【正文】 升機的控制過程 無論 是自 動 或是手 動 控制的提升機，其 運 行的速 度圖 ，一般都具有以下幾 個階 段：加速、等速、 減 速和爬行 四個階 段，其速度 時 序 圖 如 圖 1 所示。 減速減速等速加速 圖 31 提升機運行速度時序圖 10 該速度控制的實現，以往大多采用繼電器電接觸器控制來完成?，F以小型提升機為例說明。首先應通過計算求出對應于以上四個階段的時間值。設計算所得加速時間越為 5S，等速約 40S，減速和爬行共約 5S。這種類型的提升機是帶有附加延時的電流控制系統(tǒng)。起動時采用三項異步電動機轉子串接四段附加電阻，用時間繼電器 KT 和電流繼電器 3KA 共同完成延時，逐漸切除轉子附加電阻的加速啟動過程。當轉子附加電阻全部切除完成，提升機進入等速階段。經過 40S 的運行后，控制系統(tǒng)切斷電動機的三項電源，使提升機進入減速階段運行。當運行 4S 之后，再接通電動機電源，使電動機進入低速爬行階段，此時間大約為 1S ，然后馬上切斷主回路和控制回路電源，安全制動交流接觸器 KMB 線圈斷電， KMB 進行安全制動抱閘，提升機停車。 采用 PLC 控制 控制方式 上述的提升機控制系 統(tǒng) ，若采用 PLC 控制，可以采用 兩 種控制方式。一是半自 動 化的控制系 統(tǒng) 。即保留原 來繼電 接觸器控制的手 動 指令控制部分，以原 來 的 電 器控制 線 路 圖為基礎 ，改 進 成 為 PLC 的梯形 圖 二 設 置的控制。保留原 來 的 電 流延 時 控制功能，其 電 流延 時 功能 為自動 控制。 這 種控制方式，適合于下方特 別負 荷的重物，或在空 載時 采用手 動 與自 動相結合 的方式，即半自 動 化控制的方式。二是全自 動 化控制系 統(tǒng) ， 該 系 統(tǒng) 去掉了手 動 指令控制器，采用全自 動 控制方式，其特 點 是自 動 化程度高，使用方便。其 進出線 方式保持不 變 （與半自 動 化相同），只需用自 動 控制和半自 動 控制 轉換開關 SB，并通 過 PLC 內 部程序的改 變 ，使 其控制功能改 變。 在提升機控制系統(tǒng)中，事關重要的是保護系統(tǒng)，采用 PLC 控制，將會更加安全可靠。例如，可利用超聲波或霍爾組件傳感器把提升機中把鋼絲繩的斷裂檢測出來，把這些信號經過處理送給 A/D 輸入模塊，經過 PLC 的軟件處理，在給 PLC 的 D/A 輸出模塊，通過一定的電路顯示出來，并對提升機發(fā)出相應的控制命令。該系統(tǒng)處理保留原來的繼電器接觸控制系統(tǒng)的控制保護功能外，還利用了 PLC 得天獨厚的特點 —— 具有輔助特殊功能的內部繼電器。例如前面提到的異常事故的禁止輸出繼電器，在緊急狀態(tài)下，使 PLC 全部輸出禁止，實現了故障保護 。另外還利用停電記憶功能的輔助繼電器，保證在電源恢復時按著原來的程序往下運行，這樣就使提升機的運行效率大大提高，安全系數也相應提高。這些都是其它控制所不能比的。 11 PLC 類型的選擇 原則 目前， PLC 的種類很多，按其輸入輸出方式有直流和交流兩種輸入方式；有繼電器（ R），晶體管輸出 (T)，雙向可控硅輸出（ S）三種輸出方式；按其功能又分為低檔、中檔、高檔三種；按接點數又分為小型、中型、大型三種。一般小型低檔的 PLC 僅能實現對開關量的控制，中檔和高檔、中型和大型的PLC 才能實現對模擬量的控制，并且具有聯網 通訊，各種運算，高級語言等多種功能。 