PLC课程设计(五层电梯)

碳化硅胶态原位凝固成型技术研究 可编程控制器原理与应用 课 程 设 计 目 五层电梯自动PLC控制 系 (部) 机电工程系 班 级 ********** 姓 名 ****** 学 号 ********** 指导教师 ******* 2010 年 1 月 11 日至 1 月 15 日 共 1 周 2010年 01 月 15 日 可编程控制器原理与应用 课程设计任务书 一、设计题目、内容及要求 1、设计题目：五层电梯的plc自动控制 2、设计内容：1）电梯轿箱的控制要求： a：选向：根据电梯各层内选外呼信号的先后和停止时轿箱所在的楼曾位置决定电梯的运行方向。 b：选层换速：指电梯能够根据轿内所选层而决定运行方向，而且遵守或一直向上，或一直向下的原则。并且在每次平层的时候都能够换速。 c：楼层位置的指示：选用了数码管显示的。由于FX2N系列已有内部计数-译码驱动模块，所以只要外部加上LED七段显示管和电源就可以显示楼层了。 2）电梯门的控制要求： 要求当电梯平层的时候，电梯门自动打开，经过5秒钟后电梯门自动关上。如果遇到有人在门中间的情况，电梯会因为光电开关的作用而自动开门。 3、设计要求： 1）根据生产的工艺过程控制要求。如需要完成的动作（动作顺序、动作条件及必须的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动；连续、单周期及单步等）； 2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备。据此确定PLC的I/O点数； 3）选择PLC,分配PLC的I/O点，设计I/O电气接口连接图（这一步也可结合第2步进行）； 4）进行PLC程序设计。 二、设计原始资料 三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等） 1．根据设计内容撰写《可编程序控制器原理与应用课程设计报告》，要求不低于3000字。 2. 绘制接线图、顺序功能图、梯形图，提交电子版； 3. 提交接线图、主电路一张，用A3纸打印。 四、进程安排 从2009年1月11日到2010年1月15日 序号 项目 具 体 内 容 时间（天） 1 明确任务 1）了解设计任务书 2）借阅图书资料 0.5 2 总体设计及plc选型 1）熟悉设计题目 2）查阅相关资料，进行plc选型、电器元件选型 1 3 接线图设计 分配PLC的I/O点，设计I/O电气接口连接图 0.5 4 梯形图设计 用编程软件绘制梯形图 1.5 5 撰写设计报告 撰写不少于3000字的《可编程序控制器原理与应用课程设计报告》 1.5 五、主要参考资料 [1] 邓星钟. 机电传动控制. 武汉：华中科技大学出版社,2001. [2] 静 康. 实用电工典型线路图例. 北京：中国水利水电出版社,1998. [3] 全国电气文件编制和图形符号化技术委员会. 电气电工及相关标准汇编.北京：中国电力出版社,2001. [4] 朱英韬. 工厂电气控制技术. 北京：工业大学出版社，1991. [5] 杨长能,张兴毅. 可编程程序控制器基础及应用.重庆:：重庆大学出版社,2001. 指导教师（签名）： 教研室主任（签名）： 课程设计成绩评定表 出勤 情况 出勤天数 缺勤天数 成 绩 评 定 出勤情况及设计过程表现（20分） 课设答辩（20分） 设计成果（60分） 总成绩（100分） 提问 （答辩） 问题 情况 综 合 评 定 指导教师签名： 年 月 日 目 录 1 概述…………………………………………………………………………………… 1 2 总体方案设计………………………………………………………………………… 2 2.1电梯控制系统构成…………………………………………………………… 2 2.2电梯的工作原理及功能要求……………………………………………… 2 2.2.1输入输出回路……………………………………………………… 2 2.2.2变频调速回路……………………………………………………… 3 3 硬件设计 ……………………………………………………………………………… 4 3.1控制系统硬件设计…………………………………………………………… 4 3.2输入输出点分配 …………………………………………………………… 5 4 软件设计 ………………………………………………………………………………6 4.1 控制系统程序工艺流程分析………………………………………… 6 4.2控制系统程序设计…………………………………………………… 11 5 总结 ………………………………………………………………………………17 参考文献 ………………………………………………………………………………18 1 概述 在本次设计中，我将利用PLC来实现对电梯的控制。在当今时代由于工业自动化程度的不断提高对自动化控制的要求也日趋增加，PLC则能在很大程度上很广的范围内实现自动化控制。