基于PLC和组态软件的五层电梯控制系统VIP

摘摘 要要 随着科学技术的发展 近年来 我国的电梯生产技术得到了迅速发展 一些电 梯厂也在不断改进设计 修改工艺 更新换代生产更新型的电梯 电梯主要分为机 械系统与控制系统两大部份 主要机械部件有轿厢 电梯门 开关门机构 层门门 锁 机械安全装置 我国的电梯主要经历了三个发展阶段 对进口电梯的销售 安 装 维护阶段 独立自主 艰苦研制生产阶段 建立三资企业 行业快速发展阶段 随着自动控制理论与微电子技术的发展 电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大 的变化 交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向 目前电梯控制系统主要有三种 控制方式 继电路控制系统 早期安装的电梯多位继电器控制系统 PLC 控制系统 微机控制系统 继电器控制系统由于故障率高 可靠性差 控制方式不灵活以及消 耗功率大等缺点 目前已逐渐被淘汰 微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功 能 但也存在抗扰性差 系统设计复杂 一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷 而 PLC 控制系统由于运行可靠性高 使用维修方便 抗干扰性强 设计和调试周期 较短等优点 倍受人们重视等优点 已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制 方式 目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造 关键字 关键字 PLC 控制 电梯 安全 稳定 i AbstractAbstract The electric elevator of our country technology has got a few prompt development Elevator Factory with the development of science and technology in recent years revise handicraft also in improving design unceasingly Renovation and upgrade produces more late model electric elevator the electric elevator divides machinery system and navar mainly two major parts with the development of autocontrol theory and microelectronics technology the electric elevator dragging moves way and that very big change happened in control without exception exchange speed regulation is that the current electric elevator drags main part moving developing direction Lift control system has three kinds control modes at present mainly Succeed circuit navar electric elevator multidigit relay navar that early phase assembles PLC navar PC navar Shortcomings such as relay navar being dispatched since the malfunction leads high reliability being controlling way no nimbly as well as consumption power is big is eliminated at present already gradually PC navar has stronger function though in the field of intelligent control existence anti interference nature difference also system design is complicated but the personnel who is maintained in general is difficult to grasp it s the defect keeping a technology in repair waiting PLC navar is strong but because of running reliability height using the convenient anti interference sex being maintained merit such as designing and testing a period comparatively shortly be doubly people paid