生產(chǎn)線上運(yùn)輸升降機(jī)的自動化設(shè)計(jì)PLC,生產(chǎn)線,運(yùn)輸,升降機(jī),自動化,設(shè)計(jì),plc 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第一章 引言 在工廠中經(jīng)常看見一些升降機(jī)械，這些升降機(jī)械很多由工頻電機(jī)直接帶動運(yùn)行，電氣控制部分一般都很簡單，多數(shù)采用人工手動控制或采用繼電器控制方式。這些升降機(jī)械存在一些明顯的問題，如啟動停止和運(yùn)行不平穩(wěn)，升降運(yùn)動過程動作不可靠，自動化程度不高，故障率較高，設(shè)備能耗高，無法應(yīng)急運(yùn)行，存在安全隱患等等?；谶@些問題使得這些升降機(jī)械很難在工廠生產(chǎn)中發(fā)揮高效率的作用，同時也使得國內(nèi)這些生產(chǎn)的升降機(jī)械無法與進(jìn)口的自動化生產(chǎn)線配套使用，也無法根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)需要轉(zhuǎn)換和調(diào)整升降機(jī)械的動作方式和工作順序。隨著變頻技術(shù)和PLC控制技術(shù)的發(fā)展，工廠中的自動化生產(chǎn)線也越來越多，由于一些行業(yè)的生產(chǎn)工藝的要求或是由于生產(chǎn)車間和場地的特殊情況，要求一些生產(chǎn)線需要配置相應(yīng)的物件提升裝置。 通過本次簡單設(shè)計(jì)過程，可以了解到在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的基本控制思想。認(rèn)識到若要達(dá)到所設(shè)計(jì)的目的，不僅要做到知識的嚴(yán)謹(jǐn)，還要綜合考慮所可能遇到的各種情況以及所處的環(huán)境。在運(yùn)行的過程中，由于環(huán)境的不同可能得到不同的結(jié)果。因此，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過程中，要全面考慮設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目的，最重要的還要將環(huán)境與所設(shè)計(jì)結(jié)合起來，才能可能達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。 1．1 可編程序控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用 1. PLC的應(yīng)用 早期的可編程序控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有可靠性高、功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活、編程簡單、使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出世界上第一臺可編程控制器。早期的可編程控制器由分離元件和中小規(guī)模集成電路組成，主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。70年代初期，體積小、功能強(qiáng)和價格便宜的微處理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增強(qiáng)。在機(jī)械系統(tǒng)方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊和各種特殊功能模塊。在軟件方面，PLC采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語言，除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。進(jìn)入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片，大大提高了PLC軟、機(jī)械系統(tǒng)功能。 2. PLC的特點(diǎn) 在發(fā)達(dá)工業(yè)國家，PLC已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。據(jù)“美國市場信息”的世界PLC以及軟件市場報告稱，1995年全球PLC及其軟件的市場經(jīng)濟(jì)規(guī)模約50億美元[5]。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能得到大大的增強(qiáng)，具有以下特點(diǎn)： (1)可靠性高。PLC的高可靠性得益于軟、機(jī)械系統(tǒng)上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。 (2)具有豐富的I/O接口模塊。PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。 (3)采用模塊化結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 (4)編程簡單易學(xué)。PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 (5)安裝簡單，維修方便。PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 在設(shè)計(jì)過程中要注意的一些細(xì)節(jié)： 1．2 如何選購PLC產(chǎn)品 1、系統(tǒng)規(guī)模首先應(yīng)確定系統(tǒng)用PLC單機(jī)控制，還是用PLC形成網(wǎng)絡(luò)，由此計(jì)算PLC輸入、輸出點(diǎn)。數(shù)，并且在選購PLC時要在實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上留有一定余量（10%）。 2、確定負(fù)載類型根據(jù)PLC輸出端所帶的負(fù)載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點(diǎn)動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出。不同的負(fù)載選用不同的輸出方式，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是很重要的。 3、存儲容量與速度盡管國外各廠家的PLC產(chǎn)品大體相同，但也有一定的區(qū)別。目前還未發(fā)現(xiàn)各公司之間完全兼容的產(chǎn)品。各個公司的開發(fā)軟件都不相同，而用戶程序的存儲容量和指令的執(zhí)行速度是兩個重要指標(biāo)。一般存儲容量越大、速度越快的PLC價格就越高，但應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的大小合理選用PLC產(chǎn)品。 4、編程器的選購PLC編程可采用三種方式： （1）是用一般的手持編程器編程，它只能用商家規(guī)定語句表中的語句編程。這種方式效率低，但對于系統(tǒng)容量小，用量小的產(chǎn)品比較適宜，并且體積小，易于現(xiàn)場調(diào)試，造價也較低。 （2）是用圖形編程器編程，該編程器采用梯形圖編程，方便直觀，一般的電氣人員短期內(nèi)就可應(yīng)用自如，但該編程器價格較高。 （3）是用IBM個人計(jì)算機(jī)加PLC軟件包編程，這種方式是效率最高的一種方式，但大部分公司的PLC開發(fā)軟件包價格昂貴，并且該方式不易于現(xiàn)場調(diào)試。 因此，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的大小與難易，開發(fā)周期的長短以及資金的情況合理選購PLC產(chǎn)品。 5、盡量選用大公司的產(chǎn)品其質(zhì)量有保障，且技術(shù)支持好，一般售后服務(wù)也較好，還有利于你的產(chǎn)品擴(kuò)展與軟件升級 1．3 輸入回路的選擇特點(diǎn) 1、電源回路 PLC供電電源一般為 AC85—240V（也有DC24V），適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1：1隔離變壓器等）。 