PLC的電梯控制系統(tǒng)(畢業(yè)設(shè)計)

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黑龍江職業(yè)學院 畢業(yè)論文 設(shè)計 題 目 PLC 電梯控制系統(tǒng) 專 業(yè) 機電一體化 班 級 機電 13 01 班 學生姓名 蘆 晶 指導教師 胡春玲 2016 年 5 月 31 日 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 畢業(yè)設(shè)計 論文 任務(wù)書 學生姓名 蘆晶 學號 1302050141 院 別 電氣工程學院 專業(yè) 機電一體化技術(shù) 任務(wù)起止時間 2015 7 1 至 2016 5 31 畢業(yè)設(shè)計 論文 題目 PLC 電梯控制系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計工作內(nèi)容 本畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是 在可編程控制器 PLC 的編程環(huán)境下通過對電梯 運動過程的分析運用交直流變速系統(tǒng)的相關(guān)理論 寫出電梯運動過程的控制程序 并畫出控制電路圖 運用西門子仿真軟件對該控制系統(tǒng)進行仿真 驗證控制程序 滿足設(shè)計要求 完成畢業(yè)設(shè)計的目標 并以論文的形式將整個畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容書面 化 參考資料 1 殷洪義 吳建華 PLC 原理與實踐 清華大學出版社 2008 2 柴瑞娟 陳海霞 西門子 PLC 編程技術(shù)及工程應用 機械工業(yè)出版社 2007 3 胡學林 可編程控制器原理及應用 電子工業(yè)出版社 2008 4 朱近康編著 擴展頻譜通信及其應用 中國科學技術(shù)大學出版社2004 5 武藝峰編著系列 單片機的開發(fā)應用技術(shù)北京航空航天大學出版社 2005 6 王整風 謝云敏 可編程控制器原理與實踐教程 上海交通大學出版社 2007 7 郁漢琪 電氣控制與可編程序控制器應用技術(shù) 南京 東南大學出版社 2003 8 常曉玲 電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器 北京 機械工業(yè)出版社 2006 9 嚴盈富 羅海平 屋海勤 監(jiān)控組態(tài)軟件與 PLC 入門 北京人民郵電出版社 2006 10 張 運 剛 宋 小 春 從 入 門 到 精 通 西 門 子 工 業(yè) 網(wǎng) 絡(luò) 通 信 實 戰(zhàn) 北 京 人 民 郵 電 出 版 2007 指導教師意見 簽名 主任意見 簽名 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 年 月 日 年 月 日 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 摘 要 隨著我國科技與經(jīng)濟的進步 電梯逐漸融入我們的日常生活與工作當中 它不 僅僅是高層建筑里的必備設(shè)施 在多層建筑里也是不可缺少的垂直運輸工具 電梯 的控制系統(tǒng)已由初期的繼電控制向微機控制發(fā)展 可編程控制器由于具有可靠性高 功能強大等特點已經(jīng)成為電梯微機控制系統(tǒng)的核心 本機控制單元采用以三菱公司 的可編程控制器 PLC 對機器進行全過程控制 整個系統(tǒng)通過 PLC 邏輯控制電路對電梯的升降 加 減速 平層 起動 自 動控制 其機構(gòu)簡單 運行效率高 平層精度高 易于理解與掌握 關(guān)鍵詞 電梯 控制系統(tǒng) 可編程控制器 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 目 錄 摘 要 I 目 錄 II 一 緒 論 1 一 選題依據(jù)及研究意義 1 二 國內(nèi)外發(fā)展狀況 2 二 可編程序控制器簡介 5 一 可編程序控制器的發(fā)展歷史 5 二 PLC 的特點 7 三 PLC 的工作原理 9 1 可編程序控制器的工作原理 10 2 掃描周期 10 四 PLC 的體系結(jié)構(gòu) 11 1 CPU 模塊 12 2 I O 模塊 12 3 編程器 13 4 開關(guān)量 I O 模塊 13 5 輸出模塊 14 五 PLC 的選型 15 1 輸入輸出 I O 點數(shù)的估算 15 2 存儲器容量的估算 15 3 控制功能的選擇 15 4 機型的選擇 17 六 FX2N 可編程序控制器簡介 19 七 PLC 控制程序設(shè)計 19 1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則 19 2 PLC 提供的編程語言 19 三 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計部分 21 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 一 電梯系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 21 二 電梯系統(tǒng)的軟件部分 22 三 電梯控制系統(tǒng)的人 25 結(jié) 論 27 致 謝 28 參考文獻 29 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 0 頁 一 緒論 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展 城市中涌現(xiàn)出越來越多的高層建筑 而與之配套的電梯 已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚墓ぞ?同時 由于城市老齡化問題日益突出 多 層建筑同樣也有使用電梯的要求 而目前 國內(nèi)中小電梯廠商大多采用繼電器控制 或微機控制方法實現(xiàn)對電梯的控制前者控制線路復雜 體積大 故障率高 維護困 難后者可靠性不高 容易發(fā)生故障 從而使電梯難以達到用戶希望的安全 穩(wěn)定 可靠的基本要求 自問世以來 以其高可靠的特點在工業(yè)自動化領(lǐng)域獲得廣泛的應 用 近年來 隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和通信技術(shù)的進步 的性能價格比逐年提 高 使用控制電梯 是一種投資小 見效快 可靠性高的好方法 一 選題依據(jù)及研究意義 1 題目背景 隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展 樓群建筑不斷增多 電梯在當今社 會的生活中有著廣泛的應用 電梯作為樓群建筑中垂直運行的交通工具已與人們的 日常生活密不可分 實際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的 而呼叫是隨機的 電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng) 單純用順序控制或邏 輯控制是不能滿足控制要求的 因此 大部分電梯控制系統(tǒng)都采用隨機邏輯方式控 制 傳統(tǒng)的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制線路 這種控制線路 存在 易出故障 維護不便 運行壽命較短 占用空間大等缺點 從技術(shù)上發(fā)展來看 這 種系統(tǒng)將逐漸被淘汰 如何解決電梯的可靠性 維護方便等問題已成為全社會關(guān)注 的焦點和大眾的迫切心聲 2 題目研究的意義 目前 由可編程序控制器和微機組成的電梯運行邏輯控 制系統(tǒng) 正以很快的速度發(fā)展著 采用 PLC 控制的電梯可靠性高 維護方便 開發(fā) 周期短 這種電梯運行更加可靠 并具有很大的靈活性 可以完成更為復雜的控制 任務(wù) 已成為電梯控制的發(fā)展方向 其許多功能是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)無法實現(xiàn) 可編程控制 Programmable Controller 