PLC電梯畢業(yè)論文含電梯控制系統(tǒng)和程序要點.doc

目 錄摘要 (1)關鍵字 (1)Abstract (1)Keywords (1)引言 (2)1.概述 (2)1.1 PLC的簡介 (2)1.2 PLC的特點 (2)1.3 PLC的功能 (3)1.4 發(fā)展趨勢 (3)2.PLC控制電梯的設計 (4)2.1 電梯控制系統(tǒng)的組成 (4)2.2系統(tǒng)結構 (4)2.3硬件設計 (6)2.4控制系統(tǒng) (6)2.5 PLC 梯形圖程序設計 (7)2.6 PLC組態(tài)軟件 (10)結論(11)致謝(11)參考文獻(11)電梯控制系統(tǒng)的PLC教學儀器實現(xiàn)作者姓名 * 指導教師 * 職稱 講師溫州大學甌江學院，浙江溫州，325027摘 要：PLC（可編程控制器）作為一種工業(yè)控制微型計算機，它以其編程方便、操作簡單尤其是它的高可靠性等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應用。它應用大規(guī)模集成電路，微型機技術和通訊技術的發(fā)展成果，逐步形成了具有多種優(yōu)點和微型，中型，大型，超大型等各種規(guī)格的系列產(chǎn)品，應用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的許多控制領域。 隨著社會的不斷發(fā)展，樓房越來越高，而電梯成為了高層樓房的必須設備。電梯從手柄開關操縱電梯、按鈕控制電梯發(fā)展到了現(xiàn)在的群控電梯，為高層運輸做出了不可磨滅的貢獻。 這篇論文的主要目的是介紹和設計4層電梯的PLC控制系統(tǒng)，以及在進行了系統(tǒng)的安裝和調試過程中PLC控制出現(xiàn)的問題。以及在制作和應用教學模型方面的實際意義。關鍵詞：PLC控制器；PLC；電梯；教學模型Elevator Control System PLC teaching Instruments Author :Huang Xiaohu Instructor : wulieOujiang College, Wenzhou University, Wenzhou Zhejiang, 325027Abstract : PLC (Programmable Logical Controller) took one kind most important, the application situation most industries control microcomputer, it is convenient, operation simple in particular by its programming merit and so on redundant reliability, obtained the widespread application in the industrial production process. It applies the large scale integrated circuit, the miniature machine technology and the communication technology development achievement, gradually formed had the many kinds of merits and miniature, medium, large-scale, ultra large-scale and so on each kind of specification series product, applied to monitors between the computer from the control system many controls domain. Along with societys unceasing development, the building is more and more high, but the elevator became the high level building to have the equipment. After humanitys more than centuries unremitting endeavors, the elevator already from the handle switch operation elevator, the push-button control elevator develops to the present group control elevator, has made the indelible contribution for the high level transportation. The principal aim of this thesis is to introduce the designing plan and composition of the 4 floor elevators PLC control system ,PLC controlling plan and the problems that crop up when the above control plan and programming design are carried out in the process of the systems installation and commissioning. As well as the practical meaning in making and applying the teaching models.。