLC的输人端电压和电流都有规定，如日本三菱公司F7n系列 PLC的输入值为：DC24V 7mA启动电流为4. 5mA关断电流小于1. 5mA因此，当输入回 路串有二极管或电阻（不能完全启动），或者有并联电阻或有漏电流时（不能完全切断），就 会有误动作，灵敏度下降，

11、对此应采取措施。另一方面，当输入器件的输入电流大于 PLC的 最大输入电流时，也会引起误动作，应采用弱电流的输入器件，并且选用输人为共漏型输入 的PLC，Bp输入元件的公共点电位相对为负，电流是流出 PLC的输入端。 1. 4 输出回路的选择特点 1、各种输出方式之间的的比较 （1）继电器输出： 优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载，且电压也可不同，带负载电流可达 2A /点；但继电器输出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决定的。其寿命随 带负载电流的增加而减少，一般在几十万次至 JI百万次之间，有的公司产品可达 1000万次 以上，响应时间为10ms （2） 晶闸管输出：

12、无锡职业技术学院毕业设计说明书 4 带负载能力为0.2A/点，只能带交交流负载，可适应高频动作，响应时间为 1ms （3） 晶体管输出： 最大优点是适应于高频动作，响应时间短，一般为 0.2ms左右，但它只能带DC 530V 的负载，最大输出负载电流为 0. 5A/点，但每4点不得大于0.8A。 当你的系统输出频率为每分钟 6次以下时，应首选继电器输出，因其电路设计简单，抗 干扰和带负载能力强。当频率为10次/min以下时，既可采用继电器输出方式；也可采用PLC 输出驱动达林顿三极管（510A），再驱动负载，可大大减小。 2、 抗干扰与外部互锁当PLC输出带感性负载，负载断电时会对 PLC的输

13、出造成浪涌电 流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌 吸收电路，可有效保护PLC当两个物理量的输出在 PLC内部已进行软件互锁后，在 PLC的 外部也应进行互锁，以加强系统的可靠性。 3、 “GOM点的选择不同的PLC产品，其“ COM点的数量是不一样的，有的一个“ COM 点带8个输出点， 有的带4个输出点， 也有带2个或1个输出点的。 当负载的种类多， 且电 流大时， 采用一个“ COM点带1 2个输出点的PLC产品；当负载数量多而种类少时，采用 一个“ COM点带4 8个输出点的PLC产品。这样会对电路设计带来很多方便，每个“ COM 点处加一熔

14、丝，1 2个输出时加2A的熔丝，4 8点输出的加5 10A的熔丝，因PLC内部 一般没有熔丝。 4、 PLC外部驱动电路对于PLC输出不能直接带动负载的情况下，必须在外部采用驱动电 路：可以用三极管驱，也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌 吸收电路，且每路有显示二极管（LED指示。印制板应做成插拔式，易于维修。 5、 PLC的输入输出布线也有一定的要求，请看各公司的使用说明书。 1. 5 软件编制 在编制软件前，应首先熟悉所选用的 PLC产品的软件说明书，待熟练后再编程。若用图 形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程， 这样可少

15、出错，速度也快。编程结束后先空调程序，待各个动作正常后，再在设备上调试。 1. 6 优化选择 在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停， 电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中的这些自动控 制问题，若采用可编程序控制器（PLC来解决自动控制问题已成为最有效的工具之一，目前 市场上的PLC产品众多，除国产品牌外，国外有：日本的OMRONMITSUBISHl FUJJ、anasonic, 德国的SIEMENS韩国的LG等。近几年，PLC无锡职业技术学院毕业设计说明书 5 产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高， 这是众多技术人员选用

16、PLC的重要原因，所以在一些小型简单的自动化生产线上，厂家考虑 其性价比还是选用PLC改造传统电气回路。 同时西门子PLC可以根据要求选用不同的模块，在此基础上设计程序以达到所设计的功 能，这种形式目前在工业现场应用最为广泛。另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的 经验而特别设计的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高，即使在电源很差和变频调 速的干扰下仍能正常工作。还有要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序， 而 PLC的编程相对比较简单， 这样对于开发周期会缩短。除此以外它本身有很强的自诊断功能， 一旦系统出现故障，根据自诊断很容易诊断出故障元件，即使非专业人员也能维修，如果

17、故 障由于程序设计不合理引起，由于它提供完善的调试工具，要找出故障也较为简单。 所以应用西门子S7-200 PLC和西门子MM42变频器组成的升降机控制和驱动系统，可以 完成对升降机自动运行的智能化控制和管理，可以根据生产线的实际生产需要和具体工艺要 求自动调整升降方向和速度快慢。也可以在变频器发生故障时自动将发生故障的电机切换到 工频状态应急工作，系统设有西门子TP170A触摸屏，可以向工作人员提示设备的状态和故障 信息。整个系统自动化程度高，应用范围广， 可以在多个行业与国内外各型生产线配套使用。无锡职业技术学院毕业设计说明书 6 第二章运输升降机系统概述 2.1 运输升降机机械系统的组成

