毕业论文-基于PLC的五层电梯控制系统制作.doc

南昌航空大学科技学院2014届学士学位论文目录1引言2台达DVP-EH系列可编程控制器介绍2.1 可编程控制器的基础认识22.2 PLC 的编程语言23立体车库系统硬件设计3.1 硬件系统总体设计33.2 PLC控制模块的设计53.3 变频器模块的设计53.4 触摸屏模块的设计74电梯系统软件方面的设计4.1 ISPSoft 2.04 的介绍104.2 编程语言介绍104.3 PLC程序115电梯模拟调试及安装5.1 电梯模拟调试135.2 电梯安装调试135.3 程序的调试与运行监控146结论参考文献18致 谢18附录120附录224基于PLC的五层电梯的控制系统制作1 引言近年来我国的经济发展迅速，人民生活的水平提高，工作居住条件得到了巨大的提升。电梯作为建筑物内的垂直交通运输工具，与人们的生活息息相关。传统的电梯采用接触器来控制电动机的工作状态，另外，传统的电梯控制系统由继电器接触器控制逻辑组成，存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，可靠性差和工作寿命短等缺陷。可编程控制器是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的电子装置。鉴于各种优点，目前，大部分电梯的控制方式都是 PLC 控制。同时，由于变频调速技术的发展，现在电梯的拖动方式已由原来直流调速慢慢过渡到了交流变频调速，这样不仅能满足乘客的舒适感，还可以降低能耗，减小运行费用。因此，现在电梯都为 PLC 控制技术加变频调速已成为现代电梯行列。本课题的研究题目“基于 PLC的电梯控制系统的制作”做诠释如下 PLC 控制是指电梯的运行是由 PLC 及其软件来实现，控制系统的核心为 PLC。其次课题开发的主要任务和内容是：建立“PLC 控制的电梯系统”的总体框架；信号控制系统利用 PLC 集中处理电梯运行方式、向内信号、厢外信号、井道信号、开关门信号、开关门及限位信号等信号，并显示电梯所到楼层、运行方向，实现开关门控制；拖动控制系统中曳引机的启动、运行、制动停止，包括正反转信号及多种速度信号，经 PLC 运算、判断后通过电机来实现。达到的要求是：通过深入的理论研究和编程实践，全面认真的完成上述几个内容。本课题的核心问题有两个：一是运行效率、平层精度和安全性的要求；二是 PLC 实现电梯信号控制及其软件开发。对于第一个问题，通过选择合适的PLC，进行合理的设计和编程便可以实现。本人选择的PLC是台达公司的 DVP-EH 型可编程控制器。第二个问题，根据电梯所要实现的功能以及 PLC 的顺序执行程序的特点，编写 PLC 程序主要是采取模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则编写各个功能模块来实现。方案选择是通过多种方案的比较和对照，完成电梯控制系统中控制方法的选择。2 台达DVP-EH系列可编程控制器介绍2.1可编程控制器的基础认识 台达DVP-EH 系列 PLC 的主要特点：1)集成型高性能。CPU、电源、输入输出三为一体。 2)安全、宽裕的存储器规格 内置RAM存贮器 3)丰富的软元件范围 辅助继电器：4100点，定时器：260点，计数：260点 数据寄存器；9999点 为大量实际应用而开发的特殊功能： 开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要-模拟IO，高速计数器。对每一个DVP-EH主单元可配置特殊功能模块。 PLC的分类通常，PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。按结构形式不同, 可以分为整体式和模块式两类。按控制规模大小、则可以分为小型、中型和大型PLC三种类型。2.2 PLC 的编程语言PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。其中前两种语言用得较多，顺序功能图语言也在许多场合被采用。本设计所采用的编程语言为梯形图语言。3 立体车库系统硬件设计3.1 硬件系统总体设计3.1.1 电梯的基本结构图3-1 电梯的装置示意图（1）牵引电动机 齿轮牵引机为电梯的提升机构。主要由驱动电动机，电磁制动器（也称电器包闸），减速器牵引轮组成。（2）自动门机 用来完成电梯的开门与关门。电梯的门分为厅门（每层站一个）与轿门（只有一个）。