PLC电梯控制系统的设计.docx
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PLC电梯控制系统的设计.docx
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PLC电梯控制系统的设计
毕业论文
题目PLC电梯控制系统设计
烟台南山学院
姓名:
张增亮
所在学院:
计算机与电气自动化学院
所学专业:
电气工程及自动化
班级:
08级电气工程03班
学号:
200806709126
指导教师:
王选诚
完成时间:
2012.4.1
毕业论文(设计)任务书
论文题目
PLC电梯控制系统的设计
院部
计算机与电气自动化学院
专业
电气工程及其自动化
班级
08级03班
毕业论文(设计)的要求1.电梯位置的确定与显示。
2.轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号。
3.电梯自动运行时的信号响应。
4.轿厢的启动与运行。
5.轿厢的平层与停车。
毕业论文(设计)的内容与技术参数本设计选用目前运用最多最广泛的PLC编程语言:
梯形图,梯形图能直观明了的设计出控制要求。
梯形图的编号使用我们学过的MELSODT系列的编程软件。
技术参数:
外形尺寸:
高*长*宽二500*245*216净重量:
160kg载重量:
l0kg
调速器:
型号:
SJTBl输入电压:
380V输入频率:
50Hz
额定电流:
2.5A功率:
0.75KW曳引机:
速比:
30:
1模数:
1.5(蜗轮减速器)
拖动电机:
型号:
JW524电压:
380V功率:
0.12KW转速:
1400rpm
控制方式:
PLC控制调速方式:
交流变频调速结构形式:
五层站
毕业论文(设计)工作计划
2012年1月10~1月25日:
全面了解课题的内容及要求,学习充实相关方面的知识,查阅文献资料,完成英语文献的翻译。
2012年2月1~2月15日:
总结方案设计,PLC选型。
2012年2月16~3月1日:
设计完成电梯模拟实验系统、编制控制梯形图。
2012年3月2~3月5日:
完成系统调试的情况下,修改检查论文。
接受任务日期年月日要求完成日期年月日
学生(签名)年月日
指导教师(签名)年月日
院长(主任)(签名)年月日
摘要
随着国民经济的飞速发展及人们物质生活需求的提高,电梯不但广泛应用于现代化城市的高层建筑中,也逐步成为低层建筑中的代步工具。
提高运行质量、节约电能是电梯控制系统重点要解决的问题。
PLC具有可靠性高、编程容易等特点,可实现电梯控制的各种功能要求。
根据电梯的硬件设计和软件设计,提出了基于PLC电梯控制系统的实际方案。
PLC可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。
它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。
据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。
专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。
本文选择西门子可编程控制器s7系列为核心部件,着重进行硬件接口设计,利用梯形图和语句表进行编程,实现了电梯往返控制系统的自动化。
关键词:
PLC、电梯控制、硬件、软件、西门子等
Abstract
Withtherapiddevelopmentofnationaleconomyandpeople'smateriallifedemandrise,theelevatoriswidelyappliedinmodernhigh-risebuildingsinthecity,alsograduallybecomethelowlayerbuildingtoolofrideinsteadofwalk.Toimprovetheoperationquality,savingelectricenergyistheelevatorcontrolsystemthekeyissuestobesolved.PLChastheadvantagesofhighreliability,easyprogrammingandothercharacteristics,canrealizetheelevatorcontrolthevariousfunctionalrequirements.Accordingtoliftthehardwaredesignandsoftwaredesign,proposedbasedonPLCelevatorcontrolsystemtheactualprogram.TheprogrammableprefaceinPLCcontrollerisakindofnewindustrycontrolsthedevice,itregardmicroprocessorasthefoundation,synthesizingthecalculatortechnique,automaticcontroltechniquetodevelopwiththecommunicationtechnique.Ithastheconstructionsimple,theplaitdistanceisconvenient,highetc.independableadvantage,alreadyextensiveusedfortheindustryprocesswiththeautomaticcontrolofthepositioninside.Accordingtothecovariance,theprogrammablecontrollerisakindofequipmentsthatindustryautomatetoequiptheinsidetheapplicationatmost.Theexpertthinks,theprogrammablecontrollerwillbecomethemainmeansthataftertimeindustrycontrolwiththeoneoftheimportantfoundationequipments,thePLC,robot,CAD/CAMwillbecomethreemajorofpillarthatindustryproduce.
