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PLC三层电梯自动控制设计
河南工业职业技术学院
毕业设计(论文)
题目:三层楼电梯自动控制
专业名称机电一体化
学生姓名
指导老师XXX
毕业时间2017年7月
目录
第一章绪论
电梯的应用与发展
1854年,在纽约水晶宫举行的世界博览会上,美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明-历史上第一部安全升降梯。从那以后,升降梯在世界范围内得到了广泛应用。以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。150年以来,她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。
生活在继续,科技在发展,电梯也在进步。电梯的材质由黑白到彩色,样式由直式到斜式,在操纵控制方面更是步步出新-手柄开关操纵,按钮控制,信号控制,集选控制、人机对话等,多台电梯还出现了并联控制,智能群控;双层轿箱电梯展示出节省井道空间,提升运输能力的优势,变速式自动人行道扶梯大大节省了行人的时间;不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。一个半世纪的风风雨雨,翻天覆地的是历史的变迁,永恒不变的是电梯提升现代人生活质量的承诺。
电梯的发展现状
随着计算机技术和电力电子技术的发展,现代电梯已经成为典型的机电一体化产品。电梯具有很高的安全要求,它以零部件的形式出厂,总装配在工地现场进行,通过机械零部件之间的装配和机械装置与土建结构之间的的衔接完成安装,最终形成电梯产品。精心的制造和安装还不能完全保证无故障运行,其运行可靠性在很大程度上依靠维修保养。所以,电梯的制造、安装和维保不宜分割。
大规模的经济建设尤其是蓬勃发展的房地产业给电梯行业开拓了广阔的市场,2001年我国电梯产量达万台,创造了行业发展史上的一个新的高峰,被业内人士称为“第三次浪潮”。目前,中国经济建设需求的各类电梯、几乎全部可以在中国生产。由此可见,一个兴旺的电梯市场已经形成。进入80年代以来,随着经济建设的持续高速发展,我国电梯需求量越来越大。据统计,全世界平均1000人有1台电梯。我国如果要达到这个水准,还需要新装80万台。到那时候,每年仅报废更新就需要6万台。目前房屋建设势头仍然很好,电梯市场供需两旺,前景一片光明。
研究背景
随着电梯的不断发展,教育业开始了电梯的模拟控制,这是一种高新自动控制技术,要求研制出一种模拟电梯,以供学生探讨和学****PLC的自动控制。
模拟电梯的控制是由PLC来实现控制的,可以让学生们在编程的过程中,学会PLC有关的的知识,掌握可编程控制器一些控制。
研究内容
小型模拟电梯的控制
随着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。目前电梯的控制普遍采用了两种方式,一是采用微机作为信号控制单元,完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运行功能,拖动控制则由变频器来完成;第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说,这两种方法并没有太大的区别。PLC可靠性高,程序设计方便灵活。
PLC的应用包括PLC硬件和程序设计。本课题是以西门子S7—200PLC三层电梯控制系统为例来解释说明PLC的。
第二章电梯PLC控制方面的简介
可编程控制器的简介
可编程控制器,英文称ProgrammableController,简称PC。它采用可编程序的存储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电器控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与****惯,特别是PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学;调试与查错也都很方便。用户在购买到所需的PLC后,只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的用户程序编制工作,就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
PLC的工作原理
