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基于PLC控制的小新生彩票型货物

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  电子与信息工程学院 本 科 毕 业 论 文 论文题目 学生姓名 学 专 班 号 业 级 基于 PLC 控制的小型货物 升降机调速系统的研究 刘中洋 103522010 电气工程及其自动化 103521 汪 洋 指导教师 2014 年 5 月 摘 要 摘 要 垂直距离解决方案大多数采用“升降机”。传统升降机主要采用继电器—接触器 进行控制并在电动机转子回路中串接附加电阻进行调速;这种简易落后的系统逐渐被 可编程序控制器控制与变频器变频调速系统所替代,以实现更高效率、更强可靠、更 易操作的工控理念。 本文是研究基于 PLC 控制变频器调速的小型货物升降机。首先,实现对小型货物 升降机系统方案的设计。然后,对 PLC、变频器、电动机、显示、控制面板等硬件部 分进行设计并使用 GX Developer 软件编程和 GX Simulator 软件仿真;最后,完成对整 个系统的测试。本设计较传统升降机,系统更具可靠性、稳定性、功能性和低耗能, 也更具广阔的市场! 关 键 词:升降机;可变程序控制器;变频器;GX Developer;GX Simulator I 湖北科技学院学士学位论文 ABSTRACT The elevator is applied in the solution of vertical distance in most cases. The traditional elevator used the contactor controls and add the additional series resistor in the motor rotor speed control loop to adjust speed. This system is so simple and backward that it is replaced by the progammable controller and AC moter invertor to achieve more efficient, more reliable and easier to operate industry concept. This article is to study small freight elevator based on PLC control and frequency invertor speed control. Firstly, realize the design of the small freight elevator system. Secondly, the PLC、 invertor、 motor、 alarm、 display and other hardware parts design and the use of GX Developer software programming and GX Simulator software simulation; Finally, complete the test of the whole system. This design than traditional elevator system more reliability、stability、functional and low energy, and more broad market! KEYWORDS: Elevator; Programmable logic controller; Inverter; GX Developer; GX Simulator II 目 录 目 录 1 绪论 ...................................................................................................................................... 1 1.1 课题研究意义 ................................................................................................................ 1 1.2 升降机的应用与发展 ................................................................................................... 1 1.2.1 升降机的应用 ......................................................................................................... 1 1.2.2 升降机的发展 ........................................................................................................ 