attention to waiting for merit already become the technical transformation at present using the most control mode being used for tradition relay navar at present also broadly in electri celevator navar ii KeyKey words words PLC controls elevator safety stabilizes 目目 录录 摘 要 I ABSTRACT II 第一章 电梯概述及简介 1 第一节 我国电梯发展史 1 第二节 电梯的定义 1 第三节 电梯的分类 2 一 按用途分类 2 二 按驱动方式分类 2 三 按速度分类 3 四 按电梯有无司机分类 3 五 按操纵控制方式分类 3 六 其它分类方式 4 七 特殊电梯 4 第四节 电梯的结构 4 一 电梯的主要机械部件 4 二 电梯的拽引 5 三 三相交流双速笼型异步电动机的拽引系统 5 四 电梯电力驱动系统的定义及构成 6 第五节 交流调速电梯的运行工艺过程 7 第六节 交流双速电梯的主驱动系统 8 一 主驱动系统的结构原理 8 二 交流双速电梯的主要性能与特点 8 第二章 可编程控制器介绍 10 第一节 可编程控制器的由来与发展 10 第二节 PLC 简介 11 一 PLC 的基本结构 11 第三节 可编程控制器 PLC 的特点 14 一 硬件的可靠性 14 二 编程简单 使用方便 14 三 接线简单 通用性好 14 四 可连接为控制网络系统 15 五 易于安装 便于维护 15 第四节 可编程控制器的工作原理 16 第五节 可编程控制器的编程语言 16 iii 第三章 可编程控制器的机型选择 18 第一节 可编程控制器控制系统的 I O 点数估算 18 第二节 内存估计 18 一 用户程序所需内存容量 18 二 内存利用率 18 第三节 开关量输入输出的点数 18 第四节程序编写质量 19 第五节 响应时间 19 第六节 功能 结构要合理 19 第七节 输入输出模块的选择 19 第八节 机型确定 19 第四章 硬件设计 20 第一节 硬件配置简介 20 第二节 PLC 电梯控制系统的硬件面板图 23 第三节 交流双速电梯的主电路及电器元件 24 一 电梯的平层 停层装置 图 4 2 24 二 交流双速电梯的主电路 25 三 门机电路 抱闸电路 门锁及安全运行电路 27 第五章 软件设计 28 第一节 输入输出及内部继电器分配表 28 一 输入点 28 二 输出点 29 二 内部继电器 31 第二节 梯形图程序流程图 33 第三节 梯形图的编写及说明 34 第四节 梯形图的编写 37 一 初始化及开门关门环节梯形图 37 二 楼层信号产生与消除环节梯形图 38 三 停层信号登记与消除环节梯形图 39 四 外呼信号登记与消除环节梯形图 40 五 定向环节梯形图 41 六 停层信号梯形图 42 七 制动停车环节梯形图 43 八 起动 稳速运行 制动减速环节梯形图 44 第六章 程序调试 运行 45 第一节 正常情况下程序调试 45 第二节 过程分析 45 总结 47 致谢 48 参考文献 49 iv 英文文献 50 中文翻译 53 0 第一章第一章 电梯概述及简介电梯概述及简介 随着我国社会经济的迅猛发展 人民物质文化生活水平日益提高 伴随建筑业 的发展 为建筑物内提供上下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着 电梯已 不仅是一种生产环节中的重要设备 更是一种人们频繁乘用的交通运输设备 为了 确保电梯正常运行 安全使用 必须要了解电梯 管理电梯 维护好电梯 第一节第一节 我国电梯发展史我国电梯发展史 据统计 我国在用电梯 34 6 多万台 每年还以约 5 万 6 万台的速度增长 电梯服务中国已有 100 多年历史 而我国在用电梯数量的快速增长却发生在改革 开放以后 目前我国电梯技术水平已与世界同步 100 多年来 我国电梯行业的发展经历了以下几个阶段 对进口电梯的销售 安装 维保阶段 1900 1949 年 这一阶段我国电梯拥 有量仅约 1100 多台 独立自主 艰苦研制 生产阶段 1950 1979 年 这一阶段我国共生产 安装电梯约 1 万台 建立三资企业 行业快速发展阶段 自 1980 年至今 这一阶段我国共生产 安装电梯约 40 万台 目前 我国已成为世界最大的新装电梯市场和最大的电梯生 产国 2009 年 我国电梯行业电梯年产量首次突破 16 万台 我国电梯行业自改革开 放以来第 3 次发展浪潮正在掀起 第 1 次出现在 1986 1988 年 第 2 次出现在 1995 1997 年 第二节第二节 电梯的定义电梯的定义 电梯是服务于规定楼层的固定式升降设备 它具有一个轿厢 运行在至少两列 垂直的倾角小于 15 度的钢性导轨之间 轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸 货物 它适用于装置在两层以上的建筑内 是输送人员或货物的垂直提升设备的交 通工具 1 第三节第三节 电梯的分类电梯的分类 一 按用途分类一 按用途分类 1 客梯 代号 K 为运行乘客而设计的电梯 有完善的安全装置 2 货梯 代号 H 为运送货物而设计的电梯 通常有人操作 有必备的安全装 