ThispaperselectsSiemensprogrammablecontrollerS7Seriesasthecorecomponents,focusesonthedesignofhardwareinterface,usingtheladderdiagramandsentencestoprogramming,implementationandcontrolautomationsystemintheelevator.
Keywords:
PLC、levatorcontrol、hardware、software、suchasSiemens.
第一章绪论
一、电梯控制研究背景
随着城市建设的不断发展,高层建筑不断增多,电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。
电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。
在许多交通设备中,电梯是自动化程度最高的先进设备的一种。
以前的电梯主要采用单片机控制,其性能等各方面都不太完善,现在电梯控制系统多采用PLC,从电梯的性能、器件的灵活性及安全保障方面等都有了很大的提高。
作为通用工业控制计算机,30年来,可编程控制器从无到有,实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃;其功能从弱到强,实现了从逻辑控制到数字控制的进步;其应用领域从小到大,实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。
今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备,在世界各地发挥着越来越大的作用,因此,PLC的应用也就成为了一个热点问题。
二、研究目的和意义
本课题主要对PLC的结构、特点、性能以及与现场控制对象的连线进行具体的研究,并通过PLC实现电梯的自动控制。
市建设的不断发展,城市迅速的崛起,高层建筑的不断增多,电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。
它是采用电力拖动方式,将载有乘客或货物的轿厢,运行于垂直方向的两根刚性导轨之间,运送乘客和货物的固定式提升设备。
所以,电梯是为高层建筑运输服务的设备,它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。
但传统的电梯控制系统主要采用继电器--接触器进行控制,其缺点是触点多,故障率高、可靠性差、维修工作量大等,而采用PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题,使电梯运行更加安全、方便、舒适。
本设计是以广泛应用的西门子S7-200CNPLC为背景机,详细介绍其系统配置,兼顾介绍其指令系统、编程方法和控制系统设计方法,也介绍了模块式PLC的一些智能单元。
从而让我们能更多了解PLC和更好的使用它。
内容:
1.电梯类型的选择。
综合电梯的类别和各类的特点,本课题主要研究四层电梯上行控制、开关控制、内外呼叫控制。
2.电梯硬件选择,本课题选择电梯模型THPFDT—1型。
3.电梯控制系统软件设计。
本设计选用目前运用最多最广泛的PLC编程语言:
梯形图,梯形图能直观明了的设计出控制要求。
梯形图的编号使用我们学过的MELSODT系列的编程软件,此软件具有强大的诊断功能,能更快的查出故障原因,大大缩减了维修时间。
第二章可编程控制器PLC
一、PLC的分类
PLC按结构可分为整体式和模块式。
整体式的PLC具有结构紧凑、体积小、价格低的优势,适合常规电气控制。
整体式的PLC也称为PLC的基本单元,在基本单元的基础上可以加装扩展模块以扩大使用范围。
模块式是把CPU、输入接口、输出接口等做成独立的单元块,具有配置灵活、组装方便的优势,适合输入/输出点数差异较大的控制系统。
PLC按输入/输出接口(I/O接口)总数的多少可分为微型机、小型机、中型机和大型机。
I/O点数小于64点为微型机;I/O点数在64至128点为小型机;I/O点数在129至512点为中型机;I/O点数在512点以上为大型机。
PLC的I/O接口数越多,其储容量也越大,价格也越贵,因此,在设计程序时应尽量减少使用I/O接口的数量。
二、PLC的程序语言
现代的PLC一般备有多种编程语言,供用户使用。
但不同厂家的PLC的编程语言有很大的区别,用户不得不学习多种编程语言和查找故障的方法。
