生产线上运输升降机的自动化设计PLC.docx
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生产线上运输升降机的自动化设计PLC
第一章引言
在工厂中经常看见一些升降机械，这些升降机械很多由工频电机直接带动运行，电气控制部分一般都很简单，多数采用人工手动控制或采用继电器控制方式。
这些升降机械存在一些明显的问题，如启动停止和运行不平稳，升降运动过程动作不可靠，自动化程度不高，故障率较高，设备能耗高，无法应急运行，存在安全隐患等等。
基于这些问题使得这些升降机械很难在工厂生产中发挥高效率的作用，同时也使得国内这些生产的升降机械无法与进口的自动化生产线配套使用，也无法根据实际的生产需要转换和调整升降机械的动作方式和工作顺序。
随着变频技术和PLC控制技术的发展，工厂中的自动化生产线也越来越多，由于一些行业的生产工艺的要求或是由于生产车间和场地的特殊情况，要求一些生产线需要配置相应的物件提升装置。
通过本次简单设计过程，可以了解到在现实生产中的基本控制思想。
认识到若要达到所设计的目的，不仅要做到知识的严谨，还要综合考虑所可能遇到的各种情况以及所处的环境。
在运行的过程中，由于环境的不同可能得到不同的结果。
因此，在现实生产过程中，要全面考虑设计所要达到的目的，最重要的还要将环境与所设计结合起来，才能可能达到设计的目的。
1．1可编程序控制器的特点及应用
1.PLC的应用
早期的可编程序控制器（ProgrammableLogicController，PLC），主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展，可编程序控制器将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体，具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点，以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，在工业生产中得到了广泛的应用。
1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程控制器。
早期的可编程控制器由分离元件和中小规模集成电路组成，主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。
70年代初期，体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增强。
在机械系统方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块和各种特殊功能模块。
在软件方面，PLC采用极易为电气人员掌握的梯形图编程语言，除了保持原有的逻辑运算等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。
进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。
而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片，大大提高了PLC软、机械系统功能。
2.PLC的特点
在发达工业国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门。
据“美国市场信息”的世界PLC以及软件市场报告称，1995年全球PLC及其软件的市场经济规模约50亿美元[5]。
随着电子技术和计算机技术的发展，PLC的功能得到大大的增强，具有以下特点：
（1）可靠性高。
PLC的高可靠性得益于软、机械系统上一系列的抗干扰措施和它特殊的周期循环扫描工作方式。
（2）具有丰富的I/O接口模块。
PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备直接连接。
另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。
（3）采用模块化结构。
为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。
PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
（4）编程简单易学。
PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
（5）安装简单，维修方便。
PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。
各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。
由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
在设计过程中要注意的一些细节：
1．2如何选购PLC产品
1、系统规模首先应确定系统用PLC单机控制，还是用PLC形成网络，由此计算PLC输入、输出点。
数，并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上留有一定余量（10%）。