18、 运输升降机的机械系统由升降机入口和出口传输机构，轿箱内部吊篮传输机构，轿箱升 降机构，升降机厅门安全机构和升降电机安全抱闸机构组成。 升降机入口和出口传输机构用于将生产线上的产品向升降机内或升降机外传送。轿箱内 部吊篮传送机构用于将产品传入或传出轿箱。轿箱升降机构用于提升升降机轿箱或下降升降 机轿箱。升降机厅门安全机构用于在升降机轿箱升降过程中关闭升降机井厅门入口，防止安 全事故发生。升降电机安全抱闸机构用于在升降机轿箱停止运动时抱住升降电机主轴，防止 升降机轿箱在停止运动时发生上下滑动，避免由此而产生的安全事故。 2.2 运输升降机的自动控制系统的组成 运输升降机的自动控制系统由程序逻辑控

19、制器 PLC外部光电传感器，触摸屏，变频驱 动器，声光报警灯和检修手动盒等元气件组成。 程序逻辑控制器PLC采集外部输入点的输入信号， 如启动停止信号， 各个光电传感器的 状态信号，各限位开关的输入信号，人机界面上的输入信号，经过逻辑判断和运算后输出相 应输出信号，控制电气系统中的相应交流接触器和变频器动作。来完成将一层楼的产品自动 的转移到另外一层楼的生产线上。 2.3 运输升降机的工作原理和控制要求 运输升降机的工作状态分为自动运行状态和检修操作状态，两个工作状态相互独立彼此 分开。当升降升降机处于自动运行状态下时，要求检修操作盒的所有按钮无效，同样当设备 处于检修状态下时要求来自系统外部

20、的控制信号无效，此时系统只能通过检修手动盒点动检 修。 在自动运行时要求升降机能够将一层楼的产品自动的传送到另外一层楼的生产输送带 上，并自动返回到出发点进行下一个工作周期。这个过程当中要求 PLC能根据外部生产线的 速度自动调节升降机的运转速度。要求升降机的轿箱能够准确平层，能够判断进出口堵塞情 况的发生，能够自动的连续点动正反转，以自动消除进出口的堵塞现象，减少不必要的停机 发生。同时要求升降系统能够多楼层多顺序的传送运行，能根据生产需求调整传送方向。要 求系统有可靠的安全保护，能避免设备安全事故的发生。要求设备具有应急运行功能，减少 因设备故障造成的生产线停机。 在操作上要求通过人机界面

21、能够方便地修改参数，记录生产情况和报警信息，要求在触 摸屏上复位报警和点动功能。能够设置管理人员密码，能够记录生产批次和生产数量，具有 历史数据查询功能。无锡职业技术学院毕业设计说明书 7 第三章 运输升降机自动控制系统设计 3.1 运输升降机的机械系统的组成 运输升降机的传输机构分为入口输送带，出口输送带和升降机轿箱吊篮传送带。分别与 各楼层的生产线输送带连接。见图1- 1。 图1-1运输升降机入口输送带与吊篮输送带和生产线输送带的组合 其中升降机入口输送带采用工业输送带，生产线输送带采用皮带式输送带，加置皮带张 紧装置，入口输送带可以根据需要正反转。升降机轿箱吊篮传送带采用链条传动多个金属

22、输 送辊组成的辊道式传送带，机械结构牢靠，抗撞击能力强，正反转动作可靠，其作用是连接 升降机入口传送带或出口传送带。见图 1-2。流动方向 反光板 反光板 吊篮电机 楼入口电机 反光板 吊篮入口光电传感器 吊篮内部光电传感器 p:;- PS3 楼进口光电传感器 楼车间生产流水线传送带 生产线启动使能信号 无锡职业技术学院毕业设计说明书 8 反光板 反光板 吊篮电机 WJ - 图1-2升降机轿箱吊篮内送辊道式输送带示意图 图1-3运输升降机出口输送带与吊篮输送带和生产线输送带的组合 图1-3其中升降机出口输送带采用工业输送带， 生产线输送带采用皮带式输送带，加置 吊篮电机 反光板 反光板 楼出口

23、电机 反光板 SI pg? 力 1 . /)J /I 遮光板I V 八 血/ / 楼生产线传送带电机 楼车间生产流水线传送带 -一厂 l ； U U1 流动方向 吊篮内部光电传感器 楼岀口光电传感器 PS4 遮光板 吊篮入口光电传感器 吊篮内部光电传感器 FS3 吊篮入口光电传感器 无锡职业技术学院毕业设计说明书 9 皮带张紧装置，出口输送带可以根据需要正反转。而升降机轿箱吊篮内送辊道式输送带则与 升降机升降机构组合，在各楼层之间上下运动，输送货物，见图 1-4。无锡职业技术学院毕业设计说明书 10 图1 4升降机的机械升降机构 无锡职业技术学院毕业设计说明书 11 升降机的机械升降机构由升降

