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電氣控制與PLC實訓 題目：電梯控制系統(tǒng)設計 專業(yè)： 電氣工程及其自動化 班級： 電氣11-5班 姓名： 學號： 110340205 指導老師： 張翼成 呂玉蓮 設計時間 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硬件結構 3 2.2、PLC軟件結構 5 二、電梯PLC控制系統(tǒng)設計 5 1、電梯控制要求 6 2、PLC控制系統(tǒng)設計分析 7 3、電梯PLC控制系統(tǒng)設計 7 4、I\O口分配表 8 5、硬件接線圖 8 三、組態(tài)網設計 9 1、電梯監(jiān)控畫面 9 2、數據詞典定義 9 四、系統(tǒng)調試與操作 9 五、結束語 10 六、附錄 10 前言 隨著科學技術的發(fā)展和計算機技術的廣泛應用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點就越來越明顯。可編程序控制器(PLC)是根據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)境應用而設計的數字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制代替。同時，由于電機交流變頻調速技術的發(fā)展電梯的拖動方式已由原來直流調速逐漸過渡到了交流變頻調速。因此，PLC控制技術加變頻調速已成為現代電梯行業(yè)的一個熱點。 PLC是一種用于自動化控制的專用計算機，實質上屬于計算機控制方PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點。電梯采用了PLC控制，用軟件實對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高?？刂葡到y(tǒng)結構簡單，外部線路簡化，另外可方便地增加或改變控制功能。也可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。 隨著電力電子技術、微電子技術和計算機控制技術的飛速發(fā)展，交流變頻調速技術的發(fā)展也十分迅速。電動機交流變頻調速技術是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產品質量和改善環(huán)境、推動技術進步的一種主要手段。變頻調速以其優(yōu)異的調速性能和起制動性能、高效率、高功率因數和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內外公認為最有發(fā)展前途的調速方式。 一、PLC的發(fā)展 1、PLC定義 可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。總之，可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅動能力。但可編程控制器產品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時，其硬件需根據實際需要進行選用配置，其軟件需根據控制要求進行設計編制。 2、PLC組成 可編程控制器的結構多種多樣，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構，其功能的實現不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支持，實際上可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計算機。 2.1、PLC硬件結構 整體結構的PLC——四部分裝在同一機殼內 模塊式結構的PLC——各部件獨立封裝，稱為模塊，通過機架和總線連接而成 I/O的能力可按用戶的需要進行擴展和組合（擴展機） 另外，還必須有編程器——將用戶程序寫進規(guī)定的存儲器內。PLC硬件結構圖如圖1所示。 圖1 PLC硬件結構圖 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。 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，用只讀存儲器實現。 用戶存儲器：存放用戶編制的控制程序，一般用RAM實現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備和PLC控制器，將各輸入信號轉換成PLC標準電平供PLC處理，再將處理好的輸出信號轉換成用戶設備所要求的信號驅動外部負載。 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、開關量輸入輸出接口（直流、交流及交直流）。用戶應根據輸入輸出信號的類型選擇合適的輸入輸出接口。 開關量輸入接口電路 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與外部輸入信號進行隔離；并設有RC濾波器，用以消除輸入觸點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內24v電源提供，輸入信號接通時輸入電流一般小于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。開關量輸出端的負載電源一般由用戶提供，輸出電流一般不超過2A。 開關量輸出端的負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 輸出各自獨立，無公共點：各輸出端子各自形成獨立回路。 l 匯點式 全部輸入點（輸出點）共用一個公共點。或者將輸入點（輸出點）分成幾組，組內各點共用一個公共點。各組的公共點之間相互隔離。組內的各點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外圍設備：編程器、打印機、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用戶輸入輸出設備: 用戶輸入器件有控制開關和檢測元件，即各種開關、按鈕、傳感器等； 用戶輸出設備主要有接觸器、電磁閥、指示燈等。 2.2、PLC軟件結構 （一）基本工作模式：PLC有運行模式和停止模式。 1. 運行模式：分為內部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理五個階段。 2. 停止模式 當處于停止工作模式時，PLC只進行內部處理和通信服務等內容。 （二） PLC工作過程： 內部處理階段： 在此階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復位監(jiān)視定時器，以及完成一些其它內部工作。 (1)通信服務階段 在此階段，PLC與一些智能模塊通信、響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容等，當PLC處于停狀態(tài)時，只進行內容處理和通信操作等內容。 (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，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，對梯形圖程序進行逐句掃描并根據采樣到輸入映像寄存器中的結果進行邏輯運算，運算結果再存入有關映像寄存器中。但遇到程序跳轉指令，則根據跳轉條件是否滿足來決定程序的跳轉地址。 (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的狀態(tài)，轉存到輸出鎖存器中，再通過輸出端驅動外部負載。 在運行模式下， PLC按上述五個階段進行周而復始的循環(huán)工作，稱為循環(huán)掃描工作方式。 （三）PLC工作方式與特點：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 的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。 PLC 運行正常時，掃描周期的長短與 CPU 的運算速度有關，與 I/O 點的情況有關，與用戶應用程序的長短及編程情況等均有關。通常用 PLC 執(zhí)行 1K 指令所需時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：輸入模塊的濾波時間、輸出模塊的滯后時間、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的運行結果與梯形圖程序的順序有關。 這與繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質的區(qū)別。避免了觸點的臨界競爭，減少繁瑣的聯鎖電路。 二、電梯PLC控制系統(tǒng)設計 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，當有高層某一信號呼叫時，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，當有高層多個信號同時呼叫時，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層同時有呼叫時，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。數碼管應該顯示電梯的即時樓層位置。 (2) 電梯下降 電梯停于某層，當有低層某一信號呼叫時，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，當有低層多個信號同時呼叫時，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。數碼管應該顯示電梯的即時樓層位置。 （3）呼叫指示 當有呼叫時相應的指示燈亮，直到電梯到達該層時，指示結束。 （4）樓層顯示 在LED數碼管上顯示電梯所在樓層。 （5）上位機監(jiān)控 可以通過上位機獲知電梯的運行情況（到了哪個樓層，上行還是下行……）。 （6）其他擴展的新功能 [選做] 2、PLC控制系統(tǒng)設計分析 任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現被控對象的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則： 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，是設計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計前就要深入現場進行調查研究，收集控制現場的資料，收集相關先進的國內、國外資料。同時要注意和現場的工程管理人員、工程技術人員、現場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。 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)定運行，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設計者在系統(tǒng)設計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確保控制系統(tǒng)安全可靠。例如：應該保證PLC程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。 3.力求簡單、經濟、使用及維修方便 一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數量，帶來巨大的經濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。 3、電梯PLC控制系統(tǒng)設計 由于電梯的運行是根據樓層和轎廂的呼叫信號、行程信號進行控制，而樓層和轎廂的呼叫以及電梯所在位置是隨機的，因此，系統(tǒng)控制采用隨機邏輯控制。即在以順序邏輯控制實現電梯的基本控制要求的基礎上，根據隨機的輸入信號，以及電梯的相應狀態(tài)適時的控制電梯的運行。另外，轎廂的位置是由模塊中SIN1-SIN4為4個霍爾開關給出的信號確定的，它們分別接到PLC的四個輸入點，作為控制電梯的行程開關，當電梯經過霍爾開關時，開關輸出1信號并送PLC來進行控制。同時，每層樓設置一個接近開關用于檢測系統(tǒng)的樓層信號。為便于觀察，對電梯的運行方向以及電梯所在的樓層進行顯示，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(開關上帶有指示燈)。 設計思路： 1 當各樓層的上行、下午或內呼被按下時，根據電梯所在位置發(fā)出上升或下降的請求，相應的指示燈亮。當電梯到達該樓層并且有停止（即開門）動作時復位相應的請求，熄滅相應指示燈。 2 把所有上升請求并聯起來控制電梯的上升，所有下降請求并聯起來控制電梯的下降。 3 當某層樓有停止信號（即有開門請求）時，在電梯到達該樓層，由行程開關發(fā)出的信號控制電梯停止上升或下降，并且開始計時，時間一到，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)網設計 1、電梯監(jiān)控畫面 自己弄個 圖5 組態(tài)網監(jiān)控畫面 2、數據詞典定義 圖6 數據詞典 四、系統(tǒng)調試與操作 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，經過一定延時開門，直至碰到開門到位行程開關；再經過一定延時后關門，即設計中停止3S時間。 3 在電梯上升或下降過程中，組態(tài)網畫面中能對電梯運行情況進行實時監(jiān)控，上升時上升指示燈亮，下降時下降指示燈亮，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)網控制電梯的停止，能進行點動上升、下降，定位電梯到幾樓等功能。 五、結束語 通過一周的努力，在老師的精心輔導和自己的努力下終于利用PLC設計出了電梯控制的比較完整的系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制采用隨機邏輯控制，即在以順序邏輯控制實現電梯的基本控制要求的基礎上，根據隨機的輸入信號，以及電梯的相應狀態(tài)適時的控制電梯的運行。同時，每層樓設置一個接近開關用于檢測系統(tǒng)的樓層信號。電梯的運行方向以及電梯所在的樓層進行顯示，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。 在這一周的學習中，掌握了PLC控制的基本設計方法和流程，學會了組態(tài)網的簡單使用，通過在實踐中學習了解了PLC控制的相關知識。當通過自己設計的方案在運行操作中成功運行時，我體會到了收獲的喜悅。但是，本次的設計還存在一定的不足和缺陷，所以我在以后的學習中一定會努力提高自己的知識能力。 六、附錄 PLC梯形圖