2、确定负载类型根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸管输出。
不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。
3、存储容量与速度尽管国外各厂家的PLC产品大体相同，但也有一定的区别。
目前还未发现各公司之间完全兼容的产品。
各个公司的开发软件都不相同，而用户程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标。
一般存储容量越大、速度越快的PLC价格就越高，但应该根据系统的大小合理选用PLC产品。
4、编程器的选购PLC编程可采用三种方式：
（1）是用一般的手持编程器编程，它只能用商家规定语句表中的语句编程。
这种方式效率低，但对于系统容量小，用量小的产品比较适宜，并且体积小，易于现场调试，造价也较低。
（2）是用图形编程器编程，该编程器采用梯形图编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高。
（3）是用IBM个人计算机加PLC软件包编程，这种方式是效率最高的一种方式，但大部分公司的PLC开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试。
因此，应根据系统的大小与难易，开发周期的长短以及资金的情况合理选购PLC产品。
5、尽量选用大公司的产品其质量有保障，且技术支持好，一般售后服务也较好，还有利于你的产品扩展与软件升级
1．3输入回路的选择特点
1、电源回路PLC供电电源一般为AC85—240V（也有DC24V），适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1：
1隔离变压器等）。
2、PLC上DC24V电源的使用各公司PLC产品上一般都有DC24V电源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时要注意容量，同时作好防短路措施（因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行）。
3、外部DC24V电源若输入回路有DC24V供电的接近开关、光电开关等，而PLC上DC24V电源容量不够时，要从外部提供DC24V电源；但该电源的“—”端不要与PLC的DC24V的“—”端以及“COM”端相连，否则会影响PLC的运行。
4、输入的灵敏度各厂家对PLC的输人端电压和电流都有规定，如日本三菱公司F7n系列PLC的输入值为：
DC24V、7mA，启动电流为4．5mA，关断电流小于1．5mA，因此，当输入回路串有二极管或电阻（不能完全启动），或者有并联电阻或有漏电流时（不能完全切断），就会有误动作，灵敏度下降，对此应采取措施。
另一方面，当输入器件的输入电流大于PLC的最大输入电流时，也会引起误动作，应采用弱电流的输入器件，并且选用输人为共漏型输入的PLC，Bp输入元件的公共点电位相对为负，电流是流出PLC的输入端。
1．4输出回路的选择特点
1、各种输出方式之间的的比较
（1）继电器输出：
优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载，且电压也可不同，带负载电流可达2A／点；但继电器输出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决定的。
其寿命随带负载电流的增加而减少，一般在几十万次至Jl百万次之间，有的公司产品可达1000万次以上，响应时间为10ms。
（2）晶闸管输出：
带负载能力为0.2A/点，只能带交交流负载，可适应高频动作，响应时间为1ms。
（3）晶体管输出：
最大优点是适应于高频动作，响应时间短，一般为0.2ms左右，但它只能带DC5—30V的负载，最大输出负载电流为0．5A/点，但每4点不得大于0.8A。
当你的系统输出频率为每分钟6次以下时，应首选继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。
当频率为10次／min以下时，既可采用继电器输出方式；也可采用PLC输出驱动达林顿三极管（5—10A），再驱动负载，可大大减小。
2、抗干扰与外部互锁当PLC输出带感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。
当两个物理量的输出在PLC内部已进行软件互锁后，在PLC的外部也应进行互锁，以加强系统的可靠性。
3、“GOM“点的选择不同的PLC产品，其“COM”点的数量是不一样的，有的一个“COM”点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带2个或1个输出点的。
当负载的种类多，且电流大时，采用一个“COM”点带1—2个输出点的PLC产品；当负载数量多而种类少时，采用一个“COM”点带4—8个输出点的PLC产品。
这样会对电路设计带来很多方便，每个“COM”点处加一熔丝，1—2个输出时加2A的熔丝，4—8点输出的加5—10A的熔丝，因PLC内部一般没有熔丝。
4、PLC外部驱动电路对于PLC输出不能直接带动负载的情况下，必须在外部采用驱动电路：
