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  电气控制与PLC实训 题目:电梯控制系统设计 专业: 电气工程及其自动化 班级: 电气11-5班 姓名: 学号: 110340205 指导老师: 张翼成 吕玉莲 设计时间 2014 年 6 月 23 日至 2014 年 6 月27日 目 录 一、PLC的发展 3 1、PLC定义 3 2、PLC组成 3 2.1、PLC硬件结构 3 2.2、PLC软件结构 5 二、电梯PLC控制系统设计 5 1、电梯控制要求 6 2、PLC控制系统设计分析 7 3、电梯PLC控制系统设计 7 4、I\O口分配表 8 5、硬件接线 四、系统调试与操作 9 五、结束语 10 六、附录 10 前言 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。同时,由于电机交流变频调速技术的发展电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此,PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行业的一个热点。 PLC是一种用于自动化控制的专用计算机,实质上属于计算机控制方PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。电梯采用了PLC控制,用软件实对电梯运行的自动控制,可靠性大大提高。控制系统结构简单,外部线路简化,另外可方便地增加或改变控制功能。也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。 随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展,交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因数和节电效果,广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。 一、PLC的发展 1、PLC定义 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。总之,可编程控制器是一台计算机,它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口,并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用,在实际应用时,其硬件需根据实际需要进行选用配置,其软件需根据控制要求进行设计编制。 2、PLC组成 可编程控制器的结构多种多样,但其组成的一般原理基本相同,都是以微处理器为核心的结构,其功能的实现不仅基于硬件的作用,更要靠软件的支持,实际上可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机。? 2.1、PLC硬件结构 整体结构的PLC——四部分装在同一机壳内 模块式结构的PLC——各部件独立封装,称为模块,通过机架和总线连接而成 I/O的能力可按用户的需要进行扩展和组合(扩展机) 另外,还必须有编程器——将用户程序写进规定的存储器内。PLC硬件结构图如图1所示。 图1 PLC硬件结构图 1. 中央控制处理单元(CPU) 可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。 通用微处理器有8080、8086、80286、80386等;单片机有8031、8096等;位片式微处理器的AM2900、AM2903等。FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。 2. 存储器 可编程控制器配有两种存储器:系统存储器和用户存储器。 系统存储器:存放系统管理程序,用只读存储器实现。 用户存储器:存放用户编制的控制程序,一般用RAM实现或固化到只读存储器中。 3. 输入输出接口 作用:连接用户输入输出设备和PLC控制器,将各输入信号转换成PLC标准电平供PLC处理,再将处理好的输出信号转换成用户设备所要求的信号驱动外部负载。 对输入输出接口的要求:良好的抗干扰能力;对各类输入输出信号(开关量、模拟量、直流量、交流量)的匹配能力。 PLC输入输出接口的类型:模拟量输入输出接口、开关量输入输出接口(直流、交流及交直流)。用户应根据输入输出信号的类型选择合适的输入输出接口。 开关量输入接口电路 各种输入接口均采取了抗干扰措施。如带有光耦合器隔离使PLC与外部输入信号进行隔离;并设有RC滤波器,用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。 通常有三种类型:直流(12∽24)V输入、交流(100∽120)V输入与交流(200∽240)V输入和交直流(12∽24)V输入。直流输入模块的电源一般由机内24v电源提供,输入信号接通时输入电流一般小于10mA;交流输入模块的电源一般由用户提供。 开关量输出接口电路 有三种形式,即继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。