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动轿门，轿门带动厅门完成）；也只有当厅门，轿门全部关闭后才允许启动运行。（3）层楼指示灯 层楼指示灯也叫层显，安装在每层站厅门的上方和轿厢内轿门的上方，用以指示电梯的运行方向及电梯所处的位置。过去常由低压灯泡构成，现多由LED组成，且与呼梯盒做成一体结构。（4）操纵箱 操纵箱安装在轿厢内，供乘客对电梯发布动作命令。其上面设有与电梯层站数相同的内选层按钮。在本次设计中我们用触摸屏上的按键来代替传统按钮。（5）轿厢位置检测装置（选层器），它检测电梯轿厢运行状态，所处位置，及时向控制系统发出所需要的信号。其主要功能是：根据登记的内选与外呼信号和轿厢的位置关系，确定运行方向；当电梯将要到达所需楼层的前两层时，给曳引电动机减速信号，使其换速；当停车后，发出信号以消去已应答的选层、呼梯信号，并指示轿厢当前位置，选层器种类较多，通常分为三大类，即机械选层器、继电器选层器和微机选层器。其中机械选层器与继电器选层器将随着继电器控制电梯的逐步淘汰而淘汰。位置检测方法用干簧管磁感应器或其它位置开关。这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用 PLC 太多的输入点。3.1.2 输入输出设计为了便于对电梯的工作原理及PLC系统进行分析，现列出电梯所用电器元件表元件符号名称及作用元件符号 名称及作用KM1电梯升降接触器SB11楼上按钮KM2开门电机接触器SB22楼下按钮KM3关门电机接触器SB32楼上按钮1KA电梯上升继电器SB43楼下按钮2KA电梯下降继电器SB53楼上按钮3KA电梯低速继电器SB64楼下按钮4KA电梯高速继电器SB74楼上按钮5KA开门继电器SB85楼下按钮6KA关门继电器HL11楼上指示灯SQ1开门到位开关HL22楼下指示灯SQ2关门到位开关HL32楼上指示灯1KR1楼到位开关HL43楼下指示灯2KR2楼到位开关HL53楼上指示灯3KR3楼到位开关HL64楼下指示灯4KR4楼到位开关HL74楼上指示灯5KR5楼到位开关HL85楼下指示灯表3-1 电梯电器元件表3.2 PLC控制模块的设计3.2.1 可编程控制器的选型考虑到本次设计的电梯系统有五层，且开关量居多，模拟量较少；对于开关量控制为主的系统而言，一般PLC的响应速度足以满足控制的要求，在小型PLC中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，综合考虑后，系统选择了台达公司生产的 DVP-EH系列 PLC。DVP-EH系统 PLC 具有以下几方面的优点：1）DVP-EH配置灵活，除主机单元外，还可扩展 I/O 模块，A/D 模块，D/A模块和其它特殊功能模块。2）DVP-EH指令功能丰富，且指令执行速度快。3）DVP-EH可用内部辅助继电器 M，状态继电器 S，定时器 T，寄存器 D，计数器 C 的功能和数量满足了系统控制要求的需要。4）DVP-EH的编程使用台达公司的专用编程软件包ISPSof来进行，也可以使用WPLSoft来进行编程。编程语言可用梯形图或指令表。尤其是可用 PC 机对系统实时进行监控。为调试和维护提供了极大的方便。3.2.2 I/O口分配表 电梯I/O分配表输入口 名称输出口 名称输出口 名称X0重力检测X133楼下按钮Y6蜂鸣器X1开门到位信号X143楼上按钮Y101楼上指示灯X2关门到位信号X154楼下按钮Y112楼下指示灯X31楼到位信号X164楼上按钮Y122楼上指示灯X42楼到位信号X175楼下按钮Y133楼下指示灯X53楼到位信号Y0正转或停止Y143楼上指示灯X64楼到位信号Y1反转或停止Y154楼下指示灯X75楼到位信号Y21段速Y164楼上指示灯X101楼上按钮Y32段速Y175楼下指示灯X112楼下按钮Y4开门X122楼上按钮Y5关门表3-2 PLC I/O分配表3.3 变频器模块的设计通过PLC来控制变频器VFD007E21A端子的闭合与断开来控制电梯的正反转及调速。图3-1变频器的端口图本设计采用台达VFD007E21A变频器对电梯调速控制。端子功能说明出厂设定(NPN 模式)MI1正转运转-停止指令MI1-DCM导通(ON)表示正转运转；断路(OFF) 表示减速停止MI2反转运转-停止指令MI2-DCM导通(ON) 表示反转运转；断路(OFF) 表示减速停止端子功能说明出厂设定(NPN 模式)MI3多功能输入选择三MI3MI6功能选择可参考参数04.0504.08多功能输入选择导通时(ON)时，动作电流为16mA；断路时(OFF)，容许漏电流为10AMI4多功能输入选择四MI5多功能输入选择五MI6多功能输入选择六+24V数字控制信号的共同端(Source)+24V 20mADCM数字控制信号的共同端(Sink)多功能输入端子的共同端子表3-3 变频器控制回路端子说明3.3.1 变频器模块通过改变变频器参数来改变电梯的升降速度。