置 3 客货梯 代号 L 主要用作运送乘客 但也可运送货物 它与客梯的区别在 于轿厢内部装饰结构不同 4 病床电梯 代号 B 为运送病床而设计的电梯 具有轿厢长而窄的特点 5 住宅电梯 代号 Z 供住宅楼使用的电梯 一般采用下集选控制方式 轿厢内 部装饰较简单 6 杂物电梯 代号 W 供图书馆 办公楼 饭店运送图书 文件 食品等 不 容许人员进入电梯 结构简单 无乘人必备的安全装置 7 船舶电梯 代号 C 用于船舶上的电梯 能在船舶摇晃中正常工作 8 观光电梯 代号 G 轿厢壁透明供乘客观光之用 二二 按驱动方式分类按驱动方式分类 交流电梯 用交流感应电动机作为驱动力的电梯 根据拖动方式又可分为交流 单速 交流双速 交流调压调速 交流变压变频调速等 直流电梯 用直流电动机作为驱动力的电梯 这类电梯的额定速度一般在 2 00m s 以上 液压电梯 一般利用电动泵驱动液体流动 由柱塞使轿厢升降的电梯 齿轮齿条电梯 将导轨加工成齿条 轿厢装上与齿条啮合的齿轮 电动机带动 齿轮旋转使轿厢升降的电梯 螺杆式电梯 将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹 再将带有推力轴承的大 螺母安装于油缸顶 然后通过电机经减速机 或皮带 带动螺母旋转 从而使螺杆 顶升轿厢上升或下降的电梯 直线电机驱动的电梯 其动力源是直线电机 电梯问世初期 曾用蒸汽机 内燃机作为动力直接驱动电梯 现已基本绝迹 2 三 按速度分类三 按速度分类 电梯无严格的速度分类 我国习惯上按下述方法分类 低速梯 常指低于 1 00m s 速度的电梯 中速梯 常指速度在 1 00 2 00m s 的电梯 高速梯 常指速度大于 2 00m s 的电梯 超高速梯 速度超过 5 00m s 的电梯 随着电梯技术的不断发展 电梯速度越来越高 区别高 中 低速电梯的速度 限值也在相应地提高 四 按电梯有无司机分类四 按电梯有无司机分类 有司机电梯 电梯的运行方式由专职司机操纵来完成 无司机电梯 乘客进入电梯轿厢 按下操纵盘上所需要去的层楼按钮 电梯自 动运行到达目的层楼 这类电梯一般具有集选功能 有 无司机电梯 这类电梯可变换控制电路 平时由乘客操纵 如遇客流量大或 必要时改由司机操纵 五 按操纵控制方式分类五 按操纵控制方式分类 手柄开关操纵 电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关 实现电梯的起动 上 升 下降 平层 停止的运行状态 按钮控制电梯 是一种简单的自动控制电梯 具有自动平层功能 常见有轿外 按钮控制 轿内按钮控制两种控制方式 信号控制电梯 这是一种自动控制程度较高的有司机电梯 除具有自动平层 自动开门功能外 尚具有轿厢命令登记 层站召唤登记 自动停层 顺向截停和自 动换向等功能 集选控制电梯 是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯 与信 号控制的主要区别在于能实现无司机操纵 并联控制电梯 2 3 台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制 共用层站外召 唤按钮 电梯本身都具有集选功能 群控电梯 是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯 群控有梯群的程序 3 控制 梯群智能控制等形式 六 其它分类方式六 其它分类方式 按机房位置分类 则有机房在井道顶部的 上机房 电梯 机房在井道底部旁 侧的 下机房 电梯 以及有机房在井道内部的 无机房 电梯 按轿厢尺寸分类 则经常使用 小型 超大型 等抽象词汇表示 此外 还有双层轿厢电梯等 七 特殊电梯七 特殊电梯 斜行电梯 轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行 是集观光和运输于一体 的输送设备 特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后 斜行电梯发展迅速 立体停车场用电梯 根据不同的停车场可选配不同类型的电梯 建筑施工电梯 是一种采用齿轮齿条啮合方式 包括销齿传动与链传动 或采 用钢丝绳提升 使吊笼作垂直或倾斜运动的机械 用以输送人员或物料 主要应 用于建筑施工与维修 它还可以作为仓库 码头 船坞 高塔 高烟囱的长期使用 的垂直运输机械 第四节第四节 电梯的结构电梯的结构 电梯是机电合一的大型复杂产品 机械部分相当于人的躯体 电器部分相当于人 的神经 机与电的高度合一 使电梯成了现代科学技术的综和产品 对于电梯的结构 而言 传统的方法是分为机械部分和电气部分 但以功能系统来描述 则更能反映电梯 的特点 下面简单介绍电梯机械部分的结构 而我们的主要目的是怎样来控制它 一 电梯的主要机械部件一 电梯的主要机械部件 1 轿厢 2 电梯门 3 开关门机构 4 层门门锁 5 机械安全装置 4 电梯中 限速器 安全钳装置是十分重要的机械安全保护装置 它的作用在于 因机械或电气的某种原因 例如断绳或失控使电梯超速下降时当下降速度达到一定 限 值时 将轿厢擎停在导轨上 不论是限速器还是安全钳都不能单独完成上述任务 上述任务的完成是靠它们的配合动作来完成的 二 电梯的拽引二 电梯的拽引 拽引电机是驱动电梯上下运行的动力源 其运行情况比较复杂 运行过程中需 要频繁的起动 制动 正转 反转 而且负载变化很大 