基于欧姆龙四层电梯PLC毕业设计Word格式文档下载.docx
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老的直流电梯已被淘汰,交流双速梯、ACVV(交流调速梯)逐渐被VVVF(交流变频变压调速电梯)所取代,控制系统已在大量采用PLC和微电脑控制技术,最高梯速已达到4m/s。
目前,我国已引进转化了发达国家的先进技术标准,已成为国际标准化组织ISO/TC178电梯、自动扶梯和自动人行道技术委员会的正式成员。
我国电梯已形成了设计制造、安装调试、维修保养一条龙服务的完整的行业,维持着全国30万台在用电梯的正常运行,新装电梯年销售额超过了100亿人民币。
[2]
1.2电梯的现状
为了有效遏制经济增长由偏快转向过热,2007年中国政府出台了一系列经济政策,加强宏观调控力度,使房地产市场逐步走向稳健和规范轨道。
中国大陆电梯市场在健康发展的同时稳步攀升,使得我国电梯产量以及销售量持续走高。
电梯市场的吸引力越来越大,现在几乎所有的跨国电梯企业都到中国投资建厂,再加上我们本土的民族品牌,已经取得生产许可证的企业已经超过400家,电梯的生产能力跃居世界第一。
中国电梯之所以发展迅速,能够成为全球第一大电梯市场,其根本的原因就是党的十一届三中全会推出的改革开放的大政方针,改革开放打开了中国的视野。
国际强势品牌企业以独资、合资以及技术合作等方式相继涌入中国,国外先进的技术和管理推动了中国的电梯行业迅速发展。
在巨大的中国的舞台上,本土企业和外资企业在同一个平台上平等竞争,有利于行业的进步。
现在我们国内电梯生产能力很强,质量也好,不但能够满足日益增长的国内需求,而且也在不断提高对国际市场的供应能力。
改革开放的经济政策是电梯行业发展的基石,对电梯事业的发展起到了引导和保驾护航的历史作用。
中国电梯发展迅速的原因之二,就是中国经济建设突飞猛进。
入世以后,中国经济一直保持着高增长态势,2002至2007年中国经济年平均增长率高达10.3%,成为继美国、日本、德国后成为世界第四经济大国。
中国经济建设的步伐推动着房地产业迅速升温,尽管国家出台了许多经济政策,不断加大对房地产业的调控力度,房地产市场依旧稳中有升。
经济建设的快速发展是中国电梯行业发展的直接动力,对电梯业走向辉煌起到了关键作用。
中国电梯行业的总体发展呈现这样几个特点:
[2]
(1)与房地产业同步推进的电梯生产依然增幅强劲,置身国际新潮。
尽管在国家政策的宏观调控下,房地产业结构调整,但是房地产的形式依旧比较乐观。
中国电梯行业透过房地产这一经济发展的风向标,不断寻求着属于自己的市场和发展空间。
(2)采用国际标准,与国际接轨。
经过一个半世纪的历练,世界电梯技术飞速发展,以奥的斯为首的美国电梯技术开电梯历史之先河;
以电梯设计、制造考究而著称的欧洲技术风靡世界;
以功能强、舒适性好而闻名的日本主导了亚洲电梯技术市场繁荣。
中国电梯技术从无到有,融国际先进技术于一体。
(3)国际著名品牌独占鳌头,但是我们的民族品牌在激烈的市场竞争中依然保持着强劲发展的势头。
(4)沿海区域增势迅猛,成渝地区崛起西部风潮。
我国电梯业的生产主要集中在华东与华南地区。
由于沿海经济发达,使得这一区域电梯新增量凸现。
从数字统计上看,华南地区以广州为中心辐射东莞、中山、佛山。
华东地区以上海为中心,辐射周围苏州、杭州、无锡、宁波一带,以首都北京为轴心的京津冀地区也开始彰显个性。
西部大开发战略的实施,以成渝经济圈为先手的整个西北、西南地区开始发力。
(5)进出口贸易顺差凸显,海外市场覆盖面积进一步扩大。
由于中国电梯市场规模巨大,质量优良、价格低廉,我国电梯和自动扶梯、自动人行道产品也比较收国际市场欢迎。
中国的在用电梯大概占世界总量的1/10,我们的人口是世界总人口的1/5,按人均比例计算,我们的电梯使用量仅是世界平均水平的一半;
与发达国家相比,大约是1/10、甚至1/20。
我们要建设小康社会,如果人均电梯拥有量达到世界的平均水平,现有电梯总量还要翻一番。
即是说,尽管电梯产量增长很快,但是总量仍然不够,要追上发达国家,还需要相当长的时间。
1.3PLC的发展特点
1.3.1PLC的产生与发展
PLC是以微处理器为基础,综合了计算机技术与自动化技术的新一代工业控制器。
具有可靠性高、适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特点,已成为解决自动控制问题的最有效工具,是当前先进工业自动化的一大支柱。
[3]
第一台可编程控制器的设计规范是美国通用公司提出的。
当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘,在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上,同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。
