三層提升機PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、JINHUA COLLEGE OF PROFESSION AND TECHNOLOGY畢業(yè)教學環(huán)節(jié)成果（2010）題 目 三層提升機PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 學 院 專 業(yè) 班 級 學 號 姓 名 指導教師 目錄摘 要1英文摘要2引 言31 三層提升機控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)41.1 三層提升機結(jié)構(gòu)示意圖41.2工作過程分析42 三層提升機控制系統(tǒng)的要求53 控制方案的選擇54 控制器的選型說明64.1 PLC的選型64.2 選擇型號65 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計75.1 主電路原理圖75.2 確定輸入/輸出的I/O個數(shù)及I/O分配85.3 PLC的外圍接線圖95.4 電路安裝設(shè)計106 系統(tǒng)軟件的設(shè)計136

2、.1 總體程序的設(shè)計137 系統(tǒng)調(diào)試167.1 調(diào)試前的準備工作167.2 具體的調(diào)試過程17結(jié)論與謝辭18參考文獻19附件20 三層提升機PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計摘 要：可編程序控制其控制靈活，抗干擾性能好，提高了電控系統(tǒng)安全性、可靠性，提高了系統(tǒng)柔性，減少了改造維護費用。通過對三層提升機的工作原理分析和參考礦井提升機的控制系統(tǒng)，設(shè)計了控制電路，系統(tǒng)采用西門子S7-200可編程序控制器實現(xiàn)整個過程。關(guān)鍵詞：三層提升機 PLC 軟件 安全Three-story elevator PLC control system designAbstract：Programmable program contr

3、ol its agility and with good anti-interference function, improve the control system security,reliability, and improve the flexibility of the system.Reduce the maintenance costs. Based on analysing the operating principle of the three-layer and referenced to the control system of mine hoist.we have r

4、esearched and designed the controling circuit, and the whole process is realized by adopting the Siemens S7-200 programmable controller.Key words: three-elevator PLCsoftware security引 言在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控

5、制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具

6、有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出

7、模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。由于電梯造價昂貴，維護費用高，使得提升機在一些單純提升貨物的場所仍有著廣泛的應(yīng)用。提升機控制系統(tǒng)一般設(shè)計都很簡單，在一固定地點作點動控制，且提升速度較慢，使用起來不太方便。有的電控系統(tǒng)雖然設(shè)計較完善，但是采用了很多中間繼電器作為控制轉(zhuǎn)換元件，故障率高，可靠型差。采用PLC對提升機系統(tǒng)改造可大大提高系統(tǒng)安全性，通過軟件設(shè)計可以實現(xiàn)測速、卡箕斗保護，減速開關(guān)失效保護，速度繼電器失效保護，過速保護，過卷開關(guān)與終點開關(guān)失效保護，反向下墜保護等。提高了電控系統(tǒng)安全性、可靠性，提高了系統(tǒng)柔性，減少了改

8、造維護費用，對礦井安全生產(chǎn)、文明生產(chǎn)、提高經(jīng)濟與社會效益具有重要意義。1 三層提升機控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)1.1 三層提升機結(jié)構(gòu)示意圖三層提升機動作示意圖如圖2-1所示。通過控制柜來啟動電動機當按動三層時，一層上行變速動作電動機在快車驅(qū)動下啟動運行，拉動曳引鋼絲繩，帶動導向輪和曳引輪，再拖動轎廂運動，當運動到三層的時候停止。圖2-1 三層提升機傳送示意圖1.2工作過程分析三層提升機的動作過程如圖2-1所示。當轎廂停在一層時，通電在控制箱中按下二層。電動機正轉(zhuǎn)，使轎廂停在二層。當按下三層時，電動機正轉(zhuǎn)，使轎廂停在三層位置。在按一層時，電動機反轉(zhuǎn)，使轎廂停在一層。若發(fā)生停電或因某種原因采用緊急停車，使

