毕业设计148沈阳航空工业学院电梯控制系统设计Word文档下载推荐.docx

1、 早期的PLC主要用于顺序控制上。所谓顺序控制，就是按照工艺流程的顺序，在控制信号的作用下，使得生产过程的各个执行机构自动地按照顺序动作。PLC的应用大大促进了流水线技术的发展。 今天的PLC已经开始用于闭环控制，不仅如此，随着其扩展能力和通信能力的发展，它也越来越多地应用到了复杂的分布式控制系统中。PLC自1969年问世以来，它按照成熟而又有效的继电器控制概念和设计思想，不断利用新科技，新器件，尤其和现在飞速发展的计算机技术相联系，逐步形成一门较为独立的新兴技术和具有特色的各种系列产品，同时也逐步发展成为一类解决自动化问题的有效而且便捷的方式。PLC自身具有的完善的功能，模块化的结构，以及开

2、发容易、操作方便、性能稳定、可靠性高的特点和较高的性价比，使其在工业生产中的应用前景越发看好，而且随着集成电路的发展和网络时代的到来，PLC必将能够有更大的用武之地。现在的主要的PLC的厂商都集中在日本和美国等发达国家，国内生产和制造PLC的工艺技术都还落后于这些国家。作为实现工业自动化的不可缺少的部分，大力发展PLC对于我国来讲是很重要的，也有深远的意义。1.1.1 PLC的由来在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新

3、设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即： 1.编程方便，现场可修改程序； 2.维修方便，采用模块化结构； 3.可靠性高于继电器控制装置； 4.体积小于继电器控制装置； 5.数据可直接送入管理计算机； 6.成本可与继电器控制装置竞争； 7.输入可以是交流115V； 8.输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等； 9.在扩展时，原系统只要很小变更； 10.用户程序存储器容量至少能扩展到4K。 1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台P

4、LC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。 这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用，到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。 这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。1.1.2 PLC的基本结构 PLC的基本组成部分包括中央处理单元（CPU），内部扩展，电源，I/O模块编程器。图1-1给出

5、了PLC组成结构框图。 1.中央处理单元（CPU）中央处理单元是可编程控制器的核心部分，他主要是由处理器和内存组成。其中处理器包括通用的微处理器和专用的微处理器。S7200CPC将一个微处理器，一个继承的电源和若干数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中。西门子提供更多类型的CPU，以适应各种应用要求。不同类型的CPU具有不同的规格参数，但核计算能力相同。2.内部扩展中央处理单元中包括一定的供用户使用的内部存储器，但对于用户应用程序来说一般是不够的，所以PLC都具有内存扩展功能。3.电源所有的S7-200CPU都有内部电源，可为CPU自身，扩展模块和其他用电设备提供5V，24V直流电源。扩展模块通

6、过与CPU连接的总线连接电缆取得5V直流电源。5V直流电源不能通过添加外部电源增加供电能力。如果使用CPU上的24V支流传感器电源为扩展模块供应24V直流电源，或者为I/O点提供24V直流电源，这些电源需求都要根据CPU的供电能力进行计算。如果所需电流超过传感器的供电能力，就需要增加外接24V直流电源。S7-200CPU上提供的电源不能和外接电源并联。外加电源直接连接到相应的模块上即可。图1.1 PLC的组成结构框图4.I/O模块 输入模块和输出模块简称为I/O模块，它们是系统的眼，耳，手，脚，是联系外部现场设备和CPU的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮，选择

7、开关，数字拨码开关，限位开关，接近开关，光电开关，压力继电器等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器，测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。开关量输出模块用来控制接触器，电磁阀，电磁铁，指示灯，数字显示装置和报警装置等输出设备；模拟量输出模块用来控制调节阀，变频器等执行装置。CPU模块的工作电压一般是5V，而PLC的输入/输出信号电压较高，例如DC24V和AC220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使PLC不能正常工作。在I/O模块中，用光耦合器，光控晶闸管，小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的I/O电路，I/O模块除了传

