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[毕业设计]PLC控制电梯的设计论文资料.rar

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    编号:20180801203838529    类型:共享资源    大小:517.02KB    格式:RAR    上传时间:2018-08-02
      
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    毕业设计 PLC 控制 电梯 设计 论文 资料
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    1三菱 FX2N PLC 在电梯控制中的应用摘 要本文主要介绍可编程控制器(PLC)在电梯电气控制系统中的应用,通过对系统硬件设计方法和程序设计思路的介绍,给出了 5 层电梯逻辑控制部分的方法。主要涉及 5 层电梯的 PLC 控制系统的总体设计方案、组成及模块化程序设计。关键词:PLC;电梯;逻辑控制;程序设计三菱 FX2N PLC 在电梯控制中的应用2The Application of Mitsubishi FX2N PLC in Elevator ControlAbstractThe implement of PLC (Programmable Logic Controller) in elevator electric control system is presented in this paper. The method of logic control part of five-floor elevator is also described by providing system hardware design and program design clues. This paper include of main design method, composition, program design in this elevator control system.Key words: PLC; elevator; logic control; program design1三菱 FX2N PLC 在电梯控制中的应用随着人口的增加,科学技术日新月异地发展,人们物质文化生活水平的逐步提高,建筑业得以迅速发展,大批的高楼大厦拔地而起,十几层至几十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅楼鳞次栉比。伴随建筑业的发展,为建筑内提供上下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备,更是一种工作和生活中的必需设备,完全可以预想到,随着社会的发展,电梯产品在人们物质文化生活中的地位将和汽车一样,成为重要的运输设备之一。一、电梯的概述(一)电梯的发展简史据国外有关资料介绍,公元前 2800 年在古代埃及,为了建筑当时的金字塔,曾使用过由人力驱动的升降机械。公元 1765 年瓦特发明了蒸汽机后,1858 年美国研制出以蒸汽为动力,并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。1878 年英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。并随着水压梯的发展,淘汰了蒸汽梯。后来又出现了液压泵和控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯。这种液压梯至今仍为人们所采用。但是,电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。18 世纪末发明了电机,并随着电机技术的发展,19 世纪初开始使用交流异步单速和双速电动机作动力的交流电梯,特别是交流双速电动机的出现,显著改善了电梯的工作性能。在 20 世纪初,美国奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为动力,生产出以槽轮式驱动的直流电梯,从而为后来的高速度、高行程电梯的发展奠定了基础。20 世纪 30 年代美国纽约市的 102 层摩天大楼建成,美国奥的斯电梯公司为这座大楼制造和安装了 74 台速度为 6.0m/s 的电梯。从此以后,电梯这个产品,一直在日新月异地发展着。目前的电梯产品,不但规格品种多,自动化程度高,而且安全可靠,乘坐舒适。随着电子工业的发展,可编程序控制器(PLC)和电子计算机成功地应用到电梯的电气控制系统中去后,电梯产品的质量和运行效果显著提高。(二)电梯的运行工作情况三菱 FX2N PLC 在电梯控制中的应用2一部电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜/箱、导轨等主要部件组成。电梯在做垂直运行的过程中,有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯,起点站和终点站之间还设有停靠站。起点站设在一楼,终点站设在最高楼。各站的厅外设有召唤箱,箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮。一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮,中间层站的召唤箱上各设置两个按钮。而电梯的轿厢内都设置有(杂物电梯除外)操纵箱,操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮,供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮称外召唤按钮,操纵箱上的按钮称指令按钮。