从而达到平稳停止的运动的过程。参数代码参数功能设定值04.05 多功能输入指令三(MI3)104.06 多功能输入指令四(MI4)204.07 多功能输入指令五(MI5)004.08 多功能输入指令六(MI6)005.00 第一段速频率设定20HZ05.01第二段速频率设定50Hz表3-4 变频器参数3.4 触摸屏模块的设计电梯厢内部才用触摸屏显示和控制。这样能很好的显示电梯的运行状态。让用户很好的感受电梯的快捷。采用触摸屏也能省去很多歌I/O点，减少电气接线。而且有助于电梯升降改造，维护也相对方便许多。本系统采用的是台达B系列的人机界面，其强大的控制器支援性，支持多种厂牌的控制器，不需额外开发通信程式，大幅度节省系统设计；除了标准串口列通讯界面（RS485/RS232/RS422）外，DOP-B人机还支援USB、乙太网络、音效、SD卡界面，可满足各种不同应用的需求。选用B系列的型号是DOP-B07S515。图3-2触摸屏面板正反面 图3-3触摸屏界面设计输入电源为DC24V，使用触摸屏时，请勿以尖锐物品碰触面板，否则可能导致面板凹陷，进而使人机界面无法正常运作。由于人机界面没有电源开关，为避免触电意外，请勿在开启电源情况下改变配线。3.5 电气原理图的设计电气线路原理图见附录1。4 电梯系统软件方面的设计4.1 ISPSoft 2.04 的介绍ISPSoft 为台达新一代的可编程控制器（PLC）开发工具。采用IEC 61131-3 的编程架构，支持五种编程语言以及丰富的应用指令集。除了具备基本的程序编辑功能之外，ISPSoft 还包含了许多的辅助工具，加上多语系的环境与亲切的使用界面，提供给用户的将会是一个便利且高效的开发环境。4.1.1 ISPSoft 2.04的特点采用国际标准 IEC 61131-3 的编程架构，并内建丰富的应用指令集。支持五种语言，包括梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、指令列表（IL）以及结构化语言（ST），且在一个项目中并不限定只可使用一种语言。包含繁体中文、简体中文、英文等多语系支持。提供便利的查找/替换功能，其范围可选择在目前的工作窗口或是包含整个项目。开放用户自订的操作环境设置。项目管理采用清晰且易于操作的Windows 阶层树状操作接口。支持项目群组的管理架构，可在同一的项目群组中，进行多个机种的项目开发。提供许多的便利功能，如批注、书签、程序区段使能/失效、装置与符号管理、仿真器等。支持多种联机操作，如在线监控、在线编辑、符号表监控、除错模式、PLC 操作/设置等。支持多种项目对象的导入/导出功能可直接开启WPLSoft 的文件（*.dvp），并将其转换另存为ISPSoft 格式的文件（*.isp）。提供多种密码及数据保护机制 支持新一代的通讯管理员COMMGR。支持台达新一代的AH500 中型系统。内建多种组态管理工具。硬件规划工具（HWCONFIG）：用于对系统上的硬件架构进行组态与参数管理。网络规划工具（NWCONFIG）：用于管理及配置PLC 系统的网络架构与数据交换机制。记忆卡工具（CARD Utility）：透过管理向导与记忆卡的操作，可对系统进行备份与还原。4.2 编程语言介绍PLC的控制功能是由程序实现的。目前PLC常用的编程语言有：梯形图语言、助记符（指令表）语言、功能图语言、顺序功能图语言、高级编程语言等，这里仅作简单介绍。梯形图是使用最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图语言形象直观，类似电气控制系统中继电器控制电路图。逻辑关系明显，电气技术人员容易接受。ISPSoft 2.04 为用户提供了梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、指令列表（IL）、以及结构化语言（ST）五种编程语言。本系统的编程采用了梯形图的形式。