毕业设计（论文）-三层电梯PLC控制系统的设计.doc

黄冈职业技术学院毕业论文毕业设计说明书课题名称 三层电梯PLC控制系统的设计与调试 系 别 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师 起讫时间：（共 4 周）1目录绪论1摘要2第一章 可编程控制器的慨述31.1可编程控制器（PLC）的概述31.1.1可编程序控制器(PLC)简介31.1.2 PLC的产生与发展31.1.3PLC的发展趋势41.2 PLC与其他控制系统的比较41.2.1 PLC与继电器控制系统的比较41.2.2 PLC与微机的比较51.3 PLC在电梯行业的应用与发展6第二章 电梯的控制系统的设计与调试72.1电梯的分类72.2 电梯的组成72.3 电梯的工作原理82.4 电梯控制系统及要求82.5 电梯控制程序的设计92.6、三层电梯PLC控制梯形图92.7、指令与句表122.9调试131. 模拟调试142. 现场运行调试14小结15参考文献：161绪论1 引言可编程控制器是采用微机技术的通用工业自动化装置，近几年来，在国内已得到迅速的推广普及。PLC正改变着工厂自动化控制的面貌，对传统产业的技术改造，发展新型工业具有重大的实际意义。PLC从诞生到今，有30年的历史，早期的可编程控制器主要用来代替继电器实现逻辑控制。可以说只有可编程控制器才是真正的工业控制计算机，它是专门为工业环境设计的控制装置，和其他的自动化控制设备相比，具有的可靠性能高，抗干扰能强，便于安装和维护等突出特点，一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工业环境中使用，更加适合工业现场的要求。把可编程控制器和变频器结合起来使用，控制的精度更好，也更准，能根据人为的要求实现多种功能。近年来，交流变频调速技术也在我国有了突飞猛进的发展，变频调速在调速范围，调速精度，动态响应，低速转矩，通讯功能，智能控制，功率因数，节约电能，工作效率，使用方便等优异的性能，是其他的交流调速方式无法比拟的。它以体积小，重量轻，通用性强，适用范围广，保护功能完善，可靠性高，操作简便等优点，深受钢铁，冶金，矿山，石化，医药，食品，纺织，印染，机械，电力，建材，造纸，等行业的欢迎，使用变频器后经济效益和社会效益非常显著。 2 在常规自动控制系统中，传感器与执行器是独立接线的，多个传感器和执行器构成的系统需要大量导线。通信总线应用到测控系统中，不仅能节省大量的导线，而且可提高系统的可靠性。已被广泛采用的工业总线一般有两类。一类为主从结构方式，如RS-485通讯，该通讯总线在工业控制中已得到广泛应用，其通讯方式为命令响应方式。主机定时向各子控制器发出查询信号，再由各子控制器汇报各自状态。这种通讯方式开发难度较小，但通讯实际耗费了主控制器相当一部分资源。所以此种方式并未能完全地发挥出主控制器强大的运算功能。另一类为各节点自主通讯方式，如欧姆龙公司、三菱公司的CAN总线，NEWLIFT公司的LONWORKS总线等。这类总线的可靠性和通讯速率与前一种有着本质的提高，但成本相对较贵。3 电梯控制系统 电梯控制系统从继电器控制发展到PLC加调速器控制方式，经历了一个相当大的技术飞跃，现有的产品也成型，且性能相当稳定，现有的电梯控制系统基本结构如图1所示。控制中心在楼顶机房，井道和轿厢中的所有信号都以点对点的形式通过大量的电缆传送到控制中心。摘要 PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。PLC在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对升降的控制。本文主要讨论研究利用日本OMRON公司的C系列P型机对电梯的升降进行控制，形成电梯控制系统。关键词：PLC；电梯升降控制；OMRON；ABSTRACTPLC(ProgrammableLogicalController)tookonekindmostimportant,theapplicationsituationmostindustriescontrolmicrocomputer,itisconvenient,operationsimpleinparticularbyitsprogrammingmeritandsoonredundantreliability,obtainedthewidespreadapplicationintheindustrialproductionprocess.Itappliesthelargescaleintegratedcircuit,theminiaturemachinetechnologyandthecommunicationtechnologydevelopmentachievement,graduallyformedhadthemanykindsofmeritsandminiature,medium,large-scale,ultralarge-scaleandsooneachkindofspecificationseriesproduct,appliedtomonitorsbetweenthecomputerfromthecontrolsystemmanycontrolsdomain.Alongwithsocietysunceasingdevelopment,thebuildingismoreandmorehigh,buttheelevatorbecamethehighlevelbuildingtohavetheequipment.Afterhumanitysmorethancenturiesunremittingendeavors,theelevatoralreadyfromthehandleswitchoperationelevator,thepush-buttoncontrolelevatordevelopstothepresentgroupcontrolelevator,hasmadetheindeliblecontributionforthehighleveltransportation. PLCinthecontrolintheelevatortheapplicationmainlytomanifestinitslogicalswitchcontrolfunction.ThisfunctionenablePLCtohavethelogicoperation,countswithfixedtimeaswellasthedatafeedsoutputfunction.Risesandfallsintheprocessintheelevator,eachlogicalswitchcontrolandPLCverygoodunion,verygoodrealizationtofluctuationcontrol.ThisarticlemaindiscussionstudiesusingJapaneseOMRONCorporationsCseriesPmoldingmachinecarriesonthecontroltotheelevatorfluctuation,formstheelevatorcontrolsystemKeywords:3-floorelevator;PLC;OMRON第一章 可编程控制器的慨述1.1可编程控制器（PLC）的概述1.1.1可编程序控制器(PLC)简介PLC-ProgrammableLogicController即可编程序控制器。它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。所以它是一台工业控制计算机，目前已被广泛的应用于各个领域。PLC具有通用计算机所不及的各种显著的特点和功能。它体积小，重量轻，能耗低；可靠性高，抗干扰能力强；控制功能完善，适应性强；安装接线简单，配套齐全，易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统设计周期短，维护方便，改造容易。不过它也有缺陷，如：PLC工作速度较计算机慢，输出对输入的响应有滞后现象；使用中、高档PLC，要求使用者具有相当的计算机知识。由于PLC把自动化技术、计算机技术和通信技术融于一体，它能完成逻辑控制；定时控制；计数控制；步进控制；A/D、D/A变换；数据处理；通信联网和监控的功能。正是因为PLC具有上述的许多优点和功能，所以在工业控制方面，目前PLC已广泛应用于冶金、化工、轻工、机械、电力、建筑、交通和运输等工业企业。根据PLC控制类型的不同，PLC应用于以下几个方面：1.开关逻辑控制（多群机控制，自动化流水线，电梯控制，高炉上料，注塑机，印刷机，组合机床，磨床，包装生产线，电镀流水线） 2.模拟量控制（温度，压力，流量，液位，速度） 3.运动控制：驱动电机（机械，机床，机器人，电梯） 4.过程控制（冶金，化工，热处理，锅炉控制） 5.数据处理 6.通信及联网 7.闭环自动控制8.机械加工的数字控制1.1.2 PLC的产生与发展可编程控制器（PLC）是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体的新型工业自动控制装置，在近40年来它得到了迅猛的发展，至今已成为工业生产自动化三大技术支柱（机器人技术、CAD/CAM技术和PLC技术）之一，被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。 