基于PLC液壓施工升降機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于PLC液壓施工升降機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要施工升降機(jī)為建筑施工中必不可少的一種運(yùn)輸工具，當(dāng)前電機(jī)-機(jī)械傳動(dòng)式升降機(jī)為主要生產(chǎn)的一種升降機(jī)。但是其采用接觸器來進(jìn)行控制，自動(dòng)化水平較低，且在施工過程中具有很多缺點(diǎn)，如速度比較單一、啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)沖擊力較大、工作人員感覺不適等，無法符合中高層甚至超高層施工項(xiàng)目的需求。所以對(duì)升降機(jī)控制系統(tǒng)的研究具有非常重要的意義，不僅可以提升工作效率，而且可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。然而液壓升降機(jī)具有較快的運(yùn)行速度，能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)調(diào)速，同時(shí)起動(dòng)、制動(dòng)沖擊力較小，所以本文基于液壓施工升降機(jī)，設(shè)計(jì)了升降機(jī)控制系統(tǒng)。在對(duì)液壓施工升降機(jī)的工作原理深入研究的基礎(chǔ)下，對(duì)30層的液壓升降機(jī)控制

2、系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)分為PLC控制系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)。通過串口通訊的方式實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)升降機(jī)的控制。PLC控制系統(tǒng)的主CPU選取三菱FX2N-48MR-001PLC，模擬量輸出模塊選取FX2N-2DA。PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了接收所有輸入/輸出信號(hào)以及觸摸屏串口通訊信號(hào)，通過其內(nèi)部的程序進(jìn)行處理，完成液壓升降機(jī)的邏輯信號(hào)和速度的控制。按照升降機(jī)控制系統(tǒng)的需要，對(duì)控制系統(tǒng)的主電路、電液比例控制電路，安全運(yùn)行等電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。監(jiān)控系統(tǒng)選用昆侖通態(tài)觸摸屏TPC1061Ti，通過MCGS軟件設(shè)計(jì)選層參數(shù)輸入以及監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)界面。本文所設(shè)計(jì)的升降機(jī)控制系統(tǒng)不僅提高了施工升降機(jī)的

3、自動(dòng)控制水平，而且提高了升降機(jī)的安全性和可操作性。關(guān)鍵詞：液壓升降機(jī)，PLC，觸摸屏目錄1緒論11.1課題研究背景及意義11.2液壓升降機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3本文主要研究內(nèi)容22液壓升降機(jī)簡介32.1液壓升降機(jī)的工作原理32.2液壓升降機(jī)組成43液壓升降機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)53.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)53.2控制系統(tǒng)硬件選型63.2.1比例變量泵的選型63.2.2 PLC及模塊選型63.2.3觸摸屏選型63.3控制電路設(shè)計(jì)73.3.1 PLC的I/O存儲(chǔ)地址分配73.3.2 輸入輸出回路設(shè)計(jì)83.3.3 電液比例控制電路設(shè)計(jì)83.3.4主電路設(shè)計(jì)103.3.5抱閘、門鎖、安全運(yùn)行電路設(shè)計(jì)114液壓升降

4、機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)134.1PLC概述134.2PLC軟件設(shè)計(jì)134.2.1樓層信號(hào)產(chǎn)生與清除設(shè)計(jì)144.2.2選層信號(hào)的登記、清除及顯示設(shè)計(jì)154.2.3停層信號(hào)的產(chǎn)生與清除設(shè)計(jì)164.2.4停車制動(dòng)設(shè)計(jì)164.2.5啟動(dòng)加速與穩(wěn)定運(yùn)行設(shè)計(jì)174.2.6速度曲線設(shè)計(jì)184.3觸摸屏軟件設(shè)計(jì)215液壓升降機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)245.1抑制電源系統(tǒng)引入的干擾245.2抑制輸出端引入的干擾245.3安裝與布線245.4選擇正確的接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)246總結(jié)26參考文獻(xiàn)271緒論1.1課題研究背景及意義施工升降機(jī)為一種通過平臺(tái)或吊籠把人或物進(jìn)行垂直運(yùn)輸?shù)氖┕ぴO(shè)備，其為工業(yè)、建筑、橋梁施工過程中很重

5、要的運(yùn)輸設(shè)備。升降機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠、方便安裝、搬運(yùn)方便等特點(diǎn)，可以減少了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大加快了施工的進(jìn)度，在施工過程中占據(jù)重要的作用。二十世紀(jì)八十年代我國生產(chǎn)了第一臺(tái)施工升降機(jī)，歷經(jīng)四十年的不斷發(fā)展，無論結(jié)構(gòu)形式還是功能、用途等方面其都產(chǎn)生了巨大的變化。由于城市高層建筑難以使用井字架及龍頭架等設(shè)備，因此施工升降機(jī)在這些高層建筑施工中得到廣泛的使用。近幾年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑行業(yè)也進(jìn)入了一個(gè)繁榮的階段，施工單位更加注重施工的安全及效率。施工升降機(jī)作為一種施工中不可缺少的垂直運(yùn)輸設(shè)備，其是否可以安全高效的運(yùn)行及自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)，對(duì)于加速施工進(jìn)度，減少施工成本以及降低施工人員

