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電氣控制與PLC實(shí)訓(xùn) 題目：電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)： 電氣工程及其自動化 班級： 電氣11-5班 姓名： 學(xué)號： 110340205 指導(dǎo)老師： 張翼成 呂玉蓮 設(shè)計(jì)時(shí)間 2014 年 6 月 23 日至 2014 年 6 月27日 目 錄 一、PLC的發(fā)展 3 1、PLC定義 3 2、PLC組成 3 2.1、PLC硬件結(jié)構(gòu) 3 2.2、PLC軟件結(jié)構(gòu) 5 二、電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 1、電梯控制要求 6 2、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 7 3、電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 4、I\O口分配表 8 5、硬件接線圖 8 三、組態(tài)網(wǎng)設(shè)計(jì) 9 1、電梯監(jiān)控畫面 9 2、數(shù)據(jù)詞典定義 9 四、系統(tǒng)調(diào)試與操作 9 五、結(jié)束語 10 六、附錄 10 前言 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點(diǎn)就越來越明顯?？删幊绦蚩刂破?PLC)是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點(diǎn)，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制代替。同時(shí)，由于電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展電梯的拖動方式已由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速。因此，PLC控制技術(shù)加變頻調(diào)速已成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)。 PLC是一種用于自動化控制的專用計(jì)算機(jī)，實(shí)質(zhì)上屬于計(jì)算機(jī)控制方PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。電梯采用了PLC控制，用軟件實(shí)對電梯運(yùn)行的自動控制，可靠性大大提高?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化，另外可方便地增加或改變控制功能。也可進(jìn)行故障自動檢測與報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，并便于檢修。 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。 一、PLC的發(fā)展 1、PLC定義 可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?？傊?，可編程控制器是一臺計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。 2、PLC組成 可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實(shí)現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支持，實(shí)際上可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 2.1、PLC硬件結(jié)構(gòu) 整體結(jié)構(gòu)的PLC——四部分裝在同一機(jī)殼內(nèi) 模塊式結(jié)構(gòu)的PLC——各部件獨(dú)立封裝，稱為模塊，通過機(jī)架和總線連接而成 I/O的能力可按用戶的需要進(jìn)行擴(kuò)展和組合（擴(kuò)展機(jī)） 另外，還必須有編程器——將用戶程序?qū)戇M(jìn)規(guī)定的存儲器內(nèi)。PLC硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。 圖1 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖 1. 中央控制處理單元(CPU) 可編程控制器中常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機(jī)和雙極型位片式微處理器三種類型。 