毕业设计（论文）-三层提升机PLC控制系统的设计.doc

JINHUA COLLEGE OF PROFESSION AND TECHNOLOGY毕业教学环节成果（2010）题 目 三层提升机PLC控制系统的设计 学 院 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 2目录摘 要1英文摘要2引 言31 三层提升机控制系统的总体结构41.1 三层提升机结构示意图41.2工作过程分析42 三层提升机控制系统的要求53 控制方案的选择54 控制器的选型说明64.1 PLC的选型64.2 选择型号65 系统硬件电路的设计75.1 主电路原理图75.2 确定输入/输出的I/O个数及I/O分配85.3 PLC的外围接线图95.4 电路安装设计106 系统软件的设计136.1 总体程序的设计137 系统调试167.1 调试前的准备工作167.2 具体的调试过程17结论与谢辞18参考文献19附件20 - 24 -三层提升机PLC控制系统的设计摘 要：可编程序控制其控制灵活，抗干扰性能好，提高了电控系统安全性、可靠性，提高了系统柔性，减少了改造维护费用。通过对三层提升机的工作原理分析和参考矿井提升机的控制系统，设计了控制电路，系统采用西门子S7-200可编程序控制器实现整个过程。关键词：三层提升机 PLC 软件 安全Three-story elevator PLC control system designAbstract：Programmable program control its agility and with good anti-interference function, improve the control system security,reliability, and improve the flexibility of the system.Reduce the maintenance costs. Based on analysing the operating principle of the three-layer and referenced to the control system of mine hoist.we have researched and designed the controling circuit, and the whole process is realized by adopting the Siemens S7-200 programmable controller.Key words: three-elevator PLCsoftware security引 言在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。由于电梯造价昂贵，维护费用高，使得提升机在一些单纯提升货物的场所仍有着广泛的应用。提升机控制系统一般设计都很简单，在一固定地点作点动控制，且提升速度较慢，使用起来不太方便。有的电控系统虽然设计较完善，但是采用了很多中间继电器作为控制转换元件，故障率高，可靠型差。采用PLC对提升机系统改造可大大提高系统安全性，通过软件设计可以实现测速、卡箕斗保护，减速开关失效保护，速度继电器失效保护，过速保护，过卷开关与终点开关失效保护，反向下坠保护等。提高了电控系统安全性、可靠性，提高了系统柔性，减少了改造维护费用，对矿井安全生产、文明生产、提高经济与社会效益具有重要意义。1 三层提升机控制系统的总体结构1.1 三层提升机结构示意图三层提升机动作示意图如图2-1所示。通过控制柜来启动电动机当按动三层时，一层上行变速动作电动机在快车驱动下启动运行，拉动曳引钢丝绳，带动导向轮和曳引轮，再拖动轿厢运动，当运动到三层的时候停止。图2-1 三层提升机传送示意图1.2工作过程分析三层提升机的动作过程如图2-1所示。当轿厢停在一层时，通电在控制箱中按下二层。电动机正转，使轿厢停在二层。