24、电机，电动抱闸，链条和升降部分组成，见图 1 5 对重装置未画出 升降电机 上部定轮 电动抱闸 无锡职业技术学院毕业设计说明书 12 图15是升降机升降机构与升降机井架的组合无锡职业技术学院毕业设计说明书 在运输升降机吊篮内，吊篮输送机构与升降机升降机构的组合如下图 1-6所示。 13 对重装置未画出 升降电机 上部定轮 升降机构 反光板 遮光板 升降动轮 下部定轮 电动抱闸一 吊篮内 反光板 吊篮电机 遮光板 吊篮入口光电传感器 图1 6 无锡职业技术学院毕业设计说明书 14 自动升降机吊篮输送机构和1F入口传送带的组合如下图1 - 7所示。 图1-7 无锡职业技术学院毕业设计说明书 15

25、自动升降机吊篮输送机构和2F出口传送带的组合如下图1 8所示。 3.2 运输升降机的电机驱动系统的组成 本系统硬件由三相交流鼠笼式电机、西门子 MM420系列通用型变频器、西门子 S7-200 226CPU勺PLG交流接触器组成。 设计要求：可以根据生产线的实际情况，来设计上述各输送带和升降机升降机构驱动电 机的功率大小。本设计中采用升降机输入口，升降机输出口和吊篮电机都为 0.75KW勺三相交 流鼠笼式电机，设计升降机升降机构电机为 1.5KW三相交流鼠笼式电机。各个电机功率可以 根据实际的情况来设计，但在设计升降机入口，升降机出口和吊篮内输送带电机时，要求将 这三处的输送遮光 反光板 楼生

26、产线传送带电机 楼车间生产流水线传送带 流动方向 流动方向 楼入口电机 反光板 0 楼生产线传送带电机反光板 楼车间生产流水线传送带 流动方向 升降电机 上部定轮 电动抱闸 对重装置 流动方向 反光板 光板 6 升降机构 升降动轮 楼出口光电传感器 未画出 _ 吊篮电机反光板反光板 楼出口电机 反光板 无锡职业技术学院毕业设计说明书 16 带驱动电机功率设计为一样大小。这样设计的目的在于，因为升降机在一二楼无锡职业技术学院毕业设计说明书 17 之间来回运动运送产品，但一二楼的入口传送带和出口传送带的工作状态为二选一。即当其 中一个输送带的电机处于工作状态下，另外一台电机则处于停止的状态。这样就

27、可以使用一 台变频器来驱动多个楼层升降机入口或出口的输送电机，以达到减少机械系统设备的投入。 吊篮内输送带的驱动电机和变频器的功率尽量选择和升降机出入口输送带驱动电机同等功 率，这样做的目的在于减少变频器和输送带驱动电机的型号差别，方便设计，同时也方便安 装、调试和以后的设备检修与维护。升降机升降机构的驱动电机和变频器的功率容量根据产 品的实际质量、升降机构的机械效率和安全系数来确定。所有升降机上使用的变频器选用西 门子MM42系列通用型变频器。 方案选择：电机变频驱动系统和工频驱动系统 结构示意图如图2-1所示。 说明：图2- 1中1#、2#和3#为西门子MM42系列变频器，1、U、川和W分

28、别为运 输升降机1楼入口输送带电机、二楼出口输送带电机、轿箱吊篮输送带电机和升降机构电机。 PLC为西门子S7-200 226CPU 112为交流接触器。所有的变频器和交流接触器工作状态都 由PLC集中控制完成。 设计改进：为了避免工频正反转输出时发生短路事故，在工频正反转输出的交流接触器 上实施电气和机械互锁的安全措施。为了避免变频器输出时和工频输出短接，或者为了避免 1 #变频器输出时I和U电机同时的电，在各个交流接触器之间加设电气互锁和必要的机械互 锁。当升降机处于自动运行状态下时，当升降机在 1楼时由1#变频器向电机I提供动力驱 rz 1 1 Mil I - EBBS* 无锡职业技术学

29、院毕业设计说明书 18 动，可以是正转也可以是反转。当升降机在二楼时由 1#变频器向电机U提供动力驱动，可 以是正转也可以是反转。2#变频器向川电机提供动力驱动，当升降机在一楼时正转，在二楼 时反转。3#变频器向W电机提供动力驱动，当升降机上升时正转，下降时反转。 交流接触器的的互锁状态如下： 交流接触器1、2机械+电气互锁，交流接触器 3、4机械+电气互锁，交流接触器 5、6 机械+电气互锁，交流接触器 8 9机械+电气互锁，交流接触器11、12机械+电气互锁。 同时交流接触器组1、2和交流接触器组3、6电气互锁，交流接触器3、6电气互锁，交流接 触器4、5电气互锁，交流接触器7和交流接触器