经常工作在重复短时状态 电动状态 再生制动状态的情况下 因此 要求拽引电机不但应能适应频繁起制动 要求 而且要求起动电流小 起动力距大 机械特性硬 噪声小 当供电电压在额 定电压 7 的范围内变化 还能正常起动和运行 三 三相交流双速笼型异步电动机的拽引系统三 三相交流双速笼型异步电动机的拽引系统 1 此种交流电动机具有两种速度 这样可以使起动与稳定运行时具有较高的速 度 从而可太大的提高电梯的输送能力 同时它又具有准确停层所需的较低速度 也保证了电梯停层准确度 对额定速度为 1 OM S 时 一般停层准确度为 3 OMM 所以电梯的运行效率较单速电梯时大大提高 2 该驱动系统虽然比单速电梯的复杂 但相对其他电梯来说还是比较简单的 系统虽然有级调速 但可以分别对高低速进行控制和调节 因此电梯的运行效率和 性能得到相当大的提高和改善 从而使得这种驱动程序系统在一般低速电梯中得到 广泛的应用 3 这种电梯驱动系统和减速过程是采用低绕组的再生发电制动原理 即在减速 开始的瞬间 快速绕组虽已从电网撤出 并立即把低速绕组接入电网而电动机的实 际转述因电梯机械传动系统的惯性 仍维持在原快速状态时的转速 因此 对低速 绕组来说 此时的实际转速已大大高于低速绕组的同步转速 从而在低速绕组中产 生发电制动减速过程 对低速绕组来说 电动机处于发电机的工作状态 即把在快 速运行时所具有的动能反馈到电网中去 这样的减速制动方式是较经济的 电能消 耗相对较少 5 四 电梯电力驱动系统的定义及构成四 电梯电力驱动系统的定义及构成 一 电梯的电力驱动系统分为两大类 交流驱动系统和直流驱动系统 由以下几部 分组成 图 1 1 图 1 1 二 电梯电力驱动系统的要求 电梯的电力系统要求是 快 稳 准 三 交流感应电动机的转速调节及其评价 以三相交流感应电动机为驱动的交流电梯中 在现有的条件下 交流电梯的运 行速度一般均在 1M S 用以下 而 lM S V 2 0M S 则属 交流调速 或称快 速 电梯的范畴 1 改变三相交流感应电动机定子电压转速调节特性 这种调速方法的拽引电机工作在非正常状态下 如果长期处于低于额定电压下 的运行 虽达到调速的墓顶 但其能耗 特性硬度 最大转矩等特性均低于额定电 压时的情况 因此这种调速方法是不经济的 且性能也不理想 故这种调速方法今 仅用于起动和制动的短暂时间内 以限制起动电流和改善电梯的舒适感 由公式 n0 60f p 中可知 当电动机的极对数 P 改变时交流感应电动机的同步 转速 n0 也将改变 所以 交流电梯中也常用改变电动机及对数 P 的方法获得电梯 所需的转速调节特性 这种具有二种以上及对数的电动机 我们通常称之为双速 三速电动机 这种 电动机的定于绕组有两种结构形式 A 各独立统组的多速电动机 例如 JTD 系列 电源 传动机构2电动机3自动系统4电梯轿厢1 6 电动机 B 按特殊接线方法而改变极对数的单绕组多速电动机 例如 YTD 系列 电动机 2 改变三相交流感应电动机定于绕组的极对数时的转速 只能是有极的调节交流感应电动机的转速而不是无极的 因此在转速的调节过 程中 即从一个极对数相对应的速度调节至另一极对数相对应的转述过程中 必定 要采取有效措施防止电梯系统给乘客带来不舒服感觉和对机械传动系统产生冲击 这样为了转速的调节需添置众多的附加设备 例如接触器 电阻或电抗器等 假若在改变电动机极对数 P 的调节过程中 如保持其他参数基本不变 则可以 看出 对同一电动机的不同极对数 P 时的机械特性曲线基本上是平行的 这是我们 十分希望的调速特性 也就是希望其调速后新的机械特性硬度 p 保持不变 这样才 能保证交流双速电梯在不同负荷时其停层准确且保持不变 由于在同一定子内需要布置两套三相统组 或改变单相统组的不同接线方法 则其不同极对数时相应的磁通量和功率是不一样的 因而极对数 P 越大 其最大转 矩 Mk 也将有稍许变化 3 外力口涡流制动器等的转速调节特性 在交流电梯中除了三相交流感应电动机的本身进行速度调节外 还可以利用外 加器件调节交流感应电动机的最后输出速度 这种情况常见的有 在电机内的一个 独立统组中加一个可控制的直流电流或在交流感应电动机的轴端加一个可控制的涡 流制动器 但比较理想且控制方便的是涡流制动器的速度调节方法 虽然这种调速方法的机械特性曲线较为理想 但其能量消耗是大的 而且把电 动机的原有动能全部消耗在涡流制动器的发热上了 第五节第五节 交流调速电梯的运行工艺过程交流调速电梯的运行工艺过程 首先接通电梯的总电源及控制电源 照明电源 把电梯的层门和轿厢门打开 司机进入电梯轿厢内 合上轿厢内操作箱上应该合上的各种开关 并点亮轿厢内的 照明灯 司机根据轿厢内乘客欲往的楼层或轿厢内无乘客时根据某个楼层的厅外召 唤信号 司机锨按操作箱上相应的一个楼层或几个楼层数的指令按钮 自动定出电 梯的运行方向 司机锨按起动开车按钮 自动关门 自动起动 分级加速至稳速运 行 在接近目的楼层时 井道内该层永磁开关自动发出减速信号 自动分级减速制动 自动平层停车 自动开门 让乘客出入电梯轿厢 司机再 7 次掀按起动开车按钮 电梯内可以有专职司机操作 也可以有进入轿厢内的乘客自 己操 作 也可以有某个或几个楼层的厅外召唤信号而把电梯召唤来 而且在运行应答完 最后一个 即最远一个 召唤信号后 电梯即可自动换向 但是楼层厅外召唤信号 的作用只有在电梯门关闭后方可起作用 此即所谓电梯轿厢内的指令信号 优先 于 厅外召唤信号 第六节第六节 