基于可编程控制器电梯控制系统的应用.docx
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基于可编程控制器电梯控制系统的应用
基于可编程控制器电梯控制系统的应用
作者:
LZ
摘要
电梯的出现,使人们的运输更加便捷,其在我们现代生活中越来越重要。
较早的电梯控制系统是使用继电器控制的。
继电器控制系统由于占地面积大,易出现故障,寿命短,维修不便等缺点,不适合在这个讲究安全,追求效率的时代应用。
为了提升电梯系统的质量,确保电梯的使用稳定可靠,进一步提高电梯控制系统的安全性和效率,笔者开发以可编程控制器(PLC)为中心的控制系统。
应用该控制系统方案,能够有效地增加电梯控制系统的稳定性,且提高电梯控制系统的人工智能功能。
以实现解决旧系统故障高,占地面积大,维护难,安装周期长,反应滞后等缺点。
使电梯运行更加高效,舒适,可靠。
关键词:
电梯,梯形图,PLC
Abstract
The emergence of the elevator make people's transportation more convenientand which is more and more important in our modern life.Thecontrolsystemoftraditionalelevatoristouserelaycontrol. Relaycontrolsystemhasmanyshortcomings,suchascoversalargeofarea,alwaysbreakdown,shortservicelifeandmaintenanceinconvenience,etc. Sowhichisunfitintheerathatattachesgreatimportancetothesecurityandtheefficiency. Inordertofurtherimprovethesafetyandtheworkefficiencyoftheelevatorcontrolsystem,theauthordesignedasetofelectricalprogrammablecontroller(PLC)asthecoreofcontrolsystem. Theschemeofcontrolsystemcansolvetheshortcomingsoftheoldsystemtomaketheelevatoroperationmoreconvenient,comfortableandreliable.
Keywords:
Elevator,Ladder Diagram,PLC
目录
1前言1
1.1课题背景1
1.1.1电梯的发展史1
1.1.2当前国内外电梯现状2
1.1.3电梯今后的发展方向2
1.2可编程控制器控制电梯的研究意义3
1.3本章小结3
2可编程控制器(PLC)4
2.1可编程控制器简介4
2.2可编程控制器的发展历程4
2.3可编程控制器控制系统的特点与优点5
2.3.1易学易用5
2.3.2可靠性高5
2.3.3功能完善5
2.4可编程控制器的组成6
2.4.1中央处理器(CPU)6
2.4.2I/O模块7
2.4.3可编程控制器系统的其它设备8
2.4.4电源模块9
2.4.5底板或机架9
2.4.6可编程控制器的通信联网9
2.5可编程控制器的工作原理9
2.5.1输入采样阶段10
2.5.2程序扫描执行阶段10
2.5.3输出刷新阶段11
2.6可编程控制器的编程语言11
2.6.1图形式指令构造11
2.6.2简化应用软件生成过程12
2.6.3明确的变量常数12
2.6.4简化的程序结构12
2.7梯形图的规则12
2.8本章小结13
3三层电梯可编程控制器控制系统设计14
