三菱PLC控制的四層電梯畢業(yè)設計論文1

/標題：三菱PLC控制四層電梯<FX2N可編程控制器>系別：電氣工程系班級：2012預備技師一班姓名：指導教師：王震宇2012年12月12日摘要隨著中國的發(fā)展。人均占有的面積再減少.住房的壓力在加大.國家加強了占有面積的使用.進入高樓時代.電梯應用十分廣泛?？茖W技術(shù)的發(fā)展、近年來.我國的電梯生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展．一些電梯廠也在不斷改進設計、修改工藝。更新?lián)Q代生產(chǎn)更新型的電梯.電梯主要分為機械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)兩大部份.隨著自動控制理論與微電子技術(shù)的發(fā)展.電梯的拖動方式與控制手段均發(fā)生了很大的變化.交流調(diào)速是當前電梯拖動的主要發(fā)展方向。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電路控制系統(tǒng)<"早期安裝的電梯多位繼電器控制系統(tǒng)>、PLC控制系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點.目前已逐漸被淘汰。微機控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強的功能.但也存在抗擾性差.系統(tǒng)設計復雜.一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷。而PLC控制系統(tǒng)由于運行可靠性高.使用維修方便.抗干擾性強,設計和調(diào)試周期較短等優(yōu)點.倍受人們重視等優(yōu)點.已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式.目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。關(guān)鍵詞形狀識別；計算機視覺；圖形處理目錄摘要2目錄32、引言63、電梯控制系統(tǒng)的組成63.1電力拖動：63.2電氣控制：74、電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)：75、系統(tǒng)設計：95.1PLC輸出信號95.2PLC輸出信號的確定方法：96、電梯模型PLC控制系統(tǒng)設計116.1電梯的控制要求：11PLC控制系統(tǒng)的設計分析116.2電梯模型PLC控制系統(tǒng)設計126.3PLC的選擇136.4硬線接線圖146.5PLC程序梯形圖146.3PLC程序梯形圖177、電梯PLC的調(diào)試與安裝177.1模擬調(diào)試177.2單指令運行調(diào)試187.3復雜運行調(diào)試188、結(jié)束語：189、參考文獻：19PLC控制四層電梯課程設計任務書1．設計目的：能夠根據(jù)功能要求選擇PLC的類型及其根據(jù)I/O點的要求選擇該類PLC的型號。根據(jù)所選的PLC的類型.掌握該PLC的編程軟件并能夠利用該軟件繪制設計課題的梯形圖。根據(jù)繪制的梯形圖.編寫完整的程序清單。根據(jù)I/O點的定義.學習繪圖軟件AutoCAD并繪制PLC外部電氣接線圖。2．設計內(nèi)容和要求〔包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設計要求等：=1\*GB1⒈電梯內(nèi)部應該有4個樓層〔1～3層按鈕、開門和關(guān)門按鈕以及樓層顯示器、上升和下降顯示器。=2\*GB1⒉當乘客進入電梯后.電梯應該有讓乘客按下的代表其要去的目的的按鈕稱為內(nèi)呼按鈕。=3\*GB1⒊電梯停下時.應該具有開門、關(guān)門的功能.即電梯可以自動打開.經(jīng)過一定延時后又可自動關(guān)閉。=4\*GB1⒋在電梯內(nèi)部也應該有控制電梯開門、關(guān)門的按鈕.使乘客可以在電梯停下時隨時地控制電梯的開門與關(guān)門。=5\*GB1⒌電梯內(nèi)部應配有指示燈.用來顯示電梯現(xiàn)在的狀態(tài).即電梯是上升還是下降.以及電梯處在第幾樓層。=6\*GB1⒍電梯的運行情況可參考現(xiàn)實中的電梯。二、畫出系統(tǒng)動作流程圖三、設計外部輸入/輸出點〔I/0四、畫出PLC外部接線圖〔AutoCAD五、請設計完整的梯形圖3．