通用微處理器有8080、8086、80286、80386等；單片機(jī)有8031、8096等；位片式微處理器的AM2900、AM2903等。FX2可編程控制器使用的微處理器是16位的8096單片機(jī)。 2. 存儲器 可編程控制器配有兩種存儲器：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。 系統(tǒng)存儲器：存放系統(tǒng)管理程序，用只讀存儲器實(shí)現(xiàn)。 用戶存儲器：存放用戶編制的控制程序，一般用RAM實(shí)現(xiàn)或固化到只讀存儲器中。 3. 輸入輸出接口 作用：連接用戶輸入輸出設(shè)備和PLC控制器，將各輸入信號轉(zhuǎn)換成PLC標(biāo)準(zhǔn)電平供PLC處理，再將處理好的輸出信號轉(zhuǎn)換成用戶設(shè)備所要求的信號驅(qū)動外部負(fù)載。 對輸入輸出接口的要求：良好的抗干擾能力；對各類輸入輸出信號（開關(guān)量、模擬量、直流量、交流量）的匹配能力。 PLC輸入輸出接口的類型：模擬量輸入輸出接口、開關(guān)量輸入輸出接口（直流、交流及交直流）。用戶應(yīng)根據(jù)輸入輸出信號的類型選擇合適的輸入輸出接口。 開關(guān)量輸入接口電路 各種輸入接口均采取了抗干擾措施。如帶有光耦合器隔離使PLC與外部輸入信號進(jìn)行隔離；并設(shè)有RC濾波器，用以消除輸入觸點(diǎn)的抖動和外部噪聲干擾。 通常有三種類型：直流(12∽24)V輸入、交流(100∽120)V輸入與交流(200∽240)V輸入和交直流(12∽24)V輸入。直流輸入模塊的電源一般由機(jī)內(nèi)24v電源提供，輸入信號接通時(shí)輸入電流一般小于10mA；交流輸入模塊的電源一般由用戶提供。 開關(guān)量輸出接口電路 有三種形式，即繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出。開關(guān)量輸出端的負(fù)載電源一般由用戶提供，輸出電流一般不超過2A。 開關(guān)量輸出端的負(fù)載電源一般由用戶提供，輸出電流一般不超過2A。 輸出端子的兩種接法： l 隔離式 輸出各自獨(dú)立，無公共點(diǎn)：各輸出端子各自形成獨(dú)立回路。 l 匯點(diǎn)式 全部輸入點(diǎn)（輸出點(diǎn)）共用一個(gè)公共點(diǎn)?；蛘邔⑤斎朦c(diǎn)（輸出點(diǎn)）分成幾組，組內(nèi)各點(diǎn)共用一個(gè)公共點(diǎn)。各組的公共點(diǎn)之間相互隔離。組內(nèi)的各點(diǎn)必須使用同一電壓類型和同一電壓等級，各組可使用不同電壓類型和等級的負(fù)載。 3電源 PLC的供電電源一般是市電，也有用直流24V電源供電的。 4外圍設(shè)備：編程器、打印機(jī)、演示板等 利用編程器可將用戶程序輸入PLC的存儲器，還可以用編程器檢查程序、修改程序；利用編程器還可以監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。 5用戶輸入輸出設(shè)備: 用戶輸入器件有控制開關(guān)和檢測元件，即各種開關(guān)、按鈕、傳感器等； 用戶輸出設(shè)備主要有接觸器、電磁閥、指示燈等。 2.2、PLC軟件結(jié)構(gòu) （一）基本工作模式：PLC有運(yùn)行模式和停止模式。 1. 運(yùn)行模式：分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理五個(gè)階段。 2. 停止模式 當(dāng)處于停止工作模式時(shí)，PLC只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)等內(nèi)容。 （二） PLC工作過程： 內(nèi)部處理階段： 在此階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器，以及完成一些其它內(nèi)部工作。 (1)通信服務(wù)階段 在此階段，PLC與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等，當(dāng)PLC處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)容處理和通信操作等內(nèi)容。 (2)輸入處理階段 輸入處理也叫輸入采樣。在此階段順序讀取所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將所讀取的信息存到輸入映象寄存器中，此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。 (3)程序處理階段 按先上后下，先左后右的步序，對梯形圖程序進(jìn)行逐句掃描并根據(jù)采樣到輸入映像寄存器中的結(jié)果進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入有關(guān)映像寄存器中。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。 (4)輸出刷新階段 程序處理完畢后，將所有輸出映象寄存器中各點(diǎn)的狀態(tài)，轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，再通過輸出端驅(qū)動外部負(fù)載。 在運(yùn)行模式下， PLC按上述五個(gè)階段進(jìn)行周而復(fù)始的循環(huán)工作，稱為循環(huán)掃描工作方式。 （三）PLC工作方式與特點(diǎn)：集中采樣、集中輸出、周期性循環(huán)掃描，“串行”工作方式 1．掃描周期：PLC 的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。 PLC 運(yùn)行正常時(shí)，掃描周期的長短與 CPU 的運(yùn)算速度有關(guān)，與 I/O 點(diǎn)的情況有關(guān)，與用戶應(yīng)用程序的長短及編程情況等均有關(guān)。通常用 PLC 執(zhí)行 1K 指令所需時(shí)間來說明其掃描速度 ( 一般 1~10ms/K) 。 2． 輸出滯后：指從PLC的外部輸入信號發(fā)生變化至它所控制的外部輸出信號發(fā)生變化的時(shí)間間隔。一般為幾十—100ms. 引起輸出滯后的因素：輸入模塊的濾波時(shí)間、輸出模塊的滯后時(shí)間、掃描方式引起的滯后。 3. 由于PLC是集中采樣，在程序處理階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入映象寄存器中的內(nèi)容也不會變化，要到下一周期的輸入采樣階段才會改變。 4. 由于PLC是串行工作，所以PLC的運(yùn)行結(jié)果與梯形圖程序的順序有關(guān)。 這與繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質(zhì)的區(qū)別。避免了觸點(diǎn)的臨界競爭，減少繁瑣的聯(lián)鎖電路。 二、電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電梯模型如圖2所示 圖2 電梯示意圖 1、電梯控制要求 (1) 電梯上升 電梯停于某層，當(dāng)有高層某一信號呼叫時(shí)，電梯上升到呼叫層停止。例電梯在1樓，4樓呼叫，則電梯上升到4樓停止 電梯停于某層，當(dāng)有高層多個(gè)信號同時(shí)呼叫時(shí)，電梯先上升到低的呼叫層，停5s后繼續(xù)上升到高的呼叫層。例電梯在1樓，2、3、4層同時(shí)有呼叫時(shí)，則電梯先上升到2樓，停3s后繼續(xù)上升到三樓，再停3s后繼續(xù)上升到4樓停止。數(shù)碼管應(yīng)該顯示電梯的即時(shí)樓層位置。 (2) 電梯下降 電梯停于某層，當(dāng)有低層某一信號呼叫時(shí)，電梯下降到呼叫層停止。例電梯在四樓，1樓呼叫，則電梯下降到1樓停止。 電梯停于某層，當(dāng)有低層多個(gè)信號同時(shí)呼叫時(shí)，電梯先下降到高的呼叫層，停5S后繼續(xù)下降到低的呼叫層。例電梯在4樓，3、2、1層同時(shí)呼叫，則電梯先下降到3樓，停3s后繼續(xù)下降到2樓，再停3s后繼續(xù)下降到一樓停止。數(shù)碼管應(yīng)該顯示電梯的即時(shí)樓層位置。 （3）呼叫指示 當(dāng)有呼叫時(shí)相應(yīng)的指示燈亮，直到電梯到達(dá)該層時(shí)，指示結(jié)束。 （4）樓層顯示 在LED數(shù)碼管上顯示電梯所在樓層。 （5）上位機(jī)監(jiān)控 可以通過上位機(jī)獲知電梯的運(yùn)行情況（到了哪個(gè)樓層，上行還是下行……）。 （6）其他擴(kuò)展的新功能 [選做] 2、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： 1.最大限度地滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)、國外資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問題和疑難問題。 2.保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠 保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作。 3.力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。 