基于plc的电梯控制系统本科毕业设计论文(编辑修改稿)

基于plc的电梯控制系统本科毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

处理器和位片处理器相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃。 在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制、提高了运算速度，扩大了输入输出规模。 在这个时期，日本、西德（原）和法国相继研制出了自己的 PLC，我国在 1974 年也开始研制。 70 年代由于超大规模集成电路的出现，使 PLC 向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列化产品。 这是面向工程技术人员的编程语言发展成熟， 出现了工艺人员使用的图形语言。 在功能上， PLC 可以代替某些模拟控制装置和小型机 DDC 系统。 进入八九十年代后， PLC 的软硬件功能进一步得到加强， PLC 已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产生，可诊断自身故障及机器故障。 这些改进使 PLC 符合今天对高质量高产出的要求。 尽管 PLC 功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点(PLC 实物图 21) 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 10 图 21 三种常见的 PLC PLC 的用途 PLC 的初期由于其价格高于继电器控制装置 ,使其应用受到限制。 但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降 ,使 PLC的成本下降 ,同时又由于 PLC的功能大大增强 ,使 PLC 的应用越来越广泛 ,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。 PLC 的应用通常可分为五种类型： （ 1）顺序控制 这是 PLC 应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。 PLC 可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。 如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。 （ 2）运动控制 PLC 制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。 在多数情况下， PLC 把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。 每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。 相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（ CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。 （ 3）闭环过程控制 PLC 能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。 PID（ Proportional Intergral Derivative）模块的提供使 PLC 具有闭环控制功能 ,即一个具 有 PID 控制能力的 PLC 可用于过程控制。 当过程控制中某一个变量出现偏差时 ,PID 控制算法会计算出正确的输出 ,把变量保持在设定值上。 （ 4）数据处理 在机械加工中，出现了把支持顺序控制的 PLC 和计算机数值控制（ CNC）设备紧密结合的趋向。 著名的日本 FANUC 公司推出的 Systen1 12 系列，已将 CNC 控制功能作为 PLC 的一部分。 为了实现 PLC 和 CNC 设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。 通过窗口软件，用户可以独自编程，由 PLC 送至 CNC 设备使用。 美国 GE 公司的 CNC 设备新机种也同样使用了具有数据处理的 PLC。 预计今后几年 CNC 系统将变成以 PLC 为主体的控 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 11 制和管理系统。 （ 5）通信和联网 为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（ FA）系统、柔性制造系统（ FMS）及集散控制系统（ DCS）等发展的需要，必须发展 PLC之间， PLC 和上级计算机之间的通信功能。 作为实时控制系统，不仅 PLC 数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。 可编程控制器 (PLC)的特点 PLC 的性能特点 (1)硬件的可靠性 PLC 是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的，一个设计良好的 PLC 能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。 在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固，简化安装，使它易于抗振动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。 例如，在输入 /输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，用提高了抗干扰性能；各个 I/O 端口都除采用了常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的 干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。 由于 PLC 本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入 /输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上。 (2) 编程简单，使用方便 用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。 PLC 采用面向控制过程、面向问题的 “自然语言 ”编程，容易掌握。 例如，目前打多数 PLC 均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感， 又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。 这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 12 相比，虽然在 PLC 内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这是微不足道的。 (3) 接线简单，通用性好 PLC 的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与 PLC 输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与 PLC 输出端子连接。 接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。 PLC 的编程逻辑提供了能随要求而改变的 “接线网络 ”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。 这种性能使 PLC 具有很高的经济效益。 用于连接现场设备的硬件接口实际上是 PLC 的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于是用。 (4)可连接为控制网络系统 PLC 可连成功能很强的网络系统。 网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特 ，传输距离为 00m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为 1M—10Mbps，传输距离为 000m，网上结点可达 1024 个。 这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。 (5) 易于安装，便于维护 PLC 安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到 PLC 系统的情况下， PLC 小的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入 /输出设备连向接线端即可。 在大型 安装中，长距离输入 /输出站点安放在最优地点。 长距离站通过同轴电缆获双扭线连向 CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由 PLC 制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。 从一开始， PLC 便以易维护作为设计目标。 由于几乎所有器件都是固态的，维护时只需更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于编程设备可见输入 /输出是 ON 还是 OFF， 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 13 还可写编程指令来报告故障。 PLC 的这些及其他特性使之成为任 何一个控制系统的有益部分。 一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样 ,PLC 的潜在优点还取决于应用时的创造性。 PLC 的工作原理 PLC 具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。 微机一般采用等待命令的工作方式。 PLC 则采用循环扫描工作方式。 在 PLC 中，用户程序按先后顺序存放， CPU 从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。 如此周而不断循环。 每一个循环称为一个扫描周期。 一个扫描周期大致可分为 I/O 刷新和执行指令两个阶段。 所谓 I/O 刷新即对 PLC 的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入 PLC 中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。 这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为 “I（输入） /O(输出 ) 刷新 ”。 由此可见，若输入变量在 I/O 刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。 反之，若在本次 I/O 刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。 由于 PLC 采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的 影响。 扫描周期的长短主要取决于这几个因数，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。 对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。 因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。 但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。 应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的 不良影响。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 14 PLC 的编程语言 PLC 提供了较完整的编程语言，以适应 PLC 在工业环境中的应用。 利用编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器的硬接线线路，这就是所谓的 “可编程序 ”。 程序由编程器送到 PLC 内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。 PLC 提供的编程语言通常由三种：梯形图、功能图、及布尔逻辑编程。 梯形图 (Ladder Programming)是应用最广的，梯形图编程有时称为继电器梯形图逻辑图编程。 它使用的最广是因为它和以往的继电器控制线路很接近。 梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理相呼应。 它的最大优点是形象、直观和实用，为广大电气技术人员所熟知。 PLC 的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。 PLC 的梯形图使用的时内部继电器、定时器 /计数器，都是由软件实现的，其主要特点为使用方便、修改灵活。 功能图编程（ Function Chart Programming）是一种较新的编程方法。 它的作用使用功能图来表达一个顺序控制过程。 布尔逻辑编程 (Boolean Logic Programming)包括 “与 ”（ AND）、或 (OR)、非(NOT)以及定时器、计数器、触发器等。 每一种编程方法都有它的优点和缺点，根据每一种特殊的控制要求，根据编程者的熟练程度正确合理应用编程方法。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 15 第三章 变频器的原理与应用 变频调速技术近年来发展很快，变频器在节约电能的同时可以减少排放、降低能耗，理解并掌握变频器的控制具有十分重要的现实意义，而且现在越来越多的工业控制场合选用 PLC 和变频器用于电机的调速控制。 变频器 变频器的基本结构 变频器是把工频电源 (50Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。 变频器的基本构成如图 31 所示，其主电路主要由整流电路、直流中间电路和逆变电路三部分以及有关的辅助电路组成。 图 31 变频器的基本结构框图 变频器的原理 变频器可分为间接变频器和直接变频器两大类。 间接变频器先将工频交流电源整流成电压大小可控的直流，再经过逆变器变换成可变频率交流，由此也称交—直 —交变频器；直接变频器则将工频交流一次性变换成可变频率交流，故可称交 —交变频器。 目前以间接变频器应用较为广泛。 本文所述变频器也属于这一类。 按照电压、频率的控制方式，交 —直 —交变频器有三种结构形式： (1)可控整流器调压、逆变器调频方式。 如图 32(a)所示：其调压与调频功能分别在两个环节上实现，由控制电路协调配合，故结构简单、控制方便。 由于装 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 16 置输入环节采用可控整流，当低频低压运行时，移相触发角 U 很大，致使输入功率因数低下，此外逆变器多用晶闸管型，每周换流 2 次的逆变器，器件开关频率低输出谐波成分大，当然，可控器件如 IGBT 的出现使得 PWM 控制成为可能，可以大大的改善其工作性能，但成本较高。 (2)不控整流器整流、斩波器调压、逆变器调频方式。 如图 22(b)所示：由于采用二极管整流，使输入功率因数提高。 由于输出逆变环节功率器件采用晶闸管，仍有输出谐波成分大的弊病。 (3)不控整流器整流、脉宽调制型 (PWM)逆变器同时实现调压调频方式。 如图 32(c)所示。 此时除装置输入功率因数高，又因采用高开关频率的逆变器，输出谐波。