1、 ZHEJIANG WATER CONSERVANCY AND HYDROPOWER COLLEGE 毕业设计（论文） 题 目 ： 交流双速电梯 PLC 控制系统的设计 系 （部）： 机械电子工程系 专业班级 ： 姓 名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 2012 年 月 日浙江水利水电专科学校毕业设计（论文） 摘要 目前电梯设计使用可编程控制器 (PLC)，要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后控制系统进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。将轿厢
2、停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。 交流双速电梯的机构简单、价格较低、使用和维护都较为方便，对其进行必要的改造后，可改善牵引 电动机调速不够平滑、舒适性较差等缺点。 PLC 控制的交流双速电梯既提高了电梯的乘坐舒适性，也减少了人的参与，操作也更加简单干便。 关键词 PLC；控制系统；程序语言 ；交流双速电梯 Abstract Currently elevator design USES programmable logic controller (PLC), flexible, simple programming
3、 function, low noise, low malfunction. Maintenance convenience, save energy and strong anti-jamming capability, control box area. When the crew into the elevator, press the button, the floor automatically closed the door after the operation. The control system according to enclosure position and cre
4、w are layers. Determine enclosure movement direction, ensure enclosure flat layer. To stop the car on the floor, At the same time, according to the floor of the call, the road parking, automatic. In the enclosure and all have light show elevator running direction and severa l floors. Exchange two-sp
5、eed elevator of simple structure, low prices, use and maintenance are relatively easy, carries on the necessary renovation, improves traction motor speed is not smooth, comfort shortcomings. PLC control communication two-speed elevator can improve the elevator ride comfort, also reduced the peoples
6、participation, the operation is more simple and dry. KeyWords PLC； Control system； Programming languages； Exchange two-speed elevator 浙江水利水电专科学校毕业设计（论文） 目 录 摘要 . 0 Abstract . 0 0 引言 . 1 1 PLC 的结构及基本指令 . 1 1.1 PLC 的结构原理 . 1 1.2 PLC 的基本工作原理 . 2 1.3 PLC 的功能和优点 . 2 1.3.1 PLC 的功能 . 2 1.3.2 可编程控制器 PLC 的优点
7、 . 3 1.4 PLC 的软件系统 . 3 1.5 PLC 的编程语言 . 3 2 物料传送传送和分拣机构的控制 . 4 2.1 物料传送和渐渐机构的组成部分 . 4 2.2 交流双速电梯控制元件的选用与说明 . 5 2.2.1 金属分拣用的电感式传感器 2.3 电梯控制系统的模拟实验控制面板 . 6 2.4 三层站的交流双速电梯的控制程序编写 . 7 2.4.1 电梯运行状态选择程序 . 7 2.4.2 楼层指令输入程序 . 7 2.4.3 电梯上下行运行判断程序 . 8 2.4.4 最近上行目标楼层确定程序 . 9 2.4.5 上行运行程序 . 10 2.4.6 最近下行目标楼层确定程序
8、 .11 2.4.7 下行运行程序 . 12 2.4.8 开关门程序 . 12 2.4.9 换速程序 . 13 2.4.10 门定位程序 . 13 2.4.11 超重报警程序 . 14 浙江水利水电专科学校毕业设计（论文） 3. 程序调试 . 15 结 束 语 . 16 参考文献 . 17 浙江水利水电专科学校毕业设计（论文） 1 0 引言 可编程序控制器（ PLC）是近十几年发展起来的一种新型工业控制器，由于它把计算机的编程灵活，功能强大，应用面广等优点与继电器系统的控制 简单，使用方便，抗干扰能力强 ,价格便宜 ,体积小等优点结合起来，在工业生产控制中广泛地应用。 电梯是一种特殊的垂直运输
