大工《可編程控制器》大作業(yè)參考題目及要求【內(nèi)容僅供參考】106

網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院《可編程控制器》大作業(yè)題目：三層電梯的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

題目四：三層電梯的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：（1）首先對(duì)可編程序控制器（PLC）的產(chǎn)生與發(fā)展、主要性能指標(biāo)、分類(lèi)、特點(diǎn)、功能與應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹；（2）設(shè)計(jì)選用西門(mén)子S7－200系列PLC，控制要求：①電梯內(nèi)設(shè)置樓層呼叫按鈕，到達(dá)樓層數(shù)指示；②電梯外設(shè)置上行與下行呼叫按鈕，運(yùn)行方向指示與到達(dá)樓層數(shù)指示；③沒(méi)有呼叫信號(hào)時(shí)，電梯可停留在任一層。附加可選功能：增加變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的速度控制。保護(hù)要求：系統(tǒng)需設(shè)短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、失壓和欠壓保護(hù)、電機(jī)超速保護(hù)。（3）對(duì)輸入輸出繼電器及其它編程元件的地址進(jìn)行分配，畫(huà)出I/O接線圖及三層電梯主電路，列出PLC控制程序（梯形圖進(jìn)行截圖，語(yǔ)句表可直接拷貝）并對(duì)程序作出解釋?zhuān)唬?）總結(jié)：需要說(shuō)明的問(wèn)題以及設(shè)計(jì)的心得體會(huì)?？删幊炭刂破鱌LC是英文（ProgrammableLogicController）的簡(jiǎn)寫(xiě)。（1）.PLC的產(chǎn)生1968年，美國(guó)GM(通用汽車(chē))公司提出了取代繼電器裝置的要求，即十條技術(shù)指標(biāo)，第二年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備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控制器。隨后日本、德國(guó)先后研制出自己的可編程控制器。（2）.PLC的發(fā)展第一階段：初級(jí)階段（1969年至20世紀(jì)70年代中期）此階段的PLC主要具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)和計(jì)算功能，沒(méi)有形成系列。與繼電器控制相比，可靠性有一定提高，CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲(chǔ)器為磁芯存儲(chǔ)器。第二階段：擴(kuò)展階段（20世紀(jì)70年代中期至末期）PLC產(chǎn)品的控制功能得到很大擴(kuò)展，包括數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的比較和運(yùn)算、模擬量的運(yùn)算等功能，這一階段PLC產(chǎn)品已初步實(shí)現(xiàn)了系列化，并具備軟件自診斷功能。第三階段：通信階段（20世紀(jì)70年代末期至20世紀(jì)80年代中期）由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，PLC開(kāi)始采用8位和16位微處理器，數(shù)據(jù)處理能力和速度大大提高，PLC開(kāi)始具有了一定的通信能力，為實(shí)現(xiàn)PLC“集中管理，分散控制”奠定了重要基礎(chǔ)，軟件上開(kāi)發(fā)出了面向過(guò)程的梯形圖語(yǔ)言及助記符語(yǔ)言，為PLC的普及提供了必要條件，在這一階段，發(fā)達(dá)的工業(yè)化國(guó)家在多種工業(yè)控制領(lǐng)域開(kāi)始應(yīng)用PLC控制。第四階段：開(kāi)放階段（20世紀(jì)80年代中期至至今）通信系統(tǒng)開(kāi)放，使各制造廠商的產(chǎn)品可以通信，通信協(xié)議開(kāi)始標(biāo)準(zhǔn)化，使用戶(hù)得益，PLC開(kāi)始采用標(biāo)準(zhǔn)化軟件系統(tǒng)，并完成了編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化工作。（3）.PLC的主要性能指標(biāo)1）.I/O總點(diǎn)數(shù)：PLC的輸入和輸出量有開(kāi)關(guān)量和模擬量?jī)煞N，開(kāi)關(guān)量I/O用最大I/O點(diǎn)數(shù)表示，模擬量I/O則用最大I/O通道數(shù)表示。