基于PLC在电梯中的应用.doc

目录引 言3第一章 设计任务及要求41.1 设计任务41.2 设计要求4第二章 系统总体设计42.1 方案论证42.2系统结构框图设计及说明51. 系统结构框图52. PLC控制系统设计6第三章 软件和硬件设计63.1系统硬件设计61.系统硬件原理图及工作原理62元件参数选择及设计83.2 系统软件设计81. 软件系统的选择和了解92. 软件各功能模块的流程图设计及思路10第四章 调试和故障12第五章 I/O口分配表，实验仪器清单22第六章 收获和体会，建议23第七章 参考文献24引 言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。可编程序控制器(PLC)是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。 电梯控制系统主要包括电梯拖动系统的控制和电梯逻辑系统的控制。电梯拖动控制本分主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿厢开关电路，其性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响。电梯逻辑控制部分则是由控制本部分的核心器件PLC，呼叫按钮，传感器，控制继电器和指示灯组成。PLC是电梯可靠运行的关键，是电梯控制系统自动化程度的重要标志。电梯的拖动系统控制主要以电梯速度为控制目标，以给定的曲线作为依据，利用模拟控制装置或者数字控制装置，针对曳引电动机的不同调速方式过程闭环或开环的速度控制系统，实现电梯运动状态的控制。本设计以PLC作为工具对升降电梯的各种操作进行控制。以下已对四层电梯的硬件部分作了分析，看需要什么样的开关、电机、信号灯等。然后，画出它的控制面板，再根据控制面板估计一下I/O点数，这样可以确定所选机型，然后再软件设计，写出流程图、梯形图，写出指令语句，最后进行调试，看看此程序是否可行。第一章 设计任务及要求1.1 设计任务以可编程控制器(PLC)为核心，设计一个四层电梯控制系统。实现电梯系统基本功能：该系统包括开，关门程序模块，内，外部信号功能程序模块，上下行指示灯程序模块。功能在触摸屏模拟实现。1.2 设计要求1.一个四层楼房的电梯，上行与下行的选择由乘电梯的人选择信号决定，顺向优先执行。2.行车途中如果遇到呼梯信号时，顺向截车，反向不截车。选择信号，呼梯信号具有记忆功能，执行后解除3.选择信号，呼梯信号，行车方向均有信号指示灯，行车楼层位置用LED显示。4.停层时可以延时开门，手动开门，本层顺向呼梯开门5.有选择信号时自动关门，关门后延时自动行车6.无选择信号时不能自动关门7.行车时不能手动开门或本层呼梯开门，开门不能行车8.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。9.当完成全部运行状态的情况下，又无层外呼梯信号时电梯应自动关门在调定时间内自动关闭照明第二章 系统总体设计2.1 方案论证可编程序控制器是属于存储程序控制的一种装置，其控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的，若要对控制功能作修改，在很大程度上只须改变软件指令即可，使得硬件软件化。因此它在工业控制中的地位越来越高，占有极其重要的地位，最重要的原因是它具有如下独特的特点可靠性高、编程简单易学、通用性强、系统设计周期短、对生产工艺改变适应性强、安装简单、调试方便、维护工作量小和适应工业环境。总之，电梯的控制比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。PLC是专门为工业过程而设计的控制设备，随着PLC的应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳，可靠。抗干扰性能强，机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表，电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。2.2系统结构框图设计及说明1. 系统结构框图电梯控制系统原理框图如图2-2-1，主要由轿箱内指令电路，门厅呼叫电路，主拖动电机电路，开关门电路，挡层显示电路，按钮记忆灯电路，平层感应及PLC电路等组成。图2-2-1 电梯控制系统原理框图2. PLC控制系统设计 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。图2-2-2为电梯PLC控制系统的基本结构图，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。