9、工具，都市人们的日常生活已经越来越离不开它。现在随着我国经济的高速发展，高楼处处可见，而高楼的主要运输工具都是电梯，所以接触电梯的人也越来越多，且随时影响人们的工作、生活、学习。因此人们对电梯的安全性，稳定性也越来越高。它由多许机械构件和电子、电气、大规模集成电路组成的微型计算系统及声、光控制部件所组成。我们从按下电梯的按钮到完成电梯的运行并走出电梯轿厢，实际上已包含了电梯的许多功能，如：电梯 的定向选层、电梯的起动、加速、稳速运行、到站减速、平层停车、开关门。还有检修功能、安全保护功能、消防功能、楼层显示，语音报站、并联功能、群控功能等。 从电梯控制统的实现方法分，电梯的控制系统经历了继电器
10、控制、可编程序控制（ PLC）、单片微机控制、多微机控制多种形式。其中的可编程序控制器的电梯控制系统可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且触点少、可靠高、故障率低、维修方便、噪声小最主要的是可编程序控制系统的 “可编程 “功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可。而 PLC 的编程语言需不尽相同，但都有通俗 易懂，便于自学的优点一般维修及工程人员都能掌握 ,当然 PLC 电梯控制系统只适用于小高层的楼房。 本文就 PLC 的结构原理及基本指令，电梯的基本结构及控制原理， PLC 在电梯上的选用原侧，设计项目要点等作了一般性的介绍。最后以西门 S7-200， PLC为例，设计了三层站
11、的交流双速电梯的控制过程及控制程序。 1 PLC 的结构及基本指令 1.1 PLC 的结构原理 可编程序控制器（ Programmable Logical Controller,简称 PLC），是在继电器控制和计算机控制的基础开发的产品，逐渐发展以微处理 器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动装置。它有可编程性，且编程灵活浙江水利水电专科学校毕业设计（论文） 2 简单，有在恶劣环境下工作的高抗干扰能力 ，适应性力。而其体积小，重量轻，价格底等特点，在工业控制应用上越来越广泛，电梯控制系中的应也不例外。 PLC的结构原理：不同的生产厂家生产的可编程逻辑控制器的结构及组
12、成基本原理是一样的， PLC 的硬件系统主要由中央处理单元（ CPU）、输入电 /输出器件、存储器（ ROM/RAM）、输入 /输出扩展接口、外设扩展接口及电源电路等组成。 1.2 PLC 的基本工作原理 1） PLC 的等效 电路 PLC 是由以微机为核心的电子部件，可以将它看作是一个由各种继电器、定时器、计数器及状态器组合体。 PLC 的输入继电器，由外部开关通过输入端来驱动的；PLC 内的输出继电器，带有无数内触点和外部输出触点。此外， PLC 还有如定时器、计数器、状态寄存器等 “软 “元件，这些元件带有动作线圈和很多电子常开触点和常闭点，可以在 PLC 内自由选择使用。 PLC 控制
13、系统主要由三部分组成：输入部分、控制部分、输出部分。 2） PLC 的工作过程 PLC 的工作过程实质上就是执行程序的过程。当 PLC 运行时， CPU 按照分时操作原理每个周 期执行一个操作，由于 CPU 的运算处理速度很快，使得外部出现的结果从宏观来看似乎是同时完成的，种分时操作的过程称为 CPU 对程序的扫描。 PLC 的工作过程分为三个阶段：输入处理、程序执行及输出处理。 1.3 PLC 的功能和优点 1.3.1 PLC 的功能 SIMATIC S7-200 系列 PLC 适用于各行各业， 各种场合中的检测、监 测及控制的自动化。 S7-200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相
14、 连成网络皆能实现复杂控制功能。 CPU224 集成 14 输入 /10 输出共 24 个数 字量 I/O 点 。可连接 7 个扩展模块， 最大扩展至 168 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点。 13K 字节程序和数据存储空间。 6 个独立的 30kHz 高速计数器， 2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出，具有 PID 控制器。 1 个 RS485 通讯 /编程口，具有 PPI 通讯协议、 MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。 S7-200 提供了多种功能， 使得在编程与控制时更加灵活方便。指令执行速度高。 S7-200 几乎包括了一般计算机所具有的种种基本操作指令。例如：