具體在提升機中選用哪種型號的 PLC，要視控制系統(tǒng)的情況及經濟實力而定。 在選型是一般要考慮一下幾點： 1 確定控制對象和控制范圍 在應用 PLC 時，首先要詳細分析被控對象、控制過程與要求，了解工藝流程后列出控制系統(tǒng)的多有功能和指標要求，與繼電接觸其控制系統(tǒng)和工業(yè)控制計算機進行比較后加以選擇。 2 選擇機型 一般來說，各生產廠家的產品在可靠性上都是過關的，機型的選擇主要是指在功能上如何滿足自己要求，而不浪費機型容量。 在選擇機型前，用戶首先要對控制對象進行下列估計： 1）由多 少個開關量輸入，電壓分別為多少； 2）由多少個開關量輸出，輸出功率為多少； 3）有多少模擬量輸入輸出點； 4）是否有特殊控制要求，如高速計算器等； 5）機房與現場的最遠距離為多少； 6）現場對 PLC 的相應速度有何要求； 7）內存估計： 用戶程序所需要的內存量受下述四個因素的影響： ○ 1 內存利用率 ○ 2 開關量輸入輸出的點數 ○ 3 模擬量輸入輸出的點數 ○ 4 程序編寫者的編程水平。 8） I/O 模 塊配置及系統(tǒng)電源容量校驗：模塊確定后，要根據每個模塊各支路同時工作，即系統(tǒng)最大可能工作需要的電流數來校核電源容量，當各機架負載不均時，亦可將模塊的配置予以適當調整。 12 3 編制程序 編程時 ，首先要合理劃分模塊，其次是合理利用指令，嚴格注意信息名稱定義。最后經過單塊調試，軟硬件聯調與系統(tǒng)總調。程序必須經過一定時間的運行考驗，才可以投入實際現場工作。 PLC 控制系統(tǒng)軟件設計的主要內容： 1）存儲器（包括 RAM 和 ROM）空間的分配。它與開關量 I/O 點數、內存利用率和程序編寫者的編程水平有關。 2）專用存儲器的確定。 3）系統(tǒng)初始化程序的設計。 4）各功能塊子程序的編制。 5）主程序的編制及調試。 6）故障應急措施。 7）其他輔助程序的設計。 8）如果有通信網絡，還需要通信網絡有關程序的設計。 可編程控制器控制系統(tǒng)的類型 用 PLC 構成的控制系統(tǒng)按其應用特點可分為三種類型：單體控制的小系統(tǒng)、慢過程控制的大系統(tǒng)和實時控制的快速系統(tǒng)。下面分別討論這三種應用系統(tǒng)在總體設計時所應遵循的基本原則。 1 單體控制的小系統(tǒng) 此系統(tǒng)一般使用一臺 PLC 就能完成控制功能，控制對象常常是一臺設備，或幾臺設備中的一個功能。 單體控 制的小系統(tǒng)，沒有 PLC 鍵的通信問題，但有時要求功能齊全，容量變化大，有些還要求與原系統(tǒng)的其它機型向連接。因此，也要從幾個方面加以考慮。 1）設備集中，待驅動設備的功率小，如機床或鑄造車間等。這時需要選用局部式結構，且選用低電壓、高密度輸入輸出模塊。 2）設備分散，待驅動設備的功率大。這時應選用離散式結構，且選用高電壓、低密度輸入輸出模塊。 3）設備有專門要求，輸入輸出不是關鍵參數，重要的是選擇功能強、滿足控制速度要求的高速計數器。 4）有時，雖然手冊給出的輸入輸出容量很大，比如 16KB，但 PLC 還要受到其他 方面的限制，如內存的大小等。在點數特別多的情況下，配置網絡 13 會增加費用，可以考慮使用多臺 PLC 控制。但在功能分隔時，選擇信息交換少的界面，然后用輸入輸出點來完成 PLC 間的信息交換，實際上這時一種方便可靠的方案。 