30、组& 9电气互锁，交流接触器10和交流接 触器组11、12电气互锁。详细的互锁组合和互锁意义如表 2- 1所示。 第一组 交流接触器 第二组 交流接触器 互锁状态 注释 含义 1 2 机械+电气互 锁 防止工频正反转短 路 二选一 3 4 机械+电气互 锁 防止工频变频同时 接通 二选一 5 6 机械+电气互 锁 防止工频变频同时 接通 二选一 8 9 机械+电气互 锁 防止工频正反转短 路 二选一 11 12 机械+电气互 锁 防止工频正反转短 路 二选一 1、2 3、6 电气互锁 防止工频变频同时 接通 四选一 7 & 9 电气互锁 防止工频变频同时 接通 三选一 10 11、12 电气互

31、锁 防止工频变频同时 接通 三选一 3 6 电气互锁 防止变频同时接通: 二选一 4 5 电气互锁 防止工频同时接通 二选一 表2- 1 图2- 1中交流接触器1、2、4的组合目的为了当1#变频器发生故障时或者设备处于检 修状态时，可以通过工频驱动的方式应急运行电动机I,而且保留了电机I的正反转功能。 同理交流接触器1、2、6的组合，交流接触器8、9的组合，交流接触器11、12的组合目的 是为了能够实现工频驱动电机和W正反转。 本电机驱动系统设计的自动控制原理图请参照附录 1 无锡职业技术学院毕业设计说明书 19 3.3 运输升降机自动化控制系统的组成 运输升降机的工作状态：自动状态和维修工作

32、状态。这两种工作状态互相独立、彼此分 开，目的在于确保控制回路的输出的唯一性，避免发生类似双线圈输出的情况，杜绝事故的 发生。 升降机自动化控制系统的组成：整个升降机自动化控制系统的组成由核心控制元件 PLG 空气开关、电机马达开关、交流接触器、触摸屏、开关、按钮、指示灯、报警器和外部光电 传感器等元部件组成。其中由面板旋钮开关或带锁的钥匙旋钮开关选择整个系统的工作状态， 通过状态安全继电器的得电或失电来区分自动运行和手动运行的输出电源的通和断。 这样就 使得系统只有在自动运行状态下时 PLC的输出端子才有输出电压，当系统在手动运行状态下 时，PLC输出端子上无输出电压。马达开关作用为当系统指

33、令电机以工频方式工作时，起到 保护电机的作用。人机界面能够方便操作人员对设备进行操作和监控，同时实时显示设备工 作状态，记录生产产量和班产批次等历史数据。报警灯由多级柱装灯塔组成，不同颜色代表 不同意义。设备外部设有多个光电传感器，向 PLC传输外部状态信号，指示自动升降机的工 作状态。自动化控制系统中的安全部分的紧急停止按钮拥有最高的设备输出中止权，即无论 在手动还是自动状态下，只要紧停按钮被按下，设备都会立即停止任何动作。升降机井除了 在高处和低处安装了感应升降机吊篮位置的光电传感器，还在井架极限高位和极限低位安装 了机械式的行程限位开关，确保升降机轿箱不发生冲顶和撞底的事故。在 1楼升降

34、机进口输 送带和2楼升降机出口输送带上分别安装有 1个光电传感器，用来检测运输的产品。在轿箱 吊篮内输送带上安装有2个光电传感器，用来检测运输产品的进出情况。 控制柜设计方案：由于生产线的情况决定了在运输升降机的自动化控制系统中需要设立 主控制柜和现场分控制箱。在主控制柜内安装所有空气开关，马达开关， PLC触摸屏，塔式 报警灯等元气件， 在现场分控制箱上安装自动状态系统停止旋钮开关。 手动检修操作盒采用 移动式手持盒，所有手动按钮相互连锁，并且都为点动按钮。具体见如下示意图。无锡职业技术学院毕业设计说明书 20 系统启动 系统启动 系统停止 图3- 1主控制柜面板布置 运行状态指示 电源 0

35、 系统启动 自动运行 检修运行 H TIL 故障 急停 Y H1 n r 1 TS 图3-2现场控制箱面板布置电源开关 电源 11 电压 电压检测 pF .F -厂 检修停止自动 山 n I B 急停 ESEO O 状态选择 自动 停止 I _ 急停 无锡职业技术学院毕业设计说明书 21 图3-3检修点动盒外观图一一二 检修控制盒 无锡职业技术学院毕业设计说明书 22 图3-4主控制柜外观图 图3-5为2楼现场分控制箱外观检修 停止 自动 电压 电压检测 OI 检修控制盒插座 系统启动 0 检修插座 无锡职业技术学院毕业设计说明书 23 第四章 运输升降机自动运行工艺流程的设计 4.1 运输升

