六层电梯的PLC控制系统的设计

毕毕业业设设计计说说明明书书 六层电梯的六层电梯的PLCPLC控制系统的设计控制系统的设计 专业专业电气工程及其自动化 学生姓名学生姓名 班级班级 学号学号 指导教师指导教师 完成日期完成日期2012 年 5 月 26 日 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 六层电梯的六层电梯的PLCPLC控制系统的设计控制系统的设计 摘 要 随着我国经济的高速发展 微电子技术 计算机技术和自动控制技术也得 到了迅速发展 而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具 与人们的生活紧密相关 扮演着越来越重要的角色 随着科技的进步 研究可编程控制器 PLC 在电梯中的 控制运用是一个非常有意义的课题 这次设计是利用可编程序控制器 PLC 控制一个六层乘客电梯 主要目的是 解决目前电梯控制中存在的一些问题 合理地利用PLC的硬件资源和软件资源 充 分利用各种指令的简化控制程序 做到控制程序应尽量简单 便于理解 并有一定 的规律性以便能适合于不同控制楼层的要求 使电梯达到较为理想的控制效果 在设计的过程中通过对电梯所需的输入输出节点的统计来选择合适的PLC型号 在进行PLC控制的软件设计时 首先把电梯的整个控制过程进行分解 把它分成不 同的几个模块 然后对这几个模块分别进行设计 最后再把它们重新组合起来成为 一个完整的控制系统 本次设计采用三种控制方式 乘客操作方式 司机操作方式 和手动检修方式 与以前的电梯相比 本设计的电梯具有可靠性高 控制程序简单 输入输出端子使用少的特点 关键词 电梯 PLC 控制梯形图 程序 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 Design on The six storey elevator PLC control system Abstract With the high speed development of China s economic Microelectronics technology computer technology and automation technology has been developing rapidly And the lift as a modern high rise building the vertical transport and people s lives are closely linked are playing an increasingly important role with the advancement of technology Research Programmable Logic Controller PLC in the elevator on the use of control is a very meaningful task The design of content for the use of Programmable Logic Controller PLC control in a six story of passenger elevator The main purpose is to solve some problems of the existing elevator control the rational use of PLC hardware resources and software resources Make full use of all the commands simplified control procedures the control procedures should be done as simple and easy to understand And with some regularity in order to be tailored to different floors control of the calls that lifts quite satisfactory control results In the design process through to lift the input and output nodes statistics to select appropriate models PLC During the software design of PLC control system first of all lift the whole control process decomposition it is divided into several different modules then design for these modules Respectively and finally regrouped together into a comprehensive control system The designs of used three control modes passengers operation mode the driver and manual mode of operation maintenance mode And compared to the