20世纪60年代末，为了克服传统继电器的种种应用上的缺点，人们研制出了一种先进的自动控制设备PLC，由于PLC具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。现在PLC作为用于工业生产过程控制的专用计算机，与商家、家用的微机不同，由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和工作运行的连续性，使其在设计上有许多特点。 （1）​ 可靠性高，抗干扰能力强； （2）​ 编程方法简单、直观； （3）​ 体积小、耗能低、重量轻； （4）​ 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强； （5）​ 系统的设计/安装、调试工作量少； （6）​ 维修工作量小、维护方便； （7）​ 接口模块功能强、品种多。 因此，PLC行业已经在工业市场上占有一大片领地。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。 本次设计包括对PLC硬件的设计，软件设计，驻点路的设计，控制柜的设计，以及电梯惦记和其他设备的选择，还有原理分析等。相信此次设计后，我对电梯的实际运行以及PLC的基本原理和控制过程能有初步的掌握。 2 总体方案设计 2．1 电梯控制系统构成 电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及 PLC 单元构成，由如图2所示，PLC用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。 2．2 电梯的工作原理及功能要求 2．2．1输入输出回路 输入输出单元为 PLC 的 I/O 接口部分，主要由轿箱内选层、楼层及方向指示、厅外呼叫、开关门、上下强迫换速开关、井道内的上下平层、门锁、消防、安全保护继电器、检修、称重、泊梯等单元构成。 （1）输入单元为：开关门按钮，输入 PLC 控制轿门的开闭（厅门也同时动作）；上下平层装置，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层；厅外呼叫单元，用来对各层站的厅外召唤信号进行登记、记忆和消除；轿箱内选层单元，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示；上下限强迫换速开关，用于保护电梯的高速运行安全，避免电梯出现冲顶或蹲底事故，当电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上下限强迫换速开关打板，信号输入 PLC，PLC 发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置；门锁装置（或轿门和厅门联锁保护装置），轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；安全回路，通常包括轿顶内急停开关、轿内急停开关、限速器断绳开关、安全钳开关、限速器超速开关、相序保护继电器、底坑急停开关、上下限极限开关等；检修、消防和泊梯，检修、消防和泊梯为电梯的三种运行方式，检修运行为电梯检修时的慢速运行方式，消防运行有消防返回基站和消防员专用两种运行状态，泊梯状态，消除内选和外呼信号，自动返回泊梯层、关门并断电；称重单元，用来检测轿厢负荷，判断电梯处于欠载、满载或超载状态，然后输出数字信号给 PLC，根据负载情况进行起动力矩补偿，使电梯运行平稳。 （2）输出单元为：层楼指示灯、楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯以及报站钟等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式，本系统为七段码显示方式；开关门单元，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，完成开关门动作。 2．2．2变频调速回路 变频调速主回路由变频调速驱动、三相交流输入、曳引机和制动单元构成.三相电源 R、S、T 经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端为两相电接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度，旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向的目的。变频器输入信号为：上、下行方向指令，低速、高速、检修速度编码指令。 3 硬件设计 3．