2）.用戶(hù)程序存儲(chǔ)量：用戶(hù)程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)通過(guò)編程器輸入的用戶(hù)程序，其存儲(chǔ)量通常是以字（word）或字節(jié)（byte）為單位來(lái)計(jì)算的，16位二進(jìn)制數(shù)為一個(gè)字，8位二進(jìn)制數(shù)為一個(gè)字節(jié)，每1024個(gè)字節(jié)為1KB。中小PLC的存儲(chǔ)容量一般在8KB以下，大型PLC的存儲(chǔ)容量有的已達(dá)96KB以上。通常一般的邏輯操作指令每條占一個(gè)字，數(shù)字操作指令占兩個(gè)字。3）.速度：速度用每1024字節(jié)的掃描時(shí)間來(lái)體現(xiàn)。如20ms/KB,表示掃描1KB的用戶(hù)程序需要的時(shí)間為20ms。（4）.PLC的分類(lèi)1）.按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)：a.整體式：整體式PLC是將電源、中央處理器、輸入/輸出部件等集中配置在一起，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量小、價(jià)格低、I/O點(diǎn)數(shù)固定、使用不靈活的特點(diǎn)，小型PLC常采用這種結(jié)構(gòu)。b.模塊式：模塊式PLC把PLC的各部分以模塊形式分開(kāi)，如電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊等，把這些模塊插在機(jī)架底板上，組裝在一個(gè)機(jī)架內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)配置靈活，裝配方便，便于擴(kuò)展，一般中型和大型PLC常采用這種結(jié)構(gòu)。2）.按輸入、輸出點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)容量分類(lèi)：a.小型PLC：小型PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以下，用戶(hù)程序存儲(chǔ)容量在2K字以下。b.中型PLC：中型PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)在256~2048點(diǎn)之間，用戶(hù)程序存儲(chǔ)容量在2K~10K字之間。c.大型PLC：大型PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶(hù)程序存儲(chǔ)容量在10K字以上。3）.按功能分類(lèi)：a.低檔PLC：低檔具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能。有的還增設(shè)少量的模擬量處理、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等功能。b.中檔PLC：中檔PLC除具有低檔機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入、輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等功能，可完成既有開(kāi)關(guān)量又有模擬量控制的任務(wù)。c.高檔PLC：高檔PLC增設(shè)有帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算及矩陣運(yùn)算等，是運(yùn)算能力更強(qiáng)。還具有模擬調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信、監(jiān)視、記錄和打印等功能，使PLC的功能更多更強(qiáng)。能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，成為整個(gè)工廠的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。（4）.PLC的特點(diǎn)1）.豐富的I/O接口：PLC除了具有計(jì)算機(jī)的基本部分，如CPU、存儲(chǔ)器等以外，還有豐富的I/O接口模塊。對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)（如交流、直流、電壓、電流、開(kāi)關(guān)量、模擬量、脈沖等），都有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件。另外有些PLC還有通信模塊、特殊功能模塊等。2）.