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电气毕业设计plc控制电梯
内容摘要
在现代社会和经济活动中,计算机技术、自动控制技术和电力电子技术得到了迅速的发展,电梯已经成为城市物质文明的一种标志。
本文介绍一种电梯PLC控制系统。
电梯是垂直方向的运输设备,它靠电力,拖动一个可以载人或物的轿厢,在建筑的井道内导轨上做垂直升降运行。
在人们生活中起着举足轻重的作用。
而控制电梯运行的PLC系统也要求越来越高,要求到达电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。
特别是在高层建筑中,电梯是不可或缺的垂直运输设备。
随着高层建筑飞速发展的今天,电梯行业也随之进入了新的发展时期,电梯控制技术已经发展到了调频调压调速,其逻辑控制也由PLC代替了原来的继电器控制,其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。
可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心的工业控制装置。
它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起,具有高可靠性、灵活通用、易于编程、使用维护方便、抗干扰能力强、设计和调试周期较短等特点,备受人们重视,因此近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用,已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。
本论文通过讨论电梯控制系统的组成,阐述了可编程控制器(PLC)在电梯控制中的应用,采用西门子PLC编程控制方式,提出了三层电梯的PLC控制系统总体设计方案,设计过程、组成,列出了具体的主要硬
件电路,电梯的控制梯形图及指令表,并给出了系统组成框图和程序流程图,提出了PLC的编程方法。
在采用基于PLC控制系统时,利用Wincc的监控系统来构建电梯的控制平台。
Wincc是开放的过程可视化系统,具有控制自动化过程的强大功能和SCADA级的操作监视系统。
Wincc是一个模块化的自动化软件,可以灵活地进行扩展,可应用在办公室和机械制造系统中,从简单的工程应用到复杂的多用户应用,从直接表示机械到高度复杂的工业过程图像的可视化监控和操作。
借助可编程控制器s7-200系列PLC强的的编程功能和Wincc组态软件完善的人机界面设计功能,来实现电梯装置模拟控制系统。
关键词:
电梯;可编程控制器;监控组件
Abstract
Inthemodernsocialandeconomicactivity,computertechnologyautomation,controltechnologyandpowerelectronictechnologyhasbeenrapddevelopment,thelifthasbecomeasymbolofurbanmaterial.ThistextintroducethecontrolsystemofakindofelevatorPLC.Theelevatorisperpendicularoftheconveyznceequipmentsbeindispensableinthehighbuildingoftransportationequipments.Itdependselectricpower,draggingalongtomoveacarthatcancarrypersonorthingandleadatrackinthebuildingofthewellwayupdoperpendicularitytoascendanddescendsport,thereisprominentfunctioninthepeople’slife.AndthecontrolelevatorcirculateofthePLCsystemalsohasmoreandmorehighrequest,requesttoattainthemovementpurposeof“steady,quasi-,quick”ofelevatormovement.Especiallyinthehigh-risebuilding,theelevatorisnotalackofverticaltransportationequipment.Withtherapiddevelopmentofhigh-risebuildingoftoday,theliftindustryalsohasenteredanewperiodofdevelopment,elevatorcontroltechnologyhasbeendevelopedtotheFMspeedregulater,thelogiccontrolbythePLCtoreplacetheoriginalrelaycontrol,manyofitsfunctiontraditionalrelaycontrolsystemcannotbeachieve.
Programmelogicalcontroller(PLC),microprocessorscentralindustrialcontroldevices.Itcombineswiththetechnologyofthecomputertogetherthetraditionalrelaycontrolsystem.Havecharacteristics,suchashighdependability,flexibleprogramming,easytouse,anti-jamming,thedesignandthedebuggingcycleisshort.Itistakenseriouslypeople.Soinindustryautomaticalliescontrol,theelectromechanicsintegratetransformstherespects,suchastraditionalindustry,ect.togetordinaryapplicationinrecentyears.
ThisessayexplaintheapplicationofProgrammableLogicalController(SiemensPLC)onelevatorbydiscussingtheconstructionofelevatorcontrolsystem.Italsoillustratesthegeneraldesignproject,thedesignprocessandconstructionofthePLCcontrolsystemforthree-storybuilding,listingthespecificmaincircuit,trapeziacontrolchartelevatorandrepertorires.Italsoshowstheconstructionofframechartofthesystemandprocessflowchart.ThustheprogrammingmethodofPLCisbroughtforward.
WhenbasedonthePLCcontrolsystem,thispaperalsowillconstructanewcontrolplatformbasedontheWinccmonitoringsystem.Winccisanopenprocessvisualizationsystem.IthasthestrongfunctionofautomationcontrolprocessandoperationmonitoringsystemofSCADA.Winccisamodularautomaticsoftware,anditcanbeflexibleexpand,anditcanbeusedinofficesandmechanicalmanufacturingsystem,fromthesimpleengineeringapplicationtomorecomplicateduserapplication,fromdirectmechanicaltohighlycomplexindustryprocessmonitoringandoperationofthevisualimage.Usingprogrammablecontrollers7-200serizesofthePLCprogrammableandtheWinccconfigurationsoftwareperfectman-machineinterfacedesignfunctionality,torealizethedeviceofelevatorsimulationcontrolsystem.
