PLC设计

商丘科技学院毕业论文 I 目录 摘要摘要I I 1.1.可编程控制器概论可编程控制器概论1 1 1.1 可编程控制器的产生与发展 1 1.2 可编程控制器定义及特点 1 1.3 可编程序控制器的分类和应用 2 2.OMRON2.OMRON 可编程控制器概述可编程控制器概述 2 2 2.1 C 系列 P 型机概论 2 2.2C 系列 P 型机的指令系统和编程规则 .4 2.3 可编程控制器的工作原理 6 3.3.乘客电梯乘客电梯 PLCPLC 控制设计控制设计8 8 3.1 可编程器系统设计的基本原则与内容 8 3.2 电梯控制原理分析 9 3.3I/O 通道分配及 I/O 接线图 11 3.4PLC 程序设计 12 3.5 厅外梯形图程序设计 .13 3.6 系统调试 .14 4.PLC4.PLC 日常清洁与巡查日常清洁与巡查 1515 结束语结束语1616 参考文献参考文献1717 商丘科技学院毕业论文 I 摘要 国民经济的飞速发展, 现代化程度日益提高,高层建筑愈来愈多,电梯产品 在人们物质文化生活中的地位得到了提高,成为重要的运输设备之一。本设计就 以 PLC 作为工具对升降电梯的各种操作进行控制。先对三层电梯的硬件部分作 分析，看需要什么样的开关，电机，信号灯等。然后，画出它的控制面板图， 再根据控制面板图估计一下 I/O 点数，这样可以确定所选机型，然后在软件设 计，写出流程图，梯形图，写出语句。最后是进行调试，看看此程序是否可行。 关键词：关键词：PLCPLC 控制系统控制系统 电梯电梯 继电器继电器 接触接触 商丘科技学院毕业论文 1 1.可编程控制器概论 1.1 可编程控制器的产生与发展 上个世纪公认的第一台 PLC 是 1969 年美国数字设备公司(DEC)研制的。限 于当时的元件条件及计算机发展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小规模 集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20 世纪 70 年代 初出现了微处理器，人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数 据传送及处理等功能，成为真正具有计算机特征的工业控制装置。因而人们称 可编程控制器是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20 世纪 70 年 代中末期，可编程控制器进入了实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编 程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型的体积、更可靠 的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比，奠定了它在现代 工业中的地位。20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得了 广泛的应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、 产品系列化。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 可编程控制器的发展趋势：速度更快, 体积更小。工业控制技术的集成。 开放性及与主流计算机的结合。仿真软件开发。实现远程服务。 1.2 可编程控制器定义及特点 可编程控制器定义：可编程控制器简称 PC（Programmable Controller） ， PC 这一名称在国外已使用多年，但是近年来 PC 这个名称又成为个人计算机 （Personal Computer）的转称，未来区别，现在也常把可编程控制器成为 PLC。1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布 的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义：“PLC 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、计时、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 乘客电梯 PLC 控制设计 2 及其有关的外围设备都应该按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。 ” 可编程控制器的特点：(1)可靠性高,抗干扰能力强(2)适应性强,应用灵活 (3) 编程方便,易于使用(4)控制系统设计、安装、调试方便(5)维修方便,维修 工作量小(6)功能完善 1.3 可编程序控制器的分类和应用 可编程控制器的分类：(1)按容量分类：小型 PLC：I/O 总点数在 256 点以 下, 有的将 64 点及 64 点以下的称为微型 PLC；中型 PLC：I/O 总点数在 2562048 点之间；大型 PLC: I/O 总点数在 2048 点以上。(2)按结构形式分类： 箱体式结构；模块式结构。 