編程簡(jiǎn)單、使用方便：PLC采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程，容易掌握。例如，目前PLC大多數(shù)采用梯形圖語(yǔ)言編程方式，它繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感，很容易被技術(shù)人員所接受，易于編程，程序改變時(shí)也易于修改。3）.高可靠性：PLC之所以具有高可靠性是因?yàn)樗捎昧宋㈦娮蛹夹g(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，另外還采用了屏蔽、濾波、隔離等抗干擾措施。它的平均故障間隔時(shí)間為3萬(wàn)~5萬(wàn)小時(shí)以上。4）.模擬調(diào)試：可編程控制器能對(duì)所控功能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行模擬調(diào)試，縮短現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試時(shí)間。（5）.PLC的功能1）.A/D、D/A轉(zhuǎn)換：PLC具有“模數(shù)”轉(zhuǎn)換（A/D）、“數(shù)?！鞭D(zhuǎn)換（D/A）功能，能完成對(duì)模擬量的控制與調(diào)節(jié)。2）.定時(shí)與計(jì)數(shù)控制：PLC具有定時(shí)、計(jì)算功能，它為用戶(hù)提供了若干個(gè)定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，并設(shè)置了定時(shí)、計(jì)數(shù)指令，定時(shí)值、計(jì)數(shù)值可由用戶(hù)在編程時(shí)設(shè)定，以滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求。3）.控制系統(tǒng)監(jiān)控：現(xiàn)代PLC配置有較強(qiáng)的監(jiān)控功能，操作人員通過(guò)監(jiān)控命令可以監(jiān)視有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)，可以調(diào)整定時(shí)、計(jì)數(shù)等設(shè)定值，便于調(diào)試、使用和維護(hù)。4）.邏輯控制：PLC具有邏輯運(yùn)算功能，它設(shè)有“與”“或”“非”等邏輯指令，能夠進(jìn)行繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)等各種連接，因此它可以代替繼電器進(jìn)行組合邏輯與順序邏輯控制。5）.數(shù)據(jù)處理：PLC具有數(shù)據(jù)處理能力，能進(jìn)行數(shù)據(jù)并行傳送、比較和邏輯運(yùn)算，BCD碼的加、減、乘、除等運(yùn)算，還能進(jìn)行字“與”、字“或”、字“異或”、求反、邏輯移位、數(shù)據(jù)檢索、比較及數(shù)制轉(zhuǎn)換等操作。6）.步進(jìn)控制：PLC能完成步進(jìn)控制功能，步進(jìn)控制是指在完成一道工序以后，在進(jìn)行下一步工序，也就是順序控制。7）.通信與聯(lián)網(wǎng)：現(xiàn)代PLC采用了通信技術(shù)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺(tái)PLC之間可以進(jìn)行連接，還可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和若干臺(tái)PLC可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。（6）.PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。根據(jù)使用情況可分為以下幾類(lèi)：1）.開(kāi)關(guān)量邏輯控制：取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2）.工業(yè)過(guò)程控制：在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來(lái)處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。3）.運(yùn)動(dòng)控制：PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。一般使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。4）.數(shù)據(jù)處理：PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。