2022年电梯PLC控制系统设计 .pdf
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1、天津机电职业技术学院TIANJIN VOCATIONAL COLLEGE OF MECHANICS AND ELECTRICITY 天津机电职业技术学院电梯 PLC 控制系统设计姓名:专业:班级:学号:指导教师:2011 年 1 月 3 日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 30 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - -
2、 - - - 第 2 页,共 30 页 - - - - - - - - - 目录一总体设计方案 ,1 (一) 总体方案的确定,1 (二) 电梯 PLC控制系统的构建,2 (三) 可行性论证,3 (四) 实际运行中的控制要求分析,3 (五) 电梯的 7 项控制要求,4 (六) 可行性论证,5 (七) 设计的整体布局及其选型,5 二可编程序控制器的结构与工作原理,6 (一) PLC 的体系结构,6 (二) 可编程序控制器的基本结构,6 (三) 开关量 I/O 模块 ,7 (四) 可编程序控制器的工作原理,9 (五) PLC 的选型 ,9 (六) PLC 控制程序设计 ,11 三电梯硬件及软件系统设
3、计,13 (一) 硬件系统设计 ,13 (二) 软件系统设计 ,17 (三) 电梯 PLC控制系统程序设计 ,21 四结论,22 五参考文献,23 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 30 页 - - - - - - - - - 1 正文一、 总体设计方案载 PLC系统设计时,首先应确定控制方案,下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的,按照易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能
4、的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统,PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间,因此,工程设计选型和估算时,应详细分析工艺过程的特点、控制要求,明确控制任务和范围确定所需的操作和动作,然后根据控制要求,估算输入输出点数、所需存储器容量、确定 PLC的功能、外部设备特性等,最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。(一) 总体方案的确定目前,电梯行业在我国迅速的发展,在一定程度上占有很大的市场。而在今天选择控制电梯运动的设备已经从传统的继电器接触器转变成可编程序控制器(P
5、LC )。可编程序控制器( PLC )与其他计算机控制相比较:个人计算机有很强的数据处理功能和图形显示功能,有丰富的软件支持,但是它们是为办公室自动化和家庭设计的,对环境要求很高,抗干扰能力不强,一般不适合在工业现场使用。单片机只是一片集成电路, 不能直接将它与外部I/O 信号相连。要将它用于工业控制,还要附加一些配套的集成电路和I/O 接口电路,硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大,要求设计者具有很强的计算机领域的理论知识和实践经验。工业控制计算机(简称工控机)也是为工业控制设计的,目前比较流行的是PC总线工控机,它与个人计算机兼容。工控机采用总线式结构,各厂家产品的兼容性强。工控机一般是
6、在通用微机的基础上发展起来的,有实时操作系统的支持,因此在要求快速、实时性强、功能复杂的领域占有优势。工控机的价格较高,将它有与开关量控制以取代继电器系统有些大材小用。工控机的外部I/O 接线一般都用多芯扁平电缆和插头、插座,直接从印刷电路板上引出,不如可编程序控制器的接线端子那样方便可靠。以上各种计算机用语控制的程序一般都是用汇编语言编写的,不像可编程续控制器的梯形图语言那样易于被工厂的电气人员掌握。可编程序控制器是专为工厂现场应用环境设计的,结构上采取整体密封或插件组合名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心
7、整理 - - - - - - - 第 4 页,共 30 页 - - - - - - - - - 2 型,对印刷电路板、电源、机架、插座的制造和安装,均采用了严密的措施。可编程序控制器由于具有前述的各种优点,在工业控制领域具有不可比拟的竞争力。当然在电梯的控制领域也具有重要的地位,把可编程序控制器用于电梯运动的核心部分是很合理的选择,而且可编程序控制器现在在市场上也是一种成熟的产品。总之,经上述比较可得,我确定选用PLC控制电梯的运行。(二) 电梯 PLC控制系统的构建1、机房机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。机房可以设置在井道顶部,也可设置在井由自部。当机房设于井道底部时,即为曳引机下置式
8、曳引方式。这种方式结构复杂,建筑物承重大,对井道尺寸要求大,只有在机房无法顶置时才使用。对于绝大多数电梯,椭均设于井道顶部。机房必须有足够的面积,高度、承重能力及良好的通风条件。2、轿厢轿厢是用以运送乘客和货物的电梯组件。它由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架。是由上横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成;轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮等组成;轿厢体空间的大小由额定载重量和额定载客量决定。3、门厅每一层电梯门口装的门,门上带有机器锁及电气接点。客梯多为自动开关门,开关门由轿厢门上的开门刀带动厅门上的橡皮勒辘来完成的,而轿厢门是由轿厢上的开关门装置驱动
