《可編程序控制器》課程設計任務書

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1、 設 計 說 明 書 《可編程控制器》課程設計 學 院： 學 號： 專業(yè)（方向）年級： 電氣工程及其自動化 學 生 姓 名： 引言 電梯是一個具有特種容載裝置的轎廂沿著恒定不變的鉛錘導軌，在不同水平面間，做間歇運動的用電力驅動的起重機械。慣上不論其驅動方式如

2、何，將電梯作為建筑物內垂直交通運輸工具的總稱。近幾年來，隨著國際社會對環(huán)保認識的關注，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，電梯也在進步。150年來，電梯的材質由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新——手柄開關操縱、按鈕控制、信號控制、集選控制、人機對話等等，多臺電梯還出現(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，提升運輸能力的優(yōu)勢；變速式自動人行道扶梯的出現(xiàn)大大節(jié)省了行人的時間；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，以美國奧的斯公司為代表的世界各大著名電梯公司各展風姿，仍在繼續(xù)進行電梯新品的研發(fā)，并不斷完善維修和保養(yǎng)服務系統(tǒng)。調頻門控、智能遠程監(jiān)控、主機節(jié)能、控制柜低噪音耐用、復合鋼帶環(huán)保——一款款集納了人類在機械、電子、光學等領域最新科研成果的新型電梯競相問世，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、課程設計要求 1.1、任務描述 某五層電梯轎內控制面板如圖1所示，電梯的示意圖如圖2所示。 1.2、控制任務和要求 當轎廂停在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。 在轎廂運行途中，如果有多個呼叫，則優(yōu)先響應與當前運行方向相同的就近樓層，對反方向的呼叫進行記憶，待轎廂返回時就近停車。 在各個樓層之間的運行時間應少于10s，否則認為發(fā)生故障，應發(fā)出報警信號。 電梯的運行方向指示。 用數(shù)碼管顯示轎廂所在的樓層。 在轎廂運行期間不能開門。 轎廂

5、不關門不允許運行。 第一章 五層電梯的PLC控制設計方案介紹 1.1、控制特點分析 本設計的五層電梯的特點要求復雜，其特點有：（1）具有按鍵記憶的特點；（2）在轎廂運行途中，如果有多個呼叫，則優(yōu)先響應與當前運行方向相同的就近樓層，對反方向的呼叫進行記憶，待轎廂返回時就近停車；（3）故障警報；（4）樓層顯示（5）在電梯升降中途到的樓層，停下開門8s后關門繼續(xù)下降；（6）電梯的運行方向指示；（7）在轎廂運行期間不能開門；（8）轎廂不關門不允許運行。 1.2、方案論證 1.2.1、方案比較 （1）方案一：采用控制繼電器來控制。 繼電器是指當輸入量或激勵量，滿足某些規(guī)定的條件是能在

6、一個或多個電器輸出電路中產生躍變的一種器件 。但是，絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作，引起嚴重的后果。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產生大量的熱及噪聲，同時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，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調試。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)實生活中，PLC廣泛應用于石油、化工、機械、鋼鐵、交通、電力、輕工、采礦、水利、環(huán)保

7、等各領域。不同廠家的PLC有相同的工作原理，類似的功能和指標，有一定的互換性，質量有保證，系統(tǒng)構成靈活，擴展容易，以開關量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機構成復雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產過程的綜合自動化。使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。而且能把復雜的五層電梯控制利用軟件編程出來，編程出來的程序就簡單易懂，也更容易查出故障，維修方便。 1.2.2、方案選擇 根據比較，最終選擇方案三，采用PLC控制器來控制五層電梯。

8、1.3、系統(tǒng)I/O分配 根據控制要求給出系統(tǒng)I/O分配表。表1 表1 PLC I/O資源分配表 輸入設備 輸入點 輸入設備 輸入點 輸出設備 輸出點 1層下行層感應器 I0.0 去五層按鈕 I1.6 數(shù)碼管a Q0.0 2層上行層感應器 I0.1 去四層按鈕 I1.7 數(shù)碼管b Q0.1 2層下行層感應器 I0.2 去三層按鈕 I2.0 數(shù)碼管c Q0.2 3層上行層感應器 I0.3 去二層按鈕 I2.1 數(shù)碼管d Q0.3 3層下行層感應器 I0.4 去一層按鈕 I2.2 數(shù)碼管e Q0.4 4層上行層感應器 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層上行層感應器 I0.7 四層向下呼叫 I2.5 數(shù)碼管h Q0.7 電源開關 I1.0 三層向上呼叫 I2.6 垂直電機啟動線圈 Q1.0 門紅外傳感器 I1.1 三層向下呼叫 I2.7 垂直電機上升（正轉）線圈 Q1.1 門關閉行程開關 I1.2 二層向上呼叫 I3.0 垂直電梯下降（反轉）線圈 Q1.2 門開啟行程開關 I1.3 二層向下呼叫 I3.1 門電機啟動線圈 Q1.3 開門

