基于PLC的四層電梯控制畢業(yè)論文

自動控制原理課程設計(論文)設計（論文）題目基于plc，組態(tài)王四層電梯控制學院名稱專業(yè)名稱學生姓名學生學號任課教師_

設計（論文）成績教務處制年月日基于PLC四層電梯控制系統(tǒng)設計四層電梯設計采用西門子S7-200控制，利用軟件實現(xiàn)對電梯運行自動控制，大大提高了電梯的可靠性、安全性、快捷性，另外節(jié)省了大量外部接線，簡化了控制系統(tǒng)結構。另外可以方便的增加或改變控制功能，并便于檢修。本設計系從第一章介紹PLC、變頻器、傳感器開始，先概要的介紹了PLC概念和工作方式，變頻器和傳感器概念、工作原理以及分類。第二章通過比較設計方案，確定設計方案。第三章合理設置變頻器參數(shù)，提高運行過程中電梯帶來的舒適感，設置電梯井道、轎廂內、電梯層門口的各個部件，設置保障電梯運行時安全保護環(huán)節(jié)，達到電梯運行安全第一。第四章確定輸入輸出端口，設計PLC外部接線圖，編寫梯形圖，對梯形圖網(wǎng)絡解釋說明。摘 要隨著科學技術的發(fā)展，我國的電梯生產技術得到了迅速發(fā)展。目前，在電梯的控制方式上，主要有繼電器控制、PLC控制和微型計算機控制三種。而PlC實際上是一種專用計算機，它采用巡回掃描的方式分時處理各項任務，而且依靠程序運行，這就保證只有正確的程序才能運行，否則電梯不會工作；又由于PLC中的內部輔助繼電器及保持繼電器等實際上是PLC系統(tǒng)內存工作單元，即無線圈又無觸點，使用次數(shù)不受限制，屬無觸點運行，因此，它比繼電器控制有著明顯的優(yōu)越性，運行壽命更長，工作更加可靠安全，自動化水平更高。PLC控制是三種控制方式中最具有可靠性、實用性和靈活性的控制方式，它更適合于用在電梯的技術改造和控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代，是電梯控制系統(tǒng)中理想的控制新技術。緒論可編程控制器簡介1.1可編程控制器的定義PLC英文全稱ProgrammableLogicController，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境中而設計的。它采用一類可編程的控制器，用于其內部存儲程序執(zhí)行邏輯運算，擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。4)適應發(fā)展的需要由于技術的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、/O點數(shù)和內存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產的發(fā)展和工藝的改進。2.2可編程控制器機型的選擇為了完成設定的控制任務,主要根據(jù)電梯控制方式與輸入/輸出點數(shù)和占用內存的多少來確定PLC的機型。本系統(tǒng)為六層樓的電梯,采用集選控制方式。所需輸入/輸出點數(shù)與內存容量估算如下:1．輸入/輸出點的估算：采用PLC構成四層簡易電梯電氣控制系統(tǒng)。電梯的上、下行由一臺電動機拖動，電動機正轉為電梯上升，反轉為下降。一層有上升呼叫按鈕K1和指示燈H1，二層有上升呼叫按鈕K2和指示燈H2以及下降呼叫按鈕K4和指示燈H4，三層有上升呼叫按鈕K3和指示燈H3以及下降呼叫按鈕K5和指示燈H5，四層有下降呼叫按鈕K6和指示燈H6。一至四層有到位行程開關SQ1～SQ4。電梯內有一至四層呼叫按鈕K10～K7和指示燈H10～H7；電梯開門和關門按鈕SB5和SB6，電梯開門和關門分別通過電磁鐵KM3和KM4控制，關門到位由行程開關ST1檢測，開門到位由行程開關ST2檢測。轎廂上行和下行由接觸器KM1和KM2控制，并有上行記憶和下行記憶兩路指示燈。輸入點共有14個，輸出點共有16個,總共30個。2.內存容量的估算用戶控制程序所需內存容量與內存利用率、輸入/輸出點數(shù)、用戶的程序編寫水平等因素有關。因此,在用戶程序編寫前只能根據(jù)輸入/輸出點數(shù)、控制系統(tǒng)的復雜程度進行估算。本系統(tǒng)有開關量I/O總點數(shù)有30個，模擬量I/O數(shù)為0個。利用估算PLC內存總容量的計算公式:所需總內存字數(shù)=開關量I/O總點數(shù)×(10～15)+模擬量I/O總點數(shù)×(150～250)再按30%左右預留余量。估算本系統(tǒng)需要約1K字節(jié)的內存容量。綜合I/O點數(shù)以及內存容量，S7—200的CPU226輸入，輸出點數(shù)為24／16，足以滿足要求。2.3輸入/輸出點分配：該系統(tǒng)占用PLC的30個I/O口，14個輸入點，16個輸出點，具體的I/O分配如表5-1所示。表5-1