previous the design of the lift with high reliability control procedures simple and input and output terminals use fewer features Key words Elevator PLC Control ladder Procedures 六层电梯的 PLC 控制系统的设计 目 录 1 概 述 1 1 1 概述 1 1 2 基本设计内容 1 2 课题研究背景与意义 2 2 1 课题研究背景 2 2 2 课题研究意义 3 3 电梯概述 4 3 1 电梯的定义 4 3 2 电梯的分类 4 3 3 电梯的主要组成部分 5 3 4 电梯的安全保护装置 6 3 5 电梯的发展展望 7 4 电梯 PLC 控制设计 8 4 1 可编程控制器概述 8 4 1 1 可编程控制器 PLC 的产生 8 4 1 2 可编程控制器 PLC 的组成 9 4 1 3 可编程控制器 PLC 的分类 9 4 1 4 可编程控制器 PLC 的工作原理 9 4 1 5 PLC 的性能指标 10 4 1 6 可编程控制器 PLC 的特点 11 4 2 可编程控制器 PLC 的选择 11 4 3 PLC 控制系统的设计 12 4 3 1 电梯控制系统实现的功能 12 4 3 2 电梯的操作方式 13 4 3 3 PLC 的输入输出接线设计 13 5 软件设计 14 5 1 楼层信号控制环节设计 14 5 1 1 门厅上行呼唤信号 14 5 1 2 门厅下行呼唤信号 15 5 1 3 脉冲信号 16 5 1 4 轿厢内按钮选层信号 17 5 1 5 轿厢内选层指示灯的控制 18 5 1 6 楼层位置信号 20 5 2 七段数码管显示程序设计 21 5 3 到达楼层消除信号 24 5 4 手动检修控制程序设计 24 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 5 4 1 开 关门控制 25 5 4 2 上 下行控制 25 5 5 开 关门控制程序设计 26 5 6 电梯控制总梯形图 26 6 结束语 27 参考文献 28 致 谢 29 附 录 30 附录 1 梯形图 31 附录 2 电梯控制界面 37 附录 3 电梯控制电路 38 附录 4 电梯控制 PLC 接线图 39 附录 5 程序清单 40 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 1 六层电梯的六层电梯的PLCPLC控制系统的设计控制系统的设计 1 概 述 1 1 概述 在二十一世纪的今天 经济迅速发展 高层建筑如雨后春笋 从而带动了电梯业 的发展 例如我国上海的金茂大厦 世界第三超高建筑 采用了 60 部电梯和 18 部 自动扶梯 而美国纽约世界贸易中心共安装了 239 部电梯和 74 部自动扶梯 电梯已 经成为我国经济建设中重要的一环 原来一大批老式用继电器接触器控制的电梯已经远远不能满足社会的需要 随 着计算机和电子技术的飞速发展 运用可编程控制器 PLC 来控制电梯已经成为大 势所趋 不过在实际控制中也出现了不少问题 其中最主要的还是控制程序的设计 问题例如控制功能单一 缺少灵活性 如果程序设计考虑不全也会出现失电记忆信 息丢失的严重后果 目前 PLC 在电梯控制中主要解决以下几个问题 a 合理利用 PLC 的硬件资源和软件资源 在保证电梯安全 可靠的运行条件下 减少 PLC 的输入输出端口 充分利用各种指令简化控制程序 b PLC 的控制程序应具有最优化的逻辑判断能力 使电梯最合理地运行 c 设计程序应尽量简单 便于理解 并且有一定的规律以便适合于不同控制楼 层的需要 d PLC 具有完善的停电记忆功能 保证在任何情况下都有可靠的工作状态 e 处理控制电路尽可能可靠简单 1 2 基本设计内容 用可编程控制器 PLC 控制一个六层直升乘客电梯 本设计主要完成电梯的 电气控制部分 电梯控制应具有灵活的控制方式 合理的运行方式以及信号显示装置 在每层电梯门厅都要装一个上行和下行呼唤按钮 分别或同时按动上行 下行按钮 该信号被记忆 对应的信号灯亮 表示该层有人要上行 有人要下行 当电梯上行时 如遇到某层有上行呼唤信号时 则在该层停止 同时消除该层上 行信号 对应的信号灯灭 门自动打开 而在上行的过程中 下行的呼唤信号不起作用 电梯下行时同理 在轿厢里按下关门按钮 门自动关闭 关门到位后 电梯才能升降 电梯在升降过程中 经过无呼唤信号的楼层时 不停止也不开门 在上升过程中 如上行和下行都有呼唤信号 应优先服务于上行的呼唤信号 在 上层无呼唤信号时 而下层有呼唤信号则服务于下层信号 在下降过程中的原理同上行时的原理 电梯在停止时 可用按钮直接控制开门 关门 开门 5 秒后无人关门时 门将自 六层电梯的 PLC 控制系统的设计 2 动关闭 电梯停在某一层时 在门厅按下该层呼唤按钮也能开门 电梯在开门时不能上升 下降 电梯在升降过程中不能开门 电梯采用高速启动运行 停止时 电梯先低速运行后到对应的楼层时准确停止 在每层楼电梯门的上方和轿厢里都装有电梯上行 下行的方向显示和电梯运行 在某一层的数字显示 在轿厢里设置有选层按钮和对应的信号灯 在上行时优先服务于上行选层按钮 在下行时 优先服务于下行信号 当电梯停在某层时 消除该层的选层信号 电梯的控制采取三种方式 乘客操作控制方式 司机操作控制方式和手动检修 方式 a 乘客操作方式 在乘客操作方式下 