四层电梯PLC课程设计.docx
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四层电梯PLC课程设计
2012~2013学年第一学期
《电气控制及PLC》
课程设计报告
题目:
PLC控制四层电梯
专业:
自动化
班级:
09自动化
姓名:
蒋书科梁昌璐于传龙
张凯平明珠
指导教师:
杨锐敏
电气工程系
2012年11月2日
1、任务书
课题名称
PLC控制四层电梯
指导教师(职称)
杨锐敏(讲师)
执行时间
2012~2013学年第一学期第九周
学生姓名
学号
承担任务
蒋书科
0909111017
控制系统框图的设计
梁昌璐
0909111020
控制系统接线图的设计
于传龙
0909111057
控制程序流程图的设计
张凯
0909111061
控制程序梯形图的设计
平明珠
0909111076
系统调试及结果的分析
设计目的
设计一个仿真四层电梯系统,当呼叫电梯的楼层大于电梯所停的楼层时,电梯上升到呼叫层,电梯停止运行;当呼叫电梯的楼层小于电梯所停的楼层时,电梯下降到呼叫层,电梯停止运行;当同时有多层呼梯信号时,电梯先按照同方向依次暂停。
设计要求
1.根据工艺要求及I/O分配表选择三菱PLC型号。
2.根据工艺要求设计硬件接线图和软件程序。
3.基本能实现四层电梯控制的工艺要求。
4.反复调试,确保四层电梯控制系统的稳定运行。
摘要
此次课程设计主要对PLC的结构、特点、性能以及与现场控制对象的连线进行具体的研究,并通过PLC实现电梯的自动控制。
城市建设的不断发展,高层建筑的不断增多,电梯作为高层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。
它是采用电力拖动方式,将载有乘客或货物的轿厢,运行于垂直方向的两根刚性导轨之间,运送乘客和货物的固定式提升设备。
所以,电梯是为高层建筑运输服务的设备,它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。
但传统的电梯控制系统主要采用继电器及接触器进行控制,其缺点是触点多,故障率高、可靠性差、维修工作量大等,而采用PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题,使电梯运行更加安全、方便、舒适。
电梯模型由四层四站电梯对象、包括电机、正反向继电器、轿厢、内选召唤按钮、外选召唤按钮、外呼指示灯、内选指示灯、楼层显示、上下行显示、平层电磁传感器检测、接线盒等组成,采用PLC进行控制,实现对电机驱动,上、下行的顺序控制,随机呼叫的优化控制,自动准确定位,上、下行及平层指示灯显示,上位监控系统等功能。
本设计第一章先对系统总体方案进行设计,接着第二章和第三章主要设计控制系统及上位监控系统,而第四章对设计的系统进行调试,得出结果并详细分析结果。
关键词:
电梯;PLC;控制系统
目录
第一章系统总体方案设计...........................................................................................................5
1.1电梯控制系统的组成......................................................................................................5
1.2电梯模型PLC控制系统设计.........................................................................................5
1.3电梯控制实现的功能及控制系统框图..........................................................................5
1.4系统变量定义及I/O分配表...........................................................................................6
1.5系统接线图的设计...........................................................................................................7
第二章控制系统设计...................................................................................................................8
2.1控制程序流程图的设计..................................................................................................8
2.2程序设计常用方法..........................................................................................................8
2.3可编程控制器的选择......................................................................................................9
2.4控制程序梯形图的设计..................................................................................................9