6、的勞動(dòng)強(qiáng)度具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。1.2液壓升降機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前國外的高速升降機(jī)主要分為兩種，液壓傳動(dòng)無極調(diào)速升降機(jī)，其標(biāo)定速度為零至九十米/分，采用手動(dòng)停層控制；調(diào)頻調(diào)速升降機(jī)，標(biāo)定速度為零至三十/四十至八十米/分，采用自動(dòng)選層平層的控制方式。當(dāng)前我國使用的電機(jī)-機(jī)械傳動(dòng)式施工升降機(jī)，其采用接觸器進(jìn)行控制，存在啟動(dòng)與制動(dòng)過程沖擊較大、運(yùn)行速度比較單一等不足。由于施工高度高于二百米時(shí)其運(yùn)行速度僅為三十四至三十八米/分，這延遲了施工的進(jìn)度，降低了施工單位的效益，因此無法符合高層及超高層施工項(xiàng)目的要求。液壓升降機(jī)具有運(yùn)行速度快、啟動(dòng)及制動(dòng)過程比較平穩(wěn)、對(duì)電網(wǎng)的沖擊較小、可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速及空載啟動(dòng)等

7、優(yōu)點(diǎn)。因此液壓升降機(jī)不存在重載時(shí)難以啟動(dòng)的困難，為高層建筑比較理想的運(yùn)輸設(shè)備。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，建筑的高度不斷增加，當(dāng)前施工升降機(jī)的自動(dòng)化控制程度比較低，在施工過程中存在很多缺點(diǎn)。通常無超載的限制，僅可以通過對(duì)人數(shù)及物料的重量進(jìn)行估計(jì)，不具有樓層的呼叫顯示及自動(dòng)平層等功能，所以當(dāng)前的升降機(jī)在運(yùn)行過程中，其運(yùn)輸能力不能充分的得到利用；隨著按鈕、接觸器及繼電器的不斷老化，使得動(dòng)作及響應(yīng)的時(shí)間發(fā)生變化，引起電機(jī)響應(yīng)的滯后，使得升降機(jī)無法停到目標(biāo)的位置，造成誤差；存在速度比較單一、起動(dòng)制動(dòng)沖擊較大等問題。所以，通過繼電器接觸器進(jìn)行控制的起動(dòng)機(jī)無法負(fù)荷現(xiàn)場(chǎng)施工的需求。對(duì)施工升降機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)具

8、有重要的意義，不僅可以提升工作的效率，而且可以產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。1.3本文主要研究內(nèi)容本文在研究國內(nèi)外施工升降機(jī)的基礎(chǔ)上，以三十層的液壓升降機(jī)為控制對(duì)象，設(shè)計(jì)了基于PLC的升降機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，完成的主要內(nèi)容如下：1、 根據(jù)施工升降機(jī)的控制要求，考慮到短路保護(hù)、過載保護(hù)以及限位保護(hù)等保護(hù)問題，對(duì)主控制回路、電液比例控制回路、安全運(yùn)行回路等電氣控制線路進(jìn)行設(shè)計(jì)，減少了運(yùn)行過程中可能存在的問題。2、 控制系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì)選用三菱的編程軟件GX-developer,對(duì)升降機(jī)的邏輯信號(hào)以及速度進(jìn)行控制。3、 控制系統(tǒng)的人機(jī)界面選用昆侖通態(tài)觸摸屏,通過通訊完成觸摸屏與PLC的通信，通過MCGS編程軟

9、件，設(shè)計(jì)了比較形象直觀的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的監(jiān)控。2液壓升降機(jī)簡介2.1液壓升降機(jī)的工作原理液壓升降機(jī)主要包括異步電機(jī)、變量泵、馬達(dá)、液壓閥等部分，選用三菱PLC作為主控制器，工作原理圖如圖2.1所示。升降機(jī)上行與下行的工作原理差不多，所以本文介紹下行工作原理。圖2.1施工升降機(jī)工作原理圖下行開始時(shí)，PLC接收來自觸摸屏的選層和下行的指令，PLC輸出下行信號(hào)使得下行電磁閥YV2帶電，電機(jī)起動(dòng)接觸器KM1通電，變量泵運(yùn)行，油液進(jìn)入馬達(dá)，帶動(dòng)拽引輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而升降機(jī)的吊籠啟動(dòng)。PLC選擇相應(yīng)的加速信號(hào)通過D/A處理送到比例放大器得到控制電流控制比例電磁鐵進(jìn)而對(duì)變量泵的流量進(jìn)行控制，從而對(duì)吊