乘客在某层电梯门厅按一下上行或下行呼唤按钮 同时对 应的信号灯亮 电梯根据乘客的呼唤信号 按最优运行方式运行到有呼唤信号楼层停 止 自动开门 乘客进入轿厢后可人工关门 按关门按钮 或自动关门 规定 5 秒 钟后 再按一下选层按钮 对应的信号灯亮 当到达该层后停止 自动开门 同 时对应的选层信号灯灭 b 司机操作方式 在司机操作方式下 乘客不能控制电梯的升降和停止 电梯的运行状态完全由 轿厢内的司机控制 司机按下某层的选层按钮时 对应的指示灯亮 电梯行至该层 时 对应的指示灯灭 显示该层的楼层号 门自动打开 当门关好后 自动行至下 一个楼层 当乘客按下某层呼唤按钮时 轿厢内对应的楼层指示灯亮以告诉司机 司机可 根据情况到该层停止或不停止 c 手动检修方式 在手动检修方式下 检修人员可根据情况选择高速或低速运行方式 电梯开门 关门 上升 下降分别有点动控制和联动控制两种方式 以方便检修工作 并可以 不受楼层限位开关的控制 轿厢可以停在井道中的任何位置 但是当门开启或关闭 到极限位置 轿厢上升到最上层或下降到最下层必须自动停止 在手动检修方式下 轿厢内和厅门上的各种显示信号仍应正常显示 2 课题研究背景与意义 2 1 课题研究背景 电梯的初始形态是一种升降设备 起源于古代农业和建筑业中的原始起重升降 机械 我国周朝时期人们提水用的轱辘就是木制的支架卷简 曲柄和绳索组成的卷 扬机 在希腊 也曾于公元前236年出现由阿基米德设计的人力驱动的卷扬机 安 装在尼罗宫殿内 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 3 1765年 蒸汽机诞生了 也就出现了由蒸汽机拖动的升降机 1845年 英国汤 姆逊制作了第一台水压式升降机械 这是现代液压式升降机 液压梯 的雏形 现代 电梯兴盛的根本原因是电力和电动机的作用 1887年德国出现了电力拖动的升降机 电梯 到1889年纽约使用了由美国奥的斯公司推出的真正的电梯 随着电力技术的发展 电梯技术逐渐由交流感应式电动机拖动 双速电机拖动 直流调压电机 继电器 接触器控制系统 发展为现在的计算机控制的交流变频电 机拖动系统 这期间经历了100多年的历史 在国外 电梯已经实现智能化 就是 利用推理和模糊逻辑 采用专家系统方法指定运行规则 并对选定规则进一步处理 以确定最佳的运行状态 同时向乘客通报电梯状态 满足乘客生理和心理要求 实 现高效的垂直输送 一般智能电梯是多微机控制系统 并与维修 消防 公安 电 信部门进行联网 做到节能 安全 环境优美 实现无人化管理 我国电梯业发展较晚 1908年上海安装了第一台进口电梯 1949年才100多台 1959年上海电梯厂生产了我国第一台双人自动扶梯 改革开放以来 我国电梯业 才得以迅速发展 也有了许多自己的电梯制造公司 80年代 我国生产出在交流双 速电机基础上增加直流能耗制动的自动调速电梯 随着国产电子元器件生产能力的 提高 进口技术市场的开放 我国又生产了使用PLC控制的电梯 90年代 我国引 进技术生产了具有较高技术性能 用计算机控制的电梯 并研制出使用计算机控制 的 具有先进水平的变压电梯 使我国电梯业登上了一个新的台阶 在高楼林立的 现代化大都市中 电梯的作用是十分重要的 或者承担着货物的运输 或者担负着 人员的运输 电梯运行的安全可靠性也越来越重视 2 2 课题研究意义 随着国民经济的高速发展和多功能现代化的建筑不断涌现 全社会配备电梯的 用户正在迅速增加 现代化的高层建筑离不开电梯 服务性和生产性的部门也同样 需要不同类型的电梯 电梯是一种垂直交通运输设备 又是一种比较复杂的机 电 结合成一体的大型工业产品 它既有完善的机械专用构造 又有复杂的电气控制部 分 过去由继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法 但是 随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用 人们对电梯的安全性 可靠性的要 求越来越高 继电器控制的弱点就越来越明显 目前 电梯的继电器控制方式已经被可编程控制器 PLC 控制所代替 同时 由于电力电子技术和微电子技术的迅速发展 以及现代控制理论向交流电气传动领 域的不断深入 特别是近几年来 大规模式集成电路32位数据处理器和矢量控制理 论的应用 使得通用变频器的性能得到了很大提高 电梯的拖动方式也由原来直流 调速逐渐过渡到了交流变频调速 因此 PLC控制技术结合变频调速技术已成为现 代电梯行业的一个热点口 本文采用PLC对电梯进行控制 通过合理的选择和设计 提高了电梯的控制水平 并改善了电梯运行的舒适感 使电梯达到了较为理想的控 制效果 与传统的继电器控制系统相比PLC在电梯控制中有以下优点 六层电梯的 PLC 控制系统的设计 4 a 在电梯控制中采用PLC 用软件实现对电梯运行的自动控制 可靠性大大提 高 b 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 c PLC可实现各种复杂的控制系统 方便增加或改变控制功能 d PLC可进行故障自动检测与报警显示 提高运行安全性 并便于检修 e 用于群控调配和管理 以提高电梯运行效率 3 电梯概述 3 1 电梯的定义 根据国家标准 GB7024 1 86电梯名词术语 规定 电梯的定义 用电力拖 动 具有乘客或载货轿厢 其运行于垂直的或与垂直方向倾斜不大于15度角的两侧 刚性导轨之间 运送乘客 或 货物的固定设备 另外 国家标准GB7588 87 