毕业设计（论文）PLC六层电梯控制系统中的应用

1、 毕 业 设 计 论 文题目: 电梯控制系统 系 别： 电气与电子工程系专 业： 电气工程及其自动化姓 名： 学 号： 指导教师： 河南城建学院2010年 5月23日 河南城建学院 毕业设计（论文）任 务 书题 目电梯控制系统系 别电气与电子工程系专业电气工程及其自动化班级学号学生姓名指导教师发放日期2010-3-20河南城建学院本科毕业设计（论文）任务书一、 主要任务与目标：一、主要任务与目标：本次设计是围绕我校图书馆进行设计的电梯控制系统。结合我所学的专业课程（如电力拖动自动控制系统、电机学、可编程逻辑控制器plc、电梯控制技术等），并兼顾图书馆大楼对载客电梯的要求（舒适性、经济性、安全性

2、）等情况设计的。我校图书馆大楼为六层建筑。在本次设计中我主要考虑图书馆电梯的电力拖动系统与电气控制系统两大方面的设计。 本次设计中的主要目标主要是达到以下几点：1、积极的查阅资料，结合实际，独立思考，提出自己的设计思想，并做好开题报告。2、完成对校图书馆电梯控制系统的电力拖动系统的设计，确定出电梯运行的速度曲线及电机的调速方案，绘制出相应的电路原理图。3、确定电梯电气控制系统的控制方案plc-变频器控制。对plc的型号、变频器的规格做出正确的选择。4、对电梯电气控制系统进行控制流程的分析，画出相应的控制流程图，完成硬件电路原理图及相关的软件编程。5、写出设计说明书，内容包括：前言、目录、设计依

3、据及设计概况，并对系统中核心的控制部分做出解析，理清整个系统的工作原理。6、借助此次的毕业设计来巩固大学四年中所学的电气自动化方面的基础理论知识，从而培养自己解决实际工程问题的能力，为以后的工作夯实基础。二、主要内容与基本要求：1、主要内容：（1）对电梯系统的运行过程做出分析，列出控制工艺流程图，确定该系统控制思想。（2）完成对电梯控制系统中的电力拖动系统的设计，确定此系统的具体硬件电路图。（3）完成电梯的电气控制系统的设计，实现电梯的有（无）司机运行即（手动和自动的功能）、平层呼叫、轿内指令及厅召唤、选层及选向控制、开关门控制等功能。（4）完成整个系统的硬件电路原理图。2、基本要求：（1）按

4、计划进度，查阅资料，独立思考，按时完成设计任务，做好毕业设计日志。（2）设计成果：设计方案说明书，设计图纸（计算机绘制），包括：系统原理图，控制流程图，控制电路图，软件编程。（3）设计方案应实用可行，按照此设计能做出相应的电梯实物模型并可正常运行。 （4）指出本次设计中设计方案的可取之处与存在问题，并对未来电梯的发展做出展望。三、计划进度：第3周：发放毕业论文任务书，查找资料第5周：查阅资料、调研，熟悉plc及电梯控制系统的工作原理、性能特点及发展方向；熟悉设计内容和要求；完成开题报告。第68周：拟定设计步骤及方案，完成系统具体环节的理论分析掌握各个环节的工作原理，绘制出系统的控制框图及流程图

5、，并将其整理成书面材料。第9周：根据以前查阅的资料及自己的理论分析总结，完成电梯控制系统的相关硬件电路原理图的制作。第10周:根据系统中的控制工艺流程编制相应的软件程序。第11周:运用制图软件绘制出完整的系统硬件电路原理图。第12周: 整理设计文档、准备答辩；严格按照河南城建学院规定的统一格式来完成毕业设计（论文）。四、主要参考文献：1电梯技术.魏孔平 朱蓉编著.化学工业出版社 2006-072电梯控制技术.李惠昇主编. 机械工业出版社.2006-083电气控制技术.刘顺禧主编. 北京理工大学出版社. 2000-014电力拖动自动控制系统.陈伯时主编.机械工业出版社.2007-015可编程序控

