PLC课程设计机械系统的自动控制

1、辽宁工程技术大学课程设计1 引言随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯作为高层建筑中垂直升降的交通工具已和人们的日常生活密不可分，是机械电气相结合的机电一体化产品。电梯控制系统可分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯作为高层建筑中垂直升降的交通工具已和人们的日常生活密不可分，是机械电气相结合的机电一体化产品。电梯控制系统可分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。随着自动控制理论

2、与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化。早期安装的电梯多为继电器控制方式，其最大缺点是故障率较高，可靠性差。安全性是电梯运行的首要问题，因而这类控制系统的更新换代和技术改造势在必行、迫在眉睫。plc(可编程序控制器)作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到了日益广泛的应用，是电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向。11 plc简介plc是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并

3、事先存入plc的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。plc的cpu内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为end指令），然后再返回起始步循环运算。plc每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的plc，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。plc用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1k逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型plc使用另外一个cpu来完成模拟量的运算。把

4、计算结果送给plc的控制器。相同i/o点数的系统，用plc比用dcs，其成本要低一些（大约能省40%左右）。plc没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比dcs要低很多。一个plc的控制器，可以接收几千个i/o点（最多可达8000多个i/o）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用plc较为合适。plc由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。plc采用总线模板框式结构，主框架中带有cpu、电源和基本输入输出模板，按需要 还可插入各种专用模板，必要时在主框架上再装配扩展框架及扩展模板，框架的扩展数和每个框架的可装模板数随plc产品型号而异。12 pl

5、c功能特点plc具有完善的自动诊断和系统监控能力，对于内部的工作状态、通信状态、io接口状态都有明显的标记或报警信息。因此，从原理上讲pic几乎已具备了所有的控制功能。通常还带有可扩展的功能：如通信联网、数据块传输、排序、查表、中断、矩阵运算、特殊函数运算以及数值pid控制等。13 电梯plc控制系统的结构框图电梯plc控制系统与其它类型的电梯系统一样主要由信号控制和拖动控制系统两大部分组成。图1-1为电梯plc控制系统的结构框图输 入 接 口cpu输 出 接 口呼叫信号开关门信号内指令信号安全控制信号呼叫显示楼层显示开关门控制上下运行控制红外感应信号图1-1 电梯plc控制系统的结构框图2

6、电梯的基本功能在进行上位机程序以及下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定电梯本身所具有的功能和电梯在乘客进行某种操作后应具有的状态，下面将根据具体情况做出分析。21梯内部部件功能简介 在电梯内部，应该有5个楼层(15层)按钮、开门和关门按钮以及楼层显示器、上升和下行显示器：当乘客进入电梯后，电梯内应该有能让乘客按下的代表其要去目的地的楼层按钮称为内呼叫按钮。电梯停下时，应具有开门、关门的功能，即电梯门可以自动打开经过一定的延时后，又可自动关闭。而且，在电梯内部也应有控制电梯开门、关门的按钮，使乘客可以在电梯停下时随时地控制电梯的开门与关门。电梯内部还应配有指示灯，用来显示电梯现在所处的状态，

7、即电梯是上升还是下降以及电梯处在楼层的第几层，这样可以使电梯里的乘客清楚地知道自己所处的位置，离自己要到的楼层还有多远，电梯是上升还是下降等。22电梯的外部部件功能简介电梯的外部共分5层，每层都应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯及楼层显示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，呼叫指示灯在完成相应的呼叫请求之前应一直保持为亮，它和上升指示灯、下降指示灯、楼层显示器一样，都是用来显示电梯所处的状态的。5层楼电梯中，1层只有上呼叫按钮，5层只有下呼叫按钮，其余3层都同时具有上呼叫和下呼叫按钮。而上升、下降指示灯以及楼层显示器，5层电梯均应该相同。3 电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分

8、析3.1电梯的初始状态为了方便分析，假设电梯位于l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”。电梯内部及外部各层电梯门均关。3.2电梯在运行过程中状态分析：按下某层呼叫按钮(15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，到达指定层时，门才打开。在电梯运行过程中，支持其他呼叫。3.3电梯运行后状态：在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直至新命令产生。电梯在到达指定楼层后，电梯门会自动打开，经一段延时自动关闭，在此过程中，支持手动开门或关门；各