电梯制造与安装规范 对电梯的技术含义作了 如下叙述 乘客方便进出 轿厢至少部分的在两根垂直的或与垂直方向成倾斜角小 于15度的刚性导轨之间运行 从以上的两个条文可以理解电梯的含义 a 电梯是由电力来驱 拖 动的 b 电梯是沿着垂直方向运行的一种提升设备 可以是乘客的 也可以是载货的 c 轿厢要方便于乘坐乘客或承载货物 3 2 电梯的分类 A 按运行速度分类 a 高速电梯 3m s 10m s或更高的电梯 通常用于超高层建筑物内 b 高速电梯 2 3m s的电梯 如2m s 2 5m s 3m s等 通常用在16层以上的建筑 物内 c 快速电梯 lm s而 2m s的电梯 如1 5m s 1 75m s 通常用在10层以上的建 筑物内 d 低速电梯 lm s及以下的电梯 如0 25 0 5 0 75 1m s通常用在10层以下的建筑 或客货两用电梯或货梯 B 按用途分类 a 乘客电梯 代号 TK b 载货电梯 代号 TH c 客货两用电梯 代号 TL d 病床电梯 代号 TB e 住宅电梯 代号 TZ f 杂物电梯 代号 TW g 船用电梯 代号 TC h 观光电梯 代号 TG i 车辆电梯 代号 TQ C 按有无司机分类 a 有司机电梯 必须有专职司机操纵 b 无司机电梯 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 5 不需要专职司机 而由乘客自己操纵 具有集选功能 c 有 无司机电梯 根据电梯控制电路及客流量等 平时改由乘客自己操纵电梯运行 客流大或必 要时可由司机操纵 D 按操纵控制方式分类 a 手柄控制电梯 代号 S b 按钮控制电梯 代号 A c 信号控制电梯 代号 XH d 集选控制电梯 代号 JX e 下 上 集选控制电梯 f 并联控制电梯 代号 BL g 梯群程序控制电梯 代号 QK h 梯群智能控制电梯 代号 W i 微机控制电梯 E 按拖动方式分类 a 直流电梯 代号 Z b 交流电梯 代号 J c 液压电梯 代号 Y d 齿轮条电梯 e 螺杆式电梯 f 直线电机驱动电梯 3 3 电梯的主要组成部分 电梯是把机和电合成一体的大型复杂产品 为了研究的方便 必须首先对电梯 的总体结构有个概括的认识 A 电梯在空间上的组成 一部电梯总体的组成有机房 井道 轿厢和层站四个部分 也可看成一部电梯 占有了四大空间 a 轿厢 所属的主要构件 轿顶轮 轿厢架 轿厢底 轿厢门 自动门机构 自动安全 触板 平层感应器 护脚板 导靴 对重 电话 绳头板 b 井道 所属的主要构件 轿厢导轨 对重导轨 导轨支架和压道板 对重轮 随线电 缆 极限开关 端站限位开关 轿厢 中间接线盒 c 机房 所属的主要构件 控制柜 承重梁 导向轮 限速器 选层器 极限开关 d 层站 所属的主要构件 层楼显示器 自动层门钥匙开关 手动钥匙开关 层门 层 门门锁 层门框 层门地坎 呼梯钮 到站钟 B 电梯在功能上的组成 a 导向系统 功能 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上 下运 动 组成的主要构件与装置是轿厢的导轨 对重的导轨及其导轨架 b 曳引系统 功能 输出与传送动力 驱动电梯运行 组成的主要构件与装置是曳引机 曳 六层电梯的 PLC 控制系统的设计 6 引钢丝绳 导向轮 反绳轮等 c 轿厢 功能 用以运送乘客 或 货物的组件 是电梯的工作部分 组成的主要构件与 装置是轿厢架和轿厢体 d 门系统 功能 乘客或货物的进出口 运行时层 轿门必须封闭 到站时才能打开 组 成的主要构件与装置是轿厢门 层门 开门机 联动机构 门锁等 e 重力平街系统 功能 相对平衡轿厢重力以及补偿高层电梯中曳引绳长度的影响 组成的主要 构件与装置是对重和对重补偿装置等 f 电气控制系统 功能 对电梯的运行实行操纵和控制 组成的主要构件与装置是操纵装置 位 置显示装置 控制屏 平层装置 选层器等 g 电力拖动系统 功能 提供动力 对电梯实行速度控制 组成的主要构件与装置是曳引电动机 供电系统 速度反馈装置 电动机调速装置等 h 安全保护系统 功能 保证电梯安全使用 防止一切危及人身安全的事故发生 机械方面有时 限速器 安全钳 缓冲器 端站保护装置等 电气方面有 超速保护装置 供电系统断相错相保护装置 超越上 下极限工作 位的保护装置 层门锁与轿门电气联锁装置等 3 4 电梯的安全保护装置 电梯是高层建筑物不可缺少的垂直运输工具 长时期地频繁地载人在空间上上 下下的运行 必须有足够的安全性 为了确保在运行中的安全 电梯在设计时设置 了多种的机械安全装置和电气安全装置 这些装置共同组成了电梯安全保护系统 A 电梯可能发生的事故隐患和故障 a 轿厢失控 超速运行 由于电磁制动器失灵 减速器中的蜗轮 蜗杆的轮齿 轴 销 键等折断以及 曳引绳在曳引轮严重打滑等情况发生 那么正常的制动手段已无法使电梯停止动 使轿厢失去控制 造成运行速度超过极限速度 即额定速度的115 b 终端越位 由于平层控制电路出现故障 轿厢运行到顶层端站或底层端站时 不停而继续 运行或超出正常的平层位置 c 冲顶或蹲底 当上终端限位装置失灵等 造成电梯冲向井道顶部 称为冲顶 当下终端限位 装置失灵或电梯失控 造成电梯轿厢跌落井道底坑 称为蹲底 d 不安全运行 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 7 由于限速器失效 选层器失灵 层门 轿门不能关闭或关闭不严或超载 电动 机断相 错相等状态下运行 e 