系統(tǒng)是專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè) 計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng) 它采用一種可編程的存儲器 在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯 運算 順序控制 定時 計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令 通過數(shù)字式或模擬式的輸 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 1 頁 入輸出控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程 通過可編程控制器可以實現(xiàn)由繼 電器實現(xiàn)的邏輯控制功能 而且最主要的是可編程控制器的 可編程 功能 使得 當改變電梯的控制功能時 只要更改程序即可 而不需要像繼電器控制系統(tǒng)那樣改 變硬件和接線 二 國內(nèi)外發(fā)展狀況 國內(nèi)外發(fā)展狀況在經(jīng)濟不斷發(fā)展 科學技術(shù) R 新月異的今天 樓的高度已和經(jīng) 濟發(fā)展同樣的速度成長起來 作為建筑的中樞神經(jīng) 電梯起著不可或缺的作用 電 梯作為建筑物內(nèi)的主要運輸工具 像其他的交通工具一樣 已經(jīng)成為我們 R 常生活 的一個不可缺少的組成部分 一個國家的電梯需求總量 主要受其經(jīng)濟增長速度 城市化水平 人口密度及數(shù)量 國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等綜合因素的影響 在全球經(jīng)濟持續(xù) 低迷的情況下 我國國民經(jīng)濟仍然以較高的速度持續(xù)增長 城市化水平不斷提高 這從客觀上導致了我國電梯行業(yè)的空前繁榮景象 我國已經(jīng)成為全球最大的電梯市 場 上世紀 80 年代以來 隨著經(jīng)濟建設(shè)的持續(xù)高速發(fā)展 我國電梯需求量越來越大 總趨勢是上升的 目自口進入了 第三次浪潮 2004 年總產(chǎn)量超過了 8 力 臺 而且目前還沒有減速的跡象 從 1949 年建國以來全國共生產(chǎn)安裝了 6l 萬多臺電梯 盡管如此 我國的電梯遠未達到飽和的程度 全世界平均 1000 人有 l 臺電梯 我國 如果要達到這個水準 還需要增加 70 萬臺 到那時候 全國在用電梯將達到 130 萬 臺 每年僅報廢更新就需要 6 萬臺 到 2005 年 中國電梯的年產(chǎn)量達到 13 5 萬臺 與 1980 年相比 25 年增長了 59 倍 產(chǎn)量每年平均增長 17 8 2005 年安裝驗收 電梯 124465 臺 截至 05 年底 我國的在用電梯總數(shù)已達 651794 臺 如此龐大的市 場需求為我國電梯行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了廣闊的舞臺 我國電梯行業(yè)已經(jīng)具備了很強的生 產(chǎn)能力 興旺的電梯市場吸引了全世界所有的知名電梯公司 美國奧的斯 瑞士迅 達 芬蘭通力 德國蒂森 同本三菱 只立 東芝 富士達等 13 家大型外商投資公 司在國內(nèi)的市場份額達到了 74 先進技術(shù)和先進管理的引進對國內(nèi)電梯企業(yè)產(chǎn)生 了強大的推動作用 蘇州江南 山東百斯特 浙江巨人 上海華立 昌華 東莞飛 鵬 寧波宏大 蘇州申龍和東南液壓電梯等一批優(yōu)秀的電梯品牌看清了自己的定位 與出路 目前國內(nèi)市場需要的電梯產(chǎn)品 我國電梯行業(yè)幾乎全部可以生產(chǎn) 不但大 量替代了進口 而且有一定的出口 國產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量正在穩(wěn)步提高 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 2 頁 自 1985 年我國參加了國際標準化組織 ISO TCl78 以來 先后等同或等效采用了一 批國際標準和先進國家的標準 標準的高起點使我國電梯行業(yè)在技術(shù)上居于有利地 位 許多新技術(shù)和新產(chǎn)品 如無機房電梯 無齒輪曳引機 永磁同步拖動技術(shù) 遠 程監(jiān)控技術(shù)等 國際上也是剛剛出現(xiàn) 我國就有許多企業(yè)可以生產(chǎn)了 國產(chǎn)電梯以 其高質(zhì)量 低成本的優(yōu)勢贏得了越來越多的國內(nèi)外客戶 為逐步進入國際市場創(chuàng)造 了有利條件 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展 微型計算機在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用 在 電梯控制上采用微型計算機 取代傳統(tǒng)的繼電器控制方式越來越受到人們的重視 使用微型計算機控制 它成本低 體積小 可靠性高 使用壽命長 簡化了安裝調(diào) 試工作 使得電梯控制系統(tǒng)體積減小 節(jié)省能源 可靠性提高 可編程使靈活性增 大 更突出的優(yōu)點是微型計算機具有算術(shù)運算功能和靈活的邏輯運算功能 因此可 以實現(xiàn)更完善的自動控制 例如對于電梯平層可以實現(xiàn)自適應控制 便平層情況達 到最佳狀態(tài) 目前 交流調(diào)壓調(diào)速電梯技術(shù)已趨成熟 一些企業(yè)都有成功的產(chǎn)品 微機控制電梯是電梯技術(shù)的方向 些生產(chǎn)企業(yè)與科研單位相結(jié)合 相繼推出了微 機控制的電梯新機型使控制功能得到增強 電梯的性能得到改善 明顯提高了可靠 性 除了合資企業(yè)外 也有其他廠家開發(fā)出了變頻調(diào)速電梯新產(chǎn)品 另外 用可編 程序控制器取代繼電器控制系統(tǒng)的機型對單梯進行控制還是有前途的 有些生產(chǎn)企 業(yè)開發(fā)了緊急供電裝置 防火廳門 地震控制 自檢測以及語言合成等電梯新功能 對機械系統(tǒng)采用了新結(jié)構(gòu) 新材料 新技術(shù)和新工藝 總之 與國外先進技術(shù)水 平相比 雖然還存在一定差距 但國內(nèi)電梯技術(shù)正以迅猛的發(fā)展速度趕超世界先進水 平 中國電梯在亞洲市場占有越來越重要的位置 每年銷售量己達 l 萬臺左右 約 占亞洲市場的 1 50 一些合資企業(yè)在出口創(chuàng)匯方面也做出了貢獻 當今世界 電梯的生產(chǎn)情況與使用數(shù)量已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化程度的標志之一 在 一些發(fā)達的工業(yè)國家 電梯的使用相當普遍 世界上有名的幾家電梯公司 諸如 美國奧的斯公司 瑞士訊達公司 日本三菱和日立公司 芬蘭科恩等 其電梯的產(chǎn) 量已占世界市場的 51 其中 奧的斯公司和三菱公司是世界上最大的電梯生產(chǎn) 企業(yè) 目前 國外除了以交流電梯取代直流電梯以外 在低層樓房越來越多的使用 液壓電梯 此外 家用小型電梯將成走電梯家族中新的組成部分 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 3 頁 隨著科技的進步 電梯也更加安全 舒適 然而 人們的追求并沒有就此停止 下來 仍在不斷地進行研究改進 綠色是和平 綠色是天然 綠色是和諧 電梯是 載人的機電設(shè)備 要實現(xiàn) 綠色 也就是強調(diào)電梯更舒適 更安全地為人類的生 產(chǎn)和生活服務(wù) 強調(diào)電梯與環(huán)境的協(xié)調(diào)與和諧 國外對綠色電梯的研究做得比較出 色的可能要數(shù) Peters 了 他專門就綠色電梯進行研究 當然 他的研究是從電梯對 環(huán)境影響的角度進行的 P 不可再生資源的消耗 產(chǎn)生廢棄物和為生產(chǎn)滿足曳引電 梯的電力而產(chǎn)生的二氧化碳 同時他還認為 目前電力是不可持續(xù)的并對環(huán)境有損 害 作為在地球上有責任的人 我們應當減少能源消耗 尋找可持續(xù)發(fā)展的能源 