基于KingView的电梯控制.doc
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1、摘 要在现代社会和科技的不断发展中,计算机,弱电控制技术已经得到了快速的发展,电梯已经成为了现代城市发展的必要条件和标志。特别是在一些高层建筑中电梯已经成为了一种必不可少的交通运输工具,而随着现在高层建筑如雨后春笋般的涌出,电梯行业也进入了一个新的发展高峰期。电梯的控制技术也已经从以前简单的机械控制发展到了现在的全电子计算机控制,以往的继电器也已经完全不能满足现代电梯运行的要求,很多现代的功能都不能实现,所以我们现在用PLC来代替继电器来实现电梯的逻辑控制。本次设计主要是针对国内电梯行业的现状,用可编程序控制器(PLC)来实现对电梯的逻辑控制,通过适当的选择和设计,不但可以提高电梯的安全性、灵
2、活性、维护性及其使用寿命,可以大大的减少对电梯新功能的研发周期,提高了电梯的控制水平,改善了电梯的稳定性,使之达到我们所期待的目标。本设计中的电梯相对于以往的传统电梯,大大的提高了舒适性及其功耗,在现在社会中有着广泛的应用。该电梯控制系统具有指层、厅召唤、选层选向、手动和自动等功能,具有集选控制的特点。而对于现在的PLC控制的电梯,在监控室的上位机监控电梯的运行状态是电梯控制的发展必然趋势。本设计中我们简要分析了电梯监控系统的组成,详细介绍了PLC实现对四层电梯的运行监控,并采用组态王软件实现电梯监控系统的设计,组态监控系统与PLC控制系统进行实时数据交换,在组态监控画面上能实时反映电梯的运行
3、状态,从而实现对电梯运行状态的双向监控。本设计在深入介绍电梯的运行状态的同时介绍可编程序控制器(PLC),并详细介绍其优点及特点,着重介绍了电梯的软件及监控状态,研究并提出了基于PLC电梯控制系统设计的实现方案,最后对本论文的研究内容进行了总结与展望。关键词:PLC,电梯,组态王,监控3目 录摘 要1目 录2第1章绪论11.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题11.1.1电梯继电器控制系统的优点:11.1.2电梯继电器控制的缺点:11.2 PLC及在电梯控制中的应用特点11.2.1 PLC简介及其特点:11.2.2 PLC控制电梯的逻辑关系51.2.3 PLC控制电梯的优点5第二章 PLC控
4、制系统硬件设计72.1 四层电梯主电路72.1.1电梯控制系统原理图72.1.2电梯理想运行曲线72.1.3 四层电梯曳引电机及门电机电路图82.1.4 PLC外部接线图92.2I/0点数的分配及机型的选择92.2.1 I/O点数的估算102.2.2输入/输出的分配如下:102.2.3 机型的选择112.3 编码器与PLC的连接112.4系统结构框图11第三章 系统软件设计143.1 四层电梯梯形图143.1.1 电梯控制主程序流程图163.1.2外召唤信号登记及消除173.1.3内指令信号登记及消除173.1.4 电梯的平层信号处理173.1.5 选层定向及反向截梯173.1.6 内指令外召
5、唤信号的保持173.1.7 各楼层停车信号173.1.8 自动开关门173.2 四层电梯STL语句表17第四章 软硬件的调试184.1组态王6.53的简介184.2 组态王的基本操作194.2.1 制作一个工程的一般过程194.2.2变量的定义及管理224.2.3 组态王的命令语言304.3图库与控件及命令语言程序304.4 四层电梯在组态王中的仿真调试32总结34致谢35参考文献36第1章绪论1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题1.1.1电梯继电器控制系统的优点:(1) 所有控制功能及信号处理均有硬件实现,线路直观,易于理解和掌握,适合于一般技术人员和技术工人所掌握。 (2) 系统的保
6、养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。 (3) 大部分电器均为常用控制电器,更换方便,价格较便宜。 (4) 多年来我国一直生产这类电梯,技术成熟,已经形成系列化产品,技术资料图纸齐全,熟悉、掌握的人员较多。1.1.2电梯继电器控制的缺点:(1) 系统触点繁多、接线线路复杂,且触点容易烧坏磨损,造成接触不良,因而故障率较高。 (2) 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能,使系统的控制功能不易增加,技术水平难以提高。 (3)电磁机构及触点动作速度比较慢,机械和电磁惯性大,系统控制精度难以提高。 (4) 系统结构庞大,能耗较高,机械动作噪音大。 (5) 由于线路复杂,易出
7、现故障,因而保养维修工作量大。费用高;而且检查故障困难,费时费工。总而言之,电梯继电器控制系统故障率高,大大降低了电梯的可靠性和安全性,经常造成停梯,给乘客人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底,不但会造成电梯机械部件损坏,还可能出现人身事故。所以目前电梯的继电器控制已经很少使用了。1.2 PLC及在电梯控制中的应用特点1.2.1 PLC简介及其特点:可编程序扩及控制器(PLC,Programmable Logic Controller)是上世纪60年代末在美国首次出现的,目的是用来取代继电器,以执行逻辑判断、计时、技术等顺序控制功能。PLC的基本思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点
8、和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来,控制器的硬件是标准的、通用的。它是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电器控制系统中机械触点的界限复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用微处理器的优点。可编程控制器对用户来说,是一种无触点设备,改变程序即可改变生产工艺,因此可在初步设计阶段选用课编程控制器,在实施阶段再确定
9、工艺过程。另一方面,从制造生产可编程控制器的厂商角度看,在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器,适合批量生产。由于这些特点,可编程控制器问世以后很快收到工业控制界的欢迎,并得到迅速的发展。目前,课编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具,得到广泛应用。PLC的特点:1.抗干扰能力强,可靠性高PLC主要模块均采用大规模与超大规模集成电路,I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路;在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑;在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施;对电源部分采取了很好的调整和保护措施,以适应电网电压波动和过电压、欠电压的影响;在软件上采用数字滤波等抗干扰和
10、故障诊断措施,采用信息保护和恢复技术,实时报警和运行信息显示等。PLC采用微电子技术,大量的开关动作有无触点的电子存储器件来完成,所以PLC控制系统的可靠性大大提高了。2.控制系统结构简单,通用性强大部分情况下,一个PLC主机就能组成一个控制系统。对于需要扩展的系统,只要选好扩展模块,经过简单的连接即可。PLC控制系统的实质性好处是当控制要求改变,需要变更控制系统的功能时,只需对程序惊醒简单的修改,对硬件部分稍作改动即可,而不像继电器控制系统那样,在一个装配好的控制键盘上,对系统进行修改几乎是不可能的事情。所以说PLC控制系统有极高的柔性,及通用性强。3.编程方便,易于使用PLC是面向底层用户
11、的智能控制器,因为其最初的目的就是要取代继电器逻辑,所以,PLC诞生之时,其设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯,其编程语言采用了和传统控制系统中电气原理图类似的梯形图语言,PLC的内部元件也用过去就熟悉的诸如中间继电器、定时器、计数器等名称。这种编程语言形象直观,容易掌握,不需要专门的计算机知识和语言,只要具有一定的电气和工艺知识的人员都可在短时间学会。4.功能强大,成本低现在PLC几乎能满足所有的工业控制领域的需要。PLC控制系统可大可小,能轻松完成单机控制系统、批量控制系统、制造业自动化中的复杂逻辑顺序控制、流程工业中大量的模拟量控制,以及组成通信网络、进行数据处理和管理等任务。
12、由于其专为工业应用而设计,所以,PLC控制系统中的IO系统、HMI等可以直接和县城信号连接、使用。系统也不需要进行专门的抗干扰设计。所以和其他控制系统(如DCS、IPC等)相比,其成本较低,而且这种趋势还将持续下去。5.设计、施工、调试的周期短用PLC控制,由于其硬件软件齐全,为模拟化积木式结构,且已商品化,谷仅需要按性能、容量(输入输出点数、内存大小)等选用组装,而大量具体的程序编制工作也了在PLC到货前进行因而缩短了设计周期,是设计和施工可同时进行。由于软件编程取代了硬接线实现控制任务的,大大减轻了繁重的安装接线工作,缩短了施工周期。因为PLC是通过程序完成控制任务的,采用了方便用户的工业
13、编程语言,且都具有强制和方针的功能,故程序的设计、修改和调试都很方便,这样可大大缩短设计和投运周期。6.维护方便PLC的输入输出端子能够直观反映现场信号的变化状态,通过编程工具(装有编程软件的电脑等)可以直观的观察控制程序和控制系统的运动状态,如内部工作状态、通信状态、IO点状态、异常状态和电源状态等,极大地方便了维护人员差债故障,缩短了对系统的维护时间。PLC的应用领域目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、石油、化工、制药、电力、建材、机械制造、汽车、批量控制、装卸、造纸纸浆、食品粮食加工、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几类:1.开关量的逻辑控制这是
14、PLC最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.模拟量控制在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。3.运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说,早期直接用于开关量I/O模块连接
15、位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4.过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5.数据处理现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数
16、运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统; 6.通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展,工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口,通信非常方便。1.2.2 PLC控制电梯的逻辑关系电梯控制逻辑关系如下: 1)行车方向由内选信号决定,顺向优先执