可编程控制器的应用：顺序控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信 和联网. 2.OMRON 可编程控制器概述 日本 OMRON（欧姆龙，又称为立石）公司的主要 PLC 产品产品有 Mini SK20、SRM1、CPMIA、CPM2A,SYSMAC、CQM1 等中小型机及 CVM1、CV5002000 等大型机 C 系列 P 型可编程控制器属于小型 PLC 机，主要包括 C20P、C28P、C40P、C60P,一般专用于开关量控制，其结构可分为三部分：基本 单元、I/O 扩展单元和编程器。 2.1 C 系列 P 型机概论 型号标准：C 系列 P 型机的所有硬件单元, 都依其功能、 特点和性质编以 相应的型号。其型号代码的构成最多有三段,第一段标明基本的规格与特点,第 二段标明功能及类型, 第三段标明所使用电源的情况。 C 系列 P 型机的型号说 明如图 2-1 所示。 商丘科技学院毕业论文 3 基本单元：在基本单元中，有 CPU、RAM、ROM,有输入输出单元，输入输出 发光二极管（LED）,有高速计数输入端子，24VDC 输入端子，还有与编程器或 EPROM 写入器等外设相连的接口。另外，还有电源指示灯，运行指示灯及报警 器。 型 号输入点数输出点数I/O 总数扩展接口数 C20P128201 C28P1612281 C40P2416401 C60P3228601 乘客电梯 PLC 控制设计 4 表 2-2 P 型机基本单元品种 I/O 扩张单元：当基本单元的 I/O 点数不够时，可采用扩展 I/O 增加所需 的 I/O 点数，P 型机的 I/O 扩展单元有两种类型，一种是与基本单元的 I/O 点 数相同的 I/O 扩展单元；另一种是单一扩展单元，即扩展的点数都是输入点， 或者都是输出点，扩展点数只有 4 点和 16 点。在扩展单元上有两个可与基本单 元或 I/O 链接单元连接的接口，左右各一个，可用面板上的左右选择开关根据 需要选用。 编辑器：编辑器的作用是对程序进行输入和编辑，并对 PLC 的运行情况进 行实时监视。编程器有简易编程器和图形编程器两种。 2.2C 系列 P 型机的指令系统和编程规则 （1）C 系列 P 型机指令：逻辑条件类指令、输出类指令、数据处理类指令、 数据运算类指令。 （2）C 系列 P 型机编程语言： 梯形图编程：梯形图表达式是在原电器控制系统中常用的接触器、继电 器梯形图基础上演变而来的。它的最大优点是形象、直观和实用,为广大电气技 术人员所熟知, 是 PLC 的主要编程语言。PLC 的梯形图与电器控制系统梯形图 的基本思想是一致的, 但也有很大的区别, 表面看起来完全一样的继电器线路 与梯形图, 它们产生的效果可能一样,也可能不完全一样, 甚至某些作用完全相 反。PLC 的梯形图使用的是内部继电器、定时/计数器等,都是由软件实现的。 其主要特点是使用方便,修改灵活。这是传统电器控制的继电器梯形图硬件接线 所无法比拟的。 指令语句表编程：指令语句表语言类似于微机中的助记符语言。它是可编 程控制器最基础的编程语言。 所谓指令语句表编程, 是用一个或几个容易记忆 的字符来代表可编程控制器的某种操作功能。每个生产厂家使用的助记符是各 不相同的, 因此同一个梯形图书写的语句形式不尽相同。语句是用户程序的基 础单元, 每个控制功能由一个或多个语句的用户程序来执行。每条语句是规定 CPU 如何动作的指令, 它的作用和微机的指令一样, 而且 PLC 的语句也是由操 作码和操作数组成的, 故其表达式也和微机指令类似。PLC 的语句为：操作码 商丘科技学院毕业论文 5 操作数 或 操作码标识符参数其中, 操作码用来指定要执行的功能,告诉 CPU 应该进行什么操作; 操作数内包含执行该操作所必需的信息,告诉 CPU 用 什么地方的东西来执行此操作。如下图 2-3 所示： 顺序功能流程图编程：顺序功能流程图编程(SFC)是一种较新的编程方法。 它的作用是用功能图来表达一个顺序控制过程。目前国际电工协会(IEC)也正在 实施发展这种新的编程标准。使用 SFC 作为一种步进控制语言,用这种语言可以 对一个控制过程进行控制, 并显示该过程的状态。将用户应用的逻辑分成步和 转换条件,来代替一个长的梯形图程序。这些步和转换条件的显示,使用户可以 看到在某个给定时间中机器过程处于什么状态。 （3）绘制梯形图的规则 可编程控制器按照其特有循环扫描的方式执行存储器中的用户程序, 因此 在绘制梯形图时,首先要保证指令顺序的正确性, 同时应遵守下列规则: 梯形图的绘制顺序是从上到下, 从左到右。每个梯级(或称逻辑行)起于左 逻辑母线,经相应的控制逻辑,止于线圈或一个特殊功能指令(有的 PLC 止于右逻 辑母线), 线圈的右边不能再接任何触点。一般并联支路应靠近左逻辑母线,在 并联支路中, 串联触点多的支路应安排在上边,这样画的好处是可以缩短指令语 句表的长度。 梯形图中的触点一般应当画在水平支路上, 不应画在垂直支路上;不含触点 的支路应放在垂直方向, 不放在水平方向。 线圈不能直接与左逻辑母线相连。如果需要,可以借助于一个在程序中未用 到的内部辅助继电器的动断触点或内部专用继电器(SR)1813(动断继电器)的动 合触点来连接。 地址 指令 数据 0000 LD 0000 0001 OR 0506 0002 AND NOT 0001 0003 OUT 0506 乘客电梯 PLC 控制设计 6 一般情况下, 某个编号的继电器线圈只能出现一次。 