毕业设计（论文）PLC在景杆和灯杆控制系统中的应用

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1、中南民族大学工商学院毕业论文(设计)系部： 电子信息工程系 专业： 通信工程 年级： 04级 题目: PLC在景杆和灯杆控制系统中的应用 学 生： 学 号：04112014 指导教师： 职称: 讲师 2008年01月01日中南民族大学工商学院本科毕业论文（设计）原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年 月 日22目 录摘要 .1关键词.1Abstract.2Key word.21 概述 .31.1 控制

2、系统发展状况 .31.2舞台吊杆控制系统发展状况 .31.3 PLC发展状况. 41.4课题的研究意义.52 舞台吊杆控制系统整体设计 .72.1系统功能及工作原理. 72.2主要器件选型 .82.2.1 PLC的选型 .82.2.2变频器的选型 .92.3 PLC控制部分具体实现 .102.3.1 PLC控制部分的组成.102.3.2控制系统的工作方式.122.3.3 PLC控制变频器.122.3.4变频器控制电动机.143 PLC系统软件设计.163.1 变频器控制软件设计.163.2 RS-485通信软件设计.184 结论.21参考文献.22PLC在景杆和灯杆控制系统中的应用摘要：本文介

3、绍了PLC在舞台吊杆控制系统中的应用,以及PLC控制系统的硬件和软件的设计方法。充分说明PLC在大规模开关量的管理和控制、提高产品的可靠性等方面具有极好的性能和优势。吊杆控制系统的自动功能由控制器PLC来控制变频器实现，手动功能通过接触器逻辑电路来实现。本文第一部分概述了舞台吊杆控制系统发展状况，PLC的发展状况以及本课题的研究意义；第二部分详细描述了舞台吊杆控制系统整体设计：包括以对系统简介，PLC与变频器的选型，以及PLC控制部分的实现；第三部分讲述了PLC系统软件设计，从两个角度进行软件设计：一是变频器软件设计，二是RS-485通讯软件设计；第四部分是系统总结，总结系统的优越性以及它缺点

4、的，等待进一步完善。关键词： LG可编程控制器；舞台吊杆；控制系统PLC In Jing Ganhe lightpost Control System ApplicationAbstract：Introduction application of PLC in the control system of platform booms, and the PLCs control system design method of hardware and software，in this paper. Speak volume for PLC has a well capability and ad

5、vantage such as management and manipulate of a large switching amount、enhancement on reliability of production; Writing up the control systems configuration of the hardware、the excogitate of software and function achievement, It fulfills the requirement of the stage. Practice certification it, the o

6、f system devices correspondence and exerts stability、advantage.The function of automation in the control system of platform booms is achieved by which the inverter is controlled by the PLC. The function of extremity is selection by the touch logic circuit. Application system of the inverter are intr

7、oduced in this paper，some practical are put forward，and the concrete measures in the system design and installment are expounded. First, summarizes the development condition in the control system of platform booms, the of development condition and the text researches significance; Second depictions

8、device of the integration in the control system of platform booms: the system concision, selection of the PLC and the inverter, and the control part of the PLC is achieved; Thirst, tells about what the PLC devices the system software. The software devise is on the two angles: one is the devise of th

9、e inverter, another is the communication of RS485; finally is the outlook of the system, sum up the system superiority and its shortcoming, bide and get ahead totally.Keyword: LG PLC；Platform Booms；Control System1 概述1.1 控制系统发展状况控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后来的继电器构成了控制系统的前身。早期的监控系统由于当时的生产规模较小，自控仪

10、表尚处于发展的初级阶段，所采用的仅仅是安装在生产设备现场、只具备简单测控功能的基地式仪表，其信号仅在本仪表内起作用，一般不能传送给别的仪表或系统，即各测控点只能成为封闭状态，无法与外界沟通信息，操作人员只能通过生产现场的巡视，了解生产过程的状况。以自动控制系统为主题，辅助各种自动化仪表和控制检测。集中式计算机控制系统是一种多目的、多任务的控制系统，称为第二代控制系统。它把各种各样的任务都交给一台计算机，利用计算机的高速分时多路处理特点，完成对现场的直接控制。这种控制系统相比早期的控制系统，具有如下明显的优点:能完成简单的PID控制，能完成复杂的控制运算(如最优控制、自适应控制)等具有快速反应和

11、高精度运算的特点,具有记忆、判断功能，不但能对过程进行连续控制，还能实现逻辑控制功能。人机界面友好，计算机所控制的过程信息可以在一台或多台CRT屏幕上显示出来，并可以通过控制台键盘进行操作，因而简化了操作手段。现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制和系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统，以PLC和DCS为代表，从70年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展，从90年代开始，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统。第四代控制系统是现场总线控制系统(FCS)，它突破了DCS系统中通信由专用协议的封闭网络来实现所造成的缺陷，把基

