电气自动化技术基于单片机或PLC电梯控制系统设计

天 津 大 学 网 络 教 育 学 院专科毕业论文题目：基于单片机（或 PLC）电梯控制系统设计完成期限：2016 年 1 月 8 日 至 2016 年 4 月 20 日学习中心：南昌专业名称：电气自动化技术学生姓名：王宁学生学号：141901433012指导教师：王正忻天津大学网络教育学院专科毕业论文1基于单片机（或 PLC）电梯控制系统设计一、电梯概述电梯在汉语词典中的解释为：建筑物中用电作动力的升降机,代替步行上下的楼梯。 说到电梯的起源要从公元前 2600 年埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统说起，但这一类起重机的能源均为人力。到了 1203 年，法国的二修道院安装了一台起重机，所不同者只是该机器是利用驴作为动力，载荷由绕在一个大滚筒上的绳子进行起吊。此种方法一直沿用到近代直到瓦特发明了蒸汽机，约在 1800 年，煤矿主才能利用起重机把矿井中的煤输送上来。 数百年来人们制造过各种类型的升降梯，它们都具有一个共同的缺陷：只要起吊绳突然断裂，升降梯便急速地坠落到底层。1854 年奥的斯设计了一种制动器：在升降梯的平台顶部安装一个货车用的弹簧及一个制动杆与升降梯井道两侧的导轨相连结，起吊绳与货车弹簧连结，这样仅是起重平台的重量就足以拉开弹簧，避免与制动杆接触。如果绳子断裂，货车弹簧会将拉力减弱，两端立该与制动杆咬合，即可将平台牢固地原地固定免继续下坠。“安全的升降梯”发明成功了！一时间，奥的斯成了众人注目的中心。第一台升降机并非奥的斯所发明，但他却是第一台“安全”升降梯的发明者。“安全”这一概念不仅开创了升降梯工业，而且也为那些想建造更高层建筑物以增加更多可利用空间的设计们打开了通途。 然而真正能够称为电梯（用电能驱动升降梯）的产品应该是在 20 世纪初才出现的。二、PLC 的发展1、PLC 的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。2、PLC 的特点天津大学网络教育学院专科毕业论文2（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。 此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善 适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备 它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便 容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（5）体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。3、PLC 控制系统的组成PLC 控制系统像一般的计算机控制系统一样，也是由硬件和软件两个部分天津大学网络教育学院专科毕业论文3组成的，硬件是指 PLC 本身及其外围设备，软件是指管理 PLC 的系统软件，PLC的应用程序，编程语言和编程支持工具软件。图 1 PLC 控制系统硬件组成图为典型 PLC 控制系统的硬件组成图。PLC 控制系统的硬件是由 PLC，输入/输出（I/O）电路及外围设备等组成的。系统规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。下面对构成控制系统的主要部分简要介绍。 （1） 主控模块 除了早期生产的整体式 PLC（PLC 的各个不见都在同一机壳内）外，目前市场多数的 PLC 都已采用模块化的结构（PLC 的各个部件独立封装，称之为模块）。在 PLC 中各个模块均通过系统总线相互连接起来构成一个系统。在这个系统中最核心的模块是主控模块（也称 CPU），它包括：CPU，存储器，通信接口等部分。（2） 输入/输出模块 PLC 的控制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系是通过 I/O 模块实现的。生产过程有许多控制变量，如温度，压力，液位，速度，电压，开关量，继电器状态等，因此，需要有相应的 I/O 模块作为 CPU 与工业生产现场的桥梁。且这些模块应具有较好的抗干扰能力。目前，生产厂家已开发出各种型号的模块供用户选择。对于输入/输出模块有：数字量输入/输出模块，开关天津大学网络教育学院专科毕业论文4量输入/输出模块，模拟量输入/输出模块，交流新号输入/输出模块，220V 交流输入/输出模块。还有智能模块，它本身带 CPU，存储器和监控系统，可独立完成各种运算。智能模块的种类很多，如高速计数模块，PID 调节的模拟量控制模块，阀门控制模块，智能存储模块和智能 I/O 模块。（3） 电源模块 该模块将交流电源转换成供 CPU 存储器所需的直流电源，是整个 PLC 系统的能源供给中心。它的好坏直接影响到 PLC 的功能和可靠性。目前，大多数PLC 采用高质量的开关式稳压电源，与普通电源相比，PLC 的电源工作稳定性好，抗干扰能力也强。有些机器的电源除了供内部电路使用外，还向外提供 24VDC的稳压电源，用于外部传感器的需要，这样就避免了因外部电源不合格而引起的外部故障。 （4） I/O 电路 PLC 的基本功能就是控制，它采集被控对象的各种信号。经过 PLC 处理后，通过执行装置实现控制。输入电路就是被控对象（需要进行控制的机器，设备和生产过程）进行检测，采集，转换和输入。另外，安装在控制台上的按钮，开关等也可以向 PLC 送控制指令。输出电路的功能就是接受 PLC 输出的控制信号，对被控对象执行控制任务。PLC 控制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。 （1）系统软件与工作过程 PLC 系统软件是 PLC 工作所必须的软件。在系统软件的支持 PLC 对用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。PLC 的这种工作方式就称之为循环扫描。 （2）应用软件 PLC 控制系统的应用软件是指为完成 PLC 实际控制任务而编制的各种软件。随着 PLC 应用领域范围的不断扩大，应用水平的提高，PLC 应用软件也大大丰富起来了。4、电梯模型 PLC 控制系统设计由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。采用 PLC 实现的电梯控制系统由以下几个主要部分构成如图所示:天津大学网络教育学院专科毕业论文5图 2 电梯控制系统三、 PLC 的选型1、 输入输出（I/O）点数的估算为了完成设定的控制任务,主要根据电梯输入/输出点数确定 PLC 的机型。根据电梯控制的要求，电梯应具有内呼和外呼按钮、行程开关、开关门按钮，以及相应的指示灯，估算所需 I/O 口的数量，并绘制 I/O 口分配表，见下表。表 1 I/O 口分配表序号 名称 输入点 序号 名称 输出点0 B2 层内呼 00000 0 B2 层内呼指示 010001 B1 层内呼 00001 1 B1 层内呼指示 010012 1 层内呼 00002 2 1 层内呼指示 010023 2 层内呼 00003 3 2 层内呼指示 010034 3 层内呼 00004 4 3 层内呼指示 010045 4 层内呼 00005 5 4 层内呼指示 010056 5 层内呼 00006 6 5 层内呼指示 010067 6 层内呼 00007 7 6 层内呼指示 010078 7 层内呼 00008 8 7 层内呼指示 011009 8 层内呼 00009 9 8 层内呼指示 0110110 B2 层外呼上 00010 10 B2 层外呼上指示 0110211 B1 层外呼下 00011 11 B1 层外呼下指示 0110312 B1 层外呼上 00100 12 B1 层外呼上指示 0110413 1 层外呼下 00101 13 1 层外呼下指示 0110514 1 层外呼上 00102 14 1 层外呼上指示 01106天津大学网络教育学院专科毕业论文615 2 层外呼下 00103 15 2 层外呼下指示 0110716 2 层外呼上 00104 16 2 层外呼上指示 0120017 3 层外呼下 00105 17 3 层外呼下指示 0120118 3 层外呼上 00106 18 3 层外呼上指示 0120219 4 层外呼下 00107 19 4 层外呼下指示 0120320 4 层外呼上 00108 20 4 层外呼上指示 0120421 5 层外呼下 00109 21 5 层外呼下指示 0120522 5 层外呼上 00110 22 5 层外呼上指示 0120623 6 层外呼下 00111 23 6 层外呼下指示 0120724 6 层外呼上 00200 24 6 层外呼上指示 0130025 7 层外呼下 00201 25 7 层外呼下指示 0130126 7 层外呼上 00202 26 7 层外呼上指示 0130227 8 层外呼下 00203 27 8 层外呼下指示 0130328 开门开关 00204 28 电梯上行 0130429 关门开关 00205 29 电梯下行 0130530 开门限位 00206 30 门电机开 0130631 关门限位 00207 31 门电机关 0130732 电梯上升极限位 00208 32 电梯上行指示 0140033 电梯下降极限位 00209 33 电梯下行指示 0140134 超重 00210 34 超重指示 0140235 警报器按钮 00211 35 警报器 0140336 激光传感器 00300 36 B2 层指示 0140437 B2 层平层 00301 37 B1 层指示 0140538 B1 层平层 00302 38 1 层指示 0140639 1 层平层 00303 39 2 层指示 0140740 2 层平层 00304 40 3 层指示 0150041 3 层平层 00305 41 4 层指示 0150142 4 层平层 00306 42 5 层指示 0150243 5 层平层 00307 43 6 层指示 0150344 6 层平层 00308 44 7 层指示 0150445 7 层平层 00309 45 8 层指示 0150546 8 层平层 00310 46 抱闸释放 015062、 PLC 的选型根据输入输出点数，输入 47