三層貨梯模型電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及教學(xué)應(yīng)用

【中圖分類號】TP736 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】1673-8209(2009)6-0133-02

作者簡介:陳育斌(1967-)，男，廣東潮州人，潮州市技工學(xué)校，教務(wù)科長，一級實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師。

【摘要】本文介紹了三層貨梯模型的PLC電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其在技工學(xué)校電工類專業(yè)中的教學(xué)應(yīng)用，該貨梯控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定、功能強(qiáng)大、編程方便，既具有實(shí)用電梯的操作功能，又能滿足教學(xué)演示的要求，適合做為電工教學(xué)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)裝置，具有較強(qiáng)的推廣價值。

【關(guān)鍵詞】PLC;設(shè)計(jì);教學(xué);應(yīng)用

1 引言

隨著電氣自動控制技術(shù)的發(fā)展，PLC可編程序控制器在自動控制中的應(yīng)用越來越廣，它在性能上優(yōu)于繼電邏輯控制，是一種用于工業(yè)自動控制的理想工具。在三層貨梯模型的電氣控制系統(tǒng)中采用PLC控制，不但提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了硬件控制的軟件化，而且PLC程序的調(diào)試和修改非常方便，有利于技工學(xué)校電工專業(yè)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)教學(xué)。

2 三層模型貨梯控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

PLC有多種程序設(shè)計(jì)語言，其中最常用的是梯形圖語言，它是以計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣用的繼電器模型，形成的一套獨(dú)具風(fēng)格的以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言。下面采用梯形圖語言程序設(shè)計(jì)的方法，介紹三層貨梯模型控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)技巧。

2.1 分析控制要求:如圖1所示是三層貨梯模型的模擬結(jié)構(gòu)圖， 1LS、2LS、3LS分別是一層、二層、三層的位置開關(guān)，當(dāng)轎廂到達(dá)各個樓層位置時將碰撞相應(yīng)樓層的位置開關(guān);1AS是一層的呼叫按鈕，2AS、2AX是二層的呼叫按鈕，3AX是三層的呼叫按鈕。圖2是數(shù)碼管和方向指示標(biāo)，轎廂位置用數(shù)碼管顯示，轎廂運(yùn)動方向用箭頭指示。

(1)呼叫控制要求:該三層貨梯共有五種呼叫請求:一層呼叫、二層呼叫、三層呼叫、一二層同時呼叫、二三層同時呼叫。呼叫控制要求如表1所示。

(2)呼叫信號要求:呼叫信號的要求是:A、電梯運(yùn)行途中，相反方向的呼叫信號無效;B、二層有兩個呼叫按鈕，從三層下二層呼叫按2AX，從一層上二層呼叫按2AS;C、同時呼叫時轎廂運(yùn)行至二層停5秒后繼續(xù)運(yùn)行。D、轎廂位置要求用數(shù)碼管顯示，轎廂運(yùn)行方向用箭頭指示;E、轎廂所在位置的樓層呼叫無效。

2.2 分配PLC的輸入與輸出點(diǎn):輸入與輸出點(diǎn)分配情況見表2。

2.3 PLC的輸入、輸出接線圖:三層貨梯模型電氣控制系統(tǒng)PLC輸入、輸出接線圖如圖3所示。電梯轎廂的上升、下降由接觸器KM1、KM2分別控制;轎廂運(yùn)行方向用箭頭指示;轎廂樓層位置用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管是共陰極，所以PLC輸出公共端COM2-3接+24伏。

2.4 設(shè)計(jì)控制程序:根據(jù)呼叫要求，逐步設(shè)計(jì)控制程序。

(1)一層呼叫:一層呼叫程序如圖4所示，選用輔助繼電器M1作為轎廂向下運(yùn)行的中間執(zhí)行元件。當(dāng)按下按鈕1AS，發(fā)出一層呼叫請求，輸入繼電器X1常開觸頭閉合，轎廂向下運(yùn)行至一層將碰撞一層位置開關(guān)1LS，輸入繼電器X5常閉觸頭斷開，運(yùn)行停止。

