单片机红外自动楼梯控制Word文档格式.docx

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3.2PLC控制系统的设计分析8

3.3电梯控制系统硬件设计8

3.3.1PLC型号选择8

3.3.2电梯PLCI/O配线表9

3.3.3PLC接线图10

3.3.4硬件的设计和选择11

3.4电梯控制系统软件设计12

3.4.1梯形图12

3.4.2三层楼电梯的指令程序13

3.4.3电梯的安装与调试运行15

结束语17

谢辞18

参考文献19

1设计目的和装置简介

1.1设计目的

本文利用可编程控制器PLC来设计电梯的自动控制应用，使我进一步熟悉和运用了所学知识，并有了更深的理解，有深度了解了电梯的基本组成及应用。

本文利用可编程控制器设计三层电梯的自动控制，保证该电梯模型在

PLC控制下能够稳定，协调，有序，可靠的运行。

1.2电梯的基本装置

在一楼，二楼，三楼分别安装指示灯HL1，HL2，HL3，呼叫按纽SB1，SB2，SB3，限位开关SQ1，SQ2，SQ3。

当电梯停于一楼或二楼时，按SB3，则电梯上升到SQ3停止；

当电梯停于三楼或二楼时，按SB1，则电梯下降到SQ1停止；

当电梯停于一楼，按SB2，则电梯上升到SQ2停止；

当电梯停于三楼，按SB2，则电梯下降到SQ2停止；

当电梯停于一楼，而二楼，三楼均有人呼叫时，电梯上升到SQ2时停5秒，然后继续上升到SQ3停止；

当电梯停于三楼，而一楼二楼均有人呼叫，电梯下降到SQ2时停5秒，然后继续下降到SQ1停止；

当电梯上升途中，任何反方向的下降呼叫信号无效；

当电梯下降途中，任何反方向的上升呼叫信号无效；

每层楼之间均应在10秒内；

否则电梯停止。

2基本知识介绍

2.1PLC

2.1.1PLC技术简介

可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。

PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。

根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。

控制器和被控对象连接方便。

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。

可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。

另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。

由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。

目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

一、PLC的结构及各部分的作用

可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。

通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。

1．中央处理单元（CPU）

CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。

CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。

这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。

CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。

CPU的功能有以下一些：

从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。

2．存储器（RAM、ROM）

存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；

存放工作数据的存储器称为数据存储器。

常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。

RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。

RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。

掉电时，可有效地保持存储的信息。

EPROM、EEPROM都是只读存储器。

用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。

3．输入输出单元（I/O单元）

I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。

I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。

接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。

PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。

4．电源

PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。

PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。

5．编程器

编程器是PLC的最重要外围设备。

利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。

除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。

利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。

二、PLC的工作原理

PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。

PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。

全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。

当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。

在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。

1．输入处理

输入处理也叫输入采样。

在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。

在此输入映象寄存器被刷新。

接着进入程序执行阶段。

在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。

2．程序执行

根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。

遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。

从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。

对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。

3．输出处理

程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。

三、PLC编程语言

1．梯形图编程语言

梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，它是在电器控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来的，形象、直观、实用。

梯形图的设计应注意以下三点：

（一）梯形图按从左到右、从上到下的顺序排列。

每一逻辑行起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。

（二）梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。

这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。

（三）输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。

因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。

输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。

输出继电器的触点可供内部编程使用。

2．语句表编程语言

指令语句表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，但比汇编语言易懂易学。

一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。

3．控制系统流程图编程图

控制系统流程图是一种较新的编程方法。

它是用像控制系统流程图一样的功能图表达一个控制过程，目前国际电工协会（IEC）正在实施发展这种新式的编程标准。

2.1.2PLC技术的发展

目前，可编程控制器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，使用情况大致可归纳为如下几类。

1开关量的逻辑控制这是可编程控制器最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制目前，可编程控制器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，使用情况大致可归纳为如下几类。

　　1开关量的逻辑控制

　　这是可编程控制器最基本、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。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

　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。

可编程控制器厂家都生产配套的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

　　可编程控制器可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要可编程控制器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。

作为工业控制计算机，可编程控制器能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型可编程控制器都有PID模块，目前许多小型可编程控制器也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

　　5数据处理

　　现代可编程控制器具有数学运算（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。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；

也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

　6通信及联网

　　可编程控制器通信含可编程控制器间的通信及可编程控制器与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各可编程控制器厂商都十分重视可编程控制器的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的可编程控制器都具有通信接口，通信非常方便。

2.2内部器件及p型机的指令程序

2.2.1输入输出继电器

输入继电器是程序只读存储器，它不能用于程序改变，而只能被输入点所映象。

P型机的输入继电器占有5个编号为00～04的通道，每个通道含有编号为00～15的16个继电器，故P型机最多可有80个输入继电器。

输出继电器是可读可写的存储器，它占有5个编号为05～09的通道，每个通道也含有编号为00～15的16个继电器。

2.2.2内部辅助继电器

P型机的内部辅助继电器占有9个编号为10～18的通道，每个通道也有16个继电器，但18通道仅用右字节，这样内部辅助继电器编号为1000～1807，共132个继电器。

