【文章內(nèi)容簡介】 中的應(yīng)用充分體現(xiàn)了 PLC的發(fā)展方向，同時也滿足了用戶的需要。如該系統(tǒng)能現(xiàn)場運行，就會操作簡便，工作可靠性高，定位準確。 系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度均優(yōu)于指標和水平，可以使電動機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，簡化機械變 6 速機構(gòu)，在上下升降工序的設(shè)備速度的匹配上更具有優(yōu)勢。在吊桿控制系統(tǒng)中，都是變頻器變頻來承擔(dān)，由于電動機啟動、運行特性的原因，在點自動與啟動、運行過程中，不可避免地會出現(xiàn)不良 現(xiàn)象。對吊桿損傷的機率就越大，應(yīng)用交流變頻技術(shù)就能夠很好的解決平滑啟動，消除吊桿啟動時的沖擊力，簡化機械變速機構(gòu)，實現(xiàn)電動機無級調(diào)速，滿足生產(chǎn)工藝要求，提高成品質(zhì)量。采用 PLC作上位機控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)具有比直流調(diào)速高得多的動靜態(tài)調(diào)速性能指標，選擇合理的設(shè)備設(shè)置參數(shù)后能夠使控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快、速度精度高、魯棒性強的要求。 期望自己的工作能夠給相關(guān)領(lǐng)域的研究做出自己微薄的貢獻，衷心希望我國的舞臺機械控制事業(yè)越走越好，在豐富廣大人民群眾的文化生活方面取得更好的成績。 7 2 舞臺吊桿控制系統(tǒng)整體設(shè)計 系統(tǒng)功能及工作原理 整個系統(tǒng)控制對象是 8臺吊桿，根據(jù)需要設(shè)計手動與自動為一體的吊桿控制系統(tǒng)，自動功能通過核心控制器 PLC 來控制變頻器實現(xiàn)， 8臺電動機正反轉(zhuǎn)、停止對應(yīng)于 8 臺吊桿的上升、下降、停止，吊桿升降的高度由上、下限位來確定。舞臺吊桿控制系統(tǒng)的組成框圖如圖21所示。 １號吊桿 ???????????? ８號吊桿 圖 21 舞臺吊桿控制系統(tǒng)的組成框圖 整個舞臺控制系統(tǒng)由主機單元及外圍電路組成。硬件部分以 MASTERK120S PLC作為控制中心，其外圍部件從功能可以劃分為輸入選路部分、變頻器部分、控制電機輸出的 三 大部分。外部輸入元件： 8個電子尺，外部輸出元件： 8個抱閘線圈， 8個接觸器。其中輸出信號兩個用于吊桿升降（電動機正反轉(zhuǎn)）控制接觸器 KM KM3； 1個用于變頻器調(diào)速控制接觸器 KM1。接觸器 KM的線圈通過輔助 常開觸頭閉合繼續(xù)通電，從而保證電動機連續(xù)行動。 本系統(tǒng)控制對象眾多， 8臺電機的正反轉(zhuǎn)、停對應(yīng)于吊桿的升、降、停；而輸入的需處理的信號對應(yīng)吊桿的升降的距離，由電機輸出的控制部分產(chǎn)生；上限，下限信號由控制吊桿運行的行程開關(guān)產(chǎn)生。眾多對象只靠 PLC系統(tǒng)難以勝任，所以選用分布式控制系統(tǒng)。為減少系統(tǒng)之間的連線，子系統(tǒng)以串口通信方式同主機傳遞信息。因為相對于 RS232通信， RS485通訊信號傳輸距離較遠，能夠避免共模信號在通訊中的干擾，所以本系統(tǒng)選用 RS485。 PLC通訊方式控制變頻器的方法：它只需在 PLC主機上安裝一塊 RS485通訊板或掛接一工 控 機 MasterK120S PLC 擴展 PLC 1變頻器 1接觸器 1電動機 1上限位 1下限位 8變頻器 8接觸器 8電動機 8上限位 8下限位 C8051F040 單片機 8個 電子尺 8 塊 RS485通訊模塊； 在 PLC的面板下嵌入一塊造價僅僅數(shù)百元的 “ 功能擴展存儲盒 ” ，編寫 4條極其簡單的 PLC梯形圖指令，即可實現(xiàn) 8臺變頻器參數(shù)的讀取、寫入、各種運行的監(jiān)視和控制，通訊距離可達 50m 或 500m。 