9、轎箱處在非正常平層位置，此時輸入樓層指令，上、下行定向系統(tǒng)將無法識別是上行還是下行指令，有可能發(fā)生錯誤動作或使電源短路。有了異常?？刂疲斵I箱在非正常平層位置時，點動運行指小燈點亮，三樓指令按鈕自動轉(zhuǎn)換為上行點動指令按鈕，一樓指令按鈕自動轉(zhuǎn)換為下行點動指令按鈕。操縱轎箱運行到正常平層位置后，系統(tǒng)恢復連續(xù)運行模式。當提升機運行到須定樓層時，平層開關(guān)動作被置位，使轎箱準確停于須定樓層位置。2 三層提升機控制系統(tǒng)的要求該控制系統(tǒng)要設(shè)置急停、急停復位、連續(xù)/點動轉(zhuǎn)換、點動/連續(xù)復位、一層、二層和三層的選擇按鈕。三層提升機動作按行程原則進行控制，其平層的位置用限位開關(guān)來檢測。其要求有：（1）要求在任何情

10、況下都能停止。（2）當停在不正常樓層時，異位停車指示燈點亮。（3）要點動使其恢復到正常樓層，點動指示燈點亮。（4）點動完之后要使其恢復到連續(xù)點動狀態(tài)，異位停車指示燈和點動指示燈熄滅。（5）當在所在層按這層按鈕時，電機不工作，沒有任何指示。（6）當在三層按一層時，一層指示燈點亮，轎廂下行到一層，要快速運行。（7）當在三層按二層時，二層指示燈點亮，轎廂下行到二層，要慢速運行。（8）當在二層按三層時，三層指示燈點亮，轎廂上行到三層，要慢速運行。（9）當在二層按一層時，一層指示燈點亮，轎廂下行到一層，要慢速運行。（10）當在一層按二層時，二層指示燈點亮，轎廂上行到二層，要慢速運行。（11）當在一層按三

11、層時，三層指示燈點亮，轎廂上行到三層，要快速運行。3 控制方案的選擇三層提升機的設(shè)計既可以用繼電器控制，也可以用可編程控制器來實現(xiàn)。方案一：用繼電器控制三層提升機用繼電器控制，控制電路復雜，安裝難度高，改造困難。在繼電器的控制過程中，由于繼電器的響應(yīng)速度慢，工作頻率低，噪音大。所以效率也不高，維修和排除故障也不容易。方案二：用可編程控制器控制三層提升機用可編程控制器控制，控制電路簡單，編程容易，改造方便。在可編程控制器的控制過程中，由于可編程控制器的響應(yīng)速度快，工作頻率高，噪音小。許哦一效率高，可維護性和排故容易。所以采用方案二的可編程控制器的控制方案。功能強，性價比也比較高;硬件配套硬件配套

12、齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強; 可靠性高，抗干擾能力強; 系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少; 編程方法簡單; 維修工作量少，維修方便; 體積小，能耗低。4 控制器的選型說明4.1 PLC的選型在利用可編程控制器組成系統(tǒng)時，首先遇到的就是PLC的選型問題。關(guān)于選型的一般原則可以從以下幾方面考慮：4.1.1 控制對象的要求 （1）明確控制對象的目標 （2）控制方式選擇 控制方式分為獨立式、集中式和分布式等。 （3）實時響應(yīng)性 實時響應(yīng)性：主要是指可編程控制器的掃描速度。要求實時處理現(xiàn)場信號的場合，掃描速度將成為選擇的依據(jù)。 影響可編程控制器響應(yīng)時間的因素是：輸入信息時間、中央處理器解讀用戶邏輯程序時

