基于PLC的生产线自动升降机设计

基于PLC的生产线自动升降机设计

摘要

在社会生产技术不断进步的背景下，变频技术和PLC控制技术的应用范围不断的扩大，工厂自动化生产线不断的增多。有些行业由于生产工艺要求或车间生产环境的限制，要求一些生产线配备相应的提升装置。对于目前所出现的这种情况，这篇文章收集了大量的文献资料，首先阐述了可编程控制器的概念和特点，然后系统介绍了运输电梯系统的组成和控制原理，并对运输电梯自动控制系统的电机驱动系统和自动控制系统进行了研究，发现由西门子S7-200PLC和西门子MM420变频器组成的提升控制系统能够实现提升机械的自动化和智能化控制，也能够满足生产工艺要求和工厂生产需要。调整起重机械的速度和方向。也可以在变频器故障的情况下切换应急频率。因此，在总的意义上来说，这个系统自动化水平较高，应用范围较广，可应用于国内外各类生产线。

关键词：升降机系统；PLC；自动化设计

第一章 绪论

1.1可编程序控制器的特点及应用

1.1.1PLC的应用

在上世纪60年代末期，美国数字设备公司开发了世界上第一个可编程控制器，这个可编程控制器在当时非常的先进，而且是当时进行编程控制所必备的装置，主要由结构分离的元件和中小型规模的继承电路等部分组成，主要功能是通过继电器进行顺序控制、定时等..20世纪70年代初，成本更低、功能更全、体积更小的微处理器被广泛应用于PLC设备中，大大提高了其性能水平。对于机械系统，除了转换模块的维护要求外，还添加了许多特殊功能模块，例如工程控制模块和模拟模块。 对于类似的软件，PLC允许用户使用传统的基于逻辑的操作以及使用简单语言编程语言（例如梯形图编程，自动化操作和许多其他思考任务）的数据处理。 在上世纪的80年代中期，随着集成电路技术的广泛发展和使用范围的不断扩大，微处理器的价格急剧下降，从而导致微处理器和PLC以及进一步的PLC的价格和等级增加。大型制造商和芯片都已经开发出特殊的逻辑处理程序，从而大大提高了效率水平。

1.1.2PLC的特点

在现代信息社会的背景下，PLC的功能得到了改善，已经算是当时社会背景下一个比较完美的程序了，应用程序也得到了完善，它具有高可靠性的功能，PLC的操作性能，具体取决于软件的操作模式和功能。 完善而完整的输入输出接口（I / O端口），根据特定的加工环境和生产制造特点，PLC可以直接连接到生产设备上，这样可以使得整个过程变得更加的直接以及便捷。 同时，不同类型的人机界面模块可以极大地提高设备的性能。

使用的模块化结构主要组件是CPU，电源，I / O等，使用的模块化结构和各种功能模块通过机架和电缆连接，功能应根据用户的实际需求进行组装。

编程有一个非常有利的又是就是非常简单容易。 PLC编程通常使用用于编程人员的编程语言（例如梯形图），类似于继电器连接控制库，不需要任何专业计算机技能就可以成为从业人员。

第二个优点就是便于维护，而且安装简单。PL不需要安装专用的计算机室，并且可以在典型的工业环境中直接运行。

1.2输入回路的选择特点

首先，AC85-240V型号非常受欢迎并且具有合适的水平。 但同时，为了达到抗干扰效果，必须安装能量清洁组件，比如说电源滤波器。

其次，PLC DC24V的电源仅从十毫安到几百毫安，并且电流容量低。 电源电路过载或短路，从而威胁到PLC的正常运行。

如果外部电源可以具有输入回路，则如果PLC电源容量不足，则必须同时连接电源。

最后，应根据相关设计情况进行具体分析。

1.3输出回路的选择特点

1、多种输出回路的比较

（1）继电器输出：

优点是：可以在不同的公共点之间传递不同的可变电流和恒定电流，并且负载电压也不同，这样的优点使得继电器输出比起其他的输出方式变得特别的有利。

（2）晶闸管输出：

设备的负载能力为0.2A /点，其间充电电流为交流电，通常使用高频运行，响应时间通常为1ms。

（3）晶体管输出；

如果系统的输出频率小于6次/分钟，则输出设备必须是继电器。 由于其结构简单，当其频率低于10 次 / min时，可以使用同时输入模式，继电器和驱动器输出，PLC，达林顿机构等设备，并且可以大大降低负载水平。