开关量输出端的负载电源一般由用户提供,输出电流一般不超过2A。 开关量输出端的负载电源一般由用户提供,输出电流一般不超过2A。 输出端子的两种接法: ? 隔离式 输出各自独立,无公共点:各输出端子各自形成独立回路。 ? 汇点式 全部输入点(输出点)共用一个公共点。或者将输入点(输出点)分成几组,组内各点共用一个公共点。各组的公共点之间相互隔离。组内的各点必须使用同一电压类型和同一电压等级,各组可使用不同电压类型和等级的负载。 3电源 PLC的供电电源一般是市电,也有用直流24V电源供电的。 4外围设备:编程器、打印机、演示板等 利用编程器可将用户程序输入PLC的存储器,还可以用编程器检查程序、修改程序;利用编程器还可以监视PLC的工作状态。 5用户输入输出设备: 用户输入器件有控制开关和检测元件,即各种开关、按钮、传感器等; 用户输出设备主要有接触器、电磁阀、指示灯等。 2.2、PLC软件结构 (一)基本工作模式:PLC有运行模式和停止模式。 1. 运行模式:分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理五个阶段。 2. 停止模式 当处于停止工作模式时,PLC只进行内部处理和通信服务等内容。 (二) PLC工作过程: 内部处理阶段: 在此阶段,PLC检查CPU模块的硬件是否正常,复位监视定时器,以及完成一些其它内部工作。 (1)通信服务阶段 在此阶段,PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容等,当PLC处于停状态时,只进行内容处理和通信操作等内容。 (2)输入处理阶段 输入处理也叫输入采样。在此阶段顺序读取所有输入端子的通断状态,并将所读取的信息存到输入映象寄存器中,此时,输入映像寄存器被刷新。 (3)程序处理阶段 按先上后下,先左后右的步序,对梯形图程序进行逐句扫描并根据采样到输入映像寄存器中的结果进行逻辑运算,运算结果再存入有关映像寄存器中。但遇到程序跳转指令,则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。 (4)输出刷新阶段 程序处理完毕后,将所有输出映象寄存器中各点的状态,转存到输出锁存器中,再通过输出端驱动外部负载。 在运行模式下, PLC按上述五个阶段进行周而复始的循环工作,称为循环扫描工作方式。 (三)PLC工作方式与特点:集中采样、集中输出、周期性循环扫描,“串行”工作方式 1.扫描周期:PLC 的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。 PLC 运行正常时,扫描周期的长短与 CPU 的运算速度有关,与 I/O 点的情况有关,与用户应用程序的长短及编程情况等均有关。通常用 PLC 执行 1K 指令所需时间来说明其扫描速度 ( 一般 1~10ms/K) 。 2. 输出滞后:指从PLC的外部输入信号发生变化至它所控制的外部输出信号发生变化的时间间隔。一般为几十—100ms. 引起输出滞后的因素:输入模块的滤波时间、输出模块的滞后时间、扫描方式引起的滞后。 3. 由于PLC是集中采样,在程序处理阶段即使输入发生了变化,输入映象寄存器中的内容也不会变化,要到下一周期的输入采样阶段才会改变。 4. 由于PLC是串行工作,所以PLC的运行结果与梯形图程序的顺序有关。 这与继电器控制系统“并行”工作有质的区别。避免了触点的临界竞争,减少繁琐的联锁电路。 二、电梯PLC控制系统设计 电梯模型如图2所示 图2 电梯示意图 1、电梯控制要求 (1) 电梯上升 电梯停于某层,当有高层某一信号呼叫时,电梯上升到呼叫层停止。例电梯在1楼,4楼呼叫,则电梯上升到4楼停止 电梯停于某层,当有高层多个信号同时呼叫时,电梯先上升到低的呼叫层,停5s后继续上升到高的呼叫层。例电梯在1楼,2、3、4层同时有呼叫时,则电梯先上升到2楼,停3s后继续上升到三楼,再停3s后继续上升到4楼停止。数码管应该显示电梯的即时楼层位置。 (2) 电梯下降 电梯停于某层,当有低层某一信号呼叫时,电梯下降到呼叫层停止。例电梯在四楼,1楼呼叫,则电梯下降到1楼停止。 电梯停于某层,当有低层多个信号同时呼叫时,电梯先下降到高的呼叫层,停5S后继续下降到低的呼叫层。例电梯在4楼,3、2、1层同时呼叫,则电梯先下降到3楼,停3s后继续下降到2楼,再停3s后继续下降到一楼停止。数码管应该显示电梯的即时楼层位置。 (3)呼叫指示 当有呼叫时相应的指示灯亮,直到电梯到达该层时,指示结束。 (4)楼层显示 在LED数码管上显示电梯所在楼层。 (5)上位机监控 可以通过上位机获知电梯的运行情况(到了哪个楼层,上行还是下行……)。 (6)其他扩展的新功能 [选做] 2、PLC控制系统设计分析 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求,以提高生产效率和产品质量。因此,在设计PLC控制系统时,应遵循以下基本原则: 1.