plc电梯控制系统设计-学位论文.doc
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1、 毕 业 设 计(论 文)论文题目: plc电梯控制系统设计教 学 点: 指导老师: 职 称: 学生姓名: 学 号: 专 业: 电气自动化技术 2009 年 1月 10日毕业设计(论文)任务书题目: plc电梯控制系统设计任务与要求:本设计就以PLC作为工具对升降电梯的各种操作进行控制。对四层电梯的硬件部分作分析,看需要什么样的开关电机信号灯等。然后再根据控制面板图估计一下I/O点数这样可以确定所选机型,列出输入/输出的分配表并画出流程图最后进行过程分析。时间: 2008 年 12 月 2 日 至 2009 年 2 月 28 日 共 12 周教 学 点: 学生姓名: 学 号: 专业: 指导单位
2、或教研室: 指导教师: 职 称: 毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字08年12月2日至12月16日准备阶段 08年12月17日至12月24日资料收集 08年12月25日至09年1.20日系统初步设计方案 09年1月21日至 2月15日plc硬件设计的问题 09年2月16日至 2月28日流程设计及过程具体分析 3月1日至3月10日毕业论文的修改 教师对进度计划实施情况总评实施情况安排合理,进度适中,总体良好。 签名 2008年12月5日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。摘 要PLC和微机组成的电梯运行逻辑控制系统,可靠性高、维护方便、开发周期短,这种电梯
3、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,己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的。为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性,现在都改为用PLC来控制电梯的运行,这样大大提高了电梯的性能。关键词:plc、电梯、逻辑控制。AbstractPLC and PC components to run the logic of the elevator control system, high reliability and easy maintenance, short development cycle, the elevator is running mo
4、re reliable and have a great deal of flexibility, you can complete a more complex control tasks, has become the Elevator control the direction of development of many of its features are the traditional relay control system can not be realized. Elevator in order to improve comfort and operational rel
5、iability, are now replaced with PLC to control the operation of the lift, thereby greatly enhancing the performance of the elevator.Key words:PLC Elevato Logic control目 录第一章 PLC的主要功能1第一节 PLC概述1第二节 PLC的特点1第三节 PLC的基本结构2第四节 PLC的工作原理3第二章 PLC的机型选择5第三章 硬件设计7第一节 硬件配置简介7第二节 输入/输出的分配8第四章 设计流程及过程分析9第一节 流程图9第二
6、节 过程分析10结束语13谢 辞14参考文献15第一章 PLC的主要功能第一节 PLC概述可编程控制器(以下简称PLC)从其产生到现在,实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃;其功能从弱到强,实现了逻辑控制到数字控制的进步;其应用领域从小到大,实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。PLC是以微处理技术为核心,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术,以软件手段实现各种控制功能,具有极高的抗干扰能力,其本身结构简单,体积小,灵活通用与维护方便,开发周期短过程控制平稳可靠,兼备了计算机和继电器两种控制方式的优点,形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结
7、,构使用户程序的编制清晰直观,方便易学,可在线修改调试控制程序。因此,它己经成为电梯运行中的关键技术。第二节 PLC的特点一、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。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、故障诊断和信息保护及恢复等。它具有编程简单、操作方便、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。 (2)与通用的计算机控制系统比较:PLC是为工业生产过程控制而专门设计