这一设想提出后,美国数字设备公司(DEC)于1969年研制成第一台PLC,型号为PDP-14,投入通用汽车公司的生产线控制中,取得了令人满意的效果,从此开创了PLC的新纪元。
[4]
第一台PLC具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。
这些控制器易于安装,占用空间小,可重复使用。
尽管控制器编程有些琐碎,但它具有公共的工厂标准-梯形图编程语言,这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。
在短时间内,PLC在其他工业部门也得到应用。
到70年代初,食品、金属和制造等工业部门相继使用PLC代替继电器控制设备,迈出了其实用化阶段的第一步。
70年代由于大规模、超大规模集成电路的出现,使PLC向大规模、高速性能方向发展,形成了多种系列化产品。
这是面向工程技术人员的编程语言发展成熟,出现了工艺人员使用的图形语言。
在功能上,PLC可以代替某些模拟控制装置和小型机DDC系统。
[5]
进入八九十年代后,PLC的软硬件功能进一步得到加强,PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统,能与其他设备通信,生成报表,调度产生,可诊断自身故障及机器故障。
这些改进使PLC符合今天对高质量高产出的要求。
尽管PLC功能越来越强,但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点。
1.3.2PLC的特点[6]
一、硬件可靠性
PLC是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的,一个设计良好的PLC能置于有很强的噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。
在硬件制造方面,首先是选用优质器件,再就是采用合理的系统结构,加固,简化安装,使它易于抗振动冲击。
同时,对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施,而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。
例如,在I/O电路中都采用了光电隔离措施,做到电浮空,方便接地,又提高了抗干扰性能;
各个I/O端口除采用了常规模拟器滤波以外,还加上了数字滤波;
内部采用了电磁屏蔽措施,防止辐射干扰;
采用了较先进的电源电路,以防止由电源回路串入的干扰信号;
采用了较合理的电路程序,一旦某模块出现故障,进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。
由于PLC本身具有很高的可靠性,所以发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上,以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上。
二、编程简单,使用方便
用微机实现自动控制,常使用汇编语言编程,由于较难掌握,要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。
PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程,容易掌握。
例如,目前大多数PLC均采用的梯形图语言编程方式,既继承了传统控制线路的清晰直观感,又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平,很容易被电气技术人员所接受,易于编程,程序改变时也容易修改,很灵活方便。
这种面向控制过程的编程方式,与目前微机控制常用的汇编语言相比,虽然在PLC内部增加了解释程序,延长了程序执行时间,但对大多数的机电控制设备来说,这是微不足道的。
三、接线简单,通用性好
PLC的接线只需将输入信号的设备(按钮、开关等)与PLC输入端子连接,将接受输出信号执行控制任务的执行元件(接触器、电磁阀等)与PLC输出端子连接。
接线简单、工作最少,省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。
PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络”,这样生产线的自动化过程就能随意改变。
这种性能使PLC具有很高的经济效益。
用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分,模块化的自诊断接口电路能指出故障,并易于排除故障与替换故障部件,这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于使用。