10、籠的啟動(dòng)運(yùn)行速度進(jìn)行控制，若達(dá)到最大速度，吊籠便以此速度穩(wěn)定運(yùn)行。在運(yùn)行工程中，PLC可接受來自井道裝置的信號(hào)，并且在觸摸屏上顯示當(dāng)前樓層位置、運(yùn)行狀態(tài)等。若PLC收到減速信號(hào)，PLC根據(jù)減速曲線輸出相應(yīng)的減速信號(hào)，減少比例電磁閥的輸入電流，進(jìn)而變量泵的流量減少，吊籠的開始不斷減速。當(dāng)升降機(jī)到達(dá)目標(biāo)位置，PLC控制信號(hào)輸出使電磁閥YV2不帶電，KM2失電，關(guān)閉液壓系統(tǒng)，升降機(jī)停止運(yùn)行。2.2液壓升降機(jī)組成升降機(jī)主要包括鋼結(jié)構(gòu)、安全裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、電氣設(shè)備這四部分。1） 鋼結(jié)構(gòu)：由吊籠、天輪架、附著架等組成。2） 電氣裝置：電氣控制系統(tǒng)包括電控箱、電源、操作臺(tái)、電纜導(dǎo)向裝置等。3） 驅(qū)動(dòng)裝置：主

11、要包括泵、閥門、馬達(dá)、電動(dòng)機(jī)、鋼絲繩等部分。4） 安全裝置：主要包括限速器、防墜安全器、安全鉗、緩沖彈簧、限位器、安全鉤、急停開關(guān)、電磁制動(dòng)器、超載開關(guān)、斷繩開關(guān)等。3液壓升降機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)液壓升降機(jī)控制系統(tǒng)的硬件部分主要包括PLC控制模塊、模擬量輸出模塊、觸摸屏模塊、井道裝置、比例變量泵、安全裝置等，結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖控制系統(tǒng)以PLC為核心，負(fù)責(zé)處理輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)處理以及輸出信號(hào)控制。觸摸屏實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定及顯示的功能?？刂葡到y(tǒng)配有安全裝置，保證液壓升降機(jī)的安全運(yùn)行，否則產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。若升降機(jī)安全運(yùn)行，在觸摸屏輸入層數(shù)，并在觸摸屏顯示層數(shù)，控制系統(tǒng)

12、根據(jù)選取層數(shù)調(diào)用相應(yīng)的加速曲線，輸出模擬信號(hào)對(duì)比例泵進(jìn)行控制，進(jìn)而使吊籠按照預(yù)期的曲線運(yùn)行。運(yùn)行至目的層數(shù)，系統(tǒng)便產(chǎn)生停車信號(hào)，使液壓電機(jī)以及比例泵停止運(yùn)行。3.2控制系統(tǒng)硬件選型3.2.1比例變量泵的選型本文選取BCY14-1B型軸向柱塞泵，通過外控油壓對(duì)變量機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，通過輸入電流大小對(duì)泵的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。BCY14-1B的參數(shù)指標(biāo)：滯環(huán)，頻響。該比例變量泵能在輸入電流作用下，控制排量的比例。該泵具有靈活控制、動(dòng)作靈敏、精度高、較好的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，滿足工業(yè)自動(dòng)化的需求。3.2.2 PLC及模塊選型PLC的選型需要考慮到輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)容量、響應(yīng)速度、電源容量等問題。PLC的選型不但要符

13、合控制系統(tǒng)的要求，還要考慮系統(tǒng)的成本。本文選取三菱FX系列PLC，該P(yáng)LC電源為交流電，直流24V輸入，繼電器輸出。具有四十八點(diǎn)數(shù)字量輸入/輸出，輸入輸出分別為二十四點(diǎn)。該控制系統(tǒng)要求輸出模擬量信號(hào)控制變量泵，對(duì)升降機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，選用FX2N-2DA模擬量輸出模塊。主單元FX2N-48MR-001PLC本身自帶四十八點(diǎn)數(shù)字量輸入/輸出量，可以擴(kuò)展到256點(diǎn)，運(yùn)行速度快。有較強(qiáng)的通訊功能，有兩個(gè)COM口，一個(gè)為RS232通訊口，用于PLC程序的編寫、下載、調(diào)試。另一個(gè)為RS485通訊口，可以連接變頻器等設(shè)備。模擬量輸出模塊FX2N-2DA，具有兩通道的模擬量輸出，可以輸出4-20mA電流，0

14、-5V或0-10V電壓信號(hào)，通過接線方式進(jìn)行選擇。精度為±1%，轉(zhuǎn)換速度為4ms/通道。主PLC通過FROM/TO指令實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量?？煸O(shè)定及轉(zhuǎn)換值讀取。3.2.3觸摸屏選型升降機(jī)控制系統(tǒng)中，通過觸摸屏，實(shí)現(xiàn)信息的輸入及顯示功能。觸摸屏通過串口將信息傳送至PLC，PLC按照井道裝置的信號(hào)，輸出相應(yīng)信號(hào)控制變量泵及電磁閥，實(shí)現(xiàn)升降機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行，并對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。本系統(tǒng)選取昆侖通態(tài)觸摸屏TPC1061Ti，其性能參數(shù)為：10.2英寸TFT液晶顯示屏，1024x600分辨率，存儲(chǔ)器容量內(nèi)存為128M，系統(tǒng)存儲(chǔ)為128M，通訊接口COM1（RS232），COM2（RS485）。3.3控制電