15、变量赋值，数据存储，计数，装载，传输，比较，浙江水利水电专科学校毕业设计（论文） 3 移位，循环， 求补 及子程序的调用等。 （ 1） 触发中断的信号， 可以用软件中断输入信号的上升沿或下降沿，以便对过程事件做出快速的响应。 （ 2） 可设定为由时间控制的自动中断， 所设定的时间范围为 5MS 255MS （ 步长为 1MS ）。 （ 3）可由计数器自动触发中断，且具有两种不同的触发方式：计数到 达预定值触发和改变计数方向的瞬间触发。 1.3.2 可编程控制器 PLC 的优点 （ 1） 可靠性高， 抗干扰能力强 （ 2）程序简单易学 （ 3） 功能完善， 适应性强 （ 4） 用简单， 调试维修
16、方便 （ 5） 体积小、重量轻、功耗低 1.4 PLC 的软件系统 硬件系统和软件相互结合才能构成一个完整 PLC 控制系统，完成各种复杂的控制功能。 PLC 的软件系统由系统程序和用用户程序组成。 系统程序（又称系统软件）用于 PLC 控制系统的管理、服务及对用户程序的编译。系统程序质量的优劣直接影响 PLC 的性能。系统软件是由 PLC 生产厂家提供并固化在内部程序存储器中，用户不行存取和修改。 用户程序也称为应用程序或应用软件，它由 PLC 使用者根据被对象的控制要求用程序语言编制而成。用户程序是通过编程器键入到 PLC 内，并线性地丰放在由管理程序指定的存储区域内。 小型 PLC 的用
17、户程序比较简单，通常是顺序编制而成。大中型 PLC 的用户程序容量较大且比较复杂，为使用户程序编制简单，可以按功能、结构或使用目的将用户程序分为各个程序模块，每个模块各自完成一个确定的功能，然后把它们链接在一起构成一个完整的软件系统。 1.5 PLC 的编程语言 PLC 的编程语言采用面向顺序控制和面向过程控制的 “自然语言 “，这些 语言包括：梯形图，语名表，控制系统流程图，逻辑方程式或布尔代数式等。现在介绍常浙江水利水电专科学校毕业设计（论文） 4 用的 PLC 编程语言梯形图。梯形图结构形式类似地传的继电器控制电路，它是由图形符号连接而成，这些符号分别代表常开触点、常闭触点、并联接线、串
18、联接线及继电器线圈等，每个触点和线圈都有一个编码。 2 物料传送和分拣机构的控制 2.1 物料传送和分拣机构的控制 在机械手分拣装置中，物料经过送料机构、搬运机构之后，就进入了传送和分拣机构。如图 1 所示，当落料光电传感器检测到有物料后，马上启动输送电动机，；当物料经过推料一位置，如果 电感式动作，则说明该物料为金属，则气缸动作将物料推入到金属料槽中；如果物料未被电感式传感器识别，而被输送到推料二位置，此时如果电容式传感器动作，则必定为非金属物料，气缸动作将其推入到塑料槽中。 如图 1 物料传送和分拣机构具体包括以下几个部分： 1，落料广电传感器：检测是否有物料到传送带上，并给 PLC 一个
19、输入信号； 2，放料孔：物料落料位置定位； 3，金属料槽：放置非金属物料； 4，塑料料槽：放置非金属物料； 5，电感式传感器：检测金属材料； 浙江水利水电专科学校毕业设计（论文） 5 6，电容式传感器：用于检测非金属材料； 7，三相异步 电动机：驱动传送带转动，低速运行； 8，推进气缸：将物料推入料槽，由双向电控气阀控制。 2.2 物料分拣用的检测开关 2.2.1 金属分拣用的电感式传感器 电感式传感器由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁场。当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放
20、大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的（如图2 所示）。 图 2 在物料分拣中，电感式传感器工作流程如图 3 所示，金属物体在接近电感式传感器的振荡感应头时，会在物体内部产生涡流，这个涡流反作用于传感器，使传感器振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种电感式传感器所能检测的物体必须是金属物体。 图 3 浙江水利水电专科学校毕业设计（论文） 6 2.2.2 物料分拣用的电容式传感器 电容式传感器的感应面由两个同轴金属电极构成，很象 “打开的 ”电容器电极，该两个电极构成一个电容，串接在 RC 振荡回路内。电源接
21、通时， RC 振荡器不振荡，当一目标朝着电容器的电靠近时，电容器的容量增加，振荡器开始振荡。通过后级电路的处理，将振和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检测有无物体存在的目的。该传感器能检测金属物体，也能检测非金属物体，对金属物体可以获得最大的动作距离，对非金属物体动作距离决定于材料的介电常数，材料的介电常数越大，可获得 的动作距离越大。 如 图 4 所示为电容式传感器工作流程。电容式传感器亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。这种传感器的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体，在检测较低介电常数 的物体时，可以调节传感器的内部电位器来增加感应灵敏度。 图 4 由于机械手自动分拣装置的输入和输出点数比较多，对于已经包含了送料机构、搬运机构、物料传送和分拣机构四大部分的设备来说，往往一个主 CUP 不能满足要求，这就需要进行扩展。 2.3 物料传送与分拣机构的程序编制与调试 2.3.1 根据控制工艺，列出物料传送和渐渐机构的输入 /输出资源配置，如表 1所示。 表 4 物料传送与分拣装置的输入 /输出资源配置