PLC是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的。即PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐步顺序执行用户程序,直到程序结束。然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC的功能和优点
PLC的功能
SIMATICS7-200系列PLC适用于各行各业,各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块,最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器,2路独立的20kHz高速脉冲输出,具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。
S7-200提供了多种功能,使得在编程与控制时更加灵活方便。
指令执行速度高。S7-200几乎包括了一般计算机所具有的种种基本操作指令。例如:变量赋值,数据存储,计数,装载,传输,比较,移位,循环,求补及子程序的调用等。
(1)触发中断的信号,可以用软件中断输入信号的上升沿或下降沿,以便对过程事件做出快速的响应。
(2)可设定为由时间控制的自动中断,所设定的时间范围为5MS—255MS(步长为1MS)
(3)可由计数器自动触发中断,且具有两种不同的触发方式:计数到达预定值触发和改变计数方向的瞬间触发。
(1)可靠性高,抗干扰能力强
隔离----PLC的输入、输出接口电路一般都采用光电耦合器来传递信号,这种光电隔措施使外部电路与PLC内部之间完全避免了电的联系,有效的抑制了外部的干扰源对PLC的影响,还可防止外部强电窜入内部CPU。
滤波----在PLC电路电源和输入、输出(I/O)电路中设置多种滤波电路,可有效抑制高频干扰信号。
在PLC内部对CPU供电电源采取屏蔽、稳压、保护等措施,防止干扰信号通过供电电源进入PLC内部,另外各个输入、输出(I/O)接口电路的电源彼此独立,以避免电源之间的互相干扰。
内部设置连锁、环璄检测与诊断等电路,一旦发生故障,立即报警。
在软件方面采取的主要措施有:
设置故障检测与诊断程序,每次扫描都对系统状态、用户程序、工作环璄和故障进行检测与诊断,发现出错后,立即自动做出相应的处理,以适应恶劣的工作环璄;对用户程序及动态数据进行电池后备,以保障停电后有相关状态及信息人不会因此而丢失;采用以上抗干扰措施后,一般PLC的抗电平干扰强度可达峰值1000V,脉宽10US,其平均无故障时间可高达30-50万小时以上。
(2)程序简单易学
PLC采用与继电器控制线路图接近的梯形图作为编程语言,它既有继电器电路清淅直观的特点,又充分考虑到电气工人和技术人员的读图****惯,对于使用者来说,几乎不需要专门的计算机知识,因此,易学易懂,程序改变也容易修改。
(3)功能完善,适应性强
目前PLC产品已经标准化、系列化和模块化,不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能,还具有A/D、D/A转换、算术运算及数据处理、通信联网和生产过程监控等功能。它能根椐实际需要,方便灵活地组装成大小各异、功能不一的控制系统:既可控制一台单机、一条生产线、以可以控制一个机群、多条生产线;既可以现场控制,以可以远程控制。
(4)用简单,调试维修方便
PLC的接线极其方便,只需将产生输入信号的设备(按钮、开关等)与PLC的输入端子连接,将接收输出信号的被控设备(如接触器、电磁阀等)与的输出端子连接,仅用螺丝刀即可完成全部接线工作。
PLC的用户程序可在实验室摸拟调试,输入信号用开关来摸拟,输出信号可以观察PLC的发光二极管。调试后再将PLC在现场安装通调。调试工作量要比继电器控制系统少得多。
(5)体积小、重量轻、功耗低
由于PLC的采用半导体大规模集成电路,因此整个产品结构紧凑,体积小、重量轻、功耗低。PLC很容易装入机械设备内部,是实现电一体化的理想的控制设备。
PLC扩展模块与系统扩展
/O与扩展I/O及其寻址
如果对于CPU自带的I/O点数不能满中需求的情况下可以扩展I/O口。同时为了工业需求还可以扩展模拟量模块。你可以将扩展模块连接到CPU的右侧来增加I/O点和模拟量,形成I/O链。对于同种类型的输入输出模块而言,模块的I/O地址取决于I/O类型和模块在I/O链中的位置。举例来说,输出模块不会影响输入模块上的点地址,反之亦然。
