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 1．主回路设计的内容

    在电气控制系统中，习惯上将高压、大电流的回路称为主回路。在常见的PLC控制系统中，主回路通常包括如下部分：

  ①电机主回路，包括用于电机通断控制的接触器、电机保护的断路器等；

  ②各种动力驱动装置的电源回路与动力回路，如驱动器电源输入回路及其通断控制的接触器、保护断路器、伺服电机的电枢回路、直流电机的励磁回路等：

  ③各种控制变压器的原边输入回路，包括通断控制的接触器、保护断路器等；

  ④用于供给控制系统各部分主电源的电源输入与控制回路，包括用于电源变压器、整流器件、稳压器件以及用于电源回路控制的接触器、保护断路器等。

  PLC控制系统的主回路设计与其他电气控制系统无原则性区别。但必须符合有关标准的规定，并结合PLC控制系统的自身特点，充分考虑系统的可靠性与安全性。

  2．电源总开关

  根据EN60204.1（VDE0113第1部分）标准规定，为了使整个控制系统与电网隔离，机械设备的电气控制装置必须安装电源总开关。

  总开关的设计要求是：开关必须具有足够的分断能力，必须能够分断处于“堵转”状态的大电动机的电流与其他所有用电设备和电动机的电流总和。

  通过总开关，原则上应能断开设备中的所有用电设备电源，例外的是，当设备安装有需要在总电源切断情况下使用的安全保护装置——如维修用电源、维修用照明、设备安全防护的解锁装置等部件时，允许这部分的电源直接连接在设备进线上，不通过总开关分断。但是，即便如此，以上电路仍然需要安装独立的短路保护器件（如断路器等）。

  3．保护装置的安装

  为了对设备主回路进行可靠、有效的保护，设备中每一个独立的部件都必须安装用于短路、过电流保护的保护器件（如断路器等），保护器件必须具有足够的分断能力，必须能够可靠分断被保护的用电设备或电动机。

    出于调试、维修的需要与系统的可靠性与安全性的考虑，原则上对于不同类型的主回路，如电机主回路、驱动主回路等，在每一部件独立安装保护器件的基础上，还应对每一大类分类安装总保护断路器。

    对于输入／输出点数、种类较多、构成复杂、控制要求较高的控制系统，当外部输入／输出信号共用电源时，应采用分组的形式进行供电，每组通过独立的保护断路器进行保护与通／断控制。

    4．接地与抗干扰

    从安全角度考虑，控制系统应安装总接地母线，用于电位平衡与接地。与主回路连接的各种独立电气控制装置，应有专门的、符合要求的接地连接线与设备接地母线进行连接，以防止干扰，提高可靠性。

    系统中容易产生干扰或是容易受到外部干扰的电气控制装置，如PLC、数控装置(CNC)、伺服驱动器、变频器等，应通过隔离变压器、滤波电抗器等与电源进行连接，以抑制线路干扰。

    系统中的需要通断的大功率负载，应在线路上安装浪涌电压吸收器，以抑制负载通断产生的过电压与干扰。

    5．辅助控制电源的设计

    用于系统安全保护、紧急停机控制的装置（如制动器、安全门保护等）的辅助电源，应确保不会因“急停”等操作而分断。

    系统中可靠性要求较高的控制部件，如PLC的电源输入、CNC的电源输入等，当它们为直流DC24V供电时，应尽可能采用独立的稳压电源进行供电；当采用交流供电时，应安装独立的隔离变压器，原则上不要与系统的其他控制电路与执行元件（如电磁阀、220V/24V控制回路等）共用电源。

    PLC输入／输出所需要的传感器、开关、执行元件电源，应尽可能采用外部电源供电的形式，以防止由于外部线路故障引起的PLC损坏。

    注意：在欧洲，目前已经对工业电气控制设备的主回路实行3相AC400V与单相AC230V标准，以取代传统的3相AC380V与单相AC220V标准，因此，在进行出口设备设计以及进口设备维修时，应引起注意。