I/O分配表序號名

稱輸入點序號名

稱輸出點0一層平層I0.00電梯上行記憶Q0.01二層平層I0.11電梯下行記憶Q0.12三層平層I0.22電機正轉Q0.23四層平層I0.33電機反轉Q0.34內呼一樓I0.44內呼一樓指示Q0.45內呼二樓I0.55內呼二樓指示Q0.56內呼三樓I0.66內呼三樓指示Q0.67內呼四樓I0.77內呼四樓指示Q0.78一層外呼上行I1.08一層外呼上行指示Q1.09二層外呼上行I1.19二層外呼上行指示Q1.110三樓外呼上行I1.210三樓外呼上行指示Q1.211二樓外呼下行I1.311二樓外呼下行指示Q1.312三樓外呼下行I1.412三樓外呼下行指示Q1.413四樓外呼下行I1.513四樓外呼下行指示Q1.514手動開門I2.014門電機正轉Q1.615手動關門I2.115門電機反轉Q1.716開門限位I2.2

17關門限位I2.3

18電梯上升極限位I2.4

19電梯下降極限位I2.5

2.4

PLC外部接線圖本設計的PLC外部接線圖如圖5-2所示.CPU226CN的傳感器電源24V(DC)可以輸出600mA電流，通過核算在本設計中PLC容量完全滿足要求，CPU226CN的輸出繼電器觸點容量為2A，電壓范圍為5~30V（DC）或5~250V（AC）。圖5-2

PLC外部接線圖第三章變頻器參數(shù)設置及計算3.1變頻器參數(shù)設置由于采用PLC作為邏輯控制部件，故變頻器和PLC通訊時采用開關量而不用模擬量。參數(shù)設置的原則:(1)為減小啟動沖擊及增加調速的舒適感，其速度環(huán)的比例系數(shù)宜小些，而積分時間常數(shù)宜大些；(2)為了提高運行效率，快車頻率應選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車沖擊;(3)零速一般設置為0HZ；(4)變頻器其他常用參數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)電壓和電機銘牌數(shù)據(jù)直接輸入表5-2

安川616G5變頻器主要參數(shù)設置表3.2變頻器自學習功能的應用方法為了使變頻器工作在最佳狀態(tài)，在完成參數(shù)設置后，需使變頻器對所驅動的電動機進行自學習，而616G5就具有曳引機參數(shù)自學習的功能，其方法是:將曳引機制動輪與電機軸脫離，使電動機處于空載狀態(tài)，然后啟動電動機，讓變頻器自動識別并存儲電動機有關參數(shù)，變頻器將根據(jù)識別到的結果調整控制算法中的有關參數(shù)。顯然，這一組自學習到的參數(shù)，是和變頻器匹配的最佳參數(shù)，使變頻器能對該電動機進行最佳控制。3.3VS一616G5變頻器的連接圖3.4變頻器容量計算變頻器的功率可根據(jù)曳引機電機功率、電梯運行速度、電梯載重與配重進行選取。設電梯曳引機電機功率為P1電梯運行速度為v，電梯自重為w1，電梯載重為W2配重為W3重力加速度為g，變頻器功率為P。在最大載重下，電梯上升所需曳引功率為P2:P2=[(W1+W2-W3)g+F1]v其中F1=K(W1+W2-W3)g+＆為摩擦力，＆可忽略不計。電機功率P1，變頻器功率P應接近于電機功率P1，相對于P2留有較大裕量，可取P≈l.5P23.5變頻器制動電阻參數(shù)的計算由于電梯為位能負載，電梯運行過程中產生再生能量，所以變頻調速裝置應具有制動功能.帶有逆變功能的變頻調速裝置通過逆變器雖然能夠將再生能量回饋電網(wǎng)，但成本太高.采用能耗制動方式通過制動單元將再生能量消耗在制動電阻上，成本較低而且具有良好的使用效果.能耗制動電阻R1的大小應使制動電流I1的值不超過變頻器額定電流的一半，即

I1=Uo/R1≤I/2其中Uo為額定情況下變頻器的直流母線電壓.由于制動電阻的工作不是連續(xù)長期工作，因此其功率可以大大小于通電時消耗的功率.第四章四層電梯系統(tǒng)結構框圖4.1