表2-1扩展模块
4入/4出(模块0)
4模拟量入(模块1)
4出(模块2)
4模拟量入1模拟量出
AIW0
AIW2
AIW4
AIW6
AIW8AQW0
AIW10 (模块3)
AIW12
AIW14
两种模块分辨率都是12bit,但都没有采用光电隔离技术,也不是带嵌入式CPU的智能模块。
采用光电隔离技术可以实现PLC端的数字电路和现场模拟电路如传感变送电路或电动执行器电路的隔离,提高系统的可靠性和A/D、D/A转换数据的稳定。带嵌入式CPU的智能模块可以在模块内部直接实现信号的数字滤波、限幅、报警等功能,甚至可以对各种温度传感器的温度输入信号直接进行变送和处理235模块是4路模拟量输入和1路模拟量输出的混合型模块。我们做如下配置:CPU224、EM235,则4路模入通道的地址是AIW0、AIW2、AIW4、AIW6,1路模出通道的地址为AQW0。
模拟量扩展模块提供了模拟量输入/输出的功能,优点如下:
(1)最佳适应性
可适用于复杂的控制场合直接与传感器和执行器相连,12位的分辨率和多种输入/输出范围能够不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连,例如EM235模块可直接与PT100热电阻相连。
(2)灵活性
当实际应用变化时,PLC可以相应地进行扩展,并可非常容易的调整用户程序。
第三章设计内容
总体概要
本设计是模拟电梯的控制,用西门子主机来实现,所选主机为SIMATICS7-200系列CPU224PLC。
程序的设计
电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操作,其操纵内容为电梯运行方向,L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示,SQ1—SQ3为到位行程开关。电梯上升途中只响应上升呼叫,下降途中只响应下降呼叫,任何反方向的呼叫都是无效的。例如,电梯停在一层,在三层轿厢外呼叫时,必须按三层上升呼叫按钮,电梯才响应呼叫(从一层运行到三层),按三层下降呼叫按钮无效;反之,若电梯停在三层,在一层轿厢外呼叫时必须按一层下降呼叫按钮,电梯才响应呼叫,按三层上升呼叫按钮无效,依此类推。
表3-1关于I/O分配
I/O分配点
代码
名称
输入信号
SQ3
原停楼层3
SQ2
原停楼层2
SQ1
原停楼层1
SB3
楼层呼叫3
SB2
楼层呼叫2
SB1
楼层呼叫1
输出信号
3层指示灯
2层指示灯
1层指示灯
下降指示灯
上升指示灯
3呼叫指示灯
2呼叫指示灯
1呼叫指示灯
电梯控制系统的模拟实验控制面板
图3-1模拟实验控制面板
程序及过程分析
(1)轿厢原停楼层1,楼层3呼叫
接通即接通SQ1,表示轿厢原停楼层1,按SB3,即接通一下,表示呼叫楼层3,则接通,三层呼叫指示灯亮,接通,表示电梯上升。过1秒后,接通,底层指示灯亮,3秒后,断开则底层指示灯灭。断开即SQ1断开,3秒后接通,二层指示灯亮,过2秒后断开,二层指示灯灭。又过3秒,到达三层,接通,三层指示灯亮,再过2秒,断开,上升指示灯灭。
(2)轿厢原停楼层为1,楼层2呼叫
接通即接通SQ1,表示轿厢原停楼层为1,按SB2,即接通一下,表示呼叫楼层2,则接通,二层呼叫指示灯亮,接通,表示电梯上升。过1秒后,接通,底层指示灯亮,3秒后,断开,则底层指示灯灭。断开即断开SQ1,3秒后接通,二层指示灯亮,再过2秒,断开,上升指示灯灭。
(3)轿厢原停楼层1,楼层2、3同时呼叫
接通即接通SQ1,表示轿厢原停楼层1,同时按SB2、SB3即、同时接通一下,表示2、3楼层同时呼叫,则、都接通,二、三层呼叫指示灯亮,接通,表示电梯上升。过1秒后,接通,底层指示灯亮,3秒后断开,则底层指示灯灭。断开即断开SQ1,3秒后接通即接通SQ2,1秒后,接通,二层指示灯亮,又过2秒后断开,二层指示灯灭。断开即断开SQ2,3秒后接通三层指示灯亮,再过2秒后,断开,上升指示灯灭。
(4)轿厢原停楼层2,楼层1呼叫
接通即接通SQ2,表示轿厢原停楼层为2,按SB1,即接通一下,表示呼叫楼层1,则接通,一层呼叫指示灯亮,接通,表示电梯下降。过1秒后,接通,二层指示灯亮,3秒后,断开,则二层指示灯灭。断开即断开SQ2,3秒后接通底层指示灯亮,再过2秒后,断开,下降指示灯灭.
(5)轿厢原停楼层2,楼层3呼叫
接通即接通SQ2,表示轿厢原停楼层为2,按SB3,即接通一下,表示呼叫楼层3,则接通,三层呼叫指示灯亮,接通,表示电梯上升。过1秒后,接通,二层指示灯亮,3秒后,