基于PLC控制三层饭店送饭系统.docx

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基于PLC控制三层饭店送饭系统

基于PLC控制三层饭店送饭系统

摘要

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC（即可编程控制器）在工业控制领域内得到十分广泛地应用。

PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。

本设计主要介绍了PLC控制三层饭店送饭系统,由于PLC在自动控制方面有较大的优势，在这里我所以选用的是实现主要功能。

技术要求：

每层设有其它两层的选层按钮。

按下其中一层的选层按钮，选层信号被登记，其相应得选层指示灯亮。

电梯可自动达到该层，待装完货且将厅门关好后，电梯自动消号并行至所选楼层。

如电梯到达该层10s后未将门打开，其呼号被清除，其呼梯号被清除，电梯应答其它层呼梯号。

当电梯处于检修转状态时，可通过慢上和慢下按钮点动移动轿厢。

控制要求：

每层都有电梯位置指示功能有呼叫和功能有可靠的限速和限位功能

设计内容：

设计电器控制原理图进行PLC选型及I/O口分配PLC控制程序的编写按要求撰写毕业设计说明书绘制设计图样。

关键词：

可编程控制器,三层饭店送饭系统,三菱FX1S-30MR

BasedonPLCcontrollayer3hoteldinnersystem

ABSTRACT

Withmicroelectronicstechnologyandcomputertechnologytodeveloprapidly,PLC（programmablecontroller）intheindustrialcontrolareaareverywidely.PLCisbasedonadigitalcomputertechnology,designedforindustrialapplicationanddesignundertheenvironmentoftheelectroniccontrolunit,itUSESprogrammablememory,storageforuserinstructions,throughdigitaloranaloginput/output,completealogicalsequence,timing,etc,operationoffunction,tocontrolalltypesofelectromechanicalequipmentandproductionprocess.

ThisdesignmainlyintroducesthreelayersofPLCcontrolsystem,duetotherestaurantmealsintheautomaticcontrolofPLChasmanyadvantages,heresoIchoosethemainfunctionistorealize.

Technicalrequirements:

eachlayerwithothertwolayersofselectedlayerbutton.Pressonelayerofselectedlayerbutton,chooselayer,thecorrespondingsignalisregisteredtochooselayerindicator.Liftupthelayercanbeloadedwithgoods,andwillbeshutdoors,hall,andrunsawayelevatorautomaticallyselectedfloors.Suchaselevatorsreachthislayer10snotopenthedoor,aftertheiroutcryberemoved,thehallwascleared,elevatorresponseotherlayerhall.Whentheelevatorinturn,canrepairbytheslowandslowbuttonatmovingenclosure.

Controlrequirements:

eachlayerhaselevatorpositionindicatorfunctioncallsandfunctionofthespeedlimitandreliablefunction

Content:

thedesignprincipleoftheelectriccontroldesignofPLCselectionandtheI/OportdistributionofPLCcontrolprogramwritteninstructionswrittenaccordingtotherequirementsofgraduationdesigndrawingdesignpattern.

KEYWORDS:

programmablecontroller,three-layerhoteldinner,mitsubishiFX1S-30MRsystem

本课题研究的目的、意义和内容：

一、目的

本课题是在我校自习室完成的，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。

二、意义：

本论文是以三菱广泛应用的整体中型机FX1S-30MR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。

三、内容：

在完成PLC控制电梯的试验中对PLC的结构、特点和性能进行总结、归纳和综述，对PLC与其它控制器件进行比较，从而设计实现了利用三菱FX1S-30MR控制三层电梯的升降控制。

第1章概述

1.1可编程控制器（PLC）的概述

1.1.1可编程控制器（PLC）简介

PLC--ProgrammableLogicController即可编程序控制器。

它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、定时、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按照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。

所以它是一台工业控制计算机，目前已被广泛的应用于各个领域。

PLC具有通用计算机所不及的各种显著的特点和功能。

它体积小，重量轻，能耗低；可靠性高，抗干扰能力强；控制功能完善，适应性强；安装接线简单，配套齐全，易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统设计周期短，维护方便，改造容易。

