PLC电梯控制的论文.doc
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1、郑 州 华 信 学 院毕业论文(09)届专科题目:PLC电梯控制的毕业论文 姓名:程佳 学号:0902010410系部:机电工程系专业:机电一体化技术班级:机电四班指导老师:张红老师2012年3月28日摘 要随着我国科技与经济的进步,电梯逐渐融入我们的日常生活与工作当中。它不仅仅是高层建筑里的必备设施,在多层建筑里也是不可缺少的垂直运输工具。电梯的控制系统已由初期的继电控制向微机控制发展。可编程控制器由于具有可靠性高,功能强大等特点已经成为电梯微机控制系统的核心。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器PLC对机器进行全过程控制整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降;加、减速;平层、起动
2、、自动控制。其机构简单、运行效率高、平层精度高,易于理解与掌握【关键词】电梯;控制系统;可编程控制器AbstractAs Chinas technological and economic progress, the elevator gradually integrated into our daily lives and work them. It is not just high-rise building in the necessary facilities, in the multi-storey buildings in the vertical transport is ess
3、ential. Elevator control system from the initial development of relay control to computer control. Programmable controllers as high reliability, powerful features such as computer control systems have become the core of the elevator. The control unit using the Mitsubishi PLC programmable controller
4、controls the whole process of the machine The entire system through the PLC, logic control circuit of the elevator lift; acceleration, deceleration; flat layer, starting, automatic control. The organization is simple, high efficiency, high precision leveling, easy to understand and master 【Key words
5、 】elevator; control system; programmable controller目 录第1章 绪论 1.1选题依据及研究意义1第2章 可编程序控制器简介 2.1 PLC的特点3 2.2 PLC的工作原理52.2.1 可编程序控制器的工作原理62.2.2 扫描周期62.3 PLC的体系结构82.4 PLC的选型112.4.1 输入输出(I/O)点数的估算112.4.2 存储器容量的估算112.4.3 控制功能的选择11 2.4.4 机型的选择132.5 FX2N可编程序控制器简介152.6 PLC控制程序设计152.6.1 PLC控制系统的设计基本原则152.6.2 PLC
6、提供的编程语言15第3章 电梯控制系统的设计部分3.1电梯系统的硬件构成17 3.2电梯系统的软件部分18 3.3电梯控制系统的人机界面21致 谢22参考文献 23第1章 绪论随着我国经济的发展, 城市中涌现出越来越多的高层建筑, 而与之配套的电梯已成为人们日常生活中不可缺少的工具。同时, 由于城市老龄化问题日益突出, 多层建筑同样也有使用电梯的要求。而目前, 国内中小电梯厂商大多采用继电器控制或微机控制方法实现对电梯的控制前者控制线路复杂、体积大、故障率高、维护困难后者可靠性不高, 容易发生故障, 从而使电梯难以达到用户希望的安全、稳定、可靠的基本要求。自问世以来, 以其高可靠的特点在工业自
7、动化领域获得广泛的应用。近年来, 随着超大规模集成电路技术和通信技术的进步, 的性能价格比逐年提高, 使用控制电梯, 是一种投资小、见效快、可靠性高的好方法。1.1选题依据及研究意义(1)题目背景:随着城市建设的不断发展,楼群建筑不断增多,电梯在当今社会的生活中有着广泛的应用。电梯作为楼群建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的,而呼叫是随机的,电梯实际上是一个人机交互式的控制系统,单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的,因此,大部分电梯控制系统都采用随机逻辑方式控制。传统的电梯运行逻辑控制系统采用继电器逻辑控制线路。这种控
8、制线路,存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。从技术上发展来看,这种系统将逐渐被淘汰。如何解决电梯的可靠性、维护方便等问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切心声。(2)题目研究的意义:目前,由可编程序控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统,正以很快的速度发展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短,这种电梯运行更加可靠,并具有很大的灵活性,可以完成更为复杂的控制任务,已成为电梯控制的发展方向,其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现。 可编程控制(Programmable Controller)系统是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种