13、間和輸出信息時間。 4.1.2 功能的選擇 根據(jù)不同的控制對象，可編程控制器的功能選擇可分為：替代繼電器、數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、矩陣功能、高級功能、診斷功能、串行接口RS-232C。4.2 選擇型號（1）本設(shè)計過程中使用了14個輸入和10個輸出。（2）無高頻信號的輸入輸出。輸入是由按鈕和行程開關(guān)組成，輸出是由指示燈和接觸器組成。（3）故可編程控制器選西門子S7-200 CPU224。5 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 硬件電路是系統(tǒng)用于驅(qū)動外部設(shè)備的執(zhí)行工作的部分。它可以分為主電路和輔助電路，主電路采用380伏的三相電源，經(jīng)交流接觸器、熱繼電器等常用低壓電器直接驅(qū)動三相電機的運轉(zhuǎn)。輔助電路以PLC器件為主，

14、結(jié)合開關(guān)、按鈕等用于控制主電路中各接觸器、繼電器的通斷，從而控制主電路的運行狀態(tài)。它采用220伏和直流20伏兩路電源供電，其中20伏電源聯(lián)接按紐和開關(guān)。下面我們具體介紹輔助電路的設(shè)計：5.1 主電路原理圖圖5-1 主電路5.2 確定輸入/輸出的I/O個數(shù)及I/O分配本設(shè)計中輸出設(shè)備應(yīng)包括:上行繼電器、下行繼電器、快速繼電器、慢速繼電器、1層站指示、2層站指示、3層站指示、異位停車指示、連續(xù)指示和點動指示。操作面板布置如圖5-2所示：圖5-2 操作面板布置由上可知系統(tǒng)的輸入信號有：連續(xù)/點動轉(zhuǎn)換按鈕、點動/連續(xù)復位按鈕、急停按鈕、急停復位按鈕、一層按鈕、二層按鈕和三層按鈕。輸出信號有上行驅(qū)動、下

15、行驅(qū)動、快速驅(qū)動、慢速驅(qū)動、1層站指示、2層站指示、3層站指示、異位停車指示、連續(xù)指示和點動指示。I/O分配如表5-3所示。表5-3I/O分配表輸入輸出地址功能地址功能I0.01層指令Q0.01層站指示I0.12層指令Q0.12層站指示I0.23層指令Q0.23層站指示I0.3連續(xù)/點動轉(zhuǎn)換Q0.3異位停車指示I0.41層平層Q0.4連續(xù)指示I0.52層平層Q0.5點動指示I0.63層平層Q0.6上行驅(qū)動I0.7急停復位Q0.7下行驅(qū)動I1.0急停Q1.0快車驅(qū)動I1.1一層下行變速Q(mào)1.1慢車驅(qū)動I1.2二層下行變速I1.3二層上行變速I1.4三層上行變速I1.5點動/連續(xù)復位5.3 PLC

16、的外圍接線圖圖5-4 外圍接線圖PLC的外部接線圖如圖5-4所示，采用110伏220伏交流電源供電，PLC內(nèi)部有直流24伏電源，對外提供輸入設(shè)備的服務(wù)電源。將按鈕和行程開關(guān)并聯(lián)后接到直流24伏電源正極端子上，再由負極端子引出后接到PLC輸入側(cè)的公共端COM上。同樣的，PLC的輸出端上的指示燈引出后并聯(lián)在一起接到交流220伏電源上，再由電源線引出經(jīng)熔斷器FU2和組合開關(guān)連到PLC輸出側(cè)的公共端COM上。PLC的輸出側(cè)有多組公共端，由于負載具有相同的電壓，所以各組的公共端連在一起。5.4 電路安裝設(shè)計元器件的選擇表5-5元器件清單元件名稱符號型號數(shù)量可編程控制器PLCS7-200 CPU2241空