2.2.3定时器

定时器用于定时控制。

普通定时器设定值为4位10进制数，设定范围为0000～9999。

单位设定值为0.1s，则最大延时时间可达999.9s。

高速定时器单位设定值为0.01s，故最大延时值为99.99s。

注意定时器是掉电不保持的。

2.2.4指令

PLC的指令可分为基本指令和功能指令两大类。

基本指令包括逻辑操作和输出等指令，它们用的最频繁，且在编程器上有与其对应的键盘。

因此输入基本指令时，只要按下对应的键即可。

基本指令功能

LD每条逻辑线或逻辑块开始；

OUT表示输出一位；

AND对两个输入进行逻辑“与”；

OR对两个输入进行逻辑“或”；

NOT取“反”，常用于构成常闭输入，可和LD、OUT、AND和OR连用。

END表示程序结束

ANDLD表示两个程序块串联

ORLD表示两个程序块并联

3设计内容步骤

3.1电梯的控制要求

当电梯停于一楼或二楼时，按SB3，则电梯上升到SQ3停止；

3.2PLC控制系统的设计分析

任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。

因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：

1.最大限度地满足被控对象的控制要求

充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。

这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。

同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。

2.保证PLC控制系统安全可靠

保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。

这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。

例如：

应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。

3.力求简单、经济、使用及维修方便

一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。

因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。

这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。

3.3电梯控制系统硬件设计

3.3.1PLC型号选择

PLC的种类非常繁多，不同种类之间的功能设置差异很大，这既给PLC机型的挑选提供了十分广阔的空间，同时也带来了一定的难度。

机型选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，力争最好的性价比，并有一定的升级空间。

考虑到本次设计的电梯系统只有3层，且开关量居多，模拟量较少；

对于开关量控制为主的系统而言，一般PLC的响应速度足以满足控制的要求，在小型PLC中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，但是在设计活动中，经常碰到一些估计的指标，在设计活动中需要进行局部调整，另外模块式PLC排除故障所需时间短；

我们估算输入输出接口比较多；

由于考虑到本次设计的电梯系统只有3层，考虑到工厂造价，我们采用离线编程的方式，以减小软硬件的开销。

统计输入、输出点数并选择PLC型号：

输入信号有7个，考虑到有15％的备用点，即7×

（1＋15％）＝8.05，取整数9，因此共需9个输入点。

输出信号有6个，考虑到有15％的备用点，即6×

（1＋15％）＝6.9，取整数7，因此共需7个输出点。

因此可选用欧姆龙C20PCPU类型可编程控制器，它有12个输入点，8个输出点，满足本例的要求。

3.3．2电梯PLCI/O配线表

板号

端子号

地址号

信号名称

0输入

1

I0000

3层呼叫按纽SB3

2

I0001

2层呼叫按纽SB2

3

I0002

1层呼叫按纽SB1

4

I0003

3层行程开关SQ3

5

I0004

2层行程开关SQ2

6

I0005

1层行程开关SQ1

5输出

0500

电梯下降

0501

电梯上升

0502

3层指示H3

0503

2层指示灯H2

0504

1层指示灯H1

表2—1输入输出表

3.3.3PLC接线图

图2—1

3.3.4硬件的设计和选择

这里所选择的硬件设备主要指的是主副回路的设备选择主要是以下设备的选型：

1：

曳引电动机：

电梯的种类多种多样，按拖动系统来分有交流单速/交流双速拖动电梯、交流调压调速电梯等等。

在此次设计中，将采用交流双速电机作为曳引电机，它的优点是简单，经济，更重要的是舒适感好。

2：

备用电机的选择：

备用电机只要选择和曳引电机一样的型号即可。

3：

门电机：

只要满足功率要求，门电机选用一般三相异步电动机即可。

如图中所示电动机的正反转来实现门的开关，采用星角降压启动，KS为速度继电器，用来对开关门到头时制动，防止轿，厅门的损坏。

基于以上考虑，部分硬件的选择结果如下：

曳引电机型号：

YDDL160L-6/8

额定功率：

11KW

额定电压：

380V

额定电流：

23A

功率因数：

0.83

备用曳引电机选型通上

门电动机型号：

Y100L-2

3KW

7A

0.87

主电路部分电器型号的选择结果如下：

交流接触器：

CJ20-25

熔断器：

BLR1-63/3P

分断能力：

50000A

热继电器：

JR16-20/3D

熔断式刀开关：

HH4-30/3-25

门电路部分电器型号的选择如下：

TYC2-12-9

BLR1-63/3P-14

JR16-20/3

HH3-15/2-10

3.4电梯控制系统软件设计

3.4.1梯形图

图2—2

3.4.2三层楼电梯的指令程序

地址

指令

数据

0001

LD

0000

0002

OR

1000

0003

ANDNOT

1006

0004

1003

0005

AND

0006

OUT

0508

0007

OROUT

0008

0009

1001

0010

0011

0012

0509

0013

0014

000