2、PLC上DC24V電源的使用各公司 PLC產(chǎn)品上一般都有DC24V電源，但該電源容量小，為幾十毫安至幾百毫安，用其帶負(fù)載時要注意容量，同時作好防短路措施（因?yàn)樵撾娫吹倪^載或短路都將影響PLC的運(yùn)行）。 3、外部DC24V電源 若輸入回路有 DC24V供電的接近開關(guān)、光電開關(guān)等，而PLC上DC24V電源容量不夠時，要從外部提供DC24V電源；但該電源的“—”端不要與 PLC的 DC24V的“—”端以及“COM”端相連，否則會影響PLC的運(yùn)行。 4、輸入的靈敏度各廠家對PLC的輸人端電壓和電流都有規(guī)定，如日本三菱公司F7n系列PLC的輸入值為：DC24V、7mA，啟動電流為4．5mA，關(guān)斷電流小于1．5mA，因此，當(dāng)輸入回路串有二極管或電阻（不能完全啟動），或者有并聯(lián)電阻或有漏電流時（不能完全切斷），就會有誤動作，靈敏度下降，對此應(yīng)采取措施。另一方面，當(dāng)輸入器件的輸入電流大于PLC的最大輸入電流時，也會引起誤動作，應(yīng)采用弱電流的輸入器件，并且選用輸人為共漏型輸入的 PLC，Bp輸入元件的公共點(diǎn)電位相對為負(fù)，電流是流出 PLC的輸入端。 1．4 輸出回路的選擇特點(diǎn) 1、各種輸出方式之間的的比較 （1）繼電器輸出： 優(yōu)點(diǎn)是不同公共點(diǎn)之間可帶不同的交、直流負(fù)載，且電壓也可不同，帶負(fù)載電流可達(dá)2A／點(diǎn)；但繼電器輸出方式不適用于高頻動作的負(fù)載，這是由繼電器的壽命決定的。其壽命隨帶負(fù)載電流的增加而減少，一般在幾十萬次至Jl百萬次之間，有的公司產(chǎn)品可達(dá)1000萬次以上，響應(yīng)時間為10ms。 （2）晶閘管輸出： 帶負(fù)載能力為0.2A/點(diǎn)，只能帶交交流負(fù)載，可適應(yīng)高頻動作，響應(yīng)時間為1ms。 （3）晶體管輸出： 最大優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)于高頻動作，響應(yīng)時間短，一般為0.2ms左右，但它只能帶 DC 5—30V的負(fù)載，最大輸出負(fù)載電流為0．5A/點(diǎn)，但每4點(diǎn)不得大于0.8A。 當(dāng)你的系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6次以下時，應(yīng)首選繼電器輸出，因其電路設(shè)計(jì)簡單，抗干擾和帶負(fù)載能力強(qiáng)。當(dāng)頻率為10次／min以下時，既可采用繼電器輸出方式；也可采用PLC輸出驅(qū)動達(dá)林頓三極管（5—10A），再驅(qū)動負(fù)載，可大大減小。 2、抗干擾與外部互鎖當(dāng) PLC輸出帶感性負(fù)載，負(fù)載斷電時會對PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負(fù)載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負(fù)載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護(hù)PLC。當(dāng)兩個物理量的輸出在PLC內(nèi)部已進(jìn)行軟件互鎖后，在PLC的外部也應(yīng)進(jìn)行互鎖，以加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。 3、“GOM“點(diǎn)的選擇不同的 PLC產(chǎn)品，其“COM”點(diǎn)的數(shù)量是不一樣的，有的一個“COM”點(diǎn)帶8個輸出點(diǎn)，有的帶4個輸出點(diǎn)，也有帶2個或1個輸出點(diǎn)的。當(dāng)負(fù)載的種類多，且電流大時，采用一個“COM”點(diǎn)帶1—2個輸出點(diǎn)的 PLC產(chǎn)品；當(dāng)負(fù)載數(shù)量多而種類少時，采用一個“COM”點(diǎn)帶4—8個輸出點(diǎn)的PLC產(chǎn)品。這樣會對電路設(shè)計(jì)帶來很多方便，每個“COM”點(diǎn)處加一熔絲，1—2個輸出時加2A的熔絲，4—8點(diǎn)輸出的加5—10A的熔絲，因 PLC內(nèi)部一般沒有熔絲。 4、PLC外部驅(qū)動電路對于 PLC輸出不能直接帶動負(fù)載的情況下，必須在外部采用驅(qū)動電路：可以用三極管驅(qū)，也可以用固態(tài)繼電器或晶閘管電路驅(qū)動，同時應(yīng)采用保護(hù)電路和浪涌吸收電路，且每路有顯示二極管（LED）指示。印制板應(yīng)做成插拔式，易于維修。 5、PLC的輸入輸出布線也有一定的要求，請看各公司的使用說明書。 1．5 軟件編制 在編制軟件前，應(yīng)首先熟悉所選用的 PLC產(chǎn)品的軟件說明書，待熟練后再編程。若用圖形編程器或軟件包編程，則可直接編程，若用手持編程器編程，應(yīng)先畫出梯形圖，然后編程，這樣可少出錯，速度也快。編程結(jié)束后先空調(diào)程序，待各個動作正常后，再在設(shè)備上調(diào)試。 1．6 優(yōu)化選擇 在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機(jī)的起停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，工業(yè)現(xiàn)場中的這些自動控制問題，若采用可編程序控制器（PLC）來解決自動控制問題已成為最有效的工具之一，目前市場上的PLC產(chǎn)品眾多，除國產(chǎn)品牌外，國外有：日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJJ、anasonic,德國的SIEMENS，韓國的LG等。近幾年，PLC產(chǎn)品的價格有較大的下降，其性價比越來越高，這是眾多技術(shù)人員選用PLC的重要原因，所以在一些小型簡單的自動化生產(chǎn)線上，廠家考慮其性價比還是選用PLC改造傳統(tǒng)電氣回路。 同時西門子PLC可以根據(jù)要求選用不同的模塊，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)程序以達(dá)到所設(shè)計(jì)的功能，這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用最為廣泛。另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經(jīng)驗(yàn)而特別設(shè)計(jì)的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調(diào)速的干擾下仍能正常工作。還有要增加一個功能只要增加相應(yīng)的模塊和修正對應(yīng)的程序，而PLC的編程相對比較簡單，這樣對于開發(fā)周期會縮短。除此以外它本身有很強(qiáng)的自診斷功能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，根據(jù)自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序設(shè)計(jì)不合理引起，由于它提供完善的調(diào)試工具，要找出故障也較為簡單。 所以應(yīng)用西門子S7-200 PLC和西門子MM420變頻器組成的升降機(jī)控制和驅(qū)動系統(tǒng)，可以完成對升降機(jī)自動運(yùn)行的智能化控制和管理，可以根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際生產(chǎn)需要和具體工藝要求自動調(diào)整升降方向和速度快慢。也可以在變頻器發(fā)生故障時自動將發(fā)生故障的電機(jī)切換到工頻狀態(tài)應(yīng)急工作，系統(tǒng)設(shè)有西門子TP170A觸摸屏，可以向工作人員提示設(shè)備的狀態(tài)和故障信息。整個系統(tǒng)自動化程度高，應(yīng)用范圍廣，可以在多個行業(yè)與國內(nèi)外各型生產(chǎn)線配套使用。 第二章 運(yùn)輸升降機(jī)系統(tǒng)概述 2.1 運(yùn)輸升降機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的組成 運(yùn)輸升降機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)由升降機(jī)入口和出口傳輸機(jī)構(gòu)，轎箱內(nèi)部吊籃傳輸機(jī)構(gòu)，轎箱升降機(jī)構(gòu)，升降機(jī)廳門安全機(jī)構(gòu)和升降電機(jī)安全抱閘機(jī)構(gòu)組成。 