8、递信号外，还有电平转换的作用。5编程器编程器用来生成用户程序，并用它进行编辑，检查，修改和监视用户程序的执行情况。手持式编程不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。使用编程软件可以在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令表程序，并且可以实现不同编程语言之间的转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。1.1.3 PLC的特点1 编程方法容易学梯形图是使用得最多的PLC编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图

9、相似。梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电器技术人员只要花几天时间就可以以熟悉的梯形图语言，并用来编制用户程序。梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言，PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再执行。2 功能强，性能价格比高：一台小型PLC内有成百上千可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。3 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强PLC产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方地进行系

10、统配置，组成不同功能。不同规格的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用于接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。4抗干扰性强PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户认为最可靠的工业控制设备之一。5 系统的设计，安装，调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器，时间继电器，计数器等器件，使控制柜的设计，安装，接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法规律，对于复杂的控制系统，设

11、计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少的多。6高可靠性（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。 7. 丰富的I/O接口模块 PLC针对不同的工业现场信号，如：

12、交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。 另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 8. 采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 9.安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各

13、种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。1.1.4 PLC的应用领域1 数字量逻辑控制PLC用“与”，“或”，“非”等逻辑指令来实现触点和电路的串，并联，代替继电器进行组合逻辑控制，定时控制与顺序逻辑控制。数字量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，其应用领域已遍及各行各业，甚至深入到家庭。2 运动控制PLC使用专用的运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置，速度和加速度进行控

14、制，可以实现单轴，双轴和多轴的位置控制，使运动控制与顺序控制功能有机地结合在一起。PLC的运动控制功能广泛运用于各种机械，例如金属切削机床，金属成型机械，装配机械，机器人，电梯等场合。3 数据处理现代的PLC具有数学运算，数据传送，装换，排序和查表，位操作等功能，可以完成数据的采集，分析和处理。这些数据可以与储存在储存器中的参考值比较，也可以用通信功能传送到别的智能装置，或者将它们打印制表。4 通信联网PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信，多台PLC之间的通信，PLC与其他智能控制设备之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统。1.1.5 P

15、LC的硬件结构1.PLC的物理结构整体式PLC：又叫做单元式或箱体式，它的体积小，价格低，小型PLC一般采用整体式结构。整体式PLC将CPU模块，I/O模块和电源装在一个箱型机壳内，s7-200称为CPU模块。模块式PLC：大中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成。模块插在模块插座上，后者焊在机架中的总线连接板上，有不同槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下选用的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用接口模块和电缆相连。2.CPU模块的存储器 存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机操作系统，它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各

16、种工作。系统程序由PLC生产厂家设计并固化在ROM中，用户不能读取。用户程序由用户测试，它使PLC能完成用户要求的特定功能。PLC使用的物理存储器有：随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可以电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）。3I/O模块输入模块：输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起错误的输入信号。S7-200的滤波电路的延迟时间可以用编程软件中的系统块设置。输出模块：S7-200的CPU模块的数字量输出电路的功率元件有驱动直流负载，负载电源由外部提供。输出电流的额定值与负载的性质有关，例如S7-200的继电器输出电路可以驱动2A的电阻性负载，

17、但是只能驱动200W的白炽灯。输出电路一般分为若干组，对每一组的总电流也有限制。面板结构和接线端子如图1.2 1.3。图1.2 PLC面板结构图1.3 PLC接线端子1.16 PLC的功能1 逻辑控制2 计数控制3 步进（顺序）控制4 PID控制5 数据控制：PLC具有数据处理能力6 通信和联网7 其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。1.17 PLC的工作原理1 读取输入：在PLC的存储器中，设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的 状态，它们分别称为输入过程映像寄存器和输出过程映像寄存器。CPU以字节（8位）为单位来读写输入/输出过程映像