6、制器(plc)应用技术与实例.袁任光主编.华南理工大学出版社，2000-076电梯结构原理.陈家盛主编.机械工业出版社. 1990-06指导教师（签名）： 年 月 日教研室审核意见： （建议就任务书的规范性；任务书的主要内容和基本要求的明确具体性；任务书计划进度的合理性；提供的参考文献数量；是否同意下达任务书等方面进行审核。）教研室主任签名： 年 月 日注：任务书必须由指导教师和学生互相交流后，由指导老师下达并交教研室主任审核后发给学生，最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。成绩评定成绩评定说明一、答辩前每个学生都要将自己的毕业设计（论文）在指定的时间内交给指导，教师，由指导教师审阅，写出评语

7、并预评分。二、答辩工作结束后，答辩小组应举行专门会议按学校统一的评分标准和评分办法，在参考指导教师预评结果的基础上，评定每个学生的成绩。系对专业答辩小组提出的优秀和不及格的毕业设计（论文），要组织系级答辩,最终确定成绩，并向学生公布。三、各专业学生的最后成绩应符合正态分布规律。四、具体评分标准和办法见河南城建学院毕业设计（论文）工作条例。五、答辩小组评分包括两部分：（1）学生答辩情况的得分和评阅教师评分；（2）指导教师对学生毕业设计（论文）的评分毕业设计（论文）成绩评定班级 姓名 学号综合成绩： 分（折合等级 ）答辩小组组长签字 年 月 日答辩小组评定意见一、评语（根据学生答辩情况及其论文质量

8、综合评定）。二、评分（按下表要求评定）评分项目答 辩 小 组 评 分评 阅 教 师 评 分合计（40分）完成任务情 况（5分）毕业设计（论文）质量（5分）表达情况（5分）回答问题情 况（5分）质 量（正确性、条理性、创造性、实用性）（10分）成果的技术水平（科学性、系统性）（10分）评分答辩小组成员签字 年 月 日 毕业答辩说明1、答辩前，答辩小组成员应详细审阅每个答辩学生的毕业设计（论文），为答辩做好准备，并根据毕业设计（论文）质量标准给出实际得分。2、严肃认真组织答辩，公平、公正地给出答辩成绩。3、指导教师应参加所指导学生的答辩，但在评定其成绩时宜回避。4、答辩中要有专人作好答辩记录。指导

9、教师评定意见一、对毕业设计（论文）的学术评语（应具体、准确、实事求是）： 签字： 年 月 日二、对毕业设计（论文）评分按下表要求综合评定。（1）理工科评分表评分项目（分值）工作态度与 纪 律（10分）毕业设计（论文）完成任务情况与水平（工作量与质量）（20分）独 立工作能力（10分）基础理论和基本技能（10分）创 新能 力（10分）合 计（60分）得分（2）文科评分表评分项目（分值）文献阅读与文献综述（10分）外文翻译（10分）论文撰写质量（10分）学习态度（10分）论证能力与创新（20分） 合 计（60分）得分 指导教师签字： 年 月 日摘要本文针对plc在六层电梯控制系统中的应用，设计了以

10、plc为主控制器，采用变频调速系统和集选控制方式来实现六层电梯的基本功能。本设计采用三菱plcfx2n-80mr机控制，用软件来实现对电梯运行的自动控制。电梯具有完整的开关门控制系统、内外呼梯系统、故障报警及显示、消防运行功能和安全回路系统，可靠性大大提高。控制系统结构简单，外部线路简化，另外还可方便地改变控制功能。提高了电梯运行的安全性，并便于检修。与此同时，还选用了安川公司的通用变频器vs616g5对电梯曳引主机进行变频调速。由于这种变频器采用了先进的spwm技术并具有自学习功能，同时通过合理的参数设置、软件设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果，因此，它以优异的调速性能、起制动性能

