機電一體化技術(shù)自動生產(chǎn)線兩層式升降電梯控制系統(tǒng)設(shè)計

1、福建信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設(shè)計）論文題目：自動生產(chǎn)線兩層式升降電梯控制系統(tǒng)設(shè)計系 別： 機電工程系 專 業(yè)：機電一體化技術(shù) 班 級： 機電0811 學 號： 0803031123 學生姓名： 指導(dǎo)教師： 目 錄1.緒論11.1研究自動生產(chǎn)線兩層式升降電梯控制系統(tǒng)的意義11.2自動生產(chǎn)線兩層式升降電梯控制系統(tǒng)的研究思路和主要內(nèi)容12自動升降電梯機械系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)概述22.1自動升降電梯機械系統(tǒng)的組成22.2自動升降電梯自動控制系統(tǒng)的組成43自動升降電梯系統(tǒng)的工作原理和控制要求54 自動升降電梯系統(tǒng)的PLC型號的確定64.1基本模塊的選擇64.2擴展模塊的選擇75自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)

2、程序設(shè)計85.1自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的I/O地址分配85.2自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的外圍接線圖95.3自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的狀態(tài)流程圖95.4自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的梯形圖程序105.5自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的程序模擬及調(diào)試17仿真軟件介紹175.5.2 調(diào)試的過程說明和結(jié)果分析196總結(jié)和展望206.1論文的主要研究成果和不足206.2進一步研究的方向207致謝21參考文獻：22自動生產(chǎn)線兩層式升降電梯控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要: 文章主要介紹的是自動生產(chǎn)線兩層式升降電梯的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計。它詳細地闡述了系統(tǒng)組成、系統(tǒng)工作原理、系統(tǒng)的PLC梯形圖程序設(shè)計以及利用模擬軟件進行

3、程序的調(diào)試過程。該系統(tǒng)控制原理簡單、操作方便、自動化程度較高且穩(wěn)定性強，對于工廠的不間斷生產(chǎn)作業(yè)有很強的實用性。關(guān)鍵詞: 升降電梯 PLC 自動生產(chǎn)線 1.緒論1.1研究自動生產(chǎn)線兩層式升降電梯控制系統(tǒng)的意義 自動生產(chǎn)線兩層式升降電梯的控制系統(tǒng)用PLC控制有很高的穩(wěn)定性和可操作性，高的穩(wěn)定性正是工廠不間斷生產(chǎn)所要求的，可操作性為當生產(chǎn)有新的任務(wù)要求時可以重新設(shè)計或手動操作以達到不同的任務(wù)要求，操作方便?，F(xiàn)在的一些工廠中常見的升降機械很多由工頻電機直接帶動運行，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。這些升降機械存在一些明顯的問題，如啟動停止和運行不平穩(wěn)，升降運動過程

4、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)急運行，存在安全隱患等等?；谶@些問題使得這些升降機械很難在工廠生產(chǎn)中發(fā)揮高效率的作用，同時也使得這些生產(chǎn)的升降機械無法與自動化生產(chǎn)線配套使用，也無法根據(jù)實際的生產(chǎn)需要轉(zhuǎn)換和調(diào)整升降機械的動作方式和工作順序。而該升降電梯控制和驅(qū)動系統(tǒng)，可以完成對升降電梯自動運行的智能化控制和管理，可以根據(jù)生產(chǎn)線的實際生產(chǎn)需要和具體工藝要求自動調(diào)整升降方向和速度快慢。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。因此，本課題的研究有深遠的現(xiàn)實意義。1.2自動生產(chǎn)線兩層式升降電梯控制系統(tǒng)的研究思路和主要內(nèi)容本課題擬在分析系統(tǒng)的

5、控制要求、工作原理及工藝要求的基礎(chǔ)上，確定本系統(tǒng)的總體控制方案，進行輸入輸出點的分配，繪制控制系統(tǒng)接線圖，接著完成控制流程圖的繪制，然后再設(shè)計梯形圖程序，緊接著利用模擬仿真軟件進行調(diào)試、完善控制要求、分析并運行程序，最后完成論文的撰寫。 本課題的主要內(nèi)容如下：（1）根據(jù)系統(tǒng)控制要求選擇PLC型號以便進行系統(tǒng)設(shè)計；（2）進行自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的I/O地址分配；（3）繪制自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的外圍接線圖；（4）繪制自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的狀態(tài)流程圖；（5）編寫自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的梯形圖程序；（6）進行自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的程序模擬及調(diào)試；（7）總結(jié)與展望。2自動升降

