plc的二层升降机变频调速控制系统
plays an indispensable part.The advanced sound and camera control technology is more automatic in the work of the lifter,thus reducing the waste of personnel and reducing the producion cost of the factory.In addittion,due to the stable and reliable operation of lifts,the safety factor of the plant has been greatly improved due to the rational design of electrical cabinets and components distribution and advanced control systems.The elevator control system was fist phased out by conventional relays,whose contact points are complicated to operate and inflexible.Although the microcomputer control is smart but its anti-interference is weak and maintenance is difficult.therefore the PLC logic control circuit plays amjor role in the control of the body. This design is mainly aimed at the two-story elevator in the assembly line. By properly selecting the PLC model . selection of appropriate frequency converters and motors to control the frequency of the motor through the inverter and then to control the size and direction of the elevator operating speed.Accurate and fast delivery of products from the first floor of the workshop to the second floor according to the PLC logic control design program.Then the PLC drive motor display control panel and other hardware parts ,and use GX Developer software programming and GX Simulator software simulation are used to complete the test of the entire system. This design has the characteristics of high reliability, high robustness, strong functionality and no-nonsense performance as compared with conventional elevators. It also has a wide range of market ad usage development prospects.KEYWORDS: Elevator; Programmable logic controller; Inverter; GX Developer; GX Simulator一、引言 6（一）升降机的应用及发展 61.升降机的应用 62.升降机的发展 7(二)课题研究意义 7（三）课题研究内容 71.升降机硬件电路设计 72.