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        基于PLC、變頻器與組態(tài)王的“運(yùn)料小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)”綜合實(shí)訓(xùn)課題的研究

        2018-05-21 02:57:35胡玲笑
        職業(yè)技術(shù) 2018年4期
        關(guān)鍵詞:變頻器界面

        胡玲笑

        (杭州市蕭山區(qū)高級(jí)技工學(xué)校,杭州 311201)

        0 引言

        運(yùn)料小車作為工業(yè)運(yùn)料的主要設(shè)備之一,廣泛應(yīng)用于自動(dòng)生產(chǎn)線、煤礦、港口等行業(yè)。各行業(yè)工序之間的物品運(yùn)轉(zhuǎn)常用有軌小車來(lái)實(shí)現(xiàn)[1]。小車的運(yùn)動(dòng)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn),并通過(guò)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來(lái)完成小車前進(jìn)和后退的動(dòng)作。用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的運(yùn)料小車控制主要有裝料、卸料兩個(gè)單元構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)不斷自動(dòng)循環(huán)工作[2]。傳統(tǒng)的運(yùn)料小車多采用“繼電器——接觸器”控制系統(tǒng),其繼電控制系統(tǒng)存在安裝時(shí)間長(zhǎng),設(shè)備體積大,更改耗時(shí)長(zhǎng),成本耗費(fèi)大等缺點(diǎn),而且無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理,不具備人機(jī)通信功能,已無(wú)法滿足當(dāng)今社會(huì)現(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)需求。作為一種微型計(jì)算機(jī),PLC主要應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境,它應(yīng)用微電子技術(shù),按照用戶編制的程序要求來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理的功能[3]。由于其可靠性高、編程簡(jiǎn)單、易于維護(hù),被廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)[4]。隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等的不斷發(fā)展,變頻器技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越普及[5]。變頻器是將電源固定頻率變換為頻率連續(xù)可調(diào)以實(shí)現(xiàn)調(diào)速,性能好,速度調(diào)節(jié)范圍大,運(yùn)行高效,有較好的靜態(tài)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。組態(tài)王是作為一種組態(tài)軟件,主要用于監(jiān)控工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)。它擁有系統(tǒng)兼容性能好、方便用戶更改、拓展、實(shí)惠、開(kāi)發(fā)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。本課題作為技工院校技術(shù)研究階段鞏固學(xué)生對(duì)于PLC、變頻器、組態(tài)王軟件的綜合應(yīng)用的學(xué)習(xí)。

        1 運(yùn)料小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的介紹

        實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,運(yùn)料小車根據(jù)需求,需經(jīng)歷前進(jìn)或者后退的動(dòng)作,并遵循由快到慢,由慢到快的過(guò)程,此過(guò)程采用變頻器控制電動(dòng)機(jī)M來(lái)實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)機(jī)M前進(jìn)為正轉(zhuǎn),電動(dòng)機(jī)M后退為反轉(zhuǎn),系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

        圖1 運(yùn)料小車系統(tǒng)示意圖

        控制功能要求如下:

        運(yùn)料小車開(kāi)始工作時(shí),由啟動(dòng)按鈕SB1來(lái)開(kāi)啟,運(yùn)料小車停止時(shí)需手動(dòng)來(lái)完成,由停止按鈕SB2來(lái)實(shí)現(xiàn),小車運(yùn)行到指定位置時(shí)用左右限位開(kāi)關(guān)模擬,小設(shè)計(jì)不考慮工頻電源引入小車的方法。

        其工藝流程如下:

        按下SB1,小車從原點(diǎn)啟動(dòng),第一次右行,要求控制小車運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n為1400r/min,使小車向前運(yùn)行直到碰到SQ2,開(kāi)關(guān)停止,KM1接觸器吸合,使料斗開(kāi)啟7s裝料。隨后小車返回原點(diǎn),要求控制小車運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為700r/min,直到碰到SQ1,開(kāi)關(guān)停止,KM2接觸器吸合,使小車卸料5s后完成第一次任務(wù)。然后,小車開(kāi)始第二次右行,要求控制小車運(yùn)行電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1000r/min,使小車向前運(yùn)行直到碰到SQ2,開(kāi)關(guān)停止,KM1接觸器吸合,使料斗開(kāi)啟7s裝料。隨后小車返回原點(diǎn),要求控制小車運(yùn)行電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為500r/min,直到碰到SQ1,開(kāi)關(guān)停止,KM2接觸器吸合,使小車卸料5s后完成第二次任務(wù)。

        要求說(shuō)明:

        (1)要求按工藝流程連續(xù)運(yùn)行,小車不在原位不能啟動(dòng),如小車不在原位,按停止按鈕可快速回到原點(diǎn)。

        (2)小車第一次向右運(yùn)行時(shí),需要進(jìn)行第一次加速,加速時(shí)間設(shè)置為3s,停止時(shí)的第一減速時(shí)間為2s;第二次向左運(yùn)行時(shí),需要進(jìn)行第二次加速,加速時(shí)間設(shè)置為2s,到料斗處停止,變頻器第二減速時(shí)間為1s。后退運(yùn)動(dòng)及下料不做要求。