15、路設(shè)計(jì)3.3.1 PLC的I/O存儲(chǔ)地址分配升降機(jī)輸入輸出設(shè)備及端子分配如下表3-1所示。輸入端子名稱輸入端子名稱X0門鎖繼電器KA1Y0上行電磁閥YV1X1運(yùn)行繼電器KA2Y1下行電磁閥YV2X2基站開關(guān)SA1Y2電源指示燈HL1X3上限位開關(guān)SQ3Y3超載報(bào)警指示燈HL2X4下限位開關(guān)SQ4Y4液壓故障指示燈HL3X5上極限開關(guān)SQ5Y5吊籠開到位指示HL4X6下極限開關(guān)SQ6Y6電機(jī)主接觸器KM1X7開到位開關(guān)SQ10Y7Y型接觸器KM2X10關(guān)到位開關(guān)SQ11Y10三角型接觸器KM3X11超載開關(guān)SQ44X12上減速感應(yīng)開關(guān)1KRX13下減速感應(yīng)開關(guān)2KRX14急停開關(guān)SB1 SB2X

16、15液壓接通SB3X16液壓斷開SB4X17電機(jī)斷路器QF表3-1 輸入/輸出端子3.3.2 輸入輸出回路設(shè)計(jì)把觸摸屏的輸入信號(hào)以及升降機(jī)運(yùn)行過程中的信號(hào)傳送到PLC的輸入端便組成了輸入電路。PLC輸出端輸出信號(hào)用于控制升降機(jī)運(yùn)行過程中的執(zhí)行元件以及顯示運(yùn)行狀態(tài)，便組成了輸出電路，輸入/輸出電路如圖3.2所示。圖3.2 PLC輸入/輸出控制圖3.3.3 電液比例控制電路設(shè)計(jì)本文選用BCY14-1B型電壓比例變量泵，VT-PF-DC-A1-10V型比例放大器，直流電源供電，0-10V信號(hào)輸入，電液比例控制電路如圖3.3所示?？刂葡到y(tǒng)主電路25、26端子輸出電壓作為該控制電路的供電電壓。PLC的D

17、/A模塊輸出作為該控制電路的輸入信號(hào)。流量比例閥的線圈F+、F-與比例電磁鐵連接，使其帶電，進(jìn)而對(duì)比例調(diào)節(jié)泵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。圖中的電容可以濾除FX2N-2DA模塊輸出的波動(dòng)。圖3.3電液比例控制電路圖中端子功能：1） V+ 為DC 18-36V2） 0V為DC 0V3） P+、P-為壓力比例閥線圈4） F+、F-為流量比例閥線圈5） Pin為壓力信號(hào)輸入口6） Fin為流量信號(hào)輸入口7） GND為信號(hào)輸入公共點(diǎn)8） +12V作為電位器用電源9） (F)Dither為顫振頻率10） (F)Down為下降斜坡時(shí)間11） (F)Up為上升斜坡時(shí)間12） (F)MAX為最大設(shè)定值13） (F)MIN為其實(shí)電

18、流值3.3.4主電路設(shè)計(jì)主電路需要一臺(tái)異步電機(jī)對(duì)變量泵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，需要一個(gè)接觸器KM1進(jìn)行控制。電機(jī)選取星三角啟動(dòng)方式，減少啟動(dòng)電流。制動(dòng)選取電磁抱閘斷電的方式，當(dāng)KM1不帶電時(shí)，抱閘線圈YB通過閘瓦抱緊閘輪，使得電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)KM1得電時(shí)，主觸點(diǎn)閉合，YB得電，閘瓦與制動(dòng)輪分開，電機(jī)便啟動(dòng)運(yùn)行。電機(jī)通過熱繼電器FR進(jìn)行過載保護(hù)，若過載，F(xiàn)R的常閉觸點(diǎn)便接入安全運(yùn)行電路中。熔斷器FU具有短路保護(hù)功能，若短路，F(xiàn)U熔斷將電路切斷起保護(hù)的功能。斷路器QF具有欠壓保護(hù)功能，如出現(xiàn)失壓、欠壓等故障時(shí)，QF自動(dòng)將故障的電路斷開?？刂谱儔浩鱐1、T2具有降壓、隔離的功能。將急停按鈕SB1、SB2按下，可能