Key words：PLC controller ; PLC; Elevator ; Teachering modesPLC可編程控制器是一種具有控制邏輯的控制系統(tǒng)，其簡易的梯形圖編輯讓使用者更加方便。使用者可以通過梯形圖快速的達到編輯、新增、刪除的功能，可以說是工業(yè)控制中不可或缺的控制器。 電梯作為高層建筑物的重要交通工具與人們的工作和生活日益緊密聯(lián)系。電梯質量的好壞在很大程度上取決于它的控制系統(tǒng)。而采用PLC 組成的控制系統(tǒng)具有工作可靠性高、靈活性和通用性高、編程簡單、使用方便、抗干擾能力強等優(yōu)點。它使電梯運行更加安全、方便。從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計算機控制的一個重要方向,成為當前電梯控制和技術改造的熱點之一。隨著PLC課程在高校中得到了廣泛的開展，其相應的實驗儀器模型卻遠遠不能得到滿足。為此自行設計并制作了專用4 層電梯教學模型。 目前普通電梯由曳引系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、門系統(tǒng)、轎廂、重量平衡系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)等組成，整個系統(tǒng)較為復雜。而作為教學儀器，側重于提高學生的實際動手能力，以模型的形式更加形象的表現(xiàn)出PLC在實際中的控制。所以本教學儀器所實現(xiàn)的是電梯的簡單升降，優(yōu)先選擇和顯示功能。此電梯模型是由三菱FX2N PLC作為核心控制器，并由傳感器、傳動電機、指示燈、顯示模塊、控制電機等共同組成的電梯模型。本系統(tǒng)具有外部連線簡單，易于操作實驗等特點。一 概述（一） PLC簡介可程序邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller），乃是一種固態(tài)電子裝置，主要利用輸入輸出裝置的回授信號及儲存程序，控制機械或程序的操作。在工廠自動化（FA）系統(tǒng)中，PLC因為具備價格便宜、系統(tǒng)穩(wěn)定及環(huán)境適應性佳的特點，故一直為自動化業(yè)界所采用。近幾年來，各PLC制造廠家無不致力于新機種的研發(fā)，所以在CPU 處理速度、擴展模塊及通訊的功能上，相較于早期PLC控制器，已有長足的進展。（二） PLC的主要特點1、高可靠性（1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內部電路之間電氣上隔離。（2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為1020ms.（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（4）采用性能優(yōu)良的開關電源。（5）對采用的器件進行嚴格的篩選。（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大。（7）大型PLC還可以采用由雙CPU構成冗余系統(tǒng)或有三CPU構成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高。2、豐富的I/O接口模塊PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強電或弱電等。有相應的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備，如：按鈕；行程開關；接近開關；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。3、采用模塊化結構為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結構。PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4、編程簡單易學PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。5、安裝簡單，維修方便PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與PLC相應的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。