非正常停止 由于控制电路出现故障 安全钳误动作或电梯停电等原因 都会造成在运行中 的电梯突然停止 f 关门障碍 电梯在关门时 受到人或物的阻碍 使门无法关闭 B 电梯安全保护系统的基本组成 a 超载保护装置 超载开关 当超载时 轿厢下降开关动作 电梯不能关门和 运行 b 超速保护装置 限速器 安全钳 c 急停按钮 装于轿厢司机操纵盘上 发生异常情况时 按此按钮切断电源 电磁制动器制动 电梯紧急停车 d 超速上下极限工作位置的保护装置 包括强迫减速开关 终端极限开关来达 到强迫换速 切断控制电路 切断动力电源三级保护 e 撞底 与冲顶 保护装置 缓冲器 f 层门门锁与轿门电气联锁装置 确保门不关闭 电梯不能运行 g 门的安全保护装置 层门 轿门设置门光电装置 门电子检测装置 门安全 触板等 3 5 电梯的发展展望 随着技术 新结构 新材料 新工艺的发展 一方面电梯的机械系统结构简单 化 体积小型化 材料轻型化 工艺先进化 外观漂亮化 无机房电梯在新世纪将 会有较大速度发展 另一方面电梯行业技术发展非常迅速 几年前推出的具有先进性能 高舒适性 的VVVF电梯 如今己成为电梯行业的标准配置 因为永磁同步无齿轮曳引机具有更 节能 更洁净 更安全 更安静 更经济的特点 所以永磁同步曳引机逐步成为新 型曳引机的主流 由于永磁技术的先进性 将来很有可能取代VVVF技术 另外 网 络控制和智能群控系统 以其控制的先进性 快速性 准确性和可靠性亦是电梯的 发展潮流 同时高效 安全 可重复使用的无脚手架安装 将是高层电梯安装的主要方式 随着新技术的开发 应用 电梯的硬件系统给安装带来更大的方便 使电梯安装更 快 效率更高 此外 电梯的双向安全装置 无底坑 无线控制 绿色环保 安全 环保 节 能 舒适 也将是未来电梯的重要发展方向 六层电梯的 PLC 控制系统的设计 8 4 电梯 PLC 控制设计 4 1 可编程控制器概述 4 1 14 1 1 可编程控制器 可编程控制器 PLCPLC 的产生 的产生 可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的 在可编程控 制器诞生之前 工业电气自动化控制主要采用传统的继电器控制方式 这种方式往 往需要在多种低压电器之间进行复杂的硬件接线 才能实现某一固定的逻辑功能 若想改变其控制功能就必须改变继电控制电路的硬件接线 显然这样的控制电路使 用起来既不灵活 也很麻烦 可编程控制器 Programmable Controller 简称PC或PLC 它是一种新型通用的自 动控制装置 它将传统的继电器控制技术 计算机技术和通讯技术融为一体 专门 为工业控制而设计 具有功能强 可靠性高 通用性好 编程方便 体积小 重量 轻 设计 施工和调试周期短等优点 因此在工业控制方面的应用极为广泛 目前 PLC技术 CAD CAM技术和机器人技术已经发展成为现代工业自动化的三大支柱 可 编程控制器的出现开创了以微电子技术为核心的数字化电气控制技术的新局面 1969年美国数字设备公司 DEC 研制出了世界上第一台可编程控制器 并在美 国通用汽车公司的生产线上试用 取得了满意的效果 可编程控制器由此诞生 可 编程控制器的出现开创了以微电子技术为核心的数字化电气控制技术的新局面 此 后这一全新的技术便以很快的速度发展起来 1980年美国电气制造协会 National Electrical Manufacturers Association简称NEMA 把 这种新的控制设备正式命名为可编程序控制器 由于早期的可编程控制器主要用于 开关的逻辑控制 且为了和个人计算机 Personal Computer 相区别 人们把可编程控 制器缩写为PLC Programmable Logic Controller 一直沿用至今 1987年2月美国电 气制造协会对可编程控制器作了如下的规定 可编过程控制器是一种数字运算操 作的电子系统 专为在工业环境下应用而设计 它采用可编程序的存储器 用来在 其内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通 过数字式 模拟式的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 可编过程控制 器及其有关设备 都应按易于与工业控制系统形成一个整体 易于扩充其功能的原 则设计 应该强调指出的是 可编程控制器与继电器式的控制器在 可编程 方 面有着本质的区别 后者是通过硬件或硬接线的变更来改变程序 而PLC引入了微 处理器 半导体存储器等新一代的微电子器件 并用规定的指令进行编程 能灵活 地修改 即用软件方式来实现 可编程 的目的 展望未来可编程控制器在规模和功能上将向两大方向发展 一是大型可编程控 制器向高速 大容量和高性能方向发展 PLC已不再是早期那种只能进行开关逻辑 运算的产品了 而是具有越来越强的模拟处理能力 以及其它过去只有在计算机上 才能具有的高级处理能力 如浮点数运算 PID调节 温度控制 正确定位 步进 驱动 报表统计等 从这种意义上说 PLC系统与DCS 集散控制系统 的差别已经 越来越小了 用PLC同样可以构成一个过程控制系统 二是发展简易经济的超小型 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 9 可编程控制器 以适应单机及小型设备自动化的需要 当今的PLC功能越来越丰富 而体积则越来越小 4 1 24 1 2 可编程控制器 可编程控制器 