电梯的运行工作情况和汽车有共同之处,但是汽车的起动、加速、停靠等全靠司机控制操作,而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂,因此汽车司机必须经过严格的培训和考核。而电梯的自动化程度比较高,一般电梯的司机或乘用人员只需通过操纵箱上的按钮向电气控制系统下达一个指令信号,电梯就能自动关门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度高的电梯,司机或乘用人员一次还可下达一个以上的指令信号,电梯便能依次起动和停靠,依次完成全部指令任务。尽管电梯和汽车在运算工作过程中有许多不同的地方,但仍有许多共同之处,其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车,在起点站和终点站之间往返运行,在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时,电梯到站能自动平层停靠开门接乘客。而载货电梯的运行工作情况则类似卡车,执行任务为一次性的,司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务,当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务。在执行任务的过程中,从一个层站出发到另一个层站时,假若中间层站出现顺向指令信号,一般都不能自动停靠,所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。本课题主要研究单台五层电梯的 PLC 控制方法,分述其硬件设计和软件设计过程。设计程序要求完成电梯控制系统主要达到以下要求:1) PLC 电梯控制系统应具备:有司机、无司机、消防三种工作模式。2) 系统应具备自动响应层楼召唤信号(含上召唤和下召唤) 。3) 具有轿厢层楼显示(二进制方式或十进制方式) 。能自动显示电梯运行方向。4) 具有电梯直驶功能和反向最远停站功能。具有消防应急处理功能。5) 电梯开门时间设为 3 秒,电梯关门时间也设定为 3 秒。6) 具有应急手动开门、关门按钮。在单台电梯控制系统的基础上进一步探讨用一台 PLC 控制多台电梯协调运行的实施方3案。(三)电梯控制系统的组成电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。1. 电梯的电力拖动部分电梯主拖动类型有直流电动机拖动、交流电动机拖动、直流 G-M(即发电机-电动机组供电)拖动、晶闸管供电(SCR-M)的直流拖动和交流双速电动机拖动、交流调压调速(AVCC)拖动、交流变频调速(VVVF)等。因直流电梯的拖动电动机有电刷和换相器,维护量较大,可靠性低,现已被交流调速电梯所取代。为了得到较好的舒适感,要求曳引电动机在选定的调速方式下,电动机的输出转矩总能达到负载转矩的要求。考虑到电压的波动、导轨不够平直造成的运动阻力增大等因素,电动机转矩还应有一定的裕度。2. 电梯的电气控制部分电气控制系统由控制柜、操纵箱、层楼指示、召唤箱及曳引电动机等几十个分散安装在电梯井道内外和各相关电梯部件中的电器元件构成。电气控制系统通过电路控制电力拖动系统工作程序,完成各种电气动作功能,保证电梯安全运行。电梯一般是由电动机来拖动的,其运行过程大多包括启动、正(反)转、停止等,这整个过程是由电气控制系统来完成。具体地说电梯的控制主要是指对电动机的起动、停止、运行方向、层楼指示、层站召唤、轿厢内指令等进行处理。其操纵是实行各个控制环节的方式和手段。电梯电气控制系统与电力拖动系统比较,变化范围比较大。当一台电梯的类别、额定载重量和额定运行速度确定后,电力拖动系统各零部件就基本确定了,而电气控制系统则有比较大的选择范围,必须根据电梯安装使用地点、乘载对象进行认真选择,才能最大限度地发挥电梯的使用效益。电气控制系统决定着电梯的性能、自动化程度和运行可靠性。随着科学技术的发展和技术引进工作的进一步开展,电气控制系统发展换代迅速。继电器控制系统的电梯故障率高,大大降低了电梯的运行可靠性和安全性,所以基本上已经被淘汰。而 PLC 以其体积小、功能强、故障率低、寿命长、噪声低、维护保养简便、修改逻辑灵活、程序容易编制,易联成控制网络等诸多优点得到了广泛的应用。三菱 FX2N PLC 在电梯控制中的应用4二、三菱 FX2N 系列可编程序控制器介绍(一)可编程控制器的基础认识1. 三菱 FX2N PLC 的主要特点: 一个程序包的单元型可编程控制器 采用装卸式端子台 内装 RUN/STOP 开关 程序存储器 钟表功能 RUN 写入 元件注解 利用键盘保护程序(编程手册,外围设备手册) 丰富的输出入扩展设备 丰富的特殊扩展设备 用 SFC 表现的编程 简便的应用指令群 高速处理2. PLC 的性能指标和分类1) PLC 的主要性能指标 输入/输出点数(I/O 点数)I/O 点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子数的总和。它标志着可以接多少个开关、按钮和可以控制多少个负载。 存储容量存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容量,一般以步为单位,二进制 16 位即一个字为一步。 扫描速度一般以执行 1000 步指令所需时间来衡量,单位为 ms/k 步,也有以执行一步指令所需5时间来计算的,单位用 µs/步。 功能扩展能力可编程序控制器除了主模块之外,通常都可配备一些可扩展模块,以适应各种特殊应用的需要,如 A/D 模块、D/A 模块、位置控制模块等。 指令系统指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和,它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指标。