基于PLC的五层电梯控制系统设计Word格式.docx
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学生姓名:
方守辉
导师姓名:
定明芳
导师职称:
讲师
二○一三年一月
内容摘要及关键词
【摘要】:
随着社会经济的高速发展,现代城市中的高层建筑日益增多,电梯成为人们日常生活中不可缺少的代步工具。
而电梯性能的好坏,将影响人们生命安全与日常一系列的活动【1】,即提高电梯的性能是一项不可缺少的课题,以往人们研究的将是进行硬件的研究是在软件控制系统还未出现之前,但是随着社会科技的进步逐步出现了一些软件控制系统,即除了了解电机等硬件以外,电梯控制系统是其一个核心因素.其中是可编程控制器PLC。
PLC(Programmablelogiccontroller)因其简单易用、可靠性高、维修养护方便和抗干扰能力强等优点,在电梯控制领域应用极为广泛。
本文将以三菱FX2N系列的PLC为例,以五层电梯为设计研究对象,分别从电梯控制系统的构成及工作原理,系统PLC配置方案,PLC软件设计及梯形图,PLC软件的调试和电梯硬件选取等方面,详细的阐述了PLC在电梯控制系统中的应用,形成了以PLC为控制系统核心的完整式电梯模型,使电梯在更精确、更可靠、更快速的控制平台上运行【2】。
【关键词】:
PLC;
电梯控制;
梯形图
第1章绪论
1.2可编程控制器的概念及特点
可编程控制器简称PC(英文全称:
ProgrammableController),它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC(英文全称:
ProgrammableLogicController)和可编程序控制器PC几个不同时期.为与个人计算机(PC)相区别,现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。
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【3】。
1.3PLC的应用和发展
1.3.3PLC的应用领域
在发达的工业国家,PLC已经广泛应用于所有的工业部门,随着其性能价格比的不断提高,应用范围也不断扩大。
PLC主要用于以下方面【4】。
开关量逻辑控制PLC用“与”、“或”、“非”等逻辑指令来实现触点和电路的串、并联,代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制与顺序逻辑控制。
开关量逻辑控制可以用于单台设备,也可以用于自动生产线,其应用领域已遍及各行各业,甚至深入到家庭中.
运动控制PLC使用专用的指令或运动控制模块,对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制,使运动控制与顺序控制功能有机结合在一起,有的可以实现单轴、双轴、3轴和多轴位置控制。
PLC的运动控制功能广泛应用于各种机械,例如金属切削机床、金属成形机械、装配机械、机器人、电梯等场合.
闭环过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。
PLC通过模拟量I/O模块,实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换与D/A转换,并对模拟量实行闭环PID(比例—积分—微分)控制.现代的PLC一般都有PID闭环控制功能,这一功能可以用PID子程序或专用的PID模块来实现。
其PID闭环控制功能已经广泛应用于塑料挤压成形机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备,以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。
现代的PLC具有数学运算(包括四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻辑运算、求反、循环、移位和浮点数运算等)和数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析和处理.这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较,也可以用通信功能传送到别的智能装置,或者将它们打印制表。
PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其他智能控制设备(例如计算机、变频器、数控装置)之间的通信。
PLC与其他智能控制设备一起,可以组成“集中管理、分散控制"
的分布式控制系统。
1.3.4PLC的发展前景
PLC技术随着计算机和微电子的发展而迅速发展,由一位机发展到8位机,直到现在,PLC产品已经使用了32位高性能微处理器,而且实现了多通道处理。
PLC在未来将会有更大的发展。
从技术上看,计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现;
从产品规模上看,会进一步向超小型及超大型方向发展;
从产品的配套性上看,产品的品种会更丰富、规格更齐全,完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求;
从市场上看,各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破,会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面,会出现国际通用的编程语言;
从网络的发展情况来看,可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向.伴随着计算机网络的发展,可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分,将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用[5]。
1.4PLC的结构及工作原理
1.4.3PLC的结构
PLC的内部结构如图11所示:
图11内部结构
1.4.3.1中央处理单元CPU
CPU是PLC的核心部件,由运算器和控制器组成。
主要用于:
接收并存储从编程器输入的用户程序;
检查编程过程是否出错;
进行系统诊断;
解释并执行用户程序;
完成通信及外设的某些功能[6]。
1.4.3.2存储器
包括系统程序存储器、用户程序存储器和工作数据存储器。
1.4.3.3I/O模块
I/O接口是PLC与外界连接的接口.输入接口用来接收和采集输入信号,输出接口用来连接被控对象中各种执行元件,如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)等。
1.4.3.4电源模块