18、寄存器。2 执行用户程序：PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按顺序排 列。在RUN工作模式的程序执行阶段，在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序。3 通信处理：在通信请求处理阶段，CPU处理从通信接口和智能模块接收到的信息，例如读取智能模块的信息并存放在缓冲区中，在适当的时候信息传送给通信请求方。4 CPU自诊断测试包括定期检查CPU模块的操作和扩展模块接收的状态是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。5 改写输出：CPU执行完用户程序后，将输出过程映像寄存器的0/1状态传送到输出模块并锁存起来。梯形图中某一输出位的线圈“通电”时，对应的输

19、出过程映像寄存器为1状态。信号经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。若梯形图中输出的线圈通电，对应的输出过程映像寄存器中存放的二进制数为0，将它送到继电器输出模块，对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。6 中断程序的处理：如果在程序中使用了中断，中断事件发生时CPU停止正常的扫描工作模式，立即执行中断程序，中断功能可以提高PLC对某些事件的响应速度。7 立即I/O处理：在程序执行过程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O点。用立即I/O指令读输入点的值时，相应的输入过程映像寄存器的值未被更新。

20、用立即I/O指令来改写输出点时，相应的输出过程映像映像寄存器的值被更新。8 PLC的工作过程：PLC的工作过程是周期循环扫描的工作原理。用户通过编程器或其它输入设备，输入存放在PLC的用户存储器中。当PLC开始运行时，CPU根据系统监控程序的规定顺序，通过扫描，完成各输入点的状态采集或输入数据采集、用户程序的执行、各输出点状态的更新、编程器键入影响和显示更新、及CPU自检等功能。PLC的扫描可按固定顺序进行，也可按用户程序规定的可变顺序进行。PLC的工作过程分为三个阶段进行。图1.4所示： 输入采样 程序执行 输出刷新图1.4 PLC工作过程流程图1.18 PLC的发展趋势 1微型、小型PLC

21、功能明显增强：很多有名的PLC厂家相继推出高速、高性能、小型、特别是微型的PLC。三菱的FXOS14点（8个24VDC输入,6个继电器输出）,其尺寸仅为58mm89mm,仅大于信用卡几个毫米,而功能却有所增强,使PLC的应用领域扩大到远离工业控制的其它行业,如快餐厅、医院手术室、旋转门和车辆等,甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。2集成化发展趋势增强：由于控制内容的复杂化和高难度化,使PLC向集成化方向发展,PLC与PC集成、PLC与DCS集成、PLC与PID集成等,并强化了通讯能力和网络化,尤其是以PC为基的控制产品增长率最快。PLC与PC集成,即将计算机、PLC及操作人员的人机接口结合在

22、一起,使PLC能利用计算机丰富的软件资源,而计算机能和PLC的模块交互存取数据。以PC机为基的控制容易编程和维护用户的利益,开放的体系结构提供灵活性,最终降低成本和提高生产率。3向开放性转变：PLC存在严重的缺点,主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的,绝大多数的PLC是专用总线、专用通信网络及协议,编程虽多为梯形图,但各公司的组态、寻址、语文结构不一致,使各种PLC互不兼容。国际电工协会（IEC）在1992年颁布了IEC1131-3可编程序控制器的编程软件标准,为各PLC厂家编程的标准化铺平了道路。现在开发以PC为基、在WINDOWS平台下,符合IEC1131-3国际标准的新一代开

23、放体系结构的PLC正在规划中。1.2 电梯简介电梯是服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的倾角小于15度的钢性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。1.2.1 我国电梯的发展状况 我国电梯事业起步较晚，但发展较快。在控制技术方面，从手柄控制发展为按钮信号控制。集选控制及多台电梯机群管理控制；从继电器接触器的信号或集选控制到计算机（电脑）控制；从调压调速到调频速度控制系统。微电脑（或称微机）在电梯控制系统中得到广泛的应用，从而代替了传统的数量众多的继电器、接触器控制系统，微电脑电