2 慢過程控制的大系統(tǒng) 慢過程控制的大系統(tǒng)的特點是，設備對運行速度要求不高或系統(tǒng)中某一部分對運行速度要求不高，但設備間有連鎖關系，所有設備都要統(tǒng)一管理。這樣的系統(tǒng)應選用低速網和中小型機。每一臺 PLC 控制一臺單體設備，功能簡化，編程與調試容易，發(fā)生故障時影響面小，容易查找。 3 實時控制的快速系統(tǒng) 隨著 PLC 在工業(yè)領域應用的不斷擴大，在中小型的快速系統(tǒng)中， PLC 不僅完成邏輯控制和主令控制，而且逐步進入了設備的控制級，如高速線材、中低速熱軋等速度控制系統(tǒng)逐漸由 PLC 來實現。 構成該類系統(tǒng)就要考慮選用輸入容量大、運行速度快、計算功能強的大型機，但在上述控制系統(tǒng)中，即使選用了大型機，一臺 PLC 也難以滿足控制要求。這時，多臺 PLC 間的信息交換和系統(tǒng)快速響應就成了一對尖銳的矛盾。 解決這種矛盾的辦法有兩種。一是選用高速網，可靠的高速網能滿足信息快速交換這一要求，但網絡都是為大量的信息交換而設計的。在構成中小系統(tǒng)時， 昂貴的高速網不能被充分利用這一點也令人不滿意。另一種是選用低速網，速度要求不高的信息交換低速網來實現；對速度要求高的那部分信息交換，則采用硬件輸入輸出的辦法。缺點是 PLC 間的交換信息不能太多，否則將占用太多的輸入輸出點，給 PLC 容量的選擇造成困難。 可編程控制器控制系統(tǒng)的運行方法 用 PLC 構成的控制系統(tǒng)由自動、半自動、和手動三種運行方式。 1）自動運行方式是 PLC 控制系統(tǒng)得主要運行方式，只要運行條件具備，PLC 本身的啟動系統(tǒng)，也可由 PLC 發(fā)出啟動預告，有操作人員確認并按下啟動按鈕后， PLC 自動 啟動系統(tǒng)。 2）半自動運行方式，即系統(tǒng)的啟動或運行過程忠的某些步驟需要人工干預，方可進行下去。半自動方式多用于檢測手段不完善、需要人工判斷或某些設備不具備自動控制條件而靠人工干預的場合。 3）手動控制方式不是控制系統(tǒng)的主要運行方式，而是用于設備調試、系統(tǒng)調整和緊急情況下的控制方式，因此它是自動運行方式的輔助方式。所謂緊急情況時指 PLC 在故障情況下運行。從這個意義上講，手動方式又是自動 14 方式的后備運行方式，所以手動運行方式的程序不能進入 PLC。 在運行方式設計的同時，還必須考慮到停運方式的設計。 PLC 的停運方式 有正常停運、暫時停運和緊急停運三種。 正常停運油控制器的程序執(zhí)行，當那個運行步驟執(zhí)行完畢且不需重新啟動執(zhí)行程序時，或控制器收到操作人員停運命令后，控制器將按照規(guī)定的停運步驟停運系統(tǒng)。 暫時停運方式用于程序控制方式暫時執(zhí)行當前程序，使所有輸出都置成OFF 狀態(tài)，待暫停接觸時將繼續(xù)運行杯暫停的程序。另一個暫停運行方法是用暫停開關直接切斷負載電源，同時送給控制器輸入信號，以停止執(zhí)行程序。 還有一種暫停運行方式是把 CPU 的 RUM 切換成 STOP。這種方法最簡單，而且程序保留暫停前的狀態(tài)。 緊急停運方式是：當控制系統(tǒng)中某 些設備出現異常情況或故障而不立即停運，系統(tǒng)將導致重大事故或可能所懷設備時，必須使用緊急停運按鈕時所有設備立即停運。它是即沒有連鎖條件有沒有延遲時間的停運方式。