17、氣開關(guān)QSDZ108-201交流接觸器KMLC1-D064容斷器FURLI-155熱繼電器FRJRS1D-251按鈕SB22LAY16(Y)7行程開關(guān)SQLX19-2227指示燈LA-406電動機MWDJ242布置圖如圖5-6所示圖5-6 電氣元件布置圖布線圖如圖5-7所示圖5-7 電氣布線圖6 系統(tǒng)軟件的設(shè)計6.1 總體程序的設(shè)計圖6-1 連續(xù)部分設(shè)計思路圖6-2 點動部分設(shè)計思路根據(jù)控制要求、流程圖和I/O地址分配表，程序設(shè)計如下：（1）設(shè)置緊急停車及復位控制。在任何情況下，一旦與急停輸入點I1.0相連的開關(guān)閉合，急停狀態(tài)標志位M1.0被置位，將切斷樓層指令輸入、上、下行驅(qū)動、快、慢速驅(qū)動

18、輸出，使提升機無條件停止。（2）主要是考慮在提升機運行過程中，若發(fā)生停電或因某種原因采用緊急停車，使轎廂處在非正常平層位置，此時輸入樓層指令，上、下行定向系統(tǒng)將無法識別是上行還是下行指令，有可能發(fā)生錯誤動作或使電源短路。點動運行指示燈點亮，此時，一樓、三樓指令輸入保持切斷，二樓輸入、快速運行孔子也被切斷。此時，三樓指令按鈕自動轉(zhuǎn)換為上行點動指令按鈕，一樓指令自動轉(zhuǎn)換為下行點動指令按鈕。操縱轎廂運行到正常平層位置后，M1.1置位條件被破壞，在按動點動/連續(xù)復位按鈕，系統(tǒng)恢復連續(xù)運行模式。（3）樓層指令輸入控制，其動作條件必須滿足：無急停命令輸入；轎廂未停在本層； 其它層站指令輸入也未工作。該段程

19、序為定向系統(tǒng)和快速運行控制提供動作條件，同時點亮選擇的樓層指示燈。自保持有M標志位實現(xiàn)。該程序的動作由平層信號M0.0或M0.1、或M0.2破壞動作條件而停止。（4）自動定向控制，此段程序的作用是使提升機具有自動定向功能。起定向條件是提升機轎廂必須停于正常平層位置，即M0.0或M0.1、或M0.2總有一個是被置位的。動作的條件是無急停命令輸入，未處于連鎖控制狀態(tài)。（5）平層控制，當提升機運行到預定樓層時，平層開關(guān)動作，M0.0或M0.1、或M0.2被置位，將導至樓層指令輸入、上、下行定向控制的動作條件被破壞而使轎廂準確停于預定樓層位置。（6）變速控制。與輸入點I1.0之I1.4相連的任一點變速

20、開關(guān)輸入時，就有相應(yīng)的變速置位標志被置位，快速控制輸出被禁止，同時使慢速控制產(chǎn)生輸出。（7）快速運行控制。動作的條件是：無急停命令輸入；慢速運行標志未被置位；當上行或下行標志被置位時，快速運行輸出產(chǎn)生。（8）慢速運行控制。起產(chǎn)生輸出的條件是：無急停命令輸入；快速運行標志未被置位；上行或下行標志已被置位。這樣，當相應(yīng)的樓層變速控制被置位時，使快速運行輸出被禁止，慢速運行輸出產(chǎn)生。7 系統(tǒng)調(diào)試7.1 調(diào)試前的準備工作 PLC程序的調(diào)試方法有兩種，一種是先將硬件電路搭建好，然后將編寫好的程序輸入到PLC中，并切換到“運行”模式下，通電后按動電路板上的按鈕和開關(guān)，觀察各指示燈的亮滅狀態(tài)和接觸器的通斷狀

21、態(tài)，以此判斷程序的好壞。另一種是將PLC連接在微機上，并運行在CX-Programmer中的監(jiān)視模式下進行調(diào)試。前一種方法由于硬件電路中的故障會給程序的調(diào)試和診斷帶來困難，所以一般不適合編寫程序過程中的調(diào)試。在此，我先采用第二種方法對程序進行調(diào)式和修改，整個程序基本確定以后，再用第一種方法進行系統(tǒng)調(diào)試。由于兩種方法的調(diào)試過程基本一致，因此，只介紹第二種調(diào)試方法。7.2 具體的調(diào)試過程因無實際實物只能用仿真電路代替調(diào)試程序。先選擇連續(xù)運行，連續(xù)指示燈點亮在從開始的一層，按二層的按鈕，上行驅(qū)動動作，慢速驅(qū)動動作，二層指示燈點亮。在從二層，按三層的按鈕，上行驅(qū)動動作，慢速驅(qū)動動作，三層指示燈點亮。在