当按下三层时，电动机正转，使轿厢停在三层位置。在按一层时，电动机反转，使轿厢停在一层。若发生停电或因某种原因采用紧急停车，使轿箱处在非正常平层位置，此时输入楼层指令，上、下行定向系统将无法识别是上行还是下行指令，有可能发生错误动作或使电源短路。有了异常停控制，当轿箱在非正常平层位置时，点动运行指小灯点亮，三楼指令按钮自动转换为上行点动指令按钮，一楼指令按钮自动转换为下行点动指令按钮。操纵轿箱运行到正常平层位置后，系统恢复连续运行模式。当提升机运行到须定楼层时，平层开关动作被置位，使轿箱准确停于须定楼层位置。2 三层提升机控制系统的要求该控制系统要设置急停、急停复位、连续/点动转换、点动/连续复位、一层、二层和三层的选择按钮。三层提升机动作按行程原则进行控制，其平层的位置用限位开关来检测。其要求有：（1）要求在任何情况下都能停止。（2）当停在不正常楼层时，异位停车指示灯点亮。（3）要点动使其恢复到正常楼层，点动指示灯点亮。（4）点动完之后要使其恢复到连续点动状态，异位停车指示灯和点动指示灯熄灭。（5）当在所在层按这层按钮时，电机不工作，没有任何指示。（6）当在三层按一层时，一层指示灯点亮，轿厢下行到一层，要快速运行。（7）当在三层按二层时，二层指示灯点亮，轿厢下行到二层，要慢速运行。（8）当在二层按三层时，三层指示灯点亮，轿厢上行到三层，要慢速运行。（9）当在二层按一层时，一层指示灯点亮，轿厢下行到一层，要慢速运行。（10）当在一层按二层时，二层指示灯点亮，轿厢上行到二层，要慢速运行。（11）当在一层按三层时，三层指示灯点亮，轿厢上行到三层，要快速运行。3 控制方案的选择三层提升机的设计既可以用继电器控制，也可以用可编程控制器来实现。方案一：用继电器控制三层提升机用继电器控制，控制电路复杂，安装难度高，改造困难。在继电器的控制过程中，由于继电器的响应速度慢，工作频率低，噪音大。所以效率也不高，维修和排除故障也不容易。方案二：用可编程控制器控制三层提升机用可编程控制器控制，控制电路简单，编程容易，改造方便。在可编程控制器的控制过程中，由于可编程控制器的响应速度快，工作频率高，噪音小。许哦一效率高，可维护性和排故容易。所以采用方案二的可编程控制器的控制方案。功能强，性价比也比较高;硬件配套硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强; 可靠性高，抗干扰能力强; 系统的设计、安装、调试工作量少; 编程方法简单; 维修工作量少，维修方便; 体积小，能耗低。4 控制器的选型说明4.1 PLC的选型在利用可编程控制器组成系统时，首先遇到的就是PLC的选型问题。关于选型的一般原则可以从以下几方面考虑：4.1.1 控制对象的要求 （1）明确控制对象的目标 （2）控制方式选择 控制方式分为独立式、集中式和分布式等。 （3）实时响应性 实时响应性：主要是指可编程控制器的扫描速度。要求实时处理现场信号的场合，扫描速度将成为选择的依据。 影响可编程控制器响应时间的因素是：输入信息时间、中央处理器解读用户逻辑程序时间和输出信息时间。 4.1.2 功能的选择 根据不同的控制对象，可编程控制器的功能选择可分为：替代继电器、数学运算、数据传送、矩阵功能、高级功能、诊断功能、串行接口RS-232C。4.2 选择型号（1）本设计过程中使用了14个输入和10个输出。（2）无高频信号的输入输出。输入是由按钮和行程开关组成，输出是由指示灯和接触器组成。（3）故可编程控制器选西门子S7-200 CPU224。5 系统硬件电路的设计 硬件电路是系统用于驱动外部设备的执行工作的部分。它可以分为主电路和辅助电路，主电路采用380伏的三相电源，经交流接触器、热继电器等常用低压电器直接驱动三相电机的运转。辅助电路以PLC器件为主，结合开关、按钮等用于控制主电路中各接触器、继电器的通断，从而控制主电路的运行状态。它采用220伏和直流20伏两路电源供电，其中20伏电源联接按纽和开关。