緊急停運時，所有設備必須停運，且程序控制被解除，控制內容復位到原始狀態(tài)。 可編程控制器控制系統(tǒng)得控制方式 PLC 的控制方式可分為程序控制方式、連鎖控制方式和 步進 控制方式三種。 1 程序控制方式 根據 PLC 的功能和輸入輸出模塊的組合，它有以下幾種： 1） 代替普通繼電器的順序控制； 2） 按位移寄存器方式進行步進控制、順序控制； 3） 進 行按定時器的時序控制； 4） 進行計數器的技術控制； 5） 按高速計數器值進行計數、測量和位置控制； 6） 根據輸入的模擬信號進行測量控制； 7） 根據模擬輸入輸出信號進行 PID 控制； 8） 根據模擬輸出信號進行溫度、流量和速度的控制； 9） 用位置控制模塊進行高速、高精度的位置控制； 10） 用數據指令進行數據處理、參數控制等 2 連鎖控制方式 它是采用繼電器連鎖控制電路的控制方式。該方式一般應用于復雜的條 15 件控制場合，如流水生產線、港口待時輸送機等。這些場合設備的起停一般都具備復雜的控制條件，同時還需要設備故障時的連鎖控制；設計控 制系統(tǒng)時，必須考慮連鎖邏輯條件。 3 步進控制方式 一般他使用轉換開關或步進器，僅適時輸出對應的動作指令，其它指令全部被抑制。此方式中，動作結束信號要反送給步進檢出電路，以便切換到下一步，輸出必要的命令。 在實際應用中，連鎖控制和步進控制是并用的，系統(tǒng)設計時必須列出邏輯連鎖條件和步進控制條件。 可編程控制器控制系統(tǒng)的構成 使用 PLC 可構成各種各樣的控制系統(tǒng)，下面就可能的系統(tǒng)構成介紹如下： 1 單機控制系統(tǒng) 用一臺 PLC 控制一臺控制設備的系統(tǒng)是最一般的控制系統(tǒng)，輸入 /輸出點數和存儲器容量比 較小，控制系統(tǒng)的構成簡單明了。 如下圖 32 所示是典型的單機控制系統(tǒng)構成，任何類型的 PLC 都可選用，但不宜將功能和 I/O 點數、存儲器容量等裕量留得過大。 輸入/輸出控制對象 圖 32 單機控制系統(tǒng) 2 集中控制系統(tǒng) 集中控制系統(tǒng)是用一臺 PLC 控制多臺被控制設備。該控制系統(tǒng)多用于各控制對象所處的地理位置比較近， 且相互之間的動作有一定聯系的場合。如果各控制對象地理位置比較遠，而且大多數的輸入輸出線都要引入控制器，這時需要大量的電纜線，施工量也大，系統(tǒng)成本增大，在 這種場合下，推薦 16 使用遠程 I/O 控制系統(tǒng)。 圖 33 所示是集中控制系統(tǒng)的結構，它比圖 32 所示的單機控制系統(tǒng)要經濟得多。 然而某一個控制對象的控制程序需要改變時。必須停運 PLC，其它的控制對象也必須停止運行，這是集中控制系統(tǒng)的最大缺點。因此，該控制系統(tǒng)用于由多臺設備組成的流水線上比較合適。當一臺設備停運時，整個生產線都必須停運，從經濟方面考慮是有利的。 CBA輸入輸出控制對象 控制對象 控制對象PLC 圖 33 集中控制系統(tǒng) 采用集中控制系統(tǒng)時，必須注意將 I/O 點數和存儲器容量選擇裕量大些，以 便增設控制對象。 3 分散控制系統(tǒng) 分散控制系統(tǒng)，它的構成如圖 34 所示。每一個控制對象設置一臺 PLC，各臺 PLC 之間可通過信號傳遞進行內部連鎖、響應或發(fā)令等，或由上位機通過數據通信總線進行通信。 PLC A控制對象 A 控制對象 B 控制對象 C