三層雙速（快速與慢速）電梯主電路選用S7-200系列中的CPU222作為主機(jī)，還增加了一個(gè)數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223和一個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊EM225。在這個(gè)控制系統(tǒng)中，有19個(gè)數(shù)字輸入量、1個(gè)模擬輸入量和13個(gè)數(shù)字輸出量。.19個(gè)數(shù)字量輸入地址分配輸入地址輸入設(shè)備輸入地址輸入設(shè)備運(yùn)行/維修按鈕上平層限位器門(mén)區(qū)限位器樓層1上行按鈕下平層限位器樓層2上行按鈕樓層2下行按鈕開(kāi)門(mén)到位限位器樓層3下行按鈕關(guān)門(mén)到位限位器樓層1上層限位器樓層1選擇按鈕樓層2上層限位器樓層2選擇按鈕樓層2下層限位器樓層3選擇按鈕樓層3下層限位器開(kāi)門(mén)按鈕關(guān)門(mén)按鈕13個(gè)數(shù)字輸出量地址分配輸出地址輸出設(shè)備輸出地址輸出設(shè)備上行繼電器上行指示燈下行繼電器下行指示燈快速運(yùn)行繼電器慢速運(yùn)行繼電器廂體開(kāi)門(mén)廂體關(guān)門(mén)樓層1指示燈樓層2指示燈抱閘停止樓層3指示燈超重報(bào)警1個(gè)模擬量輸入地址分配輸入地址輸入設(shè)備AIW0壓力傳感器PLC控制硬件I/O接線圖編程元件設(shè)置表元件意義內(nèi)容備注維修狀態(tài)標(biāo)志on有效正常運(yùn)行標(biāo)志on有效上行運(yùn)行標(biāo)志on有效下行運(yùn)行標(biāo)志on有效開(kāi)門(mén)完成標(biāo)志on有效關(guān)門(mén)完成標(biāo)志on有效樓層到達(dá)標(biāo)志on有效快速運(yùn)行標(biāo)志on有效慢速運(yùn)行標(biāo)志on有效抱閘停車(chē)標(biāo)志on有效開(kāi)門(mén)啟動(dòng)標(biāo)志on有效關(guān)門(mén)啟動(dòng)標(biāo)志on有效速度切換標(biāo)志on有效超重報(bào)警標(biāo)志on有效上行復(fù)位樓層1寄存器on有效上行復(fù)位樓層2寄存器on有效下行復(fù)位樓層3寄存器on有效下行復(fù)位樓層2寄存器on有效VB0電梯現(xiàn)在所在樓層寄存器VB1廂內(nèi)樓層1寄存器VB2廂內(nèi)樓層2寄存器VB3廂內(nèi)樓層3寄存器VB4樓層1上行寄存器VB5樓層2上行寄存器VB6樓層2下行寄存器VB7樓層3下行寄存器元件意義內(nèi)容備注VB10目標(biāo)樓層寄存器VW100傳感器返回值VW102重量標(biāo)準(zhǔn)值T37關(guān)門(mén)延時(shí)定時(shí)器202sT38開(kāi)門(mén)延時(shí)定時(shí)器101s三層雙速（快速與慢速）電梯梯形圖程序.電梯運(yùn)行狀態(tài)選擇程序在此系統(tǒng)中，主要有兩種運(yùn)行狀態(tài)，即維修狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)在維修狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行/維修按鈕斷開(kāi)，則維修狀態(tài)標(biāo)志中間繼電器閉合，無(wú)論電梯處于什么位置，都將忽略用戶(hù)的其他指令，將電梯直接運(yùn)行到底層，如果電梯就在底層，則廂門(mén)上的限位器傳送信號(hào)到PLC中，表示電梯已到達(dá)目標(biāo)位置，延遲一段時(shí)間后，廂門(mén)開(kāi)啟進(jìn)行維修工作。當(dāng)在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，可根據(jù)電梯內(nèi)外及各個(gè)樓層之間的用戶(hù)指令，以及電梯現(xiàn)在所處的位置，自動(dòng)判斷電梯的運(yùn)行方向，根據(jù)PLC接收的其他外部設(shè)備的控制信號(hào)，自動(dòng)完成速度切換，完成用戶(hù)的控制要求運(yùn)行至指定的樓層。樓層指令輸入程序在正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，接收每個(gè)樓層的上行/下行指令和廂內(nèi)控制按鈕的指令。在此程序中，先將收到的樓層指令存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)的寄存器中，然后電梯以此為目標(biāo)在樓層之間運(yùn)行，如果在運(yùn)行過(guò)程中，有其他樓層的按鈕被按下，則經(jīng)過(guò)PLC的運(yùn)算，按照輸入的指令停止在指定的樓層上。