下面我们具体介绍辅助电路的设计：5.1 主电路原理图图5-1 主电路5.2 确定输入/输出的I/O个数及I/O分配本设计中输出设备应包括:上行继电器、下行继电器、快速继电器、慢速继电器、1层站指示、2层站指示、3层站指示、异位停车指示、连续指示和点动指示。操作面板布置如图5-2所示：图5-2 操作面板布置由上可知系统的输入信号有：连续/点动转换按钮、点动/连续复位按钮、急停按钮、急停复位按钮、一层按钮、二层按钮和三层按钮。输出信号有上行驱动、下行驱动、快速驱动、慢速驱动、1层站指示、2层站指示、3层站指示、异位停车指示、连续指示和点动指示。I/O分配如表5-3所示。表5-3I/O分配表输入输出地址功能地址功能I0.01层指令Q0.01层站指示I0.12层指令Q0.12层站指示I0.23层指令Q0.23层站指示I0.3连续/点动转换Q0.3异位停车指示I0.41层平层Q0.4连续指示I0.52层平层Q0.5点动指示I0.63层平层Q0.6上行驱动I0.7急停复位Q0.7下行驱动I1.0急停Q1.0快车驱动I1.1一层下行变速Q1.1慢车驱动I1.2二层下行变速I1.3二层上行变速I1.4三层上行变速I1.5点动/连续复位5.3 PLC的外围接线图图5-4 外围接线图PLC的外部接线图如图5-4所示，采用110伏220伏交流电源供电，PLC内部有直流24伏电源，对外提供输入设备的服务电源。将按钮和行程开关并联后接到直流24伏电源正极端子上，再由负极端子引出后接到PLC输入侧的公共端COM上。同样的，PLC的输出端上的指示灯引出后并联在一起接到交流220伏电源上，再由电源线引出经熔断器FU2和组合开关连到PLC输出侧的公共端COM上。PLC的输出侧有多组公共端，由于负载具有相同的电压，所以各组的公共端连在一起。5.4 电路安装设计元器件的选择表5-5元器件清单元件名称符号型号数量可编程控制器PLCS7-200 CPU2241空气开关QSDZ108-201交流接触器KMLC1-D064容断器FURLI-155热继电器FRJRS1D-251按钮SB22LAY16(Y)7行程开关SQLX19-2227指示灯LA-406电动机MWDJ242布置图如图5-6所示图5-6 电气元件布置图布线图如图5-7所示图5-7 电气布线图6 系统软件的设计6.1 总体程序的设计图6-1 连续部分设计思路图6-2 点动部分设计思路根据控制要求、流程图和I/O地址分配表，程序设计如下：（1）设置紧急停车及复位控制。在任何情况下，一旦与急停输入点I1.0相连的开关闭合，急停状态标志位M1.0被置位，将切断楼层指令输入、上、下行驱动、快、慢速驱动输出，使提升机无条件停止。（2）主要是考虑在提升机运行过程中，若发生停电或因某种原因采用紧急停车，使轿厢处在非正常平层位置，此时输入楼层指令，上、下行定向系统将无法识别是上行还是下行指令，有可能发生错误动作或使电源短路。点动运行指示灯点亮，此时，一楼、三楼指令输入保持切断，二楼输入、快速运行孔子也被切断。此时，三楼指令按钮自动转换为上行点动指令按钮，一楼指令自动转换为下行点动指令按钮。操纵轿厢运行到正常平层位置后，M1.1置位条件被破坏，在按动点动/连续复位按钮，系统恢复连续运行模式。（3）楼层指令输入控制，其动作条件必须满足：无急停命令输入；轿厢未停在本层； 其它层站指令输入也未工作。该段程序为定向系统和快速运行控制提供动作条件，同时点亮选择的楼层指示灯。自保持有M标志位实现。该程序的动作由平层信号M0.0或M0.1、或M0.2破坏动作条件而停止。（4）自动定向控制，此段程序的作用是使提升机具有自动定向功能。起定向条件是提升机轿厢必须停于正常平层位置，即M0.0或M0.1、或M0.2总有一个是被置位的。动作的条件是无急停命令输入，未处于连锁控制状态。（5）平层控制，当提升机运行到预定楼层时，平层开关动作，M0.0或M0.1、或M0.2被置位，将导至楼层指令输入、上、下行定向控制的动作条件被破坏而使轿厢准确停于预定楼层位置。（6）变速控制。