19、導(dǎo)致接觸器KM1失電，斷開主電路，使得電機(jī)停轉(zhuǎn)；SB1、SB2斷開，KA2斷開，PLC的電源切斷；SB1、SB2閉合時(shí)，KM4得電，熔斷器FU熔斷，電機(jī)停止運(yùn)行。PLC與電磁換向閥的供電電壓為交流220V，安全運(yùn)行電路的供電電壓為交流110V，控制系統(tǒng)主電路如下圖3.4所示。圖3.4控制系統(tǒng)主電路3.3.5抱閘、門鎖、安全運(yùn)行電路設(shè)計(jì)該系統(tǒng)泵通過電機(jī)進(jìn)行控制，電機(jī)通過KM1對(duì)其啟停線圈就行控制，以此通過KM1對(duì)抱閘線圈的通斷就行控制。把全部樓層門的開關(guān)連接到一起，通過對(duì)門鎖繼電器KA1進(jìn)行控制，確保所有樓層的門正常關(guān)閉才可以控制升降機(jī)的運(yùn)行。把安全窗開關(guān)SQ1、安全鉗開關(guān)SQ2、上下限位開關(guān)（

20、SQ3、SQ4）、上下極限開關(guān)（SQ5、SQ6）、安全防墜開關(guān)SQ7、限速開關(guān)SQ8、圍欄關(guān)到位開關(guān)SQ12、斷繩開關(guān)SQ13、基站開關(guān)SA1、熱繼電器FR連接到一起，便組成了安全回路，對(duì)安全運(yùn)行繼電器KA2進(jìn)行控制，只有安全時(shí)，KA2閉合，升降機(jī)才可以運(yùn)行。抱閘、門鎖、安全運(yùn)行電路如圖3.5所示。圖3.5抱閘、門鎖、安全運(yùn)行電路4液壓升降機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包含PLC軟件設(shè)計(jì)以及觸摸屏軟件設(shè)計(jì)這兩部分，PLC程序設(shè)計(jì)包含信號(hào)控制與速度控制兩部分。4.1PLC概述可編程控制器從本質(zhì)上來說，屬于計(jì)算機(jī)系列，由于其硬件結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)類似，其主要服務(wù)于工業(yè)控制行業(yè)，具有編程語言簡單易

21、懂便于實(shí)現(xiàn)編程?？删幊炭刂破饔芍醒胩幚韱卧?、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元、編程器、電源等組成。1） 中央處理器(CPU) PLC的核心為中央處理器，其根據(jù)輸入的指令，執(zhí)行相應(yīng)的程序，其實(shí)現(xiàn)倉庫保管，檢測(cè)校驗(yàn)功，執(zhí)行程序，診斷故障的功能。2） 存儲(chǔ)器 PLC同計(jì)算機(jī)在存儲(chǔ)器方面比較相似，可以分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器三類。 3）輸入/輸出接口輸入/輸出接口為PLC和外界進(jìn)行連接的橋梁。輸入接口實(shí)現(xiàn)信息的采集，通過輸入接口 PLC便可清楚外圍的信息指令。4）通信接口PLC配有多種接口，便于PLC與PLC之間以及PLC與觸摸屏之間進(jìn)行通信。采用這些通信接口能夠和監(jiān)視器、打印機(jī)等設(shè)備

22、進(jìn)行連接。4.2PLC軟件設(shè)計(jì)PLC程序開始時(shí)，在確保系統(tǒng)處于安全運(yùn)行條件下，才可以進(jìn)入PLC主程序。在PLC主程序中，需要看電機(jī)以及液壓系統(tǒng)有無正常運(yùn)行，基于此得出輸出。PLC主程序主要實(shí)現(xiàn)以下功能：產(chǎn)生樓層信號(hào)以及信號(hào)清除、登記選層信號(hào)以及顯示與清除、產(chǎn)生停層信號(hào)以及信號(hào)清除、停車制動(dòng)、啟動(dòng)加速及穩(wěn)定運(yùn)行等。其流程圖如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)程序流程圖4.2.1樓層信號(hào)產(chǎn)生與清除設(shè)計(jì)若升降機(jī)到達(dá)某一樓層時(shí)，將所處層數(shù)的信號(hào)傳送到觸摸屏來顯示當(dāng)前層數(shù)。其部分梯形圖如圖4.2所示。其中D300為升降機(jī)所處的樓層數(shù)，在觸摸屏上顯示。X3為上限位開關(guān)，安裝于30層，上升到30層，D300為30。

23、X4為下限位開關(guān)，安裝于1層，下降到1層，D300為1。中間的樓層，上升一層，D300加1，下降一層，D300減1。升降機(jī)在1層到30層，分別將M301M330置1，強(qiáng)選層信號(hào)清除。圖4.2樓層信號(hào)產(chǎn)生與清除梯形圖4.2.2選層信號(hào)的登記、清除及顯示設(shè)計(jì)工作人員可以通過觸摸屏上1至30層選擇相應(yīng)的層數(shù)。選層信號(hào)M401至M430置1時(shí)，將信號(hào)傳送到PLC中進(jìn)行登記，而且點(diǎn)亮該層數(shù)。若升降機(jī)直至選擇的層數(shù)，則清除停層信號(hào)，觸摸屏上點(diǎn)亮的層數(shù)熄滅。其部分梯形圖如下圖4.3所示。圖4.3選層信號(hào)的登記、清除及顯示梯形圖4.2.3停層信號(hào)的產(chǎn)生與清除設(shè)計(jì)升降機(jī)在停車以前，要確定出所要停的層數(shù)，每一層將