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 4 頁 二 可編程序控制器簡介 可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ) 綜合了計算機技術(shù) 自動控制技術(shù)和通 信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置 它具有體積小 功能強 靈活通 用與維護方便等一系列的優(yōu)點 特別是它的高可靠性和較強的適應惡劣環(huán)境的能力 受到用戶的青睞 因而在冶金 化工 交通 電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應用 成為 了現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一 一 可編程序控制器的發(fā)展歷史 在可編程序控制器問世以來 工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導地位 這種 由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)有著明顯的缺點 體積大 耗電多 可靠性差 壽命短 運行速度不高 尤其是對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應性更差 如果生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā) 生變化 就必須重新設(shè)計并改變硬件結(jié)構(gòu)造成了時間和資金的嚴重浪費 1968 年 在底特律的美國通用汽車公司 GM 公司 為了在每次汽車改型或改變工藝流程時能不 改動原有繼電器柜內(nèi)的接線以便降低生產(chǎn)成本 縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期 提出了研 制新型邏輯順序控制裝置 并提出了該裝置的研制指標要求 即十項招標技術(shù)指標 其主要內(nèi)容如下 1 在使用者的工廠里 能以最短中斷服務(wù)時間 迅速方便地對其控 制的硬件和設(shè)備進行編程及重新進行程序的設(shè)計 2 所有系統(tǒng)單元必須能在工廠內(nèi) 無特殊支持的設(shè)備 硬件及環(huán)境條件下運行 3 系統(tǒng)的維修必須簡單易行 在系統(tǒng) 中應設(shè)計有狀態(tài)指示器及插入式模塊 以便在最短的停車時間內(nèi)使維修和故障診斷 變得簡單易行 4 裝置的體積應小于原有繼電器控制柜的體積 它的能耗也應較少 5 必須能與中央數(shù)據(jù)收集處理系統(tǒng)進行通信 以便監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀念和運行情況 6 輸入開關(guān)量可以是已有的標準控制系統(tǒng)的按鈕和限位開關(guān)的交流 15V 電壓信號 7 輸出的驅(qū)動信號必須能驅(qū)動以交流運行的電動機起動器和電磁閥線圈 每個輸出 量將設(shè)計為可開停和連續(xù)操縱具有 115V 2A 以下容量的電磁閥等負載設(shè)備 8 具 有靈活的擴展能力 在擴展時 必須能以系統(tǒng)最小的變動及最短的更換和停機時間 使原有裝置從系統(tǒng)的最小配置擴展到系統(tǒng)的最大配置 9 在購買和安裝費用上 應 有與原有繼電輯控制系統(tǒng)的競爭力 即有高的性能價格比 10 用戶存儲器容量至 少在 4KB 以上 根據(jù)當時的汽車裝配過程的要求提出 從上述十項指標可以看出 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 5 頁 它實際上就是當今可編程序控制器的最基本的功能 將它們歸納一下其核心為四點 1 用計算機代替繼電器控制盤 2 用程序代替硬件接線 3 輸入輸出電平可與外 部裝置直接連接 4 結(jié)構(gòu)易于擴展 美國的數(shù)字設(shè)備公司 DEC CP 標 并在 1969 年研制出了第一臺可編程序控制器 PDP 14 其后 美國的 MODICON 公司也推出 了 084 控制器 1971 年 日本推出了 DSC 8 控制器 1973 年西歐各國的各種可編程 序控制器也研制成功 我國在 1974 年開始研制可編程序控制器可編程序控制器的發(fā) 展與計算機技術(shù) 半導體集成技術(shù) 控制技術(shù) 數(shù)字技術(shù) 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技 術(shù)的發(fā)展息息相關(guān) 這些高新技術(shù)的發(fā)展推動了可編程序控制器的發(fā)展而可編程序 控制器的發(fā)展又對這些高新技術(shù)提出了更高更新的要求 促進了它們的發(fā)展 從控 制功能束分 可編程序控制器的發(fā)展經(jīng)歷了下列四個階段 第一階段 從第一臺可 編程序控制器問世到 20 世紀 70 年代中期 是可編程序控制器的初創(chuàng)階段 這一階 段的產(chǎn)品主要用于邏輯運算和計時 計數(shù)運算 它的 CPU 由中小規(guī)模的數(shù)字集成電 路組成 它的控制功能較簡單 典型產(chǎn)品有 MODICON 公司的 084 ALLEN BRADLEY AB 公司的 PDQ2 DEC 的 PDP 14 同立公司的 SCY 022 等 由于這些產(chǎn) 品主要完成邏輯運算功能 因此被稱為可編程序邏輯控制器 ProgrammableLogic Controllet PLC 第二階段 從 20 世紀 70 年代中期到末期 是可編程序控制器 的擴展階段 在這一階段 產(chǎn)品的主要控制功能得到了較大的發(fā)展 它的發(fā)展主要 來自兩方面 從可編程序控制器發(fā)展而來的控制器 它的主要功能是邏輯運算 同 時擴展了其他運算功能 而從模擬儀表發(fā)展而來的控制器 其功能主要是模擬運算 同時擴展了邏輯運算功能 因此 按習慣的分類方法 前者被稱為可編程序邏輯控 制器 PLC 后者被稱為單回路或多回路控制器 可編程序控制器的名稱縮 PC Programmable Controll 但是為了與個人計算機 Personal Computer 的名稱 縮寫 PC 相區(qū)別 通常還是把可編程序控制器簡稱為 PLC 這一階段的產(chǎn)品有 MODICON 公司的 184 284 384 西門予公司的 SomaticS3 系列 富士電機公司的 SC 系列等產(chǎn)品 第三階段 從 20 世紀 70 年代末期到 20 世紀 80 年代中期 是 PLC 通信功能實現(xiàn)階段 與計算機通信的發(fā)展相聯(lián)系 PLC 也在通信方面有了很大的發(fā) 展 初步形成了分布 2 式的通信網(wǎng)絡(luò)體系 但是 由于制造企業(yè)各自為政 通信系 統(tǒng)自成系統(tǒng) 因此 各產(chǎn)品的互相通信是較困難的 在該階段 由于生產(chǎn)過程控制 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 6 頁 的需要 對 PLC 的需求大大增加 產(chǎn)品的功能也得到了發(fā)展 數(shù)學運算的功能得到 了較大的擴充 產(chǎn)品的可靠性進一步提高 這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的 SYMATIC S6 系列 富士電機公司的 MICREX 和德州儀器公司的 T1530 等等 第四階 段 從 20 世紀 80 年代中期開始是 PLC 的開放階段 由于開放系統(tǒng)的提出 使 PLC 也得到了較大的發(fā)展 主要表現(xiàn)在通信系統(tǒng)的開放 使各制造企業(yè)的產(chǎn)品可以通信 通信協(xié)議的標準化使用戶得到了好處 在這一階段 產(chǎn)品的規(guī)模增大 功能不斷完 善 大中型的產(chǎn)品多數(shù)有 CRT 屏幕的顯示功能 產(chǎn)品的擴展也因通信功能的改善而 變得方便 此外 還采用了標準的軟件系統(tǒng) 增加了高級編程語占等 這一階段的 產(chǎn)品有西門子公司的 SYMA7IC S5 和 s7 系列 AB 公司的 PLC 一 5 等 二 PLC 