8、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。在硬件设计方面,PLC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;采用先进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。在软件设计方面,PLC也采取了一系列提高系统可靠性的措施。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。二、易操作性PLC的易操作性表现在下列三个方面:(1)操作方便对
9、PLC的操作包括程序输入的操作和程序更改的操作(2)编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。 (3)维修方便PLC所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。 三、灵活性PLC的灵活性表现在下列三方面:(1)编程的灵活性PLC采用的编程语言有梯形图、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。(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。(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,编程的工作量和安装施工的工作量大大减少,操作十分灵活方便,
10、监视和控制变得容易。第三节 PLC的基本结构PLC的型号、规格繁多。它主要由中央处理单元CPU、存储器、I/O、编程器等组成。一、中央处理单元CPU(1)PLC中系统程序赋予的功能,接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。(2)用扫描方式接收现场装置的状态,并存入输入映像寄存器。(3)诊断电源、PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误。(4)PLC进入运行状态后,从存储器中逐条读取永和程序,按指令规定的任务,产生相应的控制信号,曲启闭有关控制电路。分时分渠道地去执行数据的存储、传送、组合、比较和变换等动作,完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务。根据运算结果,更新有关标志位的状态和输
11、出映像寄存器的内容,在有输出映像寄存器的状态或数据寄存器的有关内容,实现输出控制、制表、答应或数据通讯等。二、存储器(1)系统程序存储器该存储器存放系统程序(系统软件)。系统程序是PLC研制者所编的程序,它是决定PLC性能的关键。系统程序包括监控程序、解释程序、故障自诊断程序、标准子程序库及其他各种管理程序等。系统程序由制造厂家提供,一般都固化在ROM或EPROM中,用户不能直接存取。系统程序用来管理、协调PLC各部分的工作,翻译、解释用户程序,进行故障诊断等。(2)用户程序存储器该存储器存放用户程序(应用软件)。用户程序是用户为解决实际问题并根据PLC的指令系统而编制的程序,它通过编程器输入
12、,经CPU存放入用户存储器。为便于程序的调试、修改、扩充.、完善,该存储器使用RAM。三、.输入输出接口(简称1/0)输入输出接口是CPU与工业现场装置之间的连接部分,是PLC的重要组成部分。与微机的1/O接口工作于弱电的情况不同, PLC的I/O接口是按强电要求设计的,即其输入接口可以接受强电信号,其输出接口可以直接和强电设备相连接。四、编程器编程器是PLC中一种主要的外部设备,它是开发、维护PLC控制系统的必备设备。编程器用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视,还可以通过其键盘去调用与显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通信端口与CPU联系,完成人机对话连接。编程器上有供编程用的
13、各种功能键和显示灯,以及编程、监控转换开关。编程器的键盘采用梯形图语言键符,也可以采用软件指定的功能键符,通过屏幕对话方式进行编程。五、外部设备一般PLC都配有盒式收音机、打印机、EPROM写入器、高分辨率屏彩色图形监控系统等设备。第四节 PLC的工作原理PLC具有微机的许多特点,但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用循环扫描工作方式。在PLC中,用户程序按先后顺序存放,CPU从第一条指令开始执行程序,直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。所谓I/O刷新即对PLC的
14、输入进行一次读取,将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器,同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新,故称为“I(输入)/O(输出) 刷新”。由此可见,若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化,则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化,或者说输出队输入产生了响应。反之,若在本次I/O刷新之后,输入变量才发生变化,则本次扫描输出不变,即不响应,而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式,所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数:一是CPU执行指令的速度,二是每条指令占用的时间,