不过它也有缺陷，如：

PLC工作速度较计算机慢，输出对输入的响应有滞后现象；使用中、高档PLC，要求使用者具有相当的计算机知识。

由于PLC把自动化技术、计算机技术和通信技术融于一体，它能完成逻辑控制；定时控制；计数控制；步进控制；A/D、D/A变换；数据处理；通信联网和监控的功能。

正是因为PLC具有上述的许多优点和功能，所以在工业控制方面，目前PLC已广泛应用于冶金、化工、轻工、机械、电力、建筑、交通和运输等工业企业。

根据PLC控制类型的不同，PLC应用于以下几个方面：

（1）开关逻辑控制（多群机控制，自动化流水线，电梯控制，高炉上料，注塑机，印刷机，组合机床，磨床，包装生产线，电镀流水线）

（2）模拟量控制（温度，压力，流量，液位，速度）

（3）运动控制：

驱动电机（机械，机床，机器人，电梯）

（4）过程控制（冶金，化工，热处理，锅炉控制）

（5）数据处理

（6）通信及联网

（7）闭环自动控制

（8）机械加工的数字控制

1.1.2PLC的产生与发展

可编程控制器（PLC）是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，在近40年来它得到了迅猛的发展，至今已成为工业生产自动化三大技术支柱（机器人技术、CAD/CAM技术和PLC技术）之一，被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。

PLC从诞生至今已经快40年了，在这期间它的发展大概经历了以下几个阶段：

1.1969～1972

PLC发展的雏形阶段，功能都很简单，只有逻辑运算，定时和计数等功能，硬件方面因集成电路还未投入大规模工业化生产，CPU由分离元件组成，存储器为磁芯存储器，容量为1～2K，操作系统为磁芯构成的微程序，指令一般只有20～30条，机种单一，没有形成系列，一台PLC最多只能替代200～300个继电器组成的系统，可靠性优于继电器。

2.1972～1976

美国INTEL公司成功开发了世界上第一片集成电路的微处理器，因此PLC技术获得了较大的发展。

PLC功能除逻辑运算等外、计算机接口和模拟量控制等，软件开发有自诊断程序，存储程序开始用了EPROM，可靠性进一步提高，初步形成系列。

结构上PLC有模块式和整体式之分，整机功能从专用向通用过渡。

3.1976～1983

在这个阶段，微处理技术日趋成熟，进而出现单片微处理器、半导体存储器进入工业化生产，大规模集成电路开始普遍应用。

4.1983～1988

计算机网络技术普遍应用，超大规模集成电路、门阵列等专用集成电路迅速发展。

PLC的CPU为16位或32位或位片式芯片构成，处理速度可达1μs/步，高速计数、中断、PID和运动控制等功能引入PLC，满足了程序控制中所有要求。

联网能力增强，既可以和上位计算机联网，也可以下挂PLC，组成多级集散系统（DCS）。

编程语言除了成熟的梯形图和语句表等，还有用于算术运算的BASIC语言和机床控制和数控语言等。

5.1988年至今

在这个阶段PLC技术日新月异，发展势头十分强劲，并不断扩大其应用领域，如为用户配置柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）等。

1.1.3PLC的发展趋势

目前，可编程控制器正向着两个不同的方向进一步发展。

一个是向简易、廉价和超小型发展，以占领小型、分散和简单功能的工业控制市场，同时也便于适应机电一体化的要求。

另一个方向是向大型化、高速度、多功能和分散型、多层次全自动化网络发展，这种系统不仅具有逻辑运算、计数、定时、数值计算、模拟量控制、监控、记录、显示、以及与计算机接口并作数据传送等一般功能，同时还具有中断控制、智能控制、过程控制和远程控制等高级功能，此外I/O的点数进一步扩大，最多已达3200点；处理数据的速度进一步提高；PLC的通信协议进一步规范化。