第三章系统调试及结果分析.......................................................................................................9
3.1系统调试与解决的问题..................................................................................................9
3.2结果分析........................................................................................................................10
结束语...........................................................................................................................................11
参考文献.......................................................................................................................................12
附录...............................................................................................................................................13
答辩记录及评分表.......................................................................................................................16
第一章系统总体方案设计
1.1电梯控制系统的组成
电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。
电力拖动部分由拽引电机、抱闸和相应的开关电路以及开门机组成。
由于所设计的只是一个教学模型,梯速低于1.5m/s,所以只要能实现电机的正反转即可,而不必考虑电机的机械特性。
制动时为满足准确停层的需要,定子回路可接入电抗器减速最后再加上抱闸制动,故在制动过程中采用了三档延时切换控制。
电气控制部分又称控制电路,它是电梯控制系统的核心。
它包含两部分:
拖动控制电路和信号控制电路。
拖动控制电路因电梯的拖动方式不同而各异,可以是接触器线圈及其相关的控制电路,也可以是电力电子器件的门极控制电路。
对于有速度闭环控制的系统,还必须考虑含有电源、电压、速度检测电路和调节电路。
信号控制电路与拖动的方式关系不大,主要与程序能够实现的功能有直接的关系。
因此,不同的拖动方式的电梯可以采用同一信号控制电路。
1.2电梯模型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,轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定,并送PLC的计数器来进行控制。
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)。
为了提高电梯的运行效率和平层的精度,系统要求PLC能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制。
根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现。
为了电梯的运行安全,系统应设置可靠的故障保护和相应的显示。
根据电梯所处的位置和运行方向,在编程中,采用了四个优先级队列,即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。
其中,上行优先级队列为电梯向上运行时,在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号,该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的阵列。
上行次优先级队列为电梯向上运行时,在电梯所处位置以下楼层所发出的向上运行的呼叫信号,该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。
控制系统在电梯运行中实时排列的四个优先级陈列,为实现随机逻辑控制提供了基础。
当电梯以某一运行方向接近某楼层的减速位置时,判别该楼层是否有同向的呼叫信号(上行呼叫标志寄存器、下行呼叫标志寄存器、有呼叫请求时,相应寄存器为l,否则为0)。
如有,将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较,如相同,则在该楼层减速停车;如果不相同,则将该寄存器数据送入比较寄存器,并将原比较寄存器数据保存,执行该楼层的减速停车。
该动作完毕后,将被保存的数据重新送入比较寄存器,以实现随机逻辑控制。
系统还利用行程判断楼层,并转化成BCD码输出,通过硬件接口电路以LED显示。
1.3电梯控制实现的功能及控制系统框图
所设计的电梯模型共有四层,电梯的每一层面均有升降及轿厢所在楼层的指示灯显示。
1-4层所对应的指示灯表示楼层号,每层的楼厅均有输入(分上行和下行)按钮召唤电梯。