交流双速电梯的主驱动系统交流双速电梯的主驱动系统 一 主驱动系统的结构原理一 主驱动系统的结构原理 此交流双速电梯的主驱动系统结构原理 三相交流异步电动机定于内具有两个 不同极对数的绕组 国内一般为 6 极 同步转速为 1000r min 和 24 极 同 步转速为 250r min 两个统组 这两个统组可以是各自独立的双绕组 也可以 是单 这种主驱动系统的工作过程如下 快速绕组 6 极 作为起动和稳速 即额定速度 运行之用 而慢速绕组 24 极 作为制动 减速平层停车之用 起动按时间原则 串电阻 电抗一极加速 而减速制动也按时间原则进行两极在发电制动减速 以慢 速绕组进行低速稳定运行 直到平层车 二 二 交流双速电梯的主要性能与特点交流双速电梯的主要性能与特点 1 这种电梯的交流电动机具有两种速度 这样就使起动与稳定运行时具有较高 的速度 从而可以大大提高电梯的输送能力 同时它又具有准确停层所需的较低速 度 也保证了电梯的停层准确度 所以该电梯的运行效率比单速电梯有很大的提高 2 主驱动系统虽然比单速电梯的复杂 但相对其他电梯来说还是比较简单的 系统虽然有级调速 但可以分别对高低速进行控制和调节 因此电梯的运行效率和 性能得到相当大的提高和改善 从而使得这种驱动系统在一般低速电梯中得到广泛 的应用 3 这种电梯主驱动系统的制动和减速过程是采用低速绕组的再生发电制动原理 即在减速开始的瞬间 快速绕组虽然从电网撤出 并立即把低速绕组接入电网而电 8 动机的实际转速因电梯机械传动系统的惯性 仍维持在原快速状态时的转速 因此 对低速绕组来说此时的实际转速已大大高于低速绕组的同步转速 从而在低速绕组 中产 生再生发电制动减速过程 对低速绕组来说 电动机处于发电机的工作状态 即把 快速运行时所具有的功能反馈到电网中去 这样的减速制动方式是较经济的 电能 消耗相对较少 9 第二章第二章 可编程控制器介绍可编程控制器介绍 第一节第一节 可编程控制器的由来与发展可编程控制器的由来与发展 第一台可编程控制器的设计规范是美国通用公司提出的 当时的目的是要求设 计一种新的控制装置以取代继电器盘 在保留了继电器控制系统的简单易懂 操作 方便 价格便宜等优点的基础上 同时具有现代化生产线所要求的时间响应快 控 制精度高 可靠性好 控制程序 可随工艺改变 易于与计算机接口 维修方便等 诸多高品质与功能 这一设想提出后 美国数字设备公司 DEC 于 1969 年研制 成第一台 PLC 型号为 PDP 14 投入通用汽车公司的生产线控制中 取得了令人 满意的效果 从此开创了 PLC 的新纪元 第一台 PLC 具有模块化 可扩充 可重编程及用于工业环境的特性 这些控 制器易于安装 占用空间小 可重复使用 尽管控制器编程有些琐碎 但它具有公 共的工厂标准 梯形图编程语言 这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它 在短时间内 PLC 在其他工业部门也得到应用 到 70 年代初 食品 金属和 制造等工业部门相继使用 PLC 代替继电器控制设备 迈出了其实用化阶段的第一步 70 年代中期 由于大规模集成电路的出现 使 8 位微处理器和位片处理器相继问 世 使可编程控制技术产生了飞跃 在逻辑运算功能的基础上 增加了数值运算 闭环控制 提高了运算速度 扩大了输入输出规模 在这个时期 日本 西德 原 和法国相继研制出了自己的 PLC 我国在 1974 年也开始研制 70 年代由于超大规模集成电路的出现 使 PLC 向大规模 高速性能方向发 展 形成了多种系列化产品 这是面向工程技术人员的编程语言发展成熟 出现了 工艺人员使用的图形语言 在功能上 PLC 可以代替某些模拟控制装置和小型机 DDC 系统 进入八九十年代后 PLC 的软硬件功能进一步得到加强 PLC 已发展 成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统 能与其他设备通信 生成报表 调度 10 产生 可诊断自身故障及机器故障 这些改进使 PLC 符合今天对高质量高产出的要 求 尽管 PLC 功能越来越强 但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点 第二节第二节 PLC 简介简介 一一 PLC 的基本结构的基本结构 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 图 2 1 图 2 1 PLC 结构简化框图 一 中央处理单元 简称 CPU 中央处理单元是 PLC 的控制中枢 核心部件 其性能决定了 PLC 的性能 组成 由控制器 运算器和寄存器组成 这些电路都集中在一块芯片上 通过 地址总线 数据总线 控制总线 与存储器的输入 输出接口电路相连 常用芯片 通用微处理器 单片机 位片式微处理器 作 用 处理和运行用户程序 进行逻辑和数学运算 控制整个系统 使之协 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 11 调的工作 具体有 1 接收并存储从编程器键入的用户程序和数据 用扫描方式接收现场输入设备 的状态或数据 并将输入状态或数据存入输入印象区或数据寄存器 2 诊断电源 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误 3 PLC 进入运行状态后 从存储器中逐条读取用户程序 