6、電梯機械系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)概述2.1自動升降電梯機械系統(tǒng)的組成自動升降電梯的機械系統(tǒng)主要由驅(qū)動單元、升降架互鎖裝置、升降機構(gòu)、輥床、皮帶、導(dǎo)向輪子等組成，如下列圖所示：圖2-1是該機械系統(tǒng)的整體構(gòu)造，圖2-2 為系統(tǒng)的驅(qū)動單元，圖2-3為升降架互鎖裝置，圖2-4為該系統(tǒng)上的輥床，圖2-5 為輥床上的輸送輥子，圖2-6為系統(tǒng)皮帶的安裝與導(dǎo)向輪。圖2-1自動升降電梯的機械系統(tǒng)的整體構(gòu)造圖2-2 驅(qū)動單元 圖2-3升降架互鎖裝置圖2-4 輥床圖2-5 輥床上的輸送輥子圖2-6皮帶的安裝與導(dǎo)向輪2.2自動升降電梯自動控制系統(tǒng)的組成自動升降電梯的自動控制系統(tǒng)的組成如下圖2-7所示。 圖2-7 自動升降電

7、梯的自動控制系統(tǒng)的組成可編程控制器PLC采集外部輸入點的輸入信號，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，人機界面上的輸入信號，經(jīng)過邏輯判斷和運算后輸出相應(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。來完成將一層樓的白車身自動的轉(zhuǎn)移到另外一層樓的庫位上。3自動升降電梯系統(tǒng)的工作原理和控制要求自動升降電梯的工作狀態(tài)分為自動運行狀態(tài)和手動/檢修操作狀態(tài)，兩個工作狀態(tài)相互獨立彼此分開。當升降電梯處于自動運行狀態(tài)下時，要求手動/檢修操作盒的所有按鈕無效，同樣當設(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動檢修。在自動運行時要求升降機

8、能夠?qū)⒁粚訕堑难┣粒◣О总嚿恚┳詣拥膫魉偷搅硗庖粚訕堑膸煳簧?，并自動返回到出發(fā)點進行下一個工作周期。這個過程中要求PLC能根據(jù)外部生產(chǎn)線的速度自動調(diào)節(jié)升降機的運轉(zhuǎn)速度。要求升降機的雪橇底座能夠準確平層，能夠判斷進出口堵塞情況的發(fā)生，能夠自動的連續(xù)點動正反轉(zhuǎn)，以自動消除進出口的堵塞現(xiàn)象，減少不必要的停機發(fā)生。同時能根據(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，能避免設(shè)備安全事故的發(fā)生。要求設(shè)備具有應(yīng)急運行功能，減少因設(shè)備故障造成的生產(chǎn)線停機。4自動升降電梯系統(tǒng)的PLC型號的確定本系統(tǒng)控制升降電梯,采用集選控制方式。為了完成設(shè)定的控制任務(wù),主要根據(jù)升降電梯輸入/輸出點數(shù)確定PLC的機型。4.

9、1基本模塊的選擇目前比較多用的PLC主要有西門子系列，OMRON系列，三菱系列，松下系列等等，各類型有缺點分別如下：OMRON系列的PLC程序代號太繁瑣；PLC編程器結(jié)構(gòu)太大(帶24V變壓),像個箱子一樣,遠沒有松下,KEYENCE的小巧；數(shù)據(jù)線因針孔相插的原因,容易損壞；OMRON PLC實在是比較貴,除了一些重要的設(shè)備上使用外,真的不如用其它PLC。OMRON一般只能使用在重型機械的控制及要求穩(wěn)點性能高的設(shè)備上。三菱PLC有自帶24V變壓和外置24V變壓兩種。外置變壓的結(jié)構(gòu)與KEYENCE的較為相似,比較矮，內(nèi)置變壓的比較高。三菱PLC性能比較穩(wěn)定,燒點的現(xiàn)象沒有KEYENCE那么嚴重，但