3.1电梯的控制要求及控制思路分析14
3.1.1电梯开门和关门的要求14
3.1.2电梯上下行呼叫控制14
3.1.3电梯厢内厢外指示灯要求15
3.2硬件部分15
3.2.1电梯的结构15
3.2.3I/O点数分配17
3.2.4 可编程控制器外部接线图19
3.3 系统软件部分20
3.3.1程序梯形图20
3.3.2程序指令25
3.4本章小结32
4系统检测与调试33
4.1检测与调试33
4.1.1硬件模拟检测33
4.1.2软件模拟的检测34
4.2本章小结34
5结论35
参考文献36
1前言
1.1课题背景
1.1.1电梯的发展史
在公元前很多年开始,人类懂得了利用一些原始的升降工具来输送物资,那时候还没有电梯这一词汇,但是当时的升降工具就是现代电梯的雏形,没有它们,也就没有现在的电梯。
在公元2600年前,古埃及就懂得最原始的升降系统,利用其来制造金字塔,那一套升降系统的原理到现在还在使用。
[]将两个物体用绳子连接起来,然后悬挂在空中,然后利用力学原理,当一个物体下降时,负载平台就同步上升。
这两个物体就是现在电梯的桥箱和对重。
在两千多年前,我国古人就利用卷筒旋运动来完成升降动作,这样显然可以增高物体的升降高度。
12世纪初,法国利用驴子作为升降机的运动能量来源,使从事升降机的工作者从劳务中解救出来。
到了蒸汽机时代后,人们开始利用蒸汽作为动力,在升降机领域也被广为推广。
期间,升降机的承受力又有很大地改观,又把电梯使用极限拉上了一个崭新高度。
虽然,随着科学的进步,电梯在人们工业工程广为推广应用,但是一个关键的安全问题一直没有得到有效地解决,当时所使用的升降机经常出现坠落事件,根本不适合应用到人们的生活中来。
各国各地的电梯公司都在不断地对电梯进行研发改进,没有哪一个敢说自己是电梯是最完美的,因为只有通过技术改良和升级,才能在电梯市场站有一席之地,不思进取只会面临淘汰的可能。
十九世纪中期,美国的机械工程师奥迪斯设计了历史上首台配有安全装置的电梯。
从此,坐电梯不再是冒险者玩的游戏,电梯因此被更加广泛应用于人们工作生活之中。
二十世纪中期后,随着微处理器设计制造和数据存储器技术和微电子技术等的快速发展,电梯进入飞速的发展。
[]八十年代,电梯又发展到了一个新台阶,期间涌现了变频高速交流电梯,其可达到每秒钟7米,开拓了电梯又一个新的纪元。
一部伟大的电梯发展史就是一部人们历史文明的大作,从最初简单的电梯雏形到如今形式多样功能完善的电梯,从当初的只能是“冒险者”才能玩的游戏到如今的日常普及应用。
总的来说,电梯历史的发展是向前进行的,是会变得更好的。
1.1.2当前国内外电梯现状
随着现代大都市的发展,高层建筑的数量与日俱增,电梯显然成为高层建筑中人们不可或缺的使用对象,与人们的工作生活息息相关。
当下市场中,人们使用比较先进的电梯控制系统主要有两种控制方案。
其两种控制方式的信号控制分别是利用微机和可编程控制器工作来完成的,从功能和控制方式来讲,显然此两种方案本质上是差不多的,但是,从某种意义来讲,还是各有各的优点和缺点的。
当下国内厂家比较青睐采用可编程控制器来作为电梯的控制系统。
因为国内生产微机控制装置规模比较小,微机控制技术并不成熟,且自己开发和制造微机控制装置的成本相对来说较为高。
可编程控制器具有抗干扰能力高、维护方便、设计灵活、安全且稳定等优点。
所以在国内使用可编程控制器来做为电梯控制器更符合我国情。
在某些落后地区,还有一小部分电梯控制系统是使用以继电器组合作为控制器来工作的,不过随着可编程控制器开发与应用,相信旧系统会慢慢退出历史舞台的。
1.1.3电梯今后的发展方向
电梯的发展会紧随人类文明脚步进行的,人类追求更高的生活指标,今后电梯还有很大的发展空间。
首先,会往更高速方向发展,随着建筑越来越高,随着人们生活节奏地加快,在这个讲究效率的时代,速度意味着价值。