PLCPLC 的组成 的组成 PLC是一种工业控制计算机 它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连的 接口和更直接的适应于控制要求的编程语言 从硬件结构看 它有中央处理器 CPU 存储器 输入输出接口 电源等 图4 1 PLC硬件结构 4 1 34 1 3 可编程控制器 可编程控制器 PLCPLC 的分类 的分类 由于PLC的品种 型号 规格 功能各不相同 要按统一的标准对它们进行分 类十分困难 通常各类PLC产品可按结构形式 I O点数以及所具备的功能等三个方 面进行分类 a 按结构型式分类可分为整体式和模块式 b 按I 0点数和存储容量分类可分为小型机 中型机 大型机 c 按功能划分可分为低档机 中档机 高档机 4 1 44 1 4 可编程控制器 可编程控制器 PLCPLC 的工作原理 的工作原理 可编过程控制器是通过执行用户程序来完成各种不同控制任务的 因为专门在 工业环境下应用 所以采用了循环扫描的工作方式 在正常情况下 一个用户程序 扫描周期由三个阶段组成 PLC通上电后 CPU首先使I 0状态表清零 然后进行自 诊断 当确认其硬件工作正常后 就采用循环扫描工作方式执行用户程序 三个阶段的工作过程是 a 输入处理阶段 又称为输入采样 在此阶段 CPU对输入状态进行扫描 将获得的各个输入端 子的状态信息送到I 0状态表中存放 在同一扫描周期内 某个输入点的状态在I O 状态表中一直保持不变 不会受到各个输入端子信号变化的影响 因此不能造成运 算结果混乱 保证了本周期内用户程序的正确执行 b 程序处理阶段 电源 中央处理器输出接口 存储器 至用户设备输入接口自用户设备 外围接口编程器 六层电梯的 PLC 控制系统的设计 10 又称为程序执行 当输入状态信息全部进入I O状态表后 CPU工作进入到第二 个阶段 在这个阶段中 可编过程控制器对用户程序进行依次扫描 并根据各I O状 态和有关指令进行运算和处理 最后将结果写入I O状态表的输出状态寄存器中 c 输出处理阶段 又称为输出刷新 这个阶段CPU对用户程序己扫描处理完毕 并将运算结果写 入到I O状态表中的输出状态暂存器中 此时将输出信号从输出状态寄存器中取出 送到输出锁存电路 驱动输出继电器线圈 控制被控设备进行各种相应的动作 然 后 CPU又返回执行下一个循环的扫描周期 PLC的一个工作周期主要有上述三个 阶段 但严格说还应该包括四个过程 系统自检测 与编程器交换信息 与数字处理 器交换信息 网络通信 值得注意的是在一个扫描周期内 对输入状态的扫描只是在输入处理阶段进行 当CPU进入程序处理阶段后 输入端被封锁 直到下一个扫描周期的输入处理阶段 才对输入状态进行新的扫描 这就是所谓集中采样 即在CPU工作的一个扫描周期 内 定时集中对输入状态进行扫描 在用户程序中如果对输出多次赋值 则最后一 次有效 在一个扫描周期内 只是在输出处理阶段将输出信息从输出寄存器中送出 去 而在其它阶段 输出值一直保留在输出寄存中 即输出也采取集中定时输出的 方式 输出寄存器中的状态在用户程序中也可作为中间结果或输入条件来用 可编程控制器所采用的集中采样 集中输出的工作方式 使得CPU工作时的大多数 时间与外设隔离 因而从根本上提高了它的抗干扰能力 增强了可靠性 但响应滞 后 速度慢 也就是说PLC以降低速度求得高可靠性 4 1 54 1 5 PLCPLC 的性能指标的性能指标 PLC的性能 通常是用以下多种指标综合表述 不同品种规格的PLC其性能指 标是不尽相同的 要根据具体情况来分析 a 编程语言 常用的有梯形图语言 助记符语言 控制系统流程图及某些高级语言等 不同 的PLC可能采用不同的编程语言 b 用户程序存贮容量 用户程序存贮器用以存贮通过编程输入的用户程序 其存贮容t通常是以字为单 位来计算 中 小型的PLC存贮容量一般在8K以下 大型的PLC存贮量有的已达到 256K及2M 在编程时 每一条指令所占的存贮容量是1个字 2个字等 通常 对于 一般的逻辑操作指令 每条指令占1个字 计时 计数 移位指令占2个字 对于一般 的数据操作指令 每条指令占2个字 也有的PLC 用户程序的存贮容量是用编程的 步数来表示 每编一条语句为一步 c I O总点数 PLC的输入和输出量有开关量和模拟量两种 对于开关量I 0 其1 0总数用最大 I O点数表示 对于模拟I O 其中I O总数用最大I O通道路数表示 d 扫描速度 以ms K字为单位表示 例如10ms K表示扫描1K字的用户程序所需的时间为 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 11 l0ms e 指令种类数和总条数 用以表示PLC的编程和控制功能 f 内部继电器的种类和点数 包括输入继电器 输出继电器 辅助继电器 无断电记忆和带断电记忆的 计 时器 计数器 移位寄存器 特殊继电器等 g 工作环境 一般都能在下列环境条件下工作 温度0 55摄氏度 湿度小于85 h 其它 除以上基本的性能指标以外 对于不同的PLC 还可能列出其它一些指标 如输 入输出方式 一些主要硬件 如CPU 存贮器 的型号以及PLC的环境适应性能等 4 1 64 1 6 可编程控制器 可编程控制器 PLCPLC 的特点 的特点 可编程控制器最初是为了替代继电器控制系统而研制的 其自身又是一个计算 机系统 所以它除了具备继电器控制系统和微型计算机系统的原有功能外 还有其 自己的特点 a 