可以用三极管驱，也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路，且每路有显示二极管（LED）指示。
印制板应做成插拔式，易于维修。
5、PLC的输入输出布线也有一定的要求，请看各公司的使用说明书。
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第六章运输升降机的总体整合设计
6．1系统选型
（1）I/O点数统计：
I/O点数是PLC的一项重要指标。
合理选择I/O点数既可使系统满足控制要求，又可使系统总投资最低。
PLC的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。
考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上20%—30%的备用量。
该系统有19个数字输入点19个数字输出点，考虑余量后需要22个数字输入点22个输出点。
（2）用户存储器容量的估算
PLC常用的内存有EPROM、EEPROM和带锂电池供电的RAM。
一般微型和小型PLC的存储容量是固定的，介于1—2KB之间。
用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。
因此在程序设计之前只能粗略地估算。
根据经验，每个I/O点及有关功能元件占用的内存量大致如下：
开关量输入元件：
10—20B/点
开关量输出元件：
5—10B/点
定时器/计数器：
2B/个
模拟量：
100—150B/个
通信接口：
一个接口一般需要300B以上
根据上面算出的总字节数再考虑增加25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容量，从而选择合适的PLC内存。
该系统有19个数字输入点19个数字输出点，需内存340B，有高速计数器1个，需内存16B，考虑余量后需要内存380B。
（3）CPU功能与结构的选择
PLC的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些PLC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：
功能与任务相适应，PLC的处理速度应满足实时控制的要求、PLC结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。
运输升降机控制所要求的控制功能简单，小型PLC就能满足要求了。
综上所述，结合下表分析
CPU221
CPU222
CPU224
CPU226
程序存储器
2048字
4096字
用户数据存储器
1024字
2560字
用户存储器类型
EEPROM
数据后备典型时间
50h
190h
本机IO
6入/4出
8入/6出
14入/10出
24入/20出
扩展模块数量
无
2个
7个
数字量IO印象区大小
256（128入/128出）
模拟量IO印象区大小
无
16入/16出
32入/32出
33Hz布尔指令执行速度
0.37/微妙/指令
内部继电器
256
计数器/定时器
256/256
顺序控制继电器
256
该控制系统CPU模块采用CPU-226（AC/DC/继电器）模块，它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。
同时由于该模块采用交流220V供电，并且自带24数字量输入点和20个数字量输出点，完全能满足运输升降机控制系统的要求，所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块。
6．2主要元器件的介绍
（1）数字量直流输入模块
图3所示是直流输入模块的输入电路。
光耦合器隔离了输入电路与PLC内部电路的电气连接，使外部信号通过光耦合变成内部电路的电气连接，使外部信号通过光耦合变成内部电路能接收到的标准信号。
当现场开关闭合后，外部直流电压经过电阻R1和阻容滤波后加到光耦合器的发光二极管上，经过光耦合，光敏晶体管接收光信号，并能接受的信号送入内部电路。
在输入采样时送入输入印象寄存器。
现场开关通断状态，对应输入印象寄存器的1/0状态，当输入端的发光二极管点亮，即指示现场开关闭合。
外部直流电源用于检测输入点的状态，其极性可以任何接入。
图3直流输入电路
图3中，电阻R2和电容C构成滤波电路，可滤掉输入信号的高频抖动。
双向光耦合器起整流和隔离的作用，双向发光二极管VL用作指示。
（2）交直流输出模块
交直流输出模块是继电器输出方式，其输出电路如图所示，当PLC有信号输出时，输出接口电路使继电器线圈激励，继电器触点闭合使负载回路接通，同时状态指示发光二极管VL导通点亮。
根据负载的性质来选用负载回路的电源电压性质。
图4继电器输出电路
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第八章运输升降机的设计注意事项
1、安全事项，设计始终要把安全放在第一位，这是对每一个客户、每一位有可能接近或接触到设备人员的不可推卸的终身责任。
在程序中要注意使用相应的中断处理和相应的电器连锁，在机械系统上要采取机械互锁、机械限位、电气联动、外部传感器、安全继电器等措施和元件来完成安全设计。