2 1.3 课题研究内容 ............................................................................................................... 2 2 系统方案设计 ...................................................................................................................... 1 2.1 小型货物升降机设计框图 ............................................................................................ 1 2.2 小型货物升降机设计的工作过程 ............................................................................... 1 2.3 小型货物升降机设计结构 ........................................................................................... 2 3 硬件电路设计 ...................................................................................................................... 5 3.1 升降机电路设计 ............................................................................................................ 5 3.2 PLC 控制电路设计 ........................................................................................................ 5 3.2.1 课题 PLC 选型 ....................................................................................................... 5 3.2.2 三菱 FX2N-48MR 接线图 ..................................................................................... 6 3.3 变频器控制电路设计 .................................................................................................... 7 3.3.1 FR-E740 变频器的工作原理 ................................................................................. 7 3.3.2 课题变频器选型 .................................................................................................... 8 3.3.3 三菱 FR-E740 接线图 ........................................................................................... 8 3.4 电动机电路设计 ........................................................................................................... 9 3.4.1 电动机的选型 ......................................................................................................... 9 3.4.2 三相交流鼠笼式异步电动机接线图 .................................................................... 9 3.5 显示电路和控制面板设计 ......................................................................................... 10 3.5.1 显示电路的设计 .................................................................................................. 10 3.5.2 控制面板的设计 .................................................................................................. 10 4 软件程序设计 .................................................................................................................... 