設計工作任務及工作量的要求〔包括課程設計計算說明書<論文>、圖紙、實物樣品等〕：按照任務書要求.完成課程設計說明書一份；PLC外部接線圖一份；PLC實驗梯形圖一份；PLC實驗程序清單一份。4．主要參考文獻：課程設計任務書[1]張鳳珊祖龍起.電氣控制及可編程序控制器.中國輕工業(yè)出版社.2003[2]何有華.可編程序控制器及常用控制電路.冶金工業(yè)出版社.2002[3]郭純生.可編程序控制器編程實戰(zhàn)與提高.電子工業(yè)出版社.2006[4]謝克明夏路易.可編程控制器.電子工業(yè)出版社.20035．設計成果形式及要求：PLC外部接線圖；梯形圖；程序清單。6．工作計劃及進度：根據(jù)功能要求及自己的掌握的PLC知識選擇PLC類型及對該PLC進行深入學習。設計外部I/O.并繪制PLC外部電氣連線。熟悉該PLC編程環(huán)境并完成梯形圖.完成系統(tǒng)完整程序。完成實驗說明書。答辯或成績考核。系主任審查意見：簽字：年月日2、引言電梯進入人們的生活已經(jīng)160年一個半世紀的風風雨雨.翻天覆地是歷史的變遷.永恒的是電梯提升人類生活質(zhì)量的承諾。電梯作為高層建筑物的重要交通工具與人們的工作和生活日益緊密聯(lián)系。PLC作為新一代工業(yè)控制器.以其高可靠性和技術(shù)先進性.在電梯控制中得到廣泛應用.從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計算機控制的一個重要方向.成為當前電梯控制和技術(shù)改造的熱點之一。本次課程設計我們要設計一個四層電梯。3、電梯控制系統(tǒng)的組成電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動部分和電氣控制部分組成。3.1電力拖動：電力拖動部分由拽引電機、抱閘和相應的開關(guān)電路以及開門機組成。由于所設計的只是一個教學模型.梯速低于1.5m/s.所以只要能實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)即可.而不必考慮電機的機械特性。制動時為滿足準確停層的需要.定子回路可接入電抗器減速最后再加上抱閘制動。故在制動過程中采用了三檔延時切換控制。3.2電氣控制：電氣控制部分又稱控制電路.它是電梯控制系統(tǒng)的核心。它包含兩部分：拖動控制電路和信號控制電路。拖動控制電路因電梯的拖動方式不同而各異?？梢允墙佑|器線圈及其相關(guān)的控制電路.也可以是電力電子器件的門極控制電路.對于有速度閉環(huán)控制的系統(tǒng).還必須考慮含有電源、電壓、速度檢測電路和調(diào)節(jié)電路。信號控制電路與拖動的方式關(guān)系不大.主要與程序能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有直接的關(guān)系。因此.不同的拖動方式的電梯可以采用同一信號控制電路。PLC系統(tǒng)部分：完成所設定的控制任務所需要的PLC規(guī)模主要取決于控制系統(tǒng)對輸入.輸出點的需求量和控制過程的難易程度。3.3I／O點的估算：系統(tǒng)的輸入點有：門廳召喚按鈕6個輸入點；轎內(nèi)指令按鈕4個點；樓層感應器4個點；門區(qū)感應l點；手動開門l點：共計輸入點16點。而輸出點有：快慢速接觸器2點；上下行接觸器2點；樓層指示燈4點；門鎖1個點；共計輸出點9點?？傆婭／O點數(shù)為16／9.綜上所述.根據(jù)具體情況.我們選擇三菱的FX系列。輸入輸出點數(shù)為34點.電機20點.考慮10%到15%的I/O裕量.我們選擇FX2n-48MR這種型號。4、電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)控制核心為plc主機.通過plc輸入接口送入plc.由存儲器的plc軟件運算處理.然后經(jīng)輸出接口分別向指層器及召喚指示燈等發(fā)出顯示信號.向主拖動系統(tǒng)發(fā)出控制信號。具體的電梯控制信號原理如圖所示。電梯PLC信號控制系統(tǒng)框圖4.1I/O分配表根據(jù)電梯控制的要求.電梯應具有內(nèi)呼和外呼按鈕、行程開關(guān)、開關(guān)門按鈕.以及相應地指示燈.估計所需I/O口的數(shù)量并繪制I/O口分配表。4.1I/O分配表MCGS組態(tài)軟件具有全中文、面向窗口的可視化操作界面。實時性強.有良好的并行處理性能和豐富生動的多媒體畫面。