6层电梯控制系统程序设计依据实验室中的六层电梯装置模型,设计一个六层交流调速电梯控制系统,对PLC和变频

6层电梯控制系统程序设计依据实验室中的六层电梯装置模型,设计一个六层交流调速电梯控制系统,对PLC和变频 信息与电气工程学院 (2011/2012学年第二学期) 课程名称 : PLC应用课程设计 目 : 六层电梯控制系统程序设计 专业班级 : 电气0901 学生姓名 : 陈 浪 学 号: 090060116 指导教师 : 岑毅南、苗敬利、王静爽等 设计周数 : 两 周 设计成绩 : 2012 年 6月 4日 第一章 引 言 随着生产力和科学技术的不断发展，人们的日常生活和生产活动大量的使用自动化控制，不仅节约了人力资源，而且很大程度的提高了生产效率，又进一步的促进了生产力快速发展，并不断的丰富着人们的生活。 早期的自动控制系统是依靠继电-接触器来实现的，其特点是:结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，可以实现集中控制和远距离控制，但是其采用固定接线，通用性和灵活性差;又采用触点的开关动作，工作频率低，触点易损坏，可靠性差。 1969年，出现了可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller)，其特点是:具备逻辑控制、定时、计数等功能，编程语言采用直观的梯形图语言，软件更改方便，通用性和灵活性好。 目前，可编程控制器PLC主要是朝着小型化、廉价化、标准化、高速化、智能化、大容量化、网络化的方向发展，与计算机技术相结合，形成工业控制机系统、分布式控制系统DCS(Distributed Control System)、现场总线控制系统FCS(Field bus Control System)，这将使PLC的功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用范围更广 1.1 PLC的基本结构 1、中央处理单元(CPU) 中央处理单元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系统程序赋予的功能:a. 接收并存储从用户程序和数据;b.检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。 2、存储器 可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。存放系统软件(包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序)的存储器称为系统程序存储器;存放用户程序(用户程序存和数据)的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户存储器和数据存储器两部分。 3(输入接口电路 输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我们实际涉及到的信号当中，开关量最普遍。 4(输出接口电路:可编程序控制器的输出有:继电器输出(M)、晶体管输出(T)、晶闸管输出(SSR)三种输出形式。 5(电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、 可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。如FX1S额定电压AC100V—240V，而电压允许范围在AC85V—264V之间。允许瞬时停电在10ms以下，能继续工作。 一般小型PLC的电源输出分为两部分:一部分供PLC内部电路工作;一部分向外提供给现场传感器等的工作电源。 1.2 PLC的工作原理 PLC则是采用循环扫描的工作方式。一个扫描周期主要可分为3个阶段。 1.2.1输入刷新阶段 在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。 1.2.2程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。 1.2.3输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路(输出映像寄存器)，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。 由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。 显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，所以系统存在输入输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。但是由于其对I/O的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行刷新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗 干扰能力。这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减小。