9、可编程的存储器,在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,通过数字式或模拟式的输入输出控制各种类型的机械设备或生产过程。通过可编程控制器可以实现由继电器实现的逻辑控制功能,而且最主要的是可编程控制器的“可编程”功能,使得当改变电梯的控制功能时,只要更改程序即可,而不需要像继电器控制系统那样改变硬件和接线。第2章可编程序控制器简介可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力,受到用户的青睐。因而在冶金、化
10、工、交通、电力等领域获得了广泛的应用,成为了现代工业控制的三大支柱之一”2.1 PLC的特点PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点。可靠性对可以维修的产品,可靠性包括产品的有效性和可维修性 (1)PLC的可靠性高,表现在下列几方面:1)与继电器逻辑控制系统比较,PLC可靠性提高的主要原因: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。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、故障渗断和信息保护及恢复等,使可靠性得到提高。PLC有较强的易操作性,它具有编程简单、操作方
11、便、维修容易等特点,因此对操作和维修人员的技能要求降低,容易学习和掌握,不容易发生操作的失误,可靠性高。2)与通用的计算机控制系统比较,PLC可靠性提高的主要原因:PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置,它具有比通用计算机控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了经简化的编程语言,编程的出错率大大降低,而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。因此,PLC的可靠性较通用计算机控制系统的可靠性有较大提高。在PLC的硬件设计方面,采用了一系列提高可靠性的措施。例如,采用可靠性高的元件;采用先迸的工艺制造流水线生产;对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等,设有对电源的掉电保护、存储器内容的保
12、护并采用看门狗和其他自诊断措施、便于维修的设计等等。在PLC的软件设计方面,也采取了一系列提高系统可靠性的措旌。例如,采用软件滤波,软件自诊断、简化编程语言、信息保护和恢复、报警和运行信息的显示等等。一份用户选用PLC原因的调查报告指出,在各种选用PLC的原因中,第一位的原因是由于PLC可靠性高的用户达93。其次,才是性能和维修方便等原因。可见,可靠性高是PLC的主要特点。(2)PLC的易操作性表现在下列三个方面:1)操作方便。对PLC的操作包括程序输入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入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示,对大中型的PLC,编程器采用CRT屏幕
13、显示,因此,程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或顺序寻找,然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT屏幕上显示。所以PLC具有操作方便的特点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。采用布尔助记符编程语言时,由于符号是功能的简单缩写,十分有利于编程人员的编程。虽然功能表图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普及,但是,由于它们具有功能清晰、易于理解等优点,正为广大技术人员所接纳和采用并发挥出更有效的功能特点。3)维修方便。PLC
14、所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。当系统发生故障时,通过硬件和软件的自诊断,维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故障代码的显示,或通过编程器和CRT屏幕的显示,很快地找到故障所在的部位,为迅速排除故障和修复节省了时间。为便于维修工作的开展,有些PLC的制造企业提供了维修用的专用仪表或设备,提供了故障树等维修用的资料有些厂商还提供维修用的智能卡件或插件板,使维修工作变得十分方便。PLC的面板和结构的设计也考虑了维修的方便性,例如,对需维修的部件设置在便于维修的位置,信号灯设置在易于观察的部位,接线端子采用便于接线与更换的类型等,这些设计使维修工作能方便地进行,从而大大节省维修时间
15、。采用标准化元件和标准化工艺生产流水线作业,使维修用的备品备件简化,也使维修变得方便。(3)PLC的灵活性表现在下列三方面: 1)编程的灵活性。PLC采用的编程语占有梯形图、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。编程方法的多样性使编程方便,应用面拓展。由于采用软连接的方法,在生产工艺流程更改或者生产设备更换时,可以不必改变PLC的硬设备,通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。这种编程的灵活性是继电器J颐序控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔性特点,使PLC能大量地替代继电器顺序控制系统,成为当今工业控制领域的重要控制设备。在柔性制造单元(F
16、MC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)和计算机集成过程控制系统(CIPS)qb,PLC正成为主要的控制设备,得到广泛的应用 2)扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要的特点。它可根据应用的规模不断扩展,即可进行容量的扩展,功能的扩展,应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输入输出单元来增加点数,通过扩展单元来扩大容量和功能,也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能,甚至可通过与集散控制系统(DCS)或其他上位机的通信来扩展它的功能,并与外部设备进行数据的交换等。这种扩展的灵活性大大地方便了用户。 3)操作的灵活性。操作的灵活性是指设计的工作量大大减少,编程的