3、電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 由于電梯的運(yùn)行是根據(jù)樓層和轎廂的呼叫信號、行程信號進(jìn)行控制，而樓層和轎廂的呼叫以及電梯所在位置是隨機(jī)的，因此，系統(tǒng)控制采用隨機(jī)邏輯控制。即在以順序邏輯控制實(shí)現(xiàn)電梯的基本控制要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)隨機(jī)的輸入信號，以及電梯的相應(yīng)狀態(tài)適時(shí)的控制電梯的運(yùn)行。另外，轎廂的位置是由模塊中SIN1-SIN4為4個(gè)霍爾開關(guān)給出的信號確定的，它們分別接到PLC的四個(gè)輸入點(diǎn)，作為控制電梯的行程開關(guān)，當(dāng)電梯經(jīng)過霍爾開關(guān)時(shí)，開關(guān)輸出1信號并送PLC來進(jìn)行控制。同時(shí)，每層樓設(shè)置一個(gè)接近開關(guān)用于檢測系統(tǒng)的樓層信號。為便于觀察，對電梯的運(yùn)行方向以及電梯所在的樓層進(jìn)行顯示，采用LED和發(fā)光管顯示，而對樓層和轎廂的呼叫信號以指示燈顯示(開關(guān)上帶有指示燈)。 設(shè)計(jì)思路： 1 當(dāng)各樓層的上行、下午或內(nèi)呼被按下時(shí)，根據(jù)電梯所在位置發(fā)出上升或下降的請求，相應(yīng)的指示燈亮。當(dāng)電梯到達(dá)該樓層并且有停止（即開門）動作時(shí)復(fù)位相應(yīng)的請求，熄滅相應(yīng)指示燈。 2 把所有上升請求并聯(lián)起來控制電梯的上升，所有下降請求并聯(lián)起來控制電梯的下降。 3 當(dāng)某層樓有停止信號（即有開門請求）時(shí)，在電梯到達(dá)該樓層，由行程開關(guān)發(fā)出的信號控制電梯停止上升或下降，并且開始計(jì)時(shí)，時(shí)間一到，重新接通上升或下降回路。 4、I\O口分配表 圖3 I\O口分配列表 5、硬件接線圖 電梯控制硬件接線圖如4所示： 圖4 硬件接線圖 三、組態(tài)網(wǎng)設(shè)計(jì) 1、電梯監(jiān)控畫面 自己弄個(gè) 圖5 組態(tài)網(wǎng)監(jiān)控畫面 2、數(shù)據(jù)詞典定義 圖6 數(shù)據(jù)詞典 四、系統(tǒng)調(diào)試與操作 1）按下呼叫按鈕，電梯在檢測到門廳或轎箱的請求信號后，便會上升到指定樓層。上升過程中，只執(zhí)行上行信號，向下信號無效，反之亦然。 2）平層后，經(jīng)過一定延時(shí)開門，直至碰到開門到位行程開關(guān)；再經(jīng)過一定延時(shí)后關(guān)門，即設(shè)計(jì)中停止3S時(shí)間。 3 在電梯上升或下降過程中，組態(tài)網(wǎng)畫面中能對電梯運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，上升時(shí)上升指示燈亮，下降時(shí)下降指示燈亮，并且能顯示電梯所在樓層，哪一層有上行或下午請求信號等。并且能通過組態(tài)網(wǎng)控制電梯的停止，能進(jìn)行點(diǎn)動上升、下降，定位電梯到幾樓等功能。 五、結(jié)束語 通過一周的努力，在老師的精心輔導(dǎo)和自己的努力下終于利用PLC設(shè)計(jì)出了電梯控制的比較完整的系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制采用隨機(jī)邏輯控制，即在以順序邏輯控制實(shí)現(xiàn)電梯的基本控制要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)隨機(jī)的輸入信號，以及電梯的相應(yīng)狀態(tài)適時(shí)的控制電梯的運(yùn)行。同時(shí)，每層樓設(shè)置一個(gè)接近開關(guān)用于檢測系統(tǒng)的樓層信號。電梯的運(yùn)行方向以及電梯所在的樓層進(jìn)行顯示，采用LED和發(fā)光管顯示，而對樓層和轎廂的呼叫信號以指示燈顯示。 在這一周的學(xué)習(xí)中，掌握了PLC控制的基本設(shè)計(jì)方法和流程，學(xué)會了組態(tài)網(wǎng)的簡單使用，通過在實(shí)踐中學(xué)習(xí)了解了PLC控制的相關(guān)知識。當(dāng)通過自己設(shè)計(jì)的方案在運(yùn)行操作中成功運(yùn)行時(shí)，我體會到了收獲的喜悅。但是，本次的設(shè)計(jì)還存在一定的不足和缺陷，所以我在以后的學(xué)習(xí)中一定會努力提高自己的知識能力。 六、附錄 PLC梯形圖