Keyword:
elevator;PLC;Wincc
第一章绪论
1.1继电器控制系统的特点及存在问题
1.1.1继电器控制系统的优点:
(1)所有控制功能及信号处理均有硬件实现,线路直观,易于理解和掌握,适合于一般技术人员和技术工人所掌握。
(2)系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。
(3)大部分电器均为常用控制电器,更换方便,价格较便宜。
(4)多年来我国一直生产这类电梯,技术成熟,已经形成系列化产品,技术资料图纸齐全,熟悉、掌握的人员较多。
1.1.2继电器控制的缺点:
(1)系统触点繁多、接线线路复杂,且触点容易烧坏磨损,造成接触不良,因而故障率较高。
(2)普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能,使系统的控制功能不易增加,技术水平难以提高。
(3)电磁机构及触点动作速度比较慢,机械和电磁惯性大,系统控制精度难以提高。
(4)系统结构庞大,能耗较高,机械动作噪音大。
(5)由于线路复杂,易出现故障,因而保养维修工作量大。
费用高;而且检查故障困难,费时费工。
1.2PLC在控制中的应用特点
1.2.1PLC简介
PLC即可编程控制器(ProgrammablelogicController),是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:
一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
”
1.2.2PLC的特点
1.可靠性高,抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。
2.配套齐全,功能完善,适用性强
PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3.易学易用,深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4.系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
5.体积小,重量轻,能耗低
以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备
1.2.3PLC的种类
PLC产品种类繁多,其规格和性能也各不相同。
对PLC的分类,通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。
1.按结构形式分类
根据PLC的结构形式,可将PLC分为整体式和模块式两类。
(1)整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内,具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。
小型PLC一般采用这种整体式结构。
整体式PLC一般还可配备特殊功能单元,如模拟量单元、位置控制单元等,使其功能得以扩展。
(2)模块式PLC是将PLC各组成部分,分别作成若干个单独的模块。
模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。
模块装在框架或基板的插座上。
这种模块式PLC的特点是配置灵活,可根据需要选配不同规模的系统,而且装配方便,便于扩展和维修。
大、中型PLC一般采用模块式结构。
2.按功能分类
根据PLC所具有的功能不同,可将PLC分为低档、中档、高档三类。
(1)低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能,还可有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。
主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。
(2)中档PLC 除具有低档PLC的功能外,还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能,适用于复杂控制系统。
(3)高档PLC 除具有中档机的功能外,还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。
高档PLC机具有更强的通信联网功能,可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。
3.按I/O点数分类
根据PLC的I/O点数的多少,可将PLC分为小型、中型和大型三类。
(1).小型PLC——I/O点数<256点;单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。
(2).中型PLC——I/O点数256~2048点;双CPU,用户存储器容量2~8K
(3).大型PLC——I/O点数>2048点;多CPU,16位、32位处理器,用户存储器容量8~16K
1.2.4PLC的体系结构
PLC的种类繁多,功能和指令系统也不不尽相同,但结构与工作原理则大同小异,通常由主机、输入/输出接口和外部设备接口等几个主要部分组成。
PLC的硬件系统下如图1所示:
图1PLC硬件系统结构图
1.2.5PLC的各部分作用
1PLC系统
(1)主控模块:
它包括:
CPU、储存器、通信接口等部分
1)CPU:
是PLC的控制中枢,它由控制器和运算器组成。
其中控制器是用来统一指挥和控制PLC工作的部件。
运算器则是运行逻辑、算术等运算的部件。
2)储存器:
PLC系统中的储存器主要用于存放系统程序,用户程序和工作状态数据。
3)通信接口:
用以与计算机、编程器相连,实现编程、调试、运行、监视等功能。
(2)输入/输出模块
通过输入/输出模块,来实现与工业生产过程的联系。
(3)电源模块
该模块将交流电源转换成CPU储存器等所需的直流电源,是整个PLC系统的能源供给中心,它直接影响到PLC的功能和可靠性。
2I/O电路
输入电路就是对控制对象进行检测、采集、转换和输入。
输出电路的功能就是接受PLC输出的控制信号,对被控对象执行控制任务。
3PLC外围设备
1.2.6PLC的工作原理
