PLC与自动扶梯.doc

前言随着微处理器，计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛地应用几乎所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场要求做出迅速的反应，生产出小批量，多品种，多规格，低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动化生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称为PLC,它的应用面广，功能强大，使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一，在工业生产的所以领域得到了广泛的使用。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如在自动扶梯控制系统的应用也得到了迅速的发展。第一章 S7-200型PLC理论及应用1.1 S7-200型PLC系统构成输 入 模 块CPU 模块通信接口输 出 模 块接 口 模 块电 源 模 块机 架接触器电磁阀指示灯电源按钮选择开关限位开关电源PLC控制系统示意图PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还能与其他计算机通信联网的功能；主要由CPU，输入模块，输出模块和编程器组成。l CPU模块：主要由处理器（CPU芯片）和存储器组成；不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输入。l I/O模块：输入(Input)模块和输出(Output)模块的简称，主要是传递信号，还有电平转换与隔离的作用。l 编程器：是用来生成用户程序，并用它来编辑，检查，修改用户程序，监控用户程序的执行情况。l 电源：PLC使用AC 220V电源和DV 24V电源。1.2 PLC的指令系统（一） 位逻辑指令(1)触电与线圈指令l 在语句表中，用A(AND,与)指令来表示常开触点或电路的串联。用O(OR,或)指令来表示常开触点或电路的并联。l 在语句表中，用AN(AND NOT,与非)来表示串联的常闭触点，用ON(OR NOT,或非)来表示并联的常闭触点。l 赋值指令用“=”将逻辑运算结果RLO写入地址位，赋值指令是与输出线圈相应的。（2）取反指令与异或和同或指令l 取反指令换句话说，能流到达该触点时即停止流动；若能流未到达该触点，该触点给右侧供给能流。l 异或指令的助记符为X，同或指令的助记符为XN。（二）定时器与计数器指令l 接通延时定时器定时器计数器的当前值设定值均为16位有符号整数（INT）,允许的最大值为32767。接通延时定时器（）的使能输入端（）的输入电路接通时开始定时。接通定时器定时器有，和三种分辨率。l 断开延时定时器指令接在断开延时定时器（）输入端的输入电路接通时，定时器位为，当前值被清零，输入电路断开后，开始定时，当前值从开始增大。l 保持型接通延时定时器保持型接通延时定时器（）的输入电路接通时，开始定时。当前值大于等于端指定的设定值时，定时器位变为。达到设定值后，当前值仍然继续计数，直到最大值。l 计数器指令（） 加计数器（）：当接在输入端的复位输入电路断开时接在输入端的加计数脉冲输入电路由断开变为接通（即在信号的上升沿），计数器的当前值加，直至计数器最大值.（） 减计数器（）：在减计数（）脉冲输入信号的上升沿（从到），从设定值开始，计数器的当前值减，减至时，停止计数，计数器置.（） 加减计数器（）：在加减计数输入脉冲的上升沿，计数器的当前值加，在减计数器输入脉冲的上升沿，计数器的当前值减，当前值大于等于设定值（）时计数器为被置位。.编程方式顺序功能图梯形图功能块图结构文本指令表的编辑语言l 顺序功能图（）：是一种提供了组织程序的梯形方法，以步，转换和动作三种主要元件为主。l 梯形图（）：由触点，线圈和用方框表示的功能块组成。l 功能块图（）：时是一种类似于数字逻辑电路的编程语言。l 语句表：是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成指令表程序或语句表程序。l 结构文本（）：是一种专用的高级编程语言。.的应用l 数字量逻辑控制l 运动控制l 闭环过程控制l 数据处理l 通信联网第二章 自动扶梯的概述.自动扶梯的结构l 梯级包括梯级踏板，梯级踢板，梯级主轮，梯级支架，梯级支承板，梯级主轴。l 曳引链：自动扶梯的曳引链式传递牵引力的主要结构，一般采用套筒滚子链的结构，也有采用齿条式结构的。