的特點 PLC 能如此迅速發(fā)展的原因是由于它具有通用計算機所不及的一些下列特點 可靠性對可以維修的產(chǎn)品 可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性 1 PLC 的可靠性高 表現(xiàn)在下列幾方面 與繼電器邏輯控制系統(tǒng)比較 PLC 可靠性提高的主要原因 PLC 不需要大量的活動部件和電子元器件 它的接線也大大減少 與此同時 系統(tǒng)的維修簡單 維修時間縮短 因此可靠性得到提高 PLC 采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進行設(shè)計 例如冗余設(shè)計 掉電保護 故障滲斷和信息保護及恢復等 使可靠性得到提高 PLC 有較強的易操作性 它具有編程簡單 操作方便 維修容易等特點 因 此對操作和維修人員的技能要求降低 容易學習和掌握 不容易發(fā)生操作的失誤 可靠性高 與通用的計算機控制系統(tǒng)比較 PLC 可靠性提高的主要原因 PLC 是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置 它具有比通用計算機控 制系統(tǒng)更簡單的編程語言和更可靠的硬件 采用了經(jīng)簡化的編程語言 編程的出錯 率大大降低 而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計的硬件使可靠性大大提高 因此 PLC 的 可靠性較通用計算機控制系統(tǒng)的可靠性有較大提高 在 PLC 的硬件設(shè)計方面 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 采用先迸的工藝制造流水線生產(chǎn) 對干擾采用屏蔽 隔離和濾波等 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 7 頁 設(shè)有對電源的掉電保護 存儲器內(nèi)容的保護并采用看門狗和其他自診斷措施 便于 維修的設(shè)計等等 在 PLC 的軟件設(shè)計方面 也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措旌 例如 采 用軟件濾波 軟件自診斷 簡化編程語言 信息保護和恢復 報警和運行信息的顯 示等等 一份用戶選用 PLC 原因的調(diào)查報告指出 在各種選用 PLC 的原因中 第一 位的原因是由于 PLC 可靠性高的用戶達 93 其次 才是性能和維修方便等原因 可見 可靠性高是 PLC 的主要特點 2 PLC 的易操作性表現(xiàn)在下列三個方面 操作方便 對 PLC 的操作包括程序輸入的操作和程序更改的操作 大多數(shù) PLC 采用編程器進行程序輸入和更改的操作 編程器至少提供了輸入信息的顯示 對大 中型的 PLC 編程器采用 CRT 屏幕顯示 因此 程序的輸入直接可以顯示 更改程 序的操作也可直接根據(jù)所需的地址編號 繼電器編號或觸點號進行搜索或順序?qū)ふ?然后進行更改 更改的信息可在液晶屏或 CRT 屏幕上顯示 所以 PLC 具有操作方便 的特點 編程方便 PLC 有多種程序設(shè)計語言可供使用 對電氣技術(shù)人員來說 梯形圖 由于與電氣原理圖較為接近 容易掌握和理解 所以有利于程序的編寫和學習 采 用布爾助記符編程語言時 由于符號是功能的簡單縮寫 十分有利于編程人員的編 程 雖然功能表圖 功能模塊圖和高級描述語句的編程方法應用尚未普及 但是 由于它們具有功能清晰 易于理解等優(yōu)點 正為廣大技術(shù)人員所接納和采用并發(fā)揮 出更有效的功能特點 維修方便 PLC 所具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低了 當系 統(tǒng)發(fā)生故障時 通過硬件和軟件的自診斷 維修人員可根據(jù)有關(guān)故障信號燈的提示 和故障代碼的顯示 或通過編程器和 CRT 屏幕的顯示 很快地找到故障所在的部位 為迅速排除故障和修復節(jié)省了時間 為便于維修工作的開展 有些 PLC 的制造企業(yè) 提供了維修用的專用儀表或設(shè)備 提供了故障樹等維修用的資料 有些廠商還提供 維修用的智能卡件或插件板 使維修工作變得十分方便 PLC 的面板和結(jié)構(gòu)的設(shè)計 也考慮了維修的方便性 例如 對需維修的部件設(shè)置在便于維修的位置 信號燈設(shè) 置在易于觀察的部位 接線端子采用便于接線與更換的類型等 這些設(shè)計使維修工 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 8 頁 作能方便地進行 從而大大節(jié)省維修時間 采用標準化元件和標準化工藝生產(chǎn)流水 線作業(yè) 使維修用的備品備件簡化 也使維修變得方便 3 PLC 的靈活性表現(xiàn)在下列三方面 編程的靈活性 PLC 采用的編程語占有梯形圖 布爾助記符 功能表圖 功能 模塊圖和語句描述編程語言 只要掌握其中一種語言就可以進行編程 編程方法的 多樣性使編程方便 應用面拓展 由于采用軟連接的方法 在生產(chǎn)工藝流程更改或 者生產(chǎn)設(shè)備更換時 可以不必改變 PLC 的硬設(shè)備 通過程序的編制與更改就能適應 生產(chǎn)的需要 這種編程的靈活性是繼電器 J 頤序控制系統(tǒng)所不能比擬的 正是由于 編程的柔性特點 使 PLC 能大量地替代繼電器順序控制系統(tǒng) 成為當今工業(yè)控制領(lǐng) 域的重要控制設(shè)備 在柔性制造單元 FMC 柔性制造系統(tǒng) FMS 計算機集成制造 系統(tǒng) CIMS 和計算機集成過程控制系統(tǒng) CIPS qb PLC 正成為主要的控制設(shè)備 得 到廣泛的應用 擴展的靈活性 PLC 的擴展靈活性是它的一個重要的特點 它可根據(jù)應用的規(guī) 模不斷擴展 即可進行容量的擴展 功能的擴展 應用和控制范圍的擴展 它不僅 可以通過增加輸入輸出單元來增加點數(shù) 通過擴展單元來擴大容量和功能 也可以 通過多臺 PLC 的通信來擴大容量和功能 甚至可通過與集散控制系統(tǒng) DCS 或其他上 位機的通信來擴展它的功能 并與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)的交換等 這種擴展的靈活性 大大地方便了用戶 操作的靈活性 操作的靈活性是指設(shè)計的工作量大大減少 編程的工作量和安 裝施工的工作量大大減少 操作十分靈活方便 監(jiān)視和控制變得容易 在繼電器順 序控制系統(tǒng)中所需的一些操作可以簡化 不同的生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺或控 制屏等 三 PLC 的工作原理 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 9 頁 圖 2 1PLC 的工作原理 1 可編程序控制器的工作原理 可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的 它的梯形圖程序與繼電器系 統(tǒng)電路圖相似 梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱 如輸入 輸出 繼電器等 這種計算機程序?qū)崿F(xiàn)的 軟繼電器 與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功 能上某些相似之處 可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài) 即運行 RUN 狀態(tài)與停止 STOP 狀 態(tài) 在運行狀態(tài) 可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能 為了使可編程序控制器的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號 用戶程序不是 只執(zhí)行一次 而是反復不斷地重復執(zhí)行 直至可編程序控制器停機或切換到 STOP 工 作狀態(tài) 除了執(zhí)行用戶程序之外 在每次循環(huán)過程中 可編程序控制器還要完成 內(nèi)部 處理 通信處理等工作 一次循環(huán)可分為 