10、也有發(fā)生。三菱PLC程序代號較為簡單(如:輸入點1用X1,輸出點1用Y1,內(nèi)部斷電器有M1等)成本方面較OMRON，KEYENCE便宜.松下系列老型號的PLC體積很小,輸入輸出的點都是積中在一起與OMRON的擴展口有點相似，新型號的在模仿KEYENCE及三菱等PLC的輸入輸出用一個一個的接線點表示。松下PLC優(yōu)缺點并存,優(yōu)點在于體積小,價格低；缺點在于,容易燒點,這種PLC有時你接到設(shè)備上閑置一段時間都有可能燒點。西門子PLC與之上各PLC相比，西門子PLC有如下優(yōu)點：(1)配置簡單。各種機型均可采用相同配置，簡化設(shè)備采購和倉庫庫存管理。(2)編程方便。用戶可根據(jù)不同機型的流程要求編制程序，程

11、序調(diào)試和修改都非常簡便，能根據(jù)客戶需求進行變化；程序可采用密碼保護，保護自己的勞動成果。而且PLC采用的梯形圖語言簡單易學，容易上手，不像單片機控制系統(tǒng)那樣復(fù)雜而且一旦定型不易修改，不能根據(jù)客戶需求變化。(3)系統(tǒng)能非常方便地連接到PC機監(jiān)控系統(tǒng)或其他系統(tǒng)如樓宇自控系統(tǒng)中，根據(jù)應(yīng)用情況，有時可無須增加額外硬件就能實現(xiàn)；增加適當硬件可連接到互聯(lián)網(wǎng)上。(4)系統(tǒng)外觀高檔，控制靈活，精確度高；故障率極低，節(jié)省維護成本。綜上所述，在本次設(shè)計中選用西門子PLC進行過程控制。再結(jié)合已有的條件以及編程的可操作性和簡易型，選用S7-226CN進行編程和仿真調(diào)試。S7-226CN針對低性能要求的小型PLC，它能

12、夠控制各種設(shè)備以滿足自動化控制需求，緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強大的指令集使S7-226CN成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。根據(jù)電梯控制的要求，需要21個輸入/14個輸出點， CPU226CN集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點,可連接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O 點或35路模擬量I/O 點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的

13、模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng),是具有較強控制力的控制器，用于控制電梯的運行。所以自動生產(chǎn)線兩層式升降電梯PLC系統(tǒng)設(shè)計可選用CPU226CN作為主控制器。下圖4-1為CPU226CN的外觀圖。圖4-1 CPU226CN外觀圖4.2擴展模塊的選擇S7-200系列目前總共可以提供三大類，共10種數(shù)字量輸入/輸出擴展模塊：輸入擴展模塊EM221CN 兩種類型（8點DC24V輸入和16點DC24V輸入）、輸出擴展模塊EM222CN兩種類型（8點DC24V輸出和8點繼電器輸出）、輸入/輸出擴展模塊EM223六種類型（DC24V 4輸入/D

14、C 4輸出，DV24V 4輸入/繼電器4輸出；DC24V 8輸入/8輸出，DV24V 8輸入/繼電器8輸出；DC24V 16輸入/16輸出，DV24V 16輸入/繼電器16）。根據(jù)估算的I/O口數(shù)量，因基本模塊I/O口已滿足該系統(tǒng)的控制要求，所以無需選用擴展模塊。5自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計5.1自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的I/O地址分配自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的I/O地址分配表如下表5-1、表5-2所示。 表5-1 自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的I地址分配表序號輸入地址設(shè)備符號設(shè)備名稱設(shè)備功能1I0.0SB0按鈕電源開啟2I0.1SA1切換開關(guān)手動(0)/自動(1)切換3I0.2SB

