四层电梯plc控制及组态.docx
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四层电梯plc控制及组态
课程设计
四层电梯PLC控制及组态
摘要建筑物作为人类文明的标志,它体现不同发展时期不同的程度。
在21世纪的今天,高楼大厦已随处可见。
各大城市都有自己标志性的建筑,标志着现代文明发展。
为了提高人们的生活水平和工作效率,人们发明了电梯。
现在,电梯成为生活中不可或缺的一部分。
本次毕业设计的主要内容是开发基于PLC的四层电梯系统程序,利用计算机与可编程控制器的结合,设计电梯系统的梯形逻辑图,并用组态软件进行了模拟运行。
围绕这个目标,本文首先介绍了电梯的基本结构,接着论述了各主要环节的控制部分以及控制要求,然后着重介绍了基于PLC的电梯系统程序开发过程,最后通过实验装置反复调试运行以及组态仿真。
经测试仿真运行,该于PLC的电梯系统程序实现了预期的功能,最后通过安装实验板,在实验板上运行成功,圆满完成了此次毕业设计的任务。
通过这次锻炼,我积累了宝贵的经验,为以后的工作打下了良好的基础。
关键词可编程逻辑控制器(PLC) 四层电梯 梯形图程序组态模拟
ThePLCControlSystemForFourlayersofliftcontrol
AbstractDegreethebuildingisembodiedashumancivilizationsign,itnotdifferentwithdevelopingaperiod.In21centuriesmany-storiedbuildingsalreadycanbeseeneverywheretoday.Everybigcitybuildinghavingselfsign,developsbeingindicatingmoderncivilization.
Forthelivingstandardandavailabilityimprovingpeoplewhohasinventedanelectricelevator.Now,theelectricelevatorbecomestheindispensablemiddlepartliving.MaintimeofgraduationpracticecontentistheproceduredevelopingPLC-basedfourtierofelectricelevatorsystem,Makeuseofcomputerandprogrammingcontrollerunion,Designsystematicelectricelevatorechelonlogicpicture,And,thesimulationhavingbeeninprogresswithgroupstatesoftwareworks.
Aboutthatthistarget,themainbodyofabookhaveintroducedelectricelevatorbasicstructurefirst,proceedtohavediscussedeverykeylink'saswellascontrolsectioncontrollingarequest,emphasizetheprocesshavingintroducedPLC-basedelectricelevatorsystemproceduredevelop,testoperationfinallybythefactthattheexperimentdevicechangesoverandoveragainforaswellasthegroupstatesimulatesandthen.
Procedurehasrealizedtheexpectedfunctionasaresultoftestingsimulatedoperation,owingtheelectricelevatorinPLCsystem,haspulledalongfinallybyassemblinganexperiment,missionhavingaccomplishedthisgraduationpracticerunsuccess,perfectonboardinexperiment.Bythefactthatthistimehastakenpreciousexperienceexercise,Ihaveaccumulated,thejobbeingahereafterhaslaiddownfinebasis.
【Keywords】Programminglogiccontroller(PLC) Fourlayersofelectricelevator
LadderdiagramprocedureThegroupstateimitates
绪论…………………………………………………………………………………………1
第1章四层电梯控制系统的设计要求……………………………………………………3
第2章电梯的基本结构……………………………………………………………………4
第3章电梯各主要部分控制电路及控制环节……………………………………………7
3.1轿厢指令及厅招换电路……………………………………………………………7
3.2指层电路与定向控制电路…………………………………………………………9
第4章四层电梯控制系统的工作流程…………………………………………………11
第5章四层电梯控制系统设计过程……………………………………………………13
5.1可编程序控制器的介绍…………………………………………………………13
5.2可编程序控制器的选型及地址分配……………………………………………14
5.3梯形图程序………………………………………………………………………17
第6章硬件设计…………………………………………………………………………25
6.1拽引电动机主电路及控制电路…………………………………………………25
6.2PLC外部接线图…………………………………………………………………28
第7章系统调试…………………………………………………………………………29
第8章组态仿真…………………………………………………………………………30
8.1MCGS组态介绍…………………………………………………………………30
8.2通信连接…………………………………………………………………………32
8.3MCGS组态监控……………………………………………………………………33
设计总结……………………………………………………………………………………34
致谢…………………………………………………………………………………………35
参考文献……………………………………………………………………………………36
附录…………………………………………………………………………………………37
附件…………………………………………………………………………………………38
绪论
随着社会的发展和进步,在各大、中城市,几十层甚至上百层的高楼大厦已随处可见。
电梯已成为生活中不可或缺的一部分。
在繁忙的生活中,电梯的产生无疑提供给了我们一个便捷的工具。
电梯还在不断的发展中,已经产生了适用于各种用途的专用电梯。
乘客电梯、载货电梯,医用电梯,观光电梯,无机房电梯,杂物梯,自动扶梯等都已出现在我们的日常生活当中。
电梯服务于我们的生活。
当我们享受着电梯给我们快捷的时候,我们是否想过电梯的运行过程是怎样的呢?