電梯開關門流程圖電梯開關門流程圖4.2

電梯上升下降流程圖電梯上升下降流程圖4.3外召喚信號登記及消除4.4內指令信號登記及消除點動內呼按鈕，信號登記顯示。到層信號取消。本系統(tǒng)設一樓為基站，兩分鐘內無任何操作，電梯自動返回一樓。4.5電梯的平層信號處理4.6選層定向及反向截梯1.轎廂上行2.轎廂下行4.7內指令外召喚信號的保持轎廂的內呼指令與外召喚指令保持信號，用于在有乘坐需要的樓層停車，并自動或手動執(zhí)行開關門操作。開關門執(zhí)行一次之后，信號取消。使電梯能夠繼續(xù)響應其他乘坐信號。4.8各樓層停車信號第五章組態(tài)仿真5.1上位機軟件設計概述組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition)的軟件平臺工具，是工業(yè)應用軟件的一個組成部分。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應該能支持各種工控設備和常見的通信協(xié)議，并且通常應提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡功能。組態(tài)王軟件是國內第一家較有影響的組態(tài)軟件開發(fā)公司北京亞控科技發(fā)展有限公司開發(fā)的在國內使用較廣泛的軟件品牌(更早的品牌多數(shù)已經(jīng)湮滅)。相對于其它組態(tài)軟件，組態(tài)王提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關鍵字的腳本語言支持，也提供多種硬件驅動程序。本文使用的組態(tài)王軟件的較新版本組態(tài)王kingview6.53[20]。1)組態(tài)王kingview6.53的主要性能特點。組念王是亞控科技公司自主開發(fā)的組態(tài)技術軟件，其技術在不斷的創(chuàng)新中，組態(tài)王kingview6.53主要的性能特點簡要列舉如下：a．畫面制作系統(tǒng)：支持無限色和過渡色，使用戶輕松構造面無限逼真、美觀的畫面。并且提供圖庫、按鈕、位圖、可視化動畫連接向導等功能，使畫面設計過程變得簡單易行。b．報警和事件系統(tǒng)：分布式報警管理提供多種報警管理功能，還可以記錄應用程序事件和操作員操作信息。c．報表系統(tǒng)：提供一套全新的、集成的內嵌式報表系統(tǒng)，內部提供豐富的報表函數(shù)，用戶可創(chuàng)建多樣的報表，提供報表工具條，操作簡單明了。d．控件：支持Windows標準的ActiveX控件(主要為可視控件)，包括Microsoft提供的標準ActiveX控件和用戶自制的ActiveX控件；新增三個功能強大的控件，即數(shù)據(jù)表格控件、歷史曲線控件、PID調節(jié)控件．e．OPT：開發(fā)人員可以從任何一個OPC服務器直接獲取動態(tài)數(shù)據(jù)，并集成到組態(tài)王中；同時組態(tài)王作為OPC服務器，可向其他符合OPC規(guī)范的廠商的控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。f．通訊系統(tǒng)：支持遠程撥號、支持開發(fā)中進行硬件測試、支持網(wǎng)絡DDE，實現(xiàn)組態(tài)王與excel和vb程序間通過網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交換。g．安全系統(tǒng)：采用分級和分區(qū)保護的雙重保護策略，使工程的安全性大大提高。2)組態(tài)王系統(tǒng)的結構“組態(tài)王”是運行于MicrosoftWindows98，NT、2000和XP版本中文平臺的全中文界面的組態(tài)軟件，采用了多線程、COM組件等新技術，實現(xiàn)了實時多任務，軟件運行穩(wěn)定可靠?！すこ虨g覽器(PROJMAK)：是一個具有集成開發(fā)的環(huán)境。在工程瀏覽器中可以創(chuàng)建工程，并對工程進行管理?？梢圆榭垂こ痰母鱾€組成部分，完成構造數(shù)據(jù)庫、定義外部設備等工作。開發(fā)系統(tǒng)(TOUCHMAK)：開發(fā)系統(tǒng)是應用程序的開發(fā)環(huán)境。在這個環(huán)境中完成設計畫面、動畫連接等工作。