升降機(jī)入口和出口傳輸機(jī)構(gòu)用于將生產(chǎn)線上的產(chǎn)品向升降機(jī)內(nèi)或升降機(jī)外傳送。轎箱內(nèi)部吊籃傳送機(jī)構(gòu)用于將產(chǎn)品傳入或傳出轎箱。轎箱升降機(jī)構(gòu)用于提升升降機(jī)轎箱或下降升降機(jī)轎箱。升降機(jī)廳門安全機(jī)構(gòu)用于在升降機(jī)轎箱升降過程中關(guān)閉升降機(jī)井廳門入口，防止安全事故發(fā)生。升降電機(jī)安全抱閘機(jī)構(gòu)用于在升降機(jī)轎箱停止運(yùn)動時抱住升降電機(jī)主軸，防止升降機(jī)轎箱在停止運(yùn)動時發(fā)生上下滑動，避免由此而產(chǎn)生的安全事故。 2.2 運(yùn)輸升降機(jī)的自動控制系統(tǒng)的組成 運(yùn)輸升降機(jī)的自動控制系統(tǒng)由程序邏輯控制器PLC，外部光電傳感器，觸摸屏，變頻驅(qū)動器，聲光報警燈和檢修手動盒等元?dú)饧M成。 程序邏輯控制器PLC采集外部輸入點(diǎn)的輸入信號，如啟動停止信號，各個光電傳感器的狀態(tài)信號，各限位開關(guān)的輸入信號，人機(jī)界面上的輸入信號，經(jīng)過邏輯判斷和運(yùn)算后輸出相應(yīng)輸出信號，控制電氣系統(tǒng)中的相應(yīng)交流接觸器和變頻器動作。來完成將一層樓的產(chǎn)品自動的轉(zhuǎn)移到另外一層樓的生產(chǎn)線上。 2.3 運(yùn)輸升降機(jī)的工作原理和控制要求 運(yùn)輸升降機(jī)的工作狀態(tài)分為自動運(yùn)行狀態(tài)和檢修操作狀態(tài)，兩個工作狀態(tài)相互獨(dú)立彼此分開。當(dāng)升降升降機(jī)處于自動運(yùn)行狀態(tài)下時，要求檢修操作盒的所有按鈕無效，同樣當(dāng)設(shè)備處于檢修狀態(tài)下時要求來自系統(tǒng)外部的控制信號無效，此時系統(tǒng)只能通過檢修手動盒點(diǎn)動檢修。 在自動運(yùn)行時要求升降機(jī)能夠?qū)⒁粚訕堑漠a(chǎn)品自動的傳送到另外一層樓的生產(chǎn)輸送帶上，并自動返回到出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行下一個工作周期。這個過程當(dāng)中要求PLC能根據(jù)外部生產(chǎn)線的速度自動調(diào)節(jié)升降機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。要求升降機(jī)的轎箱能夠準(zhǔn)確平層，能夠判斷進(jìn)出口堵塞情況的發(fā)生，能夠自動的連續(xù)點(diǎn)動正反轉(zhuǎn)，以自動消除進(jìn)出口的堵塞現(xiàn)象，減少不必要的停機(jī)發(fā)生。同時要求升降系統(tǒng)能夠多樓層多順序的傳送運(yùn)行，能根據(jù)生產(chǎn)需求調(diào)整傳送方向。要求系統(tǒng)有可靠的安全保護(hù)，能避免設(shè)備安全事故的發(fā)生。要求設(shè)備具有應(yīng)急運(yùn)行功能，減少因設(shè)備故障造成的生產(chǎn)線停機(jī)。 在操作上要求通過人機(jī)界面能夠方便地修改參數(shù)，記錄生產(chǎn)情況和報警信息，要求在觸摸屏上復(fù)位報警和點(diǎn)動功能。能夠設(shè)置管理人員密碼，能夠記錄生產(chǎn)批次和生產(chǎn)數(shù)量，具有歷史數(shù)據(jù)查詢功能。 第三章 運(yùn)輸升降機(jī)自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 運(yùn)輸升降機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)的組成 運(yùn)輸升降機(jī)的傳輸機(jī)構(gòu)分為入口輸送帶，出口輸送帶和升降機(jī)轎箱吊籃傳送帶。分別與各樓層的生產(chǎn)線輸送帶連接。見圖1－1。 圖1－1運(yùn)輸升降機(jī)入口輸送帶與吊籃輸送帶和生產(chǎn)線輸送帶的組合 其中升降機(jī)入口輸送帶采用工業(yè)輸送帶，生產(chǎn)線輸送帶采用皮帶式輸送帶，加置皮帶張緊裝置，入口輸送帶可以根據(jù)需要正反轉(zhuǎn)。升降機(jī)轎箱吊籃傳送帶采用鏈條傳動多個金屬輸送輥組成的輥道式傳送帶，機(jī)械結(jié)構(gòu)牢靠，抗撞擊能力強(qiáng)，正反轉(zhuǎn)動作可靠，其作用是連接升降機(jī)入口傳送帶或出口傳送帶。見圖1－2。 圖1－2升降機(jī)轎箱吊籃內(nèi)送輥道式輸送帶示意圖 圖1－3運(yùn)輸升降機(jī)出口輸送帶與吊籃輸送帶和生產(chǎn)線輸送帶的組合 圖1－3其中升降機(jī)出口輸送帶采用工業(yè)輸送帶，生產(chǎn)線輸送帶采用皮帶式輸送帶，加置皮帶張緊裝置，出口輸送帶可以根據(jù)需要正反轉(zhuǎn)。而升降機(jī)轎箱吊籃內(nèi)送輥道式輸送帶則與升降機(jī)升降機(jī)構(gòu)組合，在各樓層之間上下運(yùn)動，輸送貨物，見圖1－4。 對重裝置未畫出 圖1－4升降機(jī)的機(jī)械升降機(jī)構(gòu) 升降機(jī)的機(jī)械升降機(jī)構(gòu)由升降電機(jī)，電動抱閘，鏈條和升降部分組成，見圖1－5。 對重裝置未畫出 圖1－5是升降機(jī)升降機(jī)構(gòu)與升降機(jī)井架的組合 在運(yùn)輸升降機(jī)吊籃內(nèi)，吊籃輸送機(jī)構(gòu)與升降機(jī)升降機(jī)構(gòu)的組合如下圖1－6所示。 對重裝置未畫出 圖1－6 自動升降機(jī)吊籃輸送機(jī)構(gòu)和1F入口傳送帶的組合如下圖1－7所示。 對重裝置未畫出 圖1－7 對重裝置未畫出 自動升降機(jī)吊籃輸送機(jī)構(gòu)和2F出口傳送帶的組合如下圖1－8所示。 圖1－8 3.2 運(yùn)輸升降機(jī)的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組成 本系統(tǒng)硬件由三相交流鼠籠式電機(jī)、西門子MM420系列通用型變頻器、西門子S7-200 226CPU的PLC、交流接觸器組成。 設(shè)計(jì)要求：可以根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際情況，來設(shè)計(jì)上述各輸送帶和升降機(jī)升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動電機(jī)的功率大小。本設(shè)計(jì)中采用升降機(jī)輸入口，升降機(jī)輸出口和吊籃電機(jī)都為0.75KW的三相交流鼠籠式電機(jī)，設(shè)計(jì)升降機(jī)升降機(jī)構(gòu)電機(jī)為1.5KW三相交流鼠籠式電機(jī)。各個電機(jī)功率可以根據(jù)實(shí)際的情況來設(shè)計(jì)，但在設(shè)計(jì)升降機(jī)入口，升降機(jī)出口和吊籃內(nèi)輸送帶電機(jī)時，要求將這三處的輸送帶驅(qū)動電機(jī)功率設(shè)計(jì)為一樣大小。這樣設(shè)計(jì)的目的在于，因?yàn)樯禉C(jī)在一二樓之間來回運(yùn)動運(yùn)送產(chǎn)品，但一二樓的入口傳送帶和出口傳送帶的工作狀態(tài)為二選一。即當(dāng)其中一個輸送帶的電機(jī)處于工作狀態(tài)下，另外一臺電機(jī)則處于停止的狀態(tài)。這樣就可以使用一臺變頻器來驅(qū)動多個樓層升降機(jī)入口或出口的輸送電機(jī)，以達(dá)到減少機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備的投入。吊籃內(nèi)輸送帶的驅(qū)動電機(jī)和變頻器的功率盡量選擇和升降機(jī)出入口輸送帶驅(qū)動電機(jī)同等功率，這樣做的目的在于減少變頻器和輸送帶驅(qū)動電機(jī)的型號差別，方便設(shè)計(jì)，同時也方便安裝、調(diào)試和以后的設(shè)備檢修與維護(hù)。升降機(jī)升降機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)和變頻器的功率容量根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際質(zhì)量、升降機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率和安全系數(shù)來確定。