l 驱动装置：是整个扶梯的动力源，也是主要振动的噪声源，它的性能直接影响扶梯的性能。它包括电动机，减速器，中间传动件，制动器，驱动链轮及驱动链条几个部分。l 梯路导轨系统；包括主辅轮的全部导轨，反轨以及相应的支撑物等。l 扶手装置由护壁板，围裙板，内，外盖板，斜角盖板，扶手带及传动系统等组成自动扶梯的发展与特点（）自动扶梯是由继电器自动扶梯系统开始的，继电器系统结构简单采用接触器，继电器和行程开关组成。经过一定的发展年，美国数字设备公司首先研制成功第一台，自动扶梯也开始了控制阶段，到了世纪微电子的发展，单片机的产生，人们开始了单片机控制自动扶梯的时代。（）自动扶梯的分类l 按曳引链的型号分：链条式和齿条式。l 按梯级宽度分：双人梯，单人梯和单人梯。l 按扶手护壁型分：全透明，半透明，不透明。l 按扶手照明分：有照明和无照明。l 按提升高度分：小高度，中高度，大高度以上。l 按倾斜角度分：度，度，度。l 按运行速度分：当倾斜角度而度时，不超过/。l 按设置方法分：单台型，单列型，单列重叠型，并列型，交叉型。第三章 自动扶梯控制系统及分析自动扶梯继电器控制系统（）主电路主电路图l 由空气断路器，相序继电器，热继电器，上，下接触器的主接触点，及“星三角”变换接触器主接触点，拖动电动机，制动电动机（或失电制动器），润滑电动机组成。l 该电路在控制电路的作用下完成起动，自动，停止，及“星三角”变换，上行，下行，润滑等功能。同时具有短路，漏电，错相，断路，过电流保护功能。（2）控制电路继电器式自动扶梯控制系统的控制电路图控制电路在工作状态时，它由分别设置自动扶梯上部和下部的起动，停止按钮SA3,SA4和三位置开关STP1,和STP2控制自动扶梯的上，下行运动和停止。当三位置开关SA3旋向上行位置时，KA3导通并且自锁，同时切断KA4电源。上行接触器KM1导通，扶梯作上行运动，同时切断KM2电源，实现上行，下行电气联锁。当三位置开关SA3旋向下行位置时，KA4导通并且自锁，同时切断KA3电源。下行接触器KM2导通，扶梯作下行运动，同时切断KM1电源，实现上行，下行电气联锁。3.2电子式自动扶梯控制系统（1）电子式控制系统的概述电子式自动扶梯控制系统式根据自动扶梯的性能要开关整流滤波变压M2润滑拖动接触器保护稳压抱闸检测故障检测光藕逻辑输出告警辅出故障显示继电器控制求进行设计的，它的结构如图该控制系统，能对电动机的起动，停止，正传，反转，及“星三角”变换进行全面的控制和管理，对运行中发生短路，欠电压，过载，梯级异常，梯级下沉，驱动链断，曳引链断等多种故障实施高速并行处理。（2）控制原理l 组成A， 主电路B， 工作原理：起动上行起动下行起动运行上行运行下行运行停机正常停机故障停机。C， 保护电路工作原理3.3 单片机式自动扶梯控制系统（1）电路原理单片机式自动扶梯控制系统的电动机拖动部分由曳引电动机，失电自制器，制动电磁铁，上，下行接触器，星三角接触器，热保护开关，相序继电器，滤电保护开关和断路器构成。微机控制系统由控制电路板，驱动电路板，输入电路板，显示电路板，操纵盒，检修盒保护开关和电源等组成。自动扶梯控制系统（）电控原理用可编程控制器（）设计自动控制系统与选用微机控制系统是不完全相同，需要根据可编程控制器的特点进行相同设计。它与继电器控制系统也有本质的区别，硬件与软件的分开进行设计这是可编程控制器的一大特点。 不同自动扶梯控制系统分析l 继电器式：结构简单，容易掌握，但采集故障信号的速度较慢，故障检测难，控制电路电路图繁琐，不可靠，维修起来困难，并且用了大量的继电器耗电多。l 电子式：选用了可靠，灵敏度高的霍尔接近开关作为故障检测元件，但接触器，热继电器，熔断器，延时继电器，辅助触点的要求高，所以成本高且不能克服继电器式的缺点。l 单片机式：具有简单可靠的特点，但集成度高控制电路坏了不容易维修。且成本很高。l 式：具有可靠性高，抗干扰能力强；功能完善；编程简单，使用方便；控制程序可变，具有很好的柔性。第四章 式自动扶梯控制系统 电气控制原理辅助电源过电压保护主电路故障检测功能操作（）输入模块（Q）输出模块（Q2）输出模块显示功能接触器 自动扶梯PLC电控原理框图(一） 自动扶梯控制系统的输入与输出的分析（） 输出l 控制上，下行接触器的线圈电压通，断。l 控制“星三角”降压或频繁变阻降压启动。l 控制制动电动机的接触器线圈电压通，断或电磁离合器的电压通，断，实现抱闸。l 控制上，下行指示灯发光二极管，指示运行方向。l 控制4位或多位数码管显示器，显示运行时间。l 控制发光二极管或数码管的分段组合，显示故障位置。（） 输入l 上，下行信号。