24、產(chǎn)生停層輔助信號(hào)，三十層的停層輔助信號(hào)分別為M201至M230。當(dāng)升降機(jī)下降至一層在一層停層，當(dāng)升降機(jī)上升至三十層在三十層停層，當(dāng)升降機(jī)在中間層停層，登記所選層信號(hào)，然后控制升降機(jī)升降到相應(yīng)的層數(shù)，其部分梯形圖如下圖4.4所示。圖4.4產(chǎn)生于清除停車信號(hào)梯形圖4.2.4停車制動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行停車制動(dòng)以前，首先將生成停車制動(dòng)信號(hào)M575、M576，進(jìn)而通過停車制動(dòng)信號(hào)控制繼電器M485來完成停車制動(dòng)。為避免升降機(jī)進(jìn)入平層區(qū)才產(chǎn)生停車信號(hào)，引起升降機(jī)的過急停車的產(chǎn)生，選取微分命令把X12、X13轉(zhuǎn)換為短信號(hào)。其部分梯形圖如圖4.5所示。在上升的過程中，首先將X12接通，那么M583接通，升降機(jī)便減速，若

25、到達(dá)X13接通，則升降機(jī)制動(dòng)。下降過程中，首先將X13接通，升降機(jī)便減速，若X12接通，則升降機(jī)制動(dòng)。圖4.5停車制動(dòng)梯形圖4.2.5啟動(dòng)加速與穩(wěn)定運(yùn)行設(shè)計(jì)在確保升降機(jī)的運(yùn)行方向以及吊籠門關(guān)好的情況下，啟動(dòng)升降機(jī)，部分梯形圖如圖4.6所示。上升的過程中，通過觸摸屏將M195接通，X10接通，那么M585接通，升降機(jī)加速上升。下降過程中，通過觸摸屏將M196接通，X10接通，那么M585接通，升降機(jī)加速下降。若制動(dòng)信號(hào)M583接通，上升過程中，接觸到X13，便將M485清零，升降機(jī)停止，下降的過程中，接觸到X12，便將M485清零，升降機(jī)停止。圖4.6啟動(dòng)加速與穩(wěn)定運(yùn)行梯形圖4.2.6速度曲線設(shè)

26、計(jì)因?yàn)槭┕ど禉C(jī)用于載人和貨物，垂直方向的運(yùn)輸工具，人員對(duì)升降機(jī)的速度的變化較為敏感。因此，升降機(jī)速度的設(shè)計(jì)要滿足人體舒適感以及運(yùn)行效率兩種要求。施工升降機(jī)運(yùn)行過程中的加速度以及加速度的變化率決定了運(yùn)行的舒適感，特別是升降機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)以及制動(dòng)的過程可能會(huì)引起乘客不舒服。而且，要確保升降機(jī)的運(yùn)行效率，因而加速度及加速度變化率不能太小。本文將升降機(jī)的速度曲線劃分為五個(gè)工作時(shí)段，加速段、勻速段、減速段、平層段以及?？慷?，如圖4.7所示。從圖中可看出，?？慷蔚乃俣缺容^低，對(duì)速度控制的影響較小，很難進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，引進(jìn)對(duì)四工作段進(jìn)行控制。當(dāng)進(jìn)入第五個(gè)工作段時(shí)，將比例泵流量關(guān)閉，讓升降機(jī)自然?？?。本系統(tǒng)選取

27、的最大速度為一米/秒，平層速度為0.1米/秒，進(jìn)行加速與減速的時(shí)間均是一秒，平層的時(shí)間是0.5秒。圖4.7升降機(jī)速度曲線圖由圖得速度的表達(dá)式為：其中：t1為加速段的第2段始端， t2為勻速段始端， t3為減速段的第1段始端， t4為減速段的第2段始端， t5為平層段的始端， t6為平層段的末端。通過吊籠線速度V同液壓轉(zhuǎn)速n的關(guān)系、液壓轉(zhuǎn)速n同流量q的關(guān)系、流量q同比例變量泵電流I關(guān)系、變量泵I同比例放大板電壓U的關(guān)系以及電壓U與模擬量輸出模塊D的關(guān)系，計(jì)算出模擬量輸出模塊D和吊籠速度的關(guān)系為 通過PLC的模擬量擴(kuò)展模塊完成D/A轉(zhuǎn)換功能，如圖4.8所示。采取對(duì)模塊的增益進(jìn)行設(shè)定，選取010V的