最大限度地满足被控对象的控制要求 充分发挥PLC的功能,最大限度地满足被控对象的控制要求,是设计PLC控制系统的首要前提,这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究,收集控制现场的资料,收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合,拟定控制方案,共同解决设计中的重点问题和疑难问题。 2.保证PLC控制系统安全可靠 保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行,是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑,以确保控制系统安全可靠。例如:应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行,而且在非正常情况下(如突然掉电再上电、按钮按错等),也能正常工作。 3.力求简单、经济、使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量,带来巨大的经济效益和社会效益,但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此,在满足控制要求的前提下,一方面要注意不断地扩大工程的效益,另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济,而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低,不宜盲目追求自动化和高指标。 3、电梯PLC控制系统设计 由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制,而楼层和轿厢的呼叫以及电梯所在位置是随机的,因此,系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上,根据随机的输入信号,以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外,轿厢的位置是由模块中SIN1-SIN4为4个霍尔开关给出的信号确定的,它们分别接到PLC的四个输入点,作为控制电梯的行程开关,当电梯经过霍尔开关时,开关输出1信号并送PLC来进行控制。同时,每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。为便于观察,对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示,采用LED和发光管显示,而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。 设计思路: 1 当各楼层的上行、下午或内呼被按下时,根据电梯所在位置发出上升或下降的请求,相应的指示灯亮。当电梯到达该楼层并且有停止(即开门)动作时复位相应的请求,熄灭相应指示灯。 2 把所有上升请求并联起来控制电梯的上升,所有下降请求并联起来控制电梯的下降。 3 当某层楼有停止信号(即有开门请求)时,在电梯到达该楼层,由行程开关发出的信号控制电梯停止上升或下降,并且开始计时,时间一到,重新接通上升或下降回路。 4、I\O口分配表 图3 I\O口分配列表 5、硬件接线图 电梯控制硬件接线 硬件接线、电梯监控画面 自己弄个 图5 组态网监控画面 2、数据词典定义 图6 数据词典 四、系统调试与操作 1)按下呼叫按钮,电梯在检测到门厅或轿箱的请求信号后,便会上升到指定楼层。上升过程中,只执行上行信号,向下信号无效,反之亦然。 2)平层后,经过一定延时开门,直至碰到开门到位行程开关;再经过一定延时后关门,即设计中停止3S时间。 3 在电梯上升或下降过程中,组态网画面中能对电梯运行情况进行实时监控,上升时上升指示灯亮,下降时下降指示灯亮,并且能显示电梯所在楼层,哪一层有上行或下午请求信号等。并且能通过组态网控制电梯的停止,能进行点动上升、下降,定位电梯到几楼等功能。 五、结束语 通过一周的努力,在老师的精心辅导和自己的努力下终于利用PLC设计出了电梯控制的比较完整的系统。该系统控制采用随机逻辑控制,即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上,根据随机的输入信号,以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。同时,每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示,采用LED和发光管显示,而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示。 在这一周的学习中,掌握了PLC控制的基本设计方法和流程,学会了组态网的简单使用,通过在实践中学习了解了PLC控制的相关知识。当通过自己设计的方案在运行操作中成功运行时,我体会到了收获的喜悦。但是,本次的设计还存在一定的不足和缺陷,所以我在以后的学习中一定会努力提高自己的知识能力。 六、附录 PLC梯形图 1

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