l 热保护信号。l 相序保护信号。l 运行方式选择信号。l 故障信号。l 停机信号。（二） PLC的选择选择机型是使用PLC的第一步。所谓系统I/O点数，就是PLC在完成系统控制功能中，所需要的全部输入信号和控制对象的个数。l 输出点数A 主回路点数是由PLC的交流220V输出模块控制上，下行接触器的线圈电压通，断，来控制电动机正，反转，实现扶梯的上，下行运转，制动和降压启动接触器各一个，工作方式也使用接触器的通断来控制，主电路与输出点数B 运行时间显示和故障显示点数：通常用数字上下运行时间所用气短数码显示器。l 输入点数A 控制点数 主要是指按钮开关的通断和相应继电器的动作以及传感器信号的有关。自动扶梯的控制信号包括上，下行运行方式转换；检修的上，空，下行；告警；停机；复位；抱闸打开信号等，共占用10个点。控制输入点数图l 检测点数A 梯级下沉（上，下）B 曳引链断(左，右)C 扶手带异速(左，右)D 驱动链断E 梯级异常F 扶手带有异物等4.2梯形图设计PLC的特点之一就是编程简单。l PLC的相应输入，输出端子的定义l 故障信号输入的设计l 自动和检测控制设计l 同步检测的设计l 及其维修的一些设计梯形图的设计4.3 PLC的特点及工作原理 PLC用于自动扶梯的控制系统具有以下优点。 1可靠性高、稳定性好。一般PLC允许的输入信号阈值比通常的微机大得多，它与外部电路经过光电隔离，具有很强的抗干扰能力，对环境条件要求也较低。一般的PLC均能承受峰值1 000V，脉冲宽度1m的矩形脉冲尖峰干扰，并有多种保护和检测功能，一旦出现故障，能使自动扶梯马上停止运行。 2编程简单、使用方便。目前PLC普遍采用继电器控制形式的梯形图编程方式，简单易学，极易被电气、自动控制专业的人员所接受。 3维护检修方便。PLC具有完善的监视诊断功能，如内工作状态、通信状态、I/O状态和异常状态等显示。扶梯的各个控制环节可以用故障代码表示，大大降低了故障修复时间。 PLC实质上是一种专用计算机，其结构形式基本与微机相同，只是为了提高其抗干扰能力和稳定性而将输入、输出部分与外界进行了隔离。使用者可以联机或脱机编程，然后将指令固化在ROM或EPROM存储器中。运行的微处理器对用户的程序作周期性循环扫描，逐条解释用户程序并加以执行。第五章 PLC在自动扶梯控制系统中的应用 5.1 PLC的控制原则 自动扶梯控制中有大量的逻辑信号需要处理，这部分工作是由PLC完成的。只有对众多的逻辑信号进行处理，并对各相关元件进行正确指挥，才能完成自动扶梯的整体控制。 根据扶梯运行的需要，PLC主要实现运行、停止、润滑、检修、逆转判断、安全回路故障判断、速度偏差判断、故障记录、状态显示等功能。所谓故障处理功能指扶梯出现安全电路、扶梯逆转、超速等故障时，能自动停梯并报警，提示专业维修人员检修，在故障未恢复之前扶梯无法再启动。例如当扶梯上行时，上部扶手带出入口开关动作，PLC对信号处理后，断开相关的输出信号，主接触器、L行接触器和下行接触器的线圈断电，扶梯停止，蜂鸣器同时鸣响一段时间，运行指示器显示相应故障代码，提示维修人员停梯的原因是上部扶手带出入口开关动作，同时把故障代码传送到监控系统，从而使维修人员能够在最短的时间内到达现场并准确排除故障，使扶梯尽快恢复运行。 5.2 PLC的工作程序电气系统组成以后，为了实现最优控制，还需精心编制PLC的控制程序。在PLC的控制程序中，需要进行处理的逻辑信号首先是安全回路检测信号，该信号用来判断扶梯安全回路是否存在故障，以及故障存在的位置，它是自动扶梯安全运行的重要保证。其次还要检测扶梯的停止、上行、下行、检修、润滑等信号。然后通过对这些输入信号的处理，给出相应的运行状态显示和报警等信号，所有这些控制信号的给出，都是PLC根据各种输入信号通过控制程序处理实现的。这些程序之间必须协调一致、判断合理，才能完成自动扶梯的整体控制。 (1)控制系统流程图根据自动扶梯所要实现的功能以及PLC顺序执行程序的特点，编写PLC程序主要是采用模块化编程思想，即根据各功能实现的条件和原则编写各个功能模块，其流程图如图所示。PLC开始运行后，首先检测自动扶梯的工作状态，并按图所示的流程顺序扫描整个程序，然后根据程序内容对扶梯进行相应的控制。 (2)程序分析由于梯形图程序是采用顺序信号与软件地址号在图形图像上做出顺序电路图的方法，这种方法用触点符号与线圈符号表示顺序电路，因而容易理解程序的内容，同时还可用电路显示的状态来进行顺序的运作监视，因此采用梯形图来分析PLC对自动扶梯的逻辑控制。下面以自动扶梯逆转故障为例加以说明。自动扶梯逆转故障信号经PLC处理后，通过PLC输出端使主接触器和上行