与继电器控制线路图一样, 不允许两个线圈串联使用。 2.3 可编程控制器的工作原理 （1）扫描工作过程 由于 PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，考虑到继 电器接触器控制系统是一种“硬逻辑系统” ，它采用的是并行工作方式，因此要 求可编程控制器也要以并行方式工作。但 PLC 是一种工业计算机，其工作原理 是建立在计算机工作原理基础上的，CPU 只能以分时操作方式来处理各项任务， 也就是说在每一时刻只能处理一件事情，程序的执行是按顺序依次执行的。 PLC 的扫描工作过程大致可以分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行 和输出刷新，如图 3-3 所示。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。 图 2-4 PLC 扫描示意图 商丘科技学院毕业论文 7 1、输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC 首先扫描所有输入端子，依次地读入所有输入状态 和数据，并将它们存入输入映像寄存器中。此时，输入映像区被刷新。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，输入映像区中相应单元的状态和数据也不会改变，也就是 说，它已经与外界隔离。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 制电路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制电路进行逻辑运 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输出映像寄存器中对应位的状态；或者确定是否 要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即在用户程序执行过程中，只有输入点在输入/输出映像区内的状态和数据 不会发生变化，而其他输出点和软设备在输入/输出映像区或系统 RAM 存储区内 的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会 对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯 形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其 上面的程序起作用。 3、输出刷新阶段 当用户程序执行完毕后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照输 入/输出映像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。 图 2-5 PLC 工作的三个阶段 乘客电梯 PLC 控制设计 8 （2）PLC 对输入/输出的处理规则 输入映像寄存器的数据, 取决于输入端子在上一个工作周期的输入采样 阶段所刷新的状态。 输出映像寄存器(包含在元素映像寄存器中)的状态, 由程序中输出指令 的执行结果确定。 输出锁存电路中的数据, 由上一个工作周期的输出刷新阶段存入到输出 锁存电路中的数据来确定。 输出端子上的输出状态, 由输出锁存电路中的数据来确定。 程序执行中所需的输入、输出状态(数据),由输入映像寄存器和输出映 像寄存器读出。 图 26 输入/输出 I/O 处理规则 3.乘客电梯 PLC 控制设计 3.1 可编程器系统设计的基本原则与内容 （1）控制系统设计原则如下： 1 最大限度地满足被控对象的控制要求。 2 在满足控制要求的前提下, 力求使控制系统简单、 经济, 使用及维修 方便。 3 保证控制系统的安全可靠。 4 考虑到生产的发展和工艺的改进, 在选择 PLC 容量时适当留有进一步扩 商丘科技学院毕业论文 9 展的余地。 （2）程序设计的步骤 1 对于较复杂的控制系统, 需绘制系统控制流程图, 用以清楚地表明 动作的顺序和条件。 对于简单的控制系统, 也可省去这一步。 2 设计梯形图。 3 根据梯形图编制程序清单。 4 用编程器将程序输入到 PLC 的用户存储器中, 并检查输入的程序是 否正确。 5 对程序进行调试和修改, 直到满足要求为止。 6 待控制台(柜)及现场施工完成后, 就可以进行联机调试。若未满足 要求, 再重新修改程序或检查接线直到满足要求为止。 7 编写技术文件。 3.2 电梯控制原理分析 实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随 机的，电梯是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能 满足控制要求的.因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制 普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、 运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由 变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选 控制。 