因此,IEC(国际电工委员会)1994年5月公布了可编程序控制器标准(IEC1131)。
该标准由以下5部分组成:
通用信息、设备与测试要求、PLC的编程语言、用户指南和通讯。
由其制定的编程语言即满足目前市场的要求,又适应未来技术的发展。
同时,IEC1131—3详细说明了句法、语义和下述5种PLC编程语言的表达方式:
顺序功能图、梯形图、功能块图、指令表、文本结构;标准中有两种图形语言——梯形图(LD)和功能块图(FBD),还有两种文字语言——指令表(IL)和结构文本(ST),可以认为顺序功能图(SFC)是一种结构块控制程序流程图。
(一)顺序功能图(SFC)
SFC提供了一种组织程序的图形方法,在SFC中可以用别的语言嵌套编程。
步、转换和动作(Action)是SFC中的三种主要元件。
步是一种逻辑块,即对应于特定的控制任务的编程逻辑;动作是控制任务的独立部分;转换是从一个任务到另一个任务的原因。
作为梯形图语言,SFC提供用户了以上三种基本结构。
在顺序结构中,CPU首先反复执行1中的动作,直到转换1变为“1”状态,CPU才处理第2步。
在选择支路中,取决于哪一个转换是活动的,CPU只执行一条支路。
在并行支路中,所有的支路被同时执行。
对于目前大多数PLC来说,SFC还仅仅作为组织编程的工具使用,尚需用其它的编程语言(如梯形图)将它转换为PLC可执行的程序。
因此,通常只是将SFC作为PLC的辅助编程工具,而不是一种独立的编程语言。
(二)梯形图(LD)
梯形图是使用得最多的PLC图形编程语言,有时又被称为电路或程序。
它是一种软件信息,是一种反映PLC的输入输出控制逻辑关系的程序软件,它与传统的继电器控制系统的梯形图(硬件)电路不同,不是真正的物理(硬件)电路,一定不能把它们当作硬件电路来看待。
由于梯形图与继电器控制系统的电路图很相似,具有直观易懂的优点,因此很容易被工厂熟悉继电器控制的电气技术人员掌握,特别适用于开头量逻辑控制。
IEC1131-3的梯形图中除了线圈、常开触点和常闭触点外,还允许增加功能和功能块。
[3]
三、PLC指令及支持软件
PLC有多少条指令,各条指令又具有什么功能,是了解与使用PLC的重要方面。
你不懂PLC指令怎么编程,没有程序,PLC又怎么工作?
PLC的指令越来越多,越来越丰富。
功能很强的指令,综合多种作用的指令日见增多。
PLC的指令繁多,但主要的有这么几种类型:
基本逻辑指令,用于处理逻辑关系,以实现逻辑控制。
这类指令不管什么样的PLC都总是有的。
数据处理指令,用于处理数据,如译码,编码,传送、移位等等。
数据运算指令,用于进数据的运算,如十、一、X、/等,可进行整形数计算,有的还可浮点数运算;也可进行逻辑量运算,等等。
流程控制指令,用以控制程序运行流程。
PLC的用户程序一般是从零地址的指令开始执行,按顺序推进。
但遇到流程控制指令也可作相应改变。
流程控制指令也较多,运用得好,可使程序简练,并便于调试与阅读。
状态监控指令,用以监视及记录PLC及其控制系统的工作状态,对提高PLC控制系统的工作可靠性大有帮助。
当然,并不是所有的PLC都有上述那么多类的指令,也不是有的PLC仅有上述几类指令。
以上只是指出几个例子,说明要从哪几个方面了解PLC指令,从中也可大致看出指令的多少及功能将怎样影响PLC的性能。
除了指令,为进行通讯,PLC还有相应的协议与通讯指令或命令,这些也反映了PLC的性能。
四、PLC的工作原理
PLC采用循环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(包括其常开或常闭触点)不会立即动作,必须等扫描到该触点时才会动作。
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以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
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(梯形图)。
在扫描每一条梯形图时,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,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
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锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。