系统方案设计。 73.升降机软件程序设计。 74.升降机SIMULINK仿真测试。 7二、系统硬件设 8（一）PLC逻辑控制电路的应用及特点 81. PLC的应用 8（二）PLC的选择 91.配置灵活，可以满足不同的配置需求； 92.运算高速，可以在短时间内完成运算做出相应的指令动作； 93.突出的寄存器容量 94.丰富的元件资源 9（三）变频器的选择 91.变频器的简介 9（四） 电机的选择 10（五）光电传感器 11三、系统方案的设计 12(一)升降机机械系统的设计 12（二） 升降机电机驱动系统 13（三）升降机自动化控制系统 13四、软件程序设计 15（一）升降机自动控制过程 15（二）、升降机输入输出I/O分配表如下表4-1和表4-2所示 15表4-1升降机PLC控制系统的输入分配表 15表4-2升降机PLC控制系统的输出分配表 16图4-3梯形图运行程序 17图4-4梯形图运行程序 17图4-6梯形图运行程序 18图4-7梯形图运行程序 19图4-8梯形图运行程序 19图4-9梯形图运行程序 20五、仿真调试 20（一）仿真软件GX Simulator 20图5-1仿真界面 21（二）调试软元件仿真 21图5-2监控程序的运行状态界面 22（三）时序图仿真 22图5-3 调试运行时序图 23图5-4 调试运行时序图 24图5-5 调试运行时序图 24六、 总结 25七、致谢 26八、参考文献 27一、引言（一）升降机的应用及发展1.升降机的应用随着我国对工业自动化水平要求的不断提高，对升降机的制造技术和整机制造水平的要求也逐渐增高。传统的升降机采用的是继电器控制方式，这种控制方式有容易造成启动冲击大，对机构对电气元件造成损坏，影响施工速度和施工企业的效益等缺点，随着人们对升降机的自动化性能和安全要求的不断提高，传统的继电器控制方式逐渐被淘汰并且被取代。 如今为了满足用户对升降机越来越高的要求全国有志生产商在升降机的电气控制和调速方式上进行了较多尝试，比如引进变频调速等等。随着变频器控制技术要求的的不断提高，变频调速在自动化运用中以绝对的优势超越了其它的任何调速方案。在安全生产运行和减少浪费方面变频调速升降机有着重要及深远的意义。2.升降机的发展最早升降机出现在古代的中国及欧洲各国,当时垂直运送人和货物的是辘轳等工具，十九世纪蒸汽机发明后才有了现代的升降机。1857年3月23日,美国纽约一家五层高的商店安装了首部使用奥的斯安全装置的客运升降机，从此以后升降机被人们广泛的了解、接受并运用，加快了升降机的发展速度。如今升降机处在快速发展的状态,大多数厂家或者个人为了提高场地的利用率和工作的效率,从而更多的选择了多层建筑。随着科技的发展,社会发展的趋势,作为传统的垂直运输工具升降等机械化工业,受到深深的影响,产品随着时间的推移越来越智能化,自动化操作成为升降平台未来必须走的一条道路,而且只有不断的创新推出新的产品才能具有市场竞争力,才能让企业更加健康稳定发展。(二)课题研究意义两层式升降机变频调速控制系统选用PLC和变频器控制以提高升降机的可靠性和实操性。以往的控制是选用继电器来控制，用继电器控制存在一些明显的问题，如升降机运行不可靠，自动化水平不高，故障发生率高和不能应急处理存在安全隐患等。而两层式升降机变频调速控制系统采用PLC编程和变频器来控制升降机的运动快慢和运行方向，自动化程度高，范围广，具有研究意义。（三）课题研究内容在升降机中通过对PLC的控制技术与变频器的变频调速技术的应用，阐述新的升降机的设计应用包括1.升降机硬件电路设计 包括PLC设计、变频器设计、电动机设计、报警设计、显示电路设计等。2.系统方案设计。包括升降机机构系统的设计，电机驱动系统的设计与自动化系统的设计3.升降机软件程序设计。 升降机软件程序设计包括升降机PLC梯形图，FXGPWIN编程环境分析。4.升降机SIMULINK仿真测试。 利用MATLAB软件中SIMULINK进行升降机的仿真，完成对整个系统的测试。二、硬件电路设计（一）PLC逻辑控制电路的应用及特点1. PLC的应用PLC的6大应用（1）用于控制开关量，控制的输入输出点数几乎不受限制，不管多少点都能控制，并且可以控制各种各样的逻辑问题如组合的、时序的、即时的、随机工作的等等。PLC的硬件结构是可以改变的，软件程序是可以编程的，在控制时，可以很灵活。