PLC在电梯控制中的应用

精品文档 1欢迎下载 国家职业资格全国统一鉴定国家职业资格全国统一鉴定 维修电工维修电工 职业名称 职业名称 论文论文 国家职业资格 国家职业资格 二二 级 级 论文题目 论文题目 PLCPLC 控制器在电梯设备中的应用控制器在电梯设备中的应用 姓姓 名 名 身份证号 身份证号 准考证号 准考证号 所在单位 所在单位 报考机构 报考机构 精品文档 2欢迎下载 引引 言言 如今 随着科技的进步 自动控制这一领域也得到了迅速发 展 相关科技得到了广泛普及和应用 在工业控制方面 采用微 机技术的可编程序控制器 简称 PLC 正在世界各地 各个领域 得到迅速发展 电梯 标志现代物质文明的运输工具 是机电一体化的复 杂运输设备 目前电梯的生产情况和使用数量已经成为国家现代 化城市的标志之一 随着现代化的城市的高度发展 每天都有大 量人流和物流需要运输 以上两项事实 使得 PLC 在电梯控制领域中的应用成为一种 必然的需要 本文主要论述的内容就是这一应用中的一些问题 精品文档 3欢迎下载 目目 录录 摘 要 1 第一章 PLC 简介 2 1 1 PLC 的基本概念与功能 2 1 2 PLC 的特点及结构组成 2 第二章 PLC 在电梯控制领域中的应用 3 2 1 电梯领域中 PLC 与其他控制方式的对比 3 2 2 PLC 的工作方式和原理 6 2 3 PLC 的编程语言 9 2 4 电梯自动控制方式 10 2 5 PLC 参与的电梯控制系统 11 2 6 PLC 对电梯变频电机的控制 12 2 7 PLC 用于电梯控制的梯形图 13 总 结 15 参考文献 16 精品文档 1欢迎下载 摘摘 要要 随着我国科技与经济的高速发展 电梯逐渐融入我们的日常生 活与工作当中 它不仅仅是高层建筑里的必备设施 在多层建筑里 也是不可缺少的运输工具 电梯的控制系统已由初期的继电控制向 微机控制发展 可编程控制器由于具有可靠性高 功能强大等特点 已经成为电梯微机控制系统的核心 比较先进的电梯设备控制单元 普遍采用可编程控制器 PLC 对机器进行全过程控制 整个控制系统通过 PLC 逻辑控制电路对电梯的升降 加 减 速 平层 起动 开关门等过程进行自动控制 其机构简单 运行 效率高 平层精度高 易于操作与维护 关键词 PLC 电梯设备 自动控制 精品文档 2欢迎下载 第一章第一章 PLCPLC 简介简介 1 11 1PLCPLC 的的基本概念与功能基本概念与功能 可编程控制器是计算机家族中的一员 是在继电器控制和计算 机控制的基础上开发的产品 是为工业控制应用而设计制造的以微 处理器为核心 把自动化技术 计算机技术和通讯技术融为一体的 新型工业自动控制装置 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制 器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 它主要用来代 替继电器实现逻辑控制 随着技术的发展 这种装置的功能已经大 大超过了逻辑控制的范围 还可以进行算术运算和模拟量控制等 因此 美国电器制造协会 NEMA 于 1980 年正式将这种装置命名为 可编程控制器 Programmable Controller 简称 PC 但是为了避 免与个人计算机 Personal Computer 的简称混淆 所以将可编程 控制器简称 PLC PLC 即可编程序控制器 它是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境下的应用而设计 他采用可编程序的存储器 用来 在其内部存储执行逻辑运算 时序运算 定时 计数和算数运算等 操作的指令 并通过数字的 模拟的输入和输出 控制各种类型的 机械或生产过程 PLC 在传统顺序控制器的基础上 引入了微电子技术 计算机技 术 自动控制技术和通信技术形成的新型工业控制装置 目的是取 代传统继电器 执行逻辑 计时 计数等顺序控制功能 1 21 2PLCPLC 的特点及结构组成的特点及结构组成 可编程序控制器的特点总结为如下几条 1 通用性好 PLC 是通过软件来实现控制的 同一台 PLC 可 精品文档 3欢迎下载 用于不同的控制对象 只需改变软件就可以实现不同的控制要求 2 硬件的可靠性高 环境适应性好 抗干扰能力强 3 功能强大和丰富的 I O 接口模块 既可对数字量进行控制 也可对模拟量进行控制 既可单控 又可群控 既可现场控制 又 可远距离控制 4 编程简单 使用方便 采用面向控制过程 面向问题的 自然语言 编程 容易掌握 5 安装简单 体积小 重量轻 功耗低 采用半导体集成电 路 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机 