基于plc的电梯智能控制系统设计

基于plc的电梯智能控制系统设计内容摘要：

六、电力拖动系统 电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的 作用是对电梯进行速度控制。 拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。 供电系统是为电机提供电源的装置。 速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。 一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。 调速装置对拽引电机进行速度控制。 七、电气控制系统 电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。 其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。 操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。 平层装置是发出平层控制信号 ，使电梯轿厢准确平层的控制装置。 所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。 位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和 厅门的指示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。 八、安全保护系统 安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。 机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置。 电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 15 3 总体方案设计 总体方案的确 定 电梯 PLC 的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。 图 31 为电梯 PLC 控制系统的基本结构图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。 系统控制核心为 PLC 主机、操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过 PLC 输入接口送入 PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。 图 31 电梯 PLC 控制系统的基本结构图 设计思想 电梯信号控制基本由 PLC 软件实现。 电梯信号控制系统如图 32 所示，输入到PLC的控制信号有：运行方式选择（如自动、有 /无司机、检修、消防运行方式等）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器、光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 16 图 32 电梯 PLC 信号控制系统框图 电梯的控制系统实现如下功能： 1)行车方向由内选信号决定 ,顺向优先执行。 2)行车途中如遇呼梯信号时 ,顺向截车 ,反向不截车。 3)内选信号、呼梯信号具有记忆功能 ,执行后解除。 4)内选信号、呼 梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示 5)停层时可延时自动开门、手动开门、 (关门过程中 )本层顺向呼梯开门。 6)有内选信号时延时自动关门 ,关门后延时自动行车。 7)无内选时延时 5s 自动关门，但不能自动行车。 8)行车时不能手动开门或本层呼梯开门 ,开门不能行车。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 17 4 硬件的选型 PLC 的选择 PLC 的定义和特点 的定义 由于 PLC 在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。 1980 年 PLC 问世后，由美国电气制造商协会 (National Electric ManufacturerAssociation NEMA)对 PLC 下过如下的定义 : PLC 是一种数字式的电子装置。 它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。 1982 年，国际电工委员会 (International Electrical Committee IEC)颁布了 PLC标准草案， 1985 年提交了第 2版， 1987 年的第 3版对 PLC 作了如下的定义 :PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输人和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。 上述的定义表明， PLC 是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它与其他顺序控制装置不同的特点。 的特点 PLC 能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点： 一、可靠性。 可靠性包括产品的有效性和可维修性。 PLC 的可靠性高 ，表现在下列几方面： （ 1）与继电器逻辑控制系统比较， PLC 可靠性提高的主要原因 : 1)PLC 不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。 与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高。 2)PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计、掉电保护、故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高。 3)PLC 有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因对南昌航空大学科技学院学士学位论文 18 操作 和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。 （ 2）与通用的计算机 控制系统比较， PLC 可靠性提高的主要原因 : 1)PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。 采用了经简化的编程语言，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。 因此， PLC 的可靠性较通用计算机控制系统的可靠性有较大提高 . 2)在 PLC的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。 例如，采用可靠性高的元件。 采用先进的工艺制造流水线生产。 对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等，设有对电源的掉电保护、存储器内容的保护并采用看门狗和其他自 诊断措施、便于维修的设计等等。 3)在 PLC 的软件设计方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。 例如，采用软件滤波、软件自诊断、简化编程语言、信息保护和恢复、报警和运行信息的显示等等。 一份用户选用 PLC原因的调查报告指出，在各种选用 PLC 的原因中，第一位的原因是由于 PLC可靠性高的用户达 93%。 其次，才是性能和维修方便等原因。 可见，可靠性高是 PLC的主要特点。 二、易操作性。 