毕业设计(论文)plc在自动扶梯上的应用的论文.doc
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1、第一章 绪论一、 选题背景自动扶梯作为一种可以连续运行的客运工具,目前正广泛应用在地铁、机场、商场等客流量较大的场所。自动扶梯不仅具有运载乘客的实用性,同时以其艺术装饰性受到人们的普遍重视。现在扶梯、电梯成为人类不可缺少的交通运输工具。在过去扶梯拖动的控制普遍采用传统继电器控制方式,这种电器控制原理比较简单、直观。但继电器控制方式固有的缺点,如控制烦琐、布线杂多、占用空间大、故障率高、不易检修等。再加上继电器控制回路触点较多,造成接线比较复杂,运行故障比较多,排除故障比较困难,还受到线路控制的局限性,继电器控制方式难以实现许多附加的先进功能。随着扶梯的自动化及安全性能逐渐的提高,而自动扶梯控制
2、系统还采用传统的继电器控制已不能满足高性能的要求。因此,在自动扶梯的控制中需要采用新的控制方式。二、 自动扶梯简述自动扶梯是带有循环运动梯路向上、下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。它是由一台特种结构型式的胶带输送机组合而成的,用在建筑物的不同高度间运载人员的一种连续输送的机械设置。自动扶梯不仅具有运载乘客的实用性,同时以其艺术装饰性受到人们的普遍重视,广泛应用在地铁、机场、商场等客流量较大的场所。(一) 自动扶梯的基本参数1. 倾斜角定义:梯级运行方向与水平面的夹角称为倾斜角,用表示。一般倾斜角按国家标准规定:自动扶梯为30o或35o两挡。越大,则空间位置较为省略,可降低制造费用和建筑造价费用
3、,为确保安全运行,若提升高度超过6m,则选取倾斜角为30o。2. 额定速度定义:额定速度是指在空载时,梯级在运行方向上的速度,用v表示,单位m/s。额定速度是自动扶梯的一个重要参数,决定着自动扶梯的输送能力。从输送能力考虑,则速度越高越好,但安全性较差。若从安全性考虑,则速度越慢越好。由此,国家标准规定:当倾斜角为35o速度为0.450.5m/s。倾斜角30o时,速度为0.50.55m/s。若提升高度较高时,可以适当提高运行速度,这样对降低乘客的停留时间较为有利。3. 理论的运输能力定义:在单位时间内(1h)运送乘客的人次,用Q表示,单位为人/h。表 1梯级名义宽度 (m)额定速度(m/s)0
4、.50.650.750.64500人/h5850人/h6750人/h0.86750人/h8775人/h10125人/h0.75900人/h11700人/h13500人/h4. 技术性能指标根据GB16899-1997自动扶梯和自动人行道的制造和安装安全规范,空载和有载向下运行的制停距离应在下列范围之内:表 2额定速度(m/s)制停距离范围(m)0.500.20-000.650.30-300.750.35-50(二) 主要优缺点用自动扶梯输送乘客有如下优点:1. 输送能力大,且与提高高度无关;2. 运送客流量均匀,能连续地输送乘客;3. 可以逆转,即向上或向下运转;4. 当停电或因故障不能运行时
5、,可作为普通扶梯使用。但也存在一些缺点:1. 结构上有水平段,因此有附加能量损失;2. 对于自动扶梯,当提升高度较大时乘客的乘运时间较长;3. 水平面积大,由于扶梯有较大的水平位移,要多消耗一些能量,在建筑上要占较大的面积,造价较高。三、 自动扶梯的PLC控制简述随着扶梯的自动化及安全性能逐渐的提高,而自动扶梯控制系统还采用传统的继电器控制已不能满足高性能的要求。由于可编程控制器具有体积相对小,性能价格比高,编程方便等优点。可以通过数字或模拟的输入/输出,完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能,来控制扶梯运行。因此, PLC(即可编程控制器)在控制领域内得到十分广泛地应用。 采用P
6、LC 作为控制核心,自动扶梯的电气系统一般分主回路(MAIN)、控制回路(PLC)和显示回路三大部分。可以实现Y/起动、正常起动、检修运行、梯级安全监控、故障数字显示等功能。第二章 PLC可编程控制器的简介及应用一、 PLC可编程控制器的性能特点PLC的诞生给工业控制带来了一次革命性的飞跃,与继电器、微机控制相比,PLC有它独特之处。(一) 灵活、通用在继电器控制系统中,使用的控制器是大量的继电器,整个系统是根据设计好的电气控制图,有人工通过布线、焊接、固定等手段组装完成的,其过程费时费力。如果因为工艺上的稍许变化,需要改变电气控制系统的话,那么原先的整个电气控制系统将被全部拆除。可编程控制采
