基于plc與變頻器控制的扶梯設計學士畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 控制系統。下面將著重向大家介紹三種控制系統的優劣區別比較及本課題選用變頻控制系統的特色。 繼電氣控制系統 繼電器控制系統的組成：控制系統（輸入回路），被控系統（輸出回路）。 繼電器控制系統 利用具有繼電特性的元件進行控制的 自動 控制系統 。所謂繼電特性是指在輸入信號作用下輸出僅為通、斷等幾個狀態的特性。繼電控制也稱通斷控制。例如，電爐溫度調節中根據爐溫是否超過規定值而斷開或接通電源。這種只有通、斷兩個狀態的控制又稱雙位式控制。對于繼電控制型 伺服系統 ，繼電控制是指驅動電源的全部電壓按照控制偏差值符號的正 或 負，正向或反向地加到執行電動機上。為避免正反 方 向之間的持續振蕩，在正向和反向之間常設置一個死區。繼電控制中使用的元件并不限于電磁式繼電器，也可用別的手段來實現繼電特性。例如，在雙位式溫度調節中，常采用雙金屬片作為敏感元件，溫度變化時雙金屬片因兩部分金屬的膨脹系數不同而彎曲變形，接通或斷開觸點。其他如液壓和氣動閥等也是具有繼電特性的元件。繼電控制系統的主要分析方法有相平面法和 描述函數法 。 繼電控制系統的優缺 點 繼電控制系統的主要優點是控制裝置比較簡單。對于同樣的功率，繼電控制裝置的重量和體積在各類控制系統中幾乎是最小的， 其 具有動作快、工作穩定、 5 使用壽命長、體積小等優點，廣泛應用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。 但 現在由于扶梯自動化及安全性能的逐步提高，仍采用傳統的繼電器控制方式已不能滿足更高性能的要求，另外由于繼電器控制方式的固有缺點，如：控制煩瑣、布線雜多、占用空間大、故障率高、不易檢修等缺點，因此隨著電子邏輯器件、大規模集成電路的出現；諸如像單片機、 PLC 在控制系統上的應用也越來越多。 尤其是變頻調速系統在使用節能、高科技、智能化方面得到了進一步的提高，被廣泛應用。 PLC 控制系統 現今 自動扶梯 的使用越來越 高技術含量、高可靠性、高品質、安全、舒適的方向發展。以繼電器為控制系統的自動扶梯已逐漸受到高技術要求的沖擊。總之，技術含量高，物超所值的產品將越來越被消費者所青睞。 PLC 控制的自動扶梯系統以其可靠性好、穩定性好、編程簡單、使用方便、維護檢修方便等顯著優點，加上現今逐漸時興電腦化控制的電氣設備， PLC 控制的自動扶梯正好迎合了人們的心態，與市場需求緊密相連。與繼電器比較： PLC 控制系統結構緊湊，體積小；PLC 內部全為“軟接點”，動作快； PLC 控制功能改變，一般僅修程序即可，極其方便； PLC 控制系統的設計、施工與調試比繼電接觸控制系統周期短； PLC 控制的自檢和監控功能比繼電接觸控制的強； PLC 的適用范圍比繼電接觸控制的廣泛； PLC 可靠性比繼電接觸控制的高。 但 PLC 有其應用的局限性，比如說輸入輸出對電源電壓的要求、價格高等因素，因此在自動扶梯的控制上采用 PLC 并不是最理想的 變頻調速系統 80 年代末，交流電機的變頻調速技術迅速發展成為一項成熟的技術，它將供給交流電機的工頻交流電源經過二極管交流變成直流，再逆變成頻率可調的交流電源，以此電源拖動電機在變速狀態下運行，并自動適應變負荷的條件。它改變了傳統工業中電機啟動后只能以額定功率、定轉速的單一運行方式，從而達到 6 節能目的。現代變頻調速技術應用于電力水泵供水系統中，較為傳統的運行方式是可節電 40%60%,節水 15%30%。 由于變頻調速具有調速的機械特性好，效率高，調速范圍寬，精度高，調整特性曲線平分，可以實現連續的、平穩的調速，體積小、維護簡單 方便、自動化水平高等一系列突出的優點而倍受人們的青睞。尤其當它應用于風機、水泵等大容量負載時，可以獲得其它調速方式無法比擬的節能效果。變頻調速系統主要設備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流 直流 交流變頻器和交流 交流變頻器兩大類，目前國內大都使用交 直 交變頻器。 方案選定 變頻控制系統是集現代變頻調速技術、 PLC 技術、監控技術和計算機技術為一體的控制系統。系統采用變頻器、可編程控制器（ PLC）等現代控制技術，對自動扶梯進行閉環控制，具有手動、自動操作方式。 