2) PLC 的分类通常,PLC 产品可按结构形式、控制规模等进行分类。按结构形式不同, 可以分为整体式和模块式两类。按控制规模大小、则可以分为小型、中型和大型 PLC 三种类型。3. PLC 系统的组成PLC 是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置,其硬件结构与微型计算机控制系统相似。PLC 也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。1) PLC 的硬件结构一套 PLC 系统在硬件上由基本单元(包含中央处理单元、存储器、输入/输出接口、内部电源) 、I/O 扩展单元及外部设备组成。图 2-1 为 PLC 的硬件结构图。图 2-1 PLC 的硬件结构图图 2-2 为三菱 FX2N 小型 PLC 产品主机示意图。本课题中 FX2N-48MR 为基本单元,带有 48 个 I/O 点(24 入、24 出),M 表示主机、R 表示该单元为继电器输出型。2) PLC 的软件PLC 的软件系统指 PLC 所使用的各种程序的集合,它由系统程序(系统软件)和用户输入电路CPU EPROM RAM输出电路基本单元内部电源 扩展I/O接口各种外设接口输出信号现场输入信号主机编程器打印机…PC 机…输入电路输出电路扩展单元… 输出信号扩展连接电缆至其他扩展单元……现场输入信号三菱 FX2N PLC 在电梯控制中的应用6程序(应用软件)组成。系统程序:包括监控程序、输入译码程序及诊断程序等。用户程序是用户根据控制要求,用 PLC 的编程语言(如梯形图)编制的应用程序。图 2-2 三菱 FX2N 小型 PLC 产品主机示意 图(二)可编程序控制器的工作方式及编程语言1. PLC 的工作方式1) PLC 的扫描工作方式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NY7图 2-3 PLC 的扫描过程可编程序控制器在进入 RUN 状态之后,采用循环扫描方式工作。从第一条指令开始,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,并周而复始地重要进行。可编程序控制器工作时的扫描过程如图 2-3 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。2) 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,如图 2-4 所示。图 2-4 PLC 的程序执行过程3) 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。4) 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。2. PLC 的编程语言PLC 的编程语言有梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。其中前两种语言用得较多,顺序功能图语言也在许多场合被采用。本课题所采用的编程语言为梯形图语言。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①② ③ ④ ⑤三菱 FX2N PLC 在电梯控制中的应用8(三)可编程序控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较在电梯的电气系统中,逻辑判断起着主要的作用,其控制系统必须起动各种控制信号和执行元件(如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子器件等) ,要达到这些控制目的,其方法有:1. 继电器—接触器控制系统这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。优点:与其它控制系统比较,其简单、易于理解和掌握、价格便宜。缺点:动合触点易磨损,且电接触不良;体积大;控制系统耗能大、动作噪声大;维修保养工作量大、费用高。因此这种控制系统仅用于速度不高、性能要求也不高的电梯中。2. 微机控制系统电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成,而是通过程序存贮器中的程序来完成的控制系统。因此对于有不同功能要求的电梯控制系统,只要改变程序存贮器中的程序指令即可,而无需变更或增减硬件系统的元件或布线。因此,十分方便于使用和管理,并提高系统的可靠性,减小控制系统体积,降低了能耗及其维修保养费用。虽然微机控制的电梯,与继电器控制的电梯比较,它具有较大的优越性。但是,对一般的电梯而言,应用微机控制也有其局限性和不足之处。其缺点是:微型计算机是按数字运算的需要而设计的,功能比较齐全,结构比较复杂;而一般的电梯控制只需要进行简单的逻辑运算,运算方式多为“与”、 “或” 、 “非”几种,运算位数只需 1 位,即“1”与“0” 。因此,使用微机就有“大材小用”之嫌。此外,微机的接口电路没有标准件,而且一般不控制强电。但在电梯控制中,往往要求能直接控制 110V 或 220V 的用电设备,如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。综上所述,造成用微机控制的成本、运行和维修费用均较高,因此,如在一般的电梯上使用微机控制在经济上不合算。3. PLC 控制系统PLC 充分利用了微型计算机的原理和技术,保留计算机控制的优点,而克服了它的缺点。它具有强大的生命力,各工业部分纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路,取得了明显的效果。总之,PLC 是采用微机技术制造的通用自动控制设备,它能控制开关量、模拟量、具
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