基于PLC的自動提升梯的控制設計

摘 要：為了自動提升工件，減輕工人的勞動強度。本文結合前人的設計經驗，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交流電機的轉動方向，結合光電限位開關、減速機，完成了自動升降梯的工作需求。該裝置結構簡單、成本低，極大提高了工作效率。

關鍵詞：自動升降 PLC 交流電機

中圖分類號：TB47 文獻標識碼：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）是一種工業控制計算機，具有模塊化結構、配置靈活、高速的處理速度、精確的數據處理能力、多種控制功能、網絡技術和優越的性價比等性能， 能充分適應工業環境，簡單易懂，操作方便，可靠性高，是目前廣泛應用的控制裝置之一[1，2]。

本文針對的是自動提升300 kg以內的重物，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，通過控制單相電機的正反轉，配合減速機、鏈條等傳動機構，加上光電接近開關一起來完成自動提升梯的軟硬件設計制作。

1 系統硬件設計

自動提升梯的控制系統主要由交流電機、西門子PLC、MCGS觸摸屏、光電接近開關、減速機、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交互操作平臺，以PLC為控制核心，通過傳動機構完成提升動作。

1.1 單相電機正反轉原理與接線方法

單相電機有兩個繞組：主繞組又稱工作繞組或運行繞組，副繞組又稱啟動繞組，有的小負載單相電機這兩個繞組完全一樣，互相可以交換，但多數單相電機（帶較大負載的農用電機）為了增大啟動力矩，副繞組線圈細、匝數多、阻值大；副繞組與主繞組之間有一啟動電容。控制交流電機的正反轉，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輸出狀態控制電機轉動方向。某一時刻利用繼電器把主副繞組分成四個接線頭，該時刻通電則電機朝一方向轉動，到達預期地點后，停止電機工作，改變其中主繞組接線方向，繼續通電，則該電機反向轉動，達到控制的目的。

1.2 MCGS觸摸屏性能特點

MCGS即“監視與控制通用系統”，英文全稱為Monitor and Control Generated System。MCGS是為工業過程控制和實時監測領域服務的通用計算機系統軟件，具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點。MCGS為解決工程監控問題提供了豐富多樣的手段，從設備驅動（數據采集）到數據處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出、曲線顯示等各個環節，均有豐富的功能組件和常用圖形庫可供選用，用戶只需根據工程作業的需要和特點，進行方案設計和組態配置，即可生成用戶應用軟件系統。MCGS系統由五大功能部件組成，主要的功能部件以構件的形式來構造。不同的構件有著不同的功能，且各自獨立。三種基本類型的構件（設備構件、動畫構件、策略構件）完成了MCGS系統三大部分（設備驅動、動畫顯示和流程控制）的所有工作。用戶也可以根據需要，定制特定類型構件，使MCGS系統的功能得到擴充。本文利用MCGS觸摸屏，通過可視化界面實現對電機的指令操控，操作人員無需培訓，均能很好的完成整個流程的操作。

本文次采用550 W電機配合減速機作為傳動核心，固定在底部，通過PLC的輸出，進行自動啟停，反轉等動作。加上光電限位開關實現了自動低位、控制精度高等特點。光電限位開關采用PNP型，如果有運動物體接近，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的程序，改變繼電器的開關動作，實現全程自動提升的功能。

2 軟件編寫

2.1 PLC邏輯控制

利用PLC控制跟蹤系統的運動，I0.0為系統啟動按鈕，I0.1為系統停止按鈕，I0.2為系統過載保護，I0.3～0.6為光電限位開關；Q0.0電機轉動，Q0.1電機反轉。

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

2.2 MCGS觸摸屏程序編寫

根據具體操作情況畫出監控圖，利用電機正轉按鈕觸發操作，通過實時數據庫窗口添加變量，建立指示燈等警報裝置；設備連接窗口利用通用串口父設備添加西門子-S7-200，通過增加設備通道增加變量，建立與PLC的軟件連接，通過測試完成了預期效果。

3 結論

采用西門子PLC作為本跟蹤控制系統的核心部件可提高系統的抗干擾性和穩定性；選擇限位開關作為傳感器的檢測電路，提高了定位的準確性；采用MCGS觸摸屏實現自動控制和監控程序的編寫，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。該裝置提高了生產效率，減少了人工成本，經過半年的投產使用，達到了預期效果。根據經濟性分析報告，此裝置后期維護簡單，成本低廉，與使用人工相比，一年半就能收回成本。因此，引入自動控制系統能提高生產效率，降低人工成本，達到了預期目標。

參考文獻

[1]張萬忠.可編程控制器應用技術[M].北京：化學工業出版社，2001.

[2]林春方.可編程控制器原理及其應用[M].上海：上海交通大學出版社，2004.

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