畢業(yè)論文-五層電梯plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 50 參考文獻(xiàn) 中文翻譯 58 3 五層電 梯 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（三菱指令） 摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代城市中的高層建筑日益增多，電梯成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚拇焦ぞ摺６娞菪阅艿暮脡模穗姍C(jī)等硬件以外，電梯控制系統(tǒng)是其核心因素。 PLC（ Programmable logic controller） 因其簡(jiǎn)單易用、可靠性高、維修養(yǎng)護(hù)方便和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在電梯控制領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。本文以三菱 FX2N系列 PLC 為例，以五層電梯為設(shè)計(jì)對(duì)象，分別從電梯控制系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理，系統(tǒng) PLC 配置方案，PLC 軟件設(shè)計(jì)， PLC 軟件的調(diào)試仿真和電梯硬件選取等 方面，詳細(xì)的闡述了 PLC 在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，形成了以 PLC 為控制系統(tǒng)的完整的電梯模型，使電梯在更精確、更可靠、更快速的控制平臺(tái)上運(yùn)行。 關(guān)鍵詞：電梯控制， PLC，模型電梯 Abstract With the development of economy, an increasing number of highrise building in modern cities, elevator bee an indispensable means of transport of daily core of elevator’s function is control system besides hardware. PLC（ Programmable logic controller）have wide use for its many advantages,such as convenience, high reliability and antijamming. This article taking Japanese Mitsubishi FX2N series PLC for example, fifth floor elevator as the design, details the plc’s application in the elevator control system, through the reference and working mechanism of elevator control system, configuration program of PLC, software designing of PLC, emulation software of PLC and hardware choosing the elevator. This paper work out a plete model of the elevator controlled by PLC control system can make elevator running in a accurate, credible and fast way. Keyword: elevator control,PLC, model of elevator 4 第一章 緒論 第一節(jié) 可編程控制器的概念 可編程控制器簡(jiǎn)稱 PC（英文全稱 ： Programmable Controller），它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器 PMC、可編程序順序控制器 PSC、可編程序邏輯控制器 PLC（英文全稱 ： Programmable Logic Controller）和可編程序控制器 PC 幾個(gè)不同時(shí)期。為與個(gè)人計(jì)算機(jī)（ PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個(gè)老名字。 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出 ，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 第二節(jié) PLC 的應(yīng)用和發(fā)展 一、 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家， PLC 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于所有的工業(yè)部門，隨著其性能價(jià)格比的不斷提高，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。 PLC 主要用于以下方面。 （一）開關(guān)量邏輯控制 PLC 用 “與 ”、 “或 ”、 “非 ”等邏輯指令來實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進(jìn)行組合邏輯控制、定時(shí)控制與順序邏輯控制。開關(guān)量邏輯控制可以用于單臺(tái)設(shè)備，也可以用于自動(dòng)生產(chǎn)線，其應(yīng)用領(lǐng) 域已遍及各行各業(yè)，甚至深入到家庭中。 （二）運(yùn)動(dòng)控制 PLC 使用專用的指令或運(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度進(jìn)行控制，使運(yùn)動(dòng)控制與順序控制功能有機(jī)結(jié)合在一起，有的可以實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸、3 軸和多軸位置控制。 PLC 的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械，例如金屬切削機(jī)床、金屬成形機(jī)械、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 （三）閉環(huán)過程控制 閉環(huán)過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。 PLC 通過模擬量 I/O 模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量（ Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換 與 D/A 轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量實(shí)行閉環(huán) PID（比例 —積分 —微分）控制。現(xiàn)代的 PLC 一般都有 PID閉環(huán)控制功能，這一功能可以用 PID 子程序或?qū)Ｓ玫?PID 模塊來實(shí)現(xiàn)。其 PID 閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑料擠壓成形機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，以及輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 （四）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（包括四則運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、字邏輯運(yùn)算、求反、循環(huán)、移位和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算等）和數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的 參考值比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們打印制表。 5 （五）通信聯(lián)網(wǎng) PLC 的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程 I/O 之間的通信、多臺(tái) PLC 之間的通信、 PLC 與其他智能控制設(shè)備（例如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。 PLC 與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成 “集中管理、分散控制 ”的分布式控制系統(tǒng)。 二、 PLC 的發(fā)展前景 PLC 技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)和微電子的發(fā)展而迅速發(fā)展，由一位機(jī)發(fā)展到 8 位機(jī)，直到現(xiàn)在， PLC 產(chǎn)品已經(jīng)使用了 32 位高性能微處理器，而且實(shí)現(xiàn)了多通道處理。PLC 在未來將 會(huì)有更大的發(fā)展 。 