《可編程序控制器》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

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1、 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書 《可編程控制器》課程設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)（方向）年級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 引言 電梯是一個(gè)具有特種容載裝置的轎廂沿著恒定不變的鉛錘導(dǎo)軌，在不同水平面間，做間歇運(yùn)動(dòng)的用電力驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)械。慣上不論其驅(qū)動(dòng)方式如

2、何，將電梯作為建筑物內(nèi)垂直交通運(yùn)輸工具的總稱。近幾年來(lái)，隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)環(huán)保認(rèn)識(shí)的關(guān)注，各大電梯公司現(xiàn)在在其電梯表面基本都采用了粉末涂料噴涂，這是一種新型環(huán)保無(wú)溶劑的涂料，并且各種性能皆優(yōu)于油漆。生活在繼續(xù)，科技在發(fā)展，電梯也在進(jìn)步。150年來(lái)，電梯的材質(zhì)由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新——手柄開(kāi)關(guān)操縱、按鈕控制、信號(hào)控制、集選控制、人機(jī)對(duì)話等等，多臺(tái)電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎廂電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運(yùn)輸能力的優(yōu)勢(shì)；變速式自動(dòng)人行道扶梯的出現(xiàn)大大節(jié)省了行人的時(shí)間；不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圓形、整圓形的觀光電梯則使身處其中的乘客的視線不再封閉

3、。如今，以美國(guó)奧的斯公司為代表的世界各大著名電梯公司各展風(fēng)姿，仍在繼續(xù)進(jìn)行電梯新品的研發(fā)，并不斷完善維修和保養(yǎng)服務(wù)系統(tǒng)。調(diào)頻門控、智能遠(yuǎn)程監(jiān)控、主機(jī)節(jié)能、控制柜低噪音耐用、復(fù)合鋼帶環(huán)保——一款款集納了人類在機(jī)械、電子、光學(xué)等領(lǐng)域最新科研成果的新型電梯競(jìng)相問(wèn)世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光輝，人們的生活因此變得更加美好。 1、課程設(shè)計(jì)要求 1.1、任務(wù)描述 某五層電梯轎內(nèi)控制面板如圖1所示，電梯的示意圖如圖2所示。 1.2、控制任務(wù)和要求 當(dāng)轎廂停在1F（1樓）或2F,3F,4F,如果5F有呼叫，則轎廂上升到5F。 當(dāng)轎廂停在2F（2樓）

4、或3F,4F,5F,如果1F有呼叫，則轎廂下降到1F。 當(dāng)轎廂停在1F（1樓），2F,3F,4F,5F均有人呼叫，則先到2F,停8s后繼續(xù)上升，每層均停8s，直至5F。 當(dāng)轎廂停在5F（5樓），1F,2F,3F,4F均有人呼叫，則先到4F,停8s后繼續(xù)下降，每層均停8s，直至1F。 在轎廂運(yùn)行途中，如果有多個(gè)呼叫，則優(yōu)先響應(yīng)與當(dāng)前運(yùn)行方向相同的就近樓層，對(duì)反方向的呼叫進(jìn)行記憶，待轎廂返回時(shí)就近停車。 在各個(gè)樓層之間的運(yùn)行時(shí)間應(yīng)少于10s，否則認(rèn)為發(fā)生故障，應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 電梯的運(yùn)行方向指示。 用數(shù)碼管顯示轎廂所在的樓層。 在轎廂運(yùn)行期間不能開(kāi)門。 轎廂

5、不關(guān)門不允許運(yùn)行。 第一章 五層電梯的PLC控制設(shè)計(jì)方案介紹 1.1、控制特點(diǎn)分析 本設(shè)計(jì)的五層電梯的特點(diǎn)要求復(fù)雜，其特點(diǎn)有：（1）具有按鍵記憶的特點(diǎn)；（2）在轎廂運(yùn)行途中，如果有多個(gè)呼叫，則優(yōu)先響應(yīng)與當(dāng)前運(yùn)行方向相同的就近樓層，對(duì)反方向的呼叫進(jìn)行記憶，待轎廂返回時(shí)就近停車；（3）故障警報(bào)；（4）樓層顯示（5）在電梯升降中途到的樓層，停下開(kāi)門8s后關(guān)門繼續(xù)下降；（6）電梯的運(yùn)行方向指示；（7）在轎廂運(yùn)行期間不能開(kāi)門；（8）轎廂不關(guān)門不允許運(yùn)行。 1.2、方案論證 1.2.1、方案比較 （1）方案一：采用控制繼電器來(lái)控制。 繼電器是指當(dāng)輸入量或激勵(lì)量，滿足某些規(guī)定的條件是能在