(2)二層呼叫:二層呼叫程序如圖5所示，用輔助繼電器M2作為轎廂運(yùn)行至二層的中間執(zhí)行元件。

當(dāng)按下按鈕2AS，發(fā)出一上二層呼叫請求，輸入繼電器X2常開觸頭閉合，轎廂向上運(yùn)行至二層將碰撞二層位置開關(guān)2LS，輸入繼電器X6常閉觸頭斷開，運(yùn)行停止;當(dāng)按下按鈕2AX，發(fā)出三下二層呼叫請求，輸入繼電器X3常開觸頭閉合，轎廂向下運(yùn)行至二層將碰撞二層位置開關(guān)2LS，輸入繼電器X6常閉觸頭斷開，運(yùn)行停止。

(3)三層呼叫:三層呼叫程序如圖6所示，用輔助繼電器M3作為轎廂上升運(yùn)行的中間執(zhí)行元件。當(dāng)按下按鈕3AX，發(fā)出三層呼叫請求，輸入繼電器X4常開觸頭閉合，轎廂上升運(yùn)行至三層將碰撞三層位置開關(guān)3LS，輸入繼電器X7常閉觸頭斷開，運(yùn)行停止。

(4)同時呼叫:同時呼叫程序如圖7所示，用輔助繼電器M6作為同時呼叫執(zhí)行元件，用輔助繼電器M7作為二層停留執(zhí)行元件。當(dāng)同時按下按鈕2AS、3AX，二、三層同時呼叫時，轎廂上升至二層將碰撞位置開關(guān)2LS，X6線圈得電，X6常開觸頭閉合， 使M7線圈得電，M7常閉觸頭斷開，這時控制轎廂停止運(yùn)行;再由定時器T0延時5秒鐘后，通過M6常開觸頭斷開切斷M7線圈電源，M7常閉觸頭恢復(fù)閉合，使轎廂繼續(xù)上升至三層。同里，當(dāng)同時按下1AS、2AX，一、二層同時呼叫時，轎廂下降至二層將碰撞位置開關(guān)2LS，通過定時器T0控制M7使轎廂停留5秒鐘后繼續(xù)下降至一層。

(5)輸出執(zhí)行:輸出執(zhí)行程序如圖8所示，轎廂上升由輸出繼電器Y0執(zhí)行，轎廂下降由輸出繼電器Y1執(zhí)行，Y0的常閉觸頭對轎廂下降聯(lián)鎖，Y1的常閉觸頭對轎廂上升聯(lián)鎖，同時呼叫時M7的常閉觸頭控制電梯在二層停5秒后繼續(xù)運(yùn)行。

(6)轎廂上升、下降運(yùn)行指示:轎廂上升指示由輸出繼電器Y10執(zhí)行，轎廂下降指示由輸出繼電器Y11執(zhí)行，轎廂運(yùn)行指示程序如圖9所示。

(7)設(shè)置聯(lián)鎖保護(hù):電梯的向上及向下運(yùn)行是PLC通過接觸器控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的，為確保正反轉(zhuǎn)的運(yùn)行安全，系統(tǒng)設(shè)置聯(lián)鎖保護(hù)。采用輔助繼電器M8、M9、M10執(zhí)行聯(lián)鎖保護(hù)，其常閉觸頭分別對轎廂的下降、上升、運(yùn)行至二層進(jìn)行聯(lián)鎖。聯(lián)鎖保護(hù)控制程序如圖10所示。

(8)轎廂所在樓層位置顯示:用數(shù)碼管顯示轎廂所在樓層位置，分別由輸出繼電器Y4、Y5、Y6、Y7控制執(zhí)行。轎廂樓層顯示程序如圖11所示。

(9)完整程序:根據(jù)三層貨梯的控制要求，并考慮安全的聯(lián)鎖保護(hù)，把各分程序調(diào)整合并，設(shè)計(jì)出完整程序如圖12所示。