7、用存储器中的程序实现控制功能,如果控制功能需要改变的话,只需要修改程序以及改动少量的接线即可。(二) 可靠性高抗干扰能力强对工业控制器件来讲,可靠性是一个非常重要的指标,如何能在各种恶劣的工业环境和条件下,平稳、可靠地工作,将故障率降至最低,是研制每一种控制器必须考虑的问题。PLC的研制者在这一方面采取了许多有利的措施,使PLC具有很高的可靠性和抗干扰能力,因此被称为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机”。首先,PLC采用的是微电子技术,大量的开关动作是有无触点的半导体电路来完成的,因此不会出现继电器控制系统中的接线老化、脱焊、触点电弧等现象,提高了可靠性。另外,PLC还在硬件和软件两方面采
8、取了以下主要措施来提高其可靠性。1. 硬件措施对电源变压器、CPU、编程器等主要部件,均采用严格措施进行屏蔽,以防外界干扰;对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波;在CPU与I/O电路之间,采用光电隔离措施,有效地隔离了内部电路与I/O间电的联系,减少故障和误动作;采用模块式结构,这种结构有助于在故障情况下短时修复。因为一旦查出某一模块出现故障就能迅速更换,使系统恢复正常工作。2. 软件措施监控程序定期地检测外界环境,如掉电、欠电压、后备电池电压过低及强干扰信号等,以便及时进行处理。当检测到故障时,立即把现状状态存入存储器,并对存储器进行封闭,禁止对存储器的任何操作,以防存储信息被冲掉。这样,
9、一旦检测到外界环境正常后,便可恢复到故障发生前的状态,继续原来的程序工作。设置监视定时器WDT,如果程序每次循环执行时间超过了WDT规定的时间,表明程序进入死循环,立即报警。加强对程序的检查和校验,一旦程序有错,立即报警,并停止执行。对用户程序及动态数据进行电池后备,停电时利用后备电池供电,保证信息不丢失。(三) 编程简单、使用方便用微机实现控制,使用的是汇编语言,难于掌握,要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件的知识。而PLC采用面向控制过程,面向问题的“自然语言”编程,容易掌握。(四) 接线简单PLC的接线只需将输入设备与PLC输入端子连接,将输入设备与PLC输出端子连接。接线工具仅为螺
10、丝刀,接线工作极其简单、工作量极少。(五) 功能强现代PLC不仅具有条件控制、记时、记数、步进等控制功能,而且还能完成A/D、D/A转换、数字运算、数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此,它既可对开关量进行控制,又可以对模拟量进行控制;既可控制一台单机、一条生产线,又可控制一个机群,多条生产线;既可现场控制,又可远距离控制;既可控制简单系统,又可控制复杂系统。(六) 体积小、重量轻、易于实现机电一体化由于PLC采用半导体集成电路,因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且由于PLC是专为工业控制而设计的专用计算机,其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧,并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力,使之易于装
11、入机械设备内部,因而成为实现机电一体化十分理想的控制设备。二、 PLC的结构和工作原理(一) PLC的结构PLC有中央处理单元(CPU),存储器,I/O接口和系统总线四大部分组成。CPU是PLC的核心,能够识别用户按照特定的格式输入的各种指令。根据当前的现场的I/O信号的状态,发出相应的控制指令完成预定的控制任务。存储器是存放系统程序和用户程序的。输入/输出通道是PLC和外界交换信息的通道。使用可编程控制器是通过I/O接口电路来实现的。可编程控制器的I/O接口电路对外体现为其输入模块和输出模块的各类接口端子,有编程器的接口、存储器接口、扩展接口、特殊模块接口和通信接口。1.模拟量输入通道(AI