经指令解释后按指令 规定的任务产生相应的控制信号 去启闭有关的控制电路 分时 分渠道地去执行 数据的存取 传送 组合 比较和变换等操作 完成用户程序中规定的逻辑或算术 运算等任务 4 根据运算结果 更换有关影象区的状态和输出状态寄存器的内容 根据输出 状态寄存器或数据寄存器的内容实现对输出的控制 二 存储器 存储器是具有记忆功能的半导体电路 作用 存放系统程序 用户程序 逻辑变量和其它一些信息 系统程序 控制 PLC 完成各种功能的程序 由 PLC 生产厂家编写 并固化到 只读式存储器 ROM 中 用户不能访问 用户程序 用户根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的程序 通过编程器 输入到 PLC 的随机存储器 RAM 中 允许修改 由用户启动运行 三 结构 结构 由存储体 地址译码电路 读写控制电路 数据寄存器组成 1 存储体由存储单元构成 作用 存放二进制数据 2 地址译码电路的作用 根据地址总线上的地址编码选取相应的存储单元 3 读写控制电路的作用 将选中的存储单元的内容读到数据寄存器中或将数据 寄存器的内容写到选中的存储单元中 4 数据寄存器的作用 存放从存储单元读出的数据 或者存放从数据总线送来 并准备写到存储单元去的数据 四 存储器的工作过程 数据的写入过程 数据的读出过程 PLC 中使用的存储器 只读存储器 ROM 随机存储器 RAM 12 ROM 为只读存储器 存放 PLC 制造厂家写入的系统程序 并永远驻留在 ROM 中 PLC 去电后再上电 ROM 内容不变 RAM 为可读写的存储器 读出时其内容不被破坏 写入时 新写入的内容覆 盖原有的内容 为防止掉电后信息丢失 配有后备锂电池 除此而外 PLC 还有 EPROM EEPROM 存储器 PLC 产品样本或使用说明书中给出的存储器形式或容量等均指用户存储器 存 储 器容量是 PLC 的一个重要性能指标 五 输入单元 输入单元是 PLC 与工业生产现场被控设备相连的输入接口 是现场信号进入 PLC 的桥梁 作用 接收主令元件 检测元件传来的信号 输入类型 直流输入 交流输入 交直流输入 输入接口采用光电耦合电路 目的是把 PLC 与现场电路隔离 提高 PLC 的抗 干扰能力 接口电路内部有滤波 电平转移 信号锁存电路 各 PLC 生产厂家都提 供了多种形式的 I O 部件或模块供用户选用 六 输出单元 输出单元也是 PLC 与现场设备之间的连接部件 把输出信号送给控制对象的输 出接口 作用 将中央处理器送出的弱电信号转换成现场需要的电平信号 驱动被控设 备的执行元件 输出类型 继电器输出 输出接口电路也采用光电耦合 每一点输出都有一个内部电路 由指示电路 隔离电路 继电器组成 输出接口电路也有输出状态锁存 显示 电平转移和输出 接线端子排 输出部件或模块也有多种类型供选用 七 电源 作用 将交流电转换成 PLC 内部所需的直流电源 类型 目前大部分 PLC 采用开关式稳压电源供电 PLC 除上述五部分外 随机型的不同还有多种外部设备 其作用是帮助编程 实现监控以 13 及网络通讯 常用的外部设备有编程器 打印机 盒式磁带录音机 计算机等 第三节第三节 可编程控制器可编程控制器 PLC 的特点的特点 一一 硬件的可靠性硬件的可靠性 PLC 是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的 一个设计良好的 PLC 能置于 有很强的电噪声 电磁干扰 机械振动 极端温度和湿度很大的环境中 在硬件设计方面 首先是选用优质器件 再就是采用合理的系统结构 加固 简化安装 使它易于抗振动冲击 对印制电路板的设计 加工及焊接都采取了极为 严格的工艺措施 而且在电路 结构及工艺上采取了一些独特的方式 例如 在输 入 输出电路中都采用了光电隔离措施 做到电浮空 既方便接地 用提高了抗干扰 性能 各个 I O 端口都除采用了常规模拟器滤波以外 还加上了数字滤波 内部采 用了电磁屏蔽措施 防止辐射干扰 采用了较先进的电源电路 以防止由电源回路 串入的干扰信号 采用了较合理的电路程序 一旦某模块出现故障 进行在线插拔 调试时不会影响各机的正常运行 由于 PLC 本身具有很高的可靠性 所以发生故障的部位大多集中在输入 输出 的部件上 以及如传感器件 限位开关 光电开关 电磁电机等外围装置上 二二 编程简单 使用方便编程简单 使用方便 用微机实现自动控制 常使用汇编语言编程 难于掌握 要求使用者具有一定 水平的计算机硬件和软件知识 PLC 采用面向控制过程 面向问题的 自然语言 编程 容易掌握 例如 目 前打多数 PLC 均采用的梯形图语言编程方式 既继承了传统控制线路的清晰直观感 又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员 所接受 易于编程 程序改变时也容易修改 很灵活方便 14 这种面向控制过程 面向问题的编程方式 与目前微机控制常用的汇编语言相 比 虽然在 PLC 内部增加了解释程序 增加了程序执行时间 但对大多数的机电控 制设备来说 这是微不足道的 三三 接线简单 通用性好接线简单 通用性好 PLC 的接线只需将输入信号的设备 按钮 开关等 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 接触器 电磁阀等 与 PLC 输出端子连 接 接线简单 工作最少 