電梯上下行運(yùn)動(dòng)判斷程序在此程序中，如果電梯處于底層或頂層，則運(yùn)行只有一個(gè)方向，上行或下行。如果停留在中間樓層，就需要通過(guò)PLC的運(yùn)算將電梯現(xiàn)在所處的樓層和輸入指令的樓層進(jìn)行比較，然后輸出上行或下行指令。當(dāng)電梯處于空閑狀態(tài)時(shí)，無(wú)論是廂內(nèi)還是廂外的控制按鈕被按下后，所對(duì)應(yīng)的樓層寄存器都和電梯所在的樓層的寄存器進(jìn)行比較，如果大于電梯所在樓層則上行，反之則下行。同時(shí)，在運(yùn)行過(guò)程中，不斷比較目標(biāo)樓層與電梯目前所處樓層，用來(lái)確定電梯的上行和下行工作狀態(tài)。最近上行目標(biāo)樓層確定程序當(dāng)電梯已經(jīng)接收到目標(biāo)樓層指令，且正在向上開(kāi)始移動(dòng)，還沒(méi)達(dá)到目標(biāo)樓層之前。例如，正在1層開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，有人在2層按下聊上行按鈕，則電梯的最近上行目標(biāo)樓層應(yīng)立刻更新為2，而如果此時(shí)1層按下上行按鈕，則不會(huì)影響電梯上行的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在此段程序中，PLC在每個(gè)掃描周期都檢測(cè)廂內(nèi)和每個(gè)樓層的按鈕狀態(tài)，若有按鈕被按下，且所在樓層高于之前的目標(biāo)樓層數(shù)，則更改目標(biāo)樓層數(shù)。上行運(yùn)行程序在確定了最近的目標(biāo)樓層后，由PLC輸出的指令控制電梯向上運(yùn)動(dòng)，接近目標(biāo)樓層后，通過(guò)目標(biāo)樓層的下層限位器輸入的信號(hào)，輸入PLC中，在調(diào)用速度切換程序。最近下行目標(biāo)樓層確定程序當(dāng)電梯已經(jīng)接收到目標(biāo)樓層指令，且正在向下開(kāi)始移動(dòng)，還沒(méi)達(dá)到目標(biāo)樓層之前。如正在從3層開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，有人在2層按下聊下行按鈕，則電梯的最近下行目標(biāo)樓層應(yīng)立刻更新為2，而如果此時(shí)3層按下下行按鈕，則不會(huì)影響電梯下行的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在此段程序中，PLC在每個(gè)掃描周期都檢測(cè)廂內(nèi)和每個(gè)樓層的按鈕狀態(tài)，若有按鈕被按下，且所在樓層低于之前的目標(biāo)樓層數(shù)，則更改目標(biāo)樓層數(shù)。下行運(yùn)行程序在確定了最近的目標(biāo)樓層后，由PLC輸出的指令控制電梯向下運(yùn)動(dòng)，接近目標(biāo)樓層后，通過(guò)目標(biāo)樓層的上層限位器輸入的信號(hào)，輸入PLC中，在調(diào)用速度切換程序。開(kāi)關(guān)門(mén)程序在電梯運(yùn)行時(shí)，即使按下開(kāi)門(mén)按鈕，電梯門(mén)也不會(huì)打開(kāi)。同樣，如果電梯門(mén)沒(méi)有完全關(guān)閉，電梯是不會(huì)進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)的，以此來(lái)保證乘客的安全。在開(kāi)關(guān)門(mén)程序中，當(dāng)電梯門(mén)處于正在開(kāi)門(mén)的狀態(tài)時(shí)，必須等廂門(mén)完全打開(kāi)后，才能執(zhí)行關(guān)門(mén)程序，只有在閉合后，手動(dòng)關(guān)門(mén)才能開(kāi)始操作。反過(guò)來(lái)，當(dāng)電門(mén)處于正在關(guān)門(mén)的狀態(tài)時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)開(kāi)門(mén)按鈕斷開(kāi)關(guān)門(mén)自鎖繼電器,然后通過(guò)開(kāi)門(mén)自鎖繼電器,將關(guān)門(mén)狀態(tài)轉(zhuǎn)化為開(kāi)門(mén)狀態(tài)。換速程序?yàn)榱吮ＷC電梯運(yùn)行的快速穩(wěn)定，而且能夠提供給乘客一個(gè)舒適的乘坐環(huán)境，該控制系統(tǒng)采用雙速運(yùn)行方式。在電梯啟動(dòng)階段，速度較低，增加到快速運(yùn)行階段，既能較快地打達(dá)目標(biāo)樓層，又不會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)烈的不舒適感。門(mén)定位程序在該程序中