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，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。图2-2-2 电梯PLC控制系统的基本结构图第三章 软件和硬件设计3.1系统硬件设计1.系统硬件原理图及工作原理（1）系统硬件原理图系统由轿厢、开关门机构、曳引机构、控制系统等组成，如图3-1-1所示。图3-1-1 系统结构框图（2）主回路电路原理图根据本设计要求，本次设计的电气控制主回路电路图如图3-1-2，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1-KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而运行对电梯的控制。FR1，FR2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路，FU1为熔断器，起电流保护作用。图3-1-2 主回路电路原理图2元件参数选择及设计1可编程控制器（PLC）的选型(1)可靠性包括产品的有效性和可维修性。PLC的可靠性高，表现在下列几方面：1)PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高。2)PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计、掉电保护、故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高。3)PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因对操作(2) PLC的易操作性表现在下列三个方面:1)操作方便对PLC的操作包括程序输人的操作和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行程序输人和更改的操作。2)编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，梯形图由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的编写和学习。3)编程的灵活性。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。2数码管的设计此数码管显示是由PLC控制，具体说是有行程开关控制。数码管分为七段，每一段由一个中间继电器控制，当行程开关被压住，楼层就显示是几楼.例如电梯碰到一楼的行程开关，则一楼的中间继电器带电并且中间继电器的辅助触头带电从而使bc段显示。图3-2-2 数码管电路图3.2 系统软件设计1. 软件系统的选择和了解（1）PLC梯形图概述梯形图是使用最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的有点，很容易被工厂电气人员所掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图主要由触点、线圈和用方框表示的功能块组成。触点代表逻辑“输入”条件，如外部的开关、按钮和内部条件等。线圈通常代表逻辑“输出”结果，用来控制外部的指示灯、交流接触器、中间继电器和内部的输出条件等。功能块代表附加指令，如定时器、计数器或者数字运算指令，功能块是可选的。除了以上3个编程元件外，一般还有标号及连接线。1.每一逻辑行总是起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于线圈或右母线（右母线可以不画出）。注意：左母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与右母线之间则不能有任何触点。2.梯形图中的触点可以任意串联或并联，但继电器线圈只能并联而不能串联3.触点的使用次数不受限制。 4.一般情况下，在梯形图中同一线圈只能出现一次。如果在程序中，同一线圈使用了两次或多次，称为“双线圈输出”。对于“双线圈输出”，有些PLC将其视为语法错误，绝对不允许；有些PLC则将前面的输出视为无效，只有最后一次输出有效；而有些PLC，在含有跳转指令或步进指令的梯形图中允许双线圈输出。（2） CX-PROGRAMMER编程软件的操作办法本课题采用的编程软件CX-PROGRAMMER编程软件，具体操作的方法如下1.打开CX-PROGRAMMER编程软件，点击打开文件，在下拉菜单栏中点击文件。再选择CP1H，确定打开后就可以绘制梯形图编题的程序。2.在打开文件之后就可以绘制梯形图，根据所编写的程序，在页面上面有功能图，然后根据功能完成对梯形图的绘制。3.完成对梯形图的绘制后，保存文件，在菜单栏中点击在线工作.将程序传输到PLC上。2. 