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PLC控制下的电梯系统.rar

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    PLC 控制 电梯 系统
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    南昌航空大学科技学院 2014 届学士学位论文 目 录1引言2系统整体设计2.1 系统设计要求 ..........................................22.2 系统设计思路 ..........................................22.3 系统框图 ..............................................33系统硬件设计3.1 西门子 PLC S7-300......................................43.2 变频器的分类 ..........................................83.3 变频器的选择 ..........................................83.4 台达变频器 ............................................93.5 调频调速方案 .........................................114系统软件设计4.1 输入模块的选择 .......................................134.2输出的模块选择 ........................................145梯形图程序设计5.1 系统定位 .............................................155.2箱内显示和请求 ........................................165.3 箱外请求 .............................................185.4下降逻辑 ..............................................215.6 开门程序 .............................................266效果仿真图7结论参考文献 ................................................38致谢 ....................................................39附录 ....................................................40南昌航空大学科技学院 2014 届学士学位论文 0四层电梯控制系统的仿真设计1 引言世界上第一台可编程控制器的设计理念是由美国通用公司提出的,为了解决因汽车不断改型而重新设计汽车装配线上各种继电器的控制线路问题,所以要寻求一种比继电器更可靠,响应速度更快,功能更强大的通用工业控制器。于是在保留了继电器控制系统的通俗易懂、操作简易、价格低廉等优点的基础之上,在此之上还要拥有现代化生产所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。从此,编程控制器开始活跃于控制领域。并且可编程控制器的地位和影响也越来越高,应用的也越来越广泛。第一台编程控制器具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。这种可编程控制器便于安装,不会占用太大空间,并且可以循环使用。即使这些控制器的编程有些麻烦,但是它有梯形图编程语言这一现在应用广泛的编程标准,这样的话即使对编程控制器不太了解也能易于上手。于是在短期时间内,可编程控制器在其他的工业领域也得到了相应的应用。食品、金属和机械制造等工业领域前后使用了可编程控制器代替了继电器的控制,踏出了现代化阶段的一大步。七十年代中期,因为大规模集成电路的涌现,于是 8位微处理器和位片处理器应运而生,可编程控制技术发生了质的飞跃。又过了十多年,可编程控制器的软与硬件功能从而得到进一步加强,可编程控制器已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统,并且可以跟其他设备进行通信,报表的生成。并且可以自己检测故障。以上这些改进可以使可编程控制器达到现在对高质量高生产的要求。即使可编程控制器的功能也愈来愈强,但它仍然保留了先前简易与易于使用的特点。使用可编程控制器来实现对电梯系统的控制,对于提高升降机运行的稳定性、降低电梯控制系统的成本以及缩短电梯系统的开发周期都有着实际意义。通过对本课设的研究,可以在一定程度上了解电梯相关行业的发展,拓展自己在可编程控制器与自动化行业应用领域知识的理解与掌握。南昌航空大学科技学院 2014 届学士学位论文 12 系统总体设计2.1 系统设计要求本课题的设计要求和技术指标:1)以西门子 S7-300 为核心器件组成一个电梯控制系统;2)以台达 VFD007E21A 变频器实现对电梯调速控制功能;3)系统具有信号控制和拖动控制功能。2.2 系统设计思路1)各个楼层的选择数字键是 1 到 4,各楼层门厅的按钮,除了第一层只需设置上升按钮,第四层设置下降按钮,其他的楼层需要设置上升和下降这两个按钮。2)为了保证电梯的正常停止,在各个楼层设置位置监测元件,每当电梯运行到一个楼层的时候,对应的监测元件就会给出信号到 PLC。3)电机的控制输出,正反向控制输出点驱动继电器完成对电机方向的控制,快慢速输出所驱动的继电器是实现对加减速电阻的控制,而实际的电机速度的变动实现的方式则要根据实际的情况而改动。在这次毕业设计中,只是添加了快速和慢速这两个功能。2.3 系统框图1)控制系统框图图 2.3 系统框图南昌航空大学科技学院 2014 届学士学位论文 23 系统硬件设计在确定变频器的型号方面,考虑到电梯系统的运行,控制精度,工艺的选择上要求较高,所以则需要选择其具有带速度反馈矢量控制功能的变频器。在速度控制的机制方面,即使驱动器是无极调速,也可以使用外接电位器的速度,操作方法是可行的,操作的基本方法是一样的原始驱动系统。因此,选择正确的,并留下了一些速度控制块。3.1 西门子 PLC S7-3003.1.1 PLC控制系统设计步骤 PLC 控制系统设计步骤:1)弄清楚与分析被控制的对象与控制要求,确定输入设备与输出设备的类型与设备的数量。2)再确定了输入与输出设备的类型与设备的数量,根据 PLC 的 I/O 点数以后,然后选择相应 I/O 点数的 PLC 机型。