第2章PLC与其他控制系统的比较

2.1PLC与其他控制系统的比较

2.1.1PLC与继电器控制系统的比较

PLC取代以继电器为基础的控制系统的原因是：

现在生产线要求的时间响应快，控制精度高，可靠性好，控制程序可随工艺改变，易与计算机接口，维修方便等诸多高品质与功能，继电器控制系统远比不上PLC控制系统。

常规硬件逻辑电路的控制，要是用大量的硬件控制电路，这在更改方案时，工作量相当大，有时甚至相当于重新设计一台新的装置。

PLC的主要特点是它具有在线修改功能。

它借助于软件来实现重复的控制。

软件本身具有可修改性，所以PLC机灵活的可编程性就使它具有广泛的工业通用性。

同时由于简化了硬件电路，也提高了PLC系统的可靠性。

据不完全统计，GOULD的PLC系统平均故障的间隔大于2万-5万小时，而平均修复时间则小于10分钟，而且，PLC均能处理工业现场的强电信号，如交流220V、直流24V，并可以直接驱动功率部件，可长期在严酷的工业环境中工作。

编程器采用传统的继电器符号语言，不必使用专门的高级语言。

PLC是在按钮开关、限位开关和其他传感器等发出的监控输入信号下进行工作。

根据信号控制器就会做出反应，通过用户编辑的内部逻辑便产生输出信号，而这些输出信号可直接控制外部的控制系统负载，如电机、接触器、指示灯、电磁阀、电热器。

这种类型的控制系统省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。

用PLC的编程逻辑提供了能随要求改变的“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。

2.1.2PLC与微机的比较

1969年出现PLC时小型计算机的价格还很昂贵。

因此，中央处理装置采用一位计算机。

到70年代初期微处理器出现了，1974年8080系列、1975年6800系列、1976年Z-80系列微处理机相继出现，位片式处理器也日益成熟。

微机的出现标志着电子技术，特别是集成电路技术的飞跃。

微机集成度高、体积小、功能强、价格便宜，它的发展给PLC带来了深刻的影响。

1.把微机直接作为PLC的中央控制装置

PLC制造厂家把通用的微机如6800、Z-80等直接作为PLC的中央控制装置，这样做设计周期快，但有许多缺点，如：

（1）没有一套面向工业过程的指令系统；

（2）PLC工作为顺序扫描方式，要求速度快，而通用微型机均为MOS电路，速度慢；

（3）通用微机的适应性差，不能适应高温、强电干扰等恶劣环境。

2.PLC的中央处理器引进微机芯片

如前所述，通用的微机不一定适用于PLC，但可使用其芯片组成适应工业现场特性的PLC这是PLC发展的主流。

为了组成一套面向工业流程具有较高速度的指令系统，大多数PLC都是用双极性型位片处理器。

3.微机软件对PLC的影响

微机常用的系统软件如操作系统DOS、汇编语言、BASIC语言及其他高级语言都写到ROM中或记录到磁盘上，由用户自由选择。

PLC的系统软件也是写在ROM中或磁盘上。

大多数PLC都采用了类似于微机语言的编程方式，但它的编程元件都是工业流程中的电路符号，流程图语言等，只要操作人员能编出梯形图或流程图，就能借助于键盘编辑在CRT上，其他的工作由系统软件完成，不要求操作人员精通有关计算机软件和硬件方面的知识，方便了用户，利于推广和利用。

第3章送饭系统设计步骤

通过对PLC基础的学习，我对PLC的结构及工作原理有了一定的了解，并掌握了基本的梯形图及指令的编写方法。

对于报着对PLC的喜爱，所以毕业设计我选择用PLC来设计三层送饭系统。

第一步，设计一个系统，首先要求我们对这个系统的运行过程要十分了解，要会画出整个运行过程的流程图，对系统的每一个功能要求心中有数。

第二步，计算控制系统对PLC的配置要求，也就是说要计算出在整个系统中，你的PLC需要用到多少个输入及输出点。

第三步，进行PLC的选型。

根据你所计算出的所需要PLC的输入输出接点数，进行PLC的选型。

所选PLC型号一是要能达到你所设计系统的要求，二是你能熟练使用的品牌规格，这样才能得心应手。

第四步，设计系统的电气原理图及安装接线图，并对所用PLC输出输出口进行定义。

第五步，设计梯形图。

采用PLC作为中间过程控制的电梯电气控制，在电路原理图和安装接线图设计绘制完成后，还必须设计绘制与电路原理图对应的PLC梯形图程序，梯形图程序是PLC内各种软硬继电器的逻辑控制图，它的逻辑控制方式类似于中间过程控制继电器之间的逻辑控制电路图，因此它是PLC控制电气系统设计工作的重要环节之一。