4.3 PLC程序4.3.1 PLC程序的设计主程序流程框图4-1 主程序流程图4.3.2 程序中相关中间继电器的说明输入口 名称输出口 名称M2开门程序启动T0开门延时开M4关门程序启动T2自动关门延时M10电梯内1楼按钮T4关门延时开M11电梯内2楼按钮D0当前位置M12电梯内3楼按钮D2目标位置M13电梯内4楼按钮D4下一目标位置M14电梯内5楼按钮D6差值M15电梯开门M22关门程序结M16电梯关门M23门已关标志M30电梯内1楼灯M59上电到1楼M31电梯内2楼灯M100开门允许M32电梯内3楼灯表4-1 程序中相关中间继电器说明程序见附录2。5 电梯模拟调试及安装电梯 PLC 程序应在未带载情况下模拟调试好，在接触器等输出状态正确后，再将电机接上，模拟调试完成后，则进行现场安装，并进行运行调试，确定参数，完善程序，最后交付运行使用。5.1 电梯模拟调试由于客观条件的限制，软硬件开发只能在实验室对电梯程序进行模拟调试。实际输入信号及反馈信号用按钮或开关模拟，输出不用接负载，先观察PLC输出端的指示灯，模拟调试时，按电梯的运行条件，依次设置输入信号，并观察输出正确与否，同时可通过编程器监控内部各点状态，在输入端接上手动按钮而在 PLC 的输出指示灯上看输出，输入信号完全靠手动来控制。如按下 X17是五层下按钮，如此时电梯不在五层，则对应输出指示灯亮，然后依次通过手动来控制接近开关按钮，到第五层时输出指示灯灭，其它层楼的运行模拟调试同理。5.2 电梯安装调试安装调试过程是一个比较复杂且耗时间的过程，首先要确定器件型号，选择器件型号除了要考虑机械设备、电压、电流外，还要考虑经济实用及美观问题 。所有的器件都备好后，接下来就是安装，主电路及 PLC 都装在控制柜内，这就要考虑互相干扰的问题，按钮、指示灯或数码显示也按照同样原则接线，所有的元器件都按照一定的编号安装好后，确保无误后，就可以调试了，由于调试过程中，输入输出点比较多，且完成一个动作所涉及的开关、按钮、输出显示也比较多，所以这里不一一说明，只对动作中一部分加以说明。(1) 单指令运行调试这是一种最简单的调试方法，检查所设计的程序在完成其最简单的控制功能时是否会发生错误。若各种调试无错误，则再用复杂的方法进行调试。单指令运行调试的具体内容如下：假定电梯的轿厢在一楼，一层指示灯发光，此时按下5楼的内指令按钮，5楼内指令显示亮，电梯关门后，开始上行，当轿厢上升到5楼后，5楼指令显示消除。(2) 单层运行调试单指令运行调试之后，再下来就是单层调试，以确保程序再多条指令运行时的正确性。此种调试是让电梯单方向运行于 n 层，譬如，电梯轿厢原先在二层，如此时三楼和四楼有向上外呼，三楼和四楼外呼指示灯亮，此时按下关门按钮，则轿厢往上运行，到三楼时经过比较发出平层信号，轿厢停层响应呼梯，三楼外呼指示灯灭，延时5 秒后，轿厢继续向上运行，到四楼时经过比较发出平层信号，轿厢停层响应呼梯，并消除登记信号。(3) 复杂运行调试此种调试是在呼梯也就是无规律呼梯时看电梯的运行。这种调试最容易发现一些潜在的开始不易发现的问题。鉴于这种调试比较复杂，在这里不再举例。5.3 程序的调试与运行监控程序的调试及运行监控是程序开发的重要环节，没有程序一经编程完成后就是可行的，只有经过仿真及现场运行时才能发现程序中的错误并且进行修改。ISPSoft 2.04具有监控功能，可用于程序的调试及监控。下图为程序部分的仿真监控。其中5-1电梯在一楼时厢外2楼上按钮按下，电梯1段速上升。5-2是电梯到达二楼1秒后电梯开门。5-3为电梯开门到位开门动作停止。5-4为6秒后自动关门。6 结论这次对电梯控制系统的设计让我更多的了解到了电梯工艺的发展前景，让我认识到用PLC来设计控制系统的使用价值。同时整个设计使我对专业知识有了进一步的提高，是对我专业综合能力的又一次练习。在整个系统的设计中PLC的编程是整个设计最主要的一部分，我的编程是采用梯形图编程语言，所有的编写步骤和编写要点是严格按照设计要求来完成的，而且我编写程序之前对电梯的工作流程以及变频器的使用和人机界面的设计做了详细的分析，每个步骤考虑都很严密，所以总的来说，这个系统的设计还是比较好的。但是在编写的过程中我还是遇到了很多问题，比如说在电梯工艺设计上和人机界面的配合使用编程，这在实际生产中有着无可比拟的重要性，而我恰恰在定时的设置上遇见了问题，而且在编写过程中有一些小的细节我也没有考虑的足够细致，同时控制面板的布局也是参考了台达代售商的控制柜的布局才完成我的控制面板的布局，面板布局强调简洁明了。最终，在通过各方面的努力下，该电梯控制系统的设计基本完成，在设计当中我充分考虑到了操作的方便性，工艺的简单性。在设计当中的基本参考资料是基于各种参考书目和教材，再通过各种途径获取更详细的资料设计该控制系统的。当然，指导老师的督促和对我这个毕业设计的方案也给了很多意见和帮助，这对我能按时按要求完成整个系统的设计