如2004年,东芝电梯公司在台北金融大厦起建后装配超高速电梯,其可达到每秒钟17米。
其次,会往更多用途发展,电梯在军事、工业、旅游、建筑、地铁站上今后会被广泛使用。
小到利用电梯把人输送到楼上,大到利用电梯把人们输送到外太空,应用范围越来越宽广。
我国某些城市规定,民用楼房七层以上必须装配电梯,电梯越来越深入人们生活之中。
随着城市的发展,电梯不仅仅只在垂直点之间输送发展,而且也向水平方面,曲线方面等发展。
在某些比较重要场合(如地铁站、机场)安装自动人行道,也将广泛应用起来。
再次,会往新型电梯方向发展。
随着计算机网络联网控制、智能自动化、新型材料应用、调频门控等新科学技术地应用于电梯,新型电梯相继问世。
极大地提升了电梯的附加值,使电梯更加满足人们的需求。
如近年来电梯制造商相争研发的磁悬浮电梯,其运用磁悬浮技术,使其基本实现“零摩擦”,有着节能、高速和低噪音等特点。
今后,新型电梯将会是一个特别大的市场。
总之,电梯的发展紧随人类文明发展的脚步,电梯是人类文明的产物,电梯集纳了人类的聪明智慧,以后还会更加先进,使人们的生活变得更加美好。
1.2可编程控制器控制电梯的研究意义
电梯是汇集计算机技术,网络技术,自动控制技术、微电子技术等以众多学科为一体的智能设备。
对人类的工作生活质量具有突破性的改善,影响着人类社会的发展。
特别是随着微电子技术、电力电子技术和网络技术等地发展,人们对电梯的技术含量要求越来越高,对电梯的设计理念、安全方面还有后续的维护有更高的需求。
以可编程控制器作为电梯的控制系统,其编程语言简单易掌握,是电气设计人员必懂的语言,电气设计人员能一目了然。
可编程控制器使用简单灵活,其I/O口信号可以直接使用。
当需要为工作要求而要做出修改时,不需要修改较为复杂的外围电路,而是只需对控制器的内部程序做出简单的修改与调试就可以完成修改工作,减少了开发人员开发时间,使后续维护人员更方便地进行维护,极大提高了维护的效率,减少了不必要的损失。
1.3本章小结
人们对电梯的质量需求越来越重视,当前电梯技术还不是顶尖水平,今后还有很大的发展空间。
由此可见,研究可编程控制系统的电梯控制系统具有特别的重要的意义。
2可编程控制器(PLC)
2.1可编程控制器简介
ProgrammableLogicController(简称PLC)中文全称是可编程逻辑控制器,也可简称可编程控制器。
[]早期的可编程控制器是和现在的不一样的,他没有那么多的功能,仅仅只有简单的电路逻辑控制功能,只能进行简单的应用,当时被命名为可编程逻辑控制器。
随着时代地发展,可编程逻辑控制器被添加很多功能,增添了数据处理等很多功能,其后面,又被命名为可编程控制器,也就是我们现在所看到的可编程控制器。
他是在现代工业化的领头羊,在工业时代孕育而生,推动时代的进步。
他是一种用逻辑关系控制的电子控制系统,用户可以通过编程输入系统程序来执行信号采集,输出控制,数据处理,定时计数等各类功能。
再通过I/O的输入/输出,模拟量与数字量之间的转换,进而操控各种工业设备的运行。
他吸收了计算机系统和继电器系统各自精髓,克服了传统继电器接触控制的寿命短,易老化等缺点。
现在的可编程控制器有着安全可靠、功能完善,简单易懂、物优价廉,适用性强,易学易用,能耗低等优点,在工业控制领域得到了欢迎,也得到了广泛的应用。
2.2可编程控制器的发展历程
在现代工业化的生产过程中,由于工业上的需要,大量的逻辑量开关被应用。
起先,这些简单的逻辑关系都是根据电气原理与气动原理而进行的。
落后的工业技术,远远满足不了高速发展的工业需求。
1968年,纽约GM公司向各自动化公司公布要代替气动装置和继电器控制装备的十大条件。
次年,美国某企业开发了符合这十大条件的控制器,然后装配在GM公司的工厂中,获得了第一次运行告捷,这部控制装置就是地球上首部可编程控制器。