6、一個(gè)或多個(gè)電器輸出電路中產(chǎn)生躍變的一種器件 。但是，絕大多數(shù)控制繼電器都是長(zhǎng)期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞。而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。在全負(fù)荷運(yùn)載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時(shí)也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡(jiǎn)單的改動(dòng)，也需要花費(fèi)大量時(shí)間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。用繼電器控制的五層電梯現(xiàn)在顯然不能滿足高要求，一旦有一個(gè)繼電器損壞，那將難以排除其故障。 （2）方案三：采用可編程序控制器PLC控制 在現(xiàn)實(shí)生活中，PLC廣泛應(yīng)用于石油、化工、機(jī)械、鋼鐵、交通、電力、輕工、采礦、水利、環(huán)保

7、等各領(lǐng)域。不同廠家的PLC有相同的工作原理，類似的功能和指標(biāo)，有一定的互換性，質(zhì)量有保證，系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開(kāi)關(guān)量控制為其特長(zhǎng)；也能進(jìn)行連續(xù)過(guò)程的PID回路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的綜合自動(dòng)化。使用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，而無(wú)需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。而且能把復(fù)雜的五層電梯控制利用軟件編程出來(lái)，編程出來(lái)的程序就簡(jiǎn)單易懂，也更容易查出故障，維修方便。 1.2.2、方案選擇 根據(jù)比較，最終選擇方案三，采用PLC控制器來(lái)控制五層電梯。

8、1.3、系統(tǒng)I/O分配 根據(jù)控制要求給出系統(tǒng)I/O分配表。表1 表1 PLC I/O資源分配表 輸入設(shè)備 輸入點(diǎn) 輸入設(shè)備 輸入點(diǎn) 輸出設(shè)備 輸出點(diǎn) 1層下行層感應(yīng)器 I0.0 去五層按鈕 I1.6 數(shù)碼管a Q0.0 2層上行層感應(yīng)器 I0.1 去四層按鈕 I1.7 數(shù)碼管b Q0.1 2層下行層感應(yīng)器 I0.2 去三層按鈕 I2.0 數(shù)碼管c Q0.2 3層上行層感應(yīng)器 I0.3 去二層按鈕 I2.1 數(shù)碼管d Q0.3 3層下行層感應(yīng)器 I0.4 去一層按鈕 I2.2 數(shù)碼管e Q0.4 4層上行層感應(yīng)器 I

9、0.5 五層向下呼叫 I2.3 數(shù)碼管f Q0.5 4層下行層感應(yīng)器 I0.6 四層向上呼叫 I2.4 數(shù)碼管g Q0.6 5層上行層感應(yīng)器 I0.7 四層向下呼叫 I2.5 數(shù)碼管h Q0.7 電源開(kāi)關(guān) I1.0 三層向上呼叫 I2.6 垂直電機(jī)啟動(dòng)線圈 Q1.0 門紅外傳感器 I1.1 三層向下呼叫 I2.7 垂直電機(jī)上升（正轉(zhuǎn)）線圈 Q1.1 門關(guān)閉行程開(kāi)關(guān) I1.2 二層向上呼叫 I3.0 垂直電梯下降（反轉(zhuǎn)）線圈 Q1.2 門開(kāi)啟行程開(kāi)關(guān) I1.3 二層向下呼叫 I3.1 門電機(jī)啟動(dòng)線圈 Q1.3 開(kāi)門