1 输入输出点分配 表3－1 I/O分配表 输入信号 输出信号 名称 代号 编号 名称 代号 编号 安全回路 K6 X000 电梯上行 UP Y000 零速输入 K0 X001 电梯下行 DOWN Y001 脉冲输入 K1 X002 电梯快行 FAST Y002 轿内电锁 K2 X003 电梯慢行 SLOW Y003 红外传感器 K3 X004 检修速度 JX Y004 关门力限开关 K4 X005 七段码 A Y005 超　重 K5 X006 B Y006 上限强制减速 SQ0 X007 C Y007 一楼指令 SB1 X010 D Y010 二楼指令 SB2 X011 E Y011 三楼指令 SB3 X012 F Y012 四楼指令 SB4 X013 G Y013 五楼指令 SB5 X014 关门催促铃声 KE1 Y014 基站到位开关 SQ4 X015 厅门关 KM2 Y015 一楼上呼 SB6 X016 厅门开 KM3 Y016 一楼下呼 SB7 X017 厅内指示灯１ E1 Y017 二楼上呼 SB8 X020 厅内指示灯２ E2 Y020 二楼下呼 SB9 X021 厅内指示灯３ E3 Y021 三楼上呼 SB10 X022 厅内指示灯４ E4 Y022 三楼下呼 SB11 X023 厅内指示灯５ E5 Y023 四楼上呼 SB12 X024 上呼灯１ E6 Y024 四楼下呼 SB13 X025 上呼灯２ E7 Y025 五楼上呼 SB14 X026 上呼灯３ E8 Y026 五楼下呼 SB15 X027 上呼灯４ E9 Y027 厅门开 SB16 X030 下呼灯２ E10 Y030 厅门关 SB17 X031 下呼灯３ E11 Y031 厅门开到位 SQ1 X032 下呼灯４ E12 Y032 厅门关到位 SQ2 X033 下呼灯５ E13 Y033 检修开关 SB18 X034 超重铃声 KM4 Y034 检修上 SB19 X035 抱闸信号 KM5 Y035 检修下 SB20 X036 上行指示灯 E14 Y036 下限强制减速 SQ3 X037 下行指示灯 E15 Y037 3．2 控制系统硬件设计 本实验有32个输入信号，32个输出信号及现有设备，所以选用FX2—64MR的PLC，由于现有材料所以选OMRON的3G2JV变频器和两相交流电机。来完成实验。PLC控制器、变频器和电动机的接线及原理图下如图所示。 图3.1 4 软件设计 4．1 控制系统程序工艺流程分析 根据电梯的功能要求与工作原理以及输入/输出点的地址分配表，来绘制电梯的程序流程,和设计电梯的程序梯形图。电梯程序流程图为图4.1。梯形图分成：初始化、指层控制、开关门控制、轿内呼叫与标记控制、厅外呼叫与标记控制、电梯上下行选择与指示控制、电梯的运行控制来编写与调试。最后再组合调试。 图4.1 电梯程序流程图 4．1．1电梯初始化 电梯复位、装入数据、安全回路等。 4．1．2指层控制 指层控制梯形图如图4.3所示。本程序以1楼为基站，脉冲数为0。D200、D202、D204、D206、D208分别存放1/F—5/F的脉冲数0、600、1200、1800、2400（实验用实际具体而定）。C242为内部高速计数器，D250存放减速脉冲数50，M1—M5为楼层继电器。当轿箱位于某一层时，应产生位于该层的楼层信号，以控制楼层显示器显示楼层处的位置，离开该层时，该信号应被新的楼层信号（上层或下层）取代。 4．1．3开关门控制 （1）开门控制 手动开关门时，当电梯运行到位后，按下SB16，X030闭合，M50置位，Y016得电，电动机正转，开门。开门到位，开门到位行程开关SQ1动作，X032闭合，M50复位，Y016失电，开门过程结束。当在关门过程中，按下SB16，停止关门，并开门。 自动开关门时，当电梯运行到位后，电梯停止，T0开始定时，延时2S后，T0触电闭合，M50置位，开门。 （2）关门控制 手动关门时，当按下SB17，X031闭合，M51置位，Y015得电，电动机反转，关门。关门到位，关门到位行程开关SQ2动作，X033闭合，M51复位，Y015失电，关门过程结束。在开门过程中，按下SB17，停止开门，并关门。 自动关门时，定时器T1控制。当电梯开门到位后，X031闭合，T1定时5S后，M51置位，关门。但在关门时，有客人经过红外线遮蔽，停止关门，遮蔽结束，继续关门。当关门过程受到压力，关门力限K4闭合，M50置位，开门。 4．1．4轿内指令控制 当轿内按下SB1、SB2、SB3、SB4、SB5后，按键标记，对应指示灯E8—E12亮。到电梯到达指定层后，动作取消，指示灯灭。在检修时，按键不标记。安全回路在整个工作过程中为常开（X000），只有出现不安全情况时才导通，则电梯停止工作。 4．1．5厅外呼叫控制 当按下对应的呼叫键SB6—SB17时，按键标记，对应指示灯E13—E20亮。到电梯到达标记层时，动作取消，指示等灭。在检修时，按键不标记。 4．1．6电梯的选层上、下行控制 当电梯得到轿内指令或厅外呼叫指令时，分析对应层与电梯所在位置，判断是上行（M100置位）还是下行（M101置位）。M100置位时，Y000接通，电梯上行；M101置位时，Y001接通，电梯下行。 