13 4.1 编程软件 GX Developer.............................................................................................. 13 4.2 课题流程图设计 .......................................................................................................... 14 4.2.1 PLC 控制程序流程图 ........................................................................................... 14 4.2.2 变频器控制程序流程图 ...................................................................................... 15 4.3 小型货物升降机梯形图设计 ...................................................................................... 15 III 湖北科技学院学士学位论文 5 系统仿真测试 ..................................................................................................................... 19 5.1 仿真软件 GX Simulator .............................................................................................. 19 5.2 课题 GX Simulator 仿真 ............................................................................................ 19 5.2.1 调试软件仿真 .................................................................................................... 19 5.2.2 时序图仿真 ........................................................................................................ 20 6 结论与展望 ......................................................................................................................... 23 致 附 谢 .................................................................................................................................... 25 录 .................................................................................................................................... 29 参考文献 ................................................................................................................................ 27 即可) :Equation Chapter 1 Section 1 IV 绪论 1 绪论 1.1 课题研究意义 随着经济的高速发展,计算机技术和自动控制技术也得到了快速发展,升降机也 已成为人类现代生活广泛使用的运输工具。随着人们对升降机运行安全性、高效性、 稳定性等要求的提高,升降机得到了快速发展,其拖动技术已经发展到了调频调压调 速,其逻辑控制也由 PLC 代替原来的继电器控制。 可编程序控制器因为其稳定可靠、简单易学、性价比高、功能强大和使用方便已 经成为应用面最全、最广泛的通用工业控制装置,成为当代工业自动化的主要支柱之 一。升降机控制要求接入设备使用简便,对应于系统组态的编程简单,具有人性化的 人机界面,配备应用程序库,加快编程和调试速度。通过 PLC 对程序设计,提高了升 降机的控制水平,并改善了升降机运行的稳定性。因此 PLC、变频器在升降机系统中的 应用非常广泛,非常有实际价值。 1.2 升降机的应用与发展 升降机用于城市高层和超高层的各类建筑中,还可以应用在大型化工厂冷却塔、 发电厂的烟囱、广播电视塔以及煤矿等多种施工场合下,升降机己成为建筑业、工业 中必不可少的机械设备。 