22、從三層，按二層的按鈕，下行驅(qū)動動作，慢速驅(qū)動動作，二層指示燈點亮。在從二層，按一層的按鈕，下行驅(qū)動動作，慢速驅(qū)動動作，一層指示燈點亮。在從一層，按三層的按鈕，上行驅(qū)動動作，快速驅(qū)動動作，三層指示燈點亮。在從三層，按一層的按鈕，下行驅(qū)動動作，快速驅(qū)動動作，一層指示燈點亮。在選擇點動運行，點動指示燈點亮在按一層按鈕，下行驅(qū)動動作，當碰到相應(yīng)的平層信號，該層指示燈點亮。在按三層按鈕，上行驅(qū)動動作，當碰到相應(yīng)的平層信號，該層指示燈點亮。在選擇急停按鈕，異位指示燈點亮，點動指示燈點亮當碰到平層信號異位指示燈熄滅，如果沒有同點動的方式使其停在正常平層。結(jié)論與謝辭通過這段時間的畢業(yè)設(shè)計使我學到了很多東西，那

23、是課本上沒有的。對我的技術(shù)有很大的提高，也增加了很多的經(jīng)驗，增強了技能。在這段學習的時間里，得到了老師的耐心指導，使我在其中偷學到了很多的知識和經(jīng)驗。在畢業(yè)設(shè)計時，編程不是很難，但是老師讓我學著拓展思維，使用多種方法編一個程序，我最喜歡的就是經(jīng)驗法，隨心所欲的編，想到什么就用什么，在調(diào)試中完善。但是老師說當編大型程序的時候是很不現(xiàn)實的，還是用順序法編的好，思路清晰，不容易出錯。我的畢業(yè)論文也是經(jīng)過老師允許才選題的，因為選題還是不能太簡單的。在寫這論文之前還是很迷茫，因為連要求也沒有的，就只有自己寫要求，編程序，在調(diào)試。在調(diào)試中也出現(xiàn)了很多的問題，多是程序的問題，應(yīng)方法的不正確，使我走了很多的彎

24、路。終于相信在現(xiàn)階段的我還是不適合用經(jīng)驗發(fā)的，還是使用順序法的好。還要感謝同組的各位同學，在畢業(yè)設(shè)計的這段時間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝。參考文獻1 王成福.可編程序控制器及其應(yīng)用M.北京:機械工業(yè)出版社, 2006.2 嚴盈富.西門子S7-200PLC入門M北京:人民郵電出版社, 2007.3 張萬忠.可編程控制入門與應(yīng)用實例M北京:中國電力出版社, 2005.4 李國厚.PLC原理與應(yīng)用設(shè)計M.北京:化學工業(yè)出版社, 2005.5 劉洪濤.PLC應(yīng)用開發(fā)從基礎(chǔ)到實踐M.北京:電子工業(yè)出版社, 2007.6 徐國林.PLC控制技術(shù)

25、M.北京:機械工業(yè)出版社, 2007.7 李樹雄.PLC原理與應(yīng)用M.北京:北京航空航天大學出版社, 2006.8 嚴盈富監(jiān)控組態(tài)軟件與PLC入門M.北京:人民郵電出版社, 2006.9 宮淑貞等編著可編程控制器原理及應(yīng)用北京：人民郵電出版社，2002 10 李建興主編可編程序控制器及其應(yīng)用北京：機械工業(yè)出版社，1999附件程序：tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKkn