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三、卷扬机控制系统

（一）卷扬机的基本结构
如图3-1所示，卷扬机是由一个电机通过卷筒来带动左右两个小车上下行的工业机器。在工作过程中，使用一个电机同时拖动两个小车，使左右两个小车交替运行，当左车（满料车）上行时，右车（空料车）下行；当右车（满料车）上行时，左车（空料车）下行，使得电动机在整个运行状态中都在为小车运行工作。

图3-1 卷扬机简单结构图
（二）卷扬机的功能
卷扬机的出现代替了工业起重机的笨重、操作不便利等缺点，使得卷扬机在制造业、水工程、林业工程等被广泛使用。传统的卷扬机是通过接触器、控制器手动操作的，让人力资源大大浪费，并伴随着大量人工费，这样效率低的工作不能够使手动控制的卷扬机长期顺应市场需求。使用PLC作为控制器的卷扬机能大大提高工作效率，降低工作成本，简化控制系统结构并且拥有移置便利、可靠性高等优点，这样的卷扬机能占据我国工业市场的前列。
（三）卷扬机的主电路图
卷扬机主电路如图3-2所示。其中，QS为断路器，FU1为熔断器，FR1为热继电器，M为控制左右小车的电机，并连接变频器，可对小车运行状态进行变频调速。

图3-2 卷扬机主电路图

四、卷扬机模拟控制系统的方案设计

（一）模拟控制系统的组成
卷扬机的PLC模拟控制系统采用了7个限位开关（在模拟控制板中均采用拨动开关模拟），其中6个用来检测两个小车上行的位置状态，1个用来模拟热继电器的过载保护。工作模式切换到手动控制模式下时的控制按钮及急停按钮采用立式微动开关。电动机则采用实验室的三相鼠笼式异步电动机，电动机的正反转来控制左右两辆小车。该系统具有一个蜂鸣器和一个LED灯组成的报警系统。为了观察各个工作状态，还采用了LED灯显示各个状态。
（二）模拟系统流程图
（1）手动控制模式：当按下手动控制按钮，此时工作模式切换到手动控制，此时可对应面板按钮进行简单的手动控制，可控制左右小车的上行与停止。
（2）自动控制模式：初始工作状态为右为满料车并卸料，左车正在装料。当按下自动控制按钮切换工作模式，再按下启动按钮时，右车正在卸料，重车卸料指示灯亮起，左车正在上料。5秒后，左车自动上行，左车到低速状态并运行8秒，此时低速运行指示灯亮；当左车到达左车低速限位开关时，则左车自动提速到中速状态并运行6秒，此时中速运行指示灯亮；当左车到达左车中速限位开关时，则左车再次提速到高速状态运行，此时高速指示灯亮，到指定位置后左车到达左车到位限位开关，左车卸料，此时重车卸料指示灯亮5s后下行，左车恢复空载状态，此时左车空载指示灯亮，同时，右车自动上行。此时右车到低速状态并运行8秒，此时低速运行指示灯亮；当右车到达右车低速限位开关时，则右车自动提速到中速状态并运行6秒，此时中速运行指示灯亮；当右车到达右车中速限位开关时，右车再次提速到高速状态运行，此时高速指示灯亮，右车到指定位置后到达右车到位限位开关，右车卸料，此时重车卸料指示灯亮5s后下行，右车恢复空载状态，此时右车空载指示灯亮，左车又开始自动上行，新的一轮工作循环开启。
（三）模拟系统控制功能
（1）系统的手动控制：可切换简单的手动控制系统，以应付机器突然故障导致不能工作。
（2）料车运行控制：左右料车交替上料，使用一台电机控制左右料车的运行情况。即当电机正转时左车上行，右车下行。即当电机反转时右车上行，左车下行。
（3）采用变频器实现电机的速度控制，分为低速、中速、高速三种运行方式。重料车先以低速运行，8s后自动提速到中速，6s后自动提速到高速。
（4）当重料车运行到卸料位置后，当重料车卸料后，重料车卸料指示灯亮5s后，空载指示灯亮起并空料车下行，另一小车上料上行重复操作。
（5）采用触摸屏，连接PLC实现人机界面。
（6）当小车运行时发生故障，系统报警并故障显示灯亮，报警蜂鸣器响3s。
（7）系统设有急停按钮，以应付突发状况。