TOUCHMAK具有先進完善的圖形生成功能；數(shù)據(jù)庫中有多種數(shù)據(jù)類型，能合理地抽象控制對象的特性；對變量報警、趨勢曲線、過程記錄、安全防范等重要功能都有簡單的操作辦法?！み\行系統(tǒng)(TOUCHMAK)：組態(tài)王軟件的實時運行環(huán)境。在TOUCHMAK中建立的圖形畫面只有在TOUCHIVEW中才能運行。TOUCHVIEW從工業(yè)控制對象中采集數(shù)據(jù)，并記錄在實時數(shù)據(jù)庫中。它還負責把數(shù)據(jù)的變化用動畫的方式形象地表示出來，同時完成變量報警、操作記錄、趨勢曲線等監(jiān)視功能，并生成歷史數(shù)據(jù)文件。畫面的“開發(fā)系統(tǒng)”和“運行系統(tǒng)”由“工程瀏覽器”調用，且兩個系統(tǒng)可以獨立于“工程瀏覽器”工作。3)組態(tài)王制作一個工程的一般過程建立新組態(tài)王工程的一般過程是：l、設計圖形界面(定義畫面)2、定義設備3、構造數(shù)據(jù)庫(定義變量)4、建立動畫連接5、運行和調試需要說明的是，這五個步驟并不是完全獨立的，事實上，這四個部分常常是交錯進行的。在用組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)編制工程時，要依照此過程考慮三個方面：·圖形用戶希望怎樣的圖形畫面?也就是怎樣用抽象的圖形畫面來模擬實際的工業(yè)現(xiàn)場和相應的工控設各?！?shù)據(jù)怎樣用數(shù)據(jù)來描述工控對象的各種屬性?也就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)庫中的變量反映了工控對象的各種屬性，比如溫度，壓力等?！みB接數(shù)據(jù)和圖形畫面中的圖素的連接關系是什么?也就是畫面上的圖素以怎樣的動畫來模擬現(xiàn)場設備的運行，以及怎樣讓操作者輸入控制設備的指令[21]。5.2設計監(jiān)控畫面在組態(tài)平臺上，創(chuàng)建“四層電梯實驗監(jiān)控”用戶窗口。圖6-1四層電梯實驗監(jiān)控5.3定義數(shù)據(jù)變量實時數(shù)據(jù)庫是工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)變量是構成實時數(shù)據(jù)庫的基本單元，定義實時數(shù)據(jù)庫也是定義數(shù)據(jù)變量的過程。定義數(shù)據(jù)變量之前要定義仿真PLC。圖5-2仿真PLC定義圖5-3數(shù)據(jù)變量的定義將離散型變量屬性初始值設置為0。內存實型除FM1之外都設置為0，F(xiàn)M1設置為60（門顏色最大填充值），即電梯初始態(tài)處于一層，并且開一層的電梯門等待客人呼梯。5.4變量動畫連接由圖形搭建的的圖形界面是靜止不動的，需要對這些圖形對象進行動畫設計，真是的描述外界的狀態(tài)變化，達到過程實施監(jiān)控的目的。第四層門的開放關閉演示。門的關閉開放使用的兩個矩形，開放時顏色填充動畫從中間向兩邊填充。即左邊的矩形向左填充，右邊的矩形向右邊填充。圖5-4第四層門的開關動畫連接圖5-5按鈕命令連接本設計是仿真設計，故電梯的控制使用的是內存變量。當按下相應按鈕時，按照55毫秒的周期被掃描讀取。轎廂的移動是一個垂直移動的動畫連接，而且需要利用J轎廂內存變量完成在不同的層站中停留。圖5-6轎廂移動動畫命令5.5應用程序命令本程序初始化似的電梯處于第一層，并開門等待乘客；有內選或呼梯時，啟動轎廂前往目標層，能夠實現(xiàn)順向截梯，當條件滿足時，反向截梯成功。開門后，延時3秒，使得乘客從容進出；在第2、3層時，關門后延時3秒，等待內選信號；若無任何內選、呼梯信號將前往第一層，并開門，防止有醉酒等情況的乘客困于電梯中。if(\\本站點\一樓按鈕==1&&\\本站點\轎廂位置==0)\\本站點\一樓開門=\\本站點\一樓開門-5;if(\\本站點\二樓上==1&&\\本站點\轎廂位置==130)\\本站點\二樓開門位置=\\本站點\二樓開門位置-5;if(\\本站點\二樓下==1&&\\本站點\轎廂位置==130)\\本站點\二樓開門位置=\\本站點\二樓開門位置-5;if(\\本站點\三樓上==1&&\\本站點\轎廂位置==250)\\本站點\三樓開門位置=\\本站點\三樓開門位置-5;if(\\本站點\三樓下==1&&\\本站點\轎廂位置==250)\\本站點\三樓開門位置=\\本站點\三