因为这类工业控制装置能够专门用于逻辑控制,并可以经过修改指令内容来修改控制计划,于是把这种控制装置叫为可编程控制器,也就是我们现在所说的PLC。
随着微型计算机技术和微处理器的发展,可编程控制器经历了四代更替,到了第四代时,其中央处理器已较全面地使用到16位,有些甚至使用到32位。
而且在集成电路方面最高可以应用到了超大规模的电路,现在的可编程控制器,不仅能进行逻辑关系控制、而且在过程量控制,数据运算控制等方面有较大改良和突破,使可编程控制器更加满足日益发达工业现代化的需求,得到了较大的认可和发展。
2.3可编程控制器控制系统的特点与优点
目前在工业上使用的众多控制系统中,由于可编程控制器控制系统具有很好地特点,在工业控制收到了巨大地欢迎和应用。
2.3.1易学易用
可编程控制器的程序语言种类繁多,各有个的优势,其语言一般有:
梯形图语言、语句表语言、顺序流程图语言、功能模块图语言及结构化文本语言。
[]其中梯形图语言与电气原理图较为相似,对于稍微懂点电气原理图的技术人员,相对来说,是特别容易掌握和理解的。
可编程控制器的程序设计方法简单方便,仅仅只需使用简单开关量逻辑程序,就可以轻松地表达继电器控制的逻辑关系,达成用可编程控制器控制系统替代继电器控制系统的伟大壮举。
可编程控制器具有的自诊断的功能,对应维修维修技能不高技术人员也能较容易地进行调试与维修,如系统发生故障时,通过软件自诊断和硬件自诊断,技术人员能很快找到故障的位置进行抢救,给那些只会电气原理图但却不懂计算机原理和汇编程序的人员,增添便利,加快了故障的的维修进度,减少了不必要的损失。
2.3.2可靠性高
可编程控制器应用半导体技术,其运行时间长,占地面积少。
其内部电路采取了先进的抗干扰技术,先进的滤波技术,稳定的电源模块系统,使其安全稳定。
比如MITSUBISHI公司所生产的PLC-F系列的可编程控制器平均无故障时间就达到了28万小时。
[]他具有维护容易,编程简单,操作方便等特点,一般系统运行操作中出错几率很小,就算稍有故障,也能快速排除。
2.3.3功能完善
可编程控制器从传统到现代,产生了形形色色、各式各样的多种功能的产品。
普遍应用于工业、商场、建筑、航天、轻纺等各类地点的控制场所。
近年来由于系统的功能不断被开发,如今的可编程控制器不仅在逻辑开关方面有所建树外,而且已经应用到温度控制、PID闭环自动控制和数控机床等控制等各种控制功能之中。
新近出产了超小型可编程控制器,其体积和重量比一部3.5寸的智能手机还要小和轻,消耗的电量也特别少。
超小型的可编程控制器更方便装配进设备里面,且减少了设备的质量,突破可编程控制器不能用于小型智能设备的局限。
总之,可编程控制器在自动化控制领域中有较高的地位,诸多优点使可编程控制器控制系统在今后还会得到更广泛的使用,在人类探索世界的未来,必然会往更多的领域发展。
2.4可编程控制器的组成
2.4.1中央处理器(CPU)
1、中央处理器的分类
CPU是可编程控制器的核心,其随着应用于不同环境不同领域又有不同分类,可按可编程控制器机型进行分类应用,如表2.1所示。
表2.1中央处理器分类及应用
机型
中央处理器类型
应用特点
小型
可编程控制器
8位通用微处理器
和单片微处理器
配置低、成本低、
满足较低工业要求
中型
可编程控制器
16位通用微处理器
或单片微处理器
配置高、能满足一
般基本工业要求
大型
可编程控制器
高速位片式微处理器
配置超高、满足的
工业特殊要求
2、中央处理器控制过程
中央处理器主要是由控制器、寄存器、运算器以及他们之间的控制、数据及其状态总线组成,再通过一层导热性良好的金属外壳将其覆盖。
中央处理器起神经中枢的作用,相当于人的大脑和心脏,他按照特点的程序机械地完成系统交于的任务。