11、、高效率和较好的节能效果及广泛的适用范围，从而明显改善了电梯运行的质量和性能，使电梯调速范围广、控制精度高、动态性能好，舒适、安静、节能，几乎可与直流调速电梯媲美关键词：plc控制 电梯 变频调速 安全性 舒适感abstractthis paper plc in the six-storey elevator control system, the application was designed to plc-based controller, using variable frequency system and set the election method to achieve con

12、trol of a six-storey elevators basic functionsthe design of the mitsubishi plc-fx2n-80mr machine control software to achieve the operation of the elevator control. lift with a complete switch gate control system, and outside the respiratory system staircase, fault alarm and, fire safety and the oper

13、ation of loop system. greatly enhance reliability, control system is simple, streamlined external lines and, in addition, could easily change control functions. improve the operation of the elevator safety, and ease of maintenance. meanwhile, the company chose a generic yasukawa converter vs-616g5 t

14、o lift dray mainframe vvvf. this converter using advanced technology and spwm self-learning function. through reasonable parameter setting, software design and programming, we can also achieve the same exclusive inverter control effect, therefore, it excellent speed performance, with braking perform

15、ance, high efficiency and better energy-saving effects and the extensive scope of application, thereby significantly improving the quality of lift operations and performance, speed lift a wide range of high accuracy, good dynamic performance,comfort,quiet,efficient,energy-saving,and almost comparabl

16、e to lift dc converter.keywords：plc control vvvf elevator safety comfort河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录摘要iabstractii第一章 引言1第二章 电梯综述22.1电梯概念、分类及工作原理22.1.1 电梯概念22.1.2 电梯的分类22.1.3 电梯的工作原理32.2 电梯控制系统的组成32.3 电梯控制系统控制方式的分析42.3.1 继电器接触器控制系统42.3.2 微机控制系统52.3.3 plc控制系统5第三章 可编程序控制器（plc）概述73.1 可编程序控制器的定义、工作原理及编程语言73.1.1 可

17、编程序控制器的定义73.1.2 可编程序控制器（plc）的工作原理72.1.3 可编程序控制器的编程语言83.2 可编程序控制器（plc）的组成及各个部分的功能83.2.1 可编程序控制器（plc）的组成83.2.2 可编程序控制器（plc）各部分功能83.3 可编程序控制器（plc）的发展趋势9第四章 电梯控制系统硬件设计和软件设计114.1 电梯电力拖动控制系统114.1.1 变频调速原理124.1.2 变频电梯系统运行原理124.1.3 变频器组成、工作原理及类型124.1.4 变频器机型选择134.1.5 变频器计算154.1.6 变频器参数设置及自学习功能154.2 电梯理想速度曲线

18、的设计164.2.1 电梯快速性性能要求164.2.2 电梯舒适性性能要求174.2.3 电梯速度曲线174.3 电梯电气控制系统184.3.1 电梯模型结构184.3.2 plc控制系统的设计分析204.3.3 电梯电气控制系统设计方案214.3.4 电梯电气控制系统软件设计254.3.5 电梯电气控制系统基本功能梯形图设计28第五章 总结和展望36参考文献38附录39致谢40iv河南城建学院本科毕业设计（论文） 第二章 电梯综述第一章 引言据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，曾使用过由人力驱动的升降机械。1858年美国研制出以蒸汽为动力，并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。1

19、878年英国的阿姆斯特朗发明了水压梯并淘汰了蒸汽梯。后来又出现了液压泵和控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯。这种液压梯至今仍为人们所采用。但是，电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。18世纪末发明了电机，并随着电机技术的发展，19世纪初开始使用交流异步单速和双速电动机作动力的交流电梯，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能。在20世纪初，美国奥的斯电梯公司首先生产出以槽轮式驱动的直流电梯，从而为后来的高速度、高行程电梯的发展奠定了基础。20世纪30年代美国纽约市的102层摩天大楼建成，美国奥的斯电梯公司为这座大楼制造和安装了74台速度为6.0m/s的电梯。

20、从此以后，电梯一直在日新月异地发展着。目前的电梯产品，不但规格多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。随着电子工业的发展，可编程序控制器（plc）和电子计算机成功地应用到电梯的电气控制系统中去后，电梯产品的质量和运行效果显著提高.12本次设计中对电梯的概念、种类及其工作原理进行深入的研究，分析个类电梯控制方式的优劣性，经过探讨最终电梯采用plc技术进行控制，用软件实现对电梯运行的自动控制。在设计中主要针对plc的原理和在设计的中的使用情况进行了详细的讨论和分析。而在电梯调速方面也作出了深入的研究，为了限制起动电流，减小起动的加速度，改善乘客乘坐的舒适感和防止对机件的冲击，电梯的调速方面选用安

21、川vs-616g5型全数字变频器，来实现对电动机的控制和产生电梯运行时序，保证电梯按照速度给定曲线运行，实现无级变速。在设计中对变频器的原理种类和使用范围也给出了详细的阐述。为了完成设计任务，使设计圆满，本次设计有层次的对各方面的问题进行了一一讨论和研究。设计共分为引言、电梯综述、可编程控制器（plc）概述、电梯控制系统硬件设计、总结和展望五大章节，在每个章节中对所提及问题都进行了详细的分析和探讨，最终各个章节的汇总，形成了本次设计，系统的完成了对电梯控制系统的深入的研究。10河南城建学院本科毕业设计（论文） 第二章 电梯综述第二章 电梯综述2.1电梯概念、分类及工作原理2.1.1 电梯概念电

22、梯是服务于规定楼层，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间的固定式升降设备。广义的电梯概念包括载人（货）电梯、自动扶梯、自动人行道等，是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运动的梯级（踏步），进行升降或者平行运送人或者货物的机电设备。狭义的电梯是指服务于规定楼层、有轿厢的垂直升降设备，不包括自动扶梯、自动人行道。自动扶梯（escalator）是带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。自动人行道（passengerconveyor）是带有循环运行式走道，用于水平或微倾斜的输送乘客的固定电力驱动设备.42.1.2 电梯的分类按用途分类：乘客电梯、载

23、货电梯、病床电梯、杂物电梯、服务电梯、住宅电梯、特种电梯。 按驱动方式类：交流电梯，直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、直线电机驱动的电梯。按速度分类：低速电梯（速度不大于1.75m/s）中速电梯(速度大于1.75m/s小于或等于2.5m/s)高速电梯(速度大于2.5m/s小于或等于6m/s)超高速电梯(速度大于6m/s)按有无减速器分类： 有减速器的电梯：常用于梯速为2.0m/s以下的电梯 无减速器的电梯：常用于梯速为2.0m/s以上的电梯按有无司机分类：有司机电梯、无司机电梯、有/无司机电梯。按控制方式分类：手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、

24、微机控制电梯。2.1.3 电梯的工作原理一部电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜箱、导轨等主要部件组成。电梯在做垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯，起点站和终点站之间还设有停靠站。起点站设在一楼，终点站设在最高楼。各站的厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮。一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮，中间层站的召唤箱上各设置两个按钮。而电梯的轿厢内都设置有（杂物电梯除外）操纵箱，操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮称外召唤按钮，操纵箱上的按钮称指令按钮。电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，而电

25、梯的自动化程度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只需通过操纵箱上的按钮向电气控制系统下达一个指令信号，电梯就能自动关门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度高的电梯，司机或乘用人员一次还可下达一个以上的指令信号，电梯便能依次起动和停靠，依次完成全部指令任务。尽管电梯和汽车在运算工作过程中有许多不同的地方，但仍有许多共同之处，其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车，在起点站和终点站之间往返运行，在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时，电梯到站能自动平层停靠开门接乘客。而载货电梯的运行工作情况则类似卡车，执行任务为一次性的，司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令

26、任务，当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务。在执行任务的过程中，从一个层站出发到另一个层站时，假若中间层站出现顺向指令信号，一般都不能自动停靠，所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。本设计主要研究六层六站的电梯控制系统，分述其硬件设计和软件设计过程。设计程序要求完成电梯控制系统主要达到以下要求：plc电梯控制系统应具备：有司机、无司机、检修三种工作模式。系统应具备自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）。具有轿厢层楼显示（十进制方式），能自动显示电梯运行方向。具有电梯直驶功能和反向最远停站功能，具有检修应急处理功能。电梯具有自动开关门和应急手动开门、关门按钮。2.2 电梯控制系统的组成

27、电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。1）电梯的电力拖动部分电梯主要拖动类型有直流电动机拖动、交流电动机拖动、直流gm（即发电机电动机组供电）拖动、晶闸管供电（scrm）的直流拖动和交流双速电动机拖动、交流调压调速（avcc）拖动、交流变频调速（vvvf）等。因直流电梯的拖动电动机有电刷和换相器，维护量较大，可靠性低，现已被交流调速电梯所取代。为了得到较好的舒适感，要求曳引电动机在选定的调速方式下，电动机的输出转矩总能达到负载转矩的要求。考虑到电压的波动、导轨不够平直造成的运动阻力增大等因素，电动机转矩还应有一定的裕度。2）电梯的电气控制部分电气控制系统由控制柜、操纵箱、层楼指示、

28、召唤箱及曳引电动机等几十个分散安装在电梯井道内外和各相关电梯部件中的电器元件构成。电气控制系统通过电路控制电力拖动系统工作程序，完成各种电气动作功能，保证电梯安全运行。电梯一般是由电动机来拖动的，其运行过程大多包括启动、正（反）转、停止等，整个过程是由电气控制系统来完成。具体地说电梯的控制主要是指对电动机的起动、停止、运行方向、层楼指示、层站召唤、轿厢内指令等进行处理。其操纵是实行各个控制环节的方式和手段。电梯电气控制系统与电力拖动系统比较，变化范围比较大。当一台电梯的类别、额定载重量和额定运行速度确定后，电力拖动系统各零部件就基本确定了，而电气控制系统则有比较大的选择范围，必须根据电梯安装使

29、用地点、乘载对象进行认真选择，才能最大限度地发挥电梯的使用效益。电气控制系统决定电梯的性能、自动化程度和运行可靠性。随着科技的发展，电气控制系统发展迅速。继电器控制系统的电梯故障率高，大大降低了电梯的运行可靠性和安全性，所以基本上已经被淘汰。而plc以其体积小、功能强、故障率低、寿命长、噪声低、维护保养简便、修改逻辑灵活、程序容易编制，易联成控制网络等诸多优点得到了广泛的应用。2.3 电梯控制系统控制方式的分析在电梯的电气系统中，逻辑判断起着主要的作用，其控制系统必须起动各种控制信号和执行元件（如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子器件等），要达到这些控制目的，有三种系统：

30、继电器接触器控制系统，微机控制系统，plc控制系统。2.3.1 继电器接触器控制系统这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。1）电梯继电器控制系统的优点 a、所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。 b、系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。 c、大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。 2）电梯继电器控制系统存在的问题 a、系统触点繁多、接线复杂，且触点易烧坏磨损，因而故障率较高。 b、普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。 c、电磁机构及触

31、点动作速度慢，机械和电磁惯性大，控制精度难提高。 d、系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。 e、保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。2.3.2 微机控制系统电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成，而是通过程序存贮器中的程序来完成的控制系统。因此对于有不同功能要求的电梯控制系统，只要改变程序存贮器中的程序指令即可，而无需变更或增减硬件系统的元件或布线。因此，十分方便于使用和管理，并提高系

