三菱plc控制四层电梯_本科毕业设计(编辑修改稿)

三菱plc控制四层电梯_本科毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

(1)输入 处理 阶段 在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O映象区中的相应得单元内。 输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。 在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化， I/O 映象区中的相应单元的状态和数 据也不会改变。 因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (2)程序执行阶段 在用户程序执行阶段， PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 (梯形图 )。 在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功 能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 (3)输出 处理 阶段 当扫描用户程序结束后， PLC 就进入输出刷新阶段。 在此期间， CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经 输出电路驱动相应的外设。 这时，才是 PLC 的真正输出。 常用 的 程序设计语言 (1)梯形图 （ LD → Ladder Diagram ） 哈尔滨工业大学成人高等教育本科毕业设计（论文） 5 梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为 PLC 的第一编程语言。 这种表达方式与传统的继电器控制电路图非常相似，不同点是它的特定的元件和构图规则。 它比较直观、形象，对于那些熟悉继电器 接触器控制系统的人来说，易被接受。 这种表达方式特别适用于比较简单的控制功能的编程。 如 图 11a)所示的继电器控制电路，用 PLC 完成其功能的梯形图如图 11b)。 图 11 继电器控制电 路及用 PLC完成其功能的梯形图 梯形图的 要点 ：梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。 每个继电器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。 每一逻辑行起于左母线，然后是触点的各种连接，最后终止于继电器线圈（也可以加上一条右母线）。 整个图形呈阶梯状。 (2)功能模块图（ FBD → Function Black Diagram ） 功能模块图是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言。 该语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示 “非 ”运算，方框被 “导线 ”连接 在一起，信号自左向右流动。 例如对应于图 12a)的功能模块图如图 12b)所示。 图 12 功能模块图 功能模块图的特点是：以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；以图形的形式表达功能，直观，有数字电路基础的人很容易掌握；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大减少。 (3)顺序功能流程图（ SFC → Sequential Function Chart ） 顺序功能流程图的规则是：将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件哈尔滨工业大学成人高等教育本科毕业设计（论文） 6 对控制系统的功能流程 顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。 每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。 在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。 由于顺序功能流程图描述控制过程详细具体（包括：每一步的输入信号，每一步的工作内容，每一步的输出状态，框与框之间的转换条件。 ），因此程序结构清晰，易于阅读及维护，可大大减轻编程工作量，缩短编程和调试时间。 特别适用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合。 图 13 是一个简单的顺序功能流程图的示意图。 图 13 顺序功能流程图的示意图 (4)指令表 （ IL → Instruction List） 它采用类似于汇编语言的指令语句来编程。 指令语句的一般格式为：操作码 操作数。 操作码又称为编程指令，用助记符表示，它指示 CPU 要完成的操作，包括逻辑运算、算术运算、定时、计数、移位、传送等。 操作数给出操作码所指定操作的对象或执行该操作所需的数据，通常为编程元件的编号或常数，如输入继电器、输出继电器、内部继电器、定时器、计数器、数据寄存器以及定时器、计数器的设定值等。 指令语句对熟悉汇编语言的编程者特别容易接受，它编程设备简单，编程简便。 采用指令语句编程时，通常都预先用以上几种方式之一表达控制原理 ，然后改写成相应的指令语句。 应用最多的是采用梯形图与指令语句结合编程，即先按控制要求画出梯形图，再根据梯形图写出相应的指令程序。 因 PLC 是按照指令存入存储器中的先后顺序来执行程序的，故要求程序中指令和顺序要正确。 (5)结构化文本 （ ST → Structured Text ） 结构化文本是 IEC 工作组对各种高级编程语言合理地吸收、借鉴的基础上创建的针对工业控制的一种专用高级编程语言。 结构化文本的特点是：能实现较复杂的控制运算；编写的程序简洁、紧凑；需要有一哈尔滨工业大学成人高等教育本科毕业设计（论文） 7 定的计算机高级语言的知识和编程技巧。 因此，这种语言主 要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。 本章小结 本章主要介绍了电梯的组成、工作原理和目前国内外的发展状况，并重点介绍了 PLC的定义、 PLC 的基本结构和工作原理并列举了几个常用的程序设计语言，从而明确此次论文的设计要求和主要内容。 哈尔滨工业大学成人高等教育本科毕业设计（论文） 8 第 2章 基于三菱 PLC 电梯控制系统的设计 基于三菱 FX2N系列 PLC电梯控制系统分析 随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。 电梯作为高层建筑中垂 直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。 