用来将外部供电电源转变成供PLC内部的CPU、存储器和I/O接口等电路工作所需要的直流电源。
1.4.3.5编程器
编程器是PLC最重要的外围设备,是PLC不可缺少的部分.编程器的作用是输入和编辑用户程序、调试程序和监控程序的执行过程。
1.4.4PLC的工作原理
早期的PLC主要用于代替传统的“继电器-接触器”控制系统,但这两者的运行方式是不相同的.继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式,即如果这个继电器的线圈通电或断电,该继电器所有的触点无论在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作.而PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式,即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开,该线圈的所有触点不会立即动作,必须等扫描到该触点时才会动作。
为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异,考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上,而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms,因此,PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式——“扫描技术”。
对于I/O响应要求不高的场合,PLC与继电器控制装置的处理结果就没有什么区别了【7】。
1.4.4.1工作方式
图12PLC的扫描过程
PLC有两种工作状态,即运行(RUN)状态和停止(STOP)状态。
在运行状态,PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能.为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号,用户程序不是只执行一次,而是反复不断地重复执行,直到PLC停机或切换到STOP工作状态。
除了执行用户程序外,每次循环过程中,PLC不还要完成内部处理、通信处理等工作,一次循环可分为5个阶段,如图12所示。
PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。
在工作状态下,执行一次上图所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期.其典型值为1—100ms.
1.4.4.2PLC的扫描周期。
当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段.完成上述三个阶段称作一个扫描周期,在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
1.输入采样阶段
在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次读入所有输入状态和数据,并将它们存入存储器中的相应单元(通常称作I/O映象区)内。
输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入.
2.用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序。
在扫描每一条程序时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该线圈在I/O映象区或系统存储区中对应位的状态.也就是说,在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态不会发生变化,而其他输出点以及软设备在I/O映象区或系统存储区内的状态和数据都有可能发生变化.而且,排在上面梯形图的执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用.相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
3.输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后,PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出线圈,再经输出电路驱动相应的外部设备,即真正意义上的PLC输出.
上述三个过程构成了PLC工作的一个工作周期,PLC按工作周期方式周而复始的循环工作,完成对被控对象的控制作用.
第2章电梯的分类
目前,电梯行业及社会上对电梯的分类大致有以下几种【2】.
按用途分:
乘客电梯、载货电梯、客货电梯、病床电梯、住宅电梯、杂物电梯、观光电梯、其他专用电梯。
按额定速度分:
低速梯,常指低于1。
00m/s速度的电梯;
中速梯,常指速度1.00~2.00m/s的电梯。
高速梯,常指速度大于2。
00m/s的电梯。
超高速梯,速度超过5.00m/s的电梯.
按拖动方式分:
交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条式电梯、螺旋式电梯【11】。
按控制方式分:
手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、向下集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、智能控制电梯。
【3】
其他分类方式还有:
按电梯有无司机分类等。
2.1电梯PLC控制系统的特点与优点
目前广泛使用的电梯控制方法有PLC控制,继电器控制,单片机控制等.其中PLC电梯控制系统应用最为广泛。
因为其具有以下特点:
2.1.1可靠性
PLC不需要大量的活动元件和连线电子元件。
它的连线大大减少,与此同时,系统的维修简单.维修时间短。
PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计,例如:
冗余设计,断电保护,故障诊断和信息保护及恢复.
PLC有较高的易操作性,它具有编程简单,操作方便,维修容易等特点,一般不容易发生操作的错误。
PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置,它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。
采用了精简化的编程语言。
编程出错率大大降低【6】。
2.1.2易操作性
对PLC的操作包括程序输入和
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