所有升降機(jī)上使用的變頻器選用西門子MM420系列通用型變頻器。 方案選擇：電機(jī)變頻驅(qū)動系統(tǒng)和工頻驅(qū)動系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)示意圖如圖2－1所示。 Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ PLC 3# 2# 1# 圖2－1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 說明：圖2－1中1＃、2＃和3＃為西門子MM420系列變頻器，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ分別為運(yùn)輸升降機(jī)1樓入口輸送帶電機(jī)、二樓出口輸送帶電機(jī)、轎箱吊籃輸送帶電機(jī)和升降機(jī)構(gòu)電機(jī)。PLC為西門子S7-200 226CPU，1～12為交流接觸器。所有的變頻器和交流接觸器工作狀態(tài)都由PLC集中控制完成。 設(shè)計(jì)改進(jìn)：為了避免工頻正反轉(zhuǎn)輸出時發(fā)生短路事故，在工頻正反轉(zhuǎn)輸出的交流接觸器上實(shí)施電氣和機(jī)械互鎖的安全措施。為了避免變頻器輸出時和工頻輸出短接，或者為了避免1＃變頻器輸出時Ⅰ和Ⅱ電機(jī)同時的電，在各個交流接觸器之間加設(shè)電氣互鎖和必要的機(jī)械互鎖。當(dāng)升降機(jī)處于自動運(yùn)行狀態(tài)下時，當(dāng)升降機(jī)在1樓時由1＃變頻器向電機(jī)Ⅰ提供動力驅(qū)動，可以是正轉(zhuǎn)也可以是反轉(zhuǎn)。當(dāng)升降機(jī)在二樓時由1＃變頻器向電機(jī)Ⅱ提供動力驅(qū)動，可以是正轉(zhuǎn)也可以是反轉(zhuǎn)。2＃變頻器向Ⅲ電機(jī)提供動力驅(qū)動，當(dāng)升降機(jī)在一樓時正轉(zhuǎn)，在二樓時反轉(zhuǎn)。3＃變頻器向Ⅳ電機(jī)提供動力驅(qū)動，當(dāng)升降機(jī)上升時正轉(zhuǎn)，下降時反轉(zhuǎn)。 交流接觸器的的互鎖狀態(tài)如下： 交流接觸器1、2機(jī)械＋電氣互鎖，交流接觸器3、4機(jī)械＋電氣互鎖，交流接觸器5、6機(jī)械＋電氣互鎖，交流接觸器8、9機(jī)械＋電氣互鎖，交流接觸器11、12機(jī)械＋電氣互鎖。同時交流接觸器組1、2和交流接觸器組3、6電氣互鎖，交流接觸器3、6電氣互鎖，交流接觸器4、5電氣互鎖，交流接觸器7和交流接觸器組8、9電氣互鎖，交流接觸器10和交流接觸器組11、12電氣互鎖。詳細(xì)的互鎖組合和互鎖意義如表2－1所示。 第一組 交流接觸器 第二組 交流接觸器 互鎖狀態(tài) 注釋 含義 1 2 機(jī)械＋電氣互鎖 防止工頻正反轉(zhuǎn)短路 二選一 3 4 機(jī)械＋電氣互鎖 防止工頻變頻同時接通 二選一 5 6 機(jī)械＋電氣互鎖 防止工頻變頻同時接通 二選一 8 9 機(jī)械＋電氣互鎖 防止工頻正反轉(zhuǎn)短路 二選一 11 12 機(jī)械＋電氣互鎖 防止工頻正反轉(zhuǎn)短路 二選一 1、2 3、6 電氣互鎖 防止工頻變頻同時接通 四選一 7 8、9 電氣互鎖 防止工頻變頻同時接通 三選一 10 11、12 電氣互鎖 防止工頻變頻同時接通 三選一 3 6 電氣互鎖 防止變頻同時接通 二選一 4 5 電氣互鎖 防止工頻同時接通 二選一 表2－1 圖2－1中交流接觸器1、2、4的組合目的為了當(dāng)1＃變頻器發(fā)生故障時或者設(shè)備處于檢修狀態(tài)時，可以通過工頻驅(qū)動的方式應(yīng)急運(yùn)行電動機(jī)Ⅰ，而且保留了電機(jī)Ⅰ的正反轉(zhuǎn)功能。同理交流接觸器1、2、6的組合，交流接觸器8、9的組合，交流接觸器11、12的組合目的是為了能夠?qū)崿F(xiàn)工頻驅(qū)動電機(jī)Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ正反轉(zhuǎn)。 本電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自動控制原理圖請參照附錄1 3.3 運(yùn)輸升降機(jī)自動化控制系統(tǒng)的組成 運(yùn)輸升降機(jī)的工作狀態(tài)：自動狀態(tài)和維修工作狀態(tài)。這兩種工作狀態(tài)互相獨(dú)立、彼此分開，目的在于確保控制回路的輸出的唯一性，避免發(fā)生類似雙線圈輸出的情況，杜絕事故的發(fā)生。 升降機(jī)自動化控制系統(tǒng)的組成：整個升降機(jī)自動化控制系統(tǒng)的組成由核心控制元件PLC、空氣開關(guān)、電機(jī)馬達(dá)開關(guān)、交流接觸器、觸摸屏、開關(guān)、按鈕、指示燈、報警器和外部光電傳感器等元部件組成。其中由面板旋鈕開關(guān)或帶鎖的鑰匙旋鈕開關(guān)選擇整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，通過狀態(tài)安全繼電器的得電或失電來區(qū)分自動運(yùn)行和手動運(yùn)行的輸出電源的通和斷。這樣就使得系統(tǒng)只有在自動運(yùn)行狀態(tài)下時PLC的輸出端子才有輸出電壓，當(dāng)系統(tǒng)在手動運(yùn)行狀態(tài)下時，PLC輸出端子上無輸出電壓。馬達(dá)開關(guān)作用為當(dāng)系統(tǒng)指令電機(jī)以工頻方式工作時，起到保護(hù)電機(jī)的作用。人機(jī)界面能夠方便操作人員對設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)控，同時實(shí)時顯示設(shè)備工作狀態(tài)，記錄生產(chǎn)產(chǎn)量和班產(chǎn)批次等歷史數(shù)據(jù)。報警燈由多級柱裝燈塔組成，不同顏色代表不同意義。設(shè)備外部設(shè)有多個光電傳感器，向PLC傳輸外部狀態(tài)信號，指示自動升降機(jī)的工作狀態(tài)。自動化控制系統(tǒng)中的安全部分的緊急停止按鈕擁有最高的設(shè)備輸出中止權(quán)，即無論在手動還是自動狀態(tài)下，只要緊停按鈕被按下，設(shè)備都會立即停止任何動作。升降機(jī)井除了在高處和低處安裝了感應(yīng)升降機(jī)吊籃位置的光電傳感器，還在井架極限高位和極限低位安裝了機(jī)械式的行程限位開關(guān)，確保升降機(jī)轎箱不發(fā)生沖頂和撞底的事故。在1樓升降機(jī)進(jìn)口輸送帶和2樓升降機(jī)出口輸送帶上分別安裝有1個光電傳感器，用來檢測運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)品。在轎箱吊籃內(nèi)輸送帶上安裝有2個光電傳感器，用來檢測運(yùn)輸產(chǎn)品的進(jìn)出情況。 控制柜設(shè)計(jì)方案：由于生產(chǎn)線的情況決定了在運(yùn)輸升降機(jī)的自動化控制系統(tǒng)中需要設(shè)立主控制柜和現(xiàn)場分控制箱。在主控制柜內(nèi)安裝所有空氣開關(guān)，馬達(dá)開關(guān)，PLC，觸摸屏，塔式報警燈等元?dú)饧?，在現(xiàn)場分控制箱上安裝自動狀態(tài)系統(tǒng)停止旋鈕開關(guān)。手動檢修操作盒采用移動式手持盒，所有手動按鈕相互連鎖，并且都為點(diǎn)動按鈕。具體見如下示意圖。 鑰匙旋鈕開關(guān) 圖3－1主控制柜面板布置 圖3－2現(xiàn)場控制箱面板布置 圖3－3檢修點(diǎn)動盒外觀圖 檢修控制盒插座 圖3－4主控制柜外觀圖 檢修控制盒插座 圖3－5為2樓現(xiàn)場分控制箱外觀 第四章 運(yùn)輸升降機(jī)自動運(yùn)行工藝流程的設(shè)計(jì) 4.1 運(yùn)輸升降機(jī)的外部傳感器設(shè)置 外部傳感器選擇：光電傳感器 光電傳感器原理： 光電傳感器電路 本傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。 它是利用被檢測物體對紅外光束（區(qū)分點(diǎn)）的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。從而對位置進(jìn)行控制. 光電開關(guān)在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。 