基于PLC的自動提升梯的控制設(shè)計

摘 要：為了自動提升工件，減輕工人的勞動強(qiáng)度。本文結(jié)合前人的設(shè)計經(jīng)驗，提出了一款基于西門子PLC控制的自動提升梯的軟硬件設(shè)計方案。該自動提升梯通過控制繼電器動作控制單相220 V交流電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，結(jié)合光電限位開關(guān)、減速機(jī)，完成了自動升降梯的工作需求。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低，極大提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：自動升降 PLC 交流電機(jī)

中圖分類號：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（b）-0020-01

可編程控制器（Programmable Logic Controller，通常稱PLC）是一種工業(yè)控制計算機(jī)，具有模塊化結(jié)構(gòu)、配置靈活、高速的處理速度、精確的數(shù)據(jù)處理能力、多種控制功能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和優(yōu)越的性價比等性能， 能充分適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，簡單易懂，操作方便，可靠性高，是目前廣泛應(yīng)用的控制裝置之一[1，2]。

本文針對的是自動提升300 kg以內(nèi)的重物，要求操作簡單、可靠性高，自動提升到一定高度后再返回到初始位置來提供全套的軟硬件設(shè)計制作。我們將采用西門子S7-200作為控制核心，通過控制單相電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，配合減速機(jī)、鏈條等傳動機(jī)構(gòu)，加上光電接近開關(guān)一起來完成自動提升梯的軟硬件設(shè)計制作。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

自動提升梯的控制系統(tǒng)主要由交流電機(jī)、西門子PLC、MCGS觸摸屏、光電接近開關(guān)、減速機(jī)、提升底座、鏈條、定滑輪、24 V電源單元、繼電器單元組成。通過觸摸屏提供人機(jī)交互操作平臺，以PLC為控制核心，通過傳動機(jī)構(gòu)完成提升動作。

1.1 單相電機(jī)正反轉(zhuǎn)原理與接線方法

單相電機(jī)有兩個繞組：主繞組又稱工作繞組或運(yùn)行繞組，副繞組又稱啟動繞組，有的小負(fù)載單相電機(jī)這兩個繞組完全一樣，互相可以交換，但多數(shù)單相電機(jī)（帶較大負(fù)載的農(nóng)用電機(jī)）為了增大啟動力矩，副繞組線圈細(xì)、匝數(shù)多、阻值大；副繞組與主繞組之間有一啟動電容。控制交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，只要交換兩個繞組中的一個繞組的首尾接線就可，交換電源L/N是無效的。在其它文章中，出現(xiàn)過用倒相器倒換供電順序[3]，本文中利用220 V5 A繼電器通過PLC輸出狀態(tài)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動方向。某一時刻利用繼電器把主副繞組分成四個接線頭，該時刻通電則電機(jī)朝一方向轉(zhuǎn)動，到達(dá)預(yù)期地點(diǎn)后，停止電機(jī)工作，改變其中主繞組接線方向，繼續(xù)通電，則該電機(jī)反向轉(zhuǎn)動，達(dá)到控制的目的。

1.2 MCGS觸摸屏性能特點(diǎn)

MCGS即“監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)”，英文全稱為Monitor and Control Generated System。MCGS是為工業(yè)過程控制和實(shí)時監(jiān)測領(lǐng)域服務(wù)的通用計算機(jī)系統(tǒng)軟件，具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。MCGS為解決工程監(jiān)控問題提供了豐富多樣的手段，從設(shè)備驅(qū)動（數(shù)據(jù)采集）到數(shù)據(jù)處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出、曲線顯示等各個環(huán)節(jié)，均有豐富的功能組件和常用圖形庫可供選用，用戶只需根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點(diǎn)，進(jìn)行方案設(shè)計和組態(tài)配置，即可生成用戶應(yīng)用軟件系統(tǒng)。MCGS系統(tǒng)由五大功能部件組成，主要的功能部件以構(gòu)件的形式來構(gòu)造。不同的構(gòu)件有著不同的功能，且各自獨(dú)立。三種基本類型的構(gòu)件（設(shè)備構(gòu)件、動畫構(gòu)件、策略構(gòu)件）完成了MCGS系統(tǒng)三大部分（設(shè)備驅(qū)動、動畫顯示和流程控制）的所有工作。用戶也可以根據(jù)需要，定制特定類型構(gòu)件，使MCGS系統(tǒng)的功能得到擴(kuò)充。本文利用MCGS觸摸屏，通過可視化界面實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的指令操控，操作人員無需培訓(xùn)，均能很好的完成整個流程的操作。