PLC是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的,即在PLC运行时,CPU根据用户控制要求编制好并存于用户储存器中的程序,按指令序号(或地址号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,开始下一轮新的扫描。
在每一次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC的一个扫描周期必经输入采样,程序执行和输出刷新三个阶段。
1.2.7PLC的应用领域
目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业
1.开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。
2.模拟量控制
在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。
3.运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4.过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的PID子程序。
5.数据处理
现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。
6.通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信[1]。
1.3组态监控软件Wincc在控制中的应用
1.3.1Wincc简介
SIMATICWincc是第一个使用最新的32位技术的工程监视系统,具有良好的开放性和灵活性[2]
1.3.2Wincc的优点
1.多功能:
通用的应用程序,适合所有工业领域的解决方案;多语言支持,全球通用;可以集成到所有自动化解决方案内;内置所有操作和管理功能,可简单、有效地进行组态;可基于Web持续延展,采用开放性标准,集成简便;“全集成自动化”的组成部分,适用于所有工业和技术领域的解决方案。
2.实例证明:
WinCC集生产自动化和过程自动化于一体,实现了相互之间的整合,这在大量应用和各种工业领域的应用实例中业已证明。
3.其他作用:
WinCC是SIMATICPCS7过程控制系统及其它西门子控制系统中的人机界面组件。
4.多语言支持,全球通用
1.4电梯简述
现代电梯主要由曳引机(绞车)、导轨、对重装置、安全装置(如限速器、安全钳和缓冲器等)、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。
这些部分分别安装在建筑物的井道和机房中。
通常采用钢丝绳摩擦传动,钢丝绳绕过曳引轮,两端分别连接轿厢和平衡重,电动机驱动曳引轮使轿厢升降。
电梯要求安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。
电梯的基本参数主要有额定载重量、可乘人数、额定速度、轿厢外廓尺寸和井道型式等。
第二章PLC控制系统设计要求与内容
1.控制要求
当轿厢停于各个楼层时,相应的各个控制要求
(1)当轿厢停于1层或2层时,按SB7或SB3,则轿厢上升至3层停。
(2)当轿厢停于3层或2层时,按SB4或SB1,则轿厢下降至1层停。
(3)当轿厢停于1层时,若按SB5或SB6或SB2,则轿厢上升至2层停。
(4)当轿厢停于3层时,若按SB5或SB6或SB2,则轿厢下降至2层停。
(5)当轿厢停于1层时,若按SB6或SB2,同时按SB7或SB3,则轿厢上升至2层暂停,继续上升至3层停。
(6)当轿厢停于1层时,若按SB5,同时按SB7或SB3,则轿厢上升至3层暂停,转而下降至2层停。
(7)当轿厢停于3层时,若按SB6,同时按SB4或SB1,则轿厢下降至1层暂停,转而上升至2层停。
(8)当轿厢停于3层时,若按SB5或SB2,同时按SB1或SB4,则轿厢下降至2层暂停,继续下降至1层停。
(9)当轿厢停于2层时,若先按SB7或SB3,接着按SB4或SB1,则轿厢上升至3层停。
(10)当轿厢停于2层时,若先按SB4或SB1,接着按SB7或SB3,则轿厢下降至1层停。
2.I/O分配
I/O分配,即输入、输出点分配。
该系统占用PLC的19个I/O接口,其中10个输入点,9个输出点,具体分配情况参见表1
表1I/O分配表
输入
输出
内呼一层
SB1
I0.1
一层指示灯
E1
Q0.1
内呼二层
SB2
I0.2
二层指示灯
E2
Q0.2
内呼三层
SB3
I0.3
三层指示灯
E3
Q0.3
一层上呼
SB4
I0.4
一层呼叫灯
E4
Q0.4
二层下呼
SB5
I0.5
二层向下呼叫灯
E5
Q0.5
二层上呼
SB6
I0.6
二层向上呼叫灯
E6
Q0.6
三层下呼
SB7
I0.7
三层呼叫灯
E7
Q0.7
一层到位开关
SQ1
I1.0
轿厢下降
KM1
Q1.0
二层到位开关
SQ2
I1.1
轿厢上升
KM2
Q1.1
三层到位开关
SQ3
I1.2
3.过程分析
1.首先,轿厢必须停在一楼才可以正常启动,所以接通一层到位开关SQ1,即接通I1.0,才可以使电梯程序正常工作。
2.若操作人员在电梯内
(1)轿厢原停于一层,操作人员去三层
按SB3,即接通I0.3,表示电梯要上升至三层,此时Q1.1接通,表示电机正转,电梯上升。
按SQ2,即接通I1.1,表示电梯到达二层,Q0.2接通。
此时Q1.1仍然接通,电梯依然上升。
按SQ3,即接通I1.2,表示电梯达到三层,此时Q1.1没有接通,表示电梯停于三层,Q0.3接通。
(2)轿厢原停于二层,操作人员去三层
按SB3,即接通I0.3,此时Q1.1接通,表示电机正转,电梯上升。
按SQ3,即接通I1.2,Q0.3接通,表示电椅到达三层。
(3)轿厢原停于三层,操作人员去一层
此过程和
(1)操作过程完全一致,只是顺序发生颠倒,Q1.0接通,电机反转,轿厢下降。
(4)轿厢原停于二层,操作人员去一层
此过程和
(2)操作过程完全一致,只是顺序发生颠倒,Q1.0接通,电机反转,轿厢下降。
若操作人员在电梯外
(1)若轿厢停于一层,而操作人员在三层
按三层呼叫按钮SB7,即接通I0.7,Q0.7接通,三层呼叫灯亮。
Q1.1接通,电机正转,轿厢上升。
按SQ2,即
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