省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦 PLC 的编程逻辑提供了能随要求而改变的 接线网络 这样生产线的自动化过程就能 随意改变 这种性能使 PLC 具有很高的经济效益 用于连接现场设备的硬件接口实际上是 PLC 的组成部分 模块化的自诊断接口 电路能指出故障 并易于排除故障与替换故障部件 这样的软硬件设计就使现场电 气人员与技术人员易于是用 四四 可连接为控制网络系统可连接为控制网络系统 PLC 可连成功能很强的网络系统 网络可分为两类 一类是低速网络 采用 主从方式通信 传输速率从几千波特到上万波特 传输距离为 500 2500m 另 一类为高速网络 采用令牌传送方式通信 传输速率为 1M 10Mbps 传输距离为 500 1000m 网上结点可达 1024 个 这两类网络可以级连 网上可兼容不同类 型的可编程控制器和计算机 从而组成控制范围很大的局部网络 五五 易于安装 便于维护易于安装 便于维护 PLC 安装简单而且功能有效 其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱 所需空间的一半的地方 在从继电器系统改换到 PLC 系统的情况下 PLC 小的模 块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端 其实改换很方便 只要将 输入 输出设备连向接线端即可 在大型安装中 长距离输入 输出站点安放在最优地点 长距离站通过同轴电缆 获双扭线连向 CPU 这种配置大大减少了物料和劳力 长距离子系统方法也意味着 系统不同部分可在到达安装场地前由 PLC 制造商预先连好线 这一方法大大减少了 15 电气技术人员的现场安装时间 从一开始 PLC 便以易维护作为设计目标 由于几乎所有器件都是固态的 维 护时只需更换模块级插入式部件 故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中 就 能指示器是否正常工作 借助于编程设备可见输入 输出是 ON 还是 OFF 还可写 编程指令来报告故障 PLC 的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益 部分 一旦安装后 其作用立即显现 其收益也马上实现 向其他智能设备一样 PLC 的潜在优点还取决于应用时的创造性 第四节第四节 可编程控制器的工作原理可编程控制器的工作原理 PLC 具有微机的许多特点 但它的工作方式却与微机有很大不同 微机一般采 用等待命令的工作方式 PLC 则采用循环扫描工作方式 在 PLC 中 用户程序按 先 后顺序存放 CPU 从第一条指令开始执行程序 直至遇到结束符后又返回第一条 如此周而不断循环 每一个循环称为一个扫描周期 一个扫描周期大致可分为 I O 刷新和执行指令两个阶段 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 16 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 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 第五节第五节 可编程控制器的编程语言可编程控制器的编程语言 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 功能图 及布尔逻辑编程 梯形图 Ladder Programming 是应用最广的 梯形图编程有时称为继电器梯形图逻辑图 编程 它使用的最广是因为它和以往的继电器控制线路很接近 梯形图是在原电器 控制系统中常用的接触器 继电器梯形图基础上演变而来的 它与电气操作原理相 呼应 它的最大优点是形象 直观和实用 为广大电气技术人员所熟知 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 其主 要特点为使用方便 修改灵活 功能图编程 Function Chart Programming 是一种较新的编程方法 它的 作用使用功能图来表达一个顺序控制过程 布尔逻辑编程 Boolean Logic Programming 包括 与 AND 或 OR 非 NOT 以及定时器 计数器 触发器等 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 17 第三章第三章 可编程控制器的机型选择可编程控制器的机型选择 第一节第一节 可编程控制器控制系统的可编程控制器控制系统的 I O 点数估算点数估算 输入点 动合常开触点九个 按钮开关十八个 位置开关五个 输入点共计三十二个 输出点 控制电机所需输出点十个 各类指示灯共计二十二个 含两个并联灯 输出点共计三十个 第二节第二节 内存估计内存估计 一一 用户程序所需内存容量用户程序所需内存容量 用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响 内存利用率 开关量输入 输出点数 模拟量输入输出点数 用户的编程水平 二二 内存利用率内存利用率 我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字 数的比值称为利用率 18 第三节第三节 开关量输入输出的点数开关量输入输出的点数 