2022年PLC四层电梯控制系统设计方案.docx
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1、封面作者: PanHongliang仅供个人学习目 录引言 .1 摘要 1 第一章绪论 .2一可编程掌握器简介 21.1 可编程掌握器的定义 .21.2 S7-200 Micro PLC的概述 .21.3 可编程掌握器的工作原理.2 1.4 编程掌握器与其它工业比较.3 二、变频器简介 .42.1 变频器的定义 .4 2.2 变频器的工作原理.52.3 变频器面板按钮功能 .5 三、传感器简介 .6 3.1 传感器的定义 .6 3.2 传感器的分类 .6 其次章四层电梯掌握系统设计方案论证.72.1 设计方案比较 .7 2.2 可编程掌握器(PLC)的挑选 .7 2.3 变频器的挑选 7 第三
2、章硬件设计 83.0 系统框图 .83.1 变频器参数设置 8 3.2 减速及平层掌握.93.3 电梯机房里的主要部件.10 3.4 电梯井道里的主要部件.113.5 轿厢上的主要部件 .11 3.6 电梯层门口的主要部件.123.7 电梯的安全爱护环节 .123.8 电梯掌握系统操作过程.123.9 电梯掌握系统实现的功能.13第四章软件设计 .144.1: I/O 输入 / 输出端口安排 .144.2:外部接线图 15 4.3:梯形图 164.4 梯形图掌握分析 .30设计心得 .33参考文献 .33 基于 PLC四层电梯掌握系统设计作者 :eb15385960引言四层电梯设计采纳西门子
3、S7-200掌握,利用软件实现对电梯运行自动掌握,大大提高了电梯的牢靠性、安全性、快捷性,另外节约了大量外部接线, 简化了掌握系统结构;另外可以便利的增加或转变掌握功能,并便于检修;本设计系从第一章介绍 PLC、变频器、传感器开头,先概要的介绍了PLC概念和工作方式,变频器和传感器概念、工作原理以及分类;其次章通过比较设计方案,确定设计方案;第三章合理设置变频器参数,提高运行过程中电梯带来的舒服感,设置电梯井道、轿厢内、电梯层门口的各个部件,设置保证电梯运行时安全爱护环 节,达到电梯运行安全第一;第四章确定输入输出端口,设计PLC外部接线图,编写梯形图,对梯形图网络说明说明; 摘要随着科学技术
4、的进展,我国的电梯生产技术得到了快速进展;随着自动掌握理论与微电子技术的进展、电梯的拖动方式与掌握手段均发生了很大的变化,沟通调速是当前电梯拖动的主要进展方向;目前电梯掌握系统主要有三种掌握方式:继电器掌握系统、PLC掌握系统、微机掌握系统;继电器掌握系统由于故障率高、牢靠性差、掌握方式不敏捷以及消耗功率大等缺点,目前已逐步被剔除,微机掌握系统虽智能掌握方面有较强的功能,但也存在抗扰性差,系统设计复杂,一般修理人员难以把握其修理技术等缺陷;而PLC掌握系统由于运行牢靠性高,使用修理便利,抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点,备受人们重视等优点,已成为目前在电梯掌握系统中使用最多的掌握方式; 关
5、键词 :电梯 PLC第一章绪论一、 可编程掌握器简介1.1 可编程掌握器的定义PLC英文全称 Programmable Logic Controller,中文全称为可编程规律掌握器, 定义:一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境中而设计的;它采纳一类可编程的掌握器,用于其内部储备程序执行规律运算,次序掌握,定时,技术与运算操作等面对用户的指令,并通过数字或模拟式输入/ 输出掌握各种类型的机械或生产过程;1.2 S7-200 Micro PLC的概述S7-200 系列是一类可编程规律掌握器 Micro PLC ;这一系列产品可以满意多种多样自动化掌握需要,(如图1.2 )展现一台 S7-20
6、0Micro PLC ;由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令,使得S7-200 可以近乎完善地满意小规模的掌握要求;此外,丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时,具有很强的适应性;图 1.2西门子 PLC S7-200 外部结构1.3 可编程掌握器的工作原理(一) PLC的工作方式PLC虽然以微处理器为核心,具有微型运算机的很多特点,但它的工作方式却与微型运算机有很大的不同,微型运算机一般采纳等待命令或中断的工作方式,如常见的键盘扫描方式或 I/O 扫描方式,当有按键按下或 I/O 动作,就转入相应的子程序或中断服务程序,无按键按下,就连续扫描等待;P
7、LC采纳循环扫描的工作方式,即次序扫描,不断循环这种工作方式是在系统软件掌握下进行对;当 PLC运行时, CPU依据用具按掌握要求编写好并存于用户储备器中的程序,按序号作周期性的程序循环扫描,程序从第一条指令开头,逐条次序执行用户的程序直到程序终止;然后重新返回第一条指令,在开头下一次扫描;如此周而复始;实际上 PLC扫描工作除了执行用户程序外,仍要完成其他工作,整个工作过程分为自诊断;通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行 五个阶段;( 1) 自诊断每次扫描用户程序之前,都先执行故障自诊断程序;自诊断内容包括I/O 部分、储备器、 CPU等,并通过 CPU设置定时器来监视每次扫描是否超过规定