12、于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化标准化的解决方案，即可以把来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备，通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化的各种功能；同时把DCS集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备实现基本控制功能。1.2 舞台吊杆控制系统发展状况随着人们文化生活水平的提高，对舞台演出节目的质量要求越来越高。舞台的现代化、智能化是必然的发展趋势。80年代以前，由于经济条件的限制，大多数舞台机械是定速控制。极少数使用的是直流调速，其调速成本高，造成使用不能普及。随着戏剧改革的不断演进，对舞台机械的功能要求也越发的增多。原先

13、的机械以越来越不能满足现在和将来的要求，面对现状，穷则变变则通，通则久。只有更新才是适应未来发展的需要,现已采用舞台吊杆。现代制造业发展使舞台吊杆设备性能不断提高，舞台吊杆作为一种专用设备，看起来和起重、升降、输送设备相似,但由于其参与表演载送演员和道具的特殊性，其安全性、可靠性、运动的平稳性、准确性、低噪音等特性都对其设计及制造提出了很高的要求，不同于普通的起重、升降和输送设备。现代制造技术，可以大大提高产品加工制造精度，比如精密制造的传动装置，可以提高其运动平稳性、准确性和降低噪音。据有关资料介绍，经过特殊设计和制造的电机和减速机组装成的吊杆卷扬机构的运行噪音只有50分贝。现代化的设计手段

14、，精确数值计算，三维设计、计算机模拟仿真技术的应用，不但提高了工作效率，又使舞台吊杆的设计更加合理、安全。在西方高新技术应用最集中的，除了军事部门，就是艺术娱乐业了。国外舞台机械的发展以欧洲为典型，最早在17世纪出现了镜框式舞台，为舞台机械的使用提供了载体，在此之前则普遍是露天剧场以及观众环绕的敞开式舞台。舞台设备只有少量的木制器具，还算不上真正的舞台机械。14世纪后期，欧洲出现了木铁合制的较为复杂的舞台机械，大都用人力推动绞盘驱动，通过复杂的滑车绳索系统传动来实现其动作。1876年落成的巴黎大剧院舞台第一个安装了水压式的机械升降台。1896年，电力驱动的转台出现于德国慕尼黑地方剧院。1904

15、年到1914年间德来士顿国家剧场把升降台与车台结合起来形成了世界上第一个混合型的机械舞台。从18世纪末到20世纪初的一百多年来，欧洲的舞台机械随着舞台艺术和工业技术的发展而空前发展。在舞台上，复杂的舞台机械向人们展示了欧洲发达的舞台机械生产及控制技术，台上有：吊杆、吊点、灯光渡桥、灯光吊笼、防火幕等；台下有：升降台、车台、转台、升降乐池等多种形式，有的升降台中套转台，有的转台中含有升降台，还有声反射板、升缩台、假台口等，有的还有控制大型道具运动的机械、控制观众厅座椅运动和控制墙体运动的机械，最先进的机械一般由液压或机械传动、计算机控制。舞台机械设备与灯具、电脑灯、调光设备、音调设备一起，在发达

16、国家都已形成了一批著名的专业生产厂。每年在技术上、工艺上都会涌现一批专利，组成了蓬勃发展的舞台技术产业。归纳总结，目前国外的舞台机械发展主要有以下特点:(1) 专业剧场的部分机械设备设置己形成基本模式，有时还根据特定剧情设置专用的舞台机械设备、为特定剧目服务，并且舞台机械设备有向大型化发展的趋势。(2) 舞台机械设备具有高科技含量。在舞台机械设备中大量应用高新技术成果，如计算机技术、数控技术、液压技术、传感反馈技术、现场总线技术、DCS技术等等，这些新技术的应用使得机械设备的运行速度，空间位置变化丰富多彩使推、拉、升、降、转各种功能的组合变化更加灵活，舞台艺术更完美更逼真。(3) 台上设备的配

17、置更趋于灵活、成组、集成；电动，传动和执行机构趋向多样化，舞台设备的驱动方式包括液缸式、齿轮条式、丝杠螺母式和钢绳曳引式等等。(4) 舞台机械设备外延的扩大。在一些公共娱乐场所，如体育馆、会议中心、电视演播厅、歌舞厅等，除设置类似剧场用的舞台机械之外，还根据特有的使用功能要求设置一些机械设备，如:可开闭的活动屋顶、活动分隔墙、座椅升降台、伸缩座椅等设备，使这些文化设施的使用功能日趋完善。(5) 对舞台设备可靠性及操作的便捷性的要求进一步提高。(6) 舞台机械设计、制造规范化标准化。在舞台机械的设计、制造、检测、验收、维修等方面，德国、奥地利、日本的舞台机械设备除执行本国机械行业的通用标准外，还

18、必须执行舞台机械的专用标准。经过数月来的不断思考和改进，新星2002吊杆程控系统已初具雏形。它是基于WINDOWS的PC机上的程控软件。与同类的吊杆控制系统相比，新星2002拥有更加强大的程控功能。作为专业舞台工作者，新星2002是必须学习的软件；作为机械电子爱好者，新星2002也将给你带来最大的乐趣。1.3 PLC发展状况自从1969年，美国著名的数字设备公司(DEC)根据美国通用汽车公司(GM)的要求，研制开发了第一台PLC。 PLC已经历了四次换代:第一代PLC大多用一位机开发，用磁芯存贮器存储，只具有单一的逻辑控制功能；第二代PLC产品换成了8位微处理器及半导体存储器，PLC产品开始系

19、列化；第三代PLC产品随着高性能微处理器及位片式CPU在PLC中大量使用，PLC的处理速度大大提高，从而促使它向多功能及联网通讯方向发展；第四代PLC产品不仅全面使用16位、32位高性能微处理器，高性能位片式微处理器，RISC(reduced instruction set computer)精简指令系统CPU等高级CPU，而且在一台PLC中配置多个微处理器，进行多道处理。同时生产了大量内含微处理器的智能模板，使得第四代PLC产品成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的真正名副其实的多功能控制器。同一时期，由PLC构成的PLC网络也得到飞速发展。PLC与P

20、LC网络成为工厂企业中首选的工业控制装由PLC组成的多级分布式PLC网络成CIMS(computer-integrated manufacturing system)系统不可或缺的基本组成部份。可编程控制器(PLC)综合了计算机技术和自动控制技术，已发展成为一种新型工业控制器，目前被广泛应用于工业各个领域。采用PLC的控制系统或设备具有可靠性高，控制易于实现，系统设计灵活多样(修改方便)，能在实验室内进行现场模拟调试，编程简单，易于安装，性能价格比高，有良好的抗干扰能力等特点。PLC与机人、CAD/CAM技术被公认为在21世纪的工控领域最有发展前途的科学技术PLC经过二十多年的发展，现已形成了

21、完整的工业控制器产品系列，从初期的只有计时，计数及逻辑运算等简单功能,发展到目前的具有接近于计算机的强有力的软硬件功能,如浮点运算，数据传送和比较，文件传送，人机对话及网络通讯等功能.随着半导体工艺的进步，使PLC的产品外观尺寸上日趋小型化及组合化，从而为机电一体化产品提供了基础.目前PLC产品已成为控制领域中最常见,最重要的控制装置之一，它代表了当前电子程控技术的发展潮流，其应用已渗透到国民经济了各个领域，正发挥着日益明显的重要作用。因而在世界各国受到越来越高度的重视，根据日本电气自控工业协会的调查表明，PLC技术与CAD/CAM和工业机器人将成为实现工业自动化的三大支柱，是控制领域中不可缺

22、少的战略性产品，日本将发展和应用PLC技术作为基国之一。1980年美国可编程控制器年会曾指出,PLC将有两个方向发展：一个发展方向是向着大型化、复杂化、高功能化、多层分布化式工厂全自动化网络化方向发展。以美国GE公司的GENETTWO工厂全自动化网络系统为代表，客观存在具有逻辑运算，向上能与上位机进行通信，向下能直接控制CNC数控系统和机器人，并通过下级PLC控制执行机构；操作台上可配备FACTORY MACTER数据采集系统和分析系统及VIEMASTER彩色图像图解系统，实现了整个工厂的管理与控制的自动化。可编程控制器的另一个发展方向是小型化、超小型化方向发展。微处理器的出现，标志着电子技术

23、,主要是集成电路技术物飞跃，它为PLC的发展带来了深刻的影响；为PLC小型化、超小型化发展提供了条件PLC的小型、超小型产品、适合小型分散、低要求的市场，以适应机电一体化的关键产控制器的超小型化。根据调查，美国机床行业采用的超小型几乎占了PLC机市场的四分之一，今后还会有更大的应用市场。以日本松下电工公司的FPI小型硬件配置较齐全.机内设有高速计数器，输入频率可达1KHZ；输出端输出频率可输出频率可调信号；有8个中断源可进行中断控制；高有RS-232C接口；可以和微机进行通信；并可通过NPST和FPWIN开发软件在微机上用梯形图或指令语句进行编程。通过深化改革，随着国民经济的发展，我国电器工业

24、将会大大缩短与世界先进国家的差距，发展到更高的水平，满足国内外市场的需要。1.4 课题的研究意义随着我国经济水平及人民文化生活水平日益提高，广大消费者对文化娱乐设施提出了更高的要求。剧院是群众经常出入的文化消费场所，努力提高舞台控制系统的控制水平，进而提高整个现代化剧院的档次，是我们从事舞台吊杆控制系统研究的工程人员的责任和义务。深感我国同行在该领域与外国同行的差距，中国作为现在世界上经济增长最为迅速的发展中国家，消费市场巨大，这也给舞台吊杆控制领域带来新的机遇。目前PLC技术主要朝着小型化、标准化、智能化、高速化、大容量化及网络化的方向发展，使得PLC功能更强，可靠性更高；它在舞台吊杆中的应

25、用充分体现了PLC的发展方向，同时也满足了用户的需要。如该系统能现场运行，就会操作简便，工作可靠性高，定位准确。系统的控制精度和响应速度均优于指标和水平，可以使电动机实现正反转，简化机械变速机构，在上下升降工序的设备速度的匹配上更具有优势。在吊杆控制系统中，都是变频器变频来承担，由于电动机启动、运行特性的原因，在点自动与启动、运行过程中，不可避免地会出现不良现象。对吊杆损伤的机率就越大，应用交流变频技术就能够很好的解决平滑启动，消除吊杆启动时的冲击力，简化机械变速机构，实现电动机无级调速，满足生产工艺要求，提高成品质量。采用PLC作上位机控制的交流变频调速系统具有比直流调速高得多的动静态调速性

26、能指标，选择合理的设备设置参数后能够使控制系统响应速度快、速度精度高、鲁棒性强的要求。期望自己的工作能够给相关领域的研究做出自己微薄的贡献，衷心希望我国的舞台机械控制事业越走越好，在丰富广大人民群众的文化生活方面取得更好的成绩。2 舞台吊杆控制系统整体设计2.1 系统功能及工作原理整个系统控制对象是8台吊杆，根据需要设计手动与自动为一体的吊杆控制系统，自动功能通过核心控制器PLC来控制变频器实现，8台电动机正反转、停止对应于8台吊杆的上升、下降、停止，吊杆升降的高度由上、下限位来确定。舞台吊杆控制系统的组成框图如图2-1所示。 工控机Master-K120S PLC 扩展PLC1变频器1接触器

27、1电动机1上限位1下限位8变频器8接触器8电动机8上限位8下限位C8051F040单片机8个电子尺 号吊杆 号吊杆图2-1 舞台吊杆控制系统的组成框图整个舞台控制系统由主机单元及外围电路组成。硬件部分以MASTER-K120S PLC作为控制中心，其外围部件从功能可以划分为输入选路部分、变频器部分、控制电机输出的三大部分。外部输入元件：8个电子尺，外部输出元件：8个抱闸线圈，8个接触器。其中输出信号两个用于吊杆升降（电动机正反转）控制接触器KM2、KM3；1个用于变频器调速控制接触器KM1。接触器KM的线圈通过辅助常开触头闭合继续通电，从而保证电动机连续行动。本系统控制对象众多，8台电机的正反

28、转、停对应于吊杆的升、降、停；而输入的需处理的信号对应吊杆的升降的距离，由电机输出的控制部分产生；上限，下限信号由控制吊杆运行的行程开关产生。众多对象只靠PLC系统难以胜任，所以选用分布式控制系统。为减少系统之间的连线，子系统以串口通信方式同主机传递信息。因为相对于RS-232通信，RS-485通讯信号传输距离较远，能够避免共模信号在通讯中的干扰，所以本系统选用RS-485。PLC通讯方式控制变频器的方法：它只需在PLC主机上安装一块RS-485通讯板或挂接一块RS-485通讯模块； 在PLC的面板下嵌入一块造价仅仅数百元的“功能扩展存储盒”，编写4条极其简单的PLC梯形图指令，即可实现8台变

29、频器参数的读取、写入、各种运行的监视和控制，通讯距离可达50m或500m。PLC与变频器之间采用主从方式进行通讯，PLC为主机，变频器为从机。1个网络中只有一台主机，主机通过站号区分不同的从机。它们采用半双工双向通讯，从机只有在收到主机的读写命令后才发送数据。例如：按“控制电机运行”键能控制电机的有参数正转运行，有参数反转运行，有参数停车，无参数运行，无参数停车，点动运行与停车等。PLC控制变频器实现系统自动功能，采用多段速改变变频器的调速。通过键盘显示可以在舞台吊杆控制系统中为能实现远距离控制并具有零电压保护，在变频器与电动机之间设置接触器它可以频繁地接通和分别交直流主回路和大量控制回路。吊

30、杆单元：其用来执行控制台发出的命令，完成升降任务。吊杆单元是由：电机、信号器、车盘、定位块、钢丝绳、轨道、横架梁、吊杆等组成。电动机的正反转控制 ：在实际应用中，往往要求生产机械改变运动方向，如工作台前进后退；电梯的上升、下降等，这就要求电动机能实现正、反转。对于吊杆来说，可通过电动机的两个接触器来改变它的定子的电源相序来实现，接触器的KM1（主触头）为正接触器，控制电动机正转；接触器KM2（辅触头）为反向接触器，控制电动机反转，电动机上升，吊杆上升；电动机反转，吊杆下降。接触器: 当线圈通电后，常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，常闭触头闭合；常开触头断开。单片机: C8

31、051F040是C8051F04X系列单片机中的一种，它是完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有64个数字I/0引脚，片片集成了一个CAN2.0B控制器，具有与8051兼容的微控器内核，与MCS-51指令集完全兼容，除了具有标准8052的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件。C8051F040内含一个可编程内部晶振和一个外部晶振驱动电路，MCU共有5种起振方式，我们采用外部石英晶振。其旁路电容一般取值为2030pF，晶振频率取20mHZ。2.2 主要器件选型2.2.1 PLC的选型目前，市场上的PLC的厂家很多，每一个厂家生产的PLC种类也

32、非常之多，总体可以分为：整体型和模块型两类。下面就几种常见的PLC的相关特性进行比较，结果如表2-1。由系统所需要实现的功能可得，PLC主要完成对变频器的控制、接收单片机采集的位置信号和限位开关的开关量，并完成系统的逻辑控制。这里选用LG Master-120S PLC，它有36路模拟量输入口，48路（扩展3个8路输出模块）继电器输出口，RS485通信口，32位符号计数器。根据系统输入输出的性质和数量，以及控制要求同时考虑到维护，履行和经济等诸多因数。1个Master-K120S有6个公共端，而本系统需要控制8台变频器，故选用一台Master-K120S 的PLC作为主机基本单元用K7M-DR

33、T60U（AC220V，DC24V，36点输入/24点继电器输出）串行3台输入扩展单元G7E-RY08A（8点继电器输出，结构紧凑），这样模拟量输入点有36个，模拟量输出点有48个，满足要求。（1）Master-K120S内置功能 表2-1 几种常见的PLC的相关特性LG PLC欧姆龙PLC三菱PLC西门子PLC持有多种类型内置功能强大可靠性高、抗干扰能力强可靠性高高速运行速度极快设计安装容易，维护工作量少丰富的I/O接口模块各种专用功能模块高功能I/O或高功能CPU单元适用于恶劣的工业环境采用模块结构强大的网络脉冲捕捉功能与外部设备连接方便编程简单易学提供基于Window的编程工具最大开关量

34、能力可达320点，模拟量能力可达37路，UM容量可达20k步，DM容量可达32k字功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高安装简单，维修方便 20/30/40/60点标准主单元，10/14/20/30点经济主单元。 所有标准DRT类型主单元具有用于位置控制的晶体管输出点。 连接3个扩展单元可使用到最大120点。 高计数器（32位符号计数）。位置功能，通讯功能，PID控制功能。 扩展单元：模拟量输入模块，模拟量输出模块，RTD模块，模拟定时器，通讯模块。（2）存储设备：I/0继电器P0000P063F。辅助继电器M0000M191F。掉电保持继电器K0000K031F。计数器C000C2

35、55。数据区域D0000D4999。2.2.2 变频器的选型变频器容量选定过程，实际上是一个变频器与电机的最佳匹配过程，最常见、也较安全的是使变频器的容量大于或等于电机的额定功率，但实际匹配中要考虑电机的实际功率与额定功率相差多少，因此按电机的实际功率选择变频器是合理的，或根据具体选用的变频器品牌和性能进行选用。 选用变频器的容量，其有很多因数决定，例如电动机容量、电动机额定电流、电动机加减速时间等。最主要的是电动机功率，加上变频器的频率。选择三相变频器F1500-G0022T3B 为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和正反转的特性，以及电动

36、机的功率，采用三相变频器F1500-G0022T3B（适配电机的功率为2.2 kW），符合本系统的要求。变频器F1500-G型变频器是高品质、多功能、低噪音、通用系列变频器。该系列变频器能够在多种场合满足客户的需求。所选用的三相变频器F1500G0022T3B：电源输入端子R、S、T是代表三相380V交流电压输入端子；变频器输出端子:U、V、W代表变频器功率输出端子，接电动机；接地端子：PE代表变频器接地端子或接地点。控制端子功能简介：表2-2控制端子功能简介类别端子名称出厂功能功能说明规格模拟量输出信号FM电压输出输出电压与输出频率（或电流）成正比输出电压范围：0-15V最大输出电流10mA

37、IM电流输出输出电流与输出频率（或电流）成正比该端子外部负载阻抗不能大于500欧参考电源10V电压源10V参考电源，电源参考点GND端子DC：+10V100mA参考地GND参考地10V电压源参考地。不允许“CM”、“PE”或“N”端子短接电源24V控制电源输入端子用的电源，电源公共端为CM端子。DC：+24V200mA公共端CM公共端OP1OP8端子与24V电源公共端不允许“CM”、“PE”或“N”端子短接外部控制端子输入OP1点动正转该端子与CM短接可实现点动正转运行OP2多段速度控制端子“多段速度”调用端子。OP3OP4OP5外部急停输入急停信号，变频器显示“ESP”故障信号OP6“FWD

38、”端子变频器端子运行控制端子OP7“REV”端子该端子与CM短接时，可使变频器复位。2.3 PLC控制部分具体实现2.3.1 PLC控制部分的组成在现代工业控制中，PLC由于具有可靠性高，抗干扰能力强，适应性强，应用灵活，编程方便，易于使用，控制系统设计、安装、调试、维修方便，维修工作量少等一系列的优点而得到了广泛的应用，由于本系统主要是一些自动控制，所以以PLC作为控制核心。根据控制系统的需要，选用性价比较高的MASTERK120S系列可编程控制器来构建控制系统。基本单元PLC和扩展单元PLC中CPU采用CPU315-2DP，并且扩展单元PLC带有两个扩展机架。该系统之间的通讯方式采用RS4

39、85连接。采用交流220V电源供电，主模块有36点数字量输入，用于检测控制命令和开关状态；24点数字量输出。整个PLC控制系统有8组变频与电机，每组均由一台变频器和一台电机组成；系统以PLC为控制核心，由PLC采集压力信号和输出控制变频器的频率改变来运行。主回路与控制回路系统控制结构如图2-2所示。图2-2 控制部分组成电路图PLC相当于开关，主回路输入侧与电源之间接入空气开关MCCB，分别接端子U、V、W，电机线接入R、S、T，端子，如果接颠倒，将损坏变频器 ,为了防止过载，在变频器输出端设有热继电器保护，并在电源侧设置有热继电器断路触点。有一台电机作为被控对象，可以使用单台变频器进行单个对

40、象的控制，只要适当 的选用高性能的PLC（作为开关量）,完全能够胜任此功能。PLC控制系统由硬件和软件两部分组成。将输入元件通过点与PLC连接，将输出元件通过输出点与PLC连接，构成PLC控制系统的硬件系统，软件部分按控制思想，用PLC指令将控制思想转变为PLC可接受的程序，让它们之间可以通讯由于变频器安置在控制柜内，位置距离设备现场较远，所以将8个变频器的安装在可以直接观察到设备运行的现场操作台上，便于操作人员直接观察设备进行调频操作。在工作过程中如果发现有不合格，可以将设备切换到手动操作状态，按下操作台上“反向输送”按钮，8个变频器同时控制电机反转，将吊杆降到下限位。具体控制信号走向如图2

41、-3所示。吊杆控制台PLC变频器电动机 信息显示信号手动正向、反向信号正转、反转复位信号频率调节信号图2-3 变频器具体控制信号框图2.3.2 控制系统的工作方式有自动工作控制与手动调整控制联锁两种工作方式，当工作方式选择开关位于“自动”时，系统的全部动作由PLC控制变频器完成，不需操作人员干预；当工作方式选择开关置于“手动”时，系统的动作由操作人员通过BCD编码开关操作完成。如电动机的正反转，吊杆的升降等。设置手动工作方式是为了便于设备调试、检查和维修。 利用两个接触器的辅助常闭触点互锁控制的方式将其中一个接触器的常闭触点串入另一个接触器的线圈电路中，则任何一个接触器先通电后，即使按下相反方

42、向的起动按钮，另一个接触器也无法通电，这种方式称为电气联锁或电气互锁。在机电设备控制线路中，这种互锁关系应用极为广泛。凡是有相反动作，如工作台上下、左右、前后移动。在舞台吊杆控制系统中主要采用自动功能，控制部分由PLC和变频器所组成，PLC主要完成系统的控制任务，相当一个开关的作用，它包括主机，通信模块、输入模块、输出模块等。PLC主机接收到给这值及反馈值信号后，根据其内部的程序进行逻辑运算，按设计控制各个输出点，由执行元件实施具体的运作。当启动后，可编程逻辑控制器（PLC）就给变频电机的接触器的线圈KM上通电，使电机运转，电机工作使得吊杆升降。在此同时PLC也控制变频器，让输出电压使得变频器

43、调速，从而改变频率来驱动吊杆升降。如按上升的命令，舞台吊杆上升，电机正转。若所选择的单元舞台上升到上限位后，就给PLC发出一个信号，PLC接到此信号后，启动维持正常电机运转。当抱闸线圈温度过高后，电机就停止工作，舞台吊杆就下降到下限位，这样电机就在单元舞台吊杆上升和下降。2.3.3 PLC控制变频器PLC作为控制单元，是整个系统的控制核心。选用MASTER-K120S，一是输出给变频器转速信号，控制电机转速；二是按照一定的控制输出单元的控制信号，实现电机输出电压可调。从而实现整个变频电源输出频率、幅值的连续可调。 在本系统中使用的变频器具有多种调速方式，通信控制调速、多端调速、模拟量和自动循环

44、运行等方式，根据系统对速度的要求和系统运行简单、安全性考虑，在本控制系统中，PLC采用多段速度控制方式。（1）变频器键盘控制器LED显示运行频率、 功能、参数值或故障代码。4个发光二极管指示工作状态。运行时RUN亮，正转时FWD 亮，设置参数、切换位选择时DGT亮，显示频率时FRD亮。按“方式”键调出功能码，再按“设置”键调出参数，UP和DOWN键可选择调参数或功能码，调参数时“设置”键输入；在键盘控制方式下，UP和DOWN键可以动态调节，“停/复”键控制起停；在故障状态下，按“停/复”键可使变频器复位。（2）多段速调速“多段速”是变频器内部设置好七种速度（其频率值、加速度时间等可通过对数修改

45、），由定义的“多段速端子1”、“多段速端子2” 、“多段速端子3 ”调用。这三个端子与“CM”短接或断开的状态组合分别调用“多段速”中的任一段速度。变频器端子控制方式有多种，这里采用二线式2 制控制方式，分别用到FWD和REV端，其描述如下： “FWD”端子“开”：停止，“闭”：运行“REV” 端子“开”：正转，“闭”：反转“CM” 端子公共端（3）自动循环运行定义运行控制参数功能码分段F200F260，多段速参数功能码分段F300F360。则自动循环运行：F204=2，F210=1“自动循环运行”是指多段速“自动循环运行”，所给出“运行”指令后，变频器按用户设定好的“各段速”的加减速时间、运

46、行时间、运行频率、运行方向自动运行；如果运行达到设定值，变频器自动进行段速之间的转换，在变频器自动运行过程中，如果不给出“停机”指令或没有到达设定值，变频器就会按照所设定的功能码参数一直循环运行。（4）模拟量控制模拟量输入：在模拟量调速方式下，需要对输入模拟量的上/下限及其对应的输出频率进行设置，以达到满意的调速控制效果。脉冲频率输入：对输入模拟量信号进行滤波处理，该数值越大，模拟量设定频率越稳定，但响应变慢。本系统中PLC控制变频器采用多段调速如图2-4所示，图中OP2、OP3、OP4分别代表“多段速端子1”、“多段速端子2” 、“多段速端子3 ”，当PLC与三者相连，对应给定的频率，同时两

47、者的公共端相连。 图2-4 PLC控制变频器频率调节：当需要频率调节时，PLC控制变频器对原动机速度调节，使原动机运行在给定速度。同时由于频率的变化，在不饱和的情况下造成励磁电动势及电机内部参数xd、xq的明显变化，设频率增加，则E0随之增大，电机参数xd、xq也将增大，端电压将随之变化，为保持端电压不变，则又要调节励磁电流改变磁通m 以达到新的平衡点。 PLC采用RS-485无协议通讯方法控制变频器，这是使用得最为普遍的一种方法，PLC采用RS串行通讯指令编程。键盘控制/485通讯控制是由键盘或通过485通讯口连接的控制盒控制变频器运转，电机运转方向由运动控制参数而定的。由于变频器安置在控制