PLC从诞生至今已经快40年了，在这期间它的发展大概经历了以下几个阶段： 1.19691972PLC发展的雏形阶段，功能都很简单，只有逻辑运算，定时和计数等功能，硬件方面因集成电路还未投入大规模工业化生产，CPU由分离元件组成，存储器为磁芯存储器，容量为12K，操作系统为磁芯构成的微程序，指令一般只有2030条，机种单一，没有形成系列，一台PLC最多只能替代200300个继电器组成的系统，可*性优于继电器。 2.19721976美国INTEL公司成功开发了世界上第一片集成电路的微处理器，因此PLC技术获得了较大的发展。PLC功能除逻辑运算等外、计算机接口和模拟量控制等，软件开发有自诊断程序，存储程序开始用了EPROM，可*性进一步提高，初步形成系列。结构上PLC有模块式和整体式之分，整机功能从专用向通用过渡。 3.19761983 在这个阶段，微处理技术日趋成熟，进而出现单片微处理器、半导体存储器进入工业化生产，大规模集成电路开始普遍应用。 4.19831988 计算机网络技术普遍应用，超大规模集成电路、门阵列等专用集成电路迅速发展。PLC的CPU为16位或32位或位片式芯片构成，处理速度可达1s/步，高速计数、中断、PID和运动控制等功能引入PLC，满足了程序控制中所有要求。联网能力增强，既可以和上位计算机联网，也可以下挂PLC，组成多级集散系统（DCS）。编程语言除了成熟的梯形图和语句表等，还有用于算术运算的BASIC语言和机床控制和数控语言等。 5.1988年至今 在这个阶段PLC技术日新月异，发展势头十分强劲，并不断扩大其应用领域，如为用户配置柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）等。1.1.3PLC的发展趋势目前，可编程控制器正向着两个不同的方向进一步发展。一个是向简易、廉价和超小型发展，以占领小型、分散和简单功能的工业控制市场，同时也便于适应机电一体化的要求。另一个方向是向大型化、高速度、多功能和分散型、多层次全自动化网络发展，这种系统不仅具有逻辑运算、计数、定时、数值计算、模拟量控制、监控、记录、显示、以及与计算机接口并作数据传送等一般功能，同时还具有中断控制、智能控制、过程控制和远程控制等高级功能，此外I/O的点数进一步扩大，最多已达3200点；处理数据的速度进一步提高；PLC的通信协议进一步规范化。1.2 PLC与其他控制系统的比较1.2.1 PLC与继电器控制系统的比较PLC取代以继电器为基础的控制系统的原因是：现在生产线要求的时间响应快，控制精度高，可*性好，控制程序可随工艺改变，易与计算机接口，维修方便等诸多高品质与功能，继电器控制系统远比不上PLC控制系统。常规硬件逻辑电路的控制，要是用大量的硬件控制电路，这在更改方案时，工作量相当大，有时甚至相当于重新设计一台新的装置。PLC的主要特点是它具有在线修改功能。它借助于软件来实现重复的控制。软件本身具有可修改性，所以PLC机灵活的可编程性就使它具有广泛的工业通用性。同时由于简化了硬件电路，也提高了PLC系统的可*性。据不完全统计，GOULD的PLC系统平均故障的间隔大于2万-5万小时，而平均修复时间则小于10分钟，而且，PLC均能处理工业现场的强电信号，如交流220V、直流24V，并可以直接驱动功率部件，可长期在严酷的工业环境中工作。编程器采用传统的继电器符号语言，不必使用专门的高级语言。 PLC是在按钮开关、限位开关和其他传感器等发出的监控输入信号下进行工作。根据信号控制器就会做出反应，通过用户编辑的内部逻辑便产生输出信号，而这些输出信号可直接控制外部的控制系统负载，如电机、接触器、指示灯、电磁阀、电热器。 这种类型的控制系统省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。用PLC的编程逻辑提供了能随要求改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。1.2.2 PLC与微机的比较1969年出现PLC时小型计算机的价格还很昂贵。因此，中央处理装置采用一位计算机。到70年代初期微处理器出现了，1974年8080系列、1975年6800系列、1976年Z-80系列微处理机相继出现，位片式处理器也日益成熟。微机的出现标志着电子技术，特别是集成电路技术的飞跃。微机集成度高、体积小、功能强、价格便宜，它的发展给PLC带来了深刻的影响。（一） PLC的中央控制装置PLC制造厂家把通用的微机如6800、Z-80等直接作为PLC的中央控制装置，这样做设把微机直接作为计周期快，但有许多缺点，如：1. 没有一套面向工业过程的指令系统； 2.PLC工作为顺序扫描方式，要求速度快，而通用微型机均为MOS电路，速度慢；2. 通用微机的适应性差，不能适应高温、强电干扰等恶劣环境。（二） PLC的中央处理器引进微机芯片 如前所述，通用的微机不一定适用于PLC，但可使用其芯片组成适应工业现场特性的PLC这是PLC发展的主流。为了组成一套面向工业流程具有较高速度的指令系统，大多数PLC都是用双极性型位片处理器。