他不断地搜罗各种输入信号,获取来自各方面传输的信号和数据,并传输到映像寄存器和数据存储器中储存。
通电工作后,按顺序读出存储在程序存贮器中的程序,经过对用户程序剖解后再按此种程序所设定的算术运算、逻辑运算及数据处理等输出一定的逻辑信号。
根据运行的逻辑信号结果,刷新系统的输出结果,以达成中央处理器运行的输出、通信和打印制表的操作
对于使用者来说,没有必要详细理解中央处理器里面的较为复杂的电路关系,但应该对中央处理器各元件间的运行关系充裕地了解与认识。
中央处理器的是根据震荡信号控制而进行指令的操作的,震动信号相当于人的心脏,控制着程序运行的运行速度。
其具体信息处理和传送如图2.1所示。
总之,研究中央处理器的组成和其与外部电路之间的信息传送关系,对后面章节设计电梯可编程控制器控制系统有特别重要的意义。
图2.1中央处理器与外部信息处理与传送
2.4.2I/O模块
I/O模块是分为两部分组成的。
是分为输入模块与输出模块的。
输入模块相是专门为接收外部信号数据,而输出模块则是专门输出控制的,两者互补,是中央处理器与外部沟通的窗口。
1、输入模块
输入模块应用于接收和输送输入信号,其是把电信号变为数字信号然后输送到可编程控制系统之中。
其输入信号又分为开关量输入信号和模拟量输入信号两类。
[]其具体应用分类如表2.2所示。
表2.2输入信号分类
输入信号
例子
开关量输入信号
有以按键、压力继电器、
数字拔码开关、光电开关、
选择开关、位置开关等开关量作为信号
模拟量输入信号
从测速发电机、电位器、
压力器等提供的模拟量作为信号
2、输出模块
输出模块应用于发出和输送输出信号,输出模块是将数字信号变为输出电信号,然后完成对外电路的控制的。
输出信号又分为开关量输出信号和模拟量输出信号两类。
其具体应用分类如表2.3所示。
表2.3输出模块
输出信号
例子
开关量输出信号
有控制电磁继电器、
信号灯等被控设备和器件的信号
模拟量输出信号
有控制热电偶、变频器等需要
被连续变化的模拟量控制的信号
2.4.3可编程控制器系统的其它设备
1、人机界面
是使用者与控制器之间信息传递、信息沟通、信息互动的桥梁,他达成了从信息数据的机械模式到使用者能普遍使用的简单形式之间的转变,使控制系统更容易被人们所操控。
比较复杂的人机界面有液晶屏界面,较为简单的有开关和信号灯。
随着触摸屏的开发与应用,触摸式人机界面应用更加受使用者青睐。
由计算机充任的人机界面也更为广泛使用,在不久的将来,跟随各种技术的发展,相信会有更加适合人们使用的人机界面出现,使人们更为方便地与数字进行对话交流。
2、编程设备
编程设备传统有手持型编程器,可以通过连接信号线与可编程控制器相连,然后直接对可编程控制器进行编写、写出等功能设计程序,开始时因为体积小方便携带而被人们使用。
但后面因为只能用语句表,没有梯形图那么直观,不利于应用于比较复杂的程序而被人们摒弃,已经比较少使用了。
现在一般是以计算机来充当使用的,用计算机编程序有直观,功能多,易移植等许多优点。
在现场控制运行中,编程器是没有立刻插手控制的,只是可编程控制器在编程设计、调试检查和系统参数修改等才可能会被用到。
3、输入输出设备
输入输出设备有打印机、带电可擦可编程只读存储器、可擦除可编程只读寄存器、可变电阻器等,其主要还是用来储存长期性的数据。
2.4.4电源模块
可编程控制器电源模块的电压大小较为普遍是AC220伏,也有部分使是DC24伏。
电源模块在整个系统中起着充当非常重要的角色,可编程控制器内部的直流稳压电源为各模块内的各集成电路提供稳定的工作电源,如果没有一个稳定可靠的电源系统,系统是无法正常运行的,所以可编程控制器的厂家对电源模块的开发要求是特别苛刻的。
2.4.5底板或机架
底板或机架是可编程控制器各模块的骨梁,支撑起每个部分的组合,再通过控制电缆长度相连,使控制系统硬件更为简洁明了。