1.2.1 升降机的应用 随着我国现代建筑业和工业的不断发展,建筑施工机械化和工业自动化水平的不 断提高,对升降机的制造质量和整机技术水平的要求也越来越高。普通升降机一般采 用的是接触器-继电器控制方式,直接启动和机械抱闸强制制动,启制动冲击大,对机 械结构和机构的损坏大,电气元件也易损坏,同时容易造成升降机里的物料跌落,既 影响了施工速度也影响了施工企业的效益,特别是在人货两用施工升降机上,存在着 极大的安全隐患。随着用户对施工升降机的性能和安全要求越来越高,传统的控制方 式已经越来越感觉到力不从心。 国内外的专业生产商在升降机的电气控制和起升调速方式上进行了较多的新加速 应用尝试,如采用多级电动机的调压调速、引进变频调速等。逐渐地随着变频技术的 不断发展,它以绝对的优势超越了其它的任何调速方案,占据了主导地位。升降机采 用变频调速有着诸多优点,使变频器在升降机上得到了广泛的应用,这将对升降机的 安全运行和减少运行能耗都有重要的意义。 1 湖北科技学院学士学位论文 1.2.2 升降机的发展 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 客运施工升降机。从此以後,升降机的使用得到了广泛的接受和高速的发展。最初的 升降机是由蒸汽机推动的,因此安置的大厦必须装有锅炉房。1880 年,德国西门子发 明使用电力的施工升降机,从此名副其实的电力升降机正式出现。 我国升降机的发展主要体现在外观改进、吊笼自重的减轻、起升速度和高度的提 高、安全装置的完善、吊笼额载的增大和电气控制自动化等方面。 铝合金、 合金钢、 铝塑板等轻质材料的采用,使吊笼自重大大减轻、为降低传动机构的所需功率、用户 节省用电创造了条件;而吊笼降重、变频无级调速和 PLC 控制技术的普遍采用,又使 吊笼的起升速度得以提高; 国产制动载荷 60kN 的防坠安全器的开发成功,为吊笼额载 的增大提供了保障;吊笼供电采用输电滑线m;在电气控制方 面,半自动和全自动的层楼呼唤、吊笼无人驾驶能准确停层的电控系统已试用成熟且 大量运用在出口产品上;升降机的品种也越来越多。可以说,我国升降机的发展和技 术进步,基本跟上了国际同行业的节拍,完全能满足我国飞速发展的建筑业需要且已 大量出口。 但是,在吊笼的载荷功率比、元器件的可靠度和寿命、产品设计与使用中的安全 性理念等方面,国产升降机与国际先进水平相比还存在不少差距! 1.3 课题研究内容 在已经非常成熟但比较落后的交流拖动技术基础上,通过基于 PLC 的控制技术与 变频器变频调速技术在小型货物升降机中的应用研究,阐述了新型升降机控制与调速 系统的设计与应用情况。 (1)小型货物升降机系统方案设计。 通过设计小型货物升降机组成方框图、工作过程、整体结构图、运行位置速度图等 方面,完成小型货物升降机设计方案的确定。 (2)小型货物升降机硬件电路设计。 小型货物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、显示设计和整合硬件电路设计等。 (3)小型货物升降机软件程序设计。 小型货物升降机软件程序设计包括小型货物升降机 PLC 流程图、梯形图,部分功 能性梯形图剖析和 FXGPWIN 编程环境分析。 (4)小型货物升降机 SIMULINK 仿真测试。 利用 MATLAB 软件中 SIMULINK 进行小型货物升降机的仿真,完成对整个系统 的测试。 2 系统方案设计 2 系统方案设计 2.1 小型货物升降机设计框图 小型货物升降机用作垂直距离解决方案,主要由 PLC、变频器、电动机、显示、 报警、监控和机械构件等组成。本设计中用 PLC 接收来自操作员的控制输入信号和吊 笼运行的监控信号,通过信息综合处理后,输出电信号控制变频器输出的频率,控制 电动机的运转,实现吊笼的正常运行;并输出电信号给显示电路和报警电路,实现升 降机上下运行的显示和故障问题的报警。 小型货物升降机的系统框图如图 2-1 所示 监控信号 控制输入 PLC 变频器 吊笼 显示电路 报警电路 图 2-1 小型货物升降机组成框图 2.2 小型货物升降机设计的工作过程 以 PLC 强大而稳定的控制功能为核心,接收吊笼上升、下降、急停、低速、中速、 高速等控制信号,通过 PLC 的信息综合处理后,调节变频器输出电频率,实现对电动 机正反转,低、中、高速的控制,完成小型货物升降机的基本功能。并使用位置传感 器监控吊笼的位置,反馈给 PLC 的信息综合处理后,使用显示电路对吊笼的位置进行 实时监控;并使用小型货物升降机的报警电路对出现的故障进行报警,通知给操作人 1 湖北科技学院学士学位论文 员处理。当小型货物升降机运行过程中出现紧急情况时,可以按下急停按钮,将吊笼 刹停在任意位置;待紧急情况解除后再运行升降机,到达目的位置!小型货物升降机 的位置速度图如图 2-2 所示。 速 度 高速 中速 低速 起步速度 末尾速度 S3 S1 S2 S3 S4 起步速度 低速 中速 高速 S2 S1 末尾速度 位置 图 2-2 小型货物升降机位置速度图 小型货物升降机的运行过程包括上升过程和下降过程。上升过程是由静止位置 S1 开始加速到起步速度,运行至 S2 处即完成了启动过程;然后变频器接受到 PLC 的 调速控制,以预先操作员设定的低速、中速、高速中的一挡速度快速通过主运行路程; 之后到达 S3 位置即进入减速停车阶段,以末尾速度运行至 S4 位置(目的位置)且停 住。