12、)由传感器测出的电信号,如温度、压力、压差、应力、位移、速度等。2.模拟量的输出通道(AD)在被控对象的某些参数时,往往会需要输出连续变化的模拟信号来驱动执行机构进行调节。如在控制各种直行程或角行程电动执行机构的行程,通过调速装置控制各种电动机的转速,或通过电气转换器或电-液装置控制各种电气或液动执行机构等。3.开关量输入通道(SI)用来输入各种限位开关、继电器或电磁阀门的启开状态。各种开关及手动操作按钮的开关状态等。输入信号一般为0-24V或0-5V直流电压信号,但有时也可输入交流电压信号。4.开关量输出通道(SO)用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声/光报警器等。一般有继电器输出、晶体管输
13、出和晶闸管输出等多种形式。(二) 工作原理PLC控制的等效电路由三部分组成:1. 输入部分接收操作指令或接收被控对象的各种状态信息。PLC的每一个输入点对应一个内部输入继电器,当输入点与输入COM端接通时,输入继电器线圈通电,它的常开触点闭合、常闭触点断开。控制部分:这一部分是用户编制的控制程序,通常用梯形图的形式表示,控制程序放在PLC的用户程序存储器中。系统运行时,PLC依次读取用户程序存储器中的程序语句,对它们的内容进行解释并加以执行,有需要输出的结果则送到PLC的输出端子,以控制外部负载的工作。2. 输出部分根据程序执行的结果直接驱动负载。在PLC内部有多个输出继电器,每个输出继电器对
14、应输出端的一个硬触点,当程序执行的结果使继电器线圈通电时,对应的硬输出触点闭合,控制外部负载的动作。3. 梯形图梯形图是从继电器控制电路的原理图演变而来的。PLC内部的继电器并不是实际的硬继电器,每个继电器是PLC内部存储单元的一位,因此称为“软继电器”。梯形图是由这些“软继电器”组成的控制线路,但它们并不是真正的物理连接,而是逻辑关系上的连接,称为“软继电器”。当存储单元的某位状态为1时,相当于某个继电器线圈得电。当该位状态为0时,相当该继电器线圈断电。软继电器的常开触点可以在程序中使用无数多次。PLC为用户提供的继电器一般有:输入继电器、输出继电器、辅助继电器、特殊继电器、移位寄存器、定时
15、器/计数器等。其中,输入、输出继电器一般与外部输入、输出设备两、相连接,而其它继电器与外部设备没有直接联系。三、 PLC控制系统的应用领域(一) 开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制是PLC的最基本控制功能。所控制的逻辑可以是各种各样的,如时序的、组合的、延时的、记数的、不记数的等等。控制的输入、输出点数可以不受到限制。少则十点、几十点,多则成千上万的点,并可通过联网来实现控制。(二) 模拟量的闭环控制PLC具有A/D、D/A转换及算术运算等功能,因此可以实现模拟量控制。有的PLC还具有PID控制或模糊控制的功能,一些公司的小型机也具有这种功能。(三) 数字量的智能控制利用PLC能接受和输出高速脉
16、冲的功能,在配备相应的传感器或脉冲伺服装置就能实现数字量的智能控制。较高级的还专门开发了位控单元模块、运动单元模块等,实现曲线插补。新开发的运动单元,还认识数控技术的编程语言,为PLC进行数字量控制提供了方便。(四) 数据采集与监控PLC在控制现场实行控制,把现场的数据实时显示出来或采集保存下来,供进一步分析研究。较普遍使用的是PLC加上触摸屏,可随时观察采集下来的数据及统计分析结果。利用PLC自检信号多的特点实现自诊断式的监控,减少系统的故障,提高累计平均无故障运行时间,同时可减低故障修复时间,提高系统的可靠性。(五) 通信联网及集散控制PLC的通信联网能力很强。除了PLC与PLC之间通信和
17、联网以外,PLC还可以与计算机进行通信和联网,有计算机来实现对其编程和管理。PLC也能与智能仪表、智能执行装置进行通信和联网,互相交换数据并实施对其的控制。利用PLC的强大的通信联网功能,把PLC分布到控制现场,并实现各站间的通信,上、下层间的通信,达到分散控制、集中管理,即构成了现在的PCS系统。四、 PLC应用系统的设计步骤1. 深入了解控制要求,确定控制的操作方式(手动、自动、连续、单周期、单步等),应完成的动作(动作顺序、动作条件、必须的保护和联锁等)。2. 根据控制要求确定所需的信号输入元件、输出执行元件,据此确定PLC的I/O点数。3. 根据I/O点数及控制的其它要求(如特殊功能等
