基于plc的施工升降机控制系统毕业论文(编辑修改稿)

基于plc的施工升降机控制系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

升降机控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。 调速部分的性能对升降机运行是乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是升降机安全可靠运行的关键。 为了改善升降机的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用 PLC 来控制升降机的运行，这样大大提高了升降机的性能。 PLC 是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。 它具有可靠性高、适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特 点，已成为解决自动控制问题的最有效工具，是当前先进工业自动化的三 大支柱之一。 升降机 控制系统由调速部分和逻辑控 制部分两部分组成。 调速部分影响着升降机 运行时乘客的舒适感，逻辑控制部分则是对 升降机 运行时的安全可靠性起到了关键作用。 PLC 在 升降机 控制方面的应用主要体现为其逻辑开关控制功能，由于 PLC 具备逻辑运算，计数、定时和数据输入输出等功能，在 升降机 的控制过程中， PLC 能够与各种逻辑开关控制很好地结合，并很好地实现对 升降机 的控制。 具体体现了以下几个方面的优点： 1) 控制方式上看：电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而 PLC 软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。 2) 工作方式上看 ：电器控制并行工作，而 PLC 串行工作，不受制约。 3) 控制速度上看：电器控制速度慢，触点易抖动；而 PLC 通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。 4) 定时、记数看：电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能； PLC 时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。 5) 可靠、维护看：电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多， 可靠、维护性能差； PLC 无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。 变频调速控制升降机的特点 随着 电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。 电动机交流变频技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种手段。 变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式 [7]。 1) 变频调速升降机使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。 2) 变频调速电源使用了先进的 SPWM 技术 SVPWM 技术 ，明显改善了 升降机 运行质量和性能。 调速范围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速。 3) 变频调速升降机使用先进的 SPWM 和 SVPWM 技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显 系统设计的基本步骤 在 升降机 控制系统的设计过程中 主要 考虑以下几点： 1) 深入了解和分析 升降机 的工艺条件和控制要求。 2) 确定 I/O 设备。 根据机械手控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。 常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用 的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。 3) 根据 I/O 点数选择合适的 PLC 类型。 4) 分配 I/O 点，分配 PLC 的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。 5) 设计 升降机 系统的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个 升降机 系统设计的核心工作。 6) 将程序输入 PLC 进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。 3 系统硬件设计 升降机系统硬件系统的设计是本设计的基础，包括 PLC 的选型和 I/O 口的确定与分配，变频器的选择与参数设置。 PLC 的选型 在工程应用中可选用的 PLC 机型很多，比如三菱公司的 FX 系列、 OMRON公司的 C 系列、西门子等，它们功能都差不多，在工程应用中各有千秋，至于要选择哪种机型，就要根据自己的设计需要及应用水平。 因为根据轿厢楼层位置检测方法，要求可编程控制器必须具有高数计数器。 又因为升降机是双向运行的，所以 PLC 还需具有可逆计数器。 就本次四层升降机的设计而言，上述三种机型都行，但根据市场的实际情况，本次设计采用西门子 SIMATIC S7300 系列 PLC 机型 [9]。 SIMATIC S7 系列 PLC 是德国西门子公司在 S5 系列 PLC 基础上于 1995 年陆续推出的性能价格比较高的 PLC 系统。 其中，小型的有 SIMATIC S7200 系列，最小配置为 8 DI/6DO，可扩展 2～ 7 个模块，最大 I/O 点数为 64DI/DO、12AI/4AO；中小型的有 SIMATIC S7300 系列；中高档性能的有 S7400 系列。 SIMATIC S7 系列 PLC 都采用了模块化、无排风扇结构且具有易于用户掌握等特点，使得 S7 系列 PLC 成为各种从小规模到中等性能要求以及大规模应用的首选产品 [8]。 SIMATIC S7300 的大量功能能够支持和帮助用户进行编 程、启动和维护，其主要功能如下： 1) 高速的指令处理 ～ 的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。 2) 人机界面 方便的人机界面服务已经集成在 S7300 操作系统内，因此人机对话的编程要求大大减少。 3) 诊断功能 CPU 的智能化的诊断系统可连续监控系统的功能是否正常，记录错误和特殊系统事件。 4) 口令保护 多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。 5) 操作方式选择开关 操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改 变操作方式。 这样就能防止非法删除或改写用户程序。 6) 方便用户的参数赋值 一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值，这样就节省了入门和培训的费用。 7) 浮点数运算 用此功能可以有效的实现更为复杂的算术运算。 SIMATIC S7300 系列 PLC 是模块化中小型 PLC 系统，它能满足中等性能要求的应用，模块化，无排风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点使得 S7300 成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。 SIMATIC S7300 有着广泛的应用领域，主要包括：纺织机械 、各种机床、通用机械工程应用、电器制造工业及相关产业。 多种性能递增的 CPU 和丰富的且带有许多方便功能的 I/O 扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。 当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用接口模块对 PLC 进行扩展。 S7300 是模块化的组合结构，根据应用对象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架 (导轨 )或多个机架上。 除了电源模块、 CPU 模块和接口模块外，一个机架上最多只能再安装 8 个信号模块或功能模块。 CPU314/315/3152DP 最多可扩展 4 个机架， IM360/IM361 接口模块将 S7300背板总线从一个机架连接到下一个机架， SIMATIC S7300 系列 PLC 是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。 其系统构成如图 所示。 它的主要组成部分有导轨 (RACK)、电源模块 (PS)、中央处理单元模块 (CPU)、接口模块 (IM)、信号模块 (SM)、功能模块 (FM)等。 它通过 MPI 网的接口直接与编程器 PG、操作员面板 OP 和其它 S7PLC 相连。 图 S7300 系列 PLC 系统构成框图 S7300 系列 PLC 模块性能简介 1) CPU 模块 S7300 有 CPU312 IFM、 CPU31 CPU31 CPU314 IFM、 CPU315/3152DP、CPU3162DP、 CPU3182DP 等 8 种不同的中央处理单元可供选择。 CPU3152DP、CPU3162DP、 CPU3182DP 都具有现场总线扩展功能。 CPU 以梯形图 LAD、功能块 FBD或语句表 STL 进行编程。 2) 信号模块 ① 数字量输入模块 数字量输入模块将现场过程送来的数字信号电平转换成 S7300 内部信号电平。 数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。 对现场输入元 件，仅要求提供开关触点即可。 输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲器等待 CPU 采样。 采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。 数字量输入模块 SM321 有四种型号模块可供选择，即直流 16 点输入、直流 32 点输入、交流 16 点输入、交流 8 点输入模块。 ② 数字量输出模块 数字量输出模块 SM322 将 S7300内部信号电平转换成为过程所要求的外部信号电平，可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启动器等。 晶体管输出模块只能带直流负载，属于直流输出模块； 可控硅输出方式属于交 流输出模块； 继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块。 从响应速度上看，晶体管响应最快，继电器响应最慢；从安全隔离效果及应用灵活性角度来看，以继电器触点输出型最佳。 ③ 模拟量输入模块 SM331 主要由 A/D 转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。 A/D 转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分方法，被测模拟量的精度是所设定的积分时间的正函数，也即积分时间越长，被测值的精度越高。 SM331 可选四档积分时间： 、 、 20ms 和 l00ms，相对应的以位表示 的精度为 12 和 14。 ④ 模拟量输出模块 模拟量输出模块 SM332 目前有三种规格型号，即 4AOl2 位模块、 2AO12位模块和 4AOl6 位模块，分别为 4 通道的 12 位模拟量输出模块、 2 通道的 12位模拟量输出模块、 4 通道的 16 位模拟量输出模块。 SM332 可以输出电压，也可以输出电流。 在输出电压时，可以采用 2 线回路和 4 线回路两种方式与负载相连。 采用 4 线回路能获得比较高的输出精度。 3) PS307 电源模块 PS307 是西门子公司为 S7300 专配的 24VDC 电源。 PS307 系列模块除输出额定电流不同外 (有 2A、 5A、 10A 三种 )，其工作原理和各种参数都相同。 PS307 可安装在 S7300 的专用导轨上，除了给 S7300 CPU 供电外，也可给I/O 模块提供负载电源。 4) 接口模块 (IM) 接口模板 (IM360/361)用来在机架之间传递总线。 IMS 接口代表发送， IMR接口代表接收。 接口模板必须安装到特定的插槽。 5) 通讯处理器模块 CP340/CP341 通讯处理模块用于建立点对点的低速连接，最大传输速率为。 有三种通信接口： RS232C， 20mA(TTY)和 RS422/RS485， 有多种通讯协议可以使用。 PLC 的 CPU 选型 S7300 有 CPU312 IFM、 CPU31 CPU31 CPU314 IFM、 CPU315/3152DP、CPU3162DP、 CPU3182DP 等 8 种不同的中央处理单元可供选择。 在本设计中选用 CPU 312 IFM，它 是一种紧凑型 CPU，用于对处理速度要求很高的应用。 集成数字量输入/输出，支持直接连接过程。 这对于升降机的速度控制很适。 PLC 系统配置 PLC 系统配置的四个方面： PS 307 5A： 6ES7 3071EA000AA0 负载电源 120 / 230 VAC:24 VDC / 5 A； CPU 314： 6ES7 3141AE010AB024 KB 工作存储器。 ms/1000 条指令。 MPI 连接。 多排最多可组态 32 个模块； DI16xDC24V:6ES7 3211BH000AA0 数字输入模块 DI16 24 V，分成 16 组，不能和主站总线的子模块进行组态； DI16/DO16x24V/： 6ES7 3231BL000AA0 数字 I/O 模块 DI16 24 V + 16DO 24 V / A； 系统配置图如下 图 系统配置图 1 图 系统配置图 2 变频器的选择 变频器的种类很多 ，并且 根据不同的 种类可分为： 交 ─交变频器 ， 电压型变频器 ， 电流型变频器 ， PAM 变频器 ， PWM 变频器 ， U/f 控制变频器 ， VC 控制变频器 ， SF 控制变频器 ， 通用变频器 ， 高性能专用变频器 和 高频变频器。 升降机的调度要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容。 本设计中拖动调速系统的关键在于保证升降机按理想的给定速度曲线运行，以改善升降机运行的舒 适感；另外，由于升降机在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，升降机节约用电日益受到重视 [7]。 考虑以上各种因素，本设计选用安川 VS616G5 型全数字变频器。 它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能。