32、统的可靠性，减小控制系统体积，降低了能耗及其维修保养费用。虽然微机控制的电梯，与继电器控制的电梯比较，它具有较大的优越性。但是，对一般的电梯而言，应用微机控制也有其局限性和不足之处。其缺点是：微型计算机是按数字运算的需要而设计的，功能比较齐全，结构比较复杂；而一般的电梯控制只需要进行简单的逻辑运算，运算方式多为“与”、“或”、“非”几种，运算位数只需1位，即“1”与“0”。因此，使用微机就有“大材小用”之嫌。此外，微机的接口电路没有标准件，而且一般不控制强电。但在电梯控制中，往往要求能直接控制110v或220v的用电设备，如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。综上所述，造成用微机控制的成本、

33、运行和维修费用均较高，因此，如在一般的电梯上使用微机控制在经济上不合算。2.3.3 plc控制系统可编程序控制器（plc）是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。plc与普通微机一样，以通用或专用cpu作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，另外还有位处理器(布尔处理器)，进行点(位)运算与控制。plc控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强的特点。 1)可靠性。对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。 a、 plc无需太多活动元件和接线电子元件，接线减少，系统的维修简单，维修时间短。 b、plc采用可靠性设计的方法进行设计，如冗余设计，断

34、电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性提高。 c、plc编程简单，操作方便，易维修等特点，不易发生操作的错误。 d、plc采用精简化的编程语言，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。 e、plc的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护等。 f、plc的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波；软件自诊断；简化编程语言等。 2）易操作性。plc的易操作性表现在下列几个方面: a、 操作方便。对plc的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数plc采用编程器进行输入和更

35、改的操作。对大中型的plc，编程器采用了crt屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或crt上显示。 b、编程方便。plc有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程。 c、 维修方便。plc具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，可以很快找到故障部位，易维修。 3)灵活性。plc的灵活性表现在以下几个方面： a 、编程的灵活性。plc采用的

36、编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。 b、扩展的灵活性。plc的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。 c、操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。6河南城建学院本科毕业设计（论文） 第三章 可编程序控制器（plc）概述第三章 可编程序控制器（plc）概述3.1 可编程序控制器的定义、工作原理及编程语言3.1.1 可编程序控制器的定义可编程控制器，英文称programmable controller,简称pc。plc是一种专门为在工业环境

37、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。可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。其在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一。3.1.2 可编程序控制器（plc）的工作原理plc是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在plc运行时，cpu根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作

38、周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。plc的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。plc在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。plc在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的

39、执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。3.1.3 可编程序控制器的编程语言可编程序控制器的编程语言有梯形图语言、助记符语言、功能块图和功能表图及某些高级语言等。其中前两种语言用得较多，功能图语言也在许多场合被采用。本设计中所采用的编程语言为梯形图语言。3.2 可编程序控制器（plc）的组成及各个部分的功能3.2.1 可编程序控制器（plc）的组成可编程序控制器plc的主机是由中央微处理器（简称cpu），存储器（包括系统程序存储器和用户程序存储器），输入/输出（i

40、nput/output）单元，外设i/o接口、i/o通道接口、编程器及电源等部分组成。plc各个部分或模块之间均通过总线进行信息交换。总线根据其功能的不同可以分为电源总线、控制总线、地址总线和数据总线。根据实际应用中的工艺要求，配备不同的外部设备，可构成不同控制功能的plc控制系统。常见的外部设备通常有编程器、盒式磁带机、打印机、eprom写入器等。plc也可以通过通信接口或通信模块实现plc与plc之间、plc与上位机之间的数据通信，构成plc工业控制局域网或集散型控制系统。可编程序控制器plc系统结构如图3.1所示：图3.1 plc系统结构图3.2.2 可编程序控制器（plc）各部分功能1

41、）中央处理单元中央处理单元（cpu）是plc的运算和控制中枢，其性能决定了plc的性能。它是由控制器，运算器和寄存器组成，这些电路都集中在一块芯片上，通过地址总线，数据总线，控制总线，与存储器的输入，输出接口电路相连。它按照plc系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、i/o以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当plc投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入i/o映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入i/o映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行