28、電壓輸出與04000的數(shù)字量相對(duì)應(yīng)，把數(shù)字化的速度曲線保存在PLC的D301D400寄存器。本文通過PLC的定時(shí)中段來生成速度曲線。圖4.8數(shù)模轉(zhuǎn)換梯形圖因?yàn)樵摽刂葡到y(tǒng)的邏輯控制部分的程序比較大，PLC運(yùn)行采取周期掃描的方式。PLC在運(yùn)行的工程中，采用固定順序循環(huán)掃描的方式對(duì)PLC和各種設(shè)備之間進(jìn)行信息的交換、信息采集、控制量的輸出等操作。一般一個(gè)掃描周期實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)控、和編程器進(jìn)行信息交換、同數(shù)字處理器進(jìn)行信息交換、通過通信處理器進(jìn)行信息交換、用戶程序的執(zhí)行、輸入輸出接口服務(wù)。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，CPU順序?qū)Τ绦驁?zhí)行一次，該方式的實(shí)時(shí)性比較差。掃描的時(shí)間比較長，可能對(duì)信號(hào)的響應(yīng)產(chǎn)生影響。由于升降

29、機(jī)邏輯控制部分的程序的掃描周期較長，速度曲線的采用中斷的方式生成，確保了系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)性。本控制系統(tǒng)選取的三菱PLC的中斷功能有三種分別為輸入中斷、定時(shí)器中斷、計(jì)數(shù)器中斷。程序選取定時(shí)器中斷的方式，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、運(yùn)行保護(hù)、選層等邏輯控制的完成都在主程序中。中斷服務(wù)程序中完成運(yùn)行條件的判斷、查表以及速度曲線的產(chǎn)生。在中斷服務(wù)器中設(shè)置啟動(dòng)運(yùn)行條件，不符合條件，則執(zhí)行中斷返回。加速段的中斷服務(wù)程序需要對(duì)設(shè)定值條件進(jìn)行修改，確保下一次中斷的執(zhí)行。其確保實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的制動(dòng)，在主程序中要確定減速點(diǎn)以及判斷制動(dòng)條件，為達(dá)到減速點(diǎn)前，升降機(jī)處于勻速或加速的過程。若加速達(dá)到最大值，便不再執(zhí)行加速程序，勻速

30、到減速點(diǎn)便執(zhí)行減速中斷程序，對(duì)設(shè)定值進(jìn)行修改，確保下一次中斷的執(zhí)行，加速與減速程序流程圖如圖4.9所示。圖4.9加減速程序流程圖這種生產(chǎn)速度曲線的方法，不僅簡化了硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而且提高的可靠性以及舒適感。采用中斷的方式進(jìn)行速度曲線的產(chǎn)生提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。4.3觸摸屏軟件設(shè)計(jì) （1）觸摸屏界面的設(shè)計(jì)人機(jī)界面是PLC應(yīng)用中必不可少的組成部分，其與系統(tǒng)的性能有直接的聯(lián)系，本文采取菜單界面與圖形界面設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，顯示系統(tǒng)畫面菜單采用MCGS軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，MCGS軟件中具有很多控制器件庫、圖形控件，可以顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、當(dāng)前值、以及故障報(bào)警等。軟件還可以對(duì)不同的操作人員設(shè)定不同的權(quán)限。

31、觸摸屏軟件的設(shè)計(jì)包含于PLC程序的通訊、畫面以及信息的建立。主要分為以下幾步：1）可視化設(shè)計(jì)。界面的組態(tài)包括輸入/輸出、指示器、功能鍵、控制鍵以及文本的組態(tài)，按照實(shí)際的要求進(jìn)行畫面設(shè)計(jì)。2）設(shè)定變量。觸摸屏中的變量與PLC中對(duì)應(yīng)的輸入/輸出和存儲(chǔ)的單元相連接，通過觸摸屏完成層數(shù)信息輸入以及PLC當(dāng)前值顯示以及報(bào)警等。3）對(duì)通信參數(shù)的設(shè)置，完成PLC與觸摸屏之間的通訊。升降機(jī)控制系統(tǒng)主界面如圖4.10所示，該界面為系統(tǒng)的默認(rèn)界面，通過該界面可以進(jìn)入選層以及狀態(tài)監(jiān)控這兩個(gè)界面。圖4.10升降機(jī)控制系統(tǒng)主界面選層操作界面如圖4.11所示，通過該界面來選擇樓層，該界面具有選層按鈕，可以選擇130層，樓

32、層位置顯示、上行下行按鈕，該界面可以切換到監(jiān)控界面。圖4.11升降機(jī)選層界面狀態(tài)監(jiān)控界面如圖4.12所示，通過該界面，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控該升降機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)故障進(jìn)行報(bào)警。圖4.12升降機(jī)狀態(tài)監(jiān)控界面5液壓升降機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)5.1抑制電源系統(tǒng)引入的干擾選取性能較好的電源，來減少電源引入產(chǎn)生的干擾，電源在PLC控制系統(tǒng)中占據(jù)非常重要的位置。通過PLC的供電電源、變送器供電電源等將電網(wǎng)的干擾引入PLC控制系統(tǒng)中。因?yàn)槭┕ど禉C(jī)用于室外，干擾對(duì)其影響比較大，為確保PLC控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在PLC的220V供電電源前增加隔離變壓器，電網(wǎng)電壓通過隔離變壓器供電給PLC，隔離變壓器的變比為1。5.2抑