8、的时间,假如发觉反常,就停机并显示出错,如自诊断正常,就连续向下扫描;2通讯服务PLC检查是否有与编程器、运算机等的通讯要求,如有就惊醒相应处理;(3) ) 输入处理PLC 在输入刷新阶段,第一以扫描方式按次序从输入缩存器中写入全部输入端子的状态或数据,并将其存入内存中为其特地开创的暂存区输入状态映像区中,这一过程称为输入采样,或是如刷新,随后关闭输入端口,进入程序执行阶段,即使输入端有变化,输入映像区的内容也不会转变,变化的输入信号的状态只能在下一个扫描周期的输入刷新阶段被读入;(4) ) 输出处理同输入状态映像区一样, PLC内存中也有一块特地的区域称为输出状态映像区,当程序的全部指令执行
9、完毕,输出状态映像区中全部输出继电器的状态就在 CPU的掌握下被一次集中送至输出锁存器中,并通过肯定的输出方式输出, 推动外部的相应执行器件工作,这就是PLC输出刷新阶段;5程序执行PLC 在程序执行阶段,按用户程序次序扫描执行每条指令;从输入状态映像区独处输入信号的状态,经过相应的运算处理等,将结果写入输出状态映像区;通常将自诊断和通讯服务合称为监视服务;输入刷新和输出刷新称为I/O 刷新;可以看出, PLC在一个扫描周期内,对输入状态的扫描只是在输入采样阶段进行,对输出赋的值也只有在输出刷新阶段才能被送出,而在程序执行阶 段输入、输出会被封锁;这种方式称做集中采样、集中输出;(二)扫描周期
10、扫描周期即完成一次扫描( I/O 刷新、程序执行和监视服务)所需要的时间,有 PLC的工作过程可知,一个完整的扫描周期 T 应为: T=(输入一点时间 * 输入点数) +(运算速度 * 程序步数) +(输出一点时间 * 输出点数) +监视服务时间扫描周期的长短主要取决于三个要素:一时CPU执行指令的速度;二是每条指令占用的时间;三是执行指令条数的多少,即用户程序的长度;扫描周期越 长,系统的响应速度越慢;现在厂家生产的基型PLC的一个扫描周期大约为10ms,这对于一般的掌握系统来说完全是答应的,不但不会造成影响,反而可以增强系统的抗干扰才能,这是由于输入采样仅在输入刷新阶段进行;PLC在一个工
11、作周期的大部分时间里实际上是与外设隔离的,而工业现场的干扰经常是脉冲式的,短期的,由于系统响应慢,往往要几个扫描周期才相应一次,多次扫描因瞬时干扰而引起的误动作将会大大削减,从而提高了系统的抗干扰才能;但是对掌握时间要求较严格、相应速度要求较快的系统,就需要细心编制程序,必要时仍需要实行一些特殊功能,以削减因扫描周期造成的影响带来的不良影响;1.4 编程掌握器与其它工业比较基于 PLC掌握的电梯自动掌握治理系统,PLC就物理结构来说有丰富的输入输出端,而从 PLC的规律结构来看,内部有很多软元件,如输入输出继电器、帮助继电器、状态器、计数器、计时器和数据寄存器及器件所对应的常开常闭接 点,便利
12、对电梯上下、呼唤信号自动定位、呼唤信号自动排序、楼层显示、欠 压爱护、短路爱护、过载爱护等;大所数 PLC的编程方式都用梯形图编程、指令表编程和次序功能图(SFC)编程,特殊是梯形图编程方式,便利编写,直观易懂,简洁修改;除了运用基本指令可以完成大量工作,功能指令的扩展更为系统开发、调试和爱护带来很多便利,本文以梯形图编程方式设计四层电梯自动掌握系统,无论从设计到功能分析都是极为便利的;可编程掌握器的原理是在确立了工作任务,装入了专用程序后成为一种专用机,它采纳循环扫描工作方式,系统工作治理及应用程序执行都是按循环扫描方式完成的;一次循环可分五个阶段,分别为内部处理阶段、通信服务阶段、输入处理
13、阶段、程序执行阶段、输出处理阶段;二、变频器简介2.1 变频器的定义:变频器(如图 2.1 )是利用电力半导体期间的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能掌握装置,能实现对沟通异步电动机的启动、变频调速、提高运转精度、转变功率因数、过流 / 过压/ 过载爱护等功能;图 2.1西门子 MM440变频器示意图2.2 变频器的工作原理:主电路是给异步电动机供应调压调频电源的电力变换部分,变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为沟通的变频器,直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为沟通的变频器,其直流回路滤波是电感;它由三部分构成,将工频电源变化为直流功率的“整流器”,吸