所以其硬件结构基 本上与微型计算机相同 PLC 由中央处理单元 存储器 输入单元 输出单元 电源五部分组成 其结构框图如图 图 1 1 PLC 结构简化框图 第二章第二章 PLCPLC 在电梯控制领域中的应用在电梯控制领域中的应用 2 12 1电梯领域中电梯领域中 PLCPLC 与其他控制方式的对比与其他控制方式的对比 目前 我国国产电梯大部分为继电器和 PLC 控制系统 继电器 控制系统性能不稳定 故障较多 给乘用人员的生活带来不便 因 编程器 中央处理单元 CPU 输 入 单 元 系统程序存 储器 用户程序存 储器 输 出 单 元 电 路 电源 精品文档 4欢迎下载 而传统的电梯控制系统的更新势在必行 可编程控制器在电梯控制 中得到广泛应用 电梯的可靠性在电梯的性能指标中尤为重要 电 梯的可靠性直接或间接的影响着生产力的发展 在电梯控制领域 采用 PLC 控制技术来取代传统控制方式 也 已经成为当今工业及民用领域的发展主流 PLC 在电梯控制上的应 用主要是对 PLC 技术的理解 消化 吸收的基础上 将它运用于电 梯的控制中 从而改变传统继电器接触式电梯可靠性差 接线繁琐 控制复杂的弊端使电梯的控制变得简单方便 而且经过 PLC 的控制 还可使电梯的可靠性明显提高 2 1 12 1 1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 一 电梯继电器控制系统的优点 1 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 2 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 3 大部分电器均为常用控制电器 更换方便 价格便宜 4 多年来我国一直生产这类电梯 技术成熟 已形成系列化 产品 技术资料图纸齐全 熟悉掌握的人员较多 二 电梯继电器控制系统存在的缺点 1 系统触点繁多接线线路复杂 且触点容易烧坏磨损 造成 接触不良 因而故障率较高 2 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 3 电磁机构及触点动作速度比较慢 机械和电磁惯性大 系 统控制精度难以提高 4 系统结构庞大 能耗较高 机械动作噪音大 5 由于线路复杂 易出现故障 因而保养维修工作量大 费 精品文档 5欢迎下载 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 员带来不便和惊扰 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 1 22 1 2 PLCPLC 及其在电梯控制中的应用特点及其在电梯控制中的应用特点 PLCPLC 在电梯控制领域的优势总结如下 在电梯控制领域的优势总结如下 1 编程方便 在控制功能方面 PLC 可实现各种复杂的控制 系统 方便增加或改变控制功能 PLC 采用的编程语言有梯形图 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 2 硬件的可靠性高 PLC 由于采用了微电子技术 大量的开 关动作由无触点的半导体电路来完成 另外还采用了屏蔽 滤波 隔离等抗干扰的措施 使其故障率明显下降 通过在电梯控制中采 用了 PLC 用软件实现对电梯运行的自动控制 可靠性大大提高 PLC 还具有完善的自诊断能力 检查判断故障迅速方便 因也而便 于维修 3 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 4 操作方便 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改的操作 编程器至少提供了 输入信息的显示 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 5 效率高 适应能力强 用于群控调配和管理 能提高电梯 精品文档 6欢迎下载 运行效率 另外环境适应性好 抗干扰能力强 PLC 是专为工业控 制设计的控制装置 能适应工业现场的恶劣环境 6 接线简单 去掉了选层器及大部分继电器 控制系统结构 简单 外部线路简化 PLC 的接线只需将输入信号的设备与 PLC 输 入端子连接 将接受输出信号执行控制任务的执行元件与 PLC 的输 出端子连接 因此更改控制方案时都不需改动硬件接线 7 维修方便 PLC 可进行故障自动检测报警显示 提高运行 安全性 并便于检修 当系统发生故障时 通过硬件和软件的自诊 断 维修人员可以很快的找到故障的部位 以便维修 总之 PLC 的结构紧凑 坚固耐用 又具有较强的环境适应性和较 