[1]
第三章PLC电梯控制系统的设计
一、设计思路及要求
通过分析电梯的控制要求,首先选择合适的PLC。
PLC是整个控制系统的核心部件,它对保证系统的技术指标和质量是至关重要的。
根据系统要求合理分配I/O接口,编制PLC的l/O地址分配表,并绘制I/O端子接线图,最后编写电梯控制系统的软件,其包括PLC控制软件和上位机控制软件。
编制PLC控制软件需要深入了解电梯控制要求与主要控制的基本方法以及系统应完成的动作、自动工作循环的组成和必要的保护等方面,可将电梯控制任务分解为独侈的几个部分,利用结构化模块化方法进行编程。
主要实现的控制要求:
接受每个呼叫按钮(包括内部和外部的呼叫)的呼叫命令,并做出相应的响应。
电梯停在某一层(例如3层)时,此时按动该层(3层)的呼叫按钮(上呼叫或下呼叫),则相当于发出打开电梯门命令,进行开门的动作过程;若此时电梯的轿箱不在该层(在1、2、4、5层),则等到电梯关门后,按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。
电梯运行的不换向原则是指电梯优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫,直到这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反方向运行的呼叫。
例如现在电梯的位置在1层和2层之间上行,此时出现了1层上呼叫、2层下呼叫和3层上呼叫,则电梯首先响应三层上呼叫,然后再依此响应2层下呼叫和1层上呼叫。
电梯在每一层都有1个行程开关,当电梯碰到某层的行程开关时,表示电梯已经到达该层。
当按动某个呼叫按钮后,相应的呼叫指示灯亮并保持,直到电梯响应该呼叫为止。
当电梯停在某层时,在电梯内部按动开门按钮,则电梯门打开,按动电梯内部的开门按钮,则电梯门关闭。
但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。
当电梯运行到某层后,响应的楼层指示灯亮,直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变。
二、电梯控制系统的结构组成
电梯控制系统主要包括电梯拖动系统的控制和电梯逻辑系统的控制。
电梯拖动控制部分主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿厢开关电路,其性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响。
电梯逻辑控制部分则是由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯和控制部分的核心器件(PLC)等组成,是电梯安全町靠运行的关键,是电梯控制系统自动化程度的重要标志。
电梯的拖动系统控制主要以电梯运行速度为控制目标,以给定速度曲线作为依据,利用模拟控制装置或数字控制装置,针对曳引电动机的不同调速方式构成闭环或开环的速度控制系统,从而实现电梯运动状态的控制。
电梯的逻辑系统控制主要以电梯操纵调度为控制目标,以电梯空间距离和时间间隔的严密配合为依据,利用直接或间接控制手段,完成电梯运行过程的协调动作,实现电梯服务运行的安全、高效、舒适。
电梯控制系统从继电器控制发展到加调速器控制方式,经历了一个相当大的技术飞跃,现有的产品也成型,且性能相当稳定,现有的电梯控制系统基本结构如图1所示。
控制中心在楼顶机房,井道和轿厢中的所有信号都以点对点的形式通过大量的电缆传送到控制中心。
传统电梯控制系统图1
传统电梯控制系统由于接线过多,安装复杂,不易更改和扩展,导致难以维护和效率低的缺点。
电梯用户对电梯的要求已不仅仅停留在对系统的安全性、可靠性等基本功能的追求上,对电梯的舒适感、效率、自我故障诊断、远程监控等智能化以及电梯调试,维护的简便性提出了更高的要求。
所以急需一种高效率,高可靠性的现场总线技术来满足用户的要求,AS-Interface总线技术就是其最佳选择。
AS-I总线的物理实现为两线通讯,接线采用卡线刺穿式结构,AS-I从站可以十分方便的接入到总线上,且独特的AS-I梯形电缆,杜绝了接线错误的可能性。
三、电梯拖引电机及门电机电路图
电梯控制结构图2
其中,对于电梯控制逻辑包括:
1)电梯行进方向由内选信号决定,顺向优先执行;
2)电梯行进途中如遇呼梯信号时,顺向截车,反向不截车;