前言

电梯控制系统主要由调速部分和逻辑控制部分构成。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要作用，目前，大多选用高性能的变频器，利用旋转编码器测量曳引电机转速，构成闭环矢量控制系统。通过对变频器参数的合理设置，不仅使电梯在运行超速和缺相等方面具备了保护功能，而且使电梯的起动、低速运行和停止更加平稳舒适。变频器自身的起动、停止和电机给定速度选择则都有逻辑控制部分完成，因此，逻辑控制部分是电梯安全可靠运行的关键。UniMAT X5系列PLC以其可靠性高、运算速度快、产品成本低和电梯专用客制化服务等优点，已在多家电梯厂家中的电梯生产及改造中获得了应用。本文以一台4层4站的别墅电梯控制系统为例，阐述了X5系列 PLC 在电梯控制系统的设计思想和实现方案。 

电梯控制系统构成

电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及PLC单元构成，由如图1所示，用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。

变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成，变频器采用日本安川公司矢量控制电梯专用变频器616G5，其具有良好的低速运行特性，适合在电梯控制系统中应用。三相电源R、S、T经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端U、V、W接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。变频器输入信号为：上、下行方向指令，零速、爬行、低速、高速、检修速度等各种速度编码指令，复位和使能信号。变频器输出信号为：（1）变频器准备就绪信号，在变频器运转正常时，通知控制系统变频器可以正常运行；

1 引言

　　机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线［1］。笔者开发的用于热处理淬火加工的物料搬运机械手，采用plc控制，是一种按预先设定的程序进行工件分拣、搬运和淬火加工的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并可根据工件的变化以及淬火工艺的要求随时更改相关控制参数。

2 物料搬运机械手结构

　　如图1所示，物料搬运机械手为三自由度气压式圆柱坐标型机械手，主要由机座、腰部、水平手臂、垂直手臂、气爪等部分组成。其中，腰部采用步进电机驱动旋转，手臂及气爪采用气缸等气动元件。对应的物料分拣装置由4个普通气缸构成，用以将不同长度的工件经分拣后送至各自的轨道中，并在轨道终端进行淬火加工，加工完毕后再由机械手抓取、搬运和分类堆放。机械手抓取长、短工件的顺序不是固定的，要视物料分拣装置的分拣结果以及长、短工件哪一个先到达轨道终端来定。但机械手对工件的堆放顺序却是固定的，要按照一定的规律堆放（如图1中，长、短工件各放一边，以4个为一组进行堆放），并且堆放工件的位置精度也是有要求的。

3 机械手控制系统组成

　　由于取工件和堆放工件都有定位精度要求，所以在机械手控制中，除了要对垂直手臂滑块气缸、气爪等普通气缸进行控制外，还要涉及到对水平手臂气缸以及机械手腰部回转的伺服控制。其中，机械手水平手臂气缸的伺服控制采用气动比例伺服控制系统;机械手的回转控制则采用三相混和式步进电机及其控制系统。考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，对这种混合驱动机械手采用plc作为核心控制器，上述各控制对象都必须在plc的统一控制下协同工作，plc采用日本三菱公司的fx2n-32mr型plc（16点输入、16点输出）。

　　步进电机选用深圳白山机电公司的bs110hb3l142-04型三相混合式步进电机，大扭矩：12nm;保持转矩：13.5nm;额定电流4.2a。步进电机驱动器性能的优劣，直接关系到步进电机的正常运行，必须合理选配。为此，我们仍选择白山公司与bs110三相混合式步进电机配套的等角度恒力矩细分型驱动器，定位精度可达30000步/转。为了确保步进电机控制的稳定性、可靠性以及便于日后维护，我们选择与fx2n系列plc配套的脉冲发生单元fx2n-1pg作为步进电机驱动器的控制单元［2］。plc通过扩展电缆、控制信号以及from/to指令对1pg进行控制，向1pg发出定位命令，然后由1pg通过向步进电机驱动器输出指定数量的脉冲（大100kpps）来具体执行这个定位命令，从而终实现plc对步进电机的伺服定位控制，既提高了控制的灵活性和可靠性，又便于控制程序的编写。