高的抗干扰能力 因此是实现机电一体化的理想控制设备 当然 PLC 也并非十全十美 其缺点是 1 价格还比较高 一般来说 比继电器控制高 比一般的单 板机系统也高 2 工作速度较计算机慢 输出对输入的影响有滞后现象 3 在使用中 要求使用者应具有一定的计算机知识 2 22 2可编程序控制器 可编程序控制器 PLCPLC 的工作方式和原理 的工作方式和原理 PLC 有两种工作状态 即运行 RUN 状态和停止 STOP 状态 在运行状态 PLC 通过执行反映控制要求的用户程序来实现控 制功能 为了使 PLC 的输出及时地响应随时可能变化的输入信号 用户程序不是只执行一次 而是反复不断地重复执行 直到 PLC 停 机或切换到停止工作状态 PLC 的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式 在工 作状态下 执行一次下图所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期 其典型值为 1 100ms 除了执行用户程序外 在每次循环过程中 精品文档 7欢迎下载 PLC 还要完成内部处理 通信处理等工作 每一次循环的具体阶段 PLC 的工作原理与计算机的工作原理是基本一致的 他通过执 行用户程序来实现控制任务 但是 在时间上 PLC 执行的任务是 串行 与继电 接触器控制系统中任务的执行有所不同 PLC 采用 循环扫描工作方式 在程序执行过程的周期中 程序对各个过程输 入信号进行采样 对采样的信号进行运算和处理 并把结果输出到 生产过程的执行机构中 所谓 I O 刷新即对 PLC 的输入进行一次读取 将输入端各变量 的状态重新读入 PLC 中存入内部寄存器 同时将新的运算结果送到 输出端 这实际是将存入输入 输出状态的寄存器内容进行了一次 更新 故称为 I 输入 O 输出 刷新 由此可见 若输入变量在 I O 刷新期间状态发生变化 则本次 扫描期间输出端也会相应的发生变化 或者说输出队输入产生了响 应 反之 若在本次 I O 刷新之后 输入变量才发生变化 则本次 扫描输出不变 即不响应 而要到下一次扫描期间输出才会产生响 应 由于 PLC 采用循环扫描的工作方式 所以它的输出对输入的响 应速度要受扫描周期的影响 扫描周期的长短主要取决于这几个因 数 一是 CPU 执行指令的速度 二是每条指令占用的时间 三是指 令条数的多少 即程序的长短 对于慢速控制系统 响应速度常常不是主要的 故这种方式不 但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力 因为干扰常是脉冲式的 短时的 而由于系统响应较慢 常常要几个扫描周期才响应一次 而多次扫描后 瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少 故增加了 抗干扰能力 但对控制时间要求较严格 响应速度要求较快的系统 这一问 题就需慎重考虑 应对响应时间作出精确的计算 精心编排程序 精品文档 8欢迎下载 合理安排指令的顺序 以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良 影响 2 2 1PLC 的扫描工作方式 图 2 1 PLC 的扫描过程 可编程序控制器在进入 RUN 状态之后 采用循环扫描方式工作 从第一条指令开始 在无中断或跳转控制的情况下 按程序存储的 地址号递增的顺序逐条执行程序 即按顺序逐条执行程序 直到程 序结束 然后再从头开始扫描 并周而复始地重复进行 可编程序 开始 内部处理 通信处理 RUN 方式 输入扫描 程序执行 输出处理 N Y 精品文档 9欢迎下载 控制器工作时的扫描过程如图 2 1 所示 包括五个阶段 内部处理 通信处理 输入扫描 程序执行 输出处理 PLC 完成一次扫描过 程所需的时间称为扫描周期 扫描周期的长短与用户程序的长度和 扫描速度有关 2 2 2 PLC 的程序执行过程 PLC 的程序的执行过程一般可分为输入采样 程序执行和输出刷 新三个主要阶段 如图 2 2 所示 图 2 2 PLC 的程序执行过程 2 2 3 PLC 的扫描周期 在 PLC 的实际工作过程中 每个扫描周期除了前面所讲的输入 采样 程序执行 输出刷新三个阶段外 还要进行自诊断 与外设 如编程器 上位计算机 通信等处理 即一个扫描周期还应包含 自诊断及与外设通信等时间 2 2 4 PLC 的 I O 响应时间 PLC 采用集中 I O 刷新方式 在程序执行阶段和输出刷新阶段 即使输入信号发生变化 输入映像寄存器区的内容也不会改变 还 会影响本次循环的扫描结果 输出信号的变化滞后于输入信号的变 化 这产生了 PLC 