5 個階段 見圖 2 1 可編程序控制器 的這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式 由于 計算機執(zhí)行指令的速度極高 從外部輸入 輸出關(guān)系來看 處理過程似乎是同時完成的 在內(nèi)部處理聯(lián)合階段 可編程序控制器檢查 CPU 模塊 內(nèi)部的硬件是否正常 將監(jiān)控定時器復位 以及完成一些 別的內(nèi)部工作 在通信服務(wù)階段 可編程序控制器與別的帶微處理器 的智能裝置通信 響應編程器鍵入的命令 更新編程器的 顯示內(nèi)容 當可編程序控制器處于停止 STOP 狀態(tài)時 只執(zhí)行以上的操作 可編程序控制器處于 RUN 狀態(tài)時 還要完成另外 3 個階段的操作 圖 2 2 圖中僅畫出了 與用戶程序執(zhí)行過程有關(guān)的 3 個階段 圖 2 2 可編 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 10 頁 程序控制器 2 掃描周期 可編程序控制器在 RUN 工作狀態(tài)時 執(zhí)行一次上圖所示的掃描操作所需的時間 稱為掃描周期 其典型值為 1 100ms 指令執(zhí)行所需的時間與用戶程序的長短 指 令的種類和 CPU 執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系 當用戶程序較長時 指令執(zhí)行時間 在掃描周期中占相當大的比例 不過嚴格地來說掃描周期還包括自診斷 通信等 如圖 2 3 所示 圖 2 3 PLC 的掃描運行方式 1 輸入采樣階段 在輸入采樣階段 PLC 以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它們存入 I O 映 象區(qū)的相應單元內(nèi) 輸入采樣結(jié)束后 轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段 在這兩個 階段中 即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化 I O 映象區(qū)的相應單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會 改變 所以輸入如果是脈沖信號 它的寬度必須大于一個掃描周期 才能保證在任 何情況下 該輸入均能被讀入 2 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段 PLC 的 CPU 總是由上而下 從左到右的順序依次的掃描 梯形圖 并對控制線路進行邏輯運算 并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài) 或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令 例如 算術(shù)運算 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)傳達等 3 輸出刷新階段 在輸出刷新階段 CPU 按照 I O 映象區(qū)內(nèi)對應的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖 存電路 再經(jīng)輸出電路驅(qū)動響應的外設(shè) 這時才是 PLC 真正的輸出 第 N 1 個掃 描周期 輸出刷新 第 N 1 個掃 描周期 輸入采樣 第 N 個掃描周期 輸入采樣 輸出刷新用戶程序執(zhí)行 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 11 頁 四 PLC 的體系結(jié)構(gòu) PLC 實質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計算機 其硬件結(jié)構(gòu)和微機是基本一致的 如下圖所示 編 程 器 中央處理單元 CPU 輸 入 電 路 輸 出 電 路 系統(tǒng)程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū) 電源 圖 2 4 PLC 硬件的基本結(jié)構(gòu) 它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機控制系統(tǒng)相似 甚至與之無異 可編程序控制器主要 由 CPU 中央處理單元 存儲器 RAM 和 EPROM 輸入 輸出模塊 簡稱 I O 模 塊 編程器和電源五大部分組成 1 CPU 模塊 CPU 模塊又叫中央處理單元或控制器 它主要由微機處理器 CPU 和存儲器組 成 CPU 的作用類似于人類的大腦和心臟 它采用掃描方式工作 每一次掃描要完 成以下工作 1 輸入處理 將現(xiàn)場的開關(guān)量輸入信號和數(shù)據(jù)分別讀入輸入映像寄存器和數(shù)據(jù) 寄存器 2 程序執(zhí)行 逐條讀入和解釋用戶程序 產(chǎn)生相應的控制信號去控制有關(guān)的電 路 完成數(shù)據(jù)的存取 傳送和處理工作 并根據(jù)運算結(jié)果更新各有關(guān)寄存器的內(nèi)容 3 輸出處理 將輸出映像寄存器的內(nèi)容送給輸出模塊 去控制外部負載 2 I O 模塊 I O 模塊是系統(tǒng)的眼 耳 手 腳 是聯(lián)系外部現(xiàn)場和 CPU 模塊的橋梁 輸入 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 12 頁 模塊用來接收和采集輸入信號 輸入信號有兩類 一類是從按鈕 選擇開關(guān) 數(shù)字 開關(guān) 限位開關(guān) 接收開關(guān) 關(guān)電開關(guān) 壓力繼電器等來的開關(guān)量輸入信號 另一 類是由電位器 熱電偶 測速發(fā)電機 各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信 號 可編程序控制器通過輸出模塊控制接觸器 電磁閥 電磁鐵 調(diào)節(jié)閥 調(diào)速裝 置等執(zhí)行器 可編程序控制器控制的另一類外部負載是指示燈 數(shù)字顯示裝置和報 警裝置等 CPU 模塊的工作電壓一般是 5V 而可編程序控制器的輸入 輸出信號電壓一般較 高 如直流 24V 和交流 220V 從外部引入的尖蜂電壓和干擾噪聲可能損壞 CPU 模塊 中的元器件 或使可編程序控制器不能正常工作 所以 CPU 模塊不能直接與外部輸 入 輸出裝置相連 I O 模塊除了傳遞信號外 還有電平轉(zhuǎn)換與噪聲隔離的作用 3 編程器 編程器除了用來輸入和編輯程序外 還可以用來監(jiān)視可編程序控制器運行時梯 形圖中各種編程元件的工作狀態(tài) 編程器可以永久地連續(xù)在可編程序控制器上 將它取下來后可編程序控制器也 可以運行 一般只在程序輸入 調(diào)試階段和檢修時使用 一臺編程器可供多臺可編 程序控制器公用 4 開關(guān)量 I O 模塊 開關(guān)量模塊的輸入輸出信號僅有接通和斷開兩種狀態(tài) 電壓等級有直流 5V 12V 24V 48V 和交流 110V 220V 等 輸入輸出電壓的允許范圍很寬 如某交 流 220V 輸入模塊的允許低電壓為 0 70V 高電壓為 70 256V 頻率為 47 63HZ 各 I O 點的通 斷狀態(tài)用發(fā)光二極管或其它元件顯示在面板上 外部 I O 接線一 般接在模塊的接 線端子上 某些模塊使用可拆除的插座型端子板 在不拆去端子的外部連線的 情況下 可以迅 速地更換模 開關(guān)量 I O 模塊可能 4 8 16 32 64 點 2 3 1 輸入模塊 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 13 頁 圖 2 5 直流輸入電路 輸入電路中設(shè)有 RC 濾波電路 以防止由于輸入點抖動或外部干擾脈沖引起的錯 誤的輸入信號 濾波電路延遲時間的典型值為 10 20ms 信號上升沿 和 20 50ms 信號下降沿 輸入電流約為 10mA 上圖 2 3 1a 是某直流輸入模塊的內(nèi) 部電路和外部接線圖 本節(jié)的輸入電路和輸出電路都只畫出了一路 COM 是各路的 公共點 圖中的輸入觸點直接接在公共點和輸入端 400 是梯形圖中輸入繼電器的 