（三）微机软件对PLC的影响 微机常用的系统软件如操作系统DOS、汇编语言、BASIC语言及其他高级语言都写到ROM中或记录到磁盘上，由用户自由选择。PLC的系统软件也是写在ROM中或磁盘上。大多数PLC都采用了类似于微机语言的编程方式，但它的编程元件都是工业流程中的电路符号，流程图语言等，只要操作人员能编出梯形图或流程图，就能借助于键盘编辑在CRT上，其他的工作由系统软件完成，不要求操作人员精通有关计算机软件和硬件方面的知识，方便了用户，利于推广和利用。PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。1.3 PLC在电梯行业的应用与发展 随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。 PLC在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对升降的控制。电梯的种类多种多样，按拖动系统可分为交流单速/双速拖动电梯，交流调压调速电梯，直流发电机电动机晶闸管励磁拖动电梯和变频调压调速电梯等。按拖动方式可分为有信号控制电梯，集选控制电梯和下集选电梯等。交流双速电梯是常用的提种电梯，它具有简单，经济且舒适的特点。下面以交流双速控制电梯为例，介绍用PLC控制的三层楼电梯，电梯的控内容很多，如电梯箱内，外按钮的控制，电梯运行到位开门，关门的控制，每层指示灯，电梯运行速度的控制，电梯运行到位的控制及安全措施，报警作用的控制等。下面以一个三层楼的电梯箱内控制来介绍电梯用PLC的控制设计。第二章 电梯的控制系统的设计与调试2.1电梯的分类 按用途可分为乘客电梯、载货电梯、客货两用电梯、观光电梯，及其他专用(如矿井、冷库、建筑工程)电梯。按拖动方式可分为曳引式、液压式和齿轮齿条式。曳引式是最常见的电梯驱动方式。2.2 电梯的组成 以一般乘客曳引式电梯为例，电梯由曳引系统、悬挂补偿系统、电气系统和安全装置组成，轿厢和对重在建筑物的井道内运行，曳引机和电气系统放置在机房里(见电梯示意图)。图表 1电梯示意图1控制柜 2限速器 3门联动装置 4轿门5轿厢底板 6楼层地面 7层门8补偿绳9张紧装置 10地坑11缓冲器 12对重13对重导轨 14轿厢导轨 15井道壁 16导靴17导轨压板 18轿厢 19安全钳 20曳引绳端接装置 21曳引绳 22曳引机 23机房 曳引系统包括曳引电动机、曳引绳轮、减速器、制动器、曳引机底座、盘车手轮等。曳引绳轮安装在承载梁上。电梯曳引机是电梯运行的驱动机构，借助承载梁通过曳引绳轮，承担了所有往复升降运动构件的全部载荷(动载、静载)，承重梁多采用工字钢结构。悬挂补偿系统由曳引绳、轿厢和对重的全部结构件、补偿绳、张紧轮等组成。轿厢和对重是电梯垂直运行的主体部件，轿厢是载客和运货的箱体容器。 导引系统包括导轨和导靴，引导轿厢和对重作垂直升降运动。电气系统是电梯的控制系统，包括各种接触器、继电器、控制器和显示器等。安全装置有限速器、安全钳、缓冲器、各种门安全装置等。2.3 电梯的工作原理电梯是机械，电气紧密结合的大型产品。主要由机房、井道、轿箱、门系统和电气控制系统组成。井道中装有导轨、轿箱、和对重由曳引钢丝绳连接，曳引钢丝绳字曳引轮上，曳引轴由曳引电动机拖动。轿箱和对重都装有各自的导靴，导靴卡在导轨上，曳引轮运转带动轿箱和对重沿各自的导轨做上下相对运动，轿箱上升，对重下降。这样可通过控制曳引电动机来控制轿箱的起动、加速、运行、减速、平层、停车，实现对电梯的控制。2.4 电梯控制系统及要求电梯控制是一个随机控制系统，系统没有固定的控制顺序，其控制作用是根据PLC外部提出的控制要求（输入信号）而实施的。1电梯控制系统的要求（F、呼梯开关）：1) 电梯在一层或二层时，出现三层呼梯（3ON）信号，则电梯上升，运行到三层，三层的行程开关闭合（SQ：行程开关SQ3ON）后停止运行。2) 电梯在一层时，出现二层呼梯信号（F2=ON）则电梯上升，运行到二层，二层的行程开关闭合（SQ2=ON）后停止运行。3) 电梯在一层时，同时出现二层和三层呼梯（F2=ON 、F3=ON）信号，则电梯上升运行，先上到二层（SQ2=ON），暂停3秒后再继续运行上到三层，直到三层的行程开关闭合（SQ3=ON）电梯停止运行。4) 电梯在三参层或二层时，出现一层呼梯（F1=ON）信号，则电梯下降运行，直到一层的行程开关闭合（SQ1=ON），电梯停止运行。5) 电梯在三层出现二层呼梯（F2=ON）信号，则电梯下降运行，直到二层行程开关闭合（SQ2=ON），电梯停止运行。6) 电梯在三层时，同时出现二层或一层呼梯（F1=ON 、F1=ON）信号，则电梯下降运行，先到达二层，暂停运行3秒后，电梯又继续下降，直到一层的行程开关闭合（SQ1=ON），电梯停止运行。7) 电梯在上降途中，任何下降呼梯均无效。8) 电梯在下降途中，任何上升呼梯均无效。