课程设计论文基于PLC的电梯自动控制系统设计.doc
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1、 基于PLC的电梯自动控制系统设计摘 要随着现代城市的发展,高层建筑日益增多,电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著,因此必须努力提高电梯系统的性能,保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。传统的电梯控制系统采用的是继电器逻辑控制电路,这种控制易出故障,维护不便,运行寿命短,占地空间大,正逐步被淘汰。 为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率,设计了一套以PLC为核心控制器的电梯自动控制系统,用来取代以往的较复杂的继电器接触器控制。系统的核心部分(控制部分)使用了日本三菱公司生产的FX2N-80型PLC,因为在核心控制部分采用的是软件程序控制,从而在保
2、证电梯正常运行这个要求的情况下,大大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容易性,同时还克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素,取得了良好的预期效果。关键词:电梯、PLC、梯形图【Abstract】:With the development of modern cities, an increasing number of high-rise building, elevator become an indispensable means of transport of daily life. The quality of the lift performance of the impact o
3、n peoples lives becoming more and more obvious, it must strive to improve the performance of elevator systems, and ensure the operation of the lift is safe, reliable and energy efficient. The traditional elevator control system uses logic of the relay to control circuit, this kind of controls easily
4、 to be crash, maintains inconveniently, the movement life is short, and that occupying a large area of space, it being eliminated gradually. For raising the credibility of the automatic control system and the work efficiency of the equipments, design a set of take PLC as the core controller of the e
5、levator auto control system, using to replace former more complicated of after electric appliances-the contact machine control. The core part(control part) of the system used a Japanese Mitsubishi company to produce of the FX2N - 80 type PLC is the software procedure control in the core because of w
6、hat to control the part adoption, thus Be promising the elevator circulates normally under the circumstance ofwith this request, raised elevator to break down check and the convenience and easy for maintain consumedly, still overcame to move an operation some artificial interference factors bring in
7、 the meantime, obtain the good results.KEYWORDS: Elevator, PLC, Ladder Diagram15 1绪论1.1 PLC的简介1.1.1 PLC的概念 PLC即可编程控制器(Programmable logic Controller,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会(International Electrical Committee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑
8、运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。”1.1.2 PLC的发展阶段 虽然PLC 问世时间不长,但是随着微处理器的出现,大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步,PLC 也迅速发展,其发展过程大致可分三个阶段:1.早期的PLC(60 年代末70 年代中期) 早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义,其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬
9、件上以准计算机的形式出现,在I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路,存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施,以提高其抗干扰的能力。在软件编程上,采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此,早期的PLC 的性能要优于继电器控制装置,其优点包括简单易懂,便于安装,体积小,能耗低,有故障指使,能重复使用等。其中PLC 特有的编程语言梯形图一直沿用至今。 2中期的PLC(70 年代中期80 年代中后期) 在70 年代微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。美国,日本,德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC 的
10、中央处理单元(CPU)。 这样,使PLC 得功能大大增强。在软件方面,除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外,还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面,除了保持其原有的开关模块以外,还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量,使各种逻辑线圈的数量增加,还提供了一定数量的数据寄存器,使PLC 得应用范围得以扩大。 3近期的PLC(80 年代中后期至今) 进入80 年代中、后期,由于超大规模集成电路技术的迅速发展,微处理器的市场价格大幅度下跌,使得各种类型的PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高。而且,为了进一步提高PLC 的处理速度
11、,各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC 软、硬件功能发生了巨大变化。 1.1.3 PLC的组成及工作原理PLC各组成部件及作用1. CPU是PLC的核心部分。 与通用微机CPU一样,CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经中枢。其功能:(1)用扫描方式(后面介绍)接收现场输入装置的状态或数据,并存入输入映象寄存器或数据寄存器;(2)接收并存储从编程器输入的用户程序和数据;(3)诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误;(4)在PC进入运行状态后:a)执行用户程序产生相应的控制信号(从用户程序存储器中逐条读取指令,经命令解释后,按指令规定的任务产生相应的控制信
12、号,去启闭有关的控制电路)b)进行数据处理分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作,完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务c)更新输出状态输出实施控制(根据运算结果,更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容,再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容,实现输出控制、制表、打印、数据通讯等)2.存储器系统程序存储器存放系统工作程序(监控程序)、模块化应用功能子程序、命令、解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数,不能由用户直接存取。 用户程序存储器存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序,可以由用户直接存取。功能存储器(数据区)存放用户数据PC的用户存储器通常以字(16位/字)为
13、单位来表示存储容量。注意:系统程序直接关系到PC的性能,不能由用户直接存取,所以,通常PC产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量,是指用户程序存储器而言。3.I/O输入/输出部件(I/O模块:接口电路、I/O映像存储器)I/O输入/输出部件CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块,以及各种用途的I/O组件供用户选用: 输入/输出电平转换 电气隔离串/并行转换 数据传送A/D、D/A转换误码校验其他功能模块I/O模块可与CPU放在一起,也可远程放置。通常,I/O模块上还具有状态显示和I/O接线端子排。4.编程器等外部设备编程器PLC开
14、发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具作用:用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视通过键盘和显示器去检测PLC内部状态和参数通过通讯端口与CPU联系,实现与PLC的人机对话分类:简单型只能联机编程;只能用指令清单编程 智能型既可联机(Online),也可脱机(Offline)编程;可以采用指令清单(语句表)、梯形图等语言编程。常可直接以电脑作为编程器,安装相关的编程软件编程注意:编程器不直接加入现场控制运行。一台编程器可开发、监护许多台PLC的工作。其他外设:磁盘、光盘、EPROM写入器(用于固化用户程序)、打印机、图形监视系统或上位计算机等等。5.电源内部电源开关稳压电源,供内部电路使
15、用;大多数机型还可以向外提供DC24V稳压电源,为现场的开关信号、外部传感器供电。 外部电源可用一般工业电源,并备有锂电池(备用电池),使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。PLC的工作原理最初研制生产的PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置,但这两者的运行方式是不相同的: 继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式,即如果这个继电器的线圈通电或断电,该继电器所有的触点(包括其常开或常闭触点)在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。 PLC 的CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式,即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开,该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立
16、即动作,必须等扫描到该触点时才会动作。 为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异,考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms 以上,而PLC 扫描用户程序的时间一般均小于100ms,因此,PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术。这样在对于I/O 响应要求不高的场合,PLC 与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。(1)输入采样阶段在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数
17、据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。(2)用户程序执行阶段在用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即,在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化,而
18、其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形图,其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。PLC的扫描技术当PLC 投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,PLC 的CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (1) 输入采样阶段 在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O 映象
19、区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。 (2) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM 存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在
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