设计梯形图程序时，应按PLC使用手册的方法，了解PLC的I/O接口分配、组合排列和代号，机内各种软继电器、数据区、通道代号，常用指令的编制规则和代号等。

设计梯形图一般应遵守以下规则：

（1）I/O点和内部各种软继电器等的常开和常闭触点可多次重复使用。

（2）软继电器的线圈不能与左边的母线直接连接，应有过渡点。

（3）软继电器的右边不能再有接点。

（4）在一套梯形图中，相同代号的线圈不能重复出现。

（用SET、RST指令外）

（5）PLC的输入输出点可当软继电器来使用。

第六步，把编制好的程序写入PLC，并进行在线调试。

3.1电梯的工作原理

当曳引机组的曳引轮旋转时，依靠嵌在曳引轮槽中的钢丝绳与曳引槽之间的摩擦力，驱动钢丝绳来升降轿厢，曳引钢丝绳一端挂着轿厢，另一端悬挂对重，产生拉力分别为S1和S2。

当S1和S2的差值等于或小于绳槽之间摩擦力时，电梯正常运行，绳槽之间无打滑现象。

具体图形见下图

3.2送饭电梯控制系统控制说明

该电梯是一种厅外按钮集选控制的交流单速电梯，专用于提升和下降重量和体积较小的物件，绝不允许任何人进入轿厢。

该电梯在各层门旁都设有操纵箱，操纵箱上设有相应层站数的召唤按钮、一个占用显示灯、一个楼层和方向显示器及一个急停开关。

在基站一般还设有一个锁梯钥匙。

电梯电气控制中，所有安全开关组成一条安全回路，控制电梯的安全接触器，当安全回路断开，安全接触器失电，电梯的动力电动及PLC电源均切断，确保电梯立即停止。

另外，所有厅门及轿门开关形成一条门锁回路，控制门锁继电器。

当门锁继电器失电，应确保电梯不能运行。

电梯的控制系统设有两个运行状态，即正常运行状态和检修操作运行状态。

在电梯的机房和轿顶均设有一个正常/检修开关，当两个开关均处于正常状态时，电梯即进入正常运行状态。

1、电梯的正常运行过程

当电梯停在某层，全部厅门处于关闭状态，电梯即进入等待运行状态。

此时任何层站只要输入一个召唤信号，电梯立即驶向所召唤的楼层。

电梯到达指定楼层自动停止，提示电梯已完成此次任务。

同时显示器刷新楼层显示。

电梯运行过程中，每个厅站的召唤箱上的“占用”灯亮起，说明电梯处于被占用状态。

电梯到达楼层，厅门被打开，“占用”灯也亮着，电梯仍处于占用状态。

当电梯处于占用状态时，不再接受任何楼层的召唤，此时输入召唤信号不被接受，也不能记忆。

需要指出的是，当电梯完成一个任务停止在某层时，占用状态必须有一个延时，以确保有时间能开门卸载饭菜。

避免电梯一到达楼层，被另处一个召唤登记，电梯驶向另一个楼层。

2、电梯的检修运行状态

当机房或轿顶任何一处的“正常/检修”开关处于检修状态时，电梯即进入检修状态，这时操作检修箱上的“上行”或“下行”按钮，可以控制电梯以点动方式上行或下行。

但检修控制有一个优先权，轿顶的检修优先与机房的检修。

3、电梯的自动平层

在井道中，在每层的平层位置装有一个平层感应器，在轿顶相应位置装有一个约300mm长的隔磁板，当电梯到达该楼层有停车信号，则隔磁板插入感应器时，电梯立即停止运行。

之所以隔磁板需要300mm长度，是因为电梯停车时，仍有一个惯性要冲过一些，在实际调试时可以调正隔磁板的长度来达到一个满意的平层精度。

也可以在程序中采用一些技巧，通过调正程序的方法来实现平层精度的要求。

4、电梯的端站保护

在井道的端站一般都设置一个端站限位和极限限位。

当端站限位动作时，电梯应不能继续向这个端站的方向运行。

当极限开关动作时，应切断电梯的动力电源。

5、电梯的其它功能要求

根据电梯的规范要求，我们还要考虑一些电梯的其它功能设计。