外部傳感器布置設(shè)計(jì)：如圖1－1和1－3所示，在升降機(jī)1樓入口傳送帶和升降機(jī)2樓出口傳送帶上，分別安裝有檢測產(chǎn)品的光電傳感器PS1、PS4。 如圖1－2所示，在升降機(jī)轎箱內(nèi)吊籃輸送帶上安裝有兩個光電傳感器PS2、PS3。 如圖1－7所示，在升降機(jī)井架機(jī)構(gòu)內(nèi)安裝有高位和低位光電傳感器PS5、PS6。 4.2運(yùn)輸升降機(jī)的停止?fàn)顟B(tài)位安裝設(shè)計(jì) 兩層式運(yùn)輸升降機(jī)的工作停止?fàn)顟B(tài)位有兩個，分別為一樓停止位和二樓停止位。如上面圖1－7和圖1－8所示。下面圖4－1為自動升降機(jī)一樓停止位的局部放大圖。 圖4－1自動升降機(jī)一樓停止位局部放大圖 圖4－2為自動升降機(jī)2樓停止位的局部放大圖。 圖4－2 4.3 運(yùn)輸升降機(jī)自動運(yùn)行步驟設(shè)計(jì) 運(yùn)輸升降機(jī)將產(chǎn)品從一樓向二樓輸送，再返回一樓。為了有效的運(yùn)用PLC的內(nèi)部空間和程序設(shè)計(jì)的簡單全面，整個控制程序采用西門子專用的步進(jìn)控制程序語言編寫。具體步驟如下。 第一步：1樓生產(chǎn)線使能，系統(tǒng)判斷吊籃位置（PS5/PS6），傳送第一件貨物進(jìn)入吊籃。同時傳送第二件貨物到1樓進(jìn)口輸送帶上等待下一傳送周期(PS1被第二件貨物擋住后停止前行)（吊籃電機(jī)正轉(zhuǎn)）。 第二步：判斷升降機(jī)構(gòu)是否可以升降（吊籃入口光電傳感器PS2是否由貨物擋?。蛏吓e升貨物至二樓。（升降電機(jī)正轉(zhuǎn)） 第三步：判斷二樓出口輸送帶是否堵塞（PS4是否被擋?。?向升降機(jī)外輸送貨物。（吊籃電機(jī)反轉(zhuǎn)） 第四步：判斷升降機(jī)構(gòu)是否可以升降（吊籃入口光電傳感器PS2是否由貨物擋住），向下返回1樓。（升降電機(jī)反轉(zhuǎn)） 下一周期開始！ 根據(jù)以上四步步進(jìn)控制順序設(shè)計(jì)PLC主要輸入輸出點(diǎn)如表3－1和表3－2所示。 輸入點(diǎn)編號 注釋 I0.4 自動運(yùn)行 I0.6 檢修運(yùn)行 I1.1 系統(tǒng)啟動 I1.2 系統(tǒng)停止 I0.5 停止 I2.0 1樓入口光電傳感器PS1 I2.1 轎箱內(nèi)吊籃入口傳感器PS2 I2.2 轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3 I2.3 2樓出口光電傳感器PS4 I2.4 升降機(jī)井高位傳感器PS5 I2.5 升降機(jī)井低位傳感器PS6 I0.7 外部生產(chǎn)線使能PS0 表3－1 注：表中主要輸入點(diǎn)元器件在圖1－1、圖1－3和圖2－1中查找對應(yīng)。 輸出點(diǎn)編號 注釋 Q0.0 1＃變頻器正轉(zhuǎn)輸出 Q0.1 1＃變頻器反轉(zhuǎn)輸出 Q0.3 2＃變頻器正轉(zhuǎn)輸出 Q0.4 2＃變頻器反轉(zhuǎn)輸出 Q0.6 3＃變頻器正轉(zhuǎn)輸出 Q0.7 3＃變頻器反轉(zhuǎn)輸出 Q1.1 交流接觸器3工作 Q1.2 交流接觸器6工作 Q1.3 交流接觸器7工作 Q1.4 交流接觸器10工作 Q1.5 抱閘電磁鐵機(jī)構(gòu)松閘 表3－2 注：表中主要輸出點(diǎn)元器件在圖2－1中查找對應(yīng)。 1＃、2＃、3＃變頻器輸出方式與交流接觸器3、6、7、10的組合對應(yīng)電機(jī)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的運(yùn)動狀態(tài)如表3－3所示。 輸出點(diǎn)組合 注釋 Q0.0、Q1.1 1樓輸送帶電機(jī)正轉(zhuǎn)（Ⅰ電機(jī)） Q0.3 、Q1.3 吊籃電機(jī)正轉(zhuǎn)（Ⅲ電機(jī)） Q0.6 、Q1.4 升降電機(jī)正轉(zhuǎn)（Ⅳ電機(jī)） Q0.1、Q1.2 2樓輸送帶電機(jī)反轉(zhuǎn)（Ⅱ電機(jī)） Q0.4 、Q1.3 吊籃電機(jī)反轉(zhuǎn)（Ⅲ電機(jī)） Q0.7、Q1.4 升降電機(jī)反轉(zhuǎn)（Ⅳ電機(jī)） 表3－3 在步進(jìn)順序的設(shè)計(jì)上，為了避免因?yàn)檎`擋光電傳感器而發(fā)生設(shè)備誤動作，應(yīng)該選擇西門子S7-200 PLC中專門的順控繼電器S來編寫升降機(jī)的步進(jìn)程序。步進(jìn)程序主要步驟如下圖4－3所示。 圖4－3自動運(yùn)行流程圖 步進(jìn)程序主要步驟程序編寫如下圖4－4所示。 圖4－4自動運(yùn)行梯形圖 注：這里為了能使表達(dá)更為清楚，步進(jìn)順序間的轉(zhuǎn)換沒有加時間延時。在實(shí)際程序編寫中為了使設(shè)備在轉(zhuǎn)換動作時更加平穩(wěn)，應(yīng)該注意步進(jìn)轉(zhuǎn)換之間的時間延時。 在第一步步進(jìn)程序里，一樓入口輸送帶電機(jī)正轉(zhuǎn)輸出由于第一步的結(jié)束而停止，這時入口輸送帶上的產(chǎn)品不一定正好擋住入口傳送帶光電傳感器PS1。這樣會造成在升降機(jī)吊籃上升后，一樓入口輸送帶上的產(chǎn)品不一定能夠排成隊(duì)列等待輸送。為了解決這個問題，需要在上述步進(jìn)程序外編寫一條關(guān)于一樓入口輸送帶輸出的語句，這里是關(guān)于輸出點(diǎn)Q0.0和Q0.1的雙線圈輸出。在步進(jìn)程序中，可以考慮使用雙線圈，但要慎重使用。 其語句為：LD M1.0 A M2.0 A I0.7 AN I2.0 OUT Q0.0 OUT Q0.1 4.4 升降機(jī)精確平層的電氣控制設(shè)計(jì) 如圖4－1和圖4－2所示，升降升降機(jī)吊籃和一樓傳送帶和二樓傳送帶的平層控制上，采用了升降機(jī)井高位傳感器PS5和低位傳感器PS6來控制轎箱的停止（參見圖4－4升降電機(jī)正轉(zhuǎn)/升降電機(jī)反轉(zhuǎn)）。這里存在一個問題，如果升降機(jī)井高位傳感器PS5和升降機(jī)井低位傳感器PS6在升降電機(jī)運(yùn)行時發(fā)生誤動作?；蛘哂捎诠怆妭鞲衅鞯睦匣?、輸出滯后或是由于PLC輸入響應(yīng)滯后等問題會造成升降機(jī)轎箱吊籃停止位置的偏差積累。即吊籃在升降機(jī)運(yùn)行一段時間后其停止位置會越來越高或者越來越低，甚至有可能發(fā)生升降機(jī)轎箱沖頂或者撞底事故的發(fā)生。為了解決這個問題應(yīng)當(dāng)在程序中加入高速脈沖計(jì)數(shù)，使用計(jì)數(shù)器來準(zhǔn)確判斷升降機(jī)轎箱的停止位。 在機(jī)械系統(tǒng)配置上需要在升降電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上加配旋轉(zhuǎn)編碼器，如圖4－5和圖4－6所示。 圖4－5 SIEMENS電機(jī) OMRON旋轉(zhuǎn)編碼器 圖4－6 對編碼器的信號處理： 運(yùn)用S7-200 DC/DC/DC的高速記數(shù)器HSC的功能來構(gòu)成一個反饋回路。HSC計(jì)數(shù)速度比PLC掃描時間快的多，采用集成在CPU226中的20K硬件計(jì)數(shù)器進(jìn)行比較，總的來說，每個高速計(jì)數(shù)器需要10個字節(jié)內(nèi)存用來存控制位，當(dāng)前值，設(shè)定值，狀態(tài)位。 外部接線示意圖如下： 在PLC輸入點(diǎn)的設(shè)計(jì)上：注意預(yù)留輸入點(diǎn)I0.0～I(xiàn)0.7作為編碼器高速計(jì)數(shù)輸入，具體用法參見《西門子S7-200編程手冊》。旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇可以是雙相脈沖編碼器，也可以是單相脈沖編碼器，在程序中可以選擇帶有增減計(jì)數(shù)脈沖的雙相計(jì)數(shù)器，也可以選擇帶有內(nèi)部方向或帶有外部方向控制的單相計(jì)數(shù)器。旋轉(zhuǎn)編碼器可以是增量型編碼器也可以是絕對值編碼器，選擇上面很靈活，具體的編碼器選擇應(yīng)和程序中高速計(jì)數(shù)器、運(yùn)行模式和系統(tǒng)控制字相結(jié)合。下面表3－4是本設(shè)計(jì)給出旋轉(zhuǎn)編碼器和高速計(jì)數(shù)器及系統(tǒng)控制字的一種組合。 