四、易于安装,便于维护
PLC安装简单而且功能有效,其相对小的体积使之能安装在通常使用的继电器控制箱所需空间的一半的地方,在从继电器系统改换到PLC系统的情况下,PLC小的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线连向已有接线端,其实改换很方便,只要将输入/输出设备连向接线端即可。
在大型安装中,长距离输入/输出站点安放在最优地点。
长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU,这种配置大大减少了物料和劳力,长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线,这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。
从一开始,PLC便以易维护作为设计目标。
由于几乎所有器件都是固态的,维护时只需更换模块级插入式部件,故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中,就能指示器是否正常工作,借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF,还可写编程指令来报告故障。
PLC的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。
一旦安装后,其作用立即显现,其收益也马上实现。
象其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。
五、可连接为控制网络系统
PLC可连成功能很强的网络系统。
网络可分为两类:
一类是低速网络,采用主从方式通信,传输速率从几千波特到上万波特,传输距离为500—2500m;
另一类为高速网络,采用令牌传送方式通信,传输速率为1M—10Mbps,传输距离为500—1000m,网上结点可达1024个。
这两类网络可以级连,网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机,从而组成控制范围很大的局部网络。
1.4PLC控制的电梯的应用
目前,电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制所代替。
同时,由于电机交流变频技术的发展,电梯的拖动方式已经由原来的直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。
因此,PLC控制技术加变频调速技术已成为现代电梯行业的一个热点。
PLC控制系统以运行可靠性高、使用维修方便、抗干扰性强、设计和调试周期较短等优点,倍受人们重视,已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式,也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。
[7]
PLC作为新一代工业控制器,以其高可靠性和技术先进性,在电梯控制中得到广泛应用,从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向,成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。
PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。
由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点,在工业控制方面得到了广泛应用。
自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来,由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用,并形成了一系列的定型产品。
电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分,调速部分的性能对电梯运行是乘客的舒适感有着重要影响,而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。
为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性,现在都改为用PLC来控制电梯的运行,这样大大提高了电梯的性能。
[8]
2控制系统硬件设计
2.1PLC控制系统硬件设计原则[9]
PLC应用设计中,很重要的一部分是硬件配置,国内外厂商生产的PLC种类很多,在选择PLC机型时应从以下几方面考虑。