該系統還配有完善的故障自診斷、故障檢修手動工作方式等功能，使維修工作十分輕松快捷。由于控制回路與負載回路之間是通過中間繼電器實現電隔離和信號耦合的，因此系統的抗干擾能力強。 隨著自動扶梯進一步向著高科技、節能、智能化的方向發展，變頻器在扶梯領域也被廣泛地應用。應用變頻器和可編程控制器（ PLC）構成變頻調速系統對傳統扶梯進行節能改造，能夠有效節約能源，降低運行成本。 傳統的控制方式都有各自的缺 點，都造成了很明顯的能源浪費。本 文在 PLC控制系統的基礎上再加上變頻器，使自動扶梯的速度可調。自動扶梯通過變頻器起動以 后，以額定速度（ ）運行，在系統設定的時間 2 分鐘內，若沒有檢測到有人進入扶梯，則 2 分鐘后扶梯經過變頻器調節頻率使扶梯以五分之一額定速度（ ）運行（不讓扶梯停止是為了提示乘客乘梯的方向，以免人們誤以為電梯壞了）；如變頻器故障，則自動扶梯可由變頻轉換到工頻狀態運行（不節能狀態），以保證自動扶梯正常工作。 7 第三章 控制系統的組成及硬件選擇 控制系統的組成 光電信號檢測安全信號檢測運行狀態檢測PLC運行故障指示變頻器MT3~電機 電 源 圖 控制系統框 該系統主要由以下幾部分組成：電源、 PLC、變頻器等。 PLC 是控制系統的核心， PLC 根據輸入的光電信號是否有效確定高速運行指令的輸出，變頻器根據PLC 的高速運行指令控制扶梯的運行速度，完成扶梯的快慢及快慢停循環運行。 硬件的選擇 可編程控制器的選擇 可編程控制器簡介 一 .可編程控制器的定義 可編程控制器，簡稱 PLC（ Programmable logic Controller） ,是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。其結構如下圖 8 電源輸出模塊輸入模塊控制信號現場信號存儲器EP ROM RAM中央處理單元（ CPU ） 圖 PLC 結構 二 .PLC 的特點 1 可靠性高，抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。 PLC 由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的 F 系列 PLC 平均無故障時間高達 30 萬小時。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時間則更長。從 PLC 的機外電路來說，使用 PLC 構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發 出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除 PLC 以外的電路 3 及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統具有極高的可靠性也就不奇怪了。 2 配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代 PLC 大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現，使PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業控制中。加上 PLC 通信能力的增強及人機界面技 術的發展，使用 PLC 組成各種控制系統變得非常容易。 3 易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC 作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用 PLC 的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器 9 電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門。 4 系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。 5 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。 