软件各功能模块的流程图设计及思路（1）信号行程流程图及设计思路，如图3-2-2-1图3-2-2-1 信号行程流程图通过控制要求画出流程图，开始先判断电梯当前位置，再根据呼叫信号和选择信号来判断行程路线。（2）开关门流程图，如图3-2-2-2图3-2-2-2开关门流程图开关门是电梯程序重要的一部分，控制好开关门的关系，才能准确调整好多个信号时，电梯运行的顺序准确与否。同时，开门限制电梯不能运行，运行时，不能开门。（3）PLC外部接线图，如图3-2-2-3图3-2-2-3 外部接线图第四章 调试和故障4.1 上下运行，如下图4-1-1 图4-1-1 电梯上下行程序 电梯上下运行必须由两个继电器来分别独立实现，通过4层楼各自的呼叫信号和电梯内部的选择信号来触发电梯的上下运行。虽然电梯只有4层的工作量，但是多样化的信号选择和呼叫，造成了电梯上下运行的顺序先后有点不规则，经过多次的调试和修改，还是留有一处故障来不及处理：当电梯里有人选择3和4层时，1层外有人呼叫电梯，电梯本该过完3和4层再回1层，却过了3层直接回1层。4.2 楼层感应及显示，如图4-2-1和图4-2-2图4-2-1楼层感应 图4-2-2 楼层显示图4.2.1 楼层感应及显示程序电梯运行过程会触及感应开关，实现楼层更替，也就是电梯运行的主要任务：载人到目的地。由于软件功能和本身知识有限，不能完美实现感应功能，只能用开关形式来实现类似的功能。显示方面比较简单，就是一开始指令运用错误，导致显示一直是0,，经过认真检查才得以解决。4.3呼叫和选择信号的保持和取消，如图4-3-1图4-3-1呼叫和选择信号的保持和取消程序信号是触发电梯运行的动力。电梯内部4个选择信号，而各楼也有各自的呼叫信号，本来2和3层该有上下两种呼叫信号，在这被我简化成和1,4层一样只有一个呼叫信号，虽然现实功能上是有所缺陷，在理论上还是可以通过验证。信号的保持和取消是个难题，在这我运用了电梯外门的概念，得以实现。电梯外门在下面也会提到。4.4开关门及外门（1） 关门，如图4-4-1图4-4-1 关门程序（2） 开门及外门，如图4-4-2图4-4-2开门及外门程序开关门就像是电梯在处理信号时一种节奏：互相限制，配合延时互相切换。关门主要由选择信号控制，开门主要由呼叫信号控制。开门后触发外门也跟着开，这里把电梯想象成2个门，而外门则是一层各一个，外门的作用主要用来上述的信号取消。除此之外，开关门还配有各自的手动按钮开关。4.5触摸屏部分操作情况1. 触摸屏的概述随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏，因为触摸屏不仅适用于中国多媒体信息查询的国情，而且触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当，这种技术大大方便了那些不懂电脑操作的用户。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏在我国的应用范围非常广阔，主要是公共信息的查询；如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询；城市街头的信息查询；此外应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。将来，触摸屏还要走入家庭。随着城市向信息化方向发展和电脑网络在国民生活中的渗透，信息查询都已用触摸屏实现-显示内容可触摸的形式出现。为了帮助大家对触摸屏有一个大概的了解。2. 根据要求设计触摸屏（1）电梯在1层时，如图4-5-2-1图4-5-2-1 一层触摸屏模拟（2）电梯在2层时，如图4-5-2-2图4-5-2-2 二层触摸屏模拟（3）电梯在3层时，如图4-5-2-3图4-5-2-3 三层触摸屏模拟（4）电梯在4层时，如图4-5-2-4图4-5-2-4 四层触摸屏模拟（5）电梯上行时，如图4-5-2-5图4-5-2-5 电梯上行触摸屏模拟（6）电梯下行时，如图4-5-2-6图4-5-2-6 电梯下行触摸屏模拟第五章 I/O口分配表及实验仪器清单5.1 I/O口分配表表1 I/O口分配表输入名称输入名称输出名称W2.011层呼叫W3.01感应1层W1.08关门W2.022层呼叫W3.02感应2层W1.041层外门W2.033层呼叫W3.03感应3层W1.052层外门W2.044层呼叫W3.04感应4层W1.063层外门W6.01选择1层W4.011层感应开关W1.074层外门W6.02选择2层W4.022层感应开关W1.03开门W6.03选择3层W4.033层感应开关W1.00向上运行W6.04选择4层W4.044层感应开关W1.01向下运行W5.00手动关门W6.06手动开门5.2实验仪器设备清单表2实验仪器设备清单名称用途数量电脑连接软件和实验箱1内存卡存储程序和资料1实验箱在线模拟，触摸屏实现1欧姆龙软件编写程序1表