一般系统中 开关量输入和开关量输出的比为 6 4 这方面的经验公司是根据 开关量输入 开关量输出的总点数给出的 所需内存字数 开关量 输入 输出 总点数 10 模拟量输入输出的总点数 只有模拟量输入时 内存字数 模拟量点数 100 模拟量输入输出同时存在 内存拟量字数 200 第四节程序编写质量第四节程序编写质量 经验计算公式 总存储器字数 开关量输入点数 开关量输出点数 10 模拟量点数 150 然后按计算存储器字数的 25 考虑裕量 第五节第五节 响应时间响应时间 可编程控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠的接收持续时间小于扫描周期 的输入信号 系统响应时间是指输入信号产生时刻与由此而使输出信号状态发生变化时刻的 时间间隔 系统响应时间 输入滤波时间 输出滤波时间 扫描周期 第六节第六节 功能 结构要合理功能 结构要合理 单片控制往往是用一台可编程控制器控制一台设备 或者一台可编程控制器控 制几台小设备 第七节第七节 输入输出模块的选择输入输出模块的选择 可编程控制器输入模块是检测并转换来自现场设备 按钮 限位开关 接近开 关等 的高电平信号为机器内部电平信号 模型类型分直流 5 12 24 48 60V 几种 交流 115V 和 220V 两种 19 模块输出的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号 输出模块 同时接通点数的电流累计值必须小于公共段所允许通过的电流值 输出模块的电流 值必须大于负载电流的额定值 第八节第八节机型确定机型确定 综上所述 根据具体情况 我们选择三菱的 F1 60MR 基本单元和 F1 20E 扩 张 单元构成控制系统 第四章第四章 硬件设计硬件设计 第一节第一节 硬件配置简介硬件配置简介 PLC 产品出现以来 它以面向工业控制的鲜明特点 普遍受到电器控制领域的 欢迎 特别是中小容量 PLC 成功取代了传统的继电控制系统 使得控制系统的可靠性 大大提高 目前各国生产的 PLC 品种繁多 发展速度快 本文所用到的产品是日本 三菱 F1 60MR 系列 在此简单的介绍该机型的一些技术指标 技术性能分为 一般性能 功能特性 基本单元 输入性能 输出性能和其 它性能 一 一般性能 见表 4 1 表 4 1 一般性能 电源AC110 120V 220 240V 单相 50 60Hz 电源波动AC93 5 132V 187 264V 10ms 以下瞬时断电 控制不 受影响 环境温度0 55 度 环境湿度45 95 无凝露 20 抗振动10 55Hz 0 5mm 最大 2g 重力加速度 抗冲击10g 3 轴 X Y Z 方各 3 次 抗噪声1000V lus 30 100Hz 噪声仿真器 绝缘耐压AC1500V lmin 各端子与接地端之间 绝缘电阻5 兆殴 500V DC 各端子与接地端之间 接地小于 100 殴 如果不可能 也可以不接地 二 输入性能 见表 4 2 表 4 2 输入性能 输入类型无电压触点或 NPN 集电极电极开路晶体管 绝缘光 电隔离 输入电压内部电源 DC24 4V 4V 外部电源 DC24V 8V 8V 输入阻抗近似 3 3 千殴 OFF ONDC4mA 最小 工作电流 ON OFFDC1 5mA 最大 OFF ON近似 10ms 有 8 点可改变从 0 60ms 响应时间 ON OFF近似 10ms 有 8 点可改变从 0 60ms 三 输出性能 见表 4 3 表 4 3 输出性能 21 输出类型继电器输出 绝缘断电器绝缘 电阻负荷2A 点 感性负荷35V A 300000 输出 负荷 灯泡负荷100W 漏电流0mA OFF ON近似 10ms响应 时间ON OFF近似 10ms 四 功能特性 见表 4 4 表 4 4 功能特性 执行方法周期执行存储的程序 集中输入 输出 执行速度平均 12us 步 程序语言断电器和逻辑符号 梯形图 程序容量1000 步 逻辑指令20 条 包括 MC MCR CJP EJP EJP S R 步进梯形指令2 条 STL REJ 指 令 功能指令87 个 包括 等 程序记忆内部配置 CMOS RAM EPROM EEPROM 卡 无锁存128 点 锁存64 点 状态64 点 辅助继电器 特殊16 点 22 数据寄存器64 点 0 1s 定 时器 24 点 延时接通 0 1 999s定时器 0 01s 定时器 8 点 延时接通 0 01 99 9s 计数器 锁存 30 点 减法计数 0 999 高速计数器 锁存 1 点 加 减计数 0 999999 最 大 KHz 电池保护锂电池 寿命约 5 年 诊断程序检查 和 语法 电路 定时监 视 电池电压 电源电压 23 第二节第二节 PLC 电梯控制系统的硬件面板图电梯控制系统的硬件面板图 电梯控制输入输出口接线图 楼上呼记忆 楼上呼记忆 楼下呼记忆 楼上呼记忆 楼下呼记忆 楼上呼记忆 4楼下呼记忆 楼下呼记忆 层内选记 忆灯 层层楼指 示 起动加速 低 速 高 速 下 行 上 行 制动减速 开门 关门 安全运行 门 锁 自 动 检 修 开 门 关 门 上行起动 下行起动 基 站 开门到位 关门到位 上行限位 下行限位 1楼内选 2楼内选 3楼内选 4楼内选 5楼内选 1楼感应器 2楼感应器 3楼感应器 4楼感应器 5楼感应器 1楼上行 2楼上行 2楼下行 3楼上行 3楼下行 4楼上行 4楼