36、降机的外部传感器设置 外部传感器选择：光电传感器 光电传感器原理： 光电传感器电路 本传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。 它是利用被检测物体对红外光束（区分点）的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体 的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。从而对位置进行控制 . 光电开关在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。 外部传感器布置设计：如图1- 1和1-3所示，在升降机1楼入口传送带和升降机2楼 出口传送带上，分别安装有检测产品的光电传感器 PS1 PS4 如图1-2所示，在升降机轿箱内吊篮输送带上安装有两个光电传感器 PS2 PS

37、3 如图1-7所示，在升降机井架机构内安装有高位和低位光电传感器 PS5 PS6 4.2 运输升降机的停止状态位安装设计 两层式运输升降机的工作停止状态位有两个，分别为一楼停止位和二楼停止位。如上面 图1 7和图1 8所示。下面图41为自动升降机一楼停止位的局部放大图。无锡职业技术学院毕业设计说明书 24 图4 2为自动升降机2楼停止位的局部放大图 4.3 运输升降机自动运行步骤设计 运输升降机将产品从一楼向二楼输送，再返回一楼。为了有效的运用 PLC的内部空间和 程序设计的简单全面，整个控制程序采用西门子专用的步进控制程序语言编写。具体步骤如 下。 第一步：1楼生产线使能，系统判断吊篮位置（

38、PS5/PS6 ,传送第一件货物进入吊篮。 同时传送第二件货物到1楼进口输送带上等待下一传送周期（PS1被第二件货物挡住后停止前 行）（吊篮电机正转） 。 第二步：判断升降机构是否可以升降（吊篮入口光电传感器 PS2是否由货物挡住），向上 举升货物至二楼。（升降电机正转） 第三步：判断二楼出口输送带是否堵塞（PS4是否被挡住），向升降机外输送货物。（吊图41自动升降机一楼停止位局部放大图 图4 无锡职业技术学院毕业设计说明书 25 篮电机反转） 第四步：判断升降机构是否可以升降（吊篮入口光电传感器 PS2是否由货物挡住），向下 返回1楼。（升降电机反转） 下一周期开始！ 根据以上四步步进控制顺

39、序设计 PLC主要输入输出点如表3- 1和表3-2所示。 输入点编号 注释 10.4 : 自动运行 I0.6 检修运行 I1.1 系统启动 I1.2 系统停止 10.5 停止 I2.0 1楼入口光电传感器PS1 I2.1 : 轿箱内吊篮入口传感器PS2 : I2.2 轿箱内吊篮内部传感器PS3 : I2.3 2楼出口光电传感器 PS4 I2.4 升降机井咼位传感器PS5 I2.5 升降机井低位传感器PS6 1 I0.7 外部生产线使能PS0 表3- 1 注：表中主要输入点元器件在图1 1、图1-3和图2- 1中查找对应 输出点编号 注释 Q0.0 1 #变频器正转输出 : Q0.1 1 #变频

40、器反转输出 Q0.3 2#变频器正转输出 Q0.4 2#变频器反转输出 Q0.6 3#变频器正转输出 Q0.7 3#变频器反转输出 Q1.1 交流接触器3工作 Q1.2 交流接触器6工作 Q1.3 交流接触器7工作 Q1.4 交流接触器10工作 Q1.5 抱闸电磁铁机构松闸 表3-2 注：表中主要输出点元器件在图 2- 1中查找对应 无锡职业技术学院毕业设计说明书 26 1#、2#、3#变频器输出方式与交流接触器 3、6、7、10的组合对应电机I、U、M、无锡职业技术学院毕业设计说明书 27 W的运动状态如表3-3所示 输出点组合 注释 Q0.0、Q1.1 1楼输送带电机正转（I电 机） Q0

41、.3、Q1.3 吊篮电机正转（川电机） Q0.6、Q1.4 1 升降电机正转（W电机） Q0.1、Q1.2 2楼输送带电机反转（U电 机） Q0.4、Q1.3 T Q0.7、Q1.4 升降电机反转（W电机） 表3 3 在步进顺序的设计上，为了避免因为误挡光电传感器而发生设备误动作，应该选择西门 子S7-200 PLC中专门的顺控继电器S来编写升降机的步进程序。步进程序主要步骤如下图 4 3所示。无锡职业技术学院毕业设计说明书 28 松抱闸升降电机正转 松抱闸升降电机反转 图4一 3自动运行流程图 步进程序主要步骤程序编写如下图 4-4所示。启动 M1.0 M2. ：,7 入货 一 ：TQ Q1

