毕业设计论文-电梯升降机的plc电气控制

毕业设计论文-电梯升降机的plc电气控制内容摘要：

世纪，各种自动控制产品在向着控制可靠，操作简单，通用性强，价格低廉的方向发展，使自动控制的实现越来越容易。 自动控制装置的研究，是为了最大限度的满足人们及机械设备的要求。 曾一度在控制领域占主导地位的继电器控制系统，存在着控制能力弱，可靠性低的缺点，并且设备的固定接线控制装置不利于产品的更新换代。 20世纪 60 年代末期，在技术浪潮的冲击下，为使汽车结构及外型不断改 进，品种不断增加，需要经常变更生产工艺。 这就希望在控制成本的前提下，尽可能缩短产品的更新换代周期，以满足生产的需求，使企业在激烈的市场竞争中取胜。 美国通用汽车公司 (GM)1986 年提出了汽车装配生产线改造项目控制器的十项指标，即新一代控制器应具备的 10项指标： （ 1）编程简单，可在现场修改和调试程序； （ 2）维护方便，采用插入式模块结构； （ 3）可靠性高于继电器控制系统； （ 4）体积小于继电器控制柜； （ 5）能与管理中心计算机系统进行通信； （ 6）成本可与继电器控制系统相竞争； （ 7）输入量是 115V 交流电 压（美国电网电压 110）； 7 （ 8）输出量是 115V，输出电流在 2A，能直接驱动电磁阀； （ 9）系统扩展时，原系统只需作很小改动； （ 10）用户程序存储器容量至少 4KB。 1969 年，美国数字设备公司 (DEC)首先研制出第一台符合要求的控制器，及可编程逻辑控制器，并在美国 GE 公司的汽车自动装置上试用成功。 此后，这项研究技术迅速发展，从美国、日本、欧洲普及到全世界。 我国从 1976 年开始研制， 1977 年应用于工业控制。 目前世界上已有数百家厂商生产可编程控制器，型号多达数百种。 可编程控制器 (PLC)的 定义 IEC 在 1987 年对可编程控制器 (PLC)下的定义是： 可编程控制器 (PLC)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑计算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令；并通过数字式或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。 由上述定义可见， PLC 是工业专用计算机 ，这种计算机采用面向用户的指令，因而编程方便。 它能完成“逻辑运算、顺 序控制、定时、计数和算术操作”，还具有“数字量 ,模拟量输入 /输出控制”的能力。 并且容易与“工业控制系统连为一体”，易于扩充。 因而可以说 PLC 是近乎理想的工业控制计算机。 PLC 的分类及特点 PLC 的分类 目前，可编程控制器 (PLC)产品种类很多，型号和规格也不统一。 通常只能按照其用途、功能、结构、点数等进行大致分类。 （ 1）按点数和功能分类 可编程控制器用于对外部设备的控制，外部信号的输入及 PLC 运算结果的输出都要通过 PLC 输入，输出端子来进行接线，输入输出端子的数目之和被称作 PLC 的 输入，输出点数，简称 I/O 点数。 为满足不同控制系统处理信息量的需求， PLC具有不同的 I/O 点数、用户程序存储量和控制功能。 由 I/O 点数的多少可将 PLC 分成小型，中型和大型。 小型 PLC 的 I/O 点数小于 256 点，以开关量控制为主，具有体积小，价格低的优点。 8 适合小型设备的控制。 中型 PLC 的 I/O 点数在 256— 1024 之间，功能比较丰富，兼有开关量和模拟量的控制能力，适用于较复杂的逻辑控制和闭环过程控制。 大型 PLC 的 I/O 点数在 1024 点以上，用于大规模过程控制，集散式控制和工厂自动化网络。 各厂家可编程控 制器产品的自我定义的大、中、小各有不同。 如有的厂家建议小型PLC 为 512 点一下，中型 PLC 为 512— 2048 点，大型 PLC 在 2048 点以上。 （ 2） 按结构形式分类 根据结构形式不同，可编程逻辑控制器可分为整体式和模块式结构两大类。 小型 PLC 一般采用整体式结构，即将所有电路安装于 1 个箱内为基本单元，另外可以通过并行接口电路连接 I/O 扩展单元。 中型以上 PLC 多采用模块式，不同功能的模块，可以组成不同用途的 PLC，适用于不同要求的控制系统。 （ 3） 按用途分类 根据可 编程控制器的用途， PLC 可分为通用性和专用型两大类。 通用型 PLC 作为标准装置，可供各类工业控制系统选用。 专用型 PLC 是专门为某类控制系统设计的，由于其专用，结构设计更为合理，控制性能更完善。 随着可编程控制器应用的逐步普及，专为家庭自动化设计的超小型 PLC 也正在形成家用微型系列。 PLC 的特点 PLC 能如此迅速发展，除了工业自动化的客观需求外，还因为他具有许多独特的优点。 他较好得解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。 以下是其主要特点 :（ 1） 可靠性高、抗干扰能力强。 （ 2）编程简单使用方便。 （ 3）接线简单通用性好。 （ 4）可连接为控制网络系统。 （ 5）维修工作量小，维修方便。 （ 6）体积小、耗能低。 （ 1） 硬件的可靠及抗干扰能力 可编程控制是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制系统和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。 它具有体积小、功能强、灵活通用与维修方便 9 等一系列的优点。 特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。 因而在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业的三大支柱之一。 一个设计良好的 PLC 能用于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。 PLC 的硬件系统由主机系统、输入输出扩展部件及外部设备组成。 各部分之间通过内部系统总线进行连接。 CPU 是 PLC 的核心部分，由它实现逻辑运算，协调控制系统内部各部分的工作，它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。 PLC 的对外功能主要是通过各类接口模块，实现对工业设备和生产过程的检测和控制。 PLC 的电源一般采用开关电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、质量轻、效率高、抗干扰性能好。 一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常 运行。 （ 2） 编程简单，使用方便 用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。 PLC 采用面向控制过程、面向问题的 “ 自然语言 ” 编程，容易掌握。 例如，目前大多数 PLC 均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。 （ 3） 接线简单，通用性好 PLC 的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与 PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与 PLC输出端子连接。 接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。 PLC 的编程逻辑提供了能随要求而改变的 “ 接线网络 ” ，这样生产线的自动化过程就能随意改变。 这种性能使 PLC 具有很高的经济效益。 用于连接现场设备的硬件接口实际上是 PLC 的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于使用。 （ 4） 可连接为控制网络系统 PLC 可连成功能很强的网络系统。 网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为 500— 2500m；另一类为高速网络， 10 采用令牌传送方式通信，传输速率为 1M— 10Mbps，传输距离为 500— 1000m，网上结点可达 1024 个。 这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。 （ 5） 易于安装，便于维护 PLC 安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电 器系统改换到 PLC 系统的情况下， PLC小型模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入 /输出设备连向接线端即可。 在大型安装中，长距离输入 /输出站点安放在最优地点。 长距离站通过同轴电缆双扭线连向 CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由 PLC 制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。 从一开始， PLC 便以易维护作为设计目标。 由于几乎所有器件都是固态的，维护时只需更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断 指示器嵌在每一部件中，就能指示是否正常工作，借助于编程设备可见输入 /输出是 ON 还是 OFF，还可写编程指令来报告故障。 PLC 的这些及其它特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。 一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样 ,PLC 的潜在优点还取决于应用时的创造性。 PLC 的工作原理 PLC 具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。 微机一般采用等待命令的工作方式。 PLC 则采用循环扫描工作方式。 在 PLC中，用户程序按先后顺序存放， CPU 从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束 符后又返回第一条。 如此周而复始不断循环。 每一个循环称为一个扫描周期。 所谓 I/O 刷新即对 PLC 的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入 PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。 这实际是将输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为 “I （输入） /O(输出 ) 刷新 ”。 由此可见，若输入变量在 I/O 刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会 11 相应的发生变化，或者说输出输入产生了响应。 反之，若在本次 I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出 才会产生响应。 由于 PLC 采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。 扫描周期的长短主要取决于这几个因数：一是 CPU 执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。 对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。 因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。 但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这 一问题就需慎重考虑。 应对响应时做出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。 PLC的编程语言 PLC 为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用户程序的需要。 PLC 提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、指令表、功能图和功能块图。 （ 1） 梯形图 (LAD) 梯形图 (LAD)编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。 PLC梯形图与继电器控制系统的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。 梯形图的一个关键概念是“能流” (Power Flow)。 如果有“能流”从左至右流向线圈，则线圈被激励。 如没有，则线圈未被激励。 “能流”以通过被激励 (ON)的常开接点和未被激励 (OFF)的常闭接点自左向右流。 “能流”在任何时候都不会通过接点自右向左流。 在梯形图中，触点代表逻辑“输入”条件，如开关、按钮、内部条件等；线圈通常代表逻辑“输出”结果，如灯、电机接触器、中间继电器等。 对 S7— 200 的 PLC来说，还有一种输出“盒”，它代表附加的指令，如定时器、计。