PLC與變頻器之間采用主從方式進行通訊， PLC為主機，變頻器為從機。 1 個網(wǎng)絡(luò)中只有一臺主機，主機通過站號區(qū)分不同的從機。它們采用半雙工雙向通訊，從機只有在收到主機的讀寫命令后才發(fā)送數(shù)據(jù)。 例如：按“控制電機運 行”鍵能控制電機的有參數(shù)正轉(zhuǎn)運行，有參數(shù)反轉(zhuǎn)運行，有參數(shù)停車，無參數(shù)運行，無參數(shù)停車，點動運行與停車等。 PLC 控制變頻器實現(xiàn)系統(tǒng)自動功能，采用多段速改變變頻器的調(diào)速。通過鍵盤顯示可以在舞臺吊桿控制系統(tǒng)中為能實現(xiàn)遠距離控制并具有零電壓保護，在變頻器與電動機之間設(shè)置接觸器它可以頻繁地接通和分別交直流主回路和大量控制回路。 吊桿單元：其用來執(zhí)行控制臺發(fā)出的命令，完成升降任務(wù)。吊桿單元是由：電機、信號器、車盤、定位塊、鋼絲繩、軌道、橫架梁、吊桿等組成 。 電動機的正反轉(zhuǎn)控制 ：在實際應(yīng)用中，往往要求生產(chǎn)機械改變運 動方向，如工作臺前進后退；電梯的上升、下降等，這就要求電動機能實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)。對于吊桿來說，可通過電動機的兩個接觸器來改變它的定子的電源相序來實現(xiàn)，接觸器的 KM1（主觸頭）為正接觸器，控制電動機正轉(zhuǎn)；接觸器 KM2（輔觸頭）為反向接觸器，控制電動機反轉(zhuǎn)，電動機上升，吊桿上升；電動機反轉(zhuǎn)，吊桿下降。 接觸器 : 當(dāng)線圈通電后，常閉觸頭斷開；常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動的。當(dāng)線圈斷電時，常閉觸頭閉合；常開觸頭斷開。 單片機 : C8051F040是 C8051F04X系列單片機中的一種，它是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型 MCU，具有 64 個數(shù)字 I/0引腳，片片集成了一個 ，具有與 8051兼容的微控器內(nèi)核，與 MCS51指令集完全兼容，除了具有標準 8052的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設(shè)及功能部件。 C8051F040 內(nèi)含一個可編程內(nèi)部晶振和一個外部晶振驅(qū)動電路， MCU 共有 5 種起振方式，我們采用外部石英晶振。其旁路電容一般取值為 20— 30pF，晶振頻率取 20mHZ。 主要器件選型 PLC的選型 目前，市場上的 PLC的廠家很多，每一個廠家生產(chǎn)的 PLC種類也非常之多，總體可以分為：整體型和模塊型兩類。下面就幾種常見的 PLC的相關(guān)特性進行比較，結(jié)果如表 21。 由系統(tǒng)所需要實現(xiàn)的功能可得， PLC 主要完成對變頻器的控制、接收單片機采集的位置信號和限位開關(guān)的開關(guān)量，并完成系統(tǒng)的邏輯控制。這里選用 LG Master120S PLC，它有 36路模擬量輸入口， 48路（擴展 3個 8路輸出模塊）繼電器輸出口， RS485通信口， 32位符號計數(shù)器。 根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出的性質(zhì)和數(shù)量，以及控制要求同時考慮到維護，履行和經(jīng)濟等諸多因數(shù)。 1個 MasterK120S有 6個公共端，而本 系統(tǒng)需要控制 8臺變頻器， 故選用一臺 MasterK120S 的 PLC 作為主機基本單元用 K7MDRT60U（ AC220V， DC24V， 36點輸入 /24點繼電器輸出） 串行 3臺輸入擴展單元 G7ERY08A（ 8點繼電器輸出，結(jié)構(gòu)緊湊），這樣模擬量輸入點有 36個，模擬量輸出點有 48個，滿足要求。 （ 1） MasterK120S內(nèi)置功能 9 表 21 幾種常見的 PLC 的相關(guān)特性 LG PLC 歐姆龍 PLC 三菱 PLC 西門子 PLC 持有多種類型 內(nèi)置功能強大 可靠性高、抗干擾能力強 可靠性高 高速運行 速 度極快 設(shè)計安裝容易，維護工作量少 豐富的 I/O接口模塊 各種專用功能模塊 高功能 I/O 或高功能 CPU單元 適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境 采用模塊結(jié)構(gòu) 強大的網(wǎng)絡(luò) 脈沖捕捉功能 與外部設(shè)備連接方便 編程簡單易學(xué) 提供基于 Window的編程工具 最大開關(guān)量能力可達 320 點，模擬量能力可達 37路， UM容量可達20k 步， DM 容量可達 32k字 功能完善、通用性強、體積小、能耗低、性能價格比高 安裝簡單，維修方便 20/30/40/60點標準主單元， 10/14/20/30點經(jīng)濟主單元。 所 有標準 DRT類型主單元具有用于位置控制的晶體管輸出點。 連接 3個擴展單元可使用到最大 120點。 高計數(shù)器（ 32位符號計數(shù)）。 位置功能，通訊功能， PID控制功能。 擴展單元：模擬量輸入模塊，模擬量輸出模塊， RTD模塊，模擬定時器，通訊模塊。 （ 2）存儲設(shè)備： I/0繼電器 P0000～ P063F。 輔助繼電器 M0000～ M191F。 掉電保持繼電器 K0000～ K031F。 計數(shù)器 C000～ C255。 數(shù)據(jù)區(qū)域 D0000～ D4999。 變頻器的選型 變頻器容量選定過程，實際上是一個變頻器與電機 的最佳匹配過程，最常見、也較安全的是使變頻器的容量大于或等于電機的額定功率，但實際匹配中要考慮電機的實際功率與額定功率相差多少，因此按電機的實際功率選擇變頻器是合理的，或根據(jù)具體選用的變頻器品牌和性能進行選用。 選用變頻器的容量，其有很多因數(shù)決定，例如電動機容量、電動機額定電流、電動機加減速時間等。最主要的是電動機功率，加上變頻器的頻率 。 選擇三相變頻器 F1500G0022T3B 為 了實現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，需要對電機進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，考慮到電機的啟動、運行、調(diào)速和 正反轉(zhuǎn) 的特性， 以及電動機的功率， 采用三相變頻器 F1500G0022T3B（ 適配 電機的功率為 kW），符合本系統(tǒng)的 要求。 變頻器 F1500G型變頻器是高品質(zhì)、多功能、低噪音、通用系列變頻器。該系列變頻器能夠在多種場合滿足客戶的需求。所選用的三相變頻器 F1500－ G0022T3B：電源輸入端子 R、 S、 T是代表三相 380V交流電壓輸入端子；變頻器輸出端子 :U、 V、 W代表變頻器功率輸出端子，接電動機；接地端子： PE代表變頻器接地端子或接地點。 10 控制端子功能簡介： 表 22 控制端子功能 簡介 類別 端子名稱 出廠功能 功能說明 規(guī)格 模擬量輸出信號 FM 電壓輸出 輸出電壓與輸出頻率（或電流）成正比 輸出電壓范圍： 015V最大輸出電流 10mA IM 電流輸出 輸出電流與輸出頻率（或電流）成正比 該端子外部負載阻抗不能大于 500歐 參考 電源 10V 電壓源 10V 參考電源，電源參考點GND端子 DC： +10V 100mA 參考地 GND 參考地 10V電壓源參考地。 不允許“ CM”、“ PE”或“ N”端 子短接 電源 24V 控制電源 輸入端子用的電源，電源公共端為 CM端子。 DC： +24V 200mA 公共端 CM 公共端 OP1～ OP8 端子與 24V 電源公共端 不允許“ CM”、“ PE”或“ N”端子短接 外部控制 端子輸入 OP1 點動正轉(zhuǎn) 該端子與 CM短接可實現(xiàn)點動正轉(zhuǎn)運行 OP2 多段速度 控制端子 “多段速度”調(diào)用端子。 OP3 OP4 OP5 外部急停 輸入急停信號，變頻器顯示“ ESP”故障信號 OP6 “ FWD”端子 變頻器端子運行控制端子 OP7