与输入点I1.0之I1.4相连的任一点变速开关输入时，就有相应的变速置位标志被置位，快速控制输出被禁止，同时使慢速控制产生输出。（7）快速运行控制。动作的条件是：无急停命令输入；慢速运行标志未被置位；当上行或下行标志被置位时，快速运行输出产生。（8）慢速运行控制。起产生输出的条件是：无急停命令输入；快速运行标志未被置位；上行或下行标志已被置位。这样，当相应的楼层变速控制被置位时，使快速运行输出被禁止，慢速运行输出产生。7 系统调试7.1 调试前的准备工作 PLC程序的调试方法有两种，一种是先将硬件电路搭建好，然后将编写好的程序输入到PLC中，并切换到“运行”模式下，通电后按动电路板上的按钮和开关，观察各指示灯的亮灭状态和接触器的通断状态，以此判断程序的好坏。另一种是将PLC连接在微机上，并运行在CX-Programmer中的监视模式下进行调试。前一种方法由于硬件电路中的故障会给程序的调试和诊断带来困难，所以一般不适合编写程序过程中的调试。在此，我先采用第二种方法对程序进行调式和修改，整个程序基本确定以后，再用第一种方法进行系统调试。由于两种方法的调试过程基本一致，因此，只介绍第二种调试方法。7.2 具体的调试过程因无实际实物只能用仿真电路代替调试程序。先选择连续运行，连续指示灯点亮在从开始的一层，按二层的按钮，上行驱动动作，慢速驱动动作，二层指示灯点亮。在从二层，按三层的按钮，上行驱动动作，慢速驱动动作，三层指示灯点亮。在从三层，按二层的按钮，下行驱动动作，慢速驱动动作，二层指示灯点亮。在从二层，按一层的按钮，下行驱动动作，慢速驱动动作，一层指示灯点亮。在从一层，按三层的按钮，上行驱动动作，快速驱动动作，三层指示灯点亮。在从三层，按一层的按钮，下行驱动动作，快速驱动动作，一层指示灯点亮。在选择点动运行，点动指示灯点亮在按一层按钮，下行驱动动作，当碰到相应的平层信号，该层指示灯点亮。在按三层按钮，上行驱动动作，当碰到相应的平层信号，该层指示灯点亮。在选择急停按钮，异位指示灯点亮，点动指示灯点亮当碰到平层信号异位指示灯熄灭，如果没有同点动的方式使其停在正常平层。结论与谢辞通过这段时间的毕业设计使我学到了很多东西，那是课本上没有的。对我的技术有很大的提高，也增加了很多的经验，增强了技能。在这段学习的时间里，得到了老师的耐心指导，使我在其中偷学到了很多的知识和经验。在毕业设计时，编程不是很难，但是老师让我学着拓展思维，使用多种方法编一个程序，我最喜欢的就是经验法，随心所欲的编，想到什么就用什么，在调试中完善。但是老师说当编大型程序的时候是很不现实的，还是用顺序法编的好，思路清晰，不容易出错。我的毕业论文也是经过老师允许才选题的，因为选题还是不能太简单的。在写这论文之前还是很迷茫，因为连要求也没有的，就只有自己写要求，编程序，在调试。在调试中也出现了很多的问题，多是程序的问题，应方法的不正确，使我走了很多的弯路。终于相信在现阶段的我还是不适合用经验发的，还是使用顺序法的好。还要感谢同组的各位同学，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢。参考文献1 王成福.可编程序控制器及其应用M.北京:机械工业出版社, 2006.2 严盈富.西门子S7-200PLC入门M北京:人民邮电出版社, 2007.3 张万忠.可编程控制入门与应用实例M北京:中国电力出版社, 2005.4 李国厚.PLC原理与应用设计M.北京:化学工业出版社, 2005.5 刘洪涛.PLC应用开发从基础到实践M.北京:电子工业出版社, 2007.6 徐国林.PLC控制技术M.北京:机械工业出版社, 2007.7 李树雄.PLC原理与应用M.北京:北京航空航天大学出版社, 2006.8 严盈富监控组态软件与PLC入门M.北京:人民邮电出版社, 2006.9 宫淑贞等编著可编程控制器原理及应用北京：人民邮电出版社，2002 10 李建兴主编可编程序控制器及其应用北京：机械工业出版社，1999附件程序：