42、 丄血3 QL3 1楼入口输送带正转 吊篮输送带正转 出货 2楼出口输送带反转 仇亠曲阳 吊篮输送带反转 上升 下降 C3.7 RM Q1 匸 无锡职业技术学院毕业设计说明书 29 无锡职业技术学院毕业设计说明书 30 无锡职业技术学院毕业设计说明书 31 吊篮电机反转 吊篮电机岀货完成 判断2楼岀口输送带是否堵塞 H SC.4 - 2 楼出口输送带电机反转 2楼岀口输送带电机岀货完成 第三步结束 判断吊篮能否下降 第四步 无锡职业技术学院毕业设计说明书 32 图4 4自动运行梯形图 注：这里为了能使表达更为清楚，步进顺序间的转换没有加时间延时。在实际程序编写 中为了使设备在转换动作时更加平稳

43、，应该注意步进转换之间的时间延时。 在第一步步进程序里，一楼入口输送带电机正转输出由于第一步的结束而停止，这时入 口输送带上的产品不一定正好挡住入口传送带光电传感器 PS1。这样会造成在升降机吊篮上 升后，一楼入口输送带上的产品不一定能够排成队列等待输送。为了解决这个问题，需要在 上述步进程序外编写一条关于一楼入口输送带输出的语句，这里是关于输出点 Q0.0和Q0.1 的双线圈输出。在步进程序中，可以考虑使用双线圈，但要慎重使用。 其语句为：LD M1.0 A M2.0 A I0.7 AN I2.0 OUT Q0.0 OUT Q0.1 4.4 升降机精确平层的电气控制设计 如图41和图4 2所

44、示，升降升降机吊篮和一楼传送带和二楼传送带的平层控制上， 采用了升无锡职业技术学院毕业设计说明书 33 降机井高位传感器 PS5和低位传感器PS6来控制轿箱的停止 （参见图4-4升降电机 正转/升降电机反转） 。这里存在一个问题，如果升降机井高位传感器 PS5和升降机井低位传 感器PS6在升降电机运行时发生误动作。或者由于光电传感器的老化、输出滞后或是由于PLC 输入响应滞后等问题会造成升降机轿箱吊篮停止位置的偏差积累。即吊篮在升降机运行一段 时间后其停止位置会越来越高或者越来越低，甚至有可能发生升降机轿箱冲顶或者撞底事故 的发生。为了解决这个问题应当在程序中加入高速脉冲计数，使用计数器来准确

45、判断升降机 轿箱的停止位。 在机械系统配置上需要在升降电机的转子轴上加配旋转编码器，如图 4-5和图4-6所 示。 升降电机 旋转编码器 无锡职业技术学院毕业设计说明书 34 对编码器的信号处理: 运用S7-200 DC/DC/DC的高速记数器HSC的功能来构成一个反馈回路。HSC计数速度比 PLC扫描时间快的多，采用集成在 CPU226中的20K硬件计数器进行比较，总的来说，每个高 速计数器需要10个字节内存用来存控制位，当前值，设定值，状态位。 外部接线示意图如下: 在PLC输入点的设计上：注意预留输入点I0.010.7作为编码器高速计数输入，具体用 法参见西门子S7-200编程手册。旋转

46、编码器的选择可以是双相脉冲编码器，也可以是单 相脉冲编码器，在程序中可以选择带有增减计数脉冲的双相计数器，也可以选择带有内部方 向或带有外部方向控制的单相计数器。旋转编码器可以是增量型编码器也可以是绝对值编码 器，选择上面很灵活，具体的编码器选择应和程序中高速计数器、运行模式和系统控制字相 结合。下面表3-4是本设计给出旋转编码器和高速计数器及系统控制字的一种组合。 内容 说明 特征 旋转编码器 增量型 单相 高速计数器HSC0 内部方向控制单相计数/运行 模式0 I0.0脉冲计数 控制字 SMB37 11111000或 16# F8 初始值 SMD38 0 预制值 SMD42 1000 表3

47、-4 如附录2中的精确平层控制指令表所示：在程序中通过调用中断号为12的中断子程序来 使升降电机停止正转或反转，以达到轿箱精确平层的目的。在高速计数器和旋转编码器的选 择和配置上可以灵活掌握，在外部输入点数量紧张的情况下，可以采用高速计数器内部方向 控制来完成增减计数。也可以不用增减计数，直接在程序中步进转换时复位高速计数器来完 成升降电机的正反转控制 CPU DC/DC/DC 无锡职业技术学院毕业设计说明书 35 4.5 对升降机构电磁机械安全抱闸的控制设计 升降机构的电磁安全抱闸机构如图 4 5所示，其工作原理为当升降电机开始正转或者反 转时电磁抱闸电磁铁得电松开抱闸，使得升降机轿箱可以上