內(nèi)容 說明 特征 旋轉(zhuǎn)編碼器 增量型 單相 高速計(jì)數(shù)器HSC0 內(nèi)部方向控制單相計(jì)數(shù)/運(yùn)行模式0 I0.0脈沖計(jì)數(shù) 控制字 SMB37 11111000或16＃F8 初始值 SMD38 0 預(yù)制值 SMD42 1000 表3－4 如附錄2中的精確平層控制指令表所示：在程序中通過調(diào)用中斷號為12的中斷子程序來使升降電機(jī)停止正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，以達(dá)到轎箱精確平層的目的。在高速計(jì)數(shù)器和旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇和配置上可以靈活掌握，在外部輸入點(diǎn)數(shù)量緊張的情況下，可以采用高速計(jì)數(shù)器內(nèi)部方向控制來完成增減計(jì)數(shù)。也可以不用增減計(jì)數(shù)，直接在程序中步進(jìn)轉(zhuǎn)換時復(fù)位高速計(jì)數(shù)器來完成升降電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。 4.5 對升降機(jī)構(gòu)電磁機(jī)械安全抱閘的控制設(shè)計(jì) 升降機(jī)構(gòu)的電磁安全抱閘機(jī)構(gòu)如圖4－5所示，其工作原理為當(dāng)升降電機(jī)開始正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)時電磁抱閘電磁鐵得電松開抱閘，使得升降機(jī)轎箱可以上下運(yùn)動。當(dāng)升降升降機(jī)轎箱停止升降時，抱閘電磁鐵失電抱住升降機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸，固定轎箱防止轎箱向下滑落。 電磁鐵設(shè)計(jì)為失電抱住轉(zhuǎn)軸，防止因?yàn)橥ｋ娀蚣蓖０聪聲r轎箱向下滑落。在抱閘機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上應(yīng)注意足夠的機(jī)械強(qiáng)度和較大的安全系數(shù)。 第五章 運(yùn)輸升降機(jī)安全運(yùn)行的設(shè)計(jì) 為了使升降機(jī)安全運(yùn)行，在設(shè)計(jì)上必須注意，緊急停止按鈕具有最高級別的中止功能，通過安全繼電器的失電態(tài)來強(qiáng)制斷開PLC的所有輸出電源和手動檢修盒的控制電源。 圖5－1 通過圖5－1可以了解到使用安全繼電器ZJ1的失電態(tài)常開觸點(diǎn)，可以使得PLC及所有控制輸出電源失去電能。在程序編寫上，通過緊停按鈕輸入I0.3調(diào)用該點(diǎn)的中斷事件6，快速斷開程序中的所有輸出。這樣的雙重保護(hù)確保萬無一失。 在安全設(shè)計(jì)上要增加升降機(jī)廳門保護(hù)，即如果廳門未關(guān)好，升降機(jī)構(gòu)不動作，如果廳門未打開，吊籃輸送裝置不動作。這些保護(hù)在程序中添加到每個步驟中即可，在機(jī)械系統(tǒng)上可以增加行程限位開關(guān)，包括升降機(jī)構(gòu)的上下限位行程開關(guān)。 在自動和檢修狀態(tài)中只可以二選一，即兩者的控制電源互相獨(dú)立分開。手動檢修按鈕間互相互鎖，以保證檢修運(yùn)行時設(shè)備動作的唯一性。如圖5－2所示為手動檢修按鈕間的互鎖。 圖5－2 第六章 運(yùn)輸升降機(jī)的總體整合設(shè)計(jì) 6．1 系統(tǒng)選型 （1）I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)： I/O點(diǎn)數(shù)是PLC的一項(xiàng)重要指標(biāo)。合理選擇I/O點(diǎn)數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資最低。PLC的輸入輸出總點(diǎn)數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對象所需控制的模擬量、開關(guān)量、輸入輸出設(shè)備情況來確定，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點(diǎn)?？紤]到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)在估計(jì)的總點(diǎn)數(shù)上再加上20%—30%的備用量。該系統(tǒng)有19個數(shù)字輸入點(diǎn)19個數(shù)字輸出點(diǎn)，考慮余量后需要22個數(shù)字輸入點(diǎn)22個輸出點(diǎn)。 （2）用戶存儲器容量的估算 PLC常用的內(nèi)存有EPROM、EEPROM和帶鋰電池供電的RAM。一般微型和小型PLC的存儲容量是固定的，介于1—2KB之間。用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略地估算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個I/O點(diǎn)及有關(guān)功能元件占用的內(nèi)存量大致如下： 開關(guān)量輸入元件：10—20B/點(diǎn) 開關(guān)量輸出元件：5—10B/點(diǎn) 定時器/計(jì)數(shù)器：2B/個 模擬量：100—150B/個 通信接口：一個接口一般需要300B以上 根據(jù)上面算出的總字節(jié)數(shù)再考慮增加25%左右的備用量，就可估算出用戶程序所需的內(nèi)存容量，從而選擇合適的PLC內(nèi)存。該系統(tǒng)有19個數(shù)字輸入點(diǎn)19個數(shù)字輸出點(diǎn)，需內(nèi)存340B，有高速計(jì)數(shù)器1個，需內(nèi)存16B，考慮余量后需要內(nèi)存380B。 （3）CPU功能與結(jié)構(gòu)的選擇 PLC的功能日益強(qiáng)大，一般PLC都具有開關(guān)量邏輯運(yùn)算、定時、計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理等基本功能，有些PLC還可擴(kuò)展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制模塊等，選型時可考慮以下幾點(diǎn)：功能與任務(wù)相適應(yīng)，PLC的處理速度應(yīng)滿足實(shí)時控制的要求、PLC結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型統(tǒng)一、在線編程和離線編程的選擇。運(yùn)輸升降機(jī)控制所要求的控制功能簡單，小型PLC就能滿足要求了。 綜上所述，結(jié)合下表分析 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 程序存儲器 2048字 4096字 用戶數(shù)據(jù)存儲器 1024字 2560字 用戶存儲器類型 EEPROM 數(shù)據(jù)后備典型時間 50h 190h 本機(jī)IO 6入/4出 8入/6出 14入/10出 24入/20出 擴(kuò)展模塊數(shù)量 無 2個 7個 數(shù)字量IO印象區(qū)大小 256（128入/128出） 模擬量IO印象區(qū)大小 無 16入/16出 32入/32出 33Hz布爾指令執(zhí)行速度 0.37/微妙/指令 內(nèi)部繼電器 256 計(jì)數(shù)器/定時器 256/256 順序控制繼電器 256 該控制系統(tǒng)CPU模塊采用CPU-226（AC/DC/繼電器）模塊，它可控制整個系統(tǒng)按照控制要求有條不紊地進(jìn)行。同時由于該模塊采用交流220V供電，并且自帶24數(shù)字量輸入點(diǎn)和20個數(shù)字量輸出點(diǎn)，完全能滿足運(yùn)輸升降機(jī)控制系統(tǒng)的要求，所以不再需要另外的電源模塊、數(shù)字量和輸出模塊。 6．2 主要元器件的介紹 （1）數(shù)字量直流輸入模塊 圖3所示是直流輸入模塊的輸入電路。光耦合器隔離了輸入電路與PLC內(nèi)部電路的電氣連接，使外部信號通過光耦合變成內(nèi)部電路的電氣連接，使外部信號通過光耦合變成內(nèi)部電路能接收到的標(biāo)準(zhǔn)信號。