电梯控制的核心是对拖动系统的控制, 电梯停车过程可分为两部分,其所需的条 件为选层部分选择好停车楼, 而且电梯必须到达要停车的楼层的减速点,此时电 梯方可减速。当电梯到达目标楼层的平层位置时, 电梯方可作停车动作。此外, 楼层信号(电梯当前位置)、轿内指令、厅外召唤、 减速点信号、平层信号、安 全保护信号、门锁信号以及其他相关信号的取得和处理都属于电梯控制的内容。 电梯示意图如图 4-1 所示。 乘客电梯 PLC 控制设计 10 图 3-1 电梯控制示意图 图 3-2 电梯原理图 3 层 3 站简易电梯有 3 个外呼梯按钮，如果电梯在 1 楼则显示 1，这时按动 2 或 3 楼按钮，按钮指示灯亮，电梯上行，遇到 2 或 3 楼到站开关电梯停止运 平层信号 平层 拖动系统 减速 减速点信号 起动 安全保护系统 门锁保护 轿内指令 厅外召唤 定向、选层 楼层信号 楼层信号的取得 楼层指示 商丘科技学院毕业论文 11 行，显示 2 楼或 3 楼，按钮指示灯灭；如果 1 楼有呼梯，再运行到 1 楼。在电 梯从 1 楼到 3 楼的过程中，如果 2 楼按钮按下则先在 2 楼停 5s，再运行到 3 楼。 在电梯从 3 楼到 1 楼的过程中，如果 2 楼按钮按下则先在 2 楼停 5 s，再运行 到 1 楼。 控制要求：(1) 电梯在 1 楼时，1 楼开关 SQ1 接通，楼层灯 HL1 亮，显示 1。 (2) 电梯在 2 楼时，2 楼开关 SQ2 接通，楼层灯 HL2 亮，显示 2。 (3) 电梯在 3 楼时，3 楼开关 SQ3 接通，楼层灯 HL3 亮，显示 3。 (4) 在 1 楼按 2 楼按钮 SB2 或 3 楼按钮 SB3，按钮指示灯 HL5 亮，上行接 触器 KM1 吸合，电梯上行。 (5) 遇到 2 楼或 3 楼到站开关，电梯停止运行，显示 2 或 3 楼。 (6) 遇在 3 楼按 2 楼按钮 SB2 或 1 楼按钮 SB1，按钮指示灯 HL6 亮，指示 灯亮，下行接触器 KM2 吸合，电梯下行。 (7) 到 2 或 1 楼站时开关电梯停止运行，显示 2 或 l 楼。 (8) 在电梯从 1 楼到 3 楼的运行过程中，如果 2 楼按钮按下，则先在 2 楼 停 10 s，再运行到 3 楼。 (9) 在电梯从 3 楼到 1 楼的运行过程中，如果 2 楼按钮按下，则在 2 楼停 10 s，再运行到 1 楼。 3.3I/O 通道分配及 I/O 接线图 表 3-3 I/O 通道分配 类 别 元 件 端子号 作 用 SB1 0001 一楼呼叫按钮 SB2 0002 二楼呼叫按钮 SB3 0003 三楼呼叫按钮 SQ1 0011 一楼限位开关 SQ2 0012 二楼限位开关 输入 SQ3 0013 三楼限位开关 KM1 0500 电梯下降 KM2 0501 电梯上升 HL1 0601 一楼指示灯 HL2 0602 二楼指示灯 输出 HL3 0603 三楼指示灯 乘客电梯 PLC 控制设计 12 图 34 电梯 I/O 接线图 3.4PLC 程序设计 简易电梯的梯形图程序的设计只要能满足控制要求即可，一般可以使用经 验设计法来编制，如图 3-5 所示。编制时根据电梯的特点分三部分完成。 (1) 楼层显示部分：因为显示是通过井道内的开关来完成的，只要电梯碰 到某层开关，该层显示就有输出，直到电梯碰到另一层开关断开，所以编程时 一定要注意有保持， 还要用开关断开，而不能用输出断开。 (2) 指示部分：该部分输出断开使用楼层显示断开。 (3) 停层和上、下行输出部分。 商丘科技学院毕业论文 13 图 3-5 三层楼简易电梯梯形图 3.5 厅外梯形图程序设计 厅外召唤指令的记忆和消除功能可以用锁存器 KEEP 指令。 将厅外召唤的 启动保持信号端接 S 端, 消除信号接 R 端。在实现厅外召唤的记忆和消除功能 时必须注意其记忆和消除条件。 当按下一个指令按钮或召唤按钮, 且电梯不在本楼层时, 对应的 PLC 内部 继电器应保持该信号, 而且通过 PLC 的输出点亮相应的按钮指示灯。 当电梯正常到达楼层时,如果满足该指令或召唤信号的停车条件时,电梯在 该层停车, 并且消除对应的指令或召唤信号。 在图 910 所示梯形图中, 内部辅助继电器 1000、 1002 用来处理在同方 向同时有两层楼呼叫的情况: 1002 用来记忆二楼的呼叫信号; 在电梯运行到二 楼时, 1000 得电 5 s, 使电梯停 5 s 后自行启动。 乘客电梯 PLC 控制设计 14 图 3-6 厅外梯形图 3.6 系统调试 (1) 输入程序。通过计算机将所示状态梯形图正确输入。 (2) 仿真调试。通过软仿真观察输出是否按要求指示。若否，修改程序， 商丘科技学院毕业论文 15 直至正确。 (3) 静态调试。所示的系统接线图正确连接好输入设备，将程序写入 PLC，进行 PLC 的模拟静态调试，观察 PLC 的输出指示灯是否按要求指示。若否， 则检查并修改电路，直至正确指示为止。 (4) 动态调试。按系统接线图正确连接好输出设备，进行系统的动态调试， 观察模拟指示灯能否按控制要求动作。若否，则检查并修改电路，直至正确为 止。