六、卷扬机控制系统的调试

（一）硬件调试
在整体硬件调试之前，需要对购买回来的元器件进行检查，查看这些元器件是否能够正常使用，例如LED灯可使用万用表的导通档检查，若灯亮则可使用，同时也可用来检查按钮的对脚、拨动开关的中间和两边的任意一脚，若导通则可使用；使用万用表测量220Ω电阻后是合格的。当元器件都检查无误后，才能在万用板上进行焊接，焊接时一定要确保LED灯和蜂鸣器的正负极不能焊反，不然会导致该有的功能无法显现出来。焊接完后，需要用万用表对线路进行排查是否存在虚焊，然后把硬件板通过端子排和PLC连接起来，把程序导入PLC，看PLC的输入输出端口是否和程序一致，这样就能检查硬件接线问题。
（二）程序调试
在编写程序时使用可仿真的编程软件GXWords2，在新建工程时，要选择FX2N类型。因为实验室电脑的编程软件是GXDeveloper，所以我们要将工程格式转化为GXDeveloper格式。当写入程序前，需要将PLC选择到Stop的状态，否则电脑会提示无法写入。打开GXWords2的监控模式，可监视整个硬件板和控制程序，此时可通过按下硬件按钮观察PLC输入输出指示灯亮的情况，确定程序是否在按步骤实行。如果程序与实际控制不相符，则可以打开写入模式，修改后需要重新写入PLC。
（三）整体调试
当软硬件都调试成功后，即可对整个模拟控制系统进行整体的调试。首先将程序写入到PLC中，然后设置变频器的值，接着将设计好的触摸屏界面通过连接线导入到实验室的触摸屏面板中，传输成功后将PLC和触摸屏连接起来，此时需要测试一下触摸屏的按钮能否正常按下并进行操作，如果不能正常按下，则有可能是PLC与触摸屏的连接线接触不良或者是坏了，这时候需要重新连接或者更换连接线。当以上步骤都准备完成后就可以对控制系统进行反复调试，直到调试出需要实现的功能。

总结

此次毕业设计是以PLC为核心的卷扬机控制系统的设计，运用了变频器及触摸屏，设计并制作出了模拟控制系统，通过调试，实现了控制功能。本设计有两种工作模式可切换，设置手动控制模式为了防止系统突然故障使小车运行时停止。当切换到自动模式，系统自动运行，左右两辆小车交替运行，确保工作中没有空行程。本设计采用一个三相鼠笼式异步电动机来控制两辆小车，正转时控制左车上行，反转时控制右车上行。使用了多个限位开关来检测料车的位置状态，相应的工作状态均由LED灯来表示。该系统具有一个蜂鸣器和一个LED灯组成的报警系统。本设计还加入了三菱变频器和西门子触摸屏，变频器可对小车的运行调节速度，并能进一步提高对物料小车运行速度的稳定性和准确度；触摸屏可实现人机界面，使控制模拟系统的方式不仅限于在控制板上实现。本设计使用了可编程控制器（PLC），让整个控制系统的抗干扰能力提升，具有较好的可靠性和较大的灵活性，既使控制系统的结构简单，又能保证系统的安全、稳定。随着工业自动化的发展和市场需求，可编程控制器已成为当今市场最畅销的工业产品，而控制核心采用PLC的自动控制系统设计也越来越被普及并使用。随着各种新技术的发展，促进PLC技术的发展与应用，使工业自动化稳步提升。应用PLC控制的卷扬机系统功能会越来越完善，更加方便、可靠，自动化程度更高。

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