基于plc電梯控制系統設計-資料下載頁

【導讀】2）提高學生對文獻資料的檢索和信息處理的能力。要求運用PLC實現對電梯的控制。；3、在實驗室進行模擬調試所需的補充資料；電梯不僅僅是高層建筑罩的必備設施，在多層建筑里也是不可缺少的垂直運輸工具。電梯的控制系統已由初期的繼電控制向微機控制發展。可編程控制器由于具有可靠性高、功能強大等特點已經成為電梯微機控制系統的核心。梯，使用三菱FX2N．80MR可編程控制器，設計了電梯的控制系統。包括電梯的指層控制模

　　

【正文】 a 直流輸入電路 輸入電路中設有 RC 濾波電路，以防止由于輸入點抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤的輸入信號。濾波電路延遲時間的典型 值為 10~20ms（信號上升沿）和 20~50ms（信號下降沿），輸入電流約為 10mA，上圖 是某直流輸入模塊的內部電路和外部接線圖。本節的輸入電路和輸出電路都只畫出了一路， COM 是各路的公共點。圖中的輸入觸點直接接在公共點和輸入端（ 400 是梯形圖中輸入繼電器的編號）之間，不需要外接電源。有的可編程序控制器還可以為接近開關、 光電開關之類的傳感器提供 24V 電源。（如圖 ） 圖 b 輸入電路 當圖 中的外接觸點接通時，光電耦合器中的發光 二極管發光，光敏三極管導通，信號經內部電路傳送給 CPU 模塊。 圖 c 是交流輸入電路。光電耦合器中有兩個反并聯的發光二極管，顯示用的兩個發光二極管也是反并聯的，因此這個電路可以接收外部的交流輸入電壓。 南昌大學自考本科畢業設計 28 圖 c 交流輸入電路 5. 輸出模塊 輸出模塊的功率放大元件有大功率晶體管和磁效應管（驅動直流負載）、雙向可控硅（驅動內交流負載）和小型繼電器，后者可以驅動交流負載或直流負載。輸出電流的典型值為 ~2A，負載電源由外部現場提供。 輸出電流的額定值與負載的性質有關，但是只能驅動 100VA/22V 的電感性負載和100W 的白熾燈。額定負載電流還與溫度有關，溫度升高時額定負載電流減小，有的可編程序控制器提供了有關曲線。 輸出模塊內可能設置有熔斷器，并在模塊面板上用發光二極管顯示熔斷器的狀態。某些新式的模塊用非破壞性的電子保護電路代替熔斷器。 PLC 的選型 為了能夠更好的選型，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設計相應的控制系統。 輸入輸出（ I/O）點數的估算 I/O 點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數，再增加 10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商PLC 的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。 存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數字量 I/O 點數的 10～ 15 倍，加上模擬 I/O 點數的 100 倍，以此數為內存的總字數（ 16 位為一個字），另外再按此數的 25%考慮余量。 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 南昌大學自考本科畢業設計 29 (一 )運算功能 簡單 PLC 的運算功能包括邏輯運算、計時和計數功能；普通 PLC的運算功能還包括數據移位、比較等運算功能；較復雜運算功能有代數運算、數據傳送等；大型 PLC 中還有模擬量的 PID 運算和其他高級運算功能。隨著開放系統的出現，目前在 PLC 中都已具有通信功能，有些產品具有與下位機的通信，有些產品具有與同位機或上位機的通信，有些產品還具有與工廠或企業網進行數據通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發，合理選用所需的運算功能。大多數應用場合，只需要邏輯運算和計時計數功能，有些應用需要數據傳送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數運算，數值轉換和 PID 運算等。要顯示數據時需要譯碼和編碼等運算。 (二 )控制功能 控制功能包括 PID 控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根 據控制要求確定。 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節省存儲器容量。例如采用 PID 控制單元、高速計數器、帶速度補償的模擬單元、 ASC 碼轉換單元等。 (三 )通信功能 大中型 PLC 系統應支持多種現場總線和標準通信協議（如TCP/IP），需要時應能與工廠管理網（ TCP/IP）相連接。通信協議應符合 ISO/IEEE通信標準，應是開放的通信網絡。 PLC 系統的通信接口應包括串行和并行通信接口 （ RS2232C/422A/423/485）、 RIO通信口、工業以太網、常用 DCS 接口等；大中型 PLC 通信總線（含接口設備和電纜）應 1： 1 冗余配置，通信總線應符合國際標準，通信距離應滿足裝置實際要求。 PLC 系統的通信網絡中，上級的網絡通信速率應大于 1Mbps，通信負荷不大于 60%。PLC 系統的通信網絡主要形式有下列幾種形式： 1） PC 為主站，多臺同型號 PLC 為從站，組成簡易 PLC 網絡； 2） 1 臺 PLC 為主站，其他同型號 PLC 為從站，構成主從式PLC 網絡； 3） PLC 網絡通過特定網絡接口連接到大型 DCS 中作為 DCS 的子網； 4）專用 PLC 網絡（各廠商的專用 PLC 通信網絡）。 為減輕 CPU 通信任務，根據網絡組成的實際需要，應選擇具有不同通信功能的（如點對點、現場總線、工業以太網）通信處理器。 (四 )編程功能 PLC 的編程有離線編程和在線編程兩種，設計時應根據應用要求合理選用。 離線編程方式： PLC 和編程器公用一個 CPU，編程器在編程模式時， CPU 只為編程器提供服務，不對現場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式， CPU 對現場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統成本，但使用和調試不方便。在線編程 方式： CPU 和編程器有各自的 CPU，主機 CPU 負責現場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數據交換，編程器把在線編制的程序或數據發送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統調試和操南昌大學自考本科畢業設計 30 作方便，在大中型 PLC 中常采用。 (五 )診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對 PLC 內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。 PLC 的 診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間。 (六 )處理速度 PLC 采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應越快越好，如果信號持續時間小于掃描時間，則 PLC 將掃描不到該信號，造成信號數據的丟失。處理速度與用戶程序的長度、 CPU 處理速度、軟件質量等有關。目前， PLC 接點的響應快、速度高，每條二進制指令執行時間約 ～ ，因此能適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應滿足：小型 PLC 的掃描時間不大于 ；大中型 PLC 的掃描時 間不大于 。 機型的選擇 (一 )PLC 的類型 PLC 按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環境分為現場安裝和控制室安裝兩類；按 CPU 字長分為 1 位、 4 位、 8 位、 16 位、 32 位、 64 位等。從應用角度出發，通常可按控制功能或輸入輸出點數選型。 整體型 PLC 的 I/O 點數固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統；模塊型 PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統的 I/O點數，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統。 (二 )輸入、輸出模塊的選擇 輸入、輸出模塊的選 擇應考慮與應用要求的統一。例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，電感性低功率因數負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致。 可根據應用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應用成本。考慮是否需要擴展機架或遠程 I/O 機架等。 (三 )電源的選擇 PLC 的供 電電源，除了引進設備時同時引進 PLC 應根據產品說明書要求設計和選用外，一般 PLC 的供電電源應設計選用 220VAC 電源，與國內電網電壓一致。重要的南昌大學自考本科畢業設計 31 應用場合，應采用不間斷電源或穩壓電源供電。 如果 PLC 本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。 (四 )存儲器的選擇 由于計算機集成芯片技術的發展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求 PLC 的存儲 器容量，按 256 個 I/O 點至少選 8K 存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。 (五 )冗余功能的選擇 1．控制單元的冗余 （ 1）重要的過程單元： CPU（包括存儲器）及電源均應 1： 1 冗余。 （ 2）在需要時也可選用 PLC 硬件與熱備軟件構成的熱備冗余系統、兩重化或三重化冗余容錯系統等。 2． I/O 接口單元的冗余 （ 1）控制回路的多點 I/O 卡應冗余配置。 （ 2）重要檢測點的多點 I/O 卡可冗余配置。 （ 3）根據需要對重要的 I/O 信號，可選用兩重化或三重化的 I/O 接口單元。 (六 )經濟性的考慮 選擇 PLC 時，應考慮性能價格比。考慮經濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產品。輸入輸出點數對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當點數增加到某一數值后，相應的存儲器容量、機架、母板等也要相應增加，因此，點數的增加對 CPU 選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在估算和選用時應充分考慮，使整個控制系統有較合理的性能價格比。 FX2N 可編程序控制器簡介 FX2N 是 FX 系列中功能最強、速度最高的微型可編程序控 制器。它的基本指令執行時間高達 s 每條指令，遠遠超過了很多大型可編程序控制器。用戶存儲器容量可擴展到 16K 步，最大可擴展到每 256 個 I/O 點，有 5 種模擬量輸入 /輸出模塊、高速計數器模塊、脈沖輸出模塊、 4 種位置控制模塊、多種 RS232C/RS242/RS485串行通信模塊或功能擴展板，以及模擬定時器功能擴展板，使用特殊功能模塊和功能擴展板，可以實現模擬量控制、位置控制和聯網通信等功能。 南昌大學自考本科畢業設計 32 PLC 控制程序設計 PLC 控制系統的設計基本原則 1) 最大限度的滿足被控對象的控制要 求。 2) 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統簡單、經濟、使用和維護方便。 3) 保證控制系統安全可靠。 4) 考慮到生產的發展和工藝的改進在選擇 PLC 容量時應適當留 有余量。 PLC 提供的編程語言 1) 標準語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言，它有以下特 點； ，沿用傳統控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯等術語和一些圖形符號構成，左右的豎線稱為左右母線。 （觸點）只有常開和常閉，接點可以是 PLC 輸入點接的開關也可以是 PLC 內部繼電器的接點或 內部寄存器、計數器等的狀態。 、并聯，但線圈只能并聯不能串聯。內部繼電器、計數器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結果供 CPU 內部使用。 是按循環掃描事件，沿梯形圖先后順序執行，在同一掃描周期中的結果留在輸出狀態暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當條件使用。 2) 語句表語言，類似于匯編語言。 3)邏輯功能圖語言，沿用半導體邏輯框圖來表達，一般一個運算框表示一個功能，左邊畫輸入、右邊畫輸出。 編制 PLC 程序（梯形圖或指令代碼） 將 PLC 的 I/O 位分配給輸入輸出設備 確定系統必須完成的各項任務及其順序 南昌大學自考本科畢業設計 33 圖 3. 7. 2 P LC 編程步驟 檢查程序 有無錯誤 運行程序 有無錯誤 程序投入使用 通過 PC機、 GPC 或 FIT 輸入程序至 PLC 修改程序 調整程序 NO YES YES NO 南昌大學自考本科畢業設計 34 4 電梯控制系統的設計部分 電梯系統