48、柜内，位置距离设备现场较远，所以将8个变频器的调速安装在可以直接观察到设备运行的现场操作台上，便于操作人员直接观察设备进行调频操作，在工作过程中如果发现有不合格，可以将设备切换到手动操作状态，按下操作台上“升降”按钮，8个变频器同时控制8台电机正反转，将吊杆升降。具体控制信号。随着电力电子技术以及工业自动控制技术的发展，使得交流变频调速系统在工业电机拖动领域得到了广泛应用。另外，由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。本设计就是利用变频器和PLC实现自动功能的控制。2.3.4 变频器控制电动机 变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力

49、技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，有许多优点，如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的高效连续调速控制、实现速度的精确控制。容易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能:变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别(如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等)，并立即封锁输出电压。这种“自我保护”的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。利用PLC对交流电动机进行调速控制，有许多优点：如节

50、电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的高效连续调速控制、实现速度的精确控制。容易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。在本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和正反转的特性，系统中由PLC完成数据的采集和通过对抱闸线圈通电，控制电动机正反转。8台电动机通过变频器调整频率，变频器控制调速电机的电路如图2-5: U1U8变频器; M1M8电机;变频器数字量控制端: 2正转控制输入；3反转控制输入；图2-5中OP1-1OP1-6分别代表OP2、OP3、OP4、OP6、O

51、P7、CM。 PE R S T R S T变频器U1变频器U8 OP1-1 OP8-1 OP1-6 OP8-6 U V W U V W KM1 KM8 1 2 3 1 2 3MM1M8 图2-5 变频器控制电动机电路PLC在三相电机控制中的应用，具有控制速度快、可靠性高、灵活性。PLC配置有较强的监控功能，它能记忆一些异常情况，或当发生异常情况时自动终止运行。在控制系统中，操作人员通过监控命令可以监视有关部分的运行状态，可以调整定时或计数等设定值，因而调试，使用和维护方便控制系统的工作方式。变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的

52、交流拖动系统相比，完善的保护功能,变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别(如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等)，并立即封锁输出电压。PLC采集接触器、电机及变频器等有关的各类对象的信息。本系统中，对8台电机采用8台变频器来进行频率的调节控制。采用PLC输出的模拟量信号作为变频器的控制端输入信号，从而控制电机转速大小，并且向PLC反馈自身的工作状态信号，当发生故障时，能够向PLC发出报警信号。由于介绍了基于Master-K120S PLC控制变频器使电动机正反转在吊杆控制系统中的应用。3 PLC系统软件设计升降过程的软件设计是下位机控

53、制程序的主要部分。下位PLC接受上位机控制参数后,系统检测外部反馈正常，PLC输出模拟量给变频器，开关量对变频器进行调速,设备将按控制参数要求运行。计数器模板不断累计编码器反馈信号，通过比较、PID运算,调整变频器的速度给定,实现吊杆无级调速和准确定位。对相应反馈，系统具有完善保护功能，确保吊杆运行的安全性和可靠性。控制软件简要流程如图3-1所示，软件结构根据控制要求而设计，在应用PLC系统设计时，应根据以下的原则，才以有保证系统工作的稳定。（1）最大限度地满足被控对象的控制要求。（2）系统结构力求简单。（3）系统工作要稳定、可靠。（4）控制系统能方便的进行功能扩展、升级。（5）确保吊杆运行的

54、安全性和可靠性。本系统中，根据用户要求，以及此系统的特殊性，经过充分考虑和可行性分析，系统工作流程如下：用户通过上位机给PLC发送运行命令，PLC接到命令后根据不同的命令执行不同的操作，这里接收到的主要是吊杆的目标位置，目标位置的确定根据：PLC控制变频器，输入信号，然后变频器通过接触器让电动机运行；当电动机正转时，上限位发送命令给PLC，使得吊杆上升，如果未达到固定的位置，就发送命令给PLC再次运行，否则继续运行；当电动机反转时，下限位发送命令给PLC，使得吊杆下降，如果未达到固定的位置，就发送命令给PLC再次运行，否则继续运行。系统运行完毕后，通过位置检测（在运行过程中能随时检测）把反馈信号发送给上位机，在确定无误后，关断电机，等待下次启动。3.1 变频器控制软件设计通过PLC控制8台变频器，当按下PB1时，运行的变频器数目加1；当按下PB2时，运行的变频器数目减1。当8台变频器同时受控制时按下PB1，所有的变频器都停止。变频器控制流程如图3-1所示。图3-1 变频器控制流程图为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用三相变频器F1500-G0022T3B，系统中由Master-K系列PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的