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生产线上运输升降机的自动化设计
摘要:本设计基于应用西门子S7-200 PLC和西门子MM420变频器组成的升降机控制和驱动系统，可以完成对升降机自动运行的智能化控制和管理，可以根据生产线的实际生产需要和具体工艺要求自动调整升降方向和速度快慢。也可以在变频器发生故障时自动将发生故障的电机切换到工频状态应急工作。
论文分析了运输升降机机械系统，自动控制系统的组成和工作原理，并根据设计的主次方面，详细阐述了运输升降机的各个关节的高端控制的实现方法。
本设计的整个系统自动化程度高，应用范围广，可以在多个行业与国内外各型生产线配套使用。
关键词： 自动控制系统 变频驱动系统 输送带 光电传感器 编码器 变频器
Automatic Transport lifts Design on Automatic production line
Abstract:The design is based on application of Siemens S7-200 PLC and MM420 converter comprising Siemens lift control and drive systems, can be completed on the lift and operation of intelligent control and management may be based on the actual production line production needs and specific requirements of automatic adjustment take-off and landing direction and speed the pace. Inverters can also automatically event of the failure of the faulty electrical switch to the state of emergency frequency.
Papers of mechanical lift transport system, automatic control system and the working principles, and in accordance with the design sequence, elaborated on the various transport lifts in the high-end joint control of the method.
The design of the whole system a high degree of automation, wide application, in many industries and various types of production lines at home and abroad supporting use.
Key words: Automatic Control System Variable frequency drive system
Conveyor belt Photoelectric sensor Encoder Inverters
目录
第一章 引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
1.1 可编程序控制器的特点及应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1
1.2 如何选购PLC产品 ．．．．．．．．．．．．．．．2
1.3 输入回路的选择特点．．．．．．．．．．．．3
1.4 输出回路的选择特点..3
1.5 软件编制 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
1.6 优化选择 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
第二章 运输升降机系统概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
2.1 运输升降机机械系统的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
2.2 运输升降机的自动控制系统的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
2.3 运输升降机的工作原理和控制要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
第三章 运输升降机自动控制系统设计．．．．．．．．．．．．．8
3.1 运输升降机机械系统的结构组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.2 运输升降机的电机驱动系统的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
3.3 运输升降机自动化控制系统的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17
第四章 运输升降机自动运行工艺流程的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
4.1 运输升降机的外部传感器设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
4.2 运输升降机的停止状态位．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
4.3 运输升降机自动运行步骤设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22
4.4 升降升降机精确平层的电气控制设计．．．．．．．．．．29
4.5 对升降机构电磁机械安全抱闸的控制设计．．．．．．．．．．．．．．．31
第五章 运输升降机安全运行的设计．．．32
第六章 运输升降机的总体整合设计．．．．．．．．34
6.1 系统选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
6.2 主要元器件的介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
6.3 外部硬件接线图设计．．．．．．．．．37
6.4 系统I/O分配．．．．．．．．．．．．．．．．37
6.5 梯形图设计．．．．．．．．．．．．38
6.6 源程序设计．．．．．．．．．．．．．．38
6.7 程序运行过程分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38
6.8 程序的下载、安装和调试．．．．．．．．40
第七章 运输升降机的设计特点．．．．．．．．．．．．．．．．41
第八章 运输升降机的设计注意事项．．．．．42
第九章 总结……．．．．．．．．．44
附录 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46
致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52
参考文献 ．．．．．．．．．．53
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(Programmable Logic Controller，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：