抵抗干扰的能力与外部环境密切相关。 如果发生电源故障，它将对PLC输出电流产生越来越大的影响，因此必须将命令负载直接连接到二极管以接收AC感性负载，以实现对PLC设备的有效保护。 通过软件和PLC，这两个兄弟中的PLC设备必须从外部连接，以提高系统的安全性和可靠性。

GOM点的选择与PLC产品完全不同，并且不同PLC产品的COM点的数量略有不同。

如果PLC无法直接控制负载，则使用外部驱动器，也可以通过三极管或固态继电器对其进行控制，以控制晶闸管电路以及过流保护电路。 该电路和每个电路作为显示装置连接到二极管。 压力板使用插入式设备以方便设备的维护和测试。 如果您正在设计，则应仔细阅读本手册。

第二章 运输升降机系统概述

2.1运输升降机机械系统的组成

输送机升降机的主要部件包括以下部分：升降机进出机构，轿厢升降机构，轿厢中的提篮传送机构，升降机门安全机构和安全制动机构。

生产线上的产品通过电梯的进出口机制被运送到适当的地方。 吊篮传输机构在车辆中的主要功能是将货物传输到运输地点。 轿厢升降机的主要功能是升高或降低轿厢。

2.2运输升降机的工作原理和控制要求

运输升降机的工作条件包括自动化和维护。 并且，在具有外部控制信号的情况下，无法控制设备。 在这种情况下，只能通过维修手册盒进行维修。

而且需要避免不必要的停机时间，除此以外，升降机系统应能够按等级顺序移动，并同时根据生产要求调整传动的方向和速度。 这导致了一定的安全性和可靠性要求，以防止发生安全事故并要求紧急操作设备以避免由于故障而导致生产线停机。

第三章 运输升降机自动控制系统设计

3.1运输升降机的机械系统的组成

运输升降机的机构主要由以下部分组成：输送机，升降车吊篮，出口输送机和入口输送机，它们分别连接到每一层生产线的输送带上。 如图3-1所示：

图3-1

其主要功能是在升降机的入口和出口处连接连接带，如图3-2所示。

图3-2

图3-3

图3-3一般来说会选择电梯输出传送带作为工业传送带，而生产线传送带则使用该传送带。 皮带配有一个卡盘，可以根据运输需要来回旋转。 电梯轿厢的滑车与电梯机构一起完成产品的交付，如图3-4所示：

图3-4升降机的机械升降机构

图3-5

在运输吊篮中，吊篮转移机构和提升机构的组合如图3-6所示。

图3-6

自动提篮转移机构和中频进料传送带的组合如图3-7所示。

图3-7

电梯轿厢转移机构和2F输出输送机的组合如下图3-8所示。

图3-8

3.2运输升降机的电机驱动系统的组成

可以根据生产线的当前要求设置功率。 但是在缆车的电梯入口和传送带的设计阶段，这三个力仍然存在。 因为电梯在第一层和第二层之间运输货物。 但是，在第一层和第二层的入口和出口输送机是在传送带是在另一台发动机关闭时发生的。 变频器可以同时控制和操作多层的升降机出入口输送电机。

变频器和与吊篮中的输送机相连的驱动电动机的容量应与电流传输盘的容量相同，从而减小带式输送机的驱动方式之间的差异。便于设备的安装、设计、维护、调试以及检修。

升降电机和变频器的功率容量应根据生产和传输的当前要求，机械参数和安全系数以及所使用的变频器设备来确定。

方案选择：电机变频驱动系统和工频驱动系统，可以通过这种方案来完成所设定的目标。

结构示意图如图3-9所示。

图3---9系统结构示意图

PLC在图中以1〜12的比例选择Siemens s7-200226CPU，以适合相应的交流接触器，并且PLC会定期操作命名的设备。

改进建议：为避免在提升过程中发生短路，断裂，必须确保在具有相反功率频率的可变接触器中采取电气和机械耦合措施，反之亦然。为避免逆变器输出和功耗等不良现象，插座和电气设备应使用机械连接，电气连接和其他保护方法。