42、完毕之后，最后将i/o映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。主要任务：处理和运行用户程序，进行逻辑和数学运算，控制整个系统，使之协调的工作。2）存储器存储器是具有记忆功能的半导体电路，由存储体、地址译码电路、读写控制电路、数据寄存器组成。plc存储器可分为系统程序存储器和用户程序存储器。主要作用：存放系统程序，用户程序，逻辑变量和其它一些信息。3）输入/输出模块：输入单元通过plc的输入端子把来自现场设备的控制信号转换成cpu可以接受的数字信号。根据不同类型的输入信号，其类型可分为3种：直流输入，交流输入，交直流输入。主要作用：接收主令元件，检

43、测元件传来的信号。输出单元是把cpu输出的数字信号转化为现场设备需用的，能驱动各种控制设备的控制信号，进而驱动执行机构动作。根据不同类型的输出负载，其类型有3种：继电器输出，晶体管输出，晶闸管输出。主要作用：将中央处理器送出的弱电信号转换成现场需要的电平信号，驱动被控设备的执行元件。plc输入/输出接口均采用光电耦合隔离或继电器隔离电路， 使工业现场设备的输入/输出信号与plc之间没有直接的电路连接，减少现场电磁信号对plc的影响，提高plc的抗干扰能力。4）电源可编程序控制器内部有一稳压电源，用来把供电电源转换成满足plc的各内部电路（如cpu、存储器、i/o接口等）工作需要的直流电源。主要

44、作用：将交流电转换成plc内部所需的直流电源。常见类型：目前大部分plc采用开关式稳压电源供电。3.3 可编程序控制器（plc）的发展趋势长期以来，plc始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用，但plc技术发展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业pc所带来的冲击，plc制造商已经开始注视基于工业pc控制技术所带来的强大冲击。有专家甚至认为，新商务活动所带来的新技术和开放技术规范将会埋葬传统plc。大多数人认为，plc将会继续失去市场份额；更有甚者认为，在工业pc面前，plc将会一步一步走向死亡。而pl

45、c制造商则认为，虽然在工业现场安装有大量的plc控制设备，但他们仍然需要联合工控软件公司，以便开发他们自己的基于工业pc的过程控制软件。面对种种预计，我认为plc需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。plc技术将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业pc的控制系统。在全球工业计算机控制领域，开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议已经发生巨大变革，几乎到处都有plc，但这种趋势也许不会继续发展下去。随着软plc(softplc)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，使传统plc供应商在思想上已经发生了变化，他们必须面对现实，在传统plc的技术发展

46、与提高方面作出更加开放的高姿态。对于控制软件来讲，这是plc控制器的核心，plc供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件，而且对于工业用户表现得非常积极。此外，开放式通信网络技术也得到了突破，其结果是将plc融入更加开放的工业控制行业。引自“plc的发展趋势”作者：汪人智 单位：重庆工业自动化仪表研究所工程师河南城建学院本科毕业设计（论文） 第四章 电梯控制系统硬件设计和软件设计第四章 电梯控制系统硬件设计和软件设计电梯系统是一个庞大的系统，作为机电一体化的典范，其涉及的知识面很宽。电梯又同人的生命枚关，为了保证安全，不得不增加各种附属装置以提高电梯的安全性，导致电梯控制系统结构相当复

47、杂。另外，随着电梯技术的发展和人民生活水平的提高，人们对电梯的要求不断提高，这样不得不增加控制系统的复杂性，以满足人们的需要。电梯控制系统框图如下：图4.1 电梯控制系统框图由上图可以看到，电梯控制系统主要由电梯电力拖动控制系统（调速控制变频器系统）和电梯电气控制系统构成。电梯电力拖动系统部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要的影响，而电气控制部分是电梯安全可靠运行的关键。4.1 电梯电力拖动控制系统电梯在起动过程中为了限制起动电流，减小起动的加速度，改善乘客乘坐的舒适感和防止对机件的冲击，一般在定子电路中串入电抗、电阻或电抗与电阻的组合体进行降压起动。随着速度的提高，逐级将电阻或电抗器短