MCGS組態(tài)軟件的開放式結(jié)構(gòu)擁有廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強大的數(shù)據(jù)處理功能。同時。提供良好的安全機制.為多個不同級別用戶設定不同的操作權(quán)限。MCGS組態(tài)軟件支持多種硬件設備.實現(xiàn)"設備無關(guān)".用戶不必因外部設備的局部改動.而影響整個系統(tǒng)。MCGS組態(tài)軟件由"MCGS組態(tài)環(huán)境"和"MCGS運行環(huán)境"兩個系統(tǒng)組成。兩部分互相獨立。又緊密相關(guān)。本文利用MCGS組態(tài)軟件設計。在設備組態(tài)窗口中選擇適當?shù)拇谕ㄓ嵲O備．添加FX2年-48MR。正確設置其屬性。正確設置組態(tài)軟件中數(shù)據(jù)變量設備通道的連接.即可實現(xiàn)PLC與組態(tài)軟件的通訊。將PLC中的串口驅(qū)動程序與組態(tài)軟件的需求響應相結(jié)合.使電腦對PLC發(fā)出的信號有響應。在MCGS組態(tài)軟件的用戶窗口中.制作一個動畫界面。在界面上設置各個控件的屬性.使設置的控件按照真實的情況動作.檢驗和測試電梯PLC控制系統(tǒng)對電梯的運行狀態(tài)的控制效果。MCGS用主控窗口、設備窗口和用戶窗口來構(gòu)成一個應用系統(tǒng)的人機交互圖形界面．組態(tài)配置各種不同類型和功能的對象或構(gòu)構(gòu)。可以對實時數(shù)據(jù)進行可視化處理。5、系統(tǒng)設計：電梯PLC控制方案電梯PLC控制系統(tǒng)的控制核心是PLC。哪些信號需要輸入PLC.PLC要驅(qū)動哪些負載.以及采用何種編程方式。輸入輸出點的確定.是設計整個控制系統(tǒng)的首要問題.決定系統(tǒng)的程序及線路設計方案。5.1PLC輸出信號在保證電梯運行安全的前提下.各種控制信號盡量直接輸入PLC.如圖：內(nèi)外呼信號及層樓感應信號、急停按鈕及開關(guān)門信號等。本模塊輸入信號主要由樓層呼叫信號〔6個和平層號〔4個組成#樓層呼叫信號用帶指示燈的按鈕直接控制plc的輸入端子就可實現(xiàn)。平層信號需提供的是開關(guān)信號.由于霍爾元件具有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、安裝方便、功率小、耐震動、不怕灰塵等優(yōu)點.我選擇了橋廂下安裝磁鐵.通過非接觸的霍爾元件產(chǎn)生開關(guān)信號的方法。開5.2PLC輸出信號的確定方法：PLC通過軟件對輸入控制信號進行處理后.由輸出接口發(fā)出控制信號及各種指示信號。3.3PLC控制程序的編制方法PLC梯形圖軟件的設計采用模塊化設計。模塊化程序結(jié)構(gòu)清晰、便于調(diào)試。如分為開關(guān)門、內(nèi)選、外召喚、層樓數(shù)指示、定向、換速、到層延時等模塊。模塊間不完全獨立.它們之間存在著有機聯(lián)系。且在編程時要注意各條指令間的邏輯關(guān)系.梯形圖中的內(nèi)部輔助繼電器和定時器統(tǒng)一分配編號.除了列I/O分配表外.還應列出內(nèi)輔功能分配表。充分利用PLC提供的指令。輸出部分〔步進電機的控制與驅(qū)動模擬電梯橋廂需根據(jù)呼叫和平層信號在短距離內(nèi)〔約25cm不停上下移動和啟停,嘗試了用多種控制方法去控制直流和交流電機都不能滿足要求,最后選用步進電機滿足了設計的要求.通過對PLC進行編程,能直接控制步進電機,但這樣同一PLC完成兩種任務,就會運行兩種不同的程序和有兩種接口,本模塊的設計會很復雜,這也偏離了設計的原意,為此設計了通過單片機控制步進電機的方法實現(xiàn).步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu).當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,他就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度<稱為"步距角">.他的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的.步進電機具有瞬間起動與急速停止的優(yōu)越性.速度可以控制得很慢.方便演示。控制步進電機必須由環(huán)形脈沖、信號分配、功率放大等組成的控制系統(tǒng).方框圖如圖所示5.1控制步進電機方框圖5.3脈沖信號的產(chǎn)生：脈沖信號由程序控制單片機產(chǎn)生.如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖.他就轉(zhuǎn)一步.再發(fā)一個脈沖.他會再轉(zhuǎn)一步.沒有脈沖.就停止。兩個脈沖的間隔越短.步進電機就轉(zhuǎn)得越快.調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率.就可以對步進電機進行調(diào)速。為方便演示.速度要較慢.單片機程序設計電機轉(zhuǎn)速為20ms對單片機進行編程,當PLC的Y13Y14,Y15分別有信號時,使電機分別完成正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止動作.4層電梯仿真模塊的控制原理方框圖如圖所示5.24層電梯仿真模塊的控制原理方框圖由信號輸入、控制電梯的PLC編程、步進電機控制3大部分組成。模塊的面板如圖所示5.34層電梯模塊面板基本控制原理：編制PLC控制程序#對樓層的呼叫信號、平層信號作出停止、升/降判斷.然后將信號傳送到單片機.調(diào)用單片機的正反轉(zhuǎn)、停止控制程序#再由單片機輸出回路的勵磁信號經(jīng)放大驅(qū)動步進電機.帶動皮帶使橋廂上、下移動.完成電梯的模擬運行。6、電梯模型PLC控制系統(tǒng)設計6.1電梯的控制要求：〔1當電梯停于某層時.有一高層呼叫時.電梯上升到呼叫層停止。〔2當電梯停于某層時.有一低層呼叫時.電梯下降到呼叫層停止?！?當電梯停于某層時.有多高層呼叫時.電梯先上升到較低的呼叫層.停3秒后繼上升到高的呼叫層.響應完畢后停止。〔4當電梯停于某層時.有多低層呼叫時.電梯先下降到較高的呼叫層.停3秒后繼續(xù)下降到低的呼叫層.響應完畢后停止?！?當電梯處于上升或上降過程中.任何反向的呼叫均無效。PLC控制系統(tǒng)的設計分析任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求.以提高生產(chǎn)效率品質(zhì)量。因此.在設計PLC控制系統(tǒng)時.應遵循以下基本原則：最大限度地滿足被控對象的控制要求充分發(fā)揮PLC的功能.最大限度地滿足被控對象的控制要求.是設計PLC控制系統(tǒng)的首要前提.這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究.收集控制現(xiàn)場的資料.收集相關(guān)先進的國內(nèi)、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合.擬定控制方案.共同解決設計中的重點問題和疑難問題。.保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行.是設計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設計者在系統(tǒng)設計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮.以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應該保證PLC程序不僅在正常條件下運行.而且在非正常情況下〔如突然掉電再上電、按鈕按錯等.也能正常工作。6.1.一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量.帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益.但新工程的投入、技術(shù)的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此.在滿足控制要求的前提下.一方面要注意不斷地擴大工程的效益.另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟.而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低.不宜盲目追求自動化和高指標。6.2電梯模型PLC控制系統(tǒng)設計由于電梯的運行是根據(jù)樓層和轎廂的呼叫信號、行程信號進行控制.而樓層和轎廂的呼叫是隨機的.因此.系統(tǒng)控制采用隨機邏輯控制。即在以順序邏輯控制實現(xiàn)電梯的基本控制要求的基礎上.根據(jù)隨機的輸入信號.以及電梯的相應狀態(tài)適時的控制電梯的運行。另外.轎廂的位置是由脈沖編碼器的脈沖數(shù)確定.并送PLC的計數(shù)器來進行控制。同時.每層樓設置一個接近開關(guān)用于檢測系統(tǒng)的樓層信號。