當(dāng)現(xiàn)場開關(guān)閉合后，外部直流電壓經(jīng)過電阻R1和阻容濾波后加到光耦合器的發(fā)光二極管上，經(jīng)過光耦合，光敏晶體管接收光信號，并能接受的信號送入內(nèi)部電路。在輸入采樣時送入輸入印象寄存器?，F(xiàn)場開關(guān)通斷狀態(tài)，對應(yīng)輸入印象寄存器的1/0狀態(tài)，當(dāng)輸入端的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，即指示現(xiàn)場開關(guān)閉合。外部直流電源用于檢測輸入點(diǎn)的狀態(tài)，其極性可以任何接入。 圖3 直流輸入電路 圖3中，電阻R2和電容C構(gòu)成濾波電路，可濾掉輸入信號的高頻抖動。雙向光耦合器起整流和隔離的作用，雙向發(fā)光二極管VL用作指示。 （2）交直流輸出模塊 交直流輸出模塊是繼電器輸出方式，其輸出電路如圖所示，當(dāng)PLC有信號輸出時，輸出接口電路使繼電器線圈激勵，繼電器觸點(diǎn)閉合使負(fù)載回路接通，同時狀態(tài)指示發(fā)光二極管VL導(dǎo)通點(diǎn)亮。根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)來選用負(fù)載回路的電源電壓性質(zhì)。 圖4 繼電器輸出電路 （3）電源模塊的選擇 PLC上DC24V電源的使用各公司 PLC產(chǎn)品上一般都有DC24V電源，該電源容量小，為幾十毫安至幾百毫安，用其帶負(fù)載時要注意容量，同時作好防短路措施（因?yàn)樵撾娫吹倪^載或短路都將影響PLC的運(yùn)行）。但若輸入回路有 DC24V供電的接近開關(guān)、光電開關(guān)等，而PLC上DC24V電源容量不夠時，要從外部提供DC24V電源，同時為了抗干擾，提高輸入回路的靈敏度，應(yīng)加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1：1隔離變壓器等）。本設(shè)計(jì)根據(jù)查看各種資料，最終選擇了如下的電源電路圖： 6．3 外部硬件接線圖設(shè)計(jì) 見附錄1的系統(tǒng)接線圖 6．4系統(tǒng)I/O分配 輸入點(diǎn)編號 注釋 I0.0 旋轉(zhuǎn)編碼器 I0.4 自動 I0.5 停止 I0.6 檢修 I0.7 外部生產(chǎn)線使能PS0 I1.1 系統(tǒng)啟動 I1.2 系統(tǒng)停止 I2.0 1樓入口光電傳感器PS1 I2.1 轎箱內(nèi)吊籃入口傳感器PS2 I2.2 轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3 I2.3 2樓出口光電傳感器PS4 I2.4 升降機(jī)井高位傳感器PS5 I2.5 升降機(jī)井低位傳感器PS6 I3.0 入口/出口電機(jī)正轉(zhuǎn)開關(guān)SA2 I3.1 入口/出口電機(jī)反轉(zhuǎn)開關(guān)SA3 I3.2 吊籃電機(jī)正轉(zhuǎn)開關(guān)SA4 I3.3 吊籃電機(jī)反轉(zhuǎn)開關(guān)SA5 I3.4 升降電機(jī)正轉(zhuǎn)開關(guān)SA6 I3.5 升降電機(jī)反轉(zhuǎn)開關(guān)SA7 輸出點(diǎn)編號 注釋 Q0.0 1＃變頻器正轉(zhuǎn)輸出 Q0.1 1＃變頻器反轉(zhuǎn)輸出 Q0.3 2＃變頻器正轉(zhuǎn)輸出 Q0.4 2＃變頻器反轉(zhuǎn)輸出 Q0.6 3＃變頻器正轉(zhuǎn)輸出 Q0.7 3＃變頻器反轉(zhuǎn)輸出 Q1.1 交流接觸器3工作 Q1.2 交流接觸器6工作 Q1.3 交流接觸器7工作 Q1.4 交流接觸器10工作 Q1.5 抱閘電磁鐵機(jī)構(gòu)松閘 Q2.0 交流接觸器1工作 Q2.1 交流接觸器2工作 Q2.2 交流接觸器4工作 Q2.3 交流接觸器5工作 Q2.4 交流接觸器11工作 Q2.5 交流接觸器12工作 Q2.6 交流接觸器8工作 Q2.7 交流接觸器9工作 6．5 梯形圖設(shè)計(jì) 見附錄1的系統(tǒng)梯形圖 6．6 源程序設(shè)計(jì) 見附錄2的指令表 6．7 程序運(yùn)行過程分析 按下系統(tǒng)啟動按鈕，I1.1常開觸點(diǎn)接通,M2.0接通,在此基礎(chǔ)上如果按下自動運(yùn)行狀態(tài)按鈕,I0.4常開觸點(diǎn)接通,M1.0接通,此時系統(tǒng)進(jìn)入自動運(yùn)行程序；如果按下檢修狀態(tài)按鈕,I0.6常開觸點(diǎn)接通,M3.0接通,此時系統(tǒng)進(jìn)入手動檢修程序；如果按下停止按鈕,I0.5常閉觸電斷開,M1.0,M3.0斷開,系統(tǒng)選擇運(yùn)行方式停止。 1、當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入自動運(yùn)行程序，程序開始時入口輸送帶上的第二件產(chǎn)品正好擋住光電傳感器PS1，I0.7常閉觸點(diǎn)斷開,Q0.0、Q0.1斷開, 一樓入口輸送帶電機(jī)停轉(zhuǎn)(在升降機(jī)吊籃上升后，一樓入口輸送帶上的第二件產(chǎn)品能夠排成隊(duì)列等待輸送)；特殊繼電器SM0.1在系統(tǒng)通電下瞬間得電,狀態(tài)繼電器S0.0上電置位初始步。 第零步開始, 外部生產(chǎn)線使能PS0被第一件產(chǎn)品擋住時,M1.0,M2.0,I0.7接通,狀態(tài)繼電器S0.1上電置位,S0.0復(fù)位,第零步結(jié)束。 第一步開始, 當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3未被擋住和升降機(jī)井低位傳感器PS6被擋住時,I2.2常閉觸電閉合與I2.5常開觸電接通,Q0.3和Q1.3接通(吊籃電機(jī)正轉(zhuǎn)) ；同時I2.2和I2.0沒有同時斷開時,Q0.0與Q1.1得電接通(一樓入口輸送帶電機(jī)正轉(zhuǎn))；當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃入口傳感器PS2未被擋住和轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3被擋住時,I2.1常閉觸電閉合和I2.2常開觸電接通,S0.2上電置位,S0.1復(fù)位,第一步結(jié)束。 第二步開始,當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃入口傳感器PS2未被擋住, 升降機(jī)井高位傳感器PS5未被擋住和轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3被擋住時,I2.1常閉觸電閉合, I2.2常開觸電接通和I2.4常閉觸電閉合,Q0.6,Q1.4,Q1.5接通(升降電機(jī)正轉(zhuǎn))；當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3與升降機(jī)井高位傳感器PS5被擋住, 2樓出口光電傳感器PS4未被擋住時,I2.2常開觸電閉合,I2.4常開觸電閉合,I2.3常閉觸電閉合,S0.3上電置位,S0.2復(fù)位(判斷二樓出口輸送帶是否堵塞), 第二步結(jié)束。 第三步開始,當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3或轎箱內(nèi)吊籃入口傳感器PS2被擋住,同時升降機(jī)井高位傳感器PS5被擋住時,I2.1與I2.2常開觸點(diǎn)有一個接通,而且I2.4接通,Q0.4與Q1.3上電置位(吊籃電機(jī)反轉(zhuǎn))；當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃入口傳感器PS2未被擋住和2樓出口光電傳感器PS4被擋住時,I2.3上電沿觸發(fā)瞬間接通,Q0.1與Q1.2復(fù)位(二樓出口輸送帶電機(jī)出貨完成)；當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃入口傳感器PS2和轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3未被擋住時,S0.4上電置位和S0.1復(fù)位, 第三步結(jié)束。 