六层电梯控制系统程序设计课程设计.doc

信息与电气工程学院课程设计说明书（2014 /2015 学年第二 学期） 课程名称 ：可编程序控制器应用课程设计题 目 ：六层电梯控制系统程序设计 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号： 指导教师 ： 设计周数 ： 2周 设计成绩 ： 2014年 6月 25日一、课程设计目的1、对PLC和变频器等部件进行选型设计。2、绘制I/O地址分配表及相关图纸。3、绘制PLC的程序，并利用实验室设备进行模拟实验。4、对课程设计进行总结，撰写课程设计说明书。二、设计内容1、技术要求（1） 设计控制系统应符合故障安全原则；（2） 设计应符合国家相应标准；（3） 应有楼层和方向数码显示；（4） 电梯应有维修控制功能；（5） 应具有自动调整功能； （6） 电梯的运行应符合方向优先等原则；2、系统结构和组成 采用TVT2000E组合式多层电梯控制模型由曳引系统、导向系统、门系统、轿厢系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统等组成。 曳引系统由曳引系统机（带减速器三相异步电动机）或一相永磁同步机、曳引钢丝绳、导向轮等组成，是电梯的动力源。 导向系统由导轨、导轮和导轨架等组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作稳定升降运动。 门系统由轿厢门、开门机、联动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口、由门扇和门导轨架等组成。 轿厢的厢体由厢底、厢壁、厢顶等组成，轿厢内部设有轿厢控制器，其操纵按钮设在轿厢外部。 电力拖动系统由曳引电机、变频器等构成，具有速度反馈的调速控制系统，实现对电梯的速度控制。 电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、平层装置、PLC（选用松下最新产品FP）、触摸屏、传感器、光电编码器等组成。对电梯的运行方式实行操纵和控制。 电梯模型上设有机械缓冲器，具有撞底的保护作用。电气上还设有平层限位的各种保护功能。 3、电梯程序设计3.1、控制要求(1)、开始时，电梯处于任意一层。（六层电梯为-15层）(2)、当有外呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，无人操作时，延时一定时间后自动关门。(3)、当有内呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，无人操作时，延时一定时间后自动关门。(4)、在电梯轿厢运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方无其他内、外呼梯信号时，则电梯响应该呼梯信号。例如：电梯轿厢在一楼，将要运行到五楼，在此过程中可以响应二层、三层、四层的向上呼梯信号，但不响应二层、三层、四层的向下呼梯信号。同时，如果电梯到达五层，如果六层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应五层向下的信号。否则，电梯轿厢将继续运行至六楼，然后向下运行响应五层的向下呼梯信号。(5)、电梯应具有最远反向外呼梯响应功能。例如，电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，五层向下外呼梯，六层向下外呼梯，则轿厢先去六楼响应六层向下外呼梯信号(6)、电梯未平层即运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯轿厢响应停止后，按开门按钮轿厢门打开，按关门按钮轿厢门关闭。3.2 