本文次采用550 W電機(jī)配合減速機(jī)作為傳動核心，固定在底部，通過PLC的輸出，進(jìn)行自動啟停，反轉(zhuǎn)等動作。加上光電限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)了自動低位、控制精度高等特點(diǎn)。光電限位開關(guān)采用PNP型，如果有運(yùn)動物體接近，就會輸出一個直流電壓，與PLC的輸入端連接，通過輸入變化編寫對應(yīng)的程序，改變繼電器的開關(guān)動作，實(shí)現(xiàn)全程自動提升的功能。

2 軟件編寫

2.1 PLC邏輯控制

利用PLC控制跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)動，I0.0為系統(tǒng)啟動按鈕，I0.1為系統(tǒng)停止按鈕，I0.2為系統(tǒng)過載保護(hù)，I0.3～0.6為光電限位開關(guān)；Q0.0電機(jī)轉(zhuǎn)動，Q0.1電機(jī)反轉(zhuǎn)。

其總體流程圖，開機(jī)自檢不斷掃描有無提升請求（I0.0是否是1），如果為1，電機(jī)轉(zhuǎn)動提升重物，當(dāng)提升到一定位置遮擋光電限位開關(guān)后，停止提升1 min，然后反轉(zhuǎn)直到碰到下面限位開關(guān)后，停止動作5 s，然后正轉(zhuǎn)10 s到達(dá)初始地點(diǎn)，等待下次提升，這樣就完成一個操作流程。為了避免限位開關(guān)失靈，上下兩側(cè)各采用雙限位開關(guān)工作。如果沖破第一個限位開關(guān)沒有反轉(zhuǎn)，到達(dá)第二個限位開關(guān)后馬上停車，并報警。

2.2 MCGS觸摸屏程序編寫

根據(jù)具體操作情況畫出監(jiān)控圖，利用電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕觸發(fā)操作，通過實(shí)時數(shù)據(jù)庫窗口添加變量，建立指示燈等警報裝置；設(shè)備連接窗口利用通用串口父設(shè)備添加西門子-S7-200，通過增加設(shè)備通道增加變量，建立與PLC的軟件連接，通過測試完成了預(yù)期效果。

3 結(jié)論

采用西門子PLC作為本跟蹤控制系統(tǒng)的核心部件可提高系統(tǒng)的抗干擾性和穩(wěn)定性；選擇限位開關(guān)作為傳感器的檢測電路，提高了定位的準(zhǔn)確性；采用MCGS觸摸屏實(shí)現(xiàn)自動控制和監(jiān)控程序的編寫，完成控制過程的邏輯順序使自動提升梯的操控性得到了保證。該裝置提高了生產(chǎn)效率，減少了人工成本，經(jīng)過半年的投產(chǎn)使用，達(dá)到了預(yù)期效果。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性分析報告，此裝置后期維護(hù)簡單，成本低廉，與使用人工相比，一年半就能收回成本。因此，引入自動控制系統(tǒng)能提高生產(chǎn)效率，降低人工成本，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]張萬忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]林春方.可編程控制器原理及其應(yīng)用[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2004.

[3]錢麗霞.單相電刨電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制方法[J].電子報第011版，2012，5，13.