⑴规模要适当
输入,输出点数以及软件对PLC功能指令的要求,是选择PLC机型规模大小的重要依据。
首先要确保有足够的输入,输出点数,并留有一定的余地(要有10%的备用量)。
如果只是为了实现单机自动化或机电一体化产品,可选用小型PLC。
如果控制系统较大,输入、输出点数较多,被控设备较分散,可以选用中型或大型PLC。
确定用户程序储存器的容量,一般的估计方法是:
(输入+输出)×
(10~12)=指令步数。
特别要注意因控制处理量较大,可能出现存储量不够的问题。
⑵功能要相当,结构要合理
对于以开关量进行控制的系统,一般的低档机就能够满足要求。
对于以开关量控制为主,带少量模拟量控制的系统应选用带A/D、D/A转换,加减运算、数据传送功能的低档机。
对于控制比较复杂,控制性能要求较高的系统,例如:
要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等,可由控制规模及复杂的程度,选用中档或高档机。
其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。
对于工艺过程比较固定、环境条件比较好(维修量较小)的场合,选用整体式结构PLC,其他情况则选用模块式结构PLC。
⑶输入、输出功能及负载能力的选择
输入、输出形式或模块功能的选择取决于控制系统中输入和输出信号的种类、参数要求和技术要求。
为了提高抗干扰能力,输入、输出均应选用具有光电隔离的模块。
对于输出形式,可分为无触点和无触点两种形式。
无触点输出大多使用大功率三极管(直流输出)或双向晶闸管(交流输出)电路,其优点是可靠性高、响应速度快、寿命长,缺点是价格高,过载能力差。
有触点输出是指使用继电器输出,其优点是适用电压范围宽、导通压降损失小、价格便宜,缺点是寿命短、响应速度慢。
此外,还应考虑输入、输出的负载能力,要注意承受的电压值和电流值。
应该指出:
输出电流值是指整个输出模块驱动负载时所允许的最大电流值,即整个输出模块的满负荷能力。
2.2电梯PLC控制系统PLC选型
2.2.1电梯PLC控制系统的基本结构图
电梯的安全保护装置用于电梯的起停控制;
轿厢操作用于门的关闭以及所需到达楼层的控制;
厅外呼叫主要控制电梯准确停到呼叫位置;
指示层用于显示电梯到达的具体位置;
拖动控制用于对电梯的起停、加减速等的控制;
门机控制主要用于电梯门的自动开启和关闭。
[10]
图2-1电梯控制系统的结构图
2.2.2电梯PLC控制系统图[11]
图2-2电梯PLC控制系统图
2.2.3控制要求点分析及I/O点统计[12]
⑴控制电梯所需的I/O点数
由动作原理可知,一个单线圈电磁阀用可编程控制器时需两个输入及一个输出;
一个双线圈电磁阀需三个输入及两个输出;
一个比例式电磁阀需三个输入及五个输出。
一个按钮需一个输入;
一个光电开关要占用一个或两个输入点;
一个信号占用一个输出点。
根据上面所述原理分析,本设计用到12个按钮,需要12个输入点。
4个位置按钮,1个门锁输入,5个感应开关,需要22个输入点。
16个信号灯,4个电磁阀,需要20个输出点。
⑵控制交流电机所需的I/O点数
根据具体情况,本设计可以不用到交流电机,所以,可以不算上交流电机的I/O点数。
⑶控制直流电动机所需的I/O点数
本设计是对电梯的控制,所以,我们根据情况可知,要控制电梯的上升和下降,需要一个可逆运行的直流电机。
2.3电梯PLC流程图
图2-3电梯PLC流程图
2.4电梯PLC硬件接线图(附录1)
2.5PLC控制系统I/O分配表
K门锁输入00000
KM1开门继电器0500
SB1开门按扭00001
KM2关门继电器0501
SB2关门按扭00002
KM3上升继电器0502
SB31楼内选00003
KM4下行继电器0503
SB42楼内选00004
E1上行指示0504
SB53楼内选00005
E2下行指示0505
SB64楼内选00006
E31层指示灯0506
SQ1开门限位00007
E42层指示灯0507
SQ2关门限位00008
E53层指示灯0508
SQ3上升限位00009
E64层指示灯0509
SQ4下行限位00010
E71层内指示灯0510
1SB11楼上行00011
E82层内指示灯0511
2SB12楼上行00012
E93层内指示灯0512
2SB22楼下行00013
E104层内指示灯0513
3SB13楼上行00014
E111楼上呼记忆灯0514
3SB23楼下行00015
E122楼上呼记忆灯0515
4SB24楼下行00100
E132楼下呼记忆灯0600
1KR1楼感应器00101
E143楼上呼记忆灯0601
2KR2楼感应器00102
E153楼下呼记忆灯0602
3KR3楼感应器00103
E164楼下呼记忆灯0603
4KR4楼感应器00104