10、按鈕 I1.4 一層向上呼叫 I3.2 門電機(jī)開(kāi)門（正轉(zhuǎn)）線圈 Q1.4 關(guān)門按鈕 I1.5 門電機(jī)開(kāi)門（反轉(zhuǎn)線圈） Q1.5 上升狀態(tài)燈 Q1.6 下降狀態(tài)燈 Q1.7 警報(bào)燈 Q2.0 1.4、硬件的選型 1.4.1、PLC硬件的選型 可編程控制器是是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專業(yè)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它利用可編程序的存儲(chǔ)器,用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，來(lái)控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)的過(guò)程。 (1) PLC的基本工作方式 PLC采用“順序掃描，不斷循

11、環(huán)”的工作方式 每次掃描過(guò)程。集中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷新。 輸入刷新過(guò)程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí),程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí),輸入端有新?tīng)顟B(tài)，新?tīng)顟B(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新?tīng)顟B(tài)才被讀入。 一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。 元件印象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。 掃描周期的長(zhǎng)短由三條決定。CPU執(zhí)行指令的速度；指令本身占有的時(shí)間；指令條數(shù)。 由于采用集中采樣，集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。 （2）PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成見(jiàn)圖2-4。P

12、LC的特殊功能模塊用來(lái)完成某些特殊的任務(wù)。 圖2PLC控制系統(tǒng)示意圖 （3）PLC作過(guò)程 PLC通電后，需要對(duì)硬件和軟件作一些初始化的工作。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)，初始化后反復(fù)不停的分階段處理各種不同的任務(wù)見(jiàn)圖2-5，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作模式稱為掃描工作模式。 圖3 掃描過(guò)程 （4）PLC的功能 邏輯控制 定時(shí)控制 計(jì)數(shù)控制 步進(jìn)順序控制 PID控制 數(shù)據(jù)控制PLC具有數(shù)據(jù)處理能力 通信和聯(lián)網(wǎng) 其它：PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求.如：定位控制模塊，CRT模塊。 1.4.2、選擇硬件 CPU型號(hào)的選擇 S7-20

13、0不同的CPU模塊的性能有較大的差別，在選擇CPU模塊時(shí)，應(yīng)考慮開(kāi)關(guān)量、模擬量模塊的擴(kuò)展能力，程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量，通信接口的個(gè)數(shù)，本機(jī)I/O點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)等，當(dāng)然還要考慮性能價(jià)格比，在滿足要求的前提下盡量降低硬件成本。 電梯的控制系統(tǒng)，對(duì)I/O口的數(shù)量要求比較大，故本次設(shè)計(jì)選用 西門子S7-200CPU226 CN主機(jī)24入/10出個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？膳c海泰克觸控屏進(jìn)行通信。 1.4.3/ I/O模塊的選型 選擇I/O模塊前，應(yīng)確定哪些信號(hào)需要輸入給PLC，哪些負(fù)載由PLC 驅(qū)動(dòng)。 根據(jù)PLC 輸出量和輸入量的點(diǎn)數(shù)和性質(zhì)，可以確定I/O模塊的型號(hào)和數(shù)量每一塊的點(diǎn)數(shù)可分為4、8

14、、16、32、和64點(diǎn)。依照本設(shè)計(jì)，需要27輸入/17輸出數(shù)字量I/O口，故選用CPU226型主機(jī)，EM223 CN，4輸入DC24V/4繼電器輸出作數(shù)字量拓展模塊。滿足本設(shè)計(jì)需要。 注意事項(xiàng)：在PLC控制系統(tǒng)中，PLC是主要控制設(shè)備，它與控制對(duì)象中各輸入信號(hào)如 按鈕，繼電器觸點(diǎn)和輸出設(shè)備繼電器、接觸器、電磁閥的連接問(wèn)題。 現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)如開(kāi)關(guān)按鈕、撥動(dòng)開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)和其他一些檢測(cè)原件輸出的開(kāi)關(guān)量和模擬量，通過(guò)連接電路進(jìn)入PLC。對(duì)于開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)，當(dāng)強(qiáng)電電路觸點(diǎn)時(shí)，有些要求48V、50mA左右或110V、15—20mA左右才能可靠接通，而輸出模塊的輸入電源電壓一般不高，額定電流也是毫安