在这篇关于四层电梯PLC控制系统设计中我们将会很清楚的了解电梯了。
此次设计应用了先进的可编程逻辑控制器。
可编程逻辑控制器,简称PLC(ProgrammableLogicalController)是一种专门为适应工业环境而设计的工业控制计算机。
它自1969年问世以来,随着微电子技术、集成电路技术、微处理器技术和微计算机技术的发展,已经取得了巨大的进步。
现在的PLC不仅已经大大超过了设计的初衷(即替代继电接触器),用逻辑编程取代了硬连线逻辑,而且在容量、速度、功能和通信能力等方面有了大大的增强。
现在的PLC由于采用了功能强大的高档微处理器(如16位、32位微处理器),处理速度快,存储容量大大增加;由于采用了多种编程语言和先进的指令系统,增强了过程控制和数据处理的功能,如PID控制、数据文件传送、浮点运算功能,同时,完善的输入/输出系统使得系统的处理能力和控制能力得到大大加强,足以满足绝大多数的控制要求。
在这次毕业设计中所设计的是交流双速集选控制电梯。
电梯按其控制方式来分有信号控制电梯、集选控制电梯、下集选控制电梯等。
按拖动系统来分有交流单速/双速拖动电梯、交流调压调速电梯、直流发电机—电动机可控硅励磁拖动电梯、VVVF变频调压调速电梯等。
交流双速电梯是常用的一种电梯,它具有简单、经济等特点,舒适感也较好。
由于传统电梯通常采用常规继电器控制,而且电梯的控制屏可靠性较差,并且接线相对复杂。
采用PLC控制之后,由于PLC是采用程序控制,是软接线,故可靠性大大提高。
但是PLC控制与继电器控制相比,PLC的成本较高。
不过可以采用节省输入点的办法来解决成本高的问题。
本篇课程设计所选择的是西门子SIMATICS7系列的PLC。
所采用的CPU模板是CPU22X系列CPU226。
CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点,可连接7个扩展模块,最大扩展至248路数字量I/O或35路模拟量I/O点,13KB程序和数据储存空间。
CPU22X系列的特点是:
CPU22X主机的输入点为24V直流双向光电耦合输入电路,输出有继电器和直流(MOS型)两种类型。
并且,具有30KHz高速计数器,20KHz高速脉冲输出,RS-485通信/编程口,PPI、PMI通信协议和自由通信口能力。
CPU222及以上还具有PID控制和扩展功能,内部资源及指令丰富,功能更加强大。
可编程控制器在工业上得到了广泛的应用。
电气工作人员在设计、调试PLC程序时,实际被控制对象还未制造完成,受环境的局限,通常用一些按钮开关和LED指示灯来进行调试程序、排错。
这时,若用一个被控制对象的实物模型进行调试,可以早期展示实际效果。
使调试过程变得比较直观。
因此,人们考虑用计算机仿真各种被控制对象,用图形动画形式,显示对象的主要动作,接受PLC的控制,并将动作引起的信号返回PLC,进行调试。
和实际物理对象相比,计算机仿真对象的特点为:
制作方便、成本低廉、功能组合灵活;通过更换软件即可仿真控制对象,维护方便。
在设计过程中,利用了西门子S7-200的编程软件和组态软件,并将这两种软件结合起来,达到了很好的效果。
此篇毕业设计总共分为8个章节:
第1章介绍了电梯的设计要求;第2章介绍了电梯的基本结构;第3章又详细的介绍了各个控制环节。
在第3章中主要介绍了2大块:
(1)轿厢指令及厅招换电路;
(2)指层电路与定向控制电路。
第4章介绍了流程图;第5章进行系统设计,设计前介绍了可编程控制器,然后进行PLC的输入/输出地址的分配,接着采用梯形图进行程序的编写。
第6章介绍了硬件的设计;第7章为软、硬件的调试过程;第8章介绍了利用组态软件以及运用组态软件进行模拟、监控运行。
第1章四层电梯控制系统的设计要求
1.1四层电梯控制系统的设计具体要求:
1、接收并登记电梯在楼层以外的所有指令信号,给予登记并输出登记信号。
2、根据最早登记的信号,自动判断电梯是上行还是下行,这种逻辑判断称为电梯的定向。