10、按鈕 I1.4 一層向上呼叫 I3.2 門電機開門（正轉）線圈 Q1.4 關門按鈕 I1.5 門電機開門（反轉線圈） Q1.5 上升狀態(tài)燈 Q1.6 下降狀態(tài)燈 Q1.7 警報燈 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)字運算操作的電子系統(tǒng)，專業(yè)在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它利用可編程序的存儲器,用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，來控制各類型的機械或生產的過程。 (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 每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣。集中對輸出信號進行刷新。 輸入刷新過程。當輸入端口關閉時,程序在進行執(zhí)行階段時,輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。 一個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容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。 掃描周期的長短由三條決定。CPU執(zhí)行指令的速度；指令本身占有的時間；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/輸出響應延遲。 （2）PLC的基本結構 PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成見圖2-4。P

12、LC的特殊功能模塊用來完成某些特殊的任務。 圖2PLC控制系統(tǒng)示意圖 （3）PLC作過程 PLC通電后，需要對硬件和軟件作一些初始化的工作。為了使PLC的輸出及時地響應各種輸入信號，初始化后反復不停的分階段處理各種不同的任務見圖2-5，這種周而復始的循環(huán)工作模式稱為掃描工作模式。 圖3 掃描過程 （4）PLC的功能 邏輯控制 定時控制 計數(shù)控制 步進順序控制 PID控制 數(shù)據控制PLC具有數(shù)據處理能力 通信和聯(lián)網 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，應考慮開關量、模擬量模塊的擴展能力，程序存儲器與數(shù)據存儲器的容量，通信接口的個數(shù)，本機I/O點的點數(shù)等，當然還要考慮性能價格比，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I/O口的數(shù)量要求比較大，故本次設計選用 西門子S7-200CPU226 CN主機24入/10出個數(shù)字量I/O點。可與海泰克觸控屏進行通信。 1.4.3/ I/O模塊的選型 選擇I/O模塊前，應確定哪些信號需要輸入給PLC，哪些負載由PLC 驅動。 根據PLC 輸出量和輸入量的點數(shù)和性質，可以確定I/O模塊的型號和數(shù)量每一塊的點數(shù)可分為4、8

14、、16、32、和64點。依照本設計，需要27輸入/17輸出數(shù)字量I/O口，故選用CPU226型主機，EM223 CN，4輸入DC24V/4繼電器輸出作數(shù)字量拓展模塊。滿足本設計需要。 注意事項：在PLC控制系統(tǒng)中，PLC是主要控制設備，它與控制對象中各輸入信號如 按鈕，繼電器觸點和輸出設備繼電器、接觸器、電磁閥的連接問題。 現(xiàn)場的輸入信號如開關按鈕、撥動開關、限位開關和其他一些檢測原件輸出的開關量和模擬量，通過連接電路進入PLC。對于開關觸點，當強電電路觸點時，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，要求注意模擬量輸入信號的數(shù)值范圍應與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)軟件設計 2.1、電梯控制流程圖 2.2、系統(tǒng)梯形圖設計 根據系統(tǒng)控制要求和I/O分配，編寫梯形圖如圖。見附錄 第三章 系統(tǒng)程序調試 3.1、根據所設計的花式噴泉的梯形圖，采用PLC的S7_200的仿真軟件進行仿真。 （1）首先把仿真軟件的CPU更改為CPU226如圖4-1。 （a） (b) 圖6 （2）導入梯形圖程序。可按工具菜單按鈕。

16、（3）運行?？砂垂ぞ卟藛伟粹o。 （4）進行調試。 3.1.1、電梯仿真 按下啟動按鈕I0.0，當電梯在一層時，按下一層上呼按鈕I3.2，電梯門打開 8秒后或按下關門按鈕I1.5門關閉 門關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 到達五層門打開 8秒后或按下關門按鈕I1.5門關閉，電梯下行 到達一層門打開 8秒后或按下關門按鈕I1.5門關閉 運行中各樓層之間大于10秒發(fā)出警報Q2.0

17、 3.1.2 海泰克觸控屏 按下啟動按鈕 電梯內部面板 電梯外部面板 總 結 我所選的課題是五層控制電梯的設計，一開始我以為電梯的設計室很簡單的，但是在分析設計的過程中才發(fā)現(xiàn)它的設計也不簡單，特別是要實現(xiàn)電梯的實際運行情況是非常復雜的。首先上網查資料并將電梯的實際運行情況收集起來，還得完成課程設計的任務書、I/O表、任務分配表等。最重要的是要將程序的主要設計思想弄清楚，才能在接下來的設計中減少不必要的麻煩。所以的準備工作都做完后就可以開始編程了。第一次將程序編出來后，由于我們的輸入輸出接口過多，實驗室的PLC 滿足不了我們的要求，因此我用仿真軟件對程序

18、進行調試。發(fā)現(xiàn)了程序有許多問題存在，我把每個問題都記錄下來，針對這些問題對程序進行修改，最終才讓程序沒有問題出現(xiàn)。在繪制的過程中，遇到了一些問題，在請教了同學和老師并通過自己的努力，終于將硬件電路圖繪制出來了。通過這次的課程設計，我對PLC 也有了新的認識，也學到了一些以前并不知道的知識。 參考文獻 [1]顧桂梅主編《電氣控制與PLC應用項目教程》[M].機械工業(yè)出版社2010.12 [2]胡學林.可編程控制器應用技術[M].高等教育出版社,2003年。 [3]洪志育.例說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