下降过程是由静止位置 S4 开始加速到起步速度,运行至 S3 处即完成了启动过程; 然后变频器接受到 PLC 的调速控制,以预先操作员设定的低速、中速、高速中的一挡 速度快速通过主运行路程;之后到达 S2 位置即进入减速停车阶段,以末尾速度运行至 S1 位置(目的位置)且停住。 2.3 小型货物升降机设计结构 小型货物升降机的升降过程是利用电动机正反转卷绕钢丝绳带动吊笼上下运动 来实现的。小型货物升降机设计的结构由电动机、滑轮、钢丝绳、吊笼、电气控制装 置(PLC 和变频器)和位置传感器等组成。其基本结构如图 2-3 所示。 2 系统方案设计 滑轮 S4位置传感器 S3位置传感器 钢 绳 S2位置传感器 吊笼 S1位置传感器 电动机 电气控 制装置 图 2-3 小型货物升降机结构图 吊笼:运载货物,提供货物上升或下降的运载空间;在保证足够的刚度和强度下, 尽可能的采用铝合金等轻质材料,这样可以降低使用的电能,提高机械设备的能动度 和电气设备的控制力,带来更好的经济效益。 钢绳、滑轮:传动装置,通过钢绳和滑轮的作用,将电动机的动能转动给吊笼, 实现吊笼上下运行的动力需求。小型货物升降机的设计必须考虑转动设备的承受力、 安全性,尽可能的选择优质的传动设备,因为传动设备很易受损。 电动机:动力的源泉,小型货物升降机的运行源于电动机的转动,必须使用稳定, 强劲的电动机。 电气控制装置:小型货物升降机的大脑,实时对电动机运转进行控制和监控,实 现整个系统的正常运行。 位置传感器:监控吊笼的运行,实时的监控吊笼的位置,并将吊笼位置信号反馈 给电气控制装置,保证小型货物升降机的正常运行。 3 湖北科技学院学士学位论文 4 硬件电路设计 3 硬件电路设计 3.1 升降机电路设计 小型货物升降机系统设计的主要硬件由三菱 FX2N-48MR 可变程序控制器、三菱 FR-E740 通用变频器和三相交流鼠笼式异步电动机等组成。系统的硬件电路接线 SD1 k2 k1 J0 COM X9 X8 X7 X6 X5 X4 X3 X2 X1 X0 COM Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 COM1 下 行 指 示 上 行 指 示 PR R P/+ R S T L1 L2 L3 3.2 PLC 控制电路设计 可编程控制器,英文称 Programmable Logic Controller,简称 PLC。PLC 是用于 工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术,但基于电子计算机。它通过运行存储 在其内存中的程序,把经输入电路的物理过程得到的输入信息,变换为所要求的输出 信息,进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。 3.2.1 课题 PLC 选型 通过对输入/输出点的选择、对存储容量的选择、对 I/O 响应时间的选择、输出 负载的特点和性价比的对照分析。决定使用我所熟悉的三菱公司 FX2N-48MR 作为本课 题的 PLC。FX2N-48MR 特点有: 5 FX2N-48MR FR-E740 MRS STF STR RH RM RL SD U V W M 三相交流鼠笼 式异步电动机 图 3-1 小型货物升降机电路接线图 湖北科技学院学士学位论文 (1)灵活的配置 除了具有满足特殊需求的大量特殊模块外 ,6 个基本单元中的每个单元可扩展至 256I/O 。 (2)高速运算 基本指令:0.08us/指令,应用指令:1.52 至几百 us/指令 。 (3)突出的寄存器容量 FX2N 系列包括 8K 步内置 RAM 寄存器,用一个寄存器盒可扩展到 16RAM 或 EEPROM 。 (4)丰富的元件资源 3072 点辅助继电器,256 点计时器,235 点计数器,8000 数据存储器 。 3.2.2 三菱 FX2N-48MR 接线MR 作为本课题的 PLC,其中使用到 10 个输入端口,8 个输出端 口,本课题—小型货物升降机的 PLC 接线V 下 行 指 示 上 行 指 示 COM Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 COM1 FX2N-48MR COM X9 X8 X7 X6 X5 X4 X3 X2 X1 X0 S4 S3 S2 S1 SD3SD2SD1 k2 k1 J0 图 3-2 小型货物升降机 PLC 接线 急停按钮,当小型货物升降机运行过程中出现紧急情况时,按下此按钮, 升降机就会立即停下。 X1—k1 上升按钮,当小型货物升降机需要上升时,即可按下此按钮,升降机就会 向上运行。 X2—k2 下降按钮,当小型货物升降机需要下降时, 即可按下此按钮, 升降机就会向 下运行。 6 硬件电路设计 X3—SD1 低速运行按钮,按下此按钮,PLC 控制变频器调节电动机电流频率为 20HZ,使升降机低速运行。 X4—SD2 中速运行按钮,按下此按钮,PLC 控制变频器调节电动机电流频率为 30HZ,使升降机中速运行。 X5—SD3 高速运行按钮,按下此按钮,PLC 控制变频器调节电动机电流频率为 50HZ,使升降机高速运行。 X6—S1 位置传感器按钮,当升降机吊笼运行到此处位置时,S1 传感器响应,调 节 PLC 变频器,以此反馈控制升降机。 X7—S2 位置传感器按钮,当升降机吊笼运行到此处位置时,S2 传感器响应,调 节 PLC 变频器,以此反馈控制升降机。 X8—S3 位置传感器按钮,当升降机吊笼运行到此处位置时,S3 传感器响应,调 节 PLC 变频器,以此反馈控制升降机。 