48、接切除，使电梯逐步加速，最后进入稳速运行。而本次电梯控制系统的设计我采用变频器来实现对电动机的控制和产生电梯运行时序，保证电梯按照速度给定曲线运行，实现无级变速。4.1.1 变频调速原理由电机学原理可知三相异步电动机的转速可由下式表示： 4.1式中：为电机的电源频率，为电动机定子绕组的极对数，为转差率从上式4.1可看出，在极对数p和转差率不变的情况下，转速n与电机电源的频率成正比，改变电动机的频率就可以改变电动机的转速，从而实现电梯的零速起动。4.1.2 变频电梯系统运行原理电力电网送来的380v动力电源变为可控的直流电，经变频器转变为可调的频率可变的变频变压三相正弦交流电，驱动电动机平稳运行

49、。若配置交流变频曳引机效果更佳，成本亦低。当电梯检修时，plc向变频器发出方向和检修运行信号，系统按预先编好的速度指令使电梯轿厢作上、下慢速运行。变频器内部带电流反馈和速度反馈。电梯的速度总是跟随理想曲线的变化而变化的。4.1.3 变频器组成、工作原理及类型1）变频器组成及工作原理变频器通常由主电路、控制电路和保护电路组成。主电路如图4.2所示。主电路包括整流器、逆变器和中间直流环节。图4.2 变频器主电路图其整流电路采用的是不可控的二极管整流电路，而变频器的输出频率和输出电压均由逆变器按pwm方式来完成。利用参考电压波与载频三角波互相比较来决定开关器件的导通时间，从而实现调压。逆变器又称负载

50、变流器，最常见的结构形式是利用6个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。有规律的控制逆变器中的主开关器件的通与断，可以得到任意频率的三相交流电输出。中间直流环节。由于逆变器的负载是异步电动机，属于感性负载，故在中间直流环节和电动机之间总会有无功功率的交换。此无功功率要靠中间直流环节的储能元件（电容或电抗）来缓冲，故又称中间直流环节为中间直流储能环节。2）变频器的类型按电源的性质来分：电压型变频器，电流型变频器按输出电压调节方式分：pam方式，pwm方式，高载波变频率pwm方式按控制方式分：u/f控制，转差频率控制，矢量控制按电压等级分：低压变频器，高压大容量变频器按用途分：通用变频器，高性能

51、专用变频器，高频变频器，小型变频器4.1.4 变频器机型选择随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。目前，为电梯控制而设计的专用变频器早已问世，其功能较强，使用灵活，但其价格相对较贵。因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器安川vs-616g5型全数字变频器，通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果。电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，它的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容，此外电梯节约用电也日益受到重视。综合考虑各种因素，本设计选用安川vs-616g5型全数字变

52、频器，它具有转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。vs616-g5型变频器是安川电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器。这种变频器不仅考虑了v/f控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速范围。vs-616g5变频器的标准规格：表41 616g5型变频器的标准规格电压220v400v容量范围1.2110kva1.4460kva电源电压频率200v： 三相 200v/208v/220v400v： 三相380v/400v/415v/440v/460v电压允许变动+10% -15%频率允许变动士5%控制特性控制方式正弦波pwm控制，v/f控制无传感器矢量控制(无pg)，带传感器矢量控制(带pg)带传感器v/f控制(用参数切换)启动转矩150%/1 hz(无pg) i50%/0 r/min(带pg)速度控制范围1:100(无pg) 1:1000(带pg)速度控制精度士0.2%(无pg) 0.02%(带pg)速度响应5hz(无pg) 30hz(带pg)转