3)内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除;
4)内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示;
5)停层时可延时自动开门、手动开门、(关门过程中)本层顺向呼梯开门;
6)有内选信号时延时自动关门,关门后延时自动行车;
7)无内选时延时5秒自动关门,但不能自动行车;
8)行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。
[3]
四、电梯控制系统的硬件设计
(一)SIMATICS7-200系列PLC介绍
电梯控制系统控制核心为PLC主机,通过PLC输入接口将信号送入PLC。
按PLC存储器中存储的程序进行运算处理,本次设计采用西门子公司的S7-200CPU226,由于其具有紧凑的设计,良好的扩展性,强大的指令以及低廉的价格,可以很好的满足小规模的控制要求。
SIMATICS7-200系列PLC适用于各行各业,涉及到检测、检测以及控制的自动化。
不论单独运行,还是与其他控制模块一起控制,都能实现复杂控制功能,包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等。
(二)PLC的外部接线
PLC电梯控制I/O接口图3
在该控制系统中,电梯的上、下行由一台电动机拖动,电动机正转为电梯上升,反转为下降。
一层有上升呼叫按钮K1和指示灯H1,二层有上升呼叫按钮K2和指示灯H2以及下降呼叫按钮K4和指示灯H4,三层有上升呼叫按钮K3和指示灯H3以及下降呼叫按钮K5和指示灯H5,四层有下降呼叫按钮K6和指示灯H6。
一至四层有限位行程开关SQ1~SQ4。
电梯内有一至四层呼叫按钮K10~K7和指示灯H10~H7;电梯开门和关门按钮SB5和SB6,电梯开门和关门分别通过电磁铁KM3和KM4控制,关门到位由行程开关ST1检测,开门到位由行程开关ST2检测。
轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制,并有上行记忆和下行记忆两路指示灯,综上所述,输入点共有14个,输出点共有16个。
而可编程控制器S7-200的CPU226输入、输出点数为24/16,足以满足要求,如接受每个呼叫按钮(包括内部和外部的呼叫)的呼叫命令,并做出相应的响应。
电梯停在某一层(例如3层)时,此时按动该层(3层)的呼叫按钮(上呼叫或下呼叫),则相当于发出打开电梯门命令,进行开门的动作过程;若此时电梯的轿箱不在该层(在1、2、4、5层),则等到电梯关门后,按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。
电梯运行的不换向原则是指电梯优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫,直到这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反方向运行的呼叫。
例如现在电梯的位置在1层和2层之间上行,此时出现了1层上呼叫、2层下呼叫和3层上呼叫,则电梯首先响应三层上呼叫,然后再依此响应2层下呼叫和1层上呼叫。
电梯在每一层都有1个行程开关,当电梯碰到某层的行程开关时,表示电梯已经到达该层。
当按动某个呼叫按钮后,相应的呼叫指示灯亮并保持,直到电梯响应该呼叫为止。
当电梯停在某层时,在电梯内部按动开门按钮,则电梯门打开,按动电梯内部的开门按钮,则电梯门关闭。
但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。
当电梯运行到某层后,响应的楼层指示灯亮,直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变[7]。
具体的I/O分配如表1所示:
图表1I/O分配表
序号
名称
输入点
序号
名称
输出点
0
一层内呼
I0.0
0
内呼一楼指示
Q0.0
1
二层内呼
I0.1
1
内呼二楼指示
Q0.1
2
三层内呼
I0.2
2
内呼三楼指示
Q0.2
3
四层内呼
I0.3
3
内呼四楼指示
Q0.3
4
五层内呼
I0.4
4
内呼五楼指示
Q0.4
5
一层外呼上
I0.5
5
一层外呼上行指示
Q0.5
6
二层外呼下
I0.6
6
二层外呼下行指示
Q0.6
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