但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个一般PLC都会采取高速模块。 总之，PLC采用扫描的工作方式，是区别于其他设备的最大特点之一，我们在学习和使用PLC当中都应注意。 第二章 课程设计任务 1原始数据及主要任务:依据实验室中的六层电梯装置模型，设计一个六层交流调速电梯控制系统，对PLC和变频器等硬件部分进行比较简单的选型设计，编写I/O地址分配表，按照电梯的一般控制原则编制相应的软件程序，绘制出相关图纸。利用实验室的现有设备进行系统的模拟实验。对课程设计进行，撰写课程设计报告。 2技术要求: A.设计应符合国家的相关标准; B.设计控制系统应符合故障安全准则; C.电梯具有维修控制功能; D.应有楼层和方向数码显示; E.电梯的运行应符合方向优先等原则; F.应具有自动调整功能。 第三章 TVT—2000E组合式多层电梯控制系统 1、系统的结构及组成 TVT—2000E组合式多层电梯控制模型由曳引系统、导向系统、门系统、轿厢系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统等组成。 曳引系统由曳引系统机(带减速器三相异步电动机)或一相永磁同步机、曳引钢丝绳、导向轮等组成，是电梯的动力源。 导向系统由导轨、导轮和导轨架等组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作稳定升降运动。 门系统由轿厢门、开门机、联动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口、由门扇和门导轨架等组成。 轿厢的厢体由厢底、厢壁、厢顶等组成，轿厢内部设有轿厢控制器，其操纵按钮设在轿厢外部。 电力拖动系统由曳引电机、变频器等构成，具有速度反馈的调速控制系统，实现对电梯的速度控制。 电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、平层装置、PLC(选用松下最新产品FP?)、触摸屏、传感器、光电编码器等组成。对电梯的运行方式实行操纵和控制。 电梯模型上设有机械缓冲器，具有撞底的保护作用。电气上还设有平层限位的各种保护功能。 2、主要技术参数 输入电源:AC 220V ?5% (单相) 50HZ 额定电流:2A 环境温度:,5? , 45? 相对湿度:?90% (25?) 外型尺寸:480 ×370 ×2050 ? 变频器 :BFV00042G、220V、0.4Kw PLC :FP?—32T (2台联网) 结构形式:六层六站 设备重量:75? 3、电梯控制 1、电梯控制要求 ?开始时，电梯处于任意一层。(六层电梯为-1,5层) ?当有外呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，无人操作时，延时一定时间后自动关门。 ?当有内呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，无人操作时，延时一定时间后自动关门。 ?在电梯轿厢运行过程中，轿厢上升(或下降)途中，任何反方向下降(或上升)的外呼信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方无其他内、外呼梯信号时，则电梯响应该呼梯信号。例如:电梯轿厢在一楼，将要运行到五楼，在此过程中可以响应二层、三层、四层的向上呼梯信号，但不响应二层、三层、四层的向下呼梯信号。同时，如果电梯到达五层，如果六层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应五层向下的信号。否则，电梯轿厢将继续运行至六楼，然后向下运行响应五层的向下呼梯信号。 ?电梯应具有最远反向外呼梯响应功能。例如，电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，五层向下外呼梯，六层向下外呼梯，则轿厢先去六楼响应六层向下外呼梯信号 ?电梯未平层即运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯轿厢响应停止后，按开门按钮轿厢门打开，按关门按钮轿厢门关闭。 2、I/O 分配如下图 TVT2000E电梯模型S7-200主机的I/O表 PLC输入 I口 PLC输出 O口 高速计数器输入A I0.6 底层内呼指示灯 Q3.0 高速计数器输入B I0.7 一层内呼指示 Q3.1 I3.0 底层内呼按钮 二层内呼指示 Q3.2 I3. 