PLC 的易操作性表现在下列三个方面 : (1)操作方便对 PLC 的操作包括程序输人的操作和程序更改的操作。 大多数 PLC采用编程器进行程序 输人和更改的操作。 编程器至少提供了输人信息的显示，对大中型的 PLC，编程器采用 CRT 屏幕显示，因此，程序的输人直接可以显示。 更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。 更改的信息可在液晶屏或 CRT 屏幕上显示。 所以 PLC 具有操作方便的特点。 (2)编程方便 PLC 有多种程序设计语言可供使用。 对电气技术人员来说，梯形图由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的编写和学习。 采用布尔助记符编程语言时，由于符号是功能的简单缩写，十分有利于编程人员的编程。 虽然功能表图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普及，但是，由于它们具有功能清晰、易于理解等优点，正为广大技术人员所接纳和采用，并发挥出更有效的功能特点。 (3)维修方便， PLC 所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。 当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提示南昌航空大学科技学院学士学位论文 19 和故障代码的显示，或通过编程器和 CRT屏幕的显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。 为便于维修工作的开展，有些 PLC 的制造企业提供了维修用的专用仪表或设备，提供了故障树等维修用 的资料。 有些厂商还提供维修用的智能卡件或插件板，使维修工作变得十分方便。 PLC 的面板和结构的设计也考虑了维修的方便性，例如，对需维修的部件设置在便于维修的位置，信号灯设置在易于观察的部位，接线端子采用便于接线与更换的类型等，这些设计使维修工作能方便地进行，从而大大节省维修时间。 采用标准化元件和标准化工艺生产流水线作业，使维修用的备品备件简化，也使维修变得方便。 三、灵活性。 PLC 的灵活性表现在下列三方面： (1)编程的灵活性。 PLC 采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图和语句描述编程语言 ，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。 编程方法的多样性使编程方便，应用面拓展。 由于采用软连接的方法，在生产工艺流程更改或者生产设备更换时，可以不必改变 PLC 的硬设备，通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。 这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。 正是由于编程的柔性特点，使 PLC 能大量地替代继电器顺序控制系统，成为当今工业控制领域的重要控制设备。 在柔性制造单元 (FMC)、柔性制造系统 (FMS)、计算机集成制造系统 (CIMS)和计算机集成过程控制系统 (C IPS)中， PLC 正成为主要的控制设备，得到 广泛的应用。 (2)扩展的灵活性。 PLC 的扩展灵活性是它的一个重要的特点。 它可根据应用的规模不断扩展，即可进行容量的扩展，功能的扩展，应用和控制范围的扩展。 它不仅可以通过增加输人输出单元增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可以通过多台 PLC 的通信来扩大容量和功能，甚至可通过与集散控制系统 (DCS)或其他上位机的通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据的交换等。 这种扩展的灵活性大大地方便了用户。 (3)操作的灵活性。 操作的灵活性是指设计的工作量大大减少，编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分 灵活方便，监视和控制变得容易。 在继电器顺序控制系统中所需的一些操作可以简化，不同的生产过程可采用相同的控制台或控制屏等。 四、机电一体。 化为了使得工业生产过程的控制更平稳、更可靠，向优质高产低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化 —— 仪表、电子、计算机综合的要求，而 PLC 正是这一要求的产物，它是专门为工业过程控制而设计的控制设备，它的体积南昌航空大学科技学院学士学位论文 20 大大减小，功能不断完善，抗干扰性能增强、机械与电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。 因此，它已成为当今数控技术、工业机器人、过程流 程控制等领域的主要控制设备。 PLC 的主要功能和应用 PLC 的主要功能和应用如下 : (1)开关逻辑和顺序控制这是 PLC 应用最广泛、最基本的场合。 它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。 (2)模拟控制在工业生产过程中，由许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。 为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，目前大部分 PLC 产品都具备处理这类模拟量的功能。 特别是在系统中模拟量控制点数不多，同 时混有较多的开关量时， PLC 具有其他控制装置所无法比拟的优势。 另外某些 PLC 产品还提供了典型控制策略模块，如 PID 模块，从而可实现对系统的PID等反馈或其他模拟量的控制运算。 (3)定时控制 PLC 具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时与计数器。 其定时时间间隔可以由用户加以设定。 对于计数器，如果需要对于频率较高的信号进行计数，可以选择高速计数器。 (4)数据处理新型 PLC 都具有数据处理的能力，它不仅能进行算术运算，数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能，有些 PLC 还 可以进行浮点运算、函数运算。 (5)信号连锁系统信号连锁是安全生产所需的。 在信号连锁系统中，采用高可靠性的 PLC 是安全生产的要求。 对安全要求高的系统还可采用多重的检出元件和连锁系统，而对其中的逻辑运算等，可采用冗余的 PLC 实现。 (6)通信把 PLC 作为下位机，与上位机或同级的可编程序控制器进行通信，成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，因此 PLC 是实现工厂自动化的理想工业控制器。 PLC 与其他工业控制系统的比较 1. PLC 与继电器控制系统比较 从某种意义上说， PLC 是 从继电接触控制发展而来的。 两者既有相似性又有不同之处。 南昌航空大学科技学院学士学位论文 21 1)继电接触控制全部用硬器件、硬触点和 “ 硬 ” 线连接，为全硬件控制； PLC 内部大部分采用 “ 软 ” 电器、 “ 软 ” 接点和 “ 软 ” 线连接，为软件控制。 2)继电接触控制系统体积大； PLC 控制系统结构紧凑，体积小。 3)继电接触控制全为机械式触点，动作慢； PLC 内部全为 “ 软接点 ” ，动作快。 4)继电接触控制功能改变，须拆线、接线乃至更换元器件，比较麻烦； PLC 控制功能改变，一般仅需修改程序即可，极其方便。 5)PLC 控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制系统周期短。 6)PLC 控制的自检和监控功能比继电接触控制的强。 7)P LC 的应用范围比继电接触控制的要广泛。 8)PLC 可靠性比继电接触控制的高。