在自动模式下，当电梯位于一楼时，1＃变频器的正负电动机所需的驱动力。IV电动机由3号变频器驱动，电梯在上升位置旋转并运行逆向生产。

3.3运输升降机自动化控制系统的组成

运输升降机的工作状态包括校正模式和自动运行模式，这两个运行模式是独立的并且相互连接，以确保回路输出的唯一性并防止重复弹簧（例如双弹簧）的发生。

电梯自动控制系统的主要组件是电动机开关，触摸屏，按钮，指示器，开关，外部光电传感器，空气灯，警报器以及PLC控制的主要组件。

增强了发动机的性能，以在驾驶员的发动机大功率运转时保护发动机。通过人机界面，操作员可以操作，控制和显示控制设备，显示设备状态并记录重要信息，例如产品组和当前生产率。警示灯的主要组件是多缸信标和其他组件，不同的颜色具有不同的含义。同时在设备外部安装多个光电传感器，并打开外部输入信号，以告知操作员设备的运行状态。自动控制系统的电源关闭按钮可以中断设备的输出和输入，即直到设备处于手动或自动模式，直到按下紧急停止按钮为止。升降器自动关闭。它们每个都有一个光电传感器，用于确定产品的运输状态。同时，必须同时在传送带和自动吊架上连接两个光电传感器，并使用它们来确定产品的运输状态。

控制柜设计：根据现有控制箱生产线的生产要求，有自动控制系统和紧急编号变更。手动存储操作箱通常用于握住手和全部用手指按钮。

图3-10现场控制箱面板布置

图3-11检修点动盒外观图

图3-12主控制柜外观图

图3－13 2楼分控制箱外观

第四章 运输升降机自动运行工艺流程的设计

4.1运输升降机的外部传感器设置

外部传感器选择：光电传感器

光电传感器原理：

图4-1光电传感器电路

这个时候的内置的传感器会根据光的强度转换信号对设备加以控制。

它取决于敏感对象的红外反射或使用同步开关来检测所检测到的对象不仅仅是金属。 但是可以检测到任何反射光的物体以反映电梯模式控制的目的

光电开关的主要组件是发射器，接收器和检测器电路。

外部传感器的构造概念和设计概念1楼和2楼的电梯入口传送带配有PSI和PS4光电测试，以确定产品的运行和状况。

4.2运输升降机的停止状态位安装设计

两层式运输升降机运行停止状态，包括一二楼停止位两种。

图4-2一楼停止位局部

图4-3为2楼停止位的局部图

4.3运输升降机自动运行步骤设计

运输升降机将产品从生产线的第一层运输到生产线的第二层，然后再返回到第一层。为了简化编程过程并充分利用PLC领域，该控制系统使用了特殊的编程语言Siemens。

首先，生产线功能在第1层上评估吊篮的水平和位置，这是第一次在吊篮中生产吊篮，第二次是在输送机的第一层等待进一步的转运工作。

其次，评估车辆举升的状况并将货物从一楼移至二楼。

第三，考虑第二层入口和出口处的传送带是否被其他物体封闭，以及产品是否由电梯运送到外部。

最后，确定起重机构是否能够执行正常的起重操作，并将产品降低到一楼以开始下一个周期。

表4-1PLC输入点表

表4-2PLC输出点表

1号、2号和3号变频器输出方式和交流接触器3、6、7、10的组合，分别对应I、II、HI、IV电机，其运行状态，如表4-3：

表4-3变频器输出方式表

在相序设计过程中，选择西门子s7-200 PLC S控制继电器进行相编程，以防止损坏光电传感器，即关闭最后一个光电传感器的光。 如图4-3所示：

图4-3自动运行流程图

步进程序主要步骤程序编写如图4－4所示

图4－4自动运行梯形图

4.4升降机精确平层的电气控制设计

如图4-1和图4-2所示，在平滑控制模式下，PS5升程波位置传感器和PS6低位传感器主要用于监控车辆的运行状况，如图4所示。吊船停车场犯了一个明显的错误，并且可能导致许多安全事故，最终导致计划的失败，比如说上下碰撞。 为了更好地解决此问题，程序中应包括一个高速频率监测器，并应根据检测器器的功能评估机器的停止位置。