X9—S4 位置传感器按钮,当升降机吊笼运行到此处位置时,S4 传感器响应,调 节 PLC 变频器,以此反馈控制升降机。 输出端口: Y0—RL 连接到变频器低速频率段端子,调节变频器输出低速频率。 Y1—RM 连接到变频器中速频率段端子,调节变频器输出中速频率。 Y2—RH 连接到变频器高速频率段端子,调节变频器输出高速频率。 Y3—STR 连接到变频器反转启动端子,调节变频器控制电动机的反转。 Y4—STF 连接到变频器正转启动端子,调节变频器控制电动机的正转。 Y5—MRS 连接到变频器输出停止端子,实现电动机的急停。 Y6—上行指示,当升降机上升时,Y5 响应使上行指示灯亮。 Y7—下行指示,当升降机下降时,Y6 响应使下行指示灯亮。 3.3 变频器控制电路设计 变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改 变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交 流变直流) 、滤波、逆变(直流变交流) 、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元 等组成。变频器靠内部 IGBT 的开断来调整输出电源的电压和频率,根据电机的实际 需要来提供其所需要的电源电压,进而达到节能、调速的目的,另外,变频器还有很 多的保护功能,如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高,变 频器也得到了非常广泛的应用。 3.3.1 FR-E740 变频器的工作原理 将输入的固定频率三相交流电整流成直流电, 再逆变成三相交流电, 附加输入输出 7 湖北科技学院学士学位论文 电抗器、滤波电路和制动电路的稳定和保护,实现输出三相交流电频率范围内的任意 控制。其主电路如图 3-3 所示。 KF D1 QF La D3 D5 Rc C1 V1 R1 RB C D2 D4 D6 C2 R2 VB V2 V4 D8 输入电抗器 整流电路 限流电路 滤波电路 制动电路 V3 D7 V5 D9 D11 RC LA D V6 D10 D12 滤波器 输出电抗器 逆变电路 图 3-3 FR-E740 变频器主电路图 3.3.2 课题变频器选型 在一拖一的情况下,变频器的容量选择要保证变频器的额定电流大于该电动机的 额定电流,或者是变频器所适配的电动机功率大于当前该电动机的功率。决定采用我 所比较熟悉的 FR-E740 通用变频器。 3.3.3 三菱 FR-E740 接线 作为本课题的变频器,其中使用到 6 个输入端子,SD 公共端,R/L1、 R/L2、R/L3 交流电源输入端子和 U、V、W 变频器输出端子。本课题—小型货物升降 机的变频器接线 M U V W 三相交流鼠笼 式异步电动机 R S T FR-E740 PR R 图 3-4 小型货物升降机变频器接线图 P/+ MRSSTFSTR RH RM RL SD 8 硬件电路设计 输入输出端口: R/L1、R/L2、R/L3—交流电源输入端子,驱动电机的三相交流电输入口。 U、V、W—变频器输出端子,输出的三相交流电直接驱动电动机。 RL、RM、RH—低、中、高速度选择端子,选择变频器频率输出范围。 SD—输入公共端。 STF—正转启动端子。 STR—反转启动端子。 MRS—输出停止端子。 P/+、PR—制动电阻器连接端子。 3.4 电动机电路设计 最受青睐的电动机就是三相交流异步电动机,三相交流异步电动机是用三相交流 电产生旋转磁场来带动电机转子旋转的。 3.4.1 电动机的选型 鼠笼式转子:转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去 掉转子铁心,整个绕组的外形像一个鼠笼,故称笼型绕组。其结构简单,起步方便, 体积较小,工作可靠,坚固耐用,便于维护和检修。 绕线式转子:绕线转子绕组与定子绕组相似,也是一个对称的三相绕组,一般接 成星形,三个出线头接到转轴的三个集流环上,再通过电刷与外电路联接。结构较复 杂,故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但通过集流环和电刷在转子绕组 回路中串入附加电阻等元件,用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能,故在 要求一定范围内进行平滑调速的设备上采用。 综合基于 PLC 控制的小型货物升降机对电动机性价比要求和便于维修等各方面, 本课题选用三相交流鼠笼式异步电动机。 3.4.2 三相交流鼠笼式异步电动机接线图 选用三相交流鼠笼式异步电动机作为本课题的电动机, 为小型货物升降机提供动 力解决方案,实现货物稳定高效的升降。本课题—小型货物升降机的电动机接线 变 S频 T器 R U V W M 3 图 3-5 小型货物升降机电动机电路接线 湖北科技学院学士学位论文 3.5 显示电路和控制面板设计 3.5.1 显示电路的设计 基于 PLC 控制的小型货物升降机的显示电路中,最为重要的就是显示出小型货 物升降机上升或下降的运行,这也是最基本的最实际的显示功能;本文设计使用上下 指示灯来显示出小型货物升降机上升或下降的运行。本课题—小型货物升降机的显示 电路如图 3-6 所示。 