工作中的电梯主要对各种呼梯信号和当时的运行状态进行综合分析,再确定下一个工作状态,为此它要求具有自动选向,顺向截梯和反向保号,外呼记忆,自动开、关门,停梯信号,自动达层等功能。
分析以上控制要求,将电梯控制要实现的功能罗列如下:
开始时,电梯处于任意一层;当有外呼梯信号到来时,电梯响应该呼梯信号,到达该楼层时,电梯停止运行,电梯门自动打开,延时3秒后自动关门;当有外呼梯信号到来时,电梯响应该呼梯信号,到达该楼层时,电梯停止运行,电梯门自动打开,延时3秒后自动关门;在电梯运行过程中,轿厢上升(或下降)途中,任何反向下降(或上升)的呼梯信号均不响应,如果某反向呼梯信号前方再无其他呼梯信号,则电梯响应该呼梯信号;电梯应具有最远反向呼梯功能;电梯未平层或运行时,开门按钮和关门按钮均不起作用。
平层且电梯停止运行后,按开门按钮可使电梯门打开,按关门按钮可使电梯门关闭。
系统控制核心为PLC主机,通过PLC输入口送入PLC。
由存储器的PLC软件运算处理,然后经输出接口分别向指层器及召唤指示灯等发出显示信号,向主拖动系统发出控制信号,具体的电梯信号控制系统原理如下图1-1所示:
图1-1电梯PLC信号控制系统原理框图
1.4系统变量定义及I/O分配表
该系统占用PLC的38个I/O口,20个输入点,18个输出点,具体的I/O分配如下图1-2所示:
序号
名称
输入点
序号
名称
输出点
0
一层平层
X000
0
电梯上行记忆
Y000
1
二层平层
X001
1
电梯下降记忆
Y001
2
三层平层
X002
2
电机正转
Y002
3
四层平层
X003
3
电机反转
Y003
4
内呼一楼
X004
4
内呼一层指示
Y004
5
内呼二楼
X005
5
内呼二层指示
Y005
6
内呼三楼
X006
6
内呼三层指示
Y006
7
内呼四楼
X007
7
内呼四层指示
Y007
8
一层外呼上行
X008
8
一层外呼上行指示
Y010
9
二层外呼上行
X009
9
二层外呼上行指示
Y011
10
三层外呼上行
X010
10
三层外呼上行指示
Y012
11
二层外呼下行
X011
11
二层外呼下行指示
Y013
12
三层外呼下行
X012
12
三层外呼下行指示
Y014
13
四层外呼下行
X013
13
四层外呼下行指示
Y015
14
手动开门
X014
14
门电机正转
Y016
15
手动关门
X015
15
门电机反转
Y017
16
开门限位
X016
17
关门限位
X017
18
电梯上升极限位
X018
19
电梯下降极限位
X019
图1-2I/O分配表
1.5系统接线图的设计
系统的PLC外部接线图如下图1-3所示:
图1-3PLC外部接线图
第二章控制系统设计
2.1控制程序流程图的设计
控制程序的流程图如下图2-1所示:
图2-1控制程序流程图
2.2程序设计常用方法
在工程中,对PLC应用程序的设计有多种方法,这些方法的使用,也因各个设计人员的技术水平和喜好有较大的差异。
现将常用的几种应用程序的设计方法简要介绍如下。
1.经验设计法
经验设计法也叫凑试法。
在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础上,根据被控对象对控制系统的具体要求,凭经验进行选择、组合。
这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的,可以收到快速、简单的效果。
经验设计法的具体步骤如下:
确定输入/输出电器;确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配;做出系统动作工程流程图;选择PLC指令并编写程序;编写其它控制控制要求的程序;将各个环节编写的程序合理地联系起来,即得到一个满足控制要求的程序。
2.逻辑设计法
工业电气控制线路中,有很多是通过继电器等电器元件来实现的。
而继电器、交流接触器的触点都只有两种状态即:
断开和闭合,因此用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的。
该方法法是根据数字电子技术中的逻辑设计法进行PLC程序的设计,它使用逻辑表达式描述问题。
在得出逻辑表达式后,根据逻辑表达式画出梯形图。
3.顺序控制法
对那些按动作的先后顺序进行控制的系统,非常适合使用顺序控制设计法进行编程。
顺序控制法规律性很强,虽然编程相当长,但程序结构清晰、可读性。
在用顺序控制设计法编程时,功能图是很重要的工具。
功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。
功能图由流程步、有向线段、转移和动作组成,在使用时它有一些使用规则,具体如下:
步于步之间必须用转移隔开;转移与转移之间必须用步隔开;转移和步之间用有向线段连接,正常画顺序功能图的方向是从上向下或则从左向右。
按照正常顺序画图时,有向线段可以不加箭头,否则必须加箭头;一个顺序功能图中至少有一个出初始步。
2.3可编程控制器的选择
目前市场是可编程控制器种类繁多,有三菱的、西门子的、欧姆龙的等,同一品牌的可编程控制器也有很多类型。
结合自身学习特点,在学习期间接触三菱PLC的时间比较长,熟悉三菱PLC的各种功能指令,可以熟练利用三菱PLC各种功能指令编程。
另外三菱PLC本身具有模块结构、可靠性好、多功能性、易编程性等特点,故本次课程设计中选用三菱PLC。
2.4控制程序梯形图的设计
本次课程设计采用顺序逻辑控制法,运用PLC知识控制四层电梯,其程序梯形图设计见附录。
第三章系统调试及结果分析
3.1系统调试及解决的问题
1.存储容量是指用户程序存储器的容量。
用户程序存储器的容量大,可以编制出复杂的程序。