編號 之間 不需要外接電源 有的可編程序控制器還可以為接近開關(guān) 光電開關(guān)之類的傳感器提供 24V 電源 如圖 2 6 圖 2 6 24V 電源 當圖 2 6 中的外接觸點接通時 光電耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光 光敏三極管 導通 信號經(jīng)內(nèi)部電路傳送給 CPU 模塊 圖 2 7 是交流輸入電路 光電耦合器中有兩個反并聯(lián)的發(fā)光二極管 顯示用的 兩個發(fā)光二極管也是反并聯(lián)的 因此這個電路可以接收外部的交流輸入電壓 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 14 頁 圖 2 7 交流輸入電路 5 輸出模塊 輸出模塊的功率放大元件有大功率晶體管和磁效應管 驅(qū)動直流負載 雙向 可控硅 驅(qū)動內(nèi)交流負載 和小型繼電器 后者可以驅(qū)動交流負載或直流負載 輸 出電流的典型值為 0 5 2A 負載電源由外部現(xiàn)場提供 輸出電流的額定值與負載的性質(zhì)有關(guān) 但是只能驅(qū)動 100VA 22V 的電感性負載 和 100W 的白熾燈 額定負載電流還與溫度有關(guān) 溫度升高時額定負載電流減小 有 的可編程序控制器提供了有關(guān)曲線 輸出模塊內(nèi)可能設(shè)置有熔斷器 并在模塊面板上用發(fā)光二極管顯示熔斷器的狀 態(tài) 某些新式的模塊用非破壞性的電子保護電路代替熔斷器 五 PLC 的選型 為了能夠更好的選型 工程設(shè)計選型和估算時 應詳細分析工藝過程的特點 控制要求 明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作 然后根據(jù)控制要求 估算 輸入輸出點數(shù) 所需存儲器容量 確定 PLC 的功能 外部設(shè)備特性等 最后選擇有 較高性能價格比的 PLC 和設(shè)計相應的控制系統(tǒng) 1 輸入輸出 I O 點數(shù)的估算 I O 點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?通常根據(jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù) 再增加 10 20 的可擴展余量后 作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù) 實際訂貨時 還需根據(jù)制 造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點 對輸入輸出點數(shù)進行圓整 2 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小 程序容量是存 儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小 因此程序容量小于存儲器容量 為 了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算 通常采用存儲器容量的估算來替代 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式 許多文獻資料中給出了不同公式 大 體上都是按數(shù)字量 I O 點數(shù)的 10 15 倍 加上模擬 I O 點數(shù)的 100 倍 以此數(shù)為內(nèi) 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 15 頁 存的總字數(shù) 16 位為一個字 另外再按此數(shù)的 25 考慮余量 3 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能 控制功能 通信功能 編程功能 診斷功能和處理速度 等特性的選擇 1 運算功能 簡單 PLC 的運算功能包括邏輯運算 計時和計數(shù)功能 普通 PLC 的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位 比較等運算功能 較復雜運算功能有代數(shù)運算 數(shù)據(jù)傳送等 大型 PLC 中還有模擬量的 PID 運算和其他高級運算功能 隨著開放系 統(tǒng)的出現(xiàn) 目前在 PLC 中都已具有通信功能 有些產(chǎn)品具有與下位機的通信 有些 產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信 有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信 的功能 設(shè)計選型時應從實際應用的要求出發(fā) 合理選用所需的運算功能 大多數(shù) 應用場合 只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能 有些應用需要數(shù)據(jù)傳送和比較 當用 于模擬量檢測和控制時 才使用代數(shù)運算 數(shù)值轉(zhuǎn)換和 PID 運算等 要顯示數(shù)據(jù)時 需要譯碼和編碼等運算 2 控制功能 控制功能包括 PID 控制運算 前饋補償控制運算 比值控制運 算等 應根據(jù)控制要求確定 PLC 主要用于順序邏輯控制 因此 大多數(shù)場合常采 用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制 有時也采用專用的智能輸入輸出單元 完成所需的控制功能 提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量 例如采用 PID 控制 單元 高速計數(shù)器 帶速度補償?shù)哪M單元 ASC 碼轉(zhuǎn)換單元等 3 通信功能 大中型 PLC 系統(tǒng)應支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議 如 TCP IP 需要時應能與工廠管理網(wǎng) TCP IP 相連接 通信協(xié)議應符合 ISO IEEE 通信標準 應是開放的通信網(wǎng)絡(luò) PLC 系統(tǒng)的通信接口應包括串行和并行通信接口 RS2232C 422A 423 485 RIO 通信口 工業(yè)以太網(wǎng) 常用 DCS 接口等 大中型 PLC 通信總線 含接口設(shè)備和 電纜 應 1 1 冗余配置 通信總線應符合國際標準 通信距離應滿足裝置實際要求 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中 上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應大于 1Mbps 通信負荷不大于 60 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式 1 PC 為主站 多臺同型號 PLC 為從站 組成簡易 PLC 網(wǎng)絡(luò) 2 1 臺 PLC 為主站 其他同型號 PLC 為從站 構(gòu) 成主從式 PLC 網(wǎng)絡(luò) 3 PLC 網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型 DCS 中作為 DCS 的子 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 16 頁 網(wǎng) 4 專用 PLC 網(wǎng)絡(luò) 各廠商的專用 PLC 通信網(wǎng)絡(luò) 為減輕 CPU 通信任務(wù) 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要 應選擇具有不同通信功能的 如點對點 現(xiàn)場總線 工業(yè)以太網(wǎng) 通信處理器 4 編程功能 PLC 的編程有離線編程和在線編程兩種 設(shè)計時應根據(jù)應用要 求合理選用 離線編程方式 PLC 和編程器公用一個 CPU 編程器在編程模式時 CPU 只為編 程器提供服務(wù) 不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制 完成編程后 編程器切換到運行模式 CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進行控制 不能進行編程 離線編程方式可降低系統(tǒng)成本 但使用和調(diào) 試不方便 在線編程方式 CPU 和編程器有各自的 CPU 主機 CPU 負責現(xiàn)場控制 并 在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換 編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到 主機 下一掃描周期 主機就根據(jù)新收到的程序運行 這種方式成本較高 但系統(tǒng) 調(diào)試和操作方便 在大中型 PLC 中常采用 5 診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷 硬件診斷通過硬件的 邏輯判斷確定硬件的故障位置 軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷 通過軟件對 PLC 內(nèi)部 的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷 通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信 息交換功能進行診斷是外診斷 PLC 的診斷功能的強弱 直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求 并影響 平均維修時間 6 處理速度 PLC 采用掃描方式工作 從實時性要求來看 處理速度應越快 越好 如果信號持續(xù)時間小于掃描時間 則 PLC 將掃描不到該信號 造成信號數(shù)據(jù) 的丟失 處理速度與用戶程序的長度 CPU 處理速度 軟件質(zhì)量等有關(guān) 目前 PLC 接點的響應快 速度高 每條二進制指令執(zhí)行時間約 0 2 0 4Ls 因此能適應控制 要求高 相應要求快的應用需要 掃描周期 處理器掃描周期 應滿足 小型 PLC 的掃描時間不大于 0 5ms K 大中型 PLC 的掃描時間不大于 0 2ms K 4 機型的選擇 1 PLC 的類型 PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類 按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩 類 按 CPU 字長分為 1 位 4 位 8 位 16 位 32 位 64 位等 從應用角度出發(fā) 通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 17 頁 整體型 PLC 的 I O 點數(shù)固定 因此用戶選擇的余地較小 用于小型控制系統(tǒng) 模塊型 PLC 提供多種 I O 卡件或插卡 因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I O 點數(shù) 功能擴展方便靈活 一般用于大中型控制系統(tǒng) 2 輸入 輸出模塊的選擇 輸入 輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統(tǒng)一 例如對輸入模塊 應考慮信 號電平 信號傳輸距離 信號隔離 信號供電方式等應用要求 對輸出模塊 應考 慮選用的輸出模塊類型 通常繼電器輸出模塊具有價格低 使用電壓范圍廣 壽命 短 響應時間較長等特點 可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁 電感性低功率因數(shù)負 荷場合 但價格較貴 過載能力較差 輸出模塊還有直流輸出 交流輸出和模擬量 輸出等 與應用要求應一致 可根據(jù)應用要求 合理選用智能型輸入輸出模塊 以便提高控制水平和降低應 用成本 考慮是否需要擴展機架或遠程 I O 機架等 3 電源的選擇 PLC 的供電電源 除了引進設(shè)備時同時引進 PLC 應根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選 用外 一般 PLC 的供電電源應設(shè)計選用 220VAC 電源 與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致 重要的 應用場合 應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電 如果 PLC 本身帶有可使用電源時 應核對提供的電流是否滿足應用要求 否則 應設(shè)計外接供電電源 為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC 對輸入和輸出信 號的隔離是必要的 有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離 4 存儲器的選擇 由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展 存儲器的價格已下降 因此 為保證應用項 目的正常投運 一般要求 PLC 的存儲器容量 按 256 個 I O 點至少選 8K 存儲器選擇 需要復雜控制功能時 應選擇容量更大 檔次更高的存儲器 5 冗余功能的選擇 控制單元的冗余 重要的過程單元 CPU 包括存儲器 及電源均應 1 1 冗余 在需要時也可選用 PLC 硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng) 兩重化或三重化 冗余容錯系統(tǒng)等 I O 接口單元的冗余 控制回路的多點 I O 卡應冗余配置 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 18 頁 重要檢測點的多點 I O 卡可冗余配置 根據(jù)需要對重要的 I O 信號 可選用兩重化或三重化的 I O 接口單元 6 經(jīng)濟性的考慮 選擇 PLC 時 應考慮性能價格比 考慮經(jīng)濟性時 應同時考慮應用的可擴展性 可操作性 投入產(chǎn)出比等因素 進行比較和兼顧 最終選出較滿意的產(chǎn)品 輸入輸 出點數(shù)對價格有直接影響 每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用 當點數(shù) 增加到某一數(shù)值后 相應的存儲器容量 機架 母板等也要相應增加 因此 點數(shù) 的增加對 CPU 選用 存儲器容量 控制功能范圍等選擇都有影響 在估算和選用時 應充分考慮 使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比 六 FX2N 可編程序控制器簡介 FX2N 是 FX 系列中功能最強 速度最高的微型可編程序控制器 它的基本指令 執(zhí)行時間高達 0 08 s 每條指令 遠遠超過了很多大型可編程序控制器 用戶存儲 器容量可擴展到 16K 步 最大可擴展到每 256 個 I O 點 有 5 種模擬量輸入 輸出模 塊 高速計數(shù)器模塊 脈沖輸出模塊 4 種位置控制模塊 多種 RS 232C RS 242 RS 485 串行通信模塊或功能擴展板 以及模擬定時器功能擴展板 使用特殊功 能模塊和功能擴展板 可以實現(xiàn)模擬量控制 位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能 七 PLC 控制程序設(shè)計 1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計基本原則 最大限度的滿足被控對象的控制要求 在滿足控制要求的前提下 力求使控制系統(tǒng)簡單 經(jīng)濟 使用和維護方便 保證控制系統(tǒng)安全可靠 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進在選擇 PLC 容量時應適當留有余量 2 PLC 提供的編程語言 標準語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言 它有以下特點 A 它是一種圖形語言 沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點 線圈 串聯(lián)等術(shù)語和 一些圖形符號構(gòu)成 左右的豎線稱為左右母線 B 梯形圖中接點 觸點 只有常開和常閉 