根据具体情况可以编写多套或多组程序，根据需要调用。可以适应于工业现场各种各样变换状态的需要。（2）控制模拟量，如电流、电压、温度、压力等等，它的大小可以是连续变化的。通常在工业生产和连续型生产过程中对物理量进行控制来实现功能。（3）运动控制，如常以数字量表示机床部件的位移。（4）可用于数据采集，根据科学技术的提高数据存储区越来越可以存储大量的数据，PLC也可与计算机通讯成为计算机的数据终端（5）用于信号的监控，可减少和查找系统的故障，以便降低故障修复时间，提高系统的可靠性（6）可联接互联网及有通讯功能。2.PLC的特点可靠性高。(2)拥有丰富的I/O接口模块。(3)使用模块化结构。除了正常的单元式的小型PLC之外，为了适应各种工业控制需要，多数PLC均采用模块化结构。(4)易学的可编程程序。通俗易懂的梯形图设计一般的工程技术人员都可学会。(5)安装简单，维修方便。（二）PLC的选择现在用的PLC系列主要有西门子系列，OMRON系列，三菱系列，松下系列等等，各类型优缺点分别如下PLC程序代号太繁琐是OMRON系列的缺点；PLC过程控制与通信控制西门子是强项，模拟量模块价格比较便宜，程序简单易学。但是没有专用的指令，做伺服或步进定位控制很难实现，而且程序复杂，控制精度不高。 松下系列优点在于体积小,价格低；缺点在于,容易烧点,有时你接到设备上闲置一段时间就可能烧点。三菱PLC与之上各PLC相比，三菱PLC有如下优点1.编程简单易懂，学习起来感觉比较轻松，2.离散控制和运动控制比较强，指令丰富，有专用的定位指令，控制伺服和步进容易实现，易实现某些复杂的动作控制。3.故障率极低，节省维护成本。根据以上优点及本设计的17个输入端口，11个输出端口所以选用三菱PLC，控制使用三菱FX2N-48MR系列来进行。它的特点有(1)配置灵活，可以满足不同的配置需求； (2)运算高速，可以在短时间内完成运算做出相应的指令动作； (3)突出的寄存器容量 (4)丰富的元件资源 （三）变频器的选择1.变频器的简介变频器也称为变频驱动器或驱动控制器，变频器是可调速驱动系统的一种，是应用变频驱动技术改变交流电动机工作电压的频率和幅度，从而来控制交流电动机速度、转矩，改变控制物体的运行速度和运行方向。最常用的是输入及输出都是交流电的交流/交流转换器。变频器主要由整流电路、滤波电路、逆变电控制和检测单元等几部分组成[15]。它通过改变电机的工作频率进而控制电机的正反转和转 速的大小。它的工作原理是首先变频器的整流电路将输入端的交流电流转变为直流电流，然后直流电流通过逆变电路后又被转换成频率 可以改变的三相交流电流。变频器的结构图如下图2-1图2-1变频器的结构根据本课题的设计需求选用FR-F740系列变频调速器。电机的选择电机按需求不同分为单相电动机与三相异步电动机，三相异步电动机按转子结构分为鼠笼式电动机和绕线式电动机，本设计的电机选用鼠笼式电动机。工作原理三相电交流电使电机中的线圈产生旋转磁场，使转子的导条中产生电流，通电的导线在磁场中将受到力的作用，形成磁场和磁场相互作用使转子转动。三相异步电动机工作原理图如下图2-2。图2-2三相异步电机工作原理图2.电机转差率转子电流频率为电源频率乘以转差率（s）,用同步转速的百分比表示。公式如下s=[(ns-n)/ ns] x 100%ns--同步转速n--闭合线圈速度3.升降机电动机电路接线图如下图2-3.图2-3升降机电动机电路接线图（五）光电传感器光电传感器的工作原理利用被检测物体对红外光束（区分点）有物体时的遮光或无物体使的反射光，并由同步回路选通来检测物体的有无，且其物体不只限于金属，所有能反射光线的物体均可检测到，从而对位置进行控制.电路图如下2-4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。 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。本设计中感应开关2和感应开关1分别感应电机的正转与反转，如图3-1光电传感器1与光电传感器2则是上升与下降时的速度低中高速的选择，如图3-1。三、系统方案设计(一)升降机机械系统的设计升降机通常用于垂直运输的工业生产流水线中，本设计就是将流水线上的产品迅速而准确的从一楼运送到二楼。