        (3)控制系統(tǒng)要設(shè)置有短路保護(hù)和互鎖保護(hù)。

        (4)設(shè)計(jì)一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng),用組態(tài)王軟件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn),組態(tài)界面上要求有實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控運(yùn)行功能,其中設(shè)計(jì)要求:①組態(tài)畫(huà)面第一張界面上方顯示“運(yùn)料小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)視”;②第一張界面設(shè)置上電指示燈、系統(tǒng)運(yùn)行指示燈、左限指示燈、右限指示燈、原點(diǎn)指示燈;③第一張界面下方設(shè)置跳轉(zhuǎn)鍵,進(jìn)入第二頁(yè);④在第二頁(yè)上方顯示“運(yùn)料小車運(yùn)動(dòng)控制”;⑤第二張界面設(shè)置開(kāi)始按鍵、停止按鍵,上電指示燈、啟動(dòng)指示燈、左限指示燈、右限指示燈、原點(diǎn)指示燈,并制作一個(gè)小車運(yùn)行的模擬動(dòng)畫(huà);⑥第二頁(yè)面右下角設(shè)置頁(yè)面跳轉(zhuǎn)鍵“返回”,用來(lái)返回到開(kāi)始頁(yè)。

        2 運(yùn)料小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        2.1 控制系統(tǒng)程序分析

        通過(guò)對(duì)控制要求的分析,該系統(tǒng)有啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、小車的運(yùn)行軌道上設(shè)置有兩個(gè)限位開(kāi)關(guān),共有四個(gè)信號(hào)作為PLC的輸入信號(hào),小車的向左運(yùn)動(dòng)和向右運(yùn)動(dòng),快速和慢速都是受變頻器控制,而變頻器的信號(hào)都是由PLC給出的信號(hào)控制,再加上料斗裝料卸料和小車的卸料由兩個(gè)交流接觸器完成,所以總共需要8個(gè)PLC輸出信號(hào)。考慮留有的余量,PLC選用FX3U-32MR型。

        2.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        2.2.1 PLC的I/O分配(如表1所示)。

        2.2.2 組態(tài)王控制信號(hào)的分配(如表2組態(tài)王界面上的控制信號(hào)分配)。

        2.2.3 程序設(shè)計(jì)

        在編寫程序時(shí),為了不占用PLC的I/O,選用軟元件M。狀態(tài)流程圖如圖2所示。

        表1 I/O分配表

        表2 組態(tài)王界面上的控制信號(hào)分配表

        圖2 運(yùn)料小車狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

        2.2.4 變頻器的參數(shù)設(shè)置

        圖3 運(yùn)料小車的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化情況

        圖4 變頻器的頻率變化情況

        根據(jù)運(yùn)料小車的運(yùn)動(dòng)控制要求,變頻器采用三菱FR-D700,模式為外部啟動(dòng)內(nèi)部調(diào)頻,變頻器的輸入信號(hào)由PLC給定。運(yùn)料小車在裝料和卸料運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,小車右行和左行時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化情況,如圖3所示。小車在運(yùn)動(dòng)變化中的速度由變頻器來(lái)控制,變頻器的頻率參數(shù)變化如圖4所示。(電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y112M,4kW、380V、△接法)。變頻器的參數(shù)設(shè)置如表所示。

        表3 變頻器的參數(shù)設(shè)置

        2.3 系統(tǒng)電路圖設(shè)計(jì)(如圖5所示)

        圖5 系統(tǒng)電路圖

        2.4 組態(tài)界面設(shè)計(jì)

        使用小車、限位開(kāi)關(guān)、料斗、指示燈、起動(dòng)停止按鈕、電動(dòng)機(jī)等元件,在組態(tài)王軟件平臺(tái)構(gòu)建送料小車的組態(tài)界面,組態(tài)圖如圖6所示。建立運(yùn)料小車的左右運(yùn)行、限位開(kāi)關(guān)的壓合以及上料放料的動(dòng)畫(huà)。編寫腳本程序,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真。

        3 結(jié)語(yǔ)

        本綜合實(shí)訓(xùn)課題已經(jīng)作為我校電氣安裝與維修技師班技師研究階段的教學(xué)使用。PLC控制技術(shù)、變頻器技術(shù)、組態(tài)王軟件在本課題研究總的綜合應(yīng)用,學(xué)生的專業(yè)知識(shí)得到了鞏固,學(xué)生工程實(shí)際的應(yīng)用能力得到了提高。實(shí)訓(xùn)中引入了組態(tài)王軟件的設(shè)計(jì),畫(huà)面感立體,學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情被激發(fā),課堂氣氛活躍,實(shí)訓(xùn)的教學(xué)目的得以實(shí)現(xiàn)。

        圖6 組態(tài)界面

        參考文獻(xiàn):

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        [8]三菱.FX2N 編程手冊(cè).

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