电瓶叉车行走和举升plc控制系统

-1-摘要可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的应用更加突出。目前采用的可编程制器具有可靠性高、维护方便，用法简单、通用性强等特点，本文用三菱FX2N的可编程控制器控制电瓶叉车的行走和举升系统来说明可编程控制器硬件、软件的设计。该系统采用48V的蓄电池、三项逆变器、变压器、FR-A540型变频器、三菱FX-2N的可编程控制器、牵引电机和液压泵电动机。用plc输出的模拟量控制的变频调速，从而实现牵引电动机的无级调速。其结果是叉车在行驶中启动更快，加速/减速性能大大提高，缩短了达到最高速的时间与行走距离。随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为了目前发展最为迅速的技术之一。交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其他许多优点而被国外公认为最有发展前途的调速方式。因此，本文研究的叉车控制系统是基于plc控制的变频调速和举升。关键词：PLC（可编程序控制器）;三菱FX2N;FX2N-2DA;变频器FR-A540,电瓶叉车。-2-目录摘要…………………………………………………………………………….2第一章系统的功能设计分析、总体思路和控制要求……………………...31.1概述…………………………………………………………………….31.2系统功能设计分析…………………………………………………….41.3系统设计的总体思路………………………………………………….41.4系统的控制要求……………………………………………………….4第二章PLC和变频器及元器件的型号选择……………………………..52.1PLC的型号选择…………………………………………………………52.2变频器的选择和参数设置………………………………………………52.2.1变频器的选择………………………………………………………………52.2.2变频调速原理……………………………………………………………..62.2.3变频器的工作原理………………………………………………………..62.2.4变频器的快速设置………………………………………………………..72.2.5基于PLC的变频调速…………………………………………………….72.2.6其他元器件参数选择……………………………………………………..8第三章硬件设计以及PLC编程…………………………………………..93.1主电路设计……………………………………………………………….93.2PLC编程………………………………………………………………103.2.1程序流程图………………………………………………………………103.2.3PLC电气接线配置图……………………………………………………113.2.3PLC编程…………………………………………………………………13第四章总结和体会…………………………………………………………17第五章参考文献……………………………………………………………18-3-第一章系统的功能设计分析和总体思路1.1概述可变成序控制器（PLC）是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，在日常生活中得到了广泛的应用。PLC是一种数字式运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有可靠性高，抗干扰能力强等优点，PLC的平均无故障运行时间（又称平均故障间隔时间MTBF）已经高达几十万小时。其次，PLC具有通用性强，使用方便的特点。由于PLC产品的系列化和模块化，PLC配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成能满足各种控制要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件方面的设计工作只是确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线。一个控制对象的硬件配置确定以后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。PLC还具有功能强，适应面广的特点，现代PLC不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺控等功能，数值运算和数据处理等功能。因此，它既可对开关量进行控制，也可以对模拟量进行控制，既可控制一台生产机械、一条生产线，也可控制一个生产过程。PLC还具有通信联网的功能，可与上位计算机构成分布式控制系统。用户只需根据控制的规模和要求，适当选择PLC的型号和硬件配置，就可以组成所需的控制系统。1.2系统功能设计分析随着电力电子技术以及控制技术的发展，交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用；可编程控制器PLC作为替代继电器的新型控制装置，简单可靠，操作方-4-便、通用灵活、体积小、使用寿命长且功能强大、容易使用、可靠性高，常常被用于现场数据采集和设备的控制；组态软件技术作为用户可定制功能的软件开发平台工具，可实现显示电机转速，可实现远程调速控制，在PC机上可开发友好人机界面，通过PLC可以对自动化设备进行“智能”控制。在此，本次设计就是基于PLC的电瓶车车行走和举升系统。将现在应用最广泛的PLC和变频器综合起来主要功能实现了变压变频调速。电机的正反转，加减速以及快速制动等。因此，该系统必须具备以下三个主体部分：逆变部分、控制运算部分和执行部分。逆变主要由逆变器实现；控制运算主要由PLC和变频器来完成；执行元件为变频器和电机和电磁抱闸装置。