15、1按鈕自動啟動4I0.3SB2按鈕急停5I0.4SC1光電接近開關(guān)一樓位置升降機接車檢測6I0.5SC2光電接近開關(guān)滑撬在輥床前端位置檢測7I0.6SC3光電接近開關(guān)滑撬在輥床末端位置檢測8I0.7SC4光電接近開關(guān)鎖緊電機打開到位檢測9I1.0SC5光電接近開關(guān)鎖緊電機關(guān)閉到位檢測10I1.1SC6光電接近開關(guān)升降機上升到位檢測11I1.2SC7光電接近開關(guān)升降機下降到位檢測12I1.3SQ1行程限位開關(guān)升降機上升限位保護13I1.4SQ2行程限位開關(guān)升降機下降限位保護14I1.5SC8光電接近開關(guān)二樓位置出車檢測15I2.1SB3按鈕手動輥床向前按鈕16I2.2SB4按鈕手動輥床向后按鈕1

16、7I2.3SB5按鈕手動鎖緊電機關(guān)閉18I2.4SB6按鈕手動鎖緊電機打開19I2.5SB7按鈕手動升降機上升20I2.6SB8按鈕手動升降機下降21I2.7SB9按鈕系統(tǒng)復(fù)位表5-2 自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的O地址分配表序號輸出地址設(shè)備符號設(shè)備名稱設(shè)備功能1Q0.0KM1接觸器線圈控制輥床向前運行2Q0.1KM2接觸器線圈控制輥床向后運行3Q0.2KM3接觸器線圈控制鎖緊電機打開4Q0.3KM4接觸器線圈控制鎖緊電機關(guān)閉5Q0.4KM5接觸器線圈控制升降機上升6Q0.5KM6接觸器線圈控制升降機下降7Q0.6HL1綠色指示燈電源開啟指示8Q0.7HL2白色指示燈自動啟動指示9Q1.0HL

17、3白色指示燈輥床向前運行指示10Q1.1HL4白色指示燈輥床向后運行指示11Q1.2HL5白色指示燈鎖緊電機打開指示12Q1.3HL6白色指示燈鎖緊電機關(guān)閉指示13Q1.4HL7白色指示燈升降機上升指示14Q1.5HL8白色指示燈升降機下降指示5.2自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的外圍接線圖自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的外圍接線圖如下圖5-1所示。 圖5-1 自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的外圍接線圖5.3自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的狀態(tài)流程圖自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的狀態(tài)流程圖如下圖5-2所示。圖5-2 自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的狀態(tài)流程圖5.4自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的梯形圖程序自動升降電梯P

18、LC控制系統(tǒng)的梯形圖程序如下圖5-3所示。 圖5-3自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的梯形圖程序圖1圖5-3自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的梯形圖程序圖2（續(xù)1）圖5-3自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的梯形圖程序圖3（續(xù)2） 圖5-3自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的梯形圖程序圖4（續(xù)3） 圖5-3自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的梯形圖程序圖5（續(xù)4）圖5-3自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的梯形圖程序圖6（續(xù)5）5.5自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的程序模擬及調(diào)試自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的仿真軟件介紹(1)仿真軟件界面介紹中文名:(SIEMENS)西門子S7-200 PLC仿真軟件英文名: S7_200 Version 3

19、.0仿真軟件的界面，如圖5-4所示，和所有基于Windows的軟件一樣，仿真軟件最上方是菜單，仿真軟件的所有功能都有對應(yīng)的菜單命令；在工件欄中列出了部分常用的命令（如PLC程序加載，啟動程序，停止程序、AWL、KOP、DB1和狀態(tài)觀察窗口等）。圖5-4 自動升降電梯PLC控制系統(tǒng)的仿真軟件界面(2)準備工作仿真軟件不提供源程序的編輯功能，因此必須和STEP7 Micro/Win程序編輯軟件配合使用，即在STEP7 Micro/Win中編輯好源程序后，然后加載到仿真程序中執(zhí)行。A在STEP7 Micro/Win中編輯好梯形圖B利用File Export命令將梯形圖程序?qū)С鰹閿U展名為awl的文件C

20、如果程序中需要數(shù)據(jù)塊，需要將數(shù)據(jù)塊導(dǎo)出為txt文件。(3)程序仿真A.啟動仿真程序。B.利用Configuration CPU Type選擇合適的CPU類型，如圖5-5所示。圖5-5 CPU類型的選擇C.模塊擴展（不需要模塊擴展的程序該步驟可以省略）選擇需要擴展的模塊類型后，點擊Accept按鈕即可。擴展模塊后的仿真軟件界面如圖5-6所示。 圖5-6 擴展模塊后的仿真界面D.程序加載選擇仿真程序的Program Load Program命令，打開加載梯形圖程序窗口如圖5-7所示，僅選擇Logic Block（梯形圖程序）和Data Block（數(shù)據(jù)塊）。點擊Accept按鈕，從文件列表框分別選