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 b 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 c PLC可实现各种复杂的控制系统 方便地增加或改变控制功能 d PLC可进行故障自动检测与报等显示 提高运行安全性 并便于检修 e 用于群呼调配和管理 并提高电梯运行效率 f 更改控制方案时不需改动硬件接线 4 2 可编程控制器 PLC 的选择 本设计考虑到电梯层数和控制功能几个方面 选用三菱公司的新产FX2N 64型 PLC来实现六层楼电梯的控制 三个输入模块共28点 和三个输出模块27点 共55 点 a FX2N的输入输出点数能满足系统要求 且FX2N配置灵活 除主机外 还可以扩 展I O模块 A D模块 D A模块和其它功能模块 b FX2N指令功能丰富 有各种指令107条 且指令执行速度快 c FX2NPLC的内部辅助继电器M 状态继电器S 定时器T 寄存器C的功能数量 能满足系统控制要求 尤其是高速计数器能接受脉冲编码器的脉冲 d FX2NPLC的体积比FX2PLC小50 以上 但控制功能和性能相同 e FX2NPLC的编程 可用编程器 也可以在电脑上使用三菱公司的专用编程包 MELSEMEDOC进行 编程语言可用梯形图或指令表 还可对系统实时进行监控 为调试和维护提供了极大的方便 六层电梯的 PLC 控制系统的设计 12 表4 1 FX2N 64型PLC器件分配表 元器件功能1楼2楼3楼4楼5楼6楼 上呼按钮 手动按钮 X0 上行 X1 下行 X2 低速 X3 点动 X4 停止 下呼按钮 X5X6X7X10X11 内选层按钮 X12X13X14X15X16X17 限位开关 X31X32X33X34X35X36 X 其它 X21 开门 X22 关门 X23 手动 X20 司机 X26 开门限位 X27 关门限位 上呼信号灯 Y0Y1Y2Y3Y4 下呼信号灯 Y5Y6Y7Y10Y11 内选信号灯 Y12Y13Y14Y15Y16Y17 数码笔画 Y22 bY23 cY24 d aY25 eY26 fY27 g Y 电机控制 Y30 低速 Y31 开门 Y32 关门 Y20 上升 Y21 下降 上呼信号 M0M1M2M3M4 下呼信号 M5M6M7M10M11 内选信号 M12M13M14M15M16M17 K2M31 上或下 或内信号 M31M32M33M34M35M36 当前层记录 M51M52M53M54M55M56 4 3 PLC 控制系统的设计 4 3 14 3 1 电梯控制系统实现的功能电梯控制系统实现的功能 a 各层设上 下呼叫开关 最顶层与起始层只设一只 b 电梯到位后具有手动或自动开门关门功能 c 电梯内设有层楼指令键 开关门按键 d 电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯 e 待客自动开门 当电梯在某层停梯待客时 按下层外召唤按钮 应能自动开 门迎客 f 自动关门与提早关门在一般情况下 电梯停站4 6秒应能自动关门 在延时时 间内 若按下关门按钮 门将不经延时提前实现关门动作 g 按钮开门 在开关过程中或门关闭后 电梯启动前 按下操纵盘上开关按钮 门将打开 h 内指令记忆 当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时 电梯应能按顺序自动停 靠车门 并能至调定时间 自动确定运行方向 i 自动定向 当轿厢内操纵盘上 选层指令相对与电梯位置具有不同方向时 电梯应能按先入为主的原则 自动确定运行方向 j 呼梯记忆与顺向截停 电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号 对符合运行 方向的召唤 应能自动逐一停靠应答 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 13 k 自动换向 当电梯完成全部顺向指令后 应能自动换向 应答相反方向的信 号 4 3 24 3 2 电梯的操作方式电梯的操作方式 电梯的操作方式通常有以下两种 单轿厢下集选控制登记所有轿厢和厅门下行 召唤 轿厢上行是只答应轿厢召唤 直至最高层 自动改变运行方向为下行 应答 厅门下行召唤 单轿厢全集选登记所有厅门和轿厢召唤 上行时顺应答轿厢和厅门 上召唤 直至最高层自动反向应答下行召唤和轿厢召唤 本设计采用全集选操作方式 4 3 34 3 3 PLCPLC 的输入输出接线设计的输入输出接线设计 根据电梯的控制要求 PLC 输入输出的分配表 设计出 PLC 的接线如图 4 2 所示 电梯控制的电路设计包括 PLC 接线和电动机控制电路 图 4 2 为 PLC 的外部接线 图 根据电梯控制要求 在电梯的 1 5 层门厅各设置 1 个上行呼唤按钮 在 2 6 层各设置 1 个下行按钮 在轿厢内设置 6 个选层按钮 用于登记所到的楼层 上 述按钮占用输入端子 X0 X7 和 X10 X17 和它们对应的信号灯分别占用输出端子 Y0 Y7 和 Y10 Y17 当上述按钮被按动时 对应输出端子的信号灯亮 并被保 持 只有当电梯行至对应的楼层时才被消除 在轿厢内设置开门按钮 X21 和关门按钮 X22 用于在电梯停止时开门和 关门 在检修操作方式下可随时开门和关门 电梯设置检修 手动 操作方式 检修手动开关 S1 占用 X23 端子 S1 有两个 常开接点和一个常闭接点 当按动 S1 时 S1 