48、下运动。当升降升降机轿箱停止 升降时，抱闸电磁铁失电抱住升降机构的转轴，固定轿箱防止轿箱向下滑落。 电磁铁设计为失电抱住转轴，防止因为停电或急停按下时轿箱向下滑落。在抱闸机构的 设计上应注意足够的机械强度和较大的安全系数。无锡职业技术学院毕业设计说明书 36 第五章 运输升降机安全运行的设计 为了使升降机安全运行，在设计上必须注意，紧急停止按钮具有最高级别的中止功能, 通过安全继电器的失电态来强制断开 PLC的所有输出电源和手动检修盒的控制电源。 图5- 1 通过图5- 1可以了解到使用安全继电器 ZJ1的失电态常开触点，可以使得PLC及所有控 制输出电源失去电能。在程序编写上，通过紧停按钮输

49、入 10.3调用该点的中断事件6,快速 断开程序中的所有输出。这样的双重保护确保万无一失。 在安全设计上要增加升降机厅门保护，即如果厅门未关好，升降机构不动作，如果厅门 未打开，吊篮输送装置不动作。这些保护在程序中添加到每个步骤中即可，在机械系统上可 以增加行程限位开关，包括升降机构的上下限位行程开关。 在自动和检修状态中只可以二选一，即两者的控制电源互相独立分开。手动检修按钮间 互相互锁，:急停 7J3 无锡职业技术学院毕业设计说明书 37 以保证检修运行时设备动作的唯一性。如图 5-2所示为手动检修按钮间的互锁无锡职业技术学院毕业设计说明书 38 L6 Z3 S為 n SUE SA/ W

50、吊篮电机检修正转 ZJO y SA6 S7 S45 吊篮电机检修反转 G/4/ 无锡职业技术学院毕业设计说明书 39 第六章 运输升降机的总体整合设计 6. 1 系统选型 (1) I/O点数统计： I/O点数是PLC的一项重要指标。合理选择I/O点数既可使系统满足控制要求，又可使 系统总投资最低。PLC的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、 输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。考虑到今后的调 整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上 20%30%勺备用量。该系统有19个数字输入点 19个数字输出点，考虑余量后需要 22个数字输入点22个输出点

51、。 (2) 用户存储器容量的估算 PLC常用的内存有EPROMEEPRO和带锂电池供电的RAM 般微型和小型PLC的存储容 量是固定的，介于1 2KB之间。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如 I/O点数、 控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略地估算。根据经验，每 个I/O点及有关功能元件占用的内存量大致如下： 开关量输入元件：10 20B/点 开关量输出元件：5- 10B/点 定时器/计数器：2B/个 模拟量：100 150B/个 通信接口：一个接口一般需要 300B以上 根据上面算出的总字节数再考虑增加 25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内 存容量，

52、从而选择合适的PLC内存。该系统有19个数字输入点19个数字输出点，需内存340B, 有高速计数器1个，需内存16B,考虑余量后需要内存380B。 (3) CPU功能与结构的选择 PLC的功能日益强大，一般 PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本 功能，有些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑 以下几点：功能与任务相适应，PLC的处理速度应满足实时控制的要求、PLC结构合理、机型 统一、在线编程和离线编程的选择。运输升降机控制所要求的控制功能简单，小型 PLC就能 满足要求了。 综上所述，结合下表分析无锡职业技术学院毕业设计说明书 40 CP

53、U221 CPU222 CPU224 CPU226 程序存储器 2048 字 4096 字 用户数据存储器 1024 字 2560 字 用户存储器类型 EEPROM 数据后备典型时间 50h 190h 本机10 6入/4 出 8入/6 出 14入 /10出 24 入 /20 出 扩展模块数量 无 2个 7个 数字量I0印象区 大小 256 （128 入/128 出） 模拟量I0印象区 大小 无 16入 /16出 32入/32出 33Hz布尔指令执 行速度 0.37/微妙/指令 内部继电器 256 计数器/定时器 256/256 顺序控制继电器 256 该控制系统CPU模块采用CPU-226(A

54、C/DC继电器)模块，它可控制整个系统按照控制 要求有条不紊地进行。同时由于该模块采用交流 220V供电，并且自带24数字量输入点和20 个数字量输出点，完全能满足运输升降机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、 数字量和输出模块。 6. 2 主要元器件的介绍 (1) 数字量直流输入模块 图3所示是直流输入模块的输入电路。光耦合器隔离了输入电路与 PLC内部电路的电气 连接，使外部信号通过光耦合变成内部电路的电气连接，使外部信号通过光耦合变成内部电 路能接收到的标准信号。当现场开关闭合后，外部直流电压经过电阻R1和阻容滤波后加到光 耦合器的发光二极管上，经过光耦合，光敏晶体管接收光信号，