接點可以是 PLC 輸入點接的開關(guān)也 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 19 頁 可以是 PLC 內(nèi)部繼電器的接點或內(nèi)部寄存器 計數(shù)器等的狀態(tài) C 梯形圖中的接點可以任意串 并聯(lián) 但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián) 內(nèi)部繼電器 計數(shù)器 寄存器等均不能直接控制外部負載 只能做中間結(jié)果供 CPU 內(nèi)部使用 D PLC 是按循環(huán)掃描事件 沿梯形圖先后順序執(zhí)行 在同一掃描周期中的結(jié)果 留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當條件使用 語句表語言 類似于匯編語言 邏輯功能圖語言 沿用半導體邏輯框圖來表達 一般一個運算框表示一個功能 左邊畫輸入 右邊畫輸出 檢查程序 有無錯誤 運行程序 有無錯誤 程序投入使 用 通過 PC 機 GPC 或 FIT 輸入程序 至 PLC 編制 PLC 程序 梯形圖或指令代 碼 將 PLC 的 I O 位分配給輸入輸出設(shè) 備 確定系統(tǒng)必須完成的各項任務(wù)及其 順序 修改程序 NO YES YES NO 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 20 頁 圖 2 8 PLC 編程步驟 三 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計部分 一 電梯系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 電梯有大量的開關(guān)量輸入輸出信號 它包括內(nèi) 外呼梯信號 開關(guān)門信號 上行 下行減速和平層信號 上 下限位信號等開關(guān)量輸人信號用于實現(xiàn)電梯上行 下行 減速平層的開關(guān)量輸出信號 用于開門 關(guān)門的開關(guān)量輸出信號 用于驅(qū)動呼梯信號 運行方向指示燈的開關(guān)量輸出信號 用于驅(qū)動樓層顯示的數(shù)碼管的開關(guān)量輸出信號 等等 的通信模塊將電梯運行的狀態(tài)及相關(guān)數(shù)據(jù)通過 RS232 接口傳送到計算機 整 個系統(tǒng)的硬件框圖 3 1 如圖所示 圖 3 1 電梯系統(tǒng)硬件 設(shè)建筑物共有 N 層 根據(jù)樓層數(shù)確定 PLC 的 I O 點的原則 則該電梯控制系統(tǒng)所 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 21 頁 需要的輸人 I O 輸出點數(shù)就能確定 輸人 I O 點數(shù)外呼梯按鈕除第 1 層只有一個上呼梯按鈕 第 N 層只有一個下呼 梯按鈕外 其余 N 2 層上下呼梯按鈕各有一個轎廂內(nèi)控制盤包括 1 N 層按鈕開門 按鈕 關(guān)門按鈕 報警按鈕各一個轎廂門控由兩個限位開關(guān)實現(xiàn)轎廂頂端有兩個減 速傳感器 兩個平層傳感器電梯井的底部和頂部各有兩個防止轎廂沖出導軌限位傳 感器編碼器需要兩個輸入 I O 點 共計需要的輸人 I O 點為 3N 13 個 輸出 I O 點數(shù)外呼梯按鈕指示燈共 2N 2 個 內(nèi)呼梯指示燈 N 個 上下行指示燈 2 個 4 位 BCD 碼指示需 8 個 I O 點 控制變頻器輸出需 3 個 I O 點 開門關(guān)門各 1 個 共計需要輸出 I O 點 3N 13 個 系統(tǒng)采用編碼器定位和減速平層傳感器定位相結(jié)合的方法 既可以防止因使用單 一定位裝置時 萬一器件失效而引發(fā)事故 又可以相互診斷 一旦某一定位裝置發(fā) 生故障 能立即通過人機界面向管理人員報警 從而提高了系統(tǒng)運行的安全可靠性 二 電梯系統(tǒng)的軟件部分 PLC 運行方式與一般的計算機不同 它的工作過程分為三個階段進行 即輸人 采樣 用戶程序執(zhí)行和輸出刷新 完成上述三個階段稱為一個掃描周期 在整個運行 期間 PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段 這樣用 PLC 語言編程有 自己的特點 只要掃描周期的影響可以忽略 則不需要循環(huán)語句 就能重復執(zhí)行相 應的操作 在本電梯控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)中 采用了數(shù)據(jù)比較而不是簡單的邏輯控 制來編制程序 這樣不但程序易于理解 而且當設(shè)計的電梯樓層加大時 程序的婉 模并不會增加很多 而使用邏輯控制方法時 樓層較少時還能夠應付 但是樓層較多 時 不但邏輯復雜 而且程序容量顯著增加 為了使程序可讀性好 修改方便 編程時采用了模塊化的方法 整個程序由多 個功能相對獨立的模塊組成自動返回原點及初始化模塊 開關(guān)門模塊 確定上下行 模塊 確定上行最近目的樓層模塊 確定下行最近目的樓層模塊 上行減速及呼梯 信號消除模塊 下行減速及呼梯信號消除模塊 這些模塊中最關(guān)鍵的是確定上下行 模塊 確定上行最近目的樓層模塊和確定下行最近目的樓層模塊 現(xiàn)結(jié)合流程圖介 紹這三個模塊編程思路 設(shè)邏輯線圈 M100 一上行標志 M101 一下行標志 M103 一 黑龍江職業(yè)學院畢業(yè)論文 第 22 頁 電梯空閑標志 數(shù)據(jù)寄存器 D0 一電梯當前樓層 D1 一電梯上行時最近的呼梯樓層 D2 一電梯下行時最近的呼梯樓層 D3 一中間變量 圖 3 2 下行最近目的樓層模塊流程圖 確定上下行模塊的流程圖如圖 2 所示 當電梯處于空閑狀態(tài)時 將當前樓層號 存放在 如果同一掃描周期中來了幾個呼梯信號 將最高樓層的樓層號存放在 D3 比較電梯當前樓層和最高呼梯樓層的大小 如果電梯的當前 樓層比最高呼梯樓層低 即 D0D3 則將下行標志置 1 如果該掃描周期中 沒有呼梯信號 即 D0 D3 將 M103 電梯空閑標志置 1 確定上行最近目的樓層模塊與確定下行最近目的樓層模塊類似 這里只介紹如 何確定上行最近目的樓層 其流程如圖 3 所示 當上行方向確定后 主程序每個掃 描周期都調(diào)用該子程序后 在子程序中 當前樓層號存放在變址寄存器 V 中 使用 跳轉(zhuǎn)指令 CJ 其指針為 P10V 這樣只處理比當前樓層高的樓層的呼梯信號 而且這 些呼梯信號會按低層廳上行呼梯或廂呼梯 高層廳上行呼梯或廂呼梯 高層廳下行 呼梯 低層廳下行呼梯的優(yōu)先級從高到低的排列起來 在電梯進人減速及呼梯信號 消除子程序前 每個掃描周期都將 D1 刷新一次 如果有新的呼梯信號比當前 D1 中 存的樓層號對應的呼梯信號優(yōu)先級高 則 D1 中存該新呼梯信號對應的樓層號 當處 理完所有比當前樓層高的呼梯信號后 將 M100 復位 主程序中將不再調(diào)用該子程序 為了使電梯平層準確 本系統(tǒng)中采用了 A 一 B 相編碼器 該編碼器與電機軸相 連 電機轉(zhuǎn)動時 編碼器會產(chǎn)生相和相的脈沖信號 將 A B 相脈沖信號輸人到內(nèi)置 一相高速計數(shù)器的兩個高速輸人端口 A 一 B 相高速計數(shù)器的計數(shù)方式取決于相和 相脈沖信號的相位關(guān)系 設(shè)電梯上行時 A 一 B 相編碼器產(chǎn)生的脈沖信號為 當 A 相 脈沖信號處于高電平時 相脈沖信號由低電平變成高電平 該相和相脈沖信號的相 位關(guān)系使 A 一 B 相高速計數(shù)器的當前計數(shù)值加 1 而電梯下行時 A 一 B 相編碼 器產(chǎn)生的脈沖信號為當 A 相脈沖信號處于高電平時 B 相脈沖信號由高電平變成低 電平 該相和相脈沖信號的相位關(guān)系使一相高速計數(shù)器的當前計數(shù)值減 A 這 樣電梯在以后的運行中 由計數(shù)器的當前計數(shù)值就能夠準確地確定電梯所處的位置 另外 系統(tǒng)中還有四個位置傳感器 其中兩個用于上行減速和下行減速 兩個用于 上行平層和下行平層 通過調(diào)試 可以確定每層減速信號和平層信號對應的 A 一 B 相高速計數(shù)器當前計數(shù)值的計數(shù)范圍 這樣 當傳感器信號產(chǎn)生而當