9、的。4、重量平衡系统该系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成,对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重;重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯设计影响的装置。5、电力拖动系统该系统由曳引机、供电系统、速度反馈装置、调速装置和变频器等组成。对电梯实行速度控制。曳引电动机是电梯的动力源,根据电梯的配置可用交流电动机或直流电动机;供电系统是为电动机提供电源的装置;速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号,一般采用测速发电机或速度脉冲发生器,与电动机相连;调速装置对曳引电动机实行调速控制;变频器可以通过改变频率的大小来控制其运行速度的快慢。名师资料总结 - -
10、-精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 30 页 - - - - - - - - - 3 6、电器控制系统该系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它起着操纵和控制电梯运行的作用。 操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急;位置显示装置是指轿内和层站的指层灯;层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站;控制屏安装在机房中,由各类电气控制元件(或板)组成,是电梯实行电气控制的集中组件;选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运
11、行方向、发出加减速信号等作用。它可由机械式、继电器式或电子式组成。7、安全保护系统电梯上设有机械和电气的各类保护系统,以保证电梯安全使用。机械方面的有限速器和安全钳,起超速保护作用;缓冲器,起冲顶和撞底保护作用;切断总电源的极限保护。(三) 电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析1、电梯的初始状态假设电梯开始时处于第1 层待命、各层显示器都被初始化, 电梯处于以下状态 : 各层呼叫灯均不亮。电梯内部及外部各楼层显示器显示均为“1”。电梯内部及外部各楼电梯门均关闭。2、 电梯运行过程中按下某层呼叫按钮 ( 1 3 层) 后, 该层呼叫灯亮 , 电梯响应该层呼叫。电梯上行或下行直至该层。各楼层
12、显示随电梯移动而改变, 各层指示灯也随之而变运行中电梯门始终关闭 , 到过指定层时 , 门才打开。在电梯运行过程中 , 支持其他呼叫。3 、电梯运行后状态在到达指定楼层后 , 电梯会继续待命 , 直到新命令产生。电梯在到达指定楼层后, 电梯门会自动打开 , 经过一段时间自动关闭 , 在过程中 , 支持手动开门 或 关 门 。( 四 )实 际 运 行 中 的 控 制 要 求 分 析实 际 中 , 电 梯 服 务 的 对 象 是 许 多 乘 客 , 乘 客 乘 坐 电 梯 的 目 的 地 是 不 完 全一 样 的 , 而 且 , 每 一 个 乘 客 呼 叫 电 梯 的 时 间 有 前 有 后 。
13、因 此 , 我 们 将 电 梯 在实 际 中 的 各 种 具 体 情 况 加 以 分 类 , 做 出 分 析 , 以 便 于 编 制 程 序 。1、 电 梯 上 行 分 析若 电 梯 在 上 行 过 程 中 , 某 楼 层 有 呼 叫 产 生 时 , 可 分 以 下 两 种 情 况 : 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 30 页 - - - - - - - - - 4 ( 1) 若 呼 叫 层 处 于 电 梯 当 前 运 行 层 之 上 、 目 标运 行 层
14、 之 下 , 则 电 梯 应 在完 成 前 一 指 令 之 前 先 上 行 至 该 层 , 完 成 该 层 呼 叫 后 再 由 近 至 远 的 完 成 其 他 各个 呼 叫 动 作 。( 2) 呼 叫 层 处 于 电 梯 当 前 运 行 层 之 下 , 则 电 梯在 完 成前 一 指 令 之 前 不 响应 该 指 令 , 直 至 电 梯 重 新 处 于 待 命 状 态 为 止 。2、电 梯 下 行 分 析若 电 梯 在 下 行 过 程 中 , 某 楼 层 有 呼 叫 产 生 时 , 可 分 以 下 两 种 情 况 : ( 1) 若 呼 叫 层 处 于 电 梯 当 前 运 行 层 之 下 、 目
15、 标运 行 层 之 上 , 则 电 梯 应 在完 成 前 一 指 令 之 前 先 下 行 至 该 层 , 完 成 该 层 呼 叫 后 再 由 近 至 远 的 完 成 其 他 各个 呼 叫 动 作 。( 2) 呼 叫 层 处 于 电 梯 当 前 运 行 层 之 上 , 则 电 梯在 完 成前 一 指 令 之 前 不 响应 该 指 令 , 直 至 电 梯 重 新 处 于 待 命 状 态 为 止 。( 五 )电 梯 的 7 项 控 制 要求1、 呼 叫 接 收 控 制接 受 每 个 呼 叫 按 钮 ( 包 括 内 部 和 外 部 的 呼 叫 ) 的 呼 叫 命 令 , 并 做 出 相 应的 响 应
16、。2、 楼 层 呼 叫 控 制电 梯 停 在 某 一 层 ( 例 如2 层 ) 时 , 此 时 按 动 该 层 的 呼 叫 按 钮 ( 上 呼 叫或 下 呼 叫 ) , 则 相 当 于 发 出 打 开 梯 的 门 命 令 , 进 行 开 门 的 动 作 过 程 ; 若 此 时电 梯 的 轿 箱 不 在 该 层 ( 在 1、 3 层 ) ,则 等 到 电 梯 关 门 后 , 按 照 不 换 向 原则 控制 电 梯 向 上 或 向 下 运 行 。3、 运 行 方 向 控 制电 梯 运 行 的 不 换 向 原 则 是 指 电 梯 优 先 响 应 不 改 变 现 在 电 梯 运 行 方 向 的 呼叫
17、, 直 到 这 此 命 令 全 部 响 应 完 毕 后 才 响 应 使 电 梯 反 向 运 行 的 呼 叫 。4、 楼 层 到 达 控 制电 梯 在 每 一 层 都 有 1 个 行 程开 关 , 当 电 梯 碰 到 某 层 的 行 程 开 关 时 , 表 示电 梯 已 经 到 达 该 层 。5、 呼 叫 按 钮 控 制当 按 动 某 个 呼 叫 按 钮 后 , 相 应 的 呼 叫 指 示 灯 亮 并 保 持 , 直 到 电 梯 响 应 该呼 叫为止。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - -
18、 - - 第 7 页,共 30 页 - - - - - - - - - 5 6、 电梯门控制当电梯停在某层时 , 在电梯内部挥动开门按钮 , 则电梯门打开 , 按动电梯内部的关门按钮 , 则电梯门关闭。但在电梯运行期间电梯门是不能打开的。7、楼层指示灯控制当电梯运行到某层后 , 相应的楼层指示灯亮 , 直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变。(六) 可行性论证可编程序控制器是由继电器逻辑控制而来的,所以它在开关量处理、顺序控制方面具有一定的优势,发展初期主要侧重于开关量顺序控制。随着计算机技术的发展,可编程序控制器增加了数值运算、PID闭环调节功能,并开始与个人计算机或小型计算机联网,它本身也
19、可以构成网络系统。可编程序控制器的应用领域,在发达的工业国家,可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门,随着可编程序控制器的性能价格比的不断提高,过去许多使用专用计算机的场合也可以使用可编程序控制器。比如用在开关量的控制,这是可编程序控制器最基本最广泛的应用,它的输入和输出信号都是只有通、断状态的开关量信号,这种控制与继电器控制最为接近,可以用价格较低,仅有开关量控制的功能的可编程序控制器作为继电器控制系统的替代物。开关量逻辑控制可以用于单台设备,也可以用于自动线生产线,如机床控制、冲压、铸造机械、运输带、包装机械的控制,同样也可以用于电梯的控制。(七) 设计的整体布局及其选型通过上述的分
20、析可知,我所选择的电梯载重量为1000kg,速度为 1m/s, 七层七站。 PLC的型号为 FX2N-128MR ,通过其继电器电路图来设计出梯形图,通过PLC的选型连接其 PLC接线图。电动机选用交流三相异步电动机,它具有结构简单、 维护和操作简便、 价格便宜、坚固耐用、工作可靠等优点;其缺点是调速性差、概率因数低。变频器选用安川变频器(616G5 ),它作为通用变频器适合任何应用场合, 在低速下能够实现平稳启动(1% 额定转速),并且极其精确地运行。它的自动调整功能可使世界各地生产的电动机达到高性能运行。具有如下优点:低速大转矩和全频域平稳加、减速;驱动普通电机能达到最佳的控制效果;操作简
21、单灵活; 具有扩展功能, 既可单机使用也可联网使用;设计平均无故障时间:250 000 小时。把 50Hz的工频交流电经过处理后输出频率可调的交流电的电气装置叫变频器。它整流电路、滤波电路、再生制动电路、逆变电路和控制电路组成。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 30 页 - - - - - - - - - 6 二、 可编程序控制器的结构与工作原理( 一 )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
22、,其 硬 件 结 构 和 微 机 是 基 本一 致 的 。 如 下 图 一 所 示 :图一 PLC 硬件的基本结构(二) 可编程序控制器的基本结构可编程序控制器简称为PLC (Programmable Logic Controller)主要由 CPU 模块、输入模块、输出模块和编程器组成。(如下图图二所示)图二可编程序控制器实际上是一种工业控制计算机,它的硬件结构与一般微机控制系统相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 区电源名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - -
23、 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 30 页 - - - - - - - - - 7 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: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。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
24、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。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模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类:一类是从按钮、选择开关、数字开关、限位开关、接收开关、关电开关、压力继电器等来的开关量输入信号;另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器,可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。CP
25、U 模块的工作电压一般是5V,而可编程序控制器的输入/ 输出信号电压一般较高,如直流 24V和交流 220V 。 从外部引入的尖蜂电压和干扰噪声可能损坏CPU 模块中的元器件,或使可编程序控制器不能正常工作,所以CPU 模块不能直接与外部输入/ 输出装置相连。I/O 模块除了传递信号外,还有电平转换与噪声隔离的作用。3 编程器编程器除了用来输入和编辑程序外,还可以用来监视可编程序控制器运行时梯形图中各种编程元件的工作状态。编程器可以永久地连续在可编程序控制器上,将它取下来后可编程序控制器也可以运行。一般只在程序输入、调试阶段和检修时使用,一台编程器可供多台可编程序控制器公用。(三) 开关量 I
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