如全程行运行时间的限制，单层运行时间的检测、接触器防粘连的保护。

全程运行时间的保护是指从一个端站直接驶向另一个端站所用时间不能超过一个设定值，否则程序保护，停止电梯的运行。

输入信号的计算：

1、对门锁继电器的检测

2、对检修开关信号的检测

3、对主电源接触器触点信号的检测

4、对上、下行接触器触点信号的检测

5、检修向上按钮信号

6、检修向下按钮信号

7、1楼感应器信号

8、2楼感应器信号

9、3楼感应器信号

10、1楼召唤按钮信号

11、2楼召唤按钮信号

12、3楼召唤按钮信号

输出信号的计算：

1、上行接触器

2、下行接触器

3、输出接触器

4、抱闸强激接触器

5、1楼楼层信号灯

6、2楼楼层信号灯

7、3楼楼层信号灯

8、蜂鸣器信号

9、占用灯信号

10、1楼召唤信号

11、2楼召唤信号

12、3楼召唤信号

单层运行时间的检测是指电梯单层之间的运行最长时间不能超过一个设定值，否则程序保护，停止电梯的运行。

接触器防粘连保护是指对控制抱闸的主要接触器进行检测，如发现接触器有粘连不能释放时，程序应保护，停止电梯再运行。

第4章电梯电气原理图设计

根据送饭电梯的功能要求，设计一个3层3站的送饭电梯来对PLC的I/O接口数量来进行计算。

说明：

这里楼层信号输出采用一对一信号输出，因为杂物梯一般不会有太多楼层，如果采用七段码输出则要采用七个输出点。

输出接口的上行接触器、下行接触器、输出接触器、抱闸强激接触器应采用同一输出电压等线。

其它均为信号输出，采用另一组同一输出电压等级。

经过以上计算，我们得出到少需要12个输入点和12个输出点。

这样我们就可以进行PLC的选型。

我们选择一种的小型PLC，它具有16个输入点和14个输出点，符合设计要求

电梯电气原理图设计:

电源原理图

主回路图

安全及门锁回路

抱闸回路

PLC各个输入输出端功能:

L,N电源接入端

COMAC110V输入

COM0,1,3,4AC24V输出

COM2AC110V输出

X0门锁控制输入端

X1抱闸控制输入端

X2主电路及抱闸控制

X3-X5轿顶和机房检修开关输入端

X6-X11层站感应输入端

X13-X16厅外指令输入端、

Y2上限位输出端

Y3下限位输出端

Y4保护信号输出端

Y5抱闸信号输出端

Y6,Y7,Y101-3层信号输出端

Y11占用输出信号灯

Y13-Y151-3楼召唤信号输出端

PLC输入输出通道

说明：

因为FX1S-30MRPLC的Y0和Y1输出端都为独立成一组，这里这没用，如果要增加层站便可用上，因为这两个点可以与任意电压等线配合。

元件代号表:

序号元件代号名称电压

1Q1空气开关

2MC输出接触器AC110V

3SC上行接触器AC110V

4XC下行接触器AC110V

5YJ安全继电器AC110V

6MSJ门锁继电器AC110V

7BZJ抱闸强激继电器AC110V

8TR热继电器-

91RC-6RC接触器阻容吸收组件

10XJJ相序继电器

111F-3F熔断器

12F4-F5熔断器

13F6熔断器

14F7-F8熔断器

15R1分压电阻

16R2放电电阻

17C1灭弧电容

18ZD整流器

19RU1RU2压敏电阻

20TB控制变压器

21Z1轿厢检修开关

22Z2控制屏检修开关

23AS1慢上按钮（轿顶）

24AX1慢下按钮（轿顶）

25AS2慢上按钮（机房）

26AX2慢下按钮（机房）

27PLC可编程序控制器

281KW上限位

292KW下限位

30S33上极限

31S34下极限

32