220V k2 X2 k1 X1 P L C COM 下行指示 Y7 Y6 上行指示 图 3-6 小型货物升降机显示电路 本课题显示电路的工作过程: 输入端, K1—X1 上升按钮连接 PLC 的 X1 输入端, 控制小型货物升降机的上升命令;K2—X2 下降按钮连接 PLC 的 X2 输入端,控制小 型货物升降机的下降命令。输出端,Y6—上行指示灯,当 K1 按钮闭合,小型货物升 降机的吊笼向上升,同时 Y6 输出端响应,给出上行指示;Y7—下行指示,当 K2 按钮 闭合,小型货物升降机的吊笼下降,同时 Y7 输出端响应,给出下降指示。 3.5.2 控制面板的设计 本文的启动监控界面包括急停按钮、上升按钮、下降按钮、低速运行按钮、中速 运行按钮、高速运行按钮、S1/S2/S3/S4 位置监控指示和上升/下降指示等,以其实现小 10 硬件电路设计 型货物升降机基本的控制和监控的功能。本课题—小型货物升降机启动监控界面如图 3-7 所以。 图 3-7 小型货物升降机控制面板 小型货物升降机启动监控界面包括: 急停按钮—红色,当按下时立即断停电动机运行,即实现小型货物升降机出现紧 急情况时能够及时停下升降机。 上升与下降按钮—绿色,当按下时即变成红色,即控制小型货物升降机上升与 下降运行。 低速、中速与高速按钮—蓝色,当按下时即变成红色,选择任意一速度,即控 制小型货物升降机在 S2-S3 主路程中以这一速度快速通过。 上升指示与下降指示—红色,当吊笼处于上升/下降时,上升指示/下降指示即 变成绿色,显示吊笼的上下运行情况。 S1/S2/S3/S4 吊笼位置指示—黄色, 当吊笼运行到任意一吊笼位置指示是, 其黄 色就变成绿色,显示货物升降机位置运行情况 。 11 湖北科技学院学士学位论文 12 系统仿线 编程软件 GX Developer GX Developer 是三菱通用性较强的编程软件,它能够完成 Q 系列、QnA 系列、A 系列(包括运动控制 CPU) 、FX 系列 PLC 梯形图、指令表、SFC 等的编辑。该编程软 件能够将编辑的程序转换成 GPPQ、GPPA 格式的文档,当选择 FX 系列时,还能将程 序存储为 FXGP(DOS) 、FXGP(WIN)格式的文档,以实现与 FX-GP/WIN-C 软件的 文件互换。该编程软件能够将 Excel、Word 等软件编辑的说明性文字、数据,通过复 制、粘贴等简单操作导入程序中,使软件的使用、程序的编辑更加便捷。 GX Developer 编程软件的操作界面,该操作界面大致由下拉菜单、工具条、编程 区、工程数据列表、状态条等部分组成。这里需要特别注意的是在 FX-GP/WIN-C 编程 软 件 里 称 编 辑 的 程 序 为 文 件 , 而 在 GX Developer 编 程 软 件 中 称 之 为 工 程 。 与 FX-GP/WIN-C 编程软件的操作界面相比,该软件取消了功能图、功能键,并将这两部 分内容合并,作为梯形图标记工具条;新增加了工程参数列表、数据切换工具条、注 释工具条等。这样友好的直观的操作界面使操作更加简便。 图 4-1 GX Simulator 编辑界面图 13 湖北科技学院学士学位论文 4.2 课题流程图设计 小型货物升降机的系统软件包括 PLC 控制软件、变频器控制软件部分。 4.2.1 PLC 控制程序流程图 PLC 程序包括主程序和上升、下降子程序等,其中上升、下降子程序主要是使小 型货物升降机吊笼上升、下降运行并选择运行速度,实现小型货物升降机的正常运行。 如图 4-2 为 PLC 控制程序流程图。 图 4-2 PLC 控制程序流程图 14 系统仿线 变频器控制程序流程图 变频器程序包括主程序和正转、反转子程序等,其中正转、反转子程序直接控制三 相交流电动机的正转、反转并选择电动机运行的低、中、高速段频率,完成对货物升 降机的正反转和调速控制。如图 4-3 为变频器控制程序流程图。 图 4-3 变频器控制程序流程图 4.3 小型货物升降机梯形图设计 使用三菱 GX Developer 编程软件对本课题—小型货物升降机 PLC 梯形图和指令表 进行编程。如图 4-4、4-5、4-6、4-7、4-8 分别为小型货物升降机 PLC 梯形图四部分和 PLC 指令表。 图 4-4 为 PLC 梯形图第一部分,包括初始化脉冲和急停控制。 15 湖北科技学院学士学位论文 图 4-4 PLC 梯形图第一部分 图 4-5 为 PLC 梯形图的第二部分, 包括小型货物升降机上升/下降控制程序和上下 行指示程序。 图 4-5PLC 梯形图第二部分 图 4-6 为 PLC 梯形图的第三部分,为小型货物升降机速度选择程序,选择升降 机以低速/中速/高速通过快速路程。 16 系统仿线 PLC 梯形图第三部分 图 4-7 为 PLC 梯形图的第四部分,为小型货物升降机程序结束指令,负责程序 的循环运行和终止运行。 图 4-7 PLC 梯形图第四部分 17 湖北科技学院学士学位论文 图 4-8 为 PLC 指令表,其中包括了急停、上下运行、速度选择、运行显示等所 有的子程序,即实现了设计的小型货物升降机的所有过程。指令表形象客观的反应了 本课题—小型货物升降机的程序要求。 图 4-8 PLC 指令表 18 系统仿线 仿真软件 GX Simulator GX Simulator 是 GX Developer 的重要组成部分,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。 