為便于觀察.對電梯的運行方向以及電梯所在的樓層進行顯示.采用LED和發(fā)光管顯示.而對樓層和轎廂的呼叫信號以指示燈顯示<開關(guān)上帶有指示燈>。為了提高電梯的運行效率和平層的精度.系統(tǒng)要求PLC能對轎廂的加、減速以及制動進行有效的控制。根據(jù)轎廂的實際位置以及交流調(diào)速系統(tǒng)的控制算法來實現(xiàn)。為了電梯的運行安全.系統(tǒng)應設置可靠的故障保護和相應的顯示。PLC實現(xiàn)的電梯控制系統(tǒng)由以下幾個主要部分構(gòu)成如圖6.1所示圖6.1PLC實現(xiàn)的電梯控制系統(tǒng)主要構(gòu)成部分根據(jù)電梯所處的位置和運行方向.在編程中.采用了四個優(yōu)先級隊列.即上行優(yōu)先級隊列、上行次優(yōu)先級隊列、下行優(yōu)先級隊列、下行次優(yōu)先級隊列。其中.上行優(yōu)先級隊列為電梯向上運行時.在電梯所處位置以上樓層所發(fā)出的向上運行的呼叫信號.該呼叫信號所對應的樓層所具有的脈沖數(shù)存放的寄存器所構(gòu)成的陣列。上行次優(yōu)先級隊列為電梯向上運行時.在電梯所處位置以下樓層所發(fā)出的向上運行的呼叫信號.該呼叫信號所對應的樓層所具有的脈沖數(shù)存放的寄存器所構(gòu)成的隊列?？刂葡到y(tǒng)在電梯運行中實時排列的四個優(yōu)先級陳列.為實現(xiàn)隨機邏輯控制提供了基礎。當電梯以某一運行方向接近某樓層的減速位置時.判別該樓層是否有同向的呼叫信號<上行呼叫標志寄存器、下行呼叫標志寄存器、有呼叫請求時.相應寄存器為l.否則為0>.如有.將相應的寄存器的脈沖數(shù)與比較寄存器進行比較.如相同.則在該樓層減速停車：如果不相同.則將該寄存器數(shù)據(jù)送入比較寄存器.并將原比較寄存器數(shù)據(jù)保存.執(zhí)行該樓層的減速停車。該動作完畢后.將被保存的數(shù)據(jù)重新送入比較寄存器.以實現(xiàn)隨機邏輯控制。系統(tǒng)還利用行程判斷樓層.并轉(zhuǎn)化成BCD碼輸出.通過硬件接口電路以LED顯示！6.3PLC的選擇系統(tǒng)的輸入點有：門廳召喚按鈕6個輸入點；轎內(nèi)指令按鈕4個點；樓層感應器4個點；門區(qū)感應l點；手動開門l點：共計輸入點16點。而輸出點有：快慢速接觸器2點；上下行接觸器2點；樓層指示燈4點；門鎖1個點；共計輸出點9點?？傆婭／O點數(shù)為16／9.綜上所述.根據(jù)具體情況.我們選擇三菱的FX系列。輸入輸出點數(shù)為34點.電機20點.考慮10%到15%的I/O裕量.我們選擇FX2n-48MR這種型號。6.4硬線接線圖硬件接線圖如圖4-2所示6.2硬件接線圖6.5PLC程序梯形圖門廳上行呼叫信號門廳下行呼叫信號轎箱內(nèi)選層信號6.3PLC程序梯形圖7、電梯PLC的調(diào)試與安裝7.1模擬調(diào)試模擬調(diào)試可以在輸入端接上手動按鈕.而在PLC的輸出指示燈上看輸出。這種調(diào)試比較抽象.輸入信號完全靠手動來控制。如按下X4是三層內(nèi)呼.如此時電梯不在三層.則對應輸出指示燈亮.然后依次通過手動來控制接近開關(guān)按鈕.到第三層時電動機停轉(zhuǎn).輸出指示燈滅。其它層的運行模擬調(diào)試同理。安裝調(diào)試安裝調(diào)試過程是一個比較復雜且耗時間的過程.首先要確定器件型號。選擇器件型號除了要考慮機械設備、電壓、電流外.還要考慮經(jīng)濟實用及美觀問題。內(nèi)選、外召喚信號指示燈可統(tǒng)一使用24V.這樣可以用一個電源供電。不僅可以簡化布線的繁雜.而且可以減少器件的使用.節(jié)省開支。接近開關(guān)可用KCB—1型雙穩(wěn)態(tài)磁保開關(guān).功率為100W.這種開關(guān)完全是靠磁性動作.不需電源。這樣不僅接線方便.而且可以節(jié)省一個電源。變壓器型號是BK—50.主要用到24V和5V。5V用在層樓顯示上。在正反轉(zhuǎn)線路中.交流接觸器型號是B—16型.此接觸器線圈電壓為220V.這是在購買接觸器時特別注意的問題。因為PLC輸出外部電源不能超過250V.所以選用接觸器線圈電壓為220V的型號。另外還有空氣開關(guān)、熱繼電器、電動機等等.這里不必一一詳述。所有的器件都備好后.接下來就是安裝。主電路及PLC都裝在控制柜內(nèi).這就要考慮到互相干擾的問題.主要是接觸器、空氣開關(guān)和PLC之間的干擾.所以要相隔一定的距離.在安裝接近開關(guān)時還要考慮到一個動作范