电梯的定向根据首先登记信号的性质可分为两种。
一种是指令定向,指令定是把指令指出的目的地与当前电梯位置比较得出“上行”或“下行”结论。
例如,电梯在二楼,指令为一楼则向下行;指令为四楼则向上行。
第二种是呼梯定向,呼梯定向是根据呼梯信号的来源位置与当前电梯位置比较,得出“上行”或“下行”结论。
例如,电梯在二楼,三楼乘客要向下,则按AX3,此时电梯的运行应该是向上到三楼接该乘客,所以电梯应向上。
3、电梯接收到多个信号时,采用首个信号定向,同向信号定向,同向信号先执行,一个方向任务全部执行完后再换向。
例如,电梯三楼,依次输入二楼指令信号、四楼指令信号、一楼指令信号。
如用信号排队方式,则电梯下行至二楼—上行至四楼—下行至一楼。
而用同向先执行方式,则为电梯下行至二楼—上行至四楼。
显然,第二种方式往返路程短,因而效率高。
4、具有同向截车功能。
例如,电梯在一楼,指令为四楼则上行,上行中三楼有呼梯信号,如果该呼梯信号为呼梯向上(K5),则当电梯到达三楼时停站顺路载客;如果呼梯信号为呼梯向下(K4),则不能停站,而是先到四楼后再返回到三楼停站。
5、一个方向的任务执行完要换向时,依据最远站换向原则。
例如,电梯在一楼根据二楼指令向上,此时三楼、四楼分别在呼梯向下信号。
电梯到达二楼停站,下客后继续向上。
如果到三楼停站换向,则四楼的要求不能兼顾,如果到四楼停站换向,则到三楼可顺向截车。
6、采用MCGS组态软件监控系统运行。
实现监控功能。
第2章电梯的基本结构
2.1电梯的基本结构
电梯的电气系统包括电力拖动系统和电气控制系统两部分。
电力拖动系统有各种交流的和直流的调速系统。
电气控制现在逐渐采用可靠性高,通用性强的可编程控制器和微型计算机控制系统。
交流双速电梯电气控制系统由拖动电路部分、直流控制电路部分、交流电路控制部分、照明电路部分、厅外召唤电路部分,以及指示灯信号显示电路等六部分组成。
交流双速集选控制电梯电气控制系统在单台运行的交流双速电梯中,具有最完善的性能、最高的自动化程度,多被利用在速度v≤1.0m/s以下的乘客电梯上。
交流双速集选控制电梯电气控制系统按电路功能分为自动门的开关电路、轿厢指令控制与外招呼控制电路、指层电路与定向控制电路,电梯的起动加速与减速平层电路等。
电梯各部分电路之间的控制关系如图2.1所示。
正是上述电路的相互配合,拽引电机按指令起动、正转、反转、加速、等速、调速、制动、停止。
实现电梯的各种工作状态运行。
图2.1电梯各部分电路之间的控制关系
2.1.1机房部分
机房设在顶层,在井道上方,机房部分包括拽引机、控制屏和限速器等。
1.拽引机
拽引机是电梯的驱动电机、电磁制动、减速器和拽引轮。
拽引电动机为电梯专用的YTD系列双速电动机,高速时p=3,n1=250r/min.电磁制动器是直流的电磁抱闸,当拽引电动机通电时松闸,停机时制动。
减速器采用蜗轮蜗杆减速。
另一头通过导向轮挂着对重(对重的重量=轿厢自重+额定载重量×40%),当轿厢上升时,对重下降;反之当轿厢下降时对重上升。
轿厢与对重在井道中各自的导轨内滑动。
2.限速器
限速器是电梯专用的一种安全保护装置,它的作用是限制轿厢和对重下降的速度,当出现超速下降时,限速器将限速安全钳的钢丝绳夹住而使安全钳动作,将轿厢夹在导轨上。
通常使用的是离心甩块夹绳式限速器。
2.1.2井道部分
井道是电梯轿厢垂直运动的通道,在井道里安装有轿厢和对重的导轨、缓冲器,以及各种控制和保护用的电器——极限开关、楼层感应器、平层隔磁板等。
2.1.3轿厢部分
电梯的轿厢部分包括轿厢体、安全钳、轿厢门的自动开关门装置、平层和楼层信号装置,以及轿厢内的操作屏和指示灯等。
1.轿厢体
轿厢是指电梯用来载运乘客或货物的装置,包括厢架、厢体、厢门。
在厢架上装有保证厢体沿着导轨滑行的导靴,安全钳也装在厢架上。
厢门有一个的,也有两个的,在厢门上装有门电动机及自动开关门的控制装置。