没有他,可编程控制系统将会是零散的,而安装装配和后续的维护将会变得异常艰难。
2.4.6可编程控制器的通信联网
当下几近全部可编程控制器的新机型都具备通信联网功能。
它可以使可编程控制器通过遵循一定的网络协议,然后与其他智能设备,进行信息传输和对话。
例如使用RS-232通讯,经过同轴电缆光缆地通讯或双绞线,可以在几十公里的范围内进行信息的交换,使跨地域也能进行控制。
2.5可编程控制器的工作原理
可编程控制器的工作原理是利用周期循环扫描来进行的。
[]运行期间,是通过重复三个阶段来进行的,其如图2.2所示
图2.2可编程控制器工作原理
2.5.1输入采样阶段
首先,可编程控制器扫描全部输入的信号。
然后按序地读取各输入信号,并将其储存到输入状态寄存器里面。
再而刷新了输入状态寄存器。
这样简单的“三小步”就完成了输入采样阶段。
输入采样处理完后,紧接着按顺序进行后面那两个阶段。
在这两个阶段中,输入状态寄存器和外部隔绝,不受外部信号影响。
尽管输入信号或数据发生改变,输入状态寄存器里的信息数据也并不因此而改变。
而已有变化的输入的信号仅可在下个扫描周期的再次刷新而被读取。
2.5.2程序扫描执行阶段
在此阶段,可编程控制器是逐条翻译和执行指令的,是有根据一定的规定有条不紊进行的。
他是根据“由上而下、由左到右”的原则,按序扫描指令和程序的。
他按照每一条指令进行逻辑运算,当然,有些指令因为特殊功能而进行特殊处理。
如若遇到跳转指令时,能够根据是否满足跳转条件而实施指令的跳转,当满足条件实施跳转时,被跳转的中间部分指令在此周期中不执行。
每条指令执行后,更新当前指令输出状态或者数据在随机存储器中各自的数据信息。
[]倘若程序扫描到输入输出状态时,则从输入状态寄存器中读出前一阶段的状态,并作为下面指令中的相应输入条件。
从输出状态寄存器读出状态做为此刻的工作状态,并提供给下面指令参加运算。
并且在程序中,那些分布在前边的指令运算输出状态会影响到那些分布在后边并且会用到前面的输出状态作为逻辑或者数据的指令。
那些分布在后边的指令被执行运算后的输出状态,却得等后边的扫描周期才能影响分布在其前边的指令运算。
2.5.3输出刷新阶段
完成前面两个阶段后,输出状态寄存器中的Y寄存器的状态输送并保存到输出锁存器。
[]再通过驱动功率放大器驱动各自的负载,此刻,才是可编程控制器真实的输出。
2.6可编程控制器的编程语言
可编程控制器语言不像计算机汇编语言那样隐晦难懂,他既满足易于编写又满足易于调试的要求。
其程序语言主要是分为两大类和五小类的,具体其如表2.4所示。
语言表达形式
编程语言
文本化编程语言
指令表和
结构化文本
图形化编程语言
顺序功能图、
梯形图和功能块图
表2.4各种编程语言分类
虽然编程语言可被归类,但就算是同种类语言,每个制造商的编程语言也不相同,某品牌自动化企业说,当前的还没有一款语言是能对各家可编程控制器都兼容的。
可编程控制器编程语言千篇一律,还是有以下共同特点的:
2.6.1图形式指令构造
图形式指令构造是用不一样的图形符号组成指令,这样的图形表达方式,容易了解和编写,对于那些具备电气电路基础的使用者能较容易地学会使用。
在某些机械设备或者生产线中,可编程控制器的程序里面被要求要进行很多复杂运算功能程序。
可编程控制器的厂家研发者,为了让使用者更能方便地进行编程设计,使其设计为代表性符号,并赋予符号有一定的功能。
使用者按照自身程序设计的要求,把这些代表性符号进行编程设计,和填入相应的数据,以供于运算,这样就形成运算功能。
有时候符号代表功能可能并没有很好的表示之间的关系,但是,其可以用简单的方法记住复杂的算法,其具有便利性、直观性
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