（三） PLC的功能1、邏輯控制2、定時控制3、計數(shù)控制4、步進(順序)控制5、PID控制6、數(shù)據(jù)控制：PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。7、通信和聯(lián)網(wǎng)8、其它：PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊（四） 發(fā)展趨勢plc作為工控機的一員，在主要工業(yè)國家中成為自動化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價格適宜等特點。據(jù)統(tǒng)計，當今世界plc生產(chǎn)廠家約150家，生產(chǎn)300多個品種。2000年銷售額約為86億美元，占工控機市場份額的50%，plc將在工控機市場中占有主要地位，并保持繼續(xù)上升的勢頭。 plc在60年代末引入我國時，只用作離散量的控制，其功能只是將操作接到離散量輸出的接觸器等，最早只能完成以繼電器梯形邏輯的操作。新一代的plc具有pid調節(jié)功能，它的應用已從開關量控制擴大到模擬量控制領域，廣泛地應用于航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。但plc也面臨著其它行業(yè)工控產(chǎn)品的挑戰(zhàn)，各廠家正采取措施不斷改進產(chǎn)品，主要表現(xiàn)為以下幾個方面： 1.微型、小型plc功能明顯增強 很多有名的plc廠家相繼推出高速、高性能、小型、特別是微型的plc。三菱的fxos14點(8個24vdc輸入，6個繼電器輸出)，其尺寸僅為58mm89mm，僅大于信用卡幾個毫米，而功能卻有所增強，使plc的應用領域擴大到遠離工業(yè)控制的其它行業(yè)，如快餐廳、醫(yī)院手術室、旋轉門和車輛等，甚至引入家庭住宅、娛樂場所和商業(yè)部門。 2.集成化發(fā)展趨勢增強 由于控制內容的復雜化和高難度化，使plc向集成化方向發(fā)展，plc與pc集成、plc與dcs集成、plc與pid集成等，并強化了通訊能力和網(wǎng)絡化，尤其是以pc為基的控制產(chǎn)品增長率最快。plc與pc集成，即將計算機、plc及操作人員的人機接口結合在一起，使plc能利用計算機豐富的軟件資源，而計算機能和plc的模塊交互存取數(shù)據(jù)。以pc機為基的控制容易編程和維護用戶的利益，開放的體系結構提供靈活性，最終降低成本和提高生產(chǎn)率。 3.向開放性轉變 plc曾存在嚴重的缺點，主要是plc的軟、硬件體系結構是封閉而不是開放的，絕大多數(shù)的plc是專用總線、專用通信網(wǎng)絡及協(xié)議，編程雖多為梯形圖，但各公司的組態(tài)、尋址、語文結構不一致，使各種plc互不兼容。國際電工協(xié)會(iec)在1992年頒布了iec1131-3可編程序控制器的編程軟件標準，為各plc廠家編程的標準化鋪平了道路?，F(xiàn)在開發(fā)以pc為基、在windows平臺下，符合iec1131-3國際標準的新一代開放體系結構的plc正在規(guī)劃中。 我國的plc生產(chǎn)目前也有一定的發(fā)展，小型plc已批量生產(chǎn)；中型plc已有產(chǎn)品；大型plc已開始研制。國內plc形成產(chǎn)品化的生產(chǎn)企業(yè)約30多家，國內產(chǎn)品市場占有率不超過10%，主要生產(chǎn)單位有：蘇州電子計算機廠、蘇州機床電器廠、上海蘭星電氣有限公司、天津市自動化儀表廠、杭州通靈控制電腦公司、北京機械工業(yè)自動化所和江蘇嘉華實業(yè)有限公司等。國內產(chǎn)品在價格上占有明顯的優(yōu)勢。 隨著微處理器、網(wǎng)絡通信、人機界面技術的迅速發(fā)展，工業(yè)自動化技術日新月異，各種產(chǎn)品競爭激烈，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。plc也由最初的只能處理開關量而發(fā)展到可以處理模擬量和數(shù)據(jù)，加之與dcs、pid調節(jié)器、工業(yè)pc等技術相結合，使之不再是一種簡單的控制設備，而且必將隨著自動控制技術的不斷發(fā)展而發(fā)展生存下去。 plc在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。二 PLC控制電梯的設計（一） 電梯控制系統(tǒng)的組成電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動部分和電氣控制部分組成。電力拖動部分由拽引電機和相應的開關電路組成。由于所設計的只是一個教學模型,梯速低于1. 5m/ s 。所以只要能實現(xiàn)電機的正反轉即可,而不必考慮電機的機械特性。因此本模型未設置轉速控制電路。制動時有可能會出現(xiàn)定位不準確的問題。制動過程為PLC直接輸出信號控制電機的啟動與停止。電氣控制部分又稱控制電路,它是電梯控制系統(tǒng)的核心。它包含兩部分:拖動控制電路和信號控制電路。