一层内呼按钮 .1三层内呼指示 Q3.3 I3.2 二层内呼按钮 四层内呼指示 Q3.4 I3.3 三层内呼按钮 五层内呼指示 Q3.5 I3.4 四层内呼按钮 PWM输出 Q0.1 I3.5 五层内呼按钮 开门驱动 Q0.4 I3.6 轿厢开门按钮 关门驱动 Q0.3 I3.7 轿厢关门按钮 底层向上指示 Q1.6 底层外呼上 I1.5 一层下指示 Q1.5 一层外呼下 I1.4 一层上指示 Q1.4 一层外呼上 I1.3 二层下指示 Q1.3 二层外呼下 I1.2 二层上指示 Q1.2 二层外呼上 I1.1 三层下指示 Q1.1 三层外呼下 I1.0 三层上指示 Q1.0 三层外呼上 I0.5 四层下指示 Q0.7 四层外呼下 I0.4 四层上指示 Q0.6 四层外呼上 I0.3 五层下指示 Q0.5 五层外呼下 I0.2 电梯上行驱动 Q0.2 下基准位限位 I1.6 电梯下行驱动 Q0.0 下极限位限位 I1.7 电梯上行指示 Q2.5 上基准位限位 I0.1 电梯下行指示 Q2.4 上极限位限位 I3.7 显示驱动A Q2.0 开门限位开关 I2.7 显示驱动B Q2.1 关门限位开关 I2.6 显示驱动C Q2.2 轿厢安全开关 I0.0 显示驱动D Q2.3 紧急停车按钮 I2.5 中间继电器 MX.Y 手动控制开关 I2.0 底层平层信号 M0.0 手动开门按钮 I2.1 一层平层信号 M0.1 手动关门按钮 I2.2 二层平层信号 M0.2 手动上行按钮 I2.3 三层平层信号 M0.3 手动下行按钮 I2.4 四层平层信号 M0.4 五层平层信号 M0.5 电梯加速信号 M0.6 电梯减速信号 M0.7 启动信号 M1.0 内呼梯表有呼梯 M1.1 外上呼梯表有呼梯 M1.2 外下呼梯表有呼梯 M1.3 停层信号 M1.4 前方停层信号 M2.0 四、电梯模型PLC控制系统构成，运行原理及设置 1.六层电梯实际模型控制系统的硬件是由三相异步电动机、变频器、传感器、旋转 编码器、触摸屏、FP?(2台)等组成。采用PC—LINK网络实现了PLC的远程控制， 其PLC控制系统结构框图如图1所示 楼层显示 变频器 电机 3,5层 速度反馈 西门子PLC 呼叫装置 CPU-226 轿厢内选(按键) -1,2层 -1 1 2 开 呼叫装置 3 4 5 关 ? 轿厢内 维修操纵盒 部控制器 图1 PLC控制系统框图 2、变频调速系统原理. 1PWM变频调速方式方法及反馈系统的设计 1)PWM变频调速方法和调速方式 六层电梯模型的变频器通过编程控制电梯，变频电机按图6所示的理想曲线运行，而电机何时启动换速以及电机的转向是由PLC根据电梯呼梯、减速等信号做出决定，发出控制信号给变频器，变频器按理想速度曲线控制电梯运行 0 停车 加 速 匀 速 减 速 平 层 图2理想速度曲线 人们在乘坐电梯的时候，会由于重力的作用有超重和失重的感觉，严重时会感觉不舒服。因此，在电梯的设计时，就尽量使电梯按照图2的理想速度曲线运行， 参考程序如下: 主程序: 子程序: 课程设计总结 时间飞快，两个星期的课程设计已接近尾声。两个星期的课程设计让我学到了很多。学到的不仅仅是如何查找资料，写程序及调试，更有贯穿课程设计始终的团队精神。一项工程一个人很难完成，而必须依靠团队的力量。有了团结的队伍才能做出完美的设计，才能完成伟大的工程。 在设计之前，我翻阅了上课时做的笔记，看了下老师上课时用的课件，又去图书馆查阅了一些资料。这样对PLC应用课程设计有了大体思路: 研读课程设计任务书，定制设计。 课程设计第一天，班长把各组的设计题目发到各组手中，我们的课设的题目是“6层电梯控制系统程序设计”。看到题目后我很高兴，因为我最想做的就是这个设计。看完设计要求后，我们开始分配任务，分工合作，天气很热，我们的工作也很累，汗水打湿了我们的衣衫，但我们却很开心。因为我们收获的不仅仅是一个电梯控制程序还有团队合作精神。 在本次PLC应用课程设计中，我参与了每一个环节，从基本方案的拟定，到写程序调试，我们都尽自己最大的努力，配组人完成每一个细节工作。自己在这两周的时间里受益匪浅，获得了很多。在这次课程设计中，我对PLC这门课程有了更进一步的了解，并极大地增强了自己的实际动手能力，而且还使自己的编程能力有了很大提高，培养了自己的团队意识。 在这次PLC课程设计制作中，指导老师以及同学们都给了我很多的帮助。在这里向他们表示感谢。通过此次的课设，我学到了很多知识，跨越了传统方式下的教与学的体制束缚，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。在以往的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过课程，我们学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。 总之，收获了很多，为大学三年划上了一个完美的句号。 参考文献 [1] 李建兴.可编程序控制器应用技术.北京:机械工业出版社，2004. [2] 陈宇，段鑫.可编程序控制器基础及编程技巧.广州:华南理工大学出版社，2002. [3] 王永华.现代电器控制及PLC应用技术.北京:北京航空航天大学出版社，2003. [4] 高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.北京:人民邮电出版社，2004. 北京:机械工业出版社，2005 [5] 廖常初.PLC编程及应用. [6] 郁汉琪.《电气控制与可编程序控制器》, 东南大学出版社,2003. [7] 易传禄主编.《可编程序控制器应用指南》 , 上海科普出版社,2004. [8] 张进秋(可编程控制器原理及应用实例[M](北京:机械工业出版社，2003( . 机械工业出版社,2005. [9] 汤以范主编《电气与可编程序控制器技术》 课程设计 评 语 课程设计 指导教师 成 绩 (签字) 年 月 日