电梯平层和楼层信号的感应装置装在厢顶上。
在轿厢内有操作屏和信号指示灯,此外还有照明、通风设备和安全窗等。
1)开关门电机及自动开关门控制装置
轿厢门由门电动机拖动,能自动开关。
开关门电动机采用直流电动机,通过链轮传动系统带动轿厢门开关,并由行程开关控制开关门的位置和速度。
2)开关门电机及自动开关门装置
矫厢门由电机拖动,能自动开关。
开关门的电机采用直流电动机,通过链轮传动系统带动轿厢门开关,并由行程开关控制开关门的位置和速度。
3)平层和楼层信号感应装置
平层是指电梯平层时,轿厢底与层站地面在同一水平面上,这样便于乘客的进出。
为了保证电梯的平层准确度。
通常在轿厢顶设置平层器。
平层器由三个干簧感应器构成,由上至下分别为上平层感应器,门区感应器和下平层感应器。
图2.2干簧感应器结构原理示意图
干簧感应器的结构和工作原理图如图2.2所示,它由干簧管和永久磁铁组成,干簧管是一个装有触点的真空管,其动触点2是用导磁的簧片制成,触点1—2之间相当于一组动断触点,2—3之间相当于一组动合触点。
由于干簧管装在永久磁铁的旁边,在磁场的作用下簧片动作,其动断触点1—2断开,而动合触点2—3闭合(图1.2(a))当隔磁铁板插入干簧管与磁铁之间(图1.2(b))时,簧片复位,其动断触点1—2闭合,动合触点2—3断开。
用永磁干簧感应器作位置控制的主令电器,不但具有动作迅速可靠的优点,而且没有行程开关容易产生机械磨损的缺点。
4)轿厢内操纵屏和指示灯
在轿厢内的厢壁上装有操纵屏,上面有选层按钮和各种控制按钮。
在轿厢门上有指层灯,用以指示轿厢所在的楼层数。
1.1.4厅门部分
厅门部分主要有厅门、厅门外的召唤按钮和指示灯。
1、厅门
厅门是指每一楼层的电梯门,厅门平时应是关闭的,而且从外面不能打开。
2、厅门外的呼唤按扭和楼层信号指示灯
在厅外只能向操纵者发出呼唤电梯的信号,而不能控制电梯的运行。
此外,在厅门门框上方装有一排指示灯,用以指示所在楼层及运行方向。
第3章电梯各主要部分控制电路及控制环节
3.1轿厢指令及厅招换电路
轿厢指令电路是由厅外人员通过指令按钮发出呼梯指令并保持这一指令,待这一指令完成后并消除该指令的电路。
厅外召唤电路,是由厅外乘梯人员通过厅外召唤按钮发出呼梯信号,并登记和记忆,待完成召唤指令后消除这一呼梯信号。
3.1.1轿厢指令控制
图3.1为轿厢指令与记忆灯电路。
图中SB1~SB4是带有指示灯的轿内指令按钮,安装在轿内操作箱上,KA19~KA22的指令继电器,R为消号电阻,HL1~HL5为轿内指令记忆灯。
下面以乘客正在2楼欲去3楼为例来说明轿厢指令按钮控制过程:
乘客在2楼进入轿厢,按下轿厢指令按钮SB3,3楼指令继电器KA21通电吸合,并经KA1自保,同时3楼记忆HL3灯亮,完成信号登记和记忆。
当电梯到达3楼后,通过层楼干簧感应器KR3S使楼层位置继电器KA17通电吸合,(见指层电路)KA17触头闭合,将KA21线圈断接而使其断电释放,将去四楼指令消除,图中R电阻起限流作用。
由于KA10是在电梯进入平层区之后才断电释放,其常闭触头才复位闭合,这就保证了电梯减速,进入平层区后才消除轿内指令。
图3.1轿内指令及记忆灯
a)轿内指令电路b)记忆灯电路
3.1.2厅外招唤控制
图3.2为厅招唤电路和厅招唤信号电路。
图中SB1S~SB3S为厅上行招唤按钮,SB2X~SB4X为厅下行召唤按钮,KA23、KA25、KA27为上行召唤继电器,KA24、KA26、KA28为下行召唤继电器,HL1S~HL3S为上行厅招唤信号灯,HL2X~HL4X为下行厅招唤信号灯。
若电梯在3楼以下层楼,而乘客在3楼厅外,欲向上招唤电梯。
此时,按下楼上召唤按钮SB3S,召唤继电器KA28马上通电吸合并且自保,指示灯HL3S亮,完成召唤信号登记。
电梯按照上招唤指令到3楼后,隔磁板KR3S,触点复位,层楼位置继电器KA17通电吸合,进而使3楼层换位继电器KA13通电吸合(见指层电路)KA13常开触头闭合,经图中KA13、二极管、KA31、KA10触头将KA27线圈短接而释放,指示灯HL3S熄灭,召唤信号消除。