拖動控制電路因電梯的拖動方式不同而各異?？梢允墙佑|器線圈及其相關的控制電路,也可以是電力電子器件的門極控制電路,對于有速度閉環(huán)控制的系統(tǒng),還必須考慮含有電源、電壓、速度檢測電路和調節(jié)電路。信號控制電路與拖動的方式關系不大,主要與程序能夠實現(xiàn)的功能有直接的關系。因此,不同的拖動方式的電梯可以采用同一信號控制電路。（二）系統(tǒng)結構電梯控制系統(tǒng)原理框圖七段碼顯示電路控制電機電梯警報裝置電梯其他輸入信號位置傳感器編碼器PLC控制器按鈕電路電梯控制系統(tǒng)由眾多呼叫按鈕、傳感器、指示燈、LED七段數(shù)碼管和控制部分的核心器件（PLD）等組成。位置傳感器實現(xiàn)電梯位置檢測。PLC集信號采集、信號輸出及邏輯控制于一體，與電梯電力拖動系統(tǒng)一起實現(xiàn)了電梯控制的所有功能。Sin1Sin2Sin3Sin4P01P02P03P06P05P04L1L2L3樓層顯示LED四層電梯PLC自動控制模擬圖圖中：SIN1SIN4為四只控制電梯的行程開關（又名霍爾開關）分別接于PLC的四個輸入點，當電梯未經(jīng)過霍爾開關時，開關閉合，輸出為“1”，當電梯經(jīng)過霍爾開關時，開關斷開，輸出為“0”，使電梯準確的停止在指定的位置。P01P06為6只呼叫按鈕，用來表示一到四層的呼叫信號。L1L6為6只LED發(fā)光管，指示呼叫信號。P01、L1為一層向上呼叫按鈕與一層向上呼叫信號P02、L2為二層向上呼叫按鈕與二層向上呼叫信號P06、L6為二層向下呼叫按鈕與二層向下呼叫信號P03、L3為三層向上呼叫按鈕與三層向上呼叫信號P05、L5為三層向下呼叫按鈕與三層向下呼叫信號P04、L4為四層向下呼叫按鈕與四層向下呼叫信號各層門的頂端的數(shù)碼管LED用于電梯當前所在樓層位置顯示。電梯的升降是依靠PLC控制直流電機帶動皮帶傳動來實現(xiàn)的。由于教學儀器模型比較小，因此通過降低電壓的方式來控制電機轉動的速度， 從而降低電梯升降的速度使電梯的定位更加準確。電機的“啟動”“順/逆”是直流電機的兩個控制信號?？刂埔螅海?） 電梯上升。電梯停在某層，當有高層信號呼叫時，電梯上升到呼叫層停止，當有多個高層信號同時呼叫時，電梯上升到低呼叫層，停3S后，繼續(xù)上升到高呼叫層后停止。（2） 電梯下降。電梯停在某層，當有低層信號呼叫時，電梯下降到呼叫層停止，當有多個低層信號同時呼叫時，電梯下降到高呼叫層，停3S后，繼續(xù)下降到低呼叫層后停止。（3） 電梯在上升或下降的過程中，任何反向的呼叫均無效，即是電梯在上升時，下降的呼叫無效，電梯在下降時，上升的呼叫無效。（4） LED數(shù)碼管應顯示電梯即時樓層的位置。（三）硬件設計用PLC 組成的控制系統(tǒng), 省掉了接口電路的制作, 系統(tǒng)結構簡單、緊湊, 可靠性高。直接將電梯的內外呼梯信號、層位檢測信號、限位信號、開門關門信號等開關量接到PLC 的開關量輸入端, PLC 提供的24V 直流電源可作為指示燈的電源, 用PLC 的輸出點直接控制變頻器, 實現(xiàn)電機的正轉、反轉、停和多段速控制等。ABCDEFG啟動升/降L1L2L3L4L5L6X0X1X2X3X4X5X6X7X10X11Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17SIN1SIN2SIN3SIN4P01P02P03P04P05P06 COM0COM5COM COMPLC（四） 控制系統(tǒng)用PLC 構成的控制系統(tǒng)可以把主要精力用于軟件編程, 實現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。現(xiàn)在市面上的各種PLC 都有比較強的軟件功能, 尤其是各類功能指令(或稱應用指令) , 其功能更為豐富。三菱FX2 系列用以替代繼電器、接觸器控制系統(tǒng)的基本邏輯指令有20 條, 但其功能指令就有100 條之多, 可以直接進行各種數(shù)據(jù)的算術運算、邏輯運算、傳送比較、移位循環(huán)等, 還有一些直接的外部I/O 指令(如10 鍵輸入、16 鍵輸入、打印等) , 編程的靈活性毫不比單片機遜色, 但由于采用梯形圖編程, 程序的編制、檢查、調試極為方便, SFC 的使用更使得各種聯(lián)鎖、分枝、選擇等易于實現(xiàn), 大大減輕了程序編制的工作量, 縮短了控制系統(tǒng)的研制開發(fā)時間。下圖給出了I/O地址分配表現(xiàn)場器件軟繼電器地址功能名稱現(xiàn)場器件軟繼電器地址功能名稱輸入SIN1X0一層行程控制輸出DY3LED樓層顯示SIN2X1二層行程控制EY4LED樓層顯示SIN3X2三層行程控制FY5LED樓層顯示SIN4X3四層行程控制GY6LED樓層顯示P01X4一層向上呼叫L1Y12一層上升呼叫指示P02X5二層向上呼叫L2Y13二層上升呼叫指示P03X6三層向下呼叫L3Y14三層上升呼叫指示P04X7四層向下呼叫L4Y15四層下降呼叫指示P05X10三層向下呼叫L5Y16三層下降呼叫指示P06X11二層向下呼叫L6Y17二層下降呼叫指示輸出AY0LED樓層顯示啟動Y10電梯啟動指示BY1LED樓層顯示升降Y11電梯升/降指示CY2LED樓層顯示程序梯形圖與指令： S1S4 呼叫信號軟繼電器 S11S14 樓層信號軟繼電器 M0 上升信號軟繼電器 M1 下降信號軟繼電器 M2 中間軟繼電器，用于驅動計時器T1（3S定時器）（五）PLC 梯形圖程序設計根據(jù)PLC 控制功能流程圖及PLC 的輸入/ 輸出地址分配表,進行梯形圖程序設計工作。