第四步開始,當(dāng)轎箱內(nèi)吊籃入口傳感器PS2, 轎箱內(nèi)吊籃內(nèi)部傳感器PS3, 升降機(jī)井低位傳感器PS6未被擋住時,I2.1,I2.2,I2.5常閉觸點(diǎn)閉合,Q0.7,Q1.4,Q1.5接通(升降電機(jī)反轉(zhuǎn))；當(dāng)升降機(jī)井低位傳感器PS6被擋住時,I2.5常開觸點(diǎn)閉合接通,S0.0上電置位, 第四步結(jié)束,第一步開始。 2、當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入手動檢修程序，通過手動電氣互鎖式按鈕盒移動的在主控制柜和現(xiàn)場控制柜上控制系統(tǒng)，按下開關(guān)SA2，I3.0常開觸電閉合,從而Q2.0,Q2.2,Q2.3通電接通(入口/出口電機(jī)正轉(zhuǎn))；按下開關(guān)SA3, I3.1常開觸電閉合, 從而Q2.1,Q2.2,Q2.3通電接通(入口/出口電機(jī)反轉(zhuǎn))；按下開關(guān)SA4, I3.2常開觸電閉合, 從而Q2.6通電接通(吊籃電機(jī)正轉(zhuǎn))； 按下開關(guān)SA5, I3.3常開觸電閉合, 從而Q2.7通電接通(吊籃電機(jī)反轉(zhuǎn))； 按下開關(guān)SA6, I3.4常開觸電閉合, 從而Q2.4通電接通(升降電機(jī)正轉(zhuǎn))；按下開關(guān)SA7, I3.5常開觸電閉合, 從而Q2.5通電接通(升降電機(jī)反轉(zhuǎn))。 6．8 程序的下載、安裝和調(diào)試 將各個輸入輸出端子和實(shí)際控制系統(tǒng)中的按鈕、所需控制設(shè)備正確連接，完成硬件的安裝。全自動洗衣機(jī)程序是由STEP-7Micro/Win32軟件的指令完成，正常工作時程序存放在存儲卡中，若要修改程序，先將PLC設(shè)定在STOP狀態(tài)下，運(yùn)行STEP7-Micro/Win32編程軟件，打開全自動洗衣機(jī)程序，即可在線調(diào)試，也可用編程器進(jìn)行調(diào)試。 第七章 運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 在運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)中充分考慮了與自動化生產(chǎn)線配套的特點(diǎn)，確保安全的設(shè)計(jì)前提，配置了變頻/工頻可選的驅(qū)動系統(tǒng)，當(dāng)變頻器發(fā)生故障時可以由PLC將故障處電機(jī)轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行。在向升降機(jī)轎箱吊籃內(nèi)輸送產(chǎn)品物件和向外輸出產(chǎn)品物件時，可以通過PLC智能化判斷進(jìn)出口擁堵情況，可以在步進(jìn)主程序中添加自動正反轉(zhuǎn)進(jìn)出口電機(jī)程序，這樣可以在生產(chǎn)過程中減少不必要的停機(jī)次數(shù)，也減少認(rèn)為干預(yù)的次數(shù)，整個系統(tǒng)的智能化程度很高。 同時由于驅(qū)動系統(tǒng)的變頻和工頻正反轉(zhuǎn)冗余設(shè)計(jì)，可以使得系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)需要將產(chǎn)品從一樓運(yùn)向二樓，也可以把產(chǎn)品從二樓運(yùn)向一樓。 在PLC選型上采用西門子S7-200 CPU226，其強(qiáng)大的功能和良好的擴(kuò)展性能，使得運(yùn)輸升降機(jī)可以實(shí)現(xiàn)兩層以上的樓層擴(kuò)展。在機(jī)械系統(tǒng)上只需要擴(kuò)展PLC模塊和增加交流接觸器的數(shù)量，外部安全元?dú)饧?，和外部感?yīng)元件等即可，不需要增加變頻器數(shù)量。步進(jìn)程序的擴(kuò)展也很方便。 工藝流程和樓層增減可以在西門子PLC中完成生產(chǎn)配方，極為方便地完成與多樓層，多種生產(chǎn)工藝配套。 強(qiáng)大的通訊功能，設(shè)計(jì)中選用了西門子S7-200 226 PLC，其強(qiáng)大的通訊功能，能使得自動升降機(jī)設(shè)備可以與生產(chǎn)線設(shè)備很容易地成為一個整體，成為自動化生產(chǎn)線地有機(jī)的一部分。包括變頻器地速度給定，自動運(yùn)行，故障時請求生產(chǎn)線減速或停機(jī)等等功能。 人性化地設(shè)計(jì)，設(shè)備采用了TP170A西門子彩色觸摸屏,全中文顯示，方便操作和設(shè)備維護(hù)。強(qiáng)大的后臺管理功能，可以記錄生產(chǎn)情況和故障情況。 第八章 運(yùn)輸升降機(jī)的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 1、安全事項(xiàng)，設(shè)計(jì)始終要把安全放在第一位，這是對每一個客戶、每一位有可能接近或接觸到設(shè)備人員的不可推卸的終身責(zé)任。在程序中要注意使用相應(yīng)的中斷處理和相應(yīng)的電器連鎖，在機(jī)械系統(tǒng)上要采取機(jī)械互鎖、機(jī)械限位、電氣聯(lián)動、外部傳感器、安全繼電器等措施和元件來完成安全設(shè)計(jì)。安全始終貫穿整個設(shè)計(jì)，如果一個設(shè)備設(shè)計(jì)的再精巧，卻存在安全隱患，那設(shè)計(jì)人員難辭其咎。 2、智能化的設(shè)計(jì)，自動化設(shè)備的設(shè)計(jì)要求具有相應(yīng)的智能化設(shè)計(jì)，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或是動作不協(xié)調(diào)時，設(shè)備能夠自動地切換至應(yīng)急工作態(tài)，或是設(shè)備能自動的自我調(diào)整。減少因?yàn)樵O(shè)備故障或動作失調(diào)造成整個生產(chǎn)線停機(jī)事故地發(fā)生。智能化太低或是使得配套生產(chǎn)線頻繁停機(jī)的自動化設(shè)備等于一堆廢鐵。 3、如果升降電機(jī)的功率較大，那升降電機(jī)的工頻應(yīng)急運(yùn)行可能會存在一定問題，在大功率升降升降機(jī)的設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮由變頻器低速點(diǎn)動來完成檢修運(yùn)行，這就要求變頻器的質(zhì)量和品質(zhì)一定要高。同時變頻器應(yīng)該注意選用制動電阻，輸出電抗器等附件。 4、外部傳感器的使用要充分考慮到外部傳感器誤動的發(fā)生，在程序上考慮互鎖，在機(jī)械系統(tǒng)上注意選型。光電傳感器和電磁感應(yīng)式接近開關(guān)在使用上存在一定差別，應(yīng)當(dāng)注意。 5、在PLC的配置上應(yīng)充分考慮設(shè)備的擴(kuò)展和功能的增加。 6、在低壓元?dú)饧倪x擇上建議使用正品原裝進(jìn)口（帶序列號）知名品牌，自動化程度越高的設(shè)備不使用低檔次低壓元?dú)饧?。這與愛不愛國無關(guān)，也與成不成本無關(guān)。 7、機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要有足夠的強(qiáng)度，充分考慮安全性能。加工要求需要高品質(zhì)，只要嚴(yán)格按照國家GB標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，一般問題不大。 8、人性化設(shè)計(jì)，電氣控制柜設(shè)計(jì)要符合日常習(xí)慣，凡是涉及安全的按鈕、旋轉(zhuǎn)開關(guān)應(yīng)放在左手側(cè)，必要時加鎖。急停按鈕應(yīng)放在右手側(cè)，位置應(yīng)該易于按壓，但不易被人誤碰。電氣柜內(nèi)設(shè)計(jì)照明燈、散熱風(fēng)扇、電腦插座等附件。機(jī)械部件的設(shè)計(jì)應(yīng)該首先滿足安全的要求，在此基礎(chǔ)上方便操作人員工作，減小體力勞動強(qiáng)度。 9、變頻器和PLC的安裝位置要有一定的距離空間，防止因?yàn)樽冾l器的高頻干擾使得PLC誤動。注意屏蔽線的正確使用。嚴(yán)格按照國家GB標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)和安裝，嚴(yán)格按照西門子產(chǎn)品機(jī)械系統(tǒng)手冊進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝。 第九章 總結(jié)