基于PLC的自动提升梯的控制设计

摘 要：为了自动提升工件，减轻工人的劳动强度。本文结合前人的设计经验，提出了一款基于西门子PLC控制的自动提升梯的软硬件设计方案。该自动提升梯通过控制继电器动作控制单相220 V交流电机的转动方向，结合光电限位开关、减速机，完成了自动升降梯的工作需求。该装置结构简单、成本低，极大提高了工作效率。

关键词：自动升降 PLC 交流电机

中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（b）-0020-01

可编程控制器（Programmable Logic Controller，通常称PLC）是一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等性能， 能充分适应工业环境，简单易懂，操作方便，可靠性高，是目前广泛应用的控制装置之一[1，2]。

本文针对的是自动提升300 kg以内的重物，要求操作简单、可靠性高，自动提升到一定高度后再返回到初始位置来提供全套的软硬件设计制作。我们将采用西门子S7-200作为控制核心，通过控制单相电机的正反转，配合减速机、链条等传动机构，加上光电接近开关一起来完成自动提升梯的软硬件设计制作。

1 系统硬件设计

自动提升梯的控制系统主要由交流电机、西门子PLC、MCGS触摸屏、光电接近开关、减速机、提升底座、链条、定滑轮、24 V电源单元、继电器单元组成。通过触摸屏提供人机交互操作平台，以PLC为控制核心，通过传动机构完成提升动作。

1.1 单相电机正反转原理与接线方法

单相电机有两个绕组：主绕组又称工作绕组或运行绕组，副绕组又称启动绕组，有的小负载单相电机这两个绕组完全一样，互相可以交换，但多数单相电机（带较大负载的农用电机）为了增大启动力矩，副绕组线圈细、匝数多、阻值大；副绕组与主绕组之间有一启动电容。控制交流电机的正反转，只要交换两个绕组中的一个绕组的首尾接线就可，交换电源L/N是无效的。在其它文章中，出现过用倒相器倒换供电顺序[3]，本文中利用220 V5 A继电器通过PLC输出状态控制电机转动方向。某一时刻利用继电器把主副绕组分成四个接线头，该时刻通电则电机朝一方向转动，到达预期地点后，停止电机工作，改变其中主绕组接线方向，继续通电，则该电机反向转动，达到控制的目的。

1.2 MCGS触摸屏性能特点

MCGS即“监视与控制通用系统”，英文全称为Monitor and Control Generated System。MCGS是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。MCGS为解决工程监控问题提供了丰富多样的手段，从设备驱动（数据采集）到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出、曲线显示等各个环节，均有丰富的功能组件和常用图形库可供选用，用户只需根据工程作业的需要和特点，进行方案设计和组态配置，即可生成用户应用软件系统。MCGS系统由五大功能部件组成，主要的功能部件以构件的形式来构造。不同的构件有着不同的功能，且各自独立。三种基本类型的构件（设备构件、动画构件、策略构件）完成了MCGS系统三大部分（设备驱动、动画显示和流程控制）的所有工作。用户也可以根据需要，定制特定类型构件，使MCGS系统的功能得到扩充。本文利用MCGS触摸屏，通过可视化界面实现对电机的指令操控，操作人员无需培训，均能很好的完成整个流程的操作。

本文次采用550 W电机配合减速机作为传动核心，固定在底部，通过PLC的输出，进行自动启停，反转等动作。加上光电限位开关实现了自动低位、控制精度高等特点。光电限位开关采用PNP型，如果有运动物体接近，就会输出一个直流电压，与PLC的输入端连接，通过输入变化编写对应的程序，改变继电器的开关动作，实现全程自动提升的功能。

2 软件编写

2.1 PLC逻辑控制

利用PLC控制跟踪系统的运动，I0.0为系统启动按钮，I0.1为系统停止按钮，I0.2为系统过载保护，I0.3～0.6为光电限位开关；Q0.0电机转动，Q0.1电机反转。

其总体流程图，开机自检不断扫描有无提升请求（I0.0是否是1），如果为1，电机转动提升重物，当提升到一定位置遮挡光电限位开关后，停止提升1 min，然后反转直到碰到下面限位开关后，停止动作5 s，然后正转10 s到达初始地点，等待下次提升，这样就完成一个操作流程。为了避免限位开关失灵，上下两侧各采用双限位开关工作。如果冲破第一个限位开关没有反转，到达第二个限位开关后马上停车，并报警。

2.2 MCGS触摸屏程序编写

根据具体操作情况画出监控图，利用电机正转按钮触发操作，通过实时数据库窗口添加变量，建立指示灯等警报装置；设备连接窗口利用通用串口父设备添加西门子-S7-200，通过增加设备通道增加变量，建立与PLC的软件连接，通过测试完成了预期效果。

3 结论

采用西门子PLC作为本跟踪控制系统的核心部件可提高系统的抗干扰性和稳定性；选择限位开关作为传感器的检测电路，提高了定位的准确性；采用MCGS触摸屏实现自动控制和监控程序的编写，完成控制过程的逻辑顺序使自动提升梯的操控性得到了保证。该装置提高了生产效率，减少了人工成本，经过半年的投产使用，达到了预期效果。根据经济性分析报告，此装置后期维护简单，成本低廉，与使用人工相比，一年半就能收回成本。因此，引入自动控制系统能提高生产效率，降低人工成本，达到了预期目标。

参考文献

[1] 张万忠.可编程控制器应用技术[M].北京：化学工业出版社，2001.

[2] 林春方.可编程控制器原理及其应用[M].上海：上海交通大学出版社，2004.

[3] 钱丽霞.单相电刨电机正反转控制方法[J].电子报第011版，2012，5，13.