的输入输出响应滞后现象 最大滞后时间为 2 3 输入端子 输入映象寄存器 输出映像寄存器 输出锁存器 输出端子 输入 输出 程序执行阶段输入采样阶段输出刷新阶段 X001 Y001 Y001 M1 读 读 精品文档 10欢迎下载 个扫描周期 2 2 的编程语言 的编程语言 PLC 提供了较完整的编程语言 以适应 PLC 在工业环境中的应 用 利用编程语言 按照不同的控制要求编制不同的控制程序 这 相当于设计和改变继电器的硬接线线路 这就是所谓的 可编程序 程序由编程器送到 PLC 内部的存储器中 它也能方便地读出 检查 与修改 PLC 提供的编程语言通常由三种 梯形图 指令表 功能图等 梯形图 LAD 编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变 而来的 PLC 梯形图 PLC 的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思 想是一致的 只是在使用符号和表达方式上有一定区别 PLC 的梯 形图使用的时内部继电器 定时器 计数器 都是由软件实现的 梯 形图语言简单明了 易于理解 是所有编程语言的首选 指令表 STL 编程语言类似于计算机中的助记符语言 他是可 编程控制器最基础的编程语言 所谓指令表编程 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 顺序功能流程图 SFC 编程是一种图形化的编程方法 亦称功 能图 使用它可以对具有并发 选择等复杂的系统进行编程 许多 PLC 都提供了用于 SFC 编程的指令 每一种编程方法都有它的优点和缺点 根据每一种特殊的控制 要求 根据编程者的熟练程度正确合理应用编程方法 2 42 4 电梯自动控制方式电梯自动控制方式 对于 PLC 控制的电梯系统而言 其一旦启动 将进入一个自动 循环控制的过程中 这个过程也是一个逻辑判断的流程 电梯将根 据外接的呼梯等输入信号 来自动判断何时应该执行上行 下行 停止等输出信号 当然这个过程也离不开许多传感器和控制逻辑 精品文档 11欢迎下载 如图 2 3 所示 简单说明电梯控制过程 图 2 3 电梯系统控制过程 2 52 5 可编程序控制器 可编程序控制器 PLCPLC 参与的电梯控制系统 参与的电梯控制系统 电梯 PLC 的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信 号控制系统和拖动控制系统两部分组成如图 2 所示 主要硬件包 括 PLC 主机及扩展 机械系统 轿厢操纵盘 厅外呼梯盘 指层器 门机 调速装置与主拖动系统等 精品文档 12欢迎下载 系统控制核心为 PLC 主机 操纵盘 呼梯盘 井道及安全保护 信号通过 PLC 输入接口送入 PLC 存储在存储器中 经过 PLC 预先 编制好的程序处理 形成输出信号传递到输出接口 向拖拽系统和 门机控制系统等发出控制信号 从而实现了基于 PLC 的电梯自动控 制 开关门信号 楼层指示 开关门控制 拖动控制系统 呼梯信号指令 运行方向指令 呼梯铃 门取或平层信号 输 入 接 口 输 出 接 口 PLC 内指令信号 外指令信号 光电脉冲 运行方式选择运行控制信号安全保护信号 图 2 电梯 信号控制系统框图 2 62 6 PLCPLC 对电梯变频电机的控制对电梯变频电机的控制 电梯能够升降 主要依靠拖拽电机 PLC 对电梯的控制 也主 要体现在对于拖拽电机的控制上 目前比较先进的是变频电机 这 类电机可以通过改变输入频率来改变其输出的速度或者扭矩 以变 频电机拖拽的电梯为例 说明一下 PLC 在其升降控制过程中的控制 方式 精品文档 13欢迎下载 图 2 电梯运行曲线示意图 电梯的运行由变频器控制 一次完整的运行过程 就是曳引电 动机从起动 匀速运行到减速停车的过程 为使乘客拥有良好的舒 适感 电梯采用 S 型速度曲线 转换成频率曲线如图 6 所示 此处以高速 50Hz 爬行速度 6Hz 检修速度 10Hz 为例 来进行 说明 当 PLC 发出正转 或反转 高速运行 变频器从 0Hz 到 50Hz 开始启动 启动经过一段时间后 维持 50Hz 运行 当换速信号到时 PLC 撤消高速信号 同时输出爬行 爬行频率为 6Hz 从 50Hz 下降 到 6Hz 在短时间内完成 当到达 6Hz 速度时 就以此速度爬行 当 平层信号达到时 撤消正转 或反转 及爬行信号 变频器从 6Hz 减速到 0 电梯就会准确的停留在这一层了 在检修模式下 按下检修键后 只能以检修速度运行 按下检 修上行时 以检修速度 10Hz 上行 松开按键 立即停止 同理 按下检修下行时 以检修速度 10Hz 下行 松开按键 立即停止 2 72 7 PLC