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线 GX Simulator 仿线 课题 GX Simulator 仿真 GX Simulator 为三菱全系列 PLC 仿真调试软件,通过编写好的程序在电脑中虚拟 运行, 可以判别出程序的问题和运行情况, 模拟 PLC 控制器在实际运行中的工作过程。 5.2.1 调试软元件仿线 湖北科技学院学士学位论文 在 GX Simulator 运行“在线”中的“软元件测试”来强制一些输入条件 ON/OFF, 监控程序的运行状态。如图 5-2 强制 X0 ON 的程序运行状态。 图 5-2 强制 X0 ON 程序仿线 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 运行时的仿线 系统仿线 调试运行时序图 图 5-4 调试运行时序图 21 湖北科技学院学士学位论文 图 5-5 调试运行时序图 22 结论与展望 6 结论与展望 时光荏苒、岁月如梭,美好的大学时光已近尾声;最后这一课—毕业论文设计着 实是对自己大学四年时光的回顾与总结,强化了电气工程专业知识,也深化了付出才 有回报的进取理念,毕业论文设计有很多总结与展望。 总结:1,通过对本课题—小型货物升降机的设计,着实强化了自己对电气系统的 整合能力,要以全局观、整合观的理念去设计电气系统的框架。2,让自己深刻的懂得 了小型货物升降机的工作原理和过程,获取了不少知识。3,经过对三菱 FX2N—48MR 和三菱 FR—E740 的设计,完成了对三菱这 PLC 和变频器的剖析,深刻的明白了 PLC 和 变频器的工作原理、运行过程和程序编程。 4 ,使用 GX Developer 软件编程和 GX Simulaor 软件仿真,进一步弄清了这俩个软件的使用和功能。5,经过这论文的设计, 我掌握了不少知识,收获了不少设计理念,相信老师授予我们这些精神上的支持必将 指引我的职业路程。 展望:传统的小型货物升降机较本课题设计的小型货物升降有太多的劣势,本课 题也是现代货物升降机的设计主流;由于价格方面的原因,市场上普遍用的还是传统 升降机,但随着社会现代化的愈发进步,本设计必将有广阔的市场。在技术上也有不 少需要更进一步的,在以后更先进的设计中,可能包含有先进的监控系统和 MCGS 系统 便于操作。 由于本人理论水平的有限和实际经验的缺乏,文章存在着缺点和不足,恳请各位 老师、同学批评指正,谢谢评阅。 23 湖北科技学院学士学位论文 24 致谢 致 谢 本论文是在汪洋老师的指导下才得以落幕的。回首整个论文的周期,正是汪老师 严谨而朴实的作风,激励着我踏实的学习和工作;从最开始论文被汪老师的选定,再 之后的开题报告,直至今日的论文定稿,都是在汪老师个人魅力影响下才渐臻佳境; 仅以此言,难以表达自己内心的情愫,祝愿汪老师桃李满天下! 在此,我还要感谢电子与信息工程学院的领导和老师们,正是你们给我提供了优 质的环境,在这里我不仅能接受各位老师的指导学习,还能利用院办的器件和工具提 高动手能力。最后,感谢一起奋斗中的同学们,在电子与信息工程学院与大家共同进 步是我大学生活中最值得怀念的事情,感谢你们! 岁月如梭,白驹过隙,有太多的事由已经流逝,但在湖北科技学院的四年,是美 好而值得回忆的青春年华。 25 湖北科技学院学士学位论文 26 参考文献 参考文献 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] 廖常初.FX 系列 PLC 编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2009 陈伯时.电力拖动自动控制系统(3版)[M].北京:机械工业出版社,2009 王玉申. 通用变频器的选择与使用[M]. 中华纸业出版社.2001 李白亮, 宫文斌.PLC 在矿井提升机变频调速控制系统中的应用[D].吉林:吉林大学,2008 牟曙光, 杨文志.浅谈 PLC 控制器在矿井提升机上的应用[D].沈阳:沈阳有色冶金设计研究 李金金.基于 PLC 控制的变频调速在矿井提升机中的应用[D].山西:太原理工大学,2005 谭波.变频调速在矿井提升机中的应用[D].湖南:中南大学,2005 岳庆来.变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术[M].北京:机械工业出版社,2006 廖常初.PLC 编程与应用. 北京:机械工业出版社,2002 院,2008 [10] 中华人民共和国国家标准电气制图. 北京:中国标准出版社,1987 [11] 王兆安,黄俊. 电力电子技术[M]. 北京:机械工业出版社,2011. 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Journal of Hoisting and Conveying Machiner, No. 6, pp.38-40 [25] Xuecheng Liu.The Reconstruction of Variable Frequency Control Velocity System for Mining Hoist[D] 27 湖北科技学院学士学位论文 28 附录 附 录 附图 小型货物升降机 PLC 梯形图 29 湖北科技学院学士学位论文 30

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