33、制輸出端引入的干擾因?yàn)樵撓到y(tǒng)的PLC的輸出端與電磁閥、交流接觸器等負(fù)載連接，在輸出信號(hào)由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷或由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通的過程中，有可能引起一些變量的變化因而產(chǎn)生干擾。為避免輸出端引入干擾，在交流負(fù)載的兩端接CR浪涌吸收器。浪涌吸收器的電容選取0.47，電阻選取47歐姆。5.3安裝與布線分別對(duì)系統(tǒng)的PLC電源線、控制線、輸入/輸出線進(jìn)行配線，隔離變壓器選取雙絞線與PLC相連，PLC的輸入/輸出線與大功率的線在在不同的線槽進(jìn)行布線，可以有效降低干擾。PLC不能與大型設(shè)備靠近，禁止同高壓設(shè)備安裝于同一柜子中。PLC的輸入量與輸出量分開走線，模擬量通過屏蔽線進(jìn)行傳送，屏蔽層一端接地。5.4選擇正確的接地

34、點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾是由于各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，產(chǎn)生地環(huán)路電流，對(duì)系統(tǒng)正常工作造成干擾。（1）安全接地把電源線接地端與柜體相連再接地稱之為安全接地。一旦電源漏電以及柜體帶電，能夠通過起重機(jī)車體將電導(dǎo)入地下，不能對(duì)設(shè)備及工作人員產(chǎn)生危害。（2）系統(tǒng)接地PLC控制器為了與所控的各個(gè)設(shè)備同電位接地稱系統(tǒng)接地。接地電阻值不得大于4歐姆，一般需將PLC設(shè)備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開關(guān)電源負(fù)端接在一起，作為控制系統(tǒng)地。（3）信號(hào)與屏蔽接地通常信號(hào)線要有唯一的一個(gè)參考地，屏蔽電纜在可能引起干擾的場(chǎng)所，同樣需要接地，避免產(chǎn)生“地環(huán)路”。信號(hào)源若接地，則屏蔽層位于信號(hào)側(cè)

35、進(jìn)行接地，若信號(hào)源不接地，屏蔽層位于PLC側(cè)進(jìn)行接地；多個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的屏蔽雙絞線與多芯對(duì)絞總屏蔽電纜連接時(shí)，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，且進(jìn)行絕緣處理，選取恰當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c(diǎn)進(jìn)行接地。6總結(jié)本論文對(duì)目前國內(nèi)施工升降機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)化控制水平低的現(xiàn)狀，針對(duì)其控制要求，設(shè)計(jì)了自動(dòng)化控制水平較高的控制系統(tǒng)。通過控制系統(tǒng)的分析和研究得出以下結(jié)論:（1） 該控制系統(tǒng)的控制核心選取三菱FX2N系列PLC，模擬量輸出模塊選取FX2N-2DA，且對(duì)施工升降機(jī)的速度曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)。PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了所有輸入/輸出信號(hào)以及觸摸屏串口通信信號(hào)的接收，按照其內(nèi)部程序設(shè)計(jì)來集中進(jìn)行處理，完成升降機(jī)控制系統(tǒng)的邏輯信號(hào)和速度控制，大大提升

36、了升降機(jī)的自動(dòng)化水平。（2） 基于升降機(jī)的使用要求，從限位保護(hù)、短路保護(hù)、過載保護(hù)以及錯(cuò)相保護(hù)等方面進(jìn)行考慮，設(shè)計(jì)了電氣控制線路，包含控制系統(tǒng)主回路、安全運(yùn)行電路、電液比例控制回路等，提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。（3）控制系統(tǒng)選取昆侖通態(tài)觸摸屏作人機(jī)界面，通過通信電纜將觸摸屏與PLC連接。采用人機(jī)交互界面編輯軟件MCGS，設(shè)計(jì)出形象直觀、狀態(tài)指示和故障顯示的人機(jī)交互界面。（4）整個(gè)硬件系統(tǒng)實(shí)施了抗干擾措施，系統(tǒng)軟件能夠滿足施工升降機(jī)運(yùn)行控制的設(shè)計(jì)要求。參考文獻(xiàn)1.2. 劉長鵬.淺談增強(qiáng)PLC抗干擾能力的安裝方法J.廣東化工,2007.8(34):153-155.3. 李金波, 陳慶文.可編程控制器的使用及常見問題J.2011,30(08):110-113.4. 楊海燕.載重升降機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)D.濟(jì)南：山東大學(xué),2012.5. 趙偉,韋永斌.基于嵌入式系統(tǒng)的施工升降機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.制造業(yè)自動(dòng)化,2012(5):55-58. 6. 王春彥. 基于模糊控制的電