5KR平层楼感应器00105
3控制系统软件设计
3.1常见编程语言
PLC提供了较完整的编程语言,以适应PLC在工业环境中的应用。
利用编程语言,按照不同的控制要求编制不同的控制程序,这相当于设计和改变继电器的硬接线线路,这就是所谓的"
可编程序"
。
程序由编程器送到PLC内部的存储器中,它也能方便地读出、检查与修改。
[13]
PLC提供的编程语言通常由三种:
梯形图、功能图、及布尔逻辑编程。
梯形图是应用最广的,梯形图编程有时称为继电器梯形图逻辑图编程。
它使用的最广是因为它和以往的继电器控制线路很接近。
梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的,它与电气操作原理相呼应。
它的最大优点是形象、直观和实用,为广大电气技术人员所熟知。
PLC的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的,只是在使用符号和表达方式上有一定区别。
PLC的梯形图使用的时内部继电器、定时器/计数器,都是由软件实现的,其主要特点为使用方便、修改灵活。
功能图编程是一种较新的编程方法。
它的作用使用功能图来表达一个顺序控制过程。
布尔逻辑编程包括"
与"
(AND)、或(OR)、非(NOT)以及定时器、计数器、触发器等。
每一种编程方法都有它的优点和缺点,根据每一种特殊的控制要求,根据编程者的熟练程度正确合理应用编程方法。
3.2常见编程方法[14]
PLC梯形图编程,应要遵循一定的规则,并养成良好的习惯。
简单介绍一下PLC梯形图编程时需要遵循的规则,下例虽以三菱PLC为例,但这些规则在其它PLC编程时也同样遵守:
一、梯形阶梯都是始于左母线,终于右母线(通常可以省掉不画,仅画左母线)。
每行的左边是接点组合,表示驱动逻辑线圈的条件,而表示结果的逻辑线圈只能接在右边的母线上。
二、接点应画在水平线上,不应画在垂直线上。
对桥式电路,应按从左到右,从上到下的单向性原则,单独画出所有的去路。
三、并联块串联时,应将接点多的去路放在梯形图左方(左重右轻原则);
串联块并联时,应将接点多的并联去路放在梯形图的上方(上重下轻的原则)。
这样做,程序简洁,从而减少指令的扫描时间,这对于一些大型的程序尤为重要。
四、不宜使用双线圈输出。
若在同一梯形图中,同一组件的线圈使用两次或两次以上,则称为双线圈输出或线圈的重复利用。
在双线圈输出时,只有最后一次的线圈才有效,而前面的线圈是无效的。
这是由PLC的扫描特性所决定的。
PLC的CPU采用循环扫描的工作方式。
一般包括五个阶段:
内部诊断与处理,与外设进行通讯,输入采样,用户程序执行和输出刷新。
当方式开关处于STOP时,只执行前两个阶段:
内部诊断与处理,与外设进行通讯。
[15]
⑴输入采样阶段
PLC顺序读取每个输入端的状态,并将其存入到我们称之为输入映像寄存器的内在单元中。
当进入程序执行阶段,如输入端状态发生改变,输入映象区相应的单元信息并不会跟着改变,只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才会改变。
⑵程序执行阶段
PLC从程序0步开始,按先上后下,先左后右的顺序扫描用户程序并进行逻辑运算。
PLC按输入映象区的内容进行逻辑运算,并把运算结果写入到输出映象区,而不是直接输出到端子。
⑶输出刷新阶段
PLC根据输出映象区的内容改变输出端子的状态。
这才是PLC的实际输出。
3.3梯形图设计(附录2)[16]
4抗干扰分析
在电梯视频监控工程中,干扰是一个常见的问题,也是工程商最难解决的问题之一。
下面就电梯视频干扰的成因进行分析,并就一些解决办法进行了论述。
[17]
4.1电梯监控的电缆选择
监控在电梯中应用必须考虑其不断上下运动的特殊性,要求布线上有别于固定点监控的穿管(槽)的方式,必须用机械强度较高、抗拉拽的传输电缆,一般工程商在布线上都重视了使用高强度电缆的环节,传输电缆的电气特性却没有引起足够重视,致使电梯干扰现象普遍存在。
由于电梯间是一个近乎封闭的狭小空间,而且电梯间存在控制、照明、风扇等很多电缆,所以给视频电缆的布线增加难度,根据实际分析在电梯监控中电缆的选择上应遵循以下原则:
1)、满足抗拉强度:
电梯电缆中有一半是用来延伸用的,高层电梯最多可近1000米,一千米电缆的自重就是一百多公斤,所以电缆必须要有足够的抗拉强度。
现在市场上已有自承式扁平复合电梯监控专用电缆,这种电缆将视频同轴电缆、电源线、数据线和钢绞线复合到一起,做成一根扁平的带状电缆,这样整条电缆的拉力由钢绞线来承受,抗拉强度非常好,不会在电梯运行中由于重力原因拉断信号电缆。
2)、良好的电气参数:
电缆在随着电梯上下运动的过程中,中间会有一段受重力
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