9) 电梯到达每的运行时间限定小于10秒；超过10秒则电梯自动停止运行。10) 此控制采用欧姆龙系列PLC控制。2.5 电梯控制程序的设计I/O地址分配输入地址： 行程开关SQ1： 0000 行程开关SQ2： 0001行程开关SQ3： 0002 1层呼梯开关F1： 00032层呼梯开关F2： 0004 3层呼梯开关F3： 0005输出地址：电梯上升： 0500电梯下降： 0501内部输出辅助继电器：AR10001002表示电梯上升AR10041006表示电梯下降AR1003表示计时器TIM00AR1007表示计时器TIM012.6、三层电梯PLC控制梯形图#0030TIM00100210010500 1003100210011000100000010000 0005 0002 10000000 00040001 1001 0000 0004 0005 00010002 1002 TIM00 00011002 TIM00 10031003 1000 TIM020500 #0100 TIM0020501 #0030TIM001 1007 1006 10051005 000100020003000010041004 00020004 00011005 0002 0003 0004 0001 0000 1006TIM000 00011006 TIM001 1007 1007 1004TIM00205000000 0001 000210062.7、指令与句表 0001 LD 00000002 OR 00020003 AND 0005 0004 OR 10000005 AND-NOT 00020006 OUT 1000 0007 LD 0000 0008 AND 00040009 OR 10000010 AND-NOT 00010011 OUT 10010012 LD 00000013 AND 00040014 AND 00050015 OR 10020016 AND-NOT 00010017 OR TIM00 0018 AND-NOT 00020019 OUT 10020020 LD 00010021 AND-NOT 10020022 OR 10030023 AND-NOT TIM000024 OUT 10030025 LD 10030026 TIM 00 #00300027 LD 1000 0028 OR 10010029 OR 10020030、 AND TIM020031 AND-NOT05010032 OUT 05000033 LD 00020034 OR 0001 0035 AND 00030036 OR 10040037 AND-NOT 00000038 OUT 10040039 LD 00020040 AND 00040041 OR 10050042 AND-NOT 00010043 OUT 10050044 LD 00020045 AND 00030046 AND 00040047 OR 10060048 AND-NOT 00010049 OR TIM010050 AND 00000051 OUT 10060052 LD 00010053 AND-NOT 10060054 OR 10070055 AND-OUT TIMO10056 OUT 10070057 LD 10070058 TIM 00 #00300059 LD 1004 0060 OR 10050061 OR 10060062 AND-NOT TIM020063 AND-NOT 05000064 OUT 05010065 LD 0000 0066 AND 00010067 AND-NOT 00020068 TIM 00 #01002.9调试电梯的控制程序是比较复杂的。编写复杂程序时，应设法将程序分成若干个小程序来编写。根据电梯的工作过程，电梯的控制程序可分为如下几部分，开关门程序、自动定向程序、轿箱升降程序。每段程序编写完后，可单独联机通过监控软件进行调试，最后再根据连锁关系进行统调。1. 模拟调试将设计好的程序键入PLC后仔细检查与验证，改正程序设计语法错误，然后在实实验进行模拟运行与调试，观察各输入量，输出量之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，发现问题及时解决，直到满足工艺流程图和状态流程图的要求。2. 现场运行调试模拟调试好的程序传送到现场使用的PLC存储器中，接入PLC的实际输入接线和负载。进行现场调试的前提是PLC的外部接线一定要准确无误，反复现场调试，发现问题及时现场解决，如果系统调试达不到要求，可对硬件或软件进行调整，通常只修改用户程序即可达到调整的目的。现场调试时，注意电气与机械的配合，现场调试后，一般将程序固化后在长久记忆功能的EPROM中，或者存在磁盘中长期保存。小结转眼之间，历经整整大三的上半个学期、近一个月的毕业设