三菱 FX2N 系列 PLC 目前市場上的 PLC 種類繁多，三菱的 FX2N 系列 PLC 適用于各行各業、各種場合中的檢測、監測及控制的自動化。 FX2N 系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。由于它緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的 價格、豐富的 功能模塊以及 強大的指令系 統，使得 FX2N PLC 可以近乎 完美地滿足小 規模的控制要求。 FX2N PLC 的電源電壓有 AC100V～ 240V 和 DC24V 兩種。它的輸入列型有 DC 輸入型（ DC24 7mA/5mA 無電壓觸電或者 NPN 開集電極晶體管輸入）、 AC輸入型（ AC100～ 120V AC 電壓輸入）、內置 24V、 400mA 直流電源可用于 外圍設備，如傳感器或其它元件。輸出類型有晶體管（ DC）、繼電器（ DC/AC）、可控硅（ AC）三種輸出方式。因為采用了優良的可維護斷開端子塊，即使接著電纜也可以更換單元。在所有的 FX2N PLC 中都有實時時鐘標準，時間按設置和比較指令 10 易于操作，小時表功能對過程跟蹤和機器維護提供了有價值的信息。持續掃描功能為應用所需求的持續掃描時間定義操作周期。輸入濾波器調節功能可以用輸入濾波器平整輸入信號（在基本單元中 X000 到 XO17）。原建筑界可以記錄在程序儲存器中。在線程序編輯在不影響設備正常運行的情況下可在線修改程序 。面板上 RUN/STOP（運行 /停止）開關易于操作，可指定輸入點控制 CPU 的運行 /停止。編程軟件可以通過調制解調器撥號通訊來監控、修改、上載和下載程序，進行PLC 故障診斷。 主要特點：較高的可靠性；豐富的指令集；豐富的內置集成功能；實時特性強和強大的通信能力。 該系統選用 FX2N48MR PLC。本機集成 24 輸入 /24 輸出， I/O 共計 48 點，它程序存儲容量較大，通信能力大大增強。它可用于點數較多、要求較高的小型或中型控制系統。 FX2N 性能規格 項目 規格 備注 運轉控制方式 通過儲存的程序周期運轉 I/O 控制方式 批次處理方法 （當執行 END 指令時） I/O 指令可以刷新 運轉處理時間 基本指令： S/指令 應用指令： 至幾百μ S/指令 編輯語言 邏輯梯形圖和指令清單 使用步進梯形圖能生成SFC 類型程序 程序容量 8000 步內置 使用附加寄存盒可擴展到 16000 步 指令數目 基本指令： 27 步進指令： 2 應用指令： 128 最大可用 298 條應用指令 I/O 配置 最大硬體 I/O 配置點 256，依賴于用戶的選擇 （最大軟件可設定地址輸入 25輸出 256） 輔助繼電器 一般 500 點 M0 至 M499 11 （ M 線圈） 鎖定 2572 點 M500 至 M3071 特殊 256 點 M8000 至 M8255 狀態繼電器（ S 線圈） 一般 490 點 S0 至 S499 鎖定 400 點 S500 至 S899 初始 10 點 S0 至 S9 信號報警 100 點 S900 至 S999 定時器（ T） 100 毫秒 范圍： 0 至 秒 200 點 T0 至 T199 10 毫秒 范圍： 0 至 秒 46 點 T200 至 T245 1 毫秒保持型 范圍： 0 至 秒 4 點 T246 至 T249 100 毫秒 范圍： 0 至 秒 6 點 T250 至 T255 計數器（ C） 一般 16 位 范圍： 0 至 32767 秒 200 點 C0 至 C199 類型： 16 位上 /下計數器 鎖定 16 位 100 點（子系統） C100 至 C119 類型： 16 位上 /下計數器 一般 32 位 15 點 C200 至 C219 類型： 16 位上 /下計數器 鎖定 32 位 15 點 C220 至 C234 類型： 16 位上 /下計數器 高速計數器（ C） 單項 范圍： 2147483648 至+2147483647 一般規則：選擇組合計數頻率不大于 20KHz 的計數組合注意所有的計數器鎖定 C235 至 C240 6 點 單項 C/W起始停止輸入 C241 至 C245 5 點 雙相 C200 至 C219 A/B 相 C200 至 C219 12 數據寄存器（ D） 一般