24、梯的特点：运行可靠、故障率低、耗能少；控制屏（柜）体积小，从而机房面积可相应减小；设备投资费减少；维修方便。调频调压的交流调速高速电梯也有了发展。为了适应电梯运行的性能，再简化驱动控制系统的前提下，提高电梯运行的性能，推出交流感应电动机和低转速直流电动机，以便适应于电梯的四象限运行工作状态的需要，因此，提高了电梯的平稳性，使乘坐电梯的舒适感更好。在电梯速度方面，目前除了常见货梯、客梯外，还开发了双层轿厢和观光电梯。在材料和装饰方面，特别在电梯的机械部件、控制器、轿厢及其属件上将使用轻质材料，使其在提高性能的同时，更便于操作，并能减少安装费用和节约机房空间。电梯轿厢的装饰日趋豪华。1.2.2 电

25、梯的分类1按用途分类：乘客电梯，载货电梯，客货电梯，消防电梯，病床电梯，观光电梯，船舶电梯。2按驱动系统分类：交流电梯，直流电梯，液压电梯。3按操作控制分类：门外按钮控制小型杂物电梯，内外按钮控制自动门电梯，集选控制电梯。内外按钮控制自动门电梯：该电梯是一种乘客自己操作的电梯，电梯在各层站分别设有一个召唤按钮。轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮，某一层等待电梯的乘客按下召唤按钮，就能使不被占用的轿厢到来，电梯停靠时立即自动开门，乘客进入轿厢后，按下他要去的楼层的指令按钮，电梯就自动关门，自动行驶到该站。每次停靠时，电梯自动进行减速、平层、开门。集选控制电梯：该电梯是一种乘客自己操作

26、或有时也可以有专职司机操作的自动电梯。电梯在底层和顶层分别设有一个向上或向下的，而在其它层站设有向上、下两个召唤按钮。（集选控制）轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮，当进入轿厢的乘客按下指令按钮，指令信号就被登记。电梯在向上过程中按登记的指令信号和向上召唤信号逐一停靠，直到有这些信号登记的最高层站和有向下召唤登记的最底层为止，然后又反向向下安置指令及向下召唤信号逐一停靠。每次停靠时电梯自动进行减速、平层、开门。集选控制电梯，功能齐全，操作简便，便于控制。1.2.3 电梯的电力驱动电梯的电力驱动系统对电梯的启动加速，稳速运行，制动减速起着控制作用。驱动系统的优劣直接影响电梯的起动，制

27、动加减速度，平层精度，乘座的舒适性等指标。变极调速系统：电机极数少的绕组称为快速绕组，极数多的绕组称为慢速绕组。变极调速是一种有极调速，调速范围不大，因为过大地增加电机的极数，就会显著地增大电机的外形尺寸。快速绕组作为起动和稳速之用，而慢速绕组作为制动和慢速平层停车用。 交流调压调速系统：双速梯采用串电阻或电抗起动，变极减速平层，一般起制动加减速度大，运行不平稳。因此可用可控硅取代起，制动用电阻，电抗器，从而控制起，制动电流，并实现系统闭环控制。通常采用速度反馈，运行中不断检查电梯运行速度是否符合理想速度曲线要求，以达到起制动舒适，运行平稳的目的。这种系统由于无低速爬行时间，使电梯的总输送效率大大提高，而且按距离制动直接停*楼层，电梯的平层精度可控制在+-10mm之内。变压变频调速系统：交流异步电动机的转速是施加于定子绕组上的交流电源频率的函数，均匀且连续地改变定子绕组的供电频率，可平滑地改变电机的同步转速。但是根据电机和电梯为恒转矩负载的要求，在变频调速时需保持电机的最大转矩不变，维持磁通恒定。这就要求定子绕组供电电压要作相应的调节。因此，