14、取在变流其和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”,以及将直流功率变换为沟通功率的“逆变器”;2.3 变频器面板按钮功能(如图 2.3):图 2.3变频器掌握面板示意图1: 转变电动机的转动方向;2: 启动变频器;3: 停止变频器;4: 电动机点动;5: 拜访参数;6: 减小数值:减小面板上显示的参数数值;7: 增加数值:增加面板上显示的参数数值;8: 功能: 变频器运行过程中 , 在显示任何一个参数时按下此键并保持2 秒钟, 将显示直流回路电压、输出电流、输出频率、输出电压、由P0005 选定的数值;三、传感器简介3.1 传感器的定义:传感器(如图 3.1 )是能感受规定的被测量并依据肯定规律将
15、其转换成可用输出信号的器件或装置;图 3.1压力传感器3.2 传感器的分类:(1) )按被测量原理分类:可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器;(2) )按测量原理分类:可分为电阻、电容、电感、光栅、热电偶、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器;(3) )按传感器转换能量供应形式分类:可分为能量变换型(发电型)和能量掌握型(参量型)两种;其次章四层电梯掌握系统设计方案论证2.1 设计方案比较电梯掌握方式主要分为三种,分别是继电器掌握方式、微机掌握方式和可编程掌握器( PLC)掌握方式,由于继电器掌握存在功能弱、故障多、牢靠性差和工作寿命短的缺陷现在已逐步被剔除
16、,微机掌握牢靠性差故也不多采纳,而PLC掌握采纳一种巡回扫描的方式分时处理各项任务,而且依靠程序运行,这就保证只有正确的程序才能运行,否就电梯不会工作;又由于PLC中的内部帮助继电器及保持继电器等是它本身系统内存工作单元,即无线圈又无触点,使用次数不受限制,因此,它比继电器掌握有明显的优越性,比微机掌握有明显的牢靠性,自动化水平更高;综上所述 PLC掌握是三种掌握方式中最具有牢靠性、优越性和有用性的掌握方式,它更适合用在电梯的技术改造和掌握系统的更新换代,是电梯掌握系统中抱负的掌握新技术,所以本次课程设计采纳可编程掌握器PLC作为掌握方式;2.2 可编程掌握器( PLC)的挑选目前市场是可编程
17、掌握器种类繁多,有西门子的、三菱的、欧姆龙的等;同一品牌的可编程掌握器也有很多类型,仅西门子就 S7-200/S7- 300/S7-400 这三个系列;结合自身学习特点,在学习期间接触西门子s7-200 的时间比较长,熟识s7-200 的各种功能指令,可以娴熟利用s7-200 各种功能指令编程;结合PLC s7-200 本身具有的:模块结构、牢靠性好、多功能性、易编程性等特点,本次课题设计需要输入端口26 个,输出端口 11 个;故设计中选用西门子 PLC S7-200 CPU224;2.3 变频器的挑选电梯的调速要求除了一般工业掌握的静态、动态性能外,他的舒服度指标往往是挑选的一项重要内容;
18、本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按抱负的给定速度曲线运行以改善电梯运行的舒服度;由于西门子 MM440 变频器具有: 1 调试简洁;( 2)模块化的结构,配置敏捷性最大;( 3) 6 个可编程,带隔离的数字输入;( 4)2 个可表定的模拟输入( 0V 至 10V,0mA 至 20mA),它们也可作为第 7 和第 8 个数字输入;(5)2 个可编程的模拟输出( 0mA 至 20mA);( 6) 3 个完全可编程的继电器输出( 30V 直流/5A ,阻性负载; 250V 沟通/2A ,感性负载);( 7)当使用较高的开关频率时,电机可以低噪音运行(在开关频率较高情形下,要降格使用)( 8)完
19、善的变频器和电动机爱护功能;所以本次课题设计采纳西门子 MM440 变频器;第三章硬件设计3.0 系统框图( 1)掌握系统框图(如图3.0 1)图 3.0 1 掌握系统框图( 2)系统结构图(如图 3.0 2)图 3.0 2 系统结构图3.1 变频器参数设置参数设置原就 如表 3. 1 :(1) ) 为减小启动冲击及增加调速的舒服感,其斜坡上升时间和斜坡下降时间应当长一些 如图 3.1.1时间 t (s)/f (Hz)曲线 ;(2) ) 为了提高运行效率,快车频率应选为工频,而爬行频率要尽可能低些,以减小停车冲击;(3) ) 零速一般设置为 Oft ,带速抱闸将影响舒服感;表 3.1 变频器参
20、数设置图 3.1.1时间 t (s)/f (Hz)曲线3.2 减速及平层掌握电梯的工作特点是频繁启制动, 为了提高工作效率、改善舒服感,要求电梯能平滑减速至速度为零时,精确平层,即“无速停车包闸”,不要显现爬行现象或低速抱闸 , 即直接停止 , 要做到这一点是要精确发出减速信号 , 在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线;本设计采纳旋转编码器检测轿厢位置,只要电梯运行,计数器就可以精确地确定走过的距离,达到与减速点相应的预制数时即可发出减速命令;3.3 电梯机房里的主要部件(如图 3.5 )图 3.5 电梯构架图1. 拽引机(1) 驱动电动机:沟通梯专用的双速电动机制动器:在电梯上通常
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