下面以電梯的選層定向控制為例介紹梯形圖程序的設計。電梯的選層定向是根據(jù)電梯轎廂內乘客的目的層站指令和各層樓召喚信號與電梯所處層樓的位置信號進行比較,凡是在電梯位置信號上方的轎內指令和層站召喚信號,令電梯定上行,反之定下行,電梯到達頂層或底層時自動停止并變換運行方向。NN開始樓層信號顯示樓層等待有無呼梯？Y定向啟動運行到站？上行下行控制呼梯內選記憶Y制動選層定向控制梯形圖下圖所示： 我們選定第三層的控制方法，X2=ON（SIN3動作），此時霍爾傳感器探測到電梯到達三層位置，使S13（3層樓層信號軟繼電器）置1，S11、S12、S14置0，S13=ON，當電梯到達三層、若T1=ON停3S、S3置0 ，樓層呼叫結束。當S13=ON或S14=ON電梯停在三層或四層，M0=ON，電梯上升X2（SIN3）常閉閉合，電梯離開三層，也使S3復位為0（三層呼叫無效）當S13=ON、或S12=ON、或S11=ON，電梯停在三層或二層或一曾，M1=ON，電梯從該層下降X2（SIN3）常閉閉合，都使S3復位為0（三層呼叫無效）當X7=ON，四層向下呼叫。X3（SIN4）常閉閉合。M1常閉閉合，電梯不在下降、使S4置1（四層呼叫有效）樓層顯示模塊代碼：LD S12OR S13OUT Y0 ； S12、S13=1，Y0=1 顯示A段LD S11OR S12OR S13OR S14OUT Y1 ； S11、S12、S13、S14=1，Y1=1 顯示B段LD S11OR S13OR S14OUT Y2 ；S11、S13、S14=1，Y2=1 顯示C段LD S12OR S13OUT Y3 ； S12、S13 =1，Y3=1 顯示D段LD S12OUT Y4 ； S12 =1，Y4=1 顯示E段LD S14OUT Y5 ； S14=1，Y1=1 顯示F段LD S12OR S13OR S14OUT Y6 ； S12、S13、S14=1，Y1=1 顯示G段呼叫指示燈顯示模塊：LD S1 OUT Y12 ；S1=1，驅動Y12=1，一層向上呼叫顯示L1亮LD X5OR Y13AND S2OUT Y13 ； X5=1，S2=1，驅動Y13=1，二層向上呼叫顯示L2亮LD X11OR Y12AND S2OUT Y17 ；X11=1，S2=1，驅動Y17=1 二層向下呼叫顯示L6亮LD X6OR Y14AND S3OUT Y14 ；X6=1，S3=1，驅動Y14=1 三層向上呼叫顯示L3亮LD X10OR Y16AND S2OUT Y16 ；X10=1，S3=1，驅動Y16=1 三層向下呼叫顯示L5亮LD S4OUT Y15 ； S4=1，驅動Y15=1 四層向下呼叫顯示L6亮電機信號對照表電機啟動Y10電機升/降Y11電梯狀態(tài)11升10降00停止01停止（六） PLC組態(tài)軟件組態(tài)軟件是在工業(yè)自動化領域興起的一種新型的軟件開發(fā)技術。開發(fā)人員不需要編制具體的指令和代碼,只要利用組態(tài)軟件包中的工具,通過硬件組態(tài)(硬件配置) 、數(shù)據(jù)組態(tài)、圖形圖像組態(tài)等工作即可完成所需應用軟件的開發(fā)工作。組態(tài)軟件具有遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、過程控制等強大功能,還具有二次開發(fā)簡便、開發(fā)周期短、通用性強、可靠性高等優(yōu)點。如果采用組態(tài)軟件和PLC控制系統(tǒng)相結合,通過計算機全真模擬被控對象,在計算機上對整個PLC控制系統(tǒng)的功能進行模擬調試,在仿真狀態(tài)中直觀地對PLC控制系統(tǒng)程序的錯誤和缺陷進行檢測和修正,待程序完全正確時,再進行現(xiàn)場實際聯(lián)機調試,將大大提高現(xiàn)場調試的效率,降低系統(tǒng)調試的費用和風險。組態(tài)軟件計算機主機（上位機）PLC（下位機）基于組態(tài)軟件的PLC仿真系統(tǒng)組成的結構如圖所示,微型計算機與下位機PLC通過RS2232串行接口用通信電纜相聯(lián)接,通過編程軟件把已完成的控制程序下載到PLC。在微型計算機中安裝組態(tài)軟件,并在組態(tài)軟件環(huán)境中運行已開發(fā)的一個工程軟件,同時使PLC進入運行狀態(tài),即進入計算機組態(tài)仿真過程,通過鼠標操作界面上的圖形對象就可以進行系統(tǒng)的仿真控制。利用組態(tài)軟件對PLC控制系統(tǒng)程序進行仿真測試,可以非常逼真地觀察到系統(tǒng)的工作過程,發(fā)現(xiàn)控制程序的錯誤和缺陷,然后不斷地對程序進行修改和測試直到完全正確,而不需要到現(xiàn)場驅動實際的執(zhí)行機構,大大提