4．1．7电梯的运行控制 电梯的运行由变频器控制，一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。为使乘客拥有良好的舒适感，电梯采用S型速度曲线，转换成频率曲线如图4所示。 图4.2 电梯的运行曲线 当PLC发出正转M100置位（或反转M101置位）即M120置位，Y002导通，高速运行，变频器从0Hz到50hz开始启动，启动时间为3S，然后维持50Hz运行。当换速信号到时，PLC撤消高速信号Y002断开，同时输出爬行信号Y003导通，爬行频率为6Hz。从50Hz下降到6Hz在3S内完成。当到达6Hz速度时，就以此速度爬行。当平层信号（M301—M341）到时，撤消正转（或反转）及爬行信号，变频器从6Hz减速到0。在整个运行过程中，变频器的零速输入点X001及异常输出点X003都是断开的，运行速度减为0时，；零速输入点闭合，通过PLC发出电动机抱闸和自动开门信号。当变频器出现异常时，X003导通，电梯无法运行。 按下检修键SB19后，只能以检修速度运行。按下检修上行SB22时，Y002、YOO3闭合，以检修速度（10Hz）上行，松开按键，立即停止。同理，按下检修下行SB20时，Y002、Y003闭合，以检修速度(10Hz)下行，松开按键，立即停止。 由于材料限制，本实验用OMRON，3G3JV小型变频器，两相交流电动机。实际根据需要所定。变频器的参数设置为表2。 表4-1 变频器参数设置 n02 1 控制电路的端口区控制运行 n05 0 可以反转 n09 50 电机运行的最高频率（Hz) n14 0 电机运行的最低频率（Hz) n16 3 斜坡上升时间（S） n17 3 斜坡下降时间（S） n20 2 S形加减时间为0.5S n22 50 设置固有频率f=50Hz（高速运行）端口S3 n23 6 设置固有频率f=6Hz （爬行运行）端口S4 n24 10 设置固有频率f=10Hz （检修运行）端口S5 n36 2 反转与停止 输入端口为S2 N37 6 多段速指令1 输入端口为S3 n38 7 多段速指令2 输入端口为S4 n39 8 多段速指令3 输入端口为S5 N40 3 零速输出 ON：零速中 S0：为正转与停止端口 4．1．8抱闸、泊梯、超重控制 当变频器输入零速信号后，X001常开闭合，输出Y035常开闭合，抱闸闭合。电梯运行时，零速输入停止，X001断开，则Y035常开断开，轿箱运行。 消防与泊梯，按下SB14，X026导通，电梯返回基站。基站到，X015常闭断开，电梯停止。 超重时，X006常闭闭合，电梯不能启动，并鸣镝（Y034常开闭合）。 4.2控制系统程序设计 图 4.3 5总结 通过这次课程设计，我更深刻地认识到PLC技术不仅可以实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数、算术运算、数据处理、数据通信等功能，并且具有处理分支、中断、自诊断能力。逻辑控制功能通过软件编程实现，柔性强，控制功能多，控制线路大大简化。S7—200PLC的编程软件为STEP7 Micro/wIN32，是一种基于windows平台的应用软件，它可以使用通用的个人计算机作为图形编辑器，用于在线或离线开发用户程序，用于在线对PLC进行各种操作，并且可以在线实时监控用户程序的执行状态。它提供了三种编程语言，及梯形图LAD，语句表STL及功能块图FBD，每种语言都有自己的特点。梯形图LAD是在继电器接触控制基础上演变而来的，是一种图形化的编程语言。编程人员几乎不必具备计算机的基础知识，不需考虑PLC内部的结构原理，只要有继电接触控制的基础，就能在很短时间内掌握梯形图LAD的使用和编程方法。但仅仅能操作使用PLC是不够的，我们要能根据要求灵活地运用PLC知识设计控制电路，要做到在实现各种控制要求的同时所使用的电气控制元件最少，这样才能使成本降到最低，做到实现最优化的设计，这也是我们学习PLC这门课程的主要目的。 这次设计不仅让我对plc控制有了一定的了解，更让我认识到课上所学的东西是很有限的，设计的过程中需要我们不断的查资料，整理，思考等等，不仅对电梯的控制有所了解，而且对设备的选择也有或浅或深的认识，最重要的是我们掌握了一种设计的方法，思维的方式，真是受益匪浅。感谢老师给我们一次动脑的机会，学而不思则罔，我想老师让我们自由选题的目的大概就是让我们自由地放飞我们的想像，也让我们懂得行成于思毁于随的道理吧！ 参考文献 [1] 邓星钟. 机电传动控制. 武汉：华中科技大学出版社,2001. [2] 静 康. 实用电工典型线路图例. 北京：中国水利水电出版社,1998. [3] 全国电气文件编制和图形符号标准化技术委员会. 电气电工及相关标准汇编.北京：中国电力出版社,2001. [4] 朱英韬. 工厂电气控制技术. 北京：工业大学出版社，1991. [5] 杨长能,张兴毅. 可编程程序控制器基础及应用.重庆:：重庆大学出版社,2001.