17、行; 2)行车途中如遇呼梯信号时,顺向截车,反向不截车; 3)内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除。 4)内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示5)停层时可延时自动开门、手动开门、(关门过程中)本层顺向呼梯开门; 6)有内选信号时延时自动关门,关门后延时自动行车; 7)无内选时延时5s自动关门,但不能自动行车; 8)行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。9)自动关门待客。当完成全部轿厢内指令,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轿厢照明。10)自动换向。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。1.2.3 PLC控制电梯的优点
18、(1)在电梯控制中采用了PLC,用软件实现对电梯运行的自动控制,可靠性大大提高。(2)去掉了选层器及大部分继电器,控制系统结构简单,外部线路简化。(3)PLC可实现各种复杂的控制系统,方便地增加或改变控制功能。(4)PLC可进行故障自动检测报警显示,提高运行安全性,并便于检修。(5)用于群控调配和管理,并提高电梯运行效率。(6)更改控制方案是不需要改动硬件接线。此外,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没被广泛采用。PLC控制由于运行可靠性高,使用维修方便,抗干扰性强,设计和调试周期短等优点,倍受人们重视等优点,已成为
19、目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。本文主要讨论研究利用西门子公司可编程控制器对四层电梯的控制,形成电梯控制系统。第33页 第二章 PLC控制系统硬件设计2.1 四层电梯主电路2.1.1电梯控制系统原理图图21电梯系统原理图2.1.2电梯理想运行曲线根据大量的研究和实验表明,人可接受的最大加速度为am1.5m/s2,加速度变化率m3m/s3,电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦波形,由于正弦波形加速度曲线实现较为困难,而三角形曲线最大加速度和在启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线,即 m跳变到-m或由-m跳变到 m的加速度变化率,故很少采用,因梯形曲线容易实现
20、并且有良好加速度变化率频繁指标,故被广泛采用。变频器构成的电梯系统,当变频器接收到控制器发出的呼梯方向信号,变频器依据设定的速度及加速度值,启动电动机,达到最大速度后,匀速运行,在到达目的层的减速点时,控制器发出切断高速度信号,变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度,在减速运行过程中,变频器的能够自动计算出减速点到平层点之间的距离,并计算出优化曲线,从而能够按优化曲线运行,使低速爬行时间缩短至0.3s,在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度。即当电梯停得太早时,变频器增大低速度值或减少制动斜坡值,反之则减少低速度值或增大制动斜坡值,在电梯到距平层位置410cm时,
21、有平层开关自动断开低速信号,系统按优化曲线实现高精度的平层,从而达到平层的准确可靠。图22抛物线直线综合速度曲线2.1.3 四层电梯曳引电机及门电机电路图根据设计要求,本次设计的电气控制系统主回路原理图如图所示。图中M1,M2为曳引电机和门电机,交流接触器KM1KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门,从而进行对电梯的控制。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,起过电流保护作用。图23 电梯曳引电机及门电机电路图2.1.4 PLC外部接线图本设计的PLC外部接线图如图所示.CPU226CN的传感器电源24V(DC)可以输出600mA电流,
22、通过核算在本设计中PLC容量完全满足要求,CPU226CN的输出继电器触点容量为2A,电压范围为530V(DC)或5250V(AC)。图24 PLC外部接线图2.2I/0点数的分配及机型的选择2.2.1 I/O点数的估算本设计采用PLC控制这个简易的四层电梯系统电梯的上、下行由一台电动机拖动,电动机正转为电梯上升,反转为下降。一层有上升呼叫按钮K1和指示灯H1,二层有上升呼叫按钮K2和指示灯H2以及下降呼叫按钮K4和指示灯H4,三层有上升呼叫按钮K3和指示灯H3以及下降呼叫按钮K5和指示灯H5,四层有下降呼叫按钮K6和指示灯H6。一至四层有到位行程开关SQ1SQ4。电梯内有一至四层呼叫按钮K1
23、0K7和指示灯H10H7;电梯开门和关门按钮SB5和SB6,电梯开门和关门分别通过电磁铁KM3和KM4控制,关门到位由行程开关ST1检测,开门到位由行程开关ST2检测。轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制,并有上行记忆和下行记忆两路指示灯。综上所述,输入点共有14个,输出点共有16个。可编程控制器S7200的CPU226输入,输出点数为2416。足以满足要求2.2.2输入/输出的分配如下:该系统占用PLC的30个I/O口,14个输入点,16个输出点,具体的I/O分配如下图所示:序号名 称输入点序号名 称输出点0一层平层I0.00电梯上行记忆Q0.01二层平层I0.11电梯下行记忆Q0.12
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