55、 并能接受的信号送入内部电 路。在输入采样时送入输入印象寄存器。现场开关通断状态，对应输入印象寄存器的 1/0状 态，当输入端的发光二极管点亮，即指示现场开关闭合。外部直流电源用于检测输入点的状 态，其极性可无锡职业技术学院毕业设计说明书 41 以任何接入。无锡职业技术学院毕业设计说明书 42 DC24V 图3直流输入电路 图3中，电阻R2和电容C构成滤波电路，可滤掉输入信号的高频抖动。双向光耦合器起 整流和隔离的作用，双向发光二极管 VL用作指示。 （2）交直流输出模块 交直流输出模块是继电器输出方式，其输出电路如图所示，当 PLC有信号输出时，输出 接口电路使继电器线圈激励，继电器触点闭合

56、使负载回路接通，同时状态指示发光二极管 VL 导通点亮。根据负载的性质来选用负载回路的电源电压性质。 負载 图4继电器输出电路 （3）电源模块的选择 PLC上DC24V源的使用各公司PLC产品上一般都有DC24Vt源，该电源容量小，为几 十毫安至几百毫安，用其带负载时要注意容量，同时作好防短路措施（因为该电源的过载或 短路都将影响PLC的运行）。但若输入回路有DC24V供电的接近开关、光电开关等，而 PLC 上DC24V&源容量不够时，要从外部提供 DC24V电源，同时为了抗干扰，提高输入回路的灵 敏度，应加装电源净化元件（如电源滤波器、 1:1隔离变压器等）。本设计根据查看各种资 料，最终选

57、择了如下的电源电路图：光耦合器 内部电路内部电路 SEI R1 内部电路 无锡职业技术学院毕业设计说明书 43 6. 3 外部硬件接线图设计 见附录1的系统接线图 6. 4 系统 I/O 分配 输入点编号 注释 I0.0 旋转编码器 I0.4 自动 I0.5 停止 I0.6 检修 I0.7 外部生产线使能PSO I1.1 系统启动 I1.2 系统停止 I2.0 1楼入口光电传感器PS1 I2.1 轿箱内吊篮入口传感器PS2 I2.2 轿箱内吊篮内部传感器PS3 I2.3 2楼出口光电传感器 PS4 I2.4 升降机井咼位传感器PS5 I2.5 升降机井低位传感器PS6 I3.0 入口 /出口电

58、机正转开关SA2 I3.1 入口 /出口电机反转开关SA3 I3.2 吊篮电机正转开关SA4 I3.3 吊篮电机反转开关SA5 I3.4 升降电机正转开关SA6 I3.5 升降电机反转开关SA7 Vin +2亠 阮782丄C2 D N -01UF G +24V F U33 .O 3 + C C 1 2 无锡职业技术学院毕业设计说明书 44 输出点编号 注释 Q0.0 1 #变频器正转输出 Q0.1 1 #变频器反转输出 Q0.3 2#变频器正转输出 Q0.4 2#变频器反转输出 Q0.6 3#变频器正转输出 Q0.7 3#变频器反转输出 Q1.1 交流接触器3工作 Q1.2 交流接触器6工作

59、Q1.3 交流接触器7工作 Q1.4 交流接触器10工作 Q1.5 抱闸电磁铁机构松闸 Q2.0 交流接触器1工作 Q2.1 交流接触器2工作 Q2.2 交流接触器4工作 Q2.3 交流接触器5工作 Q2.4 交流接触器11工作 Q2.5 交流接触器12工作 Q2.6 交流接触器8工作 Q2.7 交流接触器9工作 6. 5 梯形图设计 见附录1的系统梯形图 6. 6 源程序设计 见附录2的指令表 6. 7 程序运行过程分析 按下系统启动按钮，I1.1常开触点接通，M2.0接通，在此基础上如果按下自动运行状态按 钮,10.4常开触点接通,M1.0接通，此时系统进入自动运行程序；如果按下检修状态按

60、钮，10.6 常开触点接通,M3.0接通，此时系统进入手动检修程序；如果按下停止按钮 ，10.5常闭触电断 无锡职业技术学院毕业设计说明书 45 开,M1.0,M3.0断开,系统选择运行方式停止。 1、 当系统进入自动运行程序，程序开始时入口输送带上的第二件产品正好挡住光电传 感器PS1, 10.7常闭触点断开，Q0.0、Q0.1断开，一楼入口输送带电机停转（在升降机吊篮上 升后，一楼入口输送带上的第二件产品能够排成队列等待输送 ）；特殊继电器SM0.1在系统通 电下瞬间得电，状态继电器S0.0上电置位初始步。 第零步开始,外部生产线使能PS0被第一件产品挡住时，M1.0,M2.0,I0.7