1.3系统设计的总体思路系统主要由四个部分构成，即逆变器、可编程逻辑控制器件PLC、变频器和电机。首先，通过逆变器把直流电你变成380V交流电给主电路供电；其次，通过设置给定输入给PLC，再通过PLC控制变频器，再经由变频器来控制行走电机的无极调速，牵引叉车行进与后退；再次，通过plc控制举升电机的升降，从而进行作业。1.4控制要求1）实现叉车行进与后退，并且能无极调速；2）实现叉车举升作业，采用电磁抱闸制动，限高保护；3）设计保护电路，防止过压过流、超负荷工作，确保电机安全稳定运行；4）后退和遇紧急情况等有警报提醒；5）行走与举升不能同时进行以免发生事故。-5-第二章PLC和变频器及元器件的型号选择2.1PLC的型号选择在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。综合了输入输出（I/O）点数、存储器容量、各项控制功能和机型的考虑以及性价比等各方面的因素，在此我为该系统设计选择了三菱FX2N-48MR型PLC。2.2变频器的选择和参数设置2.2.1变频器的选择正确选择通用型变频器对于传动系统能够正常运行时至关重要的，首先要明确使用通用变频器的目的，按照生产机械的类型、调速范围、速度响应和控制精度、启动转矩等要求，充分了解变频器所驱动负载特性，决定采用什么功能的通用变频器构成控制系统，然后决定选用哪种控制方式最合适。所选用的通用变频器应是既满足生产-6-工艺要求，又要在技术经济指标上合理。若对通用变频器选型、系统设计及使用不当，往往会使通用变频器不能正常的运行、达不到预期目标，甚至引发设备故障，造成不必要的损失。另外，为了确保通用变频器长期可靠的运行，变频器的地线的连接也是非常重要的。变频器在调速系统中的优点：1．控制电机的启动电流；2．降低电力线路的电压波动；3．启动时需要的功率更低；4．可控的加速功能；5．可调的运行速度；6．可调的转矩极限；7．受控的停止方式；8．节能；9．可逆运行控制；10．减少机械传动部件。在本系统中，选用了由三菱生产的通用变频器FR-A540。2.2.2变频调速原理变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。n=60f(1-s)/p对于成品电机，其磁极对数p已经确定，转差率s变化不大，故电机的转速n与电源的频率f成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机的调试目的。-7-2.2.3变频器的工作原理变频器的工作原理是把市电（380V、50Hz）通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件（GTO、GTR或IGBT）组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电。2.2.4变频器的快速设置如果所用的变频器刚刚出厂的变频器，则需对它进行快速调试，试验中用到的变频器都已经完成了快速调试。序号变频器参数出厂值设定值功能说明1P0304230380电动机的额定电压(380V)2P03056.253.4电动机的额定电流(3.4A)3P03072.751.5电动机的额定功率(1.5KW)4P031050.0050.00电动机的额定频率(50Hz)5P031102840电动机的额定转速(2840r/min)6P100021用操作面板（BOP）控制频率的升降7P108000电动机的最小频率(0Hz)8P10825050.00电动机的最大频率(50Hz)9P11201010斜坡上升时间(10S)10P11211010斜坡下降时间(10S)11P070022选择命令源（由端子排输入）12P0701110正向点动13P07021211反向点动14P10585.0030正向点动频率（30Hz）15P10595.0020反向点动频率（20Hz）16P106010.0010点动斜坡上升时间（10S）17P106110.005点动斜坡下降时间（5S）注:（1）设置参数前先将变频器参数复位为工厂的缺省设定值（2）设定P0003=2允许访问扩展参数（3）设定电机参数时先设定P0010=1(快速调试),电机参数设置完成设定P0010=0(准备)-8-2.2.5基于PLC的变频调速一、PLC通过外加扩展DA转换模块控制的变频调速实现方法：本方法是通过PLC外接扩展数模转换特殊功能模块来实现的。可以通过FX系列PLC主机，配置FX1N-1DA-BD扩展模拟量输出板或模拟量输入输出混合模块FX0N-3A或FX2N-2DA或FX2N-4DA模块等来实现。该种方法的实现主要是对特殊功能模块的缓冲存储器(BFM)设置编程。FX2N-2DA输出模块：其功能是把CPU的数字信号量，用于将12位的数字值转换成2点模拟输出（电压输出和电流输出），以便控制现场设备。FX2N系列PLC的连接编程主要包括不同通道数模转换的执行控制，数字控制量写入FX2N-2DA等。而最重要的则是对缓冲存储器(BFM)的设置。BFM的定义如附录表1所示从表中可以看出起作用的仅仅是BFM的#16、#17，而在程序中所需要做的则是根据实际需要给予BFM中的#16和#17赋予合适的值。其中：#16为输出数据当前值。#17：b0：1改变成0时，通道2的D/A转换开始。b1：1改变成0时，通道1的D/A转换开始。2.2.6其他元器件参数选择1）断路器:QF1、QF3选C45N型；QF2和QF4选C45AD型；2）熔断器：RLH1-158个；3）牵引电机一台Y90S-21.5KW2840r/min3.4A4)举升电机一台Y100L2-43.0KW1430r/min6.8A5）指示灯HL3个AD16-22型;6)蜂鸣器BL2个AD16-22SM/AC220V;7)按钮开关SB12个选