五层基于plc控制的电梯控制系统的设计

五层基于plc控制的电梯控制系统的设计内容摘要：

易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。 它接口容易，编程语言太原科技大学毕业设计论文 8 易于为工程技术人员接受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。 为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用 存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。 更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。 这很适合多品种、小批量的生产场合。 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。 由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 PLC 的结构及工作原理 PLC 结构 CPU PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上 与微型计算机相同。 CPU运算和控制中心起“心脏”作用。 纵：当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后 CPU 根据系统所赋予的功能，把用户程序翻译成 PLC 内部所认可的用户编译程序。 横：输入状态和输入信息从输入接口输进， CPU 将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。 然后由 CPU 把数据和程序有机地结合在一起。 把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。 组成： CPU 由控制器、运算器和寄存器组成。 这些电路集成在一个芯片上。 CPU 通过地址总线 、数据总线与 I/O 接口电路相连接。 存储器 存储器具有记忆功能的半导体电路，分为系统程序存储器和用户存储器。 系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。 由只读存储器、 ROM 组成。 厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。 用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。 由随机存取存储器（ RAM）组成。 用户使用的。 断电内容消失。 常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为 3~5 年。 输入 /输出接口 （ 1）输入接口 太原科技大学毕业设计论文 9 光电耦合器由两个发光二极 度管和光电三极管组成。 发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。 光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。 在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。 输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。 当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。 向内部电路输入信号。 也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成 PLC 内部所能接受的数字信号。 （ 2）输出接口 工作过程：当内部电路输出数字信号 1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。 当内部电路输出数字信号 0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。 也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。 三种类型： 继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载。 晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载。 晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载。 （ 3）编程器 编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。 我们实验室使用的就是手持编程器。 二种是通过 STEP7 软件向 PLC 内部输入程序。 工作原理 PLC 采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式，每次扫描过程。 集中对输入信号进行采样。 集中对输出信号进行刷新。 输入刷新过程。 当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。 只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。 一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。 扫描周期的长短由三条决定。 执行指令的速度 数。 由于采用集中采样、集中输出的方式，存在输入 /输出滞后的现象，即输入 /输出响应太原科技大学毕业设计论文 10 延迟。 PLC 控制系统与继电器控制系统的比较 以前电梯系统控制主要由继电器来完成，随着科技的不断进步，继电气控制显现出一些不足之处， PLC 控制开始的优势逐渐明显，并逐渐在取代继电控制。 以下就电梯系统控制将继电器与 PLC 做简要比较。 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 电梯继电器控制系统的优点 （ 1）所有控制功 能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。 （ 2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。 （ 3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。 （ 4）多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全熟悉掌握的人员较多。 电梯继电器控制系统存在的问题 （ 1）系统触点繁多接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。 （ 2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。 （ 3）电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。 （ 4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。 （ 5）由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难，费时费工。 电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造 成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。 且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。 PLC 在电梯控制中的应用特点 功能强，性能价格比高 一台小型 PLC 内有成 百上千个可供用户使用的编程元件（如计时器，计数器，继电器等），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相比，具有很高的性能价格比。 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 太原科技大学毕业设计论文 11 可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。 用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。 楞编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。 PLC 有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。 可靠性高，抗干扰能力强 传统的继 电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。 由于触点接触不良，容易出现故障， PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的 1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 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 已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 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方法。 这种编程方法很有规律，很容易掌握。 对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过 PLC 上的发光二极管可观察输出信号的状态。 完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。 编程方法简单 梯形图是使 用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，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一种高级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。 维修工作量少，维修方便 PLC 的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。 PLC 或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据 PLC 上的发光二极管或编程器提供的实时梯形图的状态 迅速的查明故障的原因，用修改程序或更换模块的方法可以迅速地排除故障。 太原科技大学毕业设计论文 12 体积小，能耗低 对于复杂的控制系统，使用 PLC 后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC 的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的确 1/21/10。 PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。 PLC 的选型 考虑到本次设计的电梯系统有 五 层，且开关量居多，模拟量较少；对于开关量控制为主的系统而言，一般 PLC 的响应速度足 以满足控制的要求，在小型 PLC 中整体式比模块式的价格便宜，体积也小， 综合考虑后，系统选择了德国西门子公司生产的 S7200 系统 PLC。 综合输入输出点的计算以及要实现的电梯控制功能，使用西门子 s7200PLC（ CPU226）加一个扩展模块，这样就能完全能够满足设计要求。 S7200 系统 PLC 具有以下几方面的优点： S7200 配置灵活，除主机单元外，还可扩展 I/O 模块， A/D 模块， D/A 模块和其它特殊功能模块。 S7200 指令功能丰富，有各种指令，且指令执行速度快。 S7200 可用内部 辅助继电器 M，状态继电器 S，定时器 T，寄存器 D，计数器 C 的功能和数量满足了系统控制要求的需要。 S7200 的编程可用编程器，也可以在 PC 机上使用西门子公司的专用编程软件STEP7Micro/WIN 来进行。 编程语言可用梯形图或指令表。 尤其是可用 PC 机对系统实时进行监控。 为调试和维护提供了极大的方便。 电梯 PLC 输入输出 图 21 PLC I/O接线图 太原科技大学毕业设计论文 13 第三章 变频器简介 图 31 变频器内部结构图 变 频器简介 变频器是将工频电源变成另一种频率的电能控制装置。 目前，我们所使用的变频器主要采用交一直一交方式，即先把工频电源 (50Hz)经过整流装置整流成直流，再把直流电源转换成频率、电压均可变的交流电。 它一般由整流、中间直流环节、逆变和控制 4 个部分组成。 整流由整流桥实现，将方向不断改变的交流电变成方向单一的直流电，中间直流环节起滤波、储能、缓冲无功功率的作用，逆变器为 IGBT 二相桥式逆变器，输出 PWM波形。 太原科技大学毕业设计论文 14 图 32 “交 直 交”变频器的结构框图 变频器出现后，广泛应用十电机的调速，成为当代电动机调速的潮流。 它以可靠性高、精度高、功能强、操作简便、体积小、重量轻、转矩大等优点，不断替换以前的调速方式，从而使变频调速广泛应用各个行业，诸如机械、化工、石油、建筑、钢铁、电子、医药、电梯、城市供水、中央空调、污水处理等各领域。 变频器的主要功能 变频器的功能主要具有以下一些功能： 频率给定功能。 变频器可以根据给定的信号，输出对应的频率。 给定信号可以是模拟量信号，也可以是数字量信号。 给定信号为模拟量信号 时，变频器输出的频率精度略有下降，通常为士 %以内。 变频器根据输入的电压或者电流值得到相应的频率输出。 变频器外部有若干个输入端，。