PLC输入输出I/O口分布TVT2000E电梯模型S7-200主机的I/O表PLC输入PLC输出高速计数器输入AI0.6底层内呼指示灯Q3.0高速计数器输入BI0.7一层内呼指示Q3.1底层内呼按钮I3.0二层内呼指示Q3.2一层内呼按钮I3.1三层内呼指示Q3.3二层内呼按钮I3.2四层内呼指示Q3.4三层内呼按钮I3.3五层内呼指示Q3.5四层内呼按钮I3.4PWM输出Q0.1五层内呼按钮I3.5开门驱动Q0.4轿厢开门按钮I3.6关门驱动Q0.3轿厢关门按钮I3.7底层向上指示Q1.6底层外呼上I1.5一层下指示Q1.5一层外呼下I1.4一层上指示Q1.4一层外呼上I1.3二层下指示Q1.3二层外呼下I1.2二层上指示Q1.2二层外呼上I1.1三层下指示Q1.1三层外呼下I1.0三层上指示Q1.0三层外呼上I0.5四层下指示Q0.7四层外呼下I0.4四层上指示Q0.6四层外呼上I0.3五层下指示Q0.5五层外呼下I0.2电梯上行驱动Q0.2下基准位限位I1.6电梯下行驱动Q0.0下极限位限位I1.7电梯上行指示Q2.5上基准位限位I0.1电梯下行指示Q2.4上极限位限位I3.7显示驱动AQ2.0开门限位开关I2.7显示驱动BQ2.1关门限位开关I2.6显示驱动CQ2.2轿厢安全开关I0.0显示驱动DQ2.3手动控制开关I2.0手动开门按钮I2.1手动关门按钮I2.2手动上行按钮I2.3手动下行按钮I2.4紧急停车按钮I2.5符号表底层外呼上I1.5 一层外呼下I1.4 一层外呼上I1.3二层外呼下I1.2 二层外呼上I1.1 三层外呼下I1.0三层外呼上I0.5 四层外呼下I0.4 四层外呼上I0.3五层外呼下I0.2 底层向上指示Q1.6 一层下指示Q1.5一层上指示Q1.4 二层下指示Q1.3 二层上指示Q1.2三层下指示Q1.1 三层上指示Q1.0 四层下指示 Q0.7四层上指示Q0.6 五层下指示Q0.5 手动上行按钮 I2.3手动控制开关I2.0 手动下行按钮 I2.4 电梯上行驱动Q0.2电梯下行驱动Q0.0 下基准位限位I1.6 上基准位限位I0.1电梯下行指示 Q2.4 电梯上行指示Q2.5 下极限位限位I1.7 开门驱动Q0.4 关门驱动Q0.3 开门限位开关I2.7关门限位开关 I2.6 轿厢安全开关 I0.0 手动开门按钮I2.1手动关门按钮 I2.2 高速计数器初始化标志位M0.0楼层显示标志 MB20 楼层显示标志位1M20.0 楼层显示标志位2M20.1楼层显示标志位3M20.2 楼层显示标志位4M20.3 显示驱动AQ2.0显示驱动BQ2.1 显示驱动CQ2.2 显示驱动DQ2.3PWM标志位1M1.0 PWM标志位2M1.1 所处楼层数VW306上电复位M0.2 楼层定位M0.3 轿厢开门按钮I3.6轿厢关门按钮I3.7 底层内呼按钮I3.0 一层内呼按钮I3.1二层内呼按钮I3.2 三层内呼按钮I3.3 四层内呼按钮I3.4五层内呼按钮I3.5 底层内呼指示灯Q3.0 一层内呼指示Q3.1二层内呼指示Q3.2 三层内呼指示Q3.3 四层内呼指示 Q3.4五层内呼指示Q3.5 方向M0.4 要到达楼层 VW308允许开门标志 M0.5 方向取反标志M0.6 自动开关门 M0.7开关门定时 M1.3 屏蔽方向检测M1.5 到了开门M1.43.3 梯形图程序PWM设置部分PWM调速部分高速计数器初始化楼层显示部分楼层部分4 电梯模型PLC控制系统构成，运行原理及设置4.1六层电梯实际模型控制系统的硬件是由三相异步电动机、变频器、传感器、旋转编码器、触摸屏、FP（2台）等组成。采用PCLINK网络实现了PLC的远程控制，其PLC控制系统结构框图如图1所示 楼层显示电机变频器西门子PLC35层呼叫装置速度反馈CPU-226轿厢内选（按键）-1 1 2 开3 4 5 关-12层呼叫装置轿厢内部控制器维修操纵盒图1 PLC控制系统框图4.2、变频调速系统原理、接线及设置.变频器的接线及设置 交流变频调速电梯，采用速度反馈构成闭环系统，实现电梯的 无级调速及准确定位。其变频器接线如图5所示。 a）VFO变频器主接线图 b） 变频器控制电路接线图图 5 变频器的接线图注：Y1所接的变频器功能为：正转/停（由P08参数设置）Y2所接的变频器功能为：反转/停（由P08参数设置）Y0所接的变频器功能为：PWM切换（由P1921、P2224参数设置）Y3所接的变频器功能为：PWM输入（由P1921、P2224参数设置）变频器的设置如表1所示。表1变频器设置名称参数名称参数P0100.5P13000P0200.5P1400P03FFP1575.0P040P1650.0P0505P171P062P181P072.4P190P083P200P090P210P100P221P110P2301P1200.5P2401.0 设置以上参数的方法，详见变频器使用手册。其它参数为默认值，用户也可参照手册进行设置。PWM变频调速方式方法及反馈系统的设计 （一）PWM变频调速方法和调速方式六层电梯模型的变频调速部分，采用松下FP、VF0小型变频器和欧姆龙的旋转码盘组成高速计数单元。