图3.2厅招换电路和厅招唤信号电路
a)厅招换电路b)厅招唤信号电路
3.2指层电路与定向控制电路
电梯指层电路是电梯在连续运行中,发出连续的轿厢位置信号,指示出轿厢所在的层站位置。
定向电路是按指令确定电梯是上行还是下行。
而电梯运行方向的决定是由电梯位置信号与各层楼召唤信号比较后确定的。
3.2.1指层控制电路
图2.3为电梯指层电路。
图中为KR1S~KR4X为干簧感应器,KA15~KA18为层楼位置继电器,KA11~KA14为各层楼换位继电器。
电梯平层时,轿厢上的隔磁板正好进入该层干簧感应器空隙中,干簧管内触头复位,于是接通该层位置继电器。
位置继电器触头闭合,层楼厅门上方及轿厢内位置信号灯亮,表示轿厢位置。
而当轿厢再次运行,隔磁板离开干簧感应器时,干簧管内触头动作,层楼位置继电器断电释放。
所以,位置继电器发出的轿厢位置信号是间断的。
图3.3电梯指层电路
3.2.2定向控制电路
图3.4是电梯的定向控制电路。
电路由各楼层的换位继电器提供两对常闭触头,并且按层楼顺序连接起来,两头分别与上行和下行方向继电器相接,组成一个定向链。
而在每层楼换位继电器两对常闭触头的中间连接处与各层楼的轿内指令继电器的常开触头相接,组成指令链。
图3.4电梯定向控制电路
定向原理:
设电梯在3楼,3楼位置继电器KA17、3楼换位继电器KA13相继通电吸合,KA13两对常闭触头断开,使定向链在此处断开。
若4楼有指令,则KA22通电吸合电路接通上行方向继电器,电梯上行。
若2楼有指令,则KA20通电吸合,电路接通下行方向继电器,电梯下行。
第4章四层电梯控制系统的工作流程
在进行系统设计时必须先认真阅读毕业设计任务书,了解其具体工作流程。
再根据流程图所表示的逻辑关系进行编程。
4.1工作流程图
根据任务书设计要求分析可以得出:
选择目的楼层和运行方向→自动关门→拽引电动机M1起动→到达停层位置→自动开门
电梯的自动控制工作流程图,如下图4.1所示:
图4.1电梯的自动控制过程的流程图
第5章四层电梯控制系统设计过程
5.1可编程序控制器的介绍
早期的可编程序控制器(ProgrammableLogicController,PLC),主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展,可编程序控制器将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体,具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点,以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能,在工业生产中得到了广泛的应用。
1969年,美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器。
早期的可编程控制器由分离元件和中小规模集成电路组成,主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。
70年代初期,体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于PLC,使得PLC的功能大大增强。
在硬件方面,除了保持其原有的开关模块以外,还增加了模拟量模块、远程I/O模块和各种特殊功能模块。
在软件方面,PLC采用极易为电气人员掌握的梯形图编程语言,除了保持原有的逻辑运算等功能以外,还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。
进入80年代中、后期,由于超大规
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