在进行机械配置期间，必须如图4-5和图4-6所示调整提升电机的转子轴上的相应符号：

图4.5旋转编码器简略图

图4-6旋转编码器详细图

编码器信号处理方式和流程

返回速度功能S7-200DC / DC / DC HSC创建一个返回回路。 HCC的计算速度非常慢，并且比20K CPU226硬件设备花费的时间更长。

其外部接线示意图，如图4-7所示：

图4-7外部接线示意图

有关PLC入口点设计的更多信息，需要我们去参见《西门子S7-200编程手册》。 两相或单相编码器和扩散计可用于脉冲目标或相位计数器。 人们可以选择内部和外部的方向。 我们也可以选择增量式或绝对式编码器，并且有许多编码器选项。 如表4-4所示：

表4---4高速编码计数器表

在程序运行期间，为了满足对地板进行调平的要求，通过调用中断的子组编号12来确定工作状态以及电梯到前进位置的条件，发过来也是符合这样的规律。 旋转编码器可以灵活调节。 如果外部点的数目很窄，则高速计算器的内部控制可以决定减少或减少数目，或者通过在程序中直接转换来达到前进和后退的目标。

4.5对升降机构电磁机械安全抱闸的控制设计

提升机电安全制动器的内部结构和布局如图4-5所示。 当电梯轿厢停止移动时，电磁制动器失去动力并覆盖电梯井道，以使车辆不会掉落。

在设计制动机构的过程中，应开发系统来对机械的强度以及机械的安全性进行大幅度的提升，以确保稳定和安全的操作。

第五章 运输升降机的设计

5.1运输升降机安全运行的设计

为了确保电梯的稳定运行和安全，在设计过程中，可以通过闭合安全继电器本身来分离PLC的电源和电源。 如图5-1所示。

图5-1

按照表5-1，可以看出PLC设备和电源通过通过电源继电器断开其触点不会获得电源。 分配程序输入以确保安全稳定的运行。

在安全开发过程中，电梯机构可能无法正常工作，当厅门打开时，吊篮控制装置可能无法工作。 仅将其添加到所涉及的过程中，并将限位开关添加到机械系统，以及提升机构的上下旋转键。 自动维护案例只能在以下两种情况之一中选择：

5.2运输升降机的总体整合设计

5.1.1系统选型

（1）I/O点数统计：

允许合理数量的I / O点。 PLC输入和输出点的数量和类型应由诸如模拟控制对象的数量，输入和输出设备的性质以及转换数量之类的因素决定。 通常，入口点和出口点对应于一个元素。 考虑到未来操作流程的需求，改进和扩展，有必要以预定数量节省20％到30％的节省点。 该系统通常具有19个数字输入和输出点，裕度系数为22个输入和输出点。

（2）用户存储器容量的估算

最常用的存储设备是运行在锂电池上的EPROM，EEPROM和小型PLC设备，它们通常能够存储1-2KB程序存储器消耗量内的内容，这与诸如控制要求之类的因素直接相关。 ，程序结构，I / O点和算术处理程序。 根据以前的实验经验，占用了每个I / O点及其功能组件的内存。

如上所述，必须在总字节中添加大约四分之一的备份卷，然后才能确定程序确定最佳PLC存储器容量的能力。 该系统由输入和输出点组成。 将点添加到340B存储器中到高速计数器。

5.1.2主要元器件的介绍

（1）交直流输出模块

如图4所示，当AC / DC输出模块使用继电器输出模式时，当PLC发送输出信号时，继电器烘箱激活输出接口并且充电电路闭合，触点继电器，VL二极管被切换通常，根据负载的当前性质，根据负载选择回路。