实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。 目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（ PLC）取代微机实现信号集选控制。 从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大 的区别。 国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而 PLC 可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。 根据大量的研究和实验表明 ,人可接受的最大加速度为 am≤, 加速度变化率ρm≤3m/s3,电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲线实现较为困难，而三角形曲线最大加速度和在启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线，即 +ρm跳变到 ρm或由 ρm跳变到 +ρm的加速度变化率，故很少采用，因梯形曲线容易实现并且有良好加速度变化率频繁指标，故被广泛采用，采用梯形加速度曲线电梯的理想运行曲线如图 21 所示： 图 21 电梯的理想速度曲线 智能变频器是为电梯的灵活调速、控制及高精度平层等要求而专门设计的电梯专用变频器，可配用通用的三相异步电动机，并具有智能化软件、标准接口、菜单提示、输入电梯曲线及其它关键参数等功能。 其具有调试方便快捷，而且能自动实现单多层功能，并具有自动优化减速曲线的功能，由其组成的调速系统的爬行时间少，平层距离短，不论是双绕 组电动机，还是单绕组电动机均可适用，其最高设计速度可达 4m/s，其独特的电脑监控软件，可选择串行接口实现输入 /输出信号的无触点控制。 变频器构成的电梯系统，当变频器接收到控制器发出的呼梯方向信号，变频器依据设定的速度及加速度值，启动电动机，达到最大速度后，匀速运行，在到达目的层的减速点哈尔滨工业大学成人高等教育本科毕业设计（论文） 9 时，控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度，在减速运行过程中，变频器的能够自动计算出减速点到平层点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使低速爬行时间缩短至 ,在电梯的平层过 程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度。 即当电梯停得太早时，变频器增大低速度值或减少制动斜坡值，反之则减少低速度值或增大制动斜坡值，在电梯到距平层位置 410cm 时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现高精度的平层，从而达到平层的准确可靠。 电梯速度曲线 电梯运行的舒适性取决于其运行过程中加速度 a 和加速度变化率 p 的大小，过大的加速度或加速度变化率会造成乘客的不适感。 同时，为保证电梯的运行效率， a、 p 的值不宜过小。 能保证 a、 p 最佳取值的电梯运行曲线称为电梯的理想运行曲线。 电梯 运行的理想曲线应是抛物线 直线综合速度曲线，即电梯的加、 减过程由抛物线和直线构成。 电梯给定曲线是否理想，直接影响实际的运行曲线。 (1)速度曲线产生方法 采用的 FX2N64MR PLC，并考虑输入输出点要求增加了 FX8EYT、 FX16EYR、FX8EYR 三个扩展模块和 FX240AW 双绞线通信适配器， FX240AW 用于系统串行通信。 利用 PLC 扩展功能模块 D/A 模块实现速度理想曲线输出，事先将数字化的理想速度曲线存入 PLC 寄存器，程序运行时，通过查表方式写入 D/A，由 D/A 转换成模拟量后将速度理想 曲线输出。 (2)加速给定曲线的产生 8 位 D/A 输出 0～ 5V/0～ 10V，对应数字值为 16 进制数 00～ FF， 共 255 级。 若电梯加速时间在 ～ 3 秒之间。 按保守值计算，电梯加速过程中每次查表的时间间隔不宜超过10ms。 由于电梯逻辑控制部分程序最大，而 PLC 运行采用周期扫描机制，因而采用通常的查表方法，每次查表的指令时间间隔过长，不能满足给定曲线的精度要求。 在 PLC 运行过程中，其 CPU 与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信号采集、控制量的输出等操作都是按照固定的顺序以循环扫描的方式进行的，每个循环都要对 所有功能进行查询、判断和操作。 这种顺序和格式不能人为改变。 通常一个扫描周期，基本要完成六个步骤的工作，包括运行监视、与编程器交换信息、与数字处理器交换信息、与通讯处理器交换信息、执行用户程序和输入输出接口服务等。 在一个周期内， CPU 对整个用户程序只执行一遍。 这种机制有其方便的一面，但实时性差。 过长的扫描时间，直接影响系统对信号响应的效果，在保证控制功能的前提下，最大限度地缩短 CPU 的周期扫描时间是一个很复杂的问题。 一般只能从用户程序执行时间最短采取方法。 电梯逻辑控制部分的程序扫描时间已超过10ms，尽管采取 了一些减少程序扫描时间的办法，但仍无法将扫描时间降到 10ms 以下。 哈尔滨工业大学成人高等教育本科毕业设计（论文） 10 同时，制动段曲线采用按距离原则，每段距离到的响应时间也不宜超过 10ms。 为满足系统的实时性要求，在速度曲线的产生方式中，采用中断方法，从而有效地克服了 PLC 扫描机制的限制。 起动加速运行由定周期中断服务程序完成。 这种中断不能由程序进行开关，一旦设定，就一直按设定时间间隔循环中断，所以，起动运行条件需放在中断服务程序中，在不满足运行条件时，中断即返回。 (3)减速制动曲线的产生 为保证制动过程的完成，需在主程序中进行制动条件判断和减速点确定。 在减速点确定之前，电梯一直处于加速或稳速运行过程中。 加速过程由固定周期中断完成，加速到对应模式的最大值之后，加速程序运行条件不再满足，每次中断后，不再执行加速程序，直接从中断返回。 电梯以对应模式的最大值运行，在该模式减速点到后，产生高速计数中断，执行减速服务程序。 在该中断服务程序中修改计数器设定值的条件，保证下次中断执行。 在 PLC 的内部寄存器中，减速曲线表的数值由大到小排列，每次中断都执行一次 “表指针加 1 操作，则下一次中断的查表值将小于本次中 断的查表值。 门区和平层区的判断均由外部信号给出，以保证减速过程的可靠性。 电梯控制系统 (1)电梯控制系统特性 在电梯运行曲线中的启动段是关系到电梯运行舒适感指标的主要环节 ,而舒适感又与加速度直接相关 ,根据控制理论 ,要使某个量按预定规律变化必须对其进行直接控制 ,对于电梯控制系统来说 ,要使加速度按理想曲线变化就必须采用加速度反馈 ,根据电动机的力矩方程式 :M—MZ=ΔM=J（ dn/dt），可见加速度的变化率反映了系统动态转距的变化，控制加速度就控制系统的动态转距 ΔM=M—MZ。 故在此段采用加。