它的机械升降机构由拽引电机，拽引皮带，放置产品大放置架和升降部分组成。升降机升降机构图如下3-1图3-1升降机升降机构图（二） 升降机电机驱动系统电机驱动系统由三相交流鼠笼式电机、FR-F740系列变频调速器、三菱FX2N-48MR系列PLC、交流接触器组成。在设计电机功率大小时要使升降机在一二楼之间循环运送产品时一二楼的入口和出口电机的工作状态为二选一，以达到减少机械系统设备的投入目的。（三）升降机自动化控制系统升降机的工作状态根据需求设计为相互独立工作的自动工作状态和手动工作状态，避免安全事故的发生。升降机自动化控制系统的组成由PLC、电动机、到位行程开关、接触器、触摸屏、报警指示灯和光电传感器等元部件组成。可编程控制器PLC的作用是采集的各种外部输入点的输入信号，经过逻辑判断和运算后输出相应输出信号，从而完成相应的指令动作将一层楼的流水线上的物品自动的运送到二楼的库位上。显示方案的设计显示用三色信号灯LED机床折叠式警示报警灯来显示，分别安装在主控制柜旁边和升降机现场控制盒上。在升降机自动上升和下降时为绿色，手动操作时时为黄色，急停时为红色并且蜂鸣器报警。控制柜方案设计分为主控制柜和现场控制盒。如下图3-2、3-3图3-2主控制柜面板布置按下红色电源按钮，电源总闸接通，整条流水线得点；按下红色电机启动按钮，电动机得电，准备运行；按下红色电机停止按钮，电动机失电，停止运行；按下黄色低中高速选择按钮变为绿色，升降机在到达感应开关1和感应开关2是选择任意速度运行；按下绿色上升与下降按钮，控制升降机上升与下降；上升与下降指示红色，当升降机上升与下降时相对应的指示灯变为绿色。 图3-3现场控制盒面板布置按下红色的急停按钮，升降机紧急停止，停在升降机内任意位置；按下蓝色复位按钮，升降机复位完毕后按下自动可自行运行升降机；一直按着上升或下降按钮，可手动上升或下降升降机并且可停在任意一处。四、软件程序设计（一）升降机自动控制过程未开始工作时升降机处于断电状态不管传感器是否发出信号，升降机都不会动作，按下总闸电源按钮，流水线得电，按下电机启动按钮，控制系统得电PLC和变频器准备就绪,Y0置位。当一楼流水线上的产品准确进入产品放置架上时，传感器感应开关1发出上升信号使升降机上升。上升到光电传感器1位置时升降机按先前所设置的低、中、高速度上升。上升到到达行程开关1时升降机停止，将产品运送到二楼，当产品完全移出后感应开关2发出下降信号使电机反转下降。下降过程与上升过程相反。输入点编号注释X0手动启动电机X1手动关闭电机X2感应开关1X3感应开关2X4光电传感器1X5光电传感器2X6到位行程开关2X7到位行程开关1X10急停X11电源启动X12手动自动切换开关X13复位X14低速运行按钮SD1X15中速运行按钮SD2X16高速运行按钮SD3X20手动升降机上升X21手动升降机下降（二）、升降机输入输出I/O分配表如下表4-1和表4-2所示表4-1升降机PLC控制系统的输入分配表表4-2升降机PLC控制系统的输出分配表输出点编号注释Y0电机启停Y1变频器正转输出端子 Y2变频器反传输出端子Y3电源指示 Y4报警指示Y5上升指示Y6下降指示Y7变频器停止输出端子Y10变频器低速频率段端子Y11变频器中速频率段端子Y12变频器高速频率段端子（三）使用三菱GX Developer编程软件对升降机PLC梯形图编辑。图4-3为PLC梯形图第一部分，包括电源启动与电源指示和复位功能。图4-3梯形图运行程序图4-4为梯形图第二部分，包括电机的启停与Y0的置位和急停控制。图4-4梯形图运行程序图4-5为梯形图第三部分，为手动与自动选择，手动上升与下降升降机和自动上升下降运行升降机。图4-5梯形图运行程序图4-6为梯形图第四部分，包括升降机上升下降到光电传感器1和光电传感器2位置。图4-6梯形图运行程序图4-7为梯形图第五部分，为升降机上升和下降过程中低中高速度的选择。图4-7梯形图运行程序图4-8为梯形图第六部分，为上升和下降到位的检测。 图4-8梯形图运行程序图4-9为PLC梯形图的第七部分，为升降机停止上升与下降并注入直流制动和循环运行程序。图4-9梯形图运行程序五、仿真调试（一）仿真软件GX Simulator仿真软件GX Simulator 6安装之前，先安装编程软件GX Developer。