一般来说,小型PLC的用户存储器容量为几千字,而大型机的用户存储器容量为几万字。
2.I/O点数输入/输出(I/O)点数是PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和,是衡量PLC性能的重要指标。
I/O点数越多,外部可接的输入设备和输出设备就越多,控制规模就越大。
3.扫描速度是指PLC执行用户程序的速度,是衡量PLC性能的重要指标。
一般以扫描1K字用户程序所需的时间来衡量扫描速度,通常以ms/K字为单位。
PLC用户手册一般给出执行各条指令所用的时间,可以通过比较各种PLC执行相同的操作所用的时间,来衡量扫描速度的快慢。
4.指令的功能与数量指令功能的强弱、数量的多少也是衡量PLC性能的重要指标。
编程指令的功能越强、数量越多,PLC的处理能力和控制能力也越强,用户编程也越简单和方便,越容易完成复杂的控制任务。
5.内部元件的种类与数量在编制PLC程序时,需要用到大量的内部元件来存放变量、中间结果、保持数据、定时计数、模块设置和各种标志位等信息。
这些元件的种类与数量越多,表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。
6.特殊功能单元特殊功能单元种类的多少与功能的强弱是衡量PLC产品的一个重要指标。
近年来各PLC厂商非常重视特殊功能单元的开发,特殊功能单元种类日益增多,功能越来越强,使PLC的控制功能日益扩大。
7.可扩展能力:
PLC的可扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。
在选择PLC时,经常需要考虑PLC的可扩展能力。
8.PLC的可靠性:
控制器的可靠主要体现在软件应急处理、硬件电路的抗干扰处理、程序运行看门狗、语法检查(能有效防止程序跑飞和死机的情况)、电源检查(防止电源电压不稳使PLC无法工作或出错)、硬件抗干扰。
设计合理的电路板和优良的电子元件对于稳定运行很关键。
PLC被干扰(故障)很多是电源部分引起,PLC的芯片供电电压一般是经过稳压处理的5VDC,I/O口通常有光藕让外围电路(24VDC)和内部芯片I/O(5VDC)进行隔离。
高精度的电子元件减少产品之间的误差,提高PLC使用寿命,形成质量稳定PLC产品。
系统的可靠性是现今大家谈论得比较多的一个话题,它包含两种不同的,却又是相关的概念:
稳固性和可用性。
稳固性表示一个系统发生错误的机会大小,稳固性越高表示系统发生错误的机会越少。
一个操作系统应该稳固,对出错情况甚至是硬件故障有可预计的反应,能够相容地运行应用程序和服务而尽量少的发生错误。
可用性表示系统用于使用的时间多少,一个系统应该有多的用于使用的时间,因为日常维护和意外错误导致的宕机时间少。
稳固性可以通过减少潜在的系统失败的原因来提高,可用性则可以通过解决宕机的原因来提高。
总之,一个可靠的系统应该很少失败,很少离线,在死机后也很容易重新启动。
3.2结果分析
仿真电梯系统的基本控制要求如下:
当呼叫电梯的楼层大于电梯所停的楼层时,电梯上升到呼叫层,电梯停止运行;当呼叫电梯的楼层小于电梯所停的楼层时,电梯下降到呼叫层,电梯停止运行;当同时有多层呼梯信号时,电梯先按照同方向依次暂停。
结束语
此设计主要以PLC为核心,利用PLC的强大的控制功能,实现了对四层升降电梯的控制。
利用梯形图可以很直观的看出电梯运行过程。
利用可编程控制器控制升降电梯,具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。
当建筑物的层楼增加时,硬件接线上只需增加楼层相应的输入信号。
原来的接线不需改变,软件上只需增加相应楼层的功能,要改动的地方也较少。
调试结果表明,在适应性、精确性和可靠性方面,到达到了设计的要求,表明该设计方案是可行的。
利用可编程控制器以及双速交流电动机控制技术,充分利用了数字化电子控制技术,通过合理的设别选型、软件设计,提高了电梯运行的可靠性和运行效率,使电梯结构紧凑、噪音降低、维修简单、故障率低,改善了电梯运行的舒适感,并节约了电能。
具有一定的经济效益和社会效益。
时至今日,一个礼拜的课程设计终于可以画上一个句号了,但是现在回想起来做课程设计的整个过程,颇有心得,其中有苦也有甜,不过乐趣尽在其中,不仅让我对PLC有了更深一步的了解,同时也增加了自己的动手实践能力,为以后的工作打下了基础。
可以说课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的一种提高。
参考文献
[1]谭浩强.PLC程序设计教程[M].北京:
清华大学出版社,2000.
[2]刘美俊.电气控制与PLC工程应用[M].北京:
机械工业出版社,2011.
[3]周亚军.电气控制与PLC原理及应用[M].西安:
西安电子科技大学出版社,2008.
[4]廖常初.可编程控制器的编程方法与工程应用[M].重庆:
重庆大学出版社,2001.
[5]张均.可编程控制器原理及应用[M].北京:
中国铁道出版社,2007.
[6]张发玉.可编程控制器应用技术[M].西安:
西安电子科技大学出版社,2008.
[7]日本三菱公司.MELSEC-FX2N系列PLC使用手册,2010.
[8]日本三菱公司.FX系列PLC编程手册(合并版),2010.
附录
PLC控制四层电梯程序梯形图如下:
答辩记录及评分表
课题名称
PLC控制四层电梯
答辩教师(职称)
答辩时间
答
辩
记
录
评分表
学生姓名
学号
评分
蒋书科
0909111017
梁昌璐
0909111020
于传龙
0909111057
张凯
0909111061
平明珠
0909111076
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