從技術(shù)上看，計(jì) 算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方 向。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。 第三節(jié) PLC 的結(jié)構(gòu)及工作原理 一、 PLC 的結(jié)構(gòu) PLC 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 11 所示： 圖 11 PLC 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) （一）中央處理單元 CPU 6 CPU 是 PLC 的核心部件，由運(yùn)算器和控制器組成。主要用于：接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序；檢查編程過程是否出錯(cuò)；進(jìn)行系統(tǒng)診斷；解釋并執(zhí)行用戶程序；完成通信及外設(shè)的某些功能。 （二）存儲(chǔ)器 包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器和工 作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 （三） I/O 模塊 I/O 接口是 PLC 與外界連接的接口。輸入接口用來接收和采集輸入信號(hào)，輸出接口用來連接被控對(duì)象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等。 （四）電源模塊 用來將外部供電電源轉(zhuǎn)變成供 PLC 內(nèi)部的 CPU、存儲(chǔ)器和 I/O 接口等電路工作所需要的直流電源。 （五）編程器 編程器是 PLC 最重要的外圍設(shè)備，是 PLC 不可缺少的部分。編程器的作用是輸入和編輯用戶程序、調(diào)試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。 二、 PLC 的工作原理 （一）工作方式 圖 12 PLC 的掃描過程 PLC 有兩種工作狀態(tài)，即運(yùn)行（ RUN）狀態(tài)和停止（ STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，PLC 通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使 PLC 的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直到 PLC 停機(jī)或切換到 STOP 工作狀態(tài)。 除了執(zhí)行用戶程序外，每次循環(huán)過程中， PLC 不還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5 個(gè)階段， 如圖 12 所示。 PLC 的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為 掃描工作方式 。在工作狀態(tài)下，執(zhí)行一次上圖所示的掃描操作所需的時(shí)間 稱為 掃描周期 。其典型值為 1100ms。 7 （ 二 ） 掃描周期 在工作狀態(tài)下，執(zhí)行一次圖 2 所示的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期。其典型值為 1100ms。 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出 刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的 狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入 輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是 PLC 的真正輸出。 第四節(jié) PLC 的特點(diǎn) PLC 有許多優(yōu)點(diǎn)，其可概括為以下五點(diǎn)： 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的 1/101/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝 制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的 F 系列 PLC 平均無故障時(shí)間高達(dá) 30 萬小時(shí)。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從 PLC 的機(jī)外電路來說，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以 8 編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極 高的可靠性也就不奇怪了。 硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。 PLC 的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。 PLC 有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC 的功 能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門 。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺 寸小于 100mm，僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的 1/2~1/10。它的重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 第五節(jié) 電梯的概述 電梯是 一種以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的垂直升降機(jī)，裝有箱狀吊艙，用于多層建筑乘人或載運(yùn)貨物。也有臺(tái)階式，踏步板裝在履帶上連續(xù)運(yùn)行，俗稱自動(dòng)電梯。它具有一個(gè)轎廂，運(yùn)行在至少兩列垂直的或傾斜角小于 15176。的剛性導(dǎo)軌之間。轎廂尺寸與結(jié)構(gòu)形式便于乘客出入或裝卸貨物。習(xí)慣上不論其驅(qū)動(dòng)方式如何，將電梯作為建筑物內(nèi)垂直交通運(yùn)輸 工具的總稱。 在乘梯樓層電梯入口處，根據(jù)自己上行或下行的需要，按上方向或下方向箭頭按鈕，只要按鈕上的燈亮，就說明你的呼叫已被記錄，只要等待電梯到來即可。 9 電梯到達(dá)開門后，先讓轎廂內(nèi)人員走出電梯，然后呼梯者再進(jìn)入電梯轎廂。進(jìn)入轎廂后，根據(jù)你需要到達(dá)的樓層，按下轎廂內(nèi)操縱盤上相應(yīng)的數(shù)字按鈕。同樣，只要該按鈕燈亮，則說明你的選層已被記錄；此時(shí)不用進(jìn)行其他任何操作，只要等電梯到達(dá)你的目的層停靠即可。電梯行駛到你的目的層后會(huì)自動(dòng)開門，此時(shí)按順序走出電梯即結(jié)束了一個(gè)乘梯過程。 第六節(jié) 電梯的分類 一般 根據(jù)建筑的高度 、用途及客流量（或物流量）的不同，而設(shè)置不同類型的電梯。目前電梯的基本分類方法大致如下。 按用途分類 乘客電梯，為運(yùn)送乘客設(shè)計(jì)的電梯，要求有完善的安全設(shè)施。 載貨電梯，主要為運(yùn)送貨物而設(shè)計(jì)，通常有人伴隨的電梯。 醫(yī)用電梯，為運(yùn)送病床、擔(dān)架、醫(yī)用車而設(shè)計(jì)的電梯，轎廂長(zhǎng)而窄。 雜物電梯，供圖書館、辦公樓、飯店運(yùn)送圖書、文件、食品等設(shè)計(jì)的電梯。 觀光電梯，轎廂壁透明，供乘客觀光用的電梯。 車輛電梯，用作裝運(yùn)車輛的電梯。 船舶電梯，船舶上使用的電梯。 建筑施工電梯，建筑施工與維修用的電梯。 其它類型的電梯，除上 述常用電梯外，還有些特殊用途的電梯，如冷庫電梯、防爆電梯、礦井電梯、電站電梯、消防員用電梯等。 按驅(qū)動(dòng)方式分類 交流電梯，用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力的電梯。根據(jù)拖動(dòng)方式又可分為交流單速、交流雙速、交流調(diào)壓調(diào)速、交流變壓變頻調(diào)速等。 直流電梯，用直流電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力的電梯。這類電梯的額定速度一般在 2.00m/s 以上。 液壓電梯，一般利用電動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)液體流動(dòng)，由柱塞使轎廂升降的電梯。 齒輪齒條電梯，將導(dǎo)軌加工成齒條，轎廂裝上與齒條嚙合的齒輪，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)使轎廂升降的電梯。 螺桿式電梯，將直頂式電梯 的柱塞加工成矩形螺紋，再將帶有推力軸承的大螺母安裝于油缸頂，然后通過電機(jī)經(jīng)減速機(jī)（或皮帶）帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，從而使螺桿頂升轎廂上升或下降的電梯。 按速度分類 電梯無嚴(yán)格的速度分類，我國習(xí)慣上按下述方法分類 ： 低速梯，常指低于 。 中速梯，常指速度在 ～ 。