安全始终贯穿整个设计，如果一个设备设计的再精巧，却存在安全隐患，那设计人员难辞其咎。
2、智能化的设计，自动化设备的设计要求具有相应的智能化设计，当设备发生故障或是动作不协调时，设备能够自动地切换至应急工作态，或是设备能自动的自我调整。
减少因为设备故障或动作失调造成整个生产线停机事故地发生。
智能化太低或是使得配套生产线频繁停机的自动化设备等于一堆废铁。
3、如果升降电机的功率较大，那升降电机的工频应急运行可能会存在一定问题，在大功率升降升降机的设计上应考虑由变频器低速点动来完成检修运行，这就要求变频器的质量和品质一定要高。
同时变频器应该注意选用制动电阻，输出电抗器等附件。
4、外部传感器的使用要充分考虑到外部传感器误动的发生，在程序上考虑互锁，在机械系统上注意选型。
光电传感器和电磁感应式接近开关在使用上存在一定差别，应当注意。
5、在PLC的配置上应充分考虑设备的扩展和功能的增加。
6、在低压元气件的选择上建议使用正品原装进口（带序列号）知名品牌，自动化程度越高的设备不使用低档次低压元气件。
这与爱不爱国无关，也与成不成本无关。
7、机械结构的设计要有足够的强度，充分考虑安全性能。
加工要求需要高品质，只要严格按照国家GB标准生产，一般问题不大。
8、人性化设计，电气控制柜设计要符合日常习惯，凡是涉及安全的按钮、旋转开关应放在左手侧，必要时加锁。
急停按钮应放在右手侧，位置应该易于按压，但不易被人误碰。
电气柜内设计照明灯、散热风扇、电脑插座等附件。
机械部件的设计应该首先满足安全的要求，在此基础上方便操作人员工作，减小体力劳动强度。
9、变频器和PLC的安装位置要有一定的距离空间，防止因为变频器的高频干扰使得PLC误动。
注意屏蔽线的正确使用。
严格按照国家GB标准进行电气设计和安装，严格按照西门子产品机械系统手册进行设计和安装。
第九章总结
时间真的过的很快，转眼间到了毕业答辩的时间，此时的我既紧张又兴奋，紧张的是将面临最严厉的毕业答辩，到目前为止，我依旧没有太多的把握，只能全力以赴；对答辩充满好奇的同时，我又有那么一点点的兴奋，兴奋的是，三年的大学生活，即将到了收获的季节，汗水的付出，已经到了结果之时。
由于基础薄弱，设计起来很困难，刚拿到课题时找资料是第一大难关，那时脑子里一片紊乱，无从下手，记得当时在图书馆呆了几个下午，挑了好多的书，但总是无法把那些片段串联成一个方案，后来通过曾老师和同学的帮忙，渐渐有了头绪，确定了方案，正式着手设计。
设计时只有拿着书本慢慢学，参考书本编程，经过两个月的摸索和学习，把原本不清楚的东西都学会了，在这期间走过弯路，迷茫过，不知所措，经过指导老师曾老师细心的讲解加上自己的努力，同学的帮助，终于完成了设计。
这次毕业设计对我以前学过的理论知识起到了很好的回顾作用，以前在校学习时不够清楚如何应用所学知识，对所学的课程不能很好的融会贯通。
开始我们每学期都会有一些各个科目的课程设计，但那样的设计都会在老师的不断提醒下完成，这次的毕业设计就有所不同，它需要自己去查找资料，自己拿出方案，找出设计的突破口，经过一个月的努力，这次课程设计的各个主要环节都已经出炉了！
从电气图的绘制到编程的敲入，从梯形图的出炉到指令表的编写，我都会自己动手动脑，自己找出各个需要的元件的信息，通过这次的设计我想我自己应该从中得到很多益处的。
但现在通过毕业设计，让我很好的运用了模拟电路、工厂设备、PLC方面的知识，对其加以进一步的消化和巩固。
设计虽然完成了，但自动化升降机的设计因设计角度和设计理念的不同和偏差，可能造成设计上的一些差异。
本论文中较为详细地介绍了运输升降机设计的方法和过程，论述了运输升降机的结构设计和工作流程与工艺设计。
但因为，自动化设计的内容量过大，涉及的专业较多，牵扯面也很宽。
仅仅一片专业论文实在无法全盘托出，有些的方的表述可能会存在不够准确，或者描述上存在未能描述到的地方。
和在设计中遇到很多困难却令我难忘，特别在用AUTOCAD制图在绘制电气图时，画电器元件特别费时，由于对AUTOCAD软件应用不熟练，还得边翻书自学边画图，画一张简单的图往往要花上几天的时间，还要将画好的原理图复制到WORD中，进行排版。
虽然麻烦，但这次课程设计使我对AUTOCAD软件有了进一步的了解，并能较为熟练的应用它。
在本次设计,我学会了如何运用弱电控制强电，避免了人体直接与强电接触的可能，大大提高了人身的安全。
也进一步了解了PLC的一般编程的步骤.也感觉到合作的重要性，这对我以后的工作上有很大的帮助的。
不管做什么都要一步一步的仔细的做下了。
对于以上之粗浅体会，进一步的总结和提高需要有更多的社会实践来提供，我也相信在不久的将踏入社会之际，类似这样的毕业设计绝不在少数，只要我们努力学习，勇于实践，勤学好问，我就会懂得以前不明白或不十分明白的道理，就会很快地成长和成熟起来，我也相信，凭着我自强不息，勇于拼搏的精神，定能很快适应类似设计的需要，适应这个多变的社会，充分发挥长处，朝我的方向不断前进，前进，再前进！
本次课程设计培养了自己动手和动脑能力，为将来工作奠定了基础。
通过这次毕业设计的完成，使我对以前的知识得到了巩固和复习，同样也提高了我的计算机的使用能力，更增加了进一步的求学欲望。
总之经过完成毕业设计使我收益非浅。
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