9、楼层显示值为该层所在位置，且上行与下行指示灯均灭。4 电梯的实际运行中的情况分析实际中，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，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。4.1分类分析 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：若呼叫层处于电梯当前运行层之上目标运行层之下，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。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

10、行分析。若电梯在下行过程中，楼层有呼叫产生时，可分以下两种情况：若呼叫层处于电梯当前运行层之下目标运行层之上，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地完成其他各个呼叫动作。若呼叫层处于电梯运行层之上，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。4.2规律总结由以上各种分析可以看出，电梯在接受指令后，总是由近至远地完成各个呼叫任务。电梯机制只要依此原则进行设计动作，就不会在运行时出现电梯上下乱跑的情况了。在分析的同时，我们也知道了电梯系统中哪些是可人工操作的设备。5 电梯的控制要求 1）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

11、应的响应。 2 ）电梯停在某一层(例如3层)时，此时按动该层(3层)的呼叫按钮(上呼叫或下呼叫)，则相当于发出打开电梯门命令，进行开门的动作过程；若此时电梯的轿箱不在该层(在1、2、4、5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）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，直到这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反方向运行的呼叫。例如现在电梯的位置在1层和2层之间上行，此时出现了1层上呼叫、2层下呼叫和3层上呼叫，则电梯首先响应三层上呼叫，然后再依次响应2层下呼叫和1层上呼叫。 4）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

12、已经到达该层。 5）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。 6）当电梯停在某层时，在电梯内部按动开门按钮，则电梯门打开，按动电梯内部的关门按钮，则电梯门关闭。但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。 7）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。6 设计部分 6.1 plc程序中io点的定义在编程过程中，所用到的i0地址分配如表6-1所示。编程过程分为电梯内部和电梯外部两部分进行。表6-16.2电梯内部的plc编程 1）5层楼的内呼叫灯plc程序。电梯内部的5个呼叫按钮，指定的是电梯的运行目标。因此在电梯未达到指定目标时，该层

13、呼叫灯应一直有显示(为绿)，因此输出时就应该使用保持继电器。另外，当电梯达到指定楼层时，呼叫灯应该灭掉，即保持继电器断开。先以1层内呼叫灯为例，所得的程序如图6-1所示。图6-1 1层内呼叫灯由此可得5层楼内呼叫灯的plc梯形图程序如图6-2所示。 图6-2 5层楼内呼叫灯 2) 电梯内的楼层显示器。楼层显示器是以电梯是否碰到行程开关来决定的。显示器同样有保持特性。要替换某一显示器的值，需要电梯接触到其上层或者下层的行程开关。图6-3 梯内显示器程序（1层）3) 电梯内升降显示升降显示器的状态共3种：显示上升、显示下降、或都不显示。另外，无论上升还是下降，都与电梯的呼叫有密切关系。上升包括了从

14、第一层到第五层的上升运动，下降也同样如此。现程序以电梯从第四层到第五层的上升为例。若5层有呼叫，包括两种情况：电梯内呼叫、电梯外呼叫。若电梯由第4层上行至第5层，此时y10亮，y11灭，下降触点yf断开，上升触点ye闭合。并列的条件还有4层外部上呼叫闭合、5层下呼叫闭合、5层呼叫按钮的闭合，这些条件同样使4层显示器改变。图6-3 4层升至5层显示器程序4) 电梯到达楼层后的停止由于在电梯外部有上升呼叫和下降呼叫，所以当呼叫方向与电梯运行方向相同时，电梯才能停止。下面以向下呼叫停止r201为例说明。电梯到达呼叫楼层后停止的plc程序如图6-3所示。 图6-3 到达楼层停止程序当电梯一直显示向下运行，即y11接通时，只有当每层楼的向下呼叫即y3、 y5、y7和该层的行程开关接通时，电梯到达各层后r201才接通，否则并不接通。另外，如果电梯一直停在某一层，不显示上升与 下降，该层的上呼叫接通时r201也接通。7 结束语这个五层电梯控制系统采用了技术成熟的plc自动控制系统，结合了先进的机械传动技术，红外传感器技术，降低了系统的成本，提高了系统的稳定性。通过这个设计，使我对