21、擇awl文件和文本文件（數(shù)據(jù)塊默認的文件格式為dbl文件，可在文件類型選擇框中選擇txt文件）。圖5-7 程序加載窗口加載成功后，在仿真軟件中的AWL、KOP和DB1觀察窗口中（如圖5-8所示）就可以分別觀察到加載的語句表程序、梯形圖程序和數(shù)據(jù)塊。 圖5-8 仿真軟件的AWL、DB1和KOP觀察窗口E.點擊工具欄按鈕，啟動仿真。F.仿真啟動后，利用工具欄中的按鈕，啟動狀態(tài)觀察窗口。在Address對應(yīng)的對話框中，可以添加需要觀察的編程元件的地址，在Format對應(yīng)的對話框中選擇數(shù)據(jù)顯示模式。點擊窗口中的Start按鈕后，在Value對應(yīng)的對話框中可以觀察按照指定格式顯示的指定編程元件當前數(shù)值。

22、在程序執(zhí)行過程中，如果編程元件的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，Value中的數(shù)值將隨之改變。利用狀態(tài)觀察窗口可以非常方便的監(jiān)控程序的執(zhí)行情況。 調(diào)試的過程說明和結(jié)果分析編好的程序用S7-200仿真軟件進行了仿真，步驟如下：第一步：把程序?qū)С霰４鏋椤白詣由a(chǎn)線兩層式升降電梯.awl”文件；第二步：打開仿真軟件，選擇CPU226；第三步：裝載“自動生產(chǎn)線兩層式升降電梯.awl”文件；第四步：監(jiān)控梯形圖，運行PLC，如圖5-9所示； 圖 5-9 程序的仿真調(diào)試第五步：點擊輸入點，使相應(yīng)輸入點閉合，查看梯形圖輸出情況；第六步：根據(jù)仿真情況對程序進行相應(yīng)的修改和調(diào)試； 通過仿真與調(diào)試，最終得到的程序符合所要求的控制系統(tǒng)

23、的各項要求。6總結(jié)和展望6.1論文的主要研究成果和不足本次設(shè)計利用S7-200可編程控制器實現(xiàn)對升降電梯的控制。通過I/O口的估算，合理的選擇PLC的型號。根據(jù)升降電梯的控制要求，合理的分配I/0口，繪制流程圖，編寫升降電梯控制程序，并通過軟件對程序進行仿真調(diào)試，使升降電梯實現(xiàn)了將一樓的雪橇和白車身送至二樓庫位的自動控制，即當一樓位置有車來時，輥床接車，接車完成，鎖緊電機打開，升降機上升，上升到位，鎖緊電機關(guān)閉，等待二樓出車，二樓出車，出車完成后鎖緊電機打開，升降機下降，下降到位后鎖緊電機鎖緊，進入循環(huán)。每一步的動作都有相應(yīng)的指示燈指示，操作方便，工作流程清晰，達到了預(yù)定的設(shè)計目的。這次設(shè)計也

24、存在一定的不足。由于時間的倉促、設(shè)備條件和專業(yè)知識的限制，只能模擬升降電梯控制，用軟件進行仿真，未能對相關(guān)的元器件進行選型和制作升降電梯模型。另外，整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點和錯誤，肯請閱讀此篇論文的老師多予指正。面對問題，才有可能解決問題。不足和遺憾不會給我打擊，只會更好的鞭策我前行，今后我更會關(guān)注新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進的知識，更好的為社會做出應(yīng)有的貢獻，為祖國建設(shè)做出貢獻。6.2進一步研究的方向自動生產(chǎn)線升降電梯的利用將越來越廣泛，未來的自動化生產(chǎn)線升降電梯將與其它的自動化生產(chǎn)設(shè)備組合起來，利用PLC之間的通信行成一個自動化程度極高的自動化網(wǎng)絡(luò)，并和觸摸屏、生產(chǎn)看板系統(tǒng)、生產(chǎn)控制系統(tǒng)組合起來