15、級(jí)，要求注意模擬量輸入信號(hào)的數(shù)值范圍應(yīng)與PLC的模擬量輸入口數(shù)值相匹配。 1.5、系統(tǒng)接線圖 第二章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 2.1、電梯控制流程圖 2.2、系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)控制要求和I/O分配，編寫梯形圖如圖。見(jiàn)附錄 第三章 系統(tǒng)程序調(diào)試 3.1、根據(jù)所設(shè)計(jì)的花式噴泉的梯形圖，采用PLC的S7_200的仿真軟件進(jìn)行仿真。 （1）首先把仿真軟件的CPU更改為CPU226如圖4-1。 （a） (b) 圖6 （2）導(dǎo)入梯形圖程序。可按工具菜單按鈕。

16、（3）運(yùn)行?？砂垂ぞ卟藛伟粹o。 （4）進(jìn)行調(diào)試。 3.1.1、電梯仿真 按下啟動(dòng)按鈕I0.0，當(dāng)電梯在一層時(shí)，按下一層上呼按鈕I3.2，電梯門打開(kāi) 8秒后或按下關(guān)門按鈕I1.5門關(guān)閉 門關(guān)好后按下去五層按鈕I1.6，電梯上升 ，并在上升途中按下去1層按鈕I2.2 到達(dá)五層門打開(kāi) 8秒后或按下關(guān)門按鈕I1.5門關(guān)閉，電梯下行 到達(dá)一層門打開(kāi) 8秒后或按下關(guān)門按鈕I1.5門關(guān)閉 運(yùn)行中各樓層之間大于10秒發(fā)出警報(bào)Q2.0

17、 3.1.2 海泰克觸控屏 按下啟動(dòng)按鈕 電梯內(nèi)部面板 電梯外部面板 總 結(jié) 我所選的課題是五層控制電梯的設(shè)計(jì)，一開(kāi)始我以為電梯的設(shè)計(jì)室很簡(jiǎn)單的，但是在分析設(shè)計(jì)的過(guò)程中才發(fā)現(xiàn)它的設(shè)計(jì)也不簡(jiǎn)單，特別是要實(shí)現(xiàn)電梯的實(shí)際運(yùn)行情況是非常復(fù)雜的。首先上網(wǎng)查資料并將電梯的實(shí)際運(yùn)行情況收集起來(lái)，還得完成課程設(shè)計(jì)的任務(wù)書、I/O表、任務(wù)分配表等。最重要的是要將程序的主要設(shè)計(jì)思想弄清楚，才能在接下來(lái)的設(shè)計(jì)中減少不必要的麻煩。所以的準(zhǔn)備工作都做完后就可以開(kāi)始編程了。第一次將程序編出來(lái)后，由于我們的輸入輸出接口過(guò)多，實(shí)驗(yàn)室的PLC 滿足不了我們的要求，因此我用仿真軟件對(duì)程序

18、進(jìn)行調(diào)試。發(fā)現(xiàn)了程序有許多問(wèn)題存在，我把每個(gè)問(wèn)題都記錄下來(lái)，針對(duì)這些問(wèn)題對(duì)程序進(jìn)行修改，最終才讓程序沒(méi)有問(wèn)題出現(xiàn)。在繪制的過(guò)程中，遇到了一些問(wèn)題，在請(qǐng)教了同學(xué)和老師并通過(guò)自己的努力，終于將硬件電路圖繪制出來(lái)了。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)PLC 也有了新的認(rèn)識(shí)，也學(xué)到了一些以前并不知道的知識(shí)。 參考文獻(xiàn) [1]顧桂梅主編《電氣控制與PLC應(yīng)用項(xiàng)目教程》[M].機(jī)械工業(yè)出版社2010.12 [2]胡學(xué)林.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].高等教育出版社,2003年。 [3]洪志育.例說(shuō)PLC[M].人民郵電出版社,2006年。 [4]觸摸屏與PLC入門[M].人民郵電出版社，2006年。 附錄 系統(tǒng)程序梯形圖