15、三是指令条数的多少,即程序的长短。对于慢速控制系统,响应速度常常不是主要的,故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。因为干扰常是脉冲式的、短时的,而由于系统响应较慢,常常要几个扫描周期才响应一次,而多次扫描后,瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少,故增加了抗干扰能力。但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统,这一问题就需慎重考虑。应对响应时间作出精确的计算,精心编排程序,合理安排指令的顺序,以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。第二章 PLC的机型选择一、可编程控制器控制系统的I/O点数估算(1)控制电磁阀等所需的I/O点数。有电磁阀的动作原理可知,一个单线圈电磁阀用可编程
16、控制器时需两个输入及一个输出;一个双线圈电磁阀需三个输入及两个输出;一个比例式电磁阀需三个输入及五个输出。一个按钮需一个输入;一个光电开关要占用一个或两个输入点;一个信号占用一个输出点;而波段开关,有几个波段就占用几个输入点;一般情况,各种位置开关都要占用两个输入点。根据上面所述原理分析,本设计用到十个按钮,需要十个输入点。四个位置按钮,需要八个输入点。十六个信号灯,需要十六个输出点。(2)控制交流电机所需的I/O点数。根据具体情况,本设计可以不用到交流电机,所以,可以不算上交流电机的I/O点数。三、控制直流电动机所需的I/O点数本设计是对电梯的控制,所以,我们根据情况可知,要控制电梯的上升和
17、下降,需要一个可逆运行的直流电机。这样,我们需要九个输入点和六个输出点。二、内存估计用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响:内存利用率;开关量输入输出点数;模拟量输入输出点数;用户的编程水平。(1)内存利用率。我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为利用率。(2)开关量输入输出的点数。一般系统中,开关量输入和开关量输出的比为6:4。这方面的经验公司是根据开关量输入、开关量输出的总点数给出的。所需内存字数=开关量(输入+输出)总点数*10(3)模拟量输入输出的总点数。只有模拟量输入时:内存字数=模拟量点数*100,模拟量输入输出同时存在:内存拟量字数
18、*200(4)经验计算公式:总存储器字数=(开关量输入点数+开关量输出点数)*10+模拟量点数*150。然后按计算存储器字数的25%考虑裕量。三、 输入输出模块的选择可编程控制器输入模块是检测并转换来自现场设备(按钮、限位开关、接近开关等)的高电平信号为机器内部电平信号,模型类型分直流5、12、24、48、60V几种;交流115V和220V两种。模块输出的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共段所允许通过的电流值。输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。综上所述,根据具体情况,我们选择三菱的FX系列。输入输出点数为34点,电机20点,考
19、虑10%到15%的I/O裕量,我选择FX2C-64MR这种型号。第三章 硬件设计第一节 硬件配置简介PLC产品出现以来,它以面向工业控制的鲜明特点,普遍受到电器控制领域的欢迎。特别是中小容量PLC成功取代了传统的继电控制系统,使得控制系统的可靠性大大提高。目前各国生产的PLC品种繁多,发展速度快。本文所用到的产品是日本三菱FX系列超小型的FX2C-64MR。在此简单的介绍该机型的输入性能和输出性能。一、 输入性能表表3-2输入性能输入类型无电压触点或NPN集电极开路晶体管绝缘光-电隔离输入电压内部电源DC24V4V,外部电源DC24V8V输入阻抗近似3.3K工作电流OFF-ONDC4mA(最小
20、)ON-OFFDC1.5mA(最大)响应时间OFF-ON近似10ms(有8点可改变从060ms)ON-OFF近似10ms(有8点可改变从060ms)二、 输出性能表表3-4输出性能输出类型继电器输出绝缘继电器绝缘输出负荷电阻负荷2A/点感性负荷35V/A/300000次接通断开灯泡负荷100W漏电流0mA响应时间OFF-ON近似10msON-OFF近似10ms第二节 输入/输出的分配一、 输入点数分配表表3-6输入点数分配表序号名称输入点序号名称输出点0四层内选按钮S4X0007一层上呼按钮U1X0071三层内选按钮S3X0018二层上呼按钮U2X0102二层内选按钮S2X0029三层上呼按钮
21、U3X0113一层内选按钮S1X00310一层行程开关SQ1X0124四层下呼按钮D4X00411二层行程开关SQ1X0135三层下呼按钮D3X00512三层行程开关SQ1X0146二层下呼按钮D2X00613四层行程开关SQ1X015二、 输出点数分配表表3-7输出序号名称输入点序号名称输出点0四层指示L4Y0008二层内选指示SEL2Y0101三层指示L3Y0019一层内选指示SEL1Y0112二层指示L2Y00210一层上呼指示UP1Y0123一层指示L1Y00311二层上呼指示UP2Y0134轿箱下降指DOWNY00412三层上呼指示UP3Y0145轿箱上升指示 UPY00513二层下
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