GX Simulator是GX Developer的重要组成部分，相当于编程软件的一个插件。提供建立系统模型、选择仿真参数和数值算法、启动仿真程序对该系统经行仿真、设置不同的输出方式来观察仿真结果等功能。 开始前要先将在GX Developer 编写梯形图转换之后在安装了GX Simulator的情况下，通过工具栏中的“梯形图逻辑测试起动”或仿真窗口即可实现转变好程序的仿真。仿真界面如图5-1所示。图5-1仿真界面（二）调试软元件仿真1.通过“在线”中的“软元件测试”来强制一些输入条件ON或者OFF。监控程序的运行状态。如下面梯形图5-2图5-2监控程序的运行状态界面（三）时序图仿真点击“仿真窗口”的“菜单起动S”，→点击“时序图（T）”→起动“（R）”，则出现“时序图监控”。可以看到程序中各元件的变化时序图。如图5-3、5-4、5-5为调试运行时的仿真时序图。图5-3 调试运行时序图图5-4 调试运行时序图图5-5 调试运行时序图总结时间转瞬即逝转，眼之间就要到毕业答辩的时间了，我很紧张也很兴奋。这次毕业设计大多运用到了以前学过的理论知识，但由于基础薄弱设计起来有些困难只能自己回顾以前所学习的知识加上查找各种相关资料以及在老师和同学们的帮助下写下了论文。在写论文过程中知识积累有限光有想法却总感觉效果不是很明显，但经过努力，亲自查找相关资料确定思路之后根据二层升降机的功能特点选择元器件，之后根据功能要求下载三菱编程软件和仿真软件，在编程软件中编写梯形图，最后仿真调试完成测试。整个过程花费了我很长的时间但是值得，因为这让我发现了自己的不足之处和今后努力的方向，我相信只要勇敢前进，不怕困难就一定可以取得进步，迈向成熟 。并设计虽然完成了，但也存在不足，由于时间的仓促和条件的限制没有经过实际的操作只能用软件仿真，可能也会有因为设计角度和设计理念的不同存在一些偏差，造成设计上的一些差异。但是通过此次的设计使我对以前所学知识得到了回顾与复习，知道了自己的缺点和不足之处，提高了我的计算机能力，更增加了进一步的求学欲望。提高了我动手的能力，知道了勤动脑的好处，为将来更好的适应工作打下了坚实基础。总之经过完成毕业设计使我收益非浅。致谢转眼之间大学三年的学习生活即将结束了，回想三年的生活感慨万千，其中包含了刚刚在校园学习生活时的迷茫，对毕业后未来工作的的憧憬与迷惑和遇到困难时的无措与慌张，最终问题得以解决茅塞顿开后的充实与满足的感受和本次设计的得以完成。这些都和我所处的环境，我身边从五湖四海相聚在一起的同学，志同道合的朋友以及我们的良师益友老师是分不开的。很感谢你们给我的帮助和陪伴。在毕业设计过程中我遇到了很多的困难从题目的选定，查找资料，内容的编写以及软件的安装后的调试仿真等等，虽然经过努力但效果不是很明显，之后经过老师的指点修改下和同学们的监督建议下完成。并且让我认识到了自己的学识、经历、经验的不足，需要不断的努力进取，同时对于相互合作共同进步这句话也得到了进一步的认识。总之这次的毕业设计让我认识到了不足，对以前的知识得到了回顾与复习，对查找资料，搜素信息的能力得到了很大的提高，这跟老师的指导和同事们的帮助是密不可分的。再一次感谢陪伴过我的人们与帮助过我的老师、同学、同事，以及在本设计中被我引用或参考的论著的作者。感谢你们！八、参考文献[1]邵靖楠. 变频器故障诊断技术研究与分析. 《中国管理信息化》.2015[2] 戴一平.可编程控制器技术及应用.北京机械工业出版社，2004.[3] 张福生，升降机的一般理论. <机电整合控制专刊>，2000[4]张文华.PLC的发展及在工业生产中的应用.《黑龙江科技信息》，2014[5]周云波. PLC在三相异步电机控制中的应用[J].现代电子技术 2003，[6]黄桂梅等. PLC电梯控制系统的设计与实践[M].制造业自动化，2007. [7]何仿山.可编程序设计范例大全[M].上海同济大学出版社，1997[8]吴震. 基于AVR的底片自动定位系统的设计.《现代电子技术》，2010. [9]黄大雷等.可编程控制器及其应用[M].北京人民交通出版社，1992[10] 无忧草，三菱PLC仿真软件GX-Simulator6-c的安装和使用方法，《网络》， 2013
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