3)根据要求分配设备的 I/O 点数,绘制出 PLC 外部控制系统的输入、输出接线图。4)根据设备所要控制的要求,然后画出工作循环图或者状态流程图。5)根据工作循环图或状态流程图,然后编写出梯形图、指令语句或者计算机高级语言等几种形式的应用程序。6)利用编程器将该程序输入到 PLC 的内部存储器,再进行模拟调试。运用 PLC 控制系统控制拥有以下几个优点:1)控制方式上看:电器则是控制硬接线,而当逻辑弄清楚了,于是要修改逻辑或附加其他的功能就很是困难了;而 PLC 则是软接线,所以只要修改控制程序就能轻松的改变逻辑或附加功能。2)工作方式上看:电器控制的工作方式是并行的,而 PLC 则是串行工作。3)控制速度上看:电器的控制效率低,反应的速度比较慢,电器的触点也不稳定;但是 PLC 的控制方式是通过半导体,速度十分快,而且不需要触电。4)定时、记数看:电器的时间控制程度不高,比较容易受到周围环境的干扰,而且没有计时的功能;而 PLC 通过时钟脉冲来计时,有记数功能。5)可靠、维护看:电器控制有很多的触点,随之而来的便是机械的磨损和电弧南昌航空大学科技学院 2014 届学士学位论文 3的烧伤,需要接比较繁琐的线;而 PLC 没有触点,并且还具有自我诊断的功能。图 3.1 外部 I/O 接线图PLC 的扫描工作方式当可编程控制器进入了 RUN 这一状态后,用的是循环扫描这一工作方式。当下达了第一条指令开始,在无中断或跳转控制的情况下,按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序,即按顺序逐条执行程序,直到程序结束。然后再从头开始扫描,并周而复始地重复进行。可编程序控制器工作时的扫描过程如图所示,包括五个阶段:内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。PLC 完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。南昌航空大学科技学院 2014 届学士学位论文 4图 3.2 PLC 的扫描过程PLC 的程序执行过程PLC 的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段开始内部处理通信处理RUN 方式?输入扫描程序执行输出处理NY南昌航空大学科技学院 2014 届学士学位论文 5图 3.3 PLC 的程序执行过程PLC 的扫描周期在 PLC 的实际工作过程中,每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外,还要进行自诊断、与外设(如编程器、上位计算机)通信等处理。即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。PLC 的 I/O 响应时间PLC 采用集中 I/O 刷新方式,在程序执行阶段和输出刷新阶段,即使输入信号发生变化,输入映像寄存器区的内容也不会改变,还会影响本次循环的扫描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化,这产生了 PLC 的输入输出响应滞后现象,最大滞后时间为 2-3 个扫描周期。3.1.2 功能特性描述西门子 S7-300 是模块化小型 PLC 系统,能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与 S7-200 PLC 比较,S7-300 PLC 采用模块化结构,具备高速(0.6~0.1μs)的指令运算速度;用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算;一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值;方便的人机界面服务已经集成在 S7-300 操作系统内,人机对话的编程要求大大减少。输入端子输入映象寄存器 输出映像寄存器输出锁存器 输出端子输入 ……….输出程序执行阶段输入采样阶段 输出刷新阶段X001Y001Y001M1读读①②③ ④ ⑤南昌航空大学科技学院 2014 届学士学位论文 6主要功能特性:1)I/O 扩展能力2)指令执行速度3)工作内存容量4)通讯能力5)CPU 上的集成功能3.1.3 信号模块的主要特点1)安装容易传感器和执行机构是通过前连接器连到模块的,如果模块被置换,只需将该连接器插入相同类型的新模块即可,其连线保持不变。前连接器上的机械编码能起到防止插入其他类型的模块的作用。2)组装密度高S7-300 节省空间的原因之一在于每个模块上带有大量的通道。带有 8-32 个数字量通道或 2-8 个模拟量通道的模块可供选择。3)组态简单利用 STEP7,就可以对模块进行组态和参数赋值,不用做复杂的开关设定工作。数据是集中储存的,在一个模块被置换后,数据就被自动传送到新的模块上以防止传送出错。3.2 变频器的分类变频器的种类有很多,根据不同的分类方法将变频器分为:按交换环节方法分:交-直-交变频器;交-交变频器。按主电路工作方式分:电压型变频器;电流型变频器。按电压的调制方式分:PAM 变频器;PWM 变频器。按工作原理分:V/f 控制变频器;转差频率控制变频器;矢量控制变频器;直接转矩控制变频器。按用途分:通用变频器;高性能变频器;具有电源再生功能的变频器;风机、水泵用变频器;其他专业变频器。南昌航空大学科技学院 2014 届学士学位论文 73.3 变频器的选择变频器是变频调速系统的核心设备,它的质量对系统的可靠性有很大的影响,选择品牌时,质量品质,是选择时重要考虑的因素。在同一品牌中选择时,则依据已确定的调速方案、负载类型以及应用时所需的附加功能来确定。根据具体的工程情况,可以有以下的几种选择方式:1)按照标称功率选择:一般做为初步投资估算依据。2)按照电动机额定电流选择:多用于恒转矩负载的新设计项目。3)按照电动机实际运行电流选择:多用于改造工程。4)照转矩过载能力选择。且选择的变频器应满足以下条件:1)根据被控设备的负载特性选用通用变频器的类型。2)所选用通用变频器的类型与被控异步电动机的参数匹配。3)为降低升降机成本,选用通用变频器。4)升降机的启动和停车都要平稳。5)变频器带有防止失速功能。6)变频器具有优良的转矩特性。3.4 台达变频器变频器是台达自动化的开山之作,也是目前台达自动化销售额最大的产品。在我国变频调速市场有着广泛的占有率。在使用和调试上都很方便。同时在和同学的请教交流之下,身边有同学对台达的变频器有着比较深入的了解。在相比较下,随即决定使用台达变频器。南昌航空大学科技学院 2014 届学士学位论文 8图 3.4.1 台达变频器的各端子的功能说明
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