18、),选定PLC型号。4. 进行I/O点的分配,绘制PLC外部接线图,设计控制系统的主电路。5. 设计PLC控制程序。6. 利用输入信号开关板模拟现场信号,对PLC控制程序进行模拟调试。五、 欧姆龙(OMRON)CMP1A系列PLC系统的简介欧姆龙(OMRON)公司是日本生产PLC的主要企业之一,其PLC产品广泛地应用与工业生产的各个领域。如过程控制、机械加工、食品与包装等。OMRON公司生产的PLC有小型、中型和大型三大类多个型号。欧姆龙(OMRON)SYSMAC系列超小型机有CPM1A系列和CQM1系列两种。其中,CPM1A系列最适合在各种机器或控制柜上进行单机配套,其特点是:具备10点到4
19、0点的CPU单元与扩展I/O单元并用,可使I/O点数扩展到100点。编程环境与CQM1与SYSMAC2等上位机一致,依靠SYSMAC支持软件(中文版)进行编程,其操作环境也一致。可利用可编程终端进行编程,通过选择通信使配器可进行上位链接或NT链接。若与PT进行高速通信,可利用PT直接从屏幕上对CPM1A编程。同时可靠性也可得到了提高,袖珍型的机体汇集了各种功能,丰富的程序容量(用户存储器为2048B,数据存储器为1024B)及指令用语(基本指令14条,应用指令77条)使得复杂的控制也能轻松完成,可实现高速处理。即使程序容量增加也能进行高速扫描。而且由于具备了中断输入,脉冲锁存功能,对于不能扫描
20、的高速脉冲也可应处理。特点:其结构紧凑、功能强,具有很高的性能价格比,在小规模控制中获得广泛的应用。 PLC 有应用的局限性,比如说输入输出对电压的要求,价格高等。欧姆龙CMP1A系列小型PLC具有逻辑控制功能,可现场编程,有输入输出功能的单元来实现自动扶梯系统的核心控制,能满足系统的控制要求,价格还低。故在设计自动扶梯控制柜中采用欧姆龙(OMRON)CMP1A系列PLC 为控制核心。 (一) 主机的规格CMP1A系列PLC的主机接I/O点数分,有10点,20点,30点,40点4种。按使用电源的类型分,有AC型和DC型2种。按输出方式分,有继电器输出型和晶体管输出型2种。(二) 主机的面板结构
21、1. 电源输入端子 AC电源型的主机,其电源电压为AC110V-240V,DC电源的主机,其电源电压为DC24V。2. 功能接地端子AC电源型的主机,其电源电压为AC100V-240V;DC电源型的主机,其电源电压为DC24V。3. 功能接地端子(仅AC电源型) 在有严重噪声干扰时,功能接地端子必须接地。它和保护接地端子可连在一起接地。4. 保护接地端子 为了防止触电,保护接地端子务必接地。5. 输入端子 输入端子用于连接输入设备,输入电源为DC24V。6. 输入LED 输入端子触点ON时,LED灯亮;输入端子触点OFF时,LED灯灭。7. 扩展连接器 只有I/O点数为30点或40点的主机有此
22、连接器,用于连接各种扩展单元,最多能连接3台。8. 工作状态显示 LED POWER(绿)指示灯是电源指示灯,电源接通则亮,电源切断则灭;RUN(绿)指示灯,灯亮表示PLC处于运行/监视模式,灯灭表示PLC处于编程模式或处于停止异常过程中;ERPOR/ALARM(红)指示灯,灯亮表示发生故障,灯闪烁表示发出警告,灯灭说明工作正常;COMM(橙)指示灯,灯亮表示PLC与外设端口正在通信,否则灯灭。9. 输出 LED 输出端子触点ON时,LED灯亮;输出端子触点OFF时,LED灯灭。输出端子:输出端子用于连接输出电路时,电压可为DC24V或AC24V,视负载而定。PLC的I/O点数不同,输入输出端
23、子数量也不同。10. 输出DC24V电源端子 DC24V电源端子(仅AC电源型)对外部提供DC24V电源,可作为输入设备或现场传感器的电源。11. 外设端口 用于连接编程工具或RS232C或RS422通信适配器,根据需要而定。12. 模拟设定电位器 共2个,可将0-200值送入CH250或CH251,用于定时器/计数器模拟设定。(三) I/O扩展单元CPM1A系列PLC的I/O扩展单元有3种类型,7种规格。表 3 CPM1A系列PLC 20点型的I/O扩展单元类型型号输出形式20点型 输入:12点输出: 8点CPM1A-20CDR-A继电器第三章 自动扶梯的电气系统简介一、 控制方式的选择自动
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