3 三層貨梯模型在教學(xué)中的應(yīng)用

三層貨梯模型的電氣控制系統(tǒng)簡單、穩(wěn)定、安全，既可以在實(shí)用小型貨梯的自動控制中得到應(yīng)用，也可供技校電工類專業(yè)PLC教學(xué)使用，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步提高學(xué)生專業(yè)操作技能，培養(yǎng)適應(yīng)市場需求的實(shí)用型技術(shù)人才。

3.1 適應(yīng)市場需求的新變化，引入PLC教學(xué):隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，PLC在電氣自動控制中得到了廣泛的應(yīng)用，但由于企業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)工人在這方面的專業(yè)知識欠缺，故在一定程度上制約了企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，所以技工教育要以市場為導(dǎo)向，大量培養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展的技能型、實(shí)用型人才。目前，許多技工學(xué)校的電工專業(yè)開設(shè)了PLC教學(xué)，而該貨梯模型貼近生活實(shí)際，適合作為教學(xué)內(nèi)容，其電氣控制系統(tǒng)簡單易學(xué)，程序調(diào)試、修改方便，有利于教學(xué)中由淺入深地引入PLC應(yīng)用技術(shù)，是PLC教學(xué)生動、形象、直觀的活教材。

3.2 直觀的教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望:該貨梯模型演示起來形象、直觀，能增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，開闊學(xué)生的思維空間，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)中，可以讓學(xué)生輸入梯形圖程序，然后按要求接線，在確認(rèn)連接正確后通電操作，讓學(xué)生觀察模型貨梯的運(yùn)行情況及數(shù)碼管、方向指示的變化。還可以讓學(xué)生根據(jù)梯形圖程序，編寫出指令語句程序，再按照要求輸入程序，連接操作。這樣逐步引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的求知欲望。

3.3 靈活的編程控制，有利于實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)教學(xué):電梯采用PLC電氣控制系統(tǒng)，功能強(qiáng)，可靠性高，編程靈活方便，響應(yīng)速度快。在教學(xué)過程中，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)的需要引導(dǎo)學(xué)生編寫、修改PLC程序，實(shí)現(xiàn)不同的控制要求。例如在兩層樓同時呼叫時，可改變電梯在二層的停留時間，讓學(xué)生思考修改程序;又如要求學(xué)生設(shè)計(jì)程序來增加一些報(bào)警功能控制。還可提出更高的要求，如兩層樓同時呼叫時，按照發(fā)出呼叫請求的順序優(yōu)先響應(yīng)等。這樣通過學(xué)生調(diào)試自已編寫的程序，不但加深了對理論知識的掌握和理解，也讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)中體驗(yàn)到教學(xué)內(nèi)容的豐富，體會到PLC的廣泛應(yīng)用，有利于提高學(xué)生的PLC的編程水平，提高學(xué)生在PLC技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的適應(yīng)能力和競爭能力。

4 結(jié)束語

PLC控制系統(tǒng)具有可靠性強(qiáng)、安全性好、準(zhǔn)確性高、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，用PLC實(shí)現(xiàn)控制的關(guān)鍵就是程序設(shè)計(jì)。在三層貨梯模型的程序設(shè)計(jì)中，掌握好PLC編程方法，了解系統(tǒng)工作過程及控制要求，能容易解決問題。隨著大規(guī)模自動化、智能化技術(shù)的不斷應(yīng)用，PLC控制技術(shù)的發(fā)展前景必定越來越廣闊，作為電氣專業(yè)的教師，在PLC教學(xué)中要善于引導(dǎo)學(xué)生把學(xué)到的知識應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中，使教與學(xué)都能適應(yīng)社會發(fā)展和科技進(jìn)步的需求。

參考文獻(xiàn)

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