图5-3继电器输出电路

（2）电源模块的选择

PLC±DC24V电源模块通常使用DC24V电源，可用容量通常在十毫安到几百毫安之间。 应考虑交货期限短。 然而，如果电路中存在DC24V开关设备（例如探针，光伏开关等），并且电源容量不足，则必须通过外部电源供电。 此外，在考虑干扰的需要时，应提高环路的灵敏度，并应连接清洁组件，例如滤波器。 考虑到所有相关情况，作者选择了以下电源：

图5-4

5.1.3系统I/O分配

5.1.4程序运行过程分析

按下开始按钮11.1，连接正常打开，并且连接了M2.0点，在此背景下，自动操作按钮启动，并且常开点10.4和M1.0被连接，系统进入操作模式。 自动按下维护按钮时，常开触点10.6连接到M3.0点，系统进入手动保存模式，此时按下停止按钮时，触点通常为10.5和M1.0 .m同上 清理。

一旦系统进入自动运行模式，即入口输送机上的第二个产品，程序便会阻塞PS1光电传感器，并且状态继电器将从S0.0开始。

首先，当外部系统被第一件产品所遮挡时，从而结束这一程序的运行。

从第一步开始，当轿厢内的轿厢被PS6升降机的内部传感器或下部传感器关闭时，通常将12.2个触点关闭，将12.5个触点通常打开并将其设为00.0。并且在连接发动机时连接Q11向地面进纸电机1前进，并且如果未锁定PS2吊船输入传感器或锁定在吊船S0.1中的PS3传感器，并且第一操作完成。

从第二步开始，当PS2吊船的输入传感器，升波高度传感器和PS3吊船的内部传感器关闭时，正常电击在12.1和12.4处闭合，通常在12.2、00.6， Q14，01.5。 ，该联系人处于打开状态。当PS3吊船的内部传感器和提升轴的PS5的高度传感器关闭时，位于第二层的PS4的光电传感器通常会打开触点12.2和12.4，分别打开的触点会断开。通常以12.3（S0）分隔。恢复到图2所示的步骤，并且完成第二步骤的操作。

从连接PS3 Gondola传感器或PS2 Gondola输入传感器的第三步开始。 如果未关闭PS2吊船输入传感器并且关闭了光电传感器的PS4吊船等级2，则将立即打开12.3个触点，并且将重置点00.1和Q1.2，并且将重置PS2吊船输入传感器，PS3车篮传感器。 在未绑定的情况下，S0.4，重置为S0.1的点已完成第三步。

从第四步开始，PS2自动输入传感器，PS3自动吊篮传感器和PS6低轴传感器，当提升块的低PS6传感器闭合时，触点通常为12.5导通，S0 .0设置为"开"。该设备完成其第四操作并返回到第一程序。

将系统手动输入维护程序后，将使用带有电器和主控制柜的接线盒来控制SA2启动开关。 按下SA3键并按下13.1和其他常开触点以连接02.1。，02.2、02.3相等触点，按下SA4键将其闭合，按下13.2和其他常开触点以连接Q2.6和其他触点。

SA5和其他用于关闭13.3的键和其他触点的常开状态，并连接到02.7和其他触点。 按下SA6和其他键以关闭13.4和其他常开触点进行连接。 以及其他要关闭的转换，通常是将13.5之类的触点重新连接至02.5之类的触点。

5.1.5程序的下载、安装和调试

在完成零件的安装之前，我们需要将输入和输出端子以及控制系统上的拨动开关连接至机械设备以进行连接。 例如，洗衣机的自动运行由STEP-7Micro / Iin32软件控制。 可以在线编辑或通过程序员进行维修。

第六章 总结

本文将讨论如何将常规运输升降机的设计和布局以及其内部结构纳入工作流 程。 由于本文专业知识丰富，结构复杂，范围有限，无法全面，在这里没有办法去详细地讨论这一主题，所以本文的发展仍存在不足，仍然有许多方面讨论的不够全面，请各位读者批评指正。