17、工作量和安装施工的工作量大大减少,操作十分灵活方便,监视和控制变得容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作可以简化,不同的生产过程可采用相同的控制台或控制屏等。22 PLC的工作原理2.2.1 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的,它的梯形图程序与继电器系统电路图相似,梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称,如输入、输出继电器等。这种计算机程序实现的“软继电器”,与继电器系统中的物理结构在功能上某些相似之处。可编程序控制器有两种基本的工作状态,即运行(RUN)状态与停止(STOP)状态。在运行状态,可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。
18、为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号,用户程序不是只执行一次,而是反复不断地重复执行,直至可编程序控制器停机或切换到STOP工作状态。除了执行用户程序之外,在每次循环过程中,可编程序控制器还要完成,内部处理、通信处理等工作,一次循环可分为5个阶段(见左上图)。可编程序控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高,从外部输入-输出关系来看,处理过程似乎是同时完成的。在内部处理联合阶段。可编程序控制器检查CPU模块内部的硬件是否正常,将监控定时器复位,以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段,可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信,响
19、应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容。当可编程序控制器处于停止(STOP)状态时,只执行以上的操作。可编程序控制器处于(RUN)状态时,还要完成另外3个阶段的操作(见右图),图中仅画出了与用户程序执行过程有关的3个阶段。2.2.2 扫描周期可编程序控制器在RUN工作状态时,执行一次上图所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期,其典型值为1100ms。指令执行所需的时间与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。当用户程序较长时,指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等。如图2.3.2所示。第(N-1)个扫描周期输出刷新第(N+1)个
20、扫描周期输入采样第N个扫描周期输入采样输出刷新用户程序执行图2.3.2 PLC的扫描运行方式(1)输入采样阶段在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次读入所有的数据和状态它们存入I/O映象区的相应单元内。输入采样结束后,转入用户程序行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入数据和状态发生变化I/O映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。所以输入如果是脉冲信号,它的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。(2)用户程序执行阶段在用户程序执行阶段,PLC的CPU总是由上而下,从左到右的顺序依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算,并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系统RAM存
21、储区中对应位的状态。或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。例如:算术运算、数据处理、数据传达等。(3)输出刷新阶段在输出刷新阶段,CPU按照I/O映象区内对应的数据和状态刷新所有的数据锁存电路,再经输出电路驱动响应的外设。这时才是PLC真正的输出。2.3 PLC的体系结构PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机,其硬件结构和微机是基本一致的。如下图所示:编程器中央处理单元(CPU)输入电路输出电路系统程序存储区用户程序存储区电源PLC硬件的基本结构它的硬件结构与一般微机控制系统相似,甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU(中央处理单元)、存储器(RAM和EPROM)、输入/输出模
22、块(简称I/O模块)、编程器和电源五大部分组成。1. CPU模块CPU模块又叫中央处理单元或控制器,它主要由微机处理器(CPU)和存储器组成。CPU的作用类似于人类的大脑和心脏。它采用扫描方式工作,每一次扫描要完成以下工作:(1) 输入处理:将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存器。(2) 程序执行:逐条读入和解释用户程序,产生相应的控制信号去控制有关的电路,完成数据的存取、传送和处理工作,并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。(3) 输出处理:将输出映像寄存器的内容送给输出模块,去控制外部负载。2 . I/O模块I/O模块是系统的眼、耳、手、脚,是联系外部现场和CPU模
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