变频器通过编程控制电梯，变频电机按图6所示的理想曲线运行，而电机何时启动换速以及电机的转向是由PLC根据电梯呼梯、减速等信号做出决定，发出控制信号给变频器，变频器按理想速度曲线控制电梯运行 v 0 停车 加 速 匀 速 减 速 平 层 t 图6理想速度曲线 传统变频器控制频率一般采用模拟信号控制，这样控制系统需要D/A转换而增加成本，VF0变频器保留原有的模拟控制还增加PWM信号进行控制。PLC的输出端可以直接控制变频器的启动、停止、多段速度运行等，它可以将变频器的运行状况从PLC输送上位计算机，以便对生产过程进行集中控制。TVT2000E六层电梯模型中PLC的PWM信号（脉宽调制波）输出端子直接接于变频器的端子8、9、3组成输入回路，如图5 b)所示。松下VF0超小型变频器可容许的PWM信号周期为0.9ms1100ms以内。需要设置的参数P22：PWM频率信号选择，参数P23：PWM信号平均次数、参数P24：PWM 信号周期（具体设置请参阅VF0超小型变频器的使用手册）。 变频器根据各类生产机械对升速过程的不同要求，为用户提供了多种升速方式供用户自行设定。加速方式的种类有如下三种：线性方式：在起动或升速过程中，频率与时间成线性关系，如图7，a)中曲线a 所示。一般来说，在没有什么特殊考虑的情况下大都选用线性方式。图7 升速方式a) 线性和S型 b)半S型S型方式：对于如图8所示的带式输送机一类的负载，因被输送物体M的惯性力与加速度成正比（惯性力F=ma, m 是物体的质量，a是加速度）加速度变化过大，会使被输送物体滑动或跌倒。因此，在起动的初始阶段（OP段）加速过程比较缓慢；中间的PQ段，为线性加速，加速度不变；Q点以后，加速度又逐渐下降为0。整个过程中，速度和时间的关系呈S形，如图7，a)中曲线b所示。 同样，人们在乘坐电梯的时候，会由于重力的作用有超重和失重的感觉，严重时会感觉不舒服。因此，在电梯的设计时，就尽量使电梯按照图6的理想速度曲线运行，即S型曲线。 图 8 带式输送机半S型方式：即升速曲线的一半为S形，另一半为线性方式。这又有两种情况：第一、对于鼓风机和泵类负载，低速时负载较轻，升速过程可以快一些：但随着转速的升高，其阻转矩迅速增加，应逐渐减缓加速过程而成半S形升速方式，如图7 b)中曲线a所示。第二、对于一些惯性较大的负载，在初始起动时加速过程应适当减缓，运行到一定转速后再线性加速，成为另一种半S形，如图7，b)中曲线b所示。另外各类变频器设定加速方式的功能很不一致，大体有以下几种：第一，只设定加速的方式 S形和半S形的具体形状由变频器内定，用户不能设定。第二、变频器为用户提供了若干种S区（非线形区）的大小（如0.2s、0.5s、1.0s）供用户设定，如图9 a）所示。第三，用户可以在一定范围（如05s）内，任意设定非线性时间ts 的大小，如图9 b)所示。图 9 S形的设定a)设定S区 b) 设定非线性时间电梯的降速方式、应用场合及设定方法与上述的电梯升速相同，这里不再赘述。（二）速度反馈系统设计在具有速度反馈环节的闭环控制系统中，实现闭环控制可以有两种方法。一种是采用内置PID的变频器，可以用变频器内部PID的功能形成闭环。另一种是采用没有内置PID的变频器，则可以使变频器外部闭环，闭环接点放在变频器的外部。在有上位机（计算机或PLC）存在的系统中，闭环算法由上位机实现，然后将运算信号传给变频器。设计结构如图10。六层电梯TVT2000E 中采用上位机作总闭环计算的控制，其优点是采用上位机作各种PID的算法计算速度快，实现简单（在FP0及FP PLC 就具备PID的专用指令）。其特点是所有的反馈信号都接到上位机，由上位机分别给出控制变频器运行的信号。PID调节时比例、积分、微分运算的组合，PID过程可选择微分、比例/微分控制等。需要设置的参数有比例增益、积分时间、微分时间、过程模式及周期等，由这些参数构成PID过程。三、课程设计总结和学别的学科一样，在学完PLC理论课程后我们做了课程设计，此次设计以分组的方式进行。我们做的是六层电梯控制系统程序设计。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。但通过各方面的查资料并学习。我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了与人合作的意识与能力。通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的掌握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论