的一个常开触点接通输入继电器 X23 使电梯运行在检修状态 常闭接点断开 切断门厅呼唤按钮的电路 使它在检修状 态下不起作用 另一个 S1 常开接点接通了检修时专用的上升 下降 停止控制按 钮和高速 低速 点动 连动控制方式选择开关 在检修操作操作方式下 输入端 X0 X7 X10 X11 所接的门厅呼唤按钮不 起作用 在此可利用它作为检修输入开关用 从而减少输入端子的数量 为了防止 万一有人按动门厅呼唤按钮 形成寄生电路 造成误动作 在 X0 X4 所接的开关 分别串一个二极管来消除寄生回路 开关 S2 用于有无司机的选择 当 S2 闭合时为有司机操作方式 S2 断开时为乘 客操作方式 在 1 6 层楼分别设置一个限位开关 X31 X36 以检测轿厢的位置 在每一 个限位开关串一个发光二极管 可以检测限位开关的故障或通断状态 输出端 Y30 用控制升降电机的高低速 当 Y30 1 时 K0 得电使电动机低速运 行 当 Y30 0 时 K0 失电 电动机高速运行 接触器 KM1 KM2 分别用于控制开门 关门 接触器 KM3 KM4 分别用于控制电梯的上升 下降 占用 Y20 Y21 同时 这两个端子也控制上升和下降的指示灯 在 KM1 KM4 接触器线圈上并联反接二 极管 用于保护输出继电器的特点 六层电梯的 PLC 控制系统的设计 14 输出继电器 Y22 Y27 用于控制楼层显示数码管 数码管为 6 只并联分别装在 1 6 楼的厅门上和轿厢内 上升 下降显示灯也各为 6 只 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 x17 X21 X22 X23 X20 X26 X27 X31 X32 X33 X34 X35 X36 COM 上升 下降 高 低速 点联动 停止 检 修 1楼 2楼 3楼 4楼 5楼 门 厅 上 2楼 3楼 4楼 5楼 6楼 门 厅 下 1楼 2楼 3楼 4楼 5楼 6楼 开门 关门 检修 有无司机 轿 厢 内 开门到位 关门到位 1楼 2楼 3楼 4楼 5楼 6楼 楼 层 限 位 公共端 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 12V Y30 Y31 Y32 Y20 Y21 Y24 Y22 Y23 Y25 Y26 Y27 COM K0 KM1 KM2 KM3 20欧 20欧 FX2N 64MR PLC 1楼 2楼 3楼 4楼 5楼 门 厅 信 号 上 门 厅 信 号 下 2楼 3楼 4楼 5楼 6楼 1楼 2楼 3楼 4楼 5楼 6楼 低速 开门 关门 上 升 电动机 信号灯 下 降 电动机 信号灯 直流电源 数码管 楼层 显示 6 只并 S1 S2 S 内 选 信 号 KM4 图4 2电梯控制PLC接线图 5 软件设计 5 1 楼层信号控制环节设计 5 1 15 1 1 门厅上行呼唤信号门厅上行呼唤信号 门厅上行呼唤信号主要用于乘客在 1 5 楼用按钮发出上行的信号以便告诉司 机或直接控制电梯 在乘客控制方式下 到乘客所在的楼层来 门厅上行呼唤信号 如图 5 1 所示 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 15 图 5 1 门厅上行呼唤梯形图 图 5 1 中 X0 X4 分别为 1 5 楼的上行按钮 输出继电器 Y0 Y4 分别控制 一个指示灯表示对应的按钮发出的命令 同一楼层的上行按钮和上行指示灯装在一 起 所以采用带灯按钮 当按钮按下时 按钮中的灯发红光 显示向上标志 由梯形图可知 如一楼乘客按下 1 楼上行 X0 则 1 楼上行信号 Y0 亮 当 松开按钮时灯仍然亮 只有当电梯轿厢下降到楼时 灯才会灭 若在电梯轿厢未到 达一楼时 再按一下 X0 灯也会灭 因为指令 ALTP 是一种交替输出指令 当 X0 从 OFF 到 ON 时 Y0 的状态改变一次 2 楼 3 楼 4 楼 5 楼的上行呼唤信号控制原理和楼基本相同 6 楼为顶层没有上行呼唤信号 所以 没有 6 楼上行呼唤信号 总之 门厅上行呼唤信号 主要起两个作用 一是当乘客按下对应楼层的上行 按钮发出上行呼唤指令时 对应的指示灯亮表示该指令已经输入 等待执行 二是 控制电梯 在上行过程中 在经过有上行呼唤信号的楼层停下来 门厅上行信号只 有在上行过程中 到指定地点消除信号 在下行过程中应保持 5 1 25 1 2 门厅下行呼唤信号门厅下行呼唤信号 门厅下行呼唤信号主要用于乘客在 2 6 楼用按钮发出下行信号 用于告知司 机 在司机控制方式下 或直接控制电梯 在乘客控制方式下 到乘客所在的楼层 来 门厅下行呼唤信号控制梯形图如图 5 2 所示 图5 2中 X输入点分别接2 6楼的下行呼唤按钮 输出继电器Y分别接2 6楼 的下行指示灯 六层电梯的 PLC 控制系统的设计 16 图5 2 门厅下行呼唤梯形图 表示对应的按钮所发出的指令 同一楼层的下行按钮和下行指示灯装在一起 所以采用带灯按钮 当按钮按下时 按钮中发出绿光显示向下标志 由电梯控制梯形图可知 如 6 楼乘客按下 6 楼下行按钮 X11 则 6 楼下行信 号灯 Y11 亮 当松开按钮时 灯仍亮 只有当电梯轿厢上行到 6 楼时 6 楼限位开 关被碰 信号灯灭 若在电梯轿厢来到 6 楼时 再按下一个 X11 灯也会灭 其原 理已有详述 2 楼 3 楼 4 楼 5 楼下行呼唤信号 所以梯形图的工作原理和 5 楼的基本相 同 1 楼为底层 不可能有下行呼唤 所以梯形图中没有 1 楼下行呼唤按钮