fx2n-1pg的fp和rp分别与步进电机的dr-和pu-端子相连，表示输出脉冲类型分别为前向脉冲和反向脉冲。1pg的dog端为确定步进电机原点位置时所用。在调试时，当步进电机接近原点位置时，应通过此端对应的按钮接通24v电源，从而使步进电机开始以原点返回速度（爬行速度）转动，以便在到达设定的原点位置时方便于pg0端的控制。pg0+和pg0-为步进电机到达原点位置时的停转控制信号，需外加一个5v电源，正端接pg0+，负端通过开关k与pg0-相连。当步进电机在dog信号的控制下缓慢转动到达设定的原点位置时，可通过手动或行程开关触发pg0+和pg0-，使两端接通5v电源，于是电机停转，并将原点位置记录下来，存贮在1pg的bfm#26和#27这2个寄存器中，作为plc对步进电机进一步控制的基准和重要参数。

　　气动比例伺服控制系统采用德国festo公司的相关产品，主要由hmp坐标气缸、伺服定位控制器spc200以及与之配套的内置位移传感器mlo-pot-0225、气动伺服阀mpye-5-1/8-lf-010-b和伺服定位控制连接器spc-aif-pot等装置组成。在图2的控制系统硬件接线中，主要涉及其中spc200的dio数字量i/o模块的接线［3］。从该图中可见，一方面plc通过输出端y0-y3控制spc200的定位指令（record select工作方式）记录号选取，并通过y6启动伺服定位;另一方面spc200又通过定位任务完成信号q0.4（mc-a）将定位执行情况反馈到plc的输入端x12，以便于plc的程序控制。

　　在滑块气缸和气爪上都安装有磁性开关传感器，用于检测气缸活塞的位置。通过这些传感器的信号，并结合步进电机和气动伺服的启停信号，在plc的控制下，就能够对滑块气缸和气爪对应的电磁阀进行控制，进而实现气缸的动作。

4 控制系统plc程序设计

　　4.1 步进电机初始化控制程序

　　plc与1pg间通过from/to指令进行联系。通过to指令，plc将控制命令及参数写入1pg的缓存，而在1pg控制下，步进电机的运行状态则由plc通过from指令读入，以便程序处理。在图3所示的部分步进电机初始化程序中，plc一旦通电运行，便在每一个循环执行周期中将其m0～m15寄存器的内容写入1pg的操作命令缓存“bfm#25”中，控制1pg的工作。同时，plc还不断从1pg的“bfm#28”、“bfm#27”和“bfm#26”缓存中读入步进电机的运行状态和当前位置值，以便在逻辑控制中通过对这些输入值的处理来进一步控制机械手的动作。

　　按设计要求，同类型工件每4个为一组放置，两种工件各自的堆放顺序不能互相干扰。因此，同类型的4个工件搬运为一个基本循环，在各自的工件循环中分别设置了相应的工件计数标志位。

　　4.2 机械手综合控制程序

　　综合前述的步进电机和气动伺服控制技术，同时结合对垂直手臂滑块气缸、气爪的控制要求，下面给出机械手完成一次定位并抓取工件的部分plc程序

该程序表明：当工件分拣加工完毕后，机械手首先转动一定的角度指向取工件位置，待步进电机定位结束后，垂直手臂滑块气缸活塞落下，然后水平手臂气缸在气动伺服控制下伸出设定的定位位移。定位位移是由plc的输出端子（y2～y0）控制spc200输入端子（i0.2～i0.0）的状态来决定的，如附表所示，从而实现了plc对气动伺服定位的控制。当气动伺服定位结束后，气爪动作，夹紧工件。后续的搬运和放置工件的控制程序原理与之类似。

5 结束语

　　上述针对机械手的控制方法充分利用了plc和其它控制装置的特性，结构紧凑、控制可靠，目前在现场运行良好。作为一个相对独立的plc控制系统，它还可以通过rs-485总线或cc-bbbb总线与生产线上的其它plc及控制器组成工业控制网络，实现更进一步的自动化生产控制。