基于plc与变频器控制的扶梯设计学士毕业论文(编辑修改稿)

基于plc与变频器控制的扶梯设计学士毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

控制系统。 下面将着重向大家介绍三种控制系统的优劣区别比较及本课题选用变频控制系统的特色。 继电气控制系统 继电器控制系统的组成：控制系统（输入回路），被控系统（输出回路）。 继电器控制系统 利用具有继电特性的元件进行控制的 自动 控制系统。 所谓继电特性是指在输入信号作用下输出仅为通、断等几个状态的特性。 继电控制也称通断控制。 例如，电炉温度调节中根据炉温是否超过规定值而断开或接通电源。 这种只有通、断两个状态的控制又称双位式控制。 对于继电控制型 伺服系统 ，继电控制是指驱动电源的全部电压按照控制偏差值符号的正 或 负，正向或反向地加到执行电动机上。 为避免正反 方 向之间的持续振荡，在正向和反向之间常设置一个死区。 继电控制中使用的元件并不限于电磁式继电器，也可用别的手段来实现继电特性。 例如，在双位式温度调节中，常采用双金属片作为敏感元件，温度变化时双金属片因两部分金属的膨胀系数不同而弯曲变形，接通或断开触点。 其他如液压和气动阀等也是具有继电特性的元件。 继电控制系统的主要分析方法有相平面法和 描述函数法。 继电控制系统的优缺 点 继电控制系统的主要优点是控制装置比较简单。 对于同样的功率，继电控制装置的重量和体积在各类控制系统中几乎是最小的， 其 具有动作快、工作稳定、 5 使用寿命长、体积小等优点，广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。 但 现在由于扶梯自动化及安全性能的逐步提高，仍采用传统的继电器控制方式已不能满足更高性能的要求，另外由于继电器控制方式的固有缺点，如：控制烦琐、布线杂多、占用空间大、故障率高、不易检修等缺点，因此随着电子逻辑器件、大规模集成电路的出现；诸如像单片机、 PLC 在控制系统上的应用也越来越多。 尤其是变频调速系统在使用节能、高科技、智能化方面得到了进一步的提高，被广泛应用。 PLC 控制系统 现今 自动扶梯 的使用越来越 高技术含量、高可靠性、高品质、安全、舒适的方向发展。 以继电器为控制系统的自动扶梯已逐渐受到高技术要求的冲击。 总之，技术含量高，物超所值的产品将越来越被消费者所青睐。 PLC 控制的自动扶梯系统以其可靠性好、稳定性好、编程简单、使用方便、维护检修方便等显著优点，加上现今逐渐时兴电脑化控制的电气设备， PLC 控制的自动扶梯正好迎合了人们的心态，与市场需求紧密相连。 与继电器比较： PLC 控制系统结构紧凑，体积小；PLC 内部全为“软接点”，动作快； PLC 控制功能改变，一般仅修程序即可，极其方便； PLC 控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制系统周期短； PLC 控制的自检和监控功能比继电接触控制的强； PLC 的适用范围比继电接触控制的广泛； PLC 可靠性比继电接触控制的高。 但 PLC 有其应用的局限性，比如说输入输出对电源电压的要求、价格高等因素，因此在自动扶梯的控制上采用 PLC 并不是最理想的 变频调速系统 80 年代末，交流电机的变频调速技术迅速发展成为一项成熟的技术，它将供给交流电机的工频交流电源经过二极管交流变成直流，再逆变成频率可调的交流电源，以此电源拖动电机在变速状态下运行，并自动适应变负荷的条件。 它改变了传统工业中电机启动后只能以额定功率、定转速的单一运行方式，从而达到 6 节能目的。 现代变频调速技术应用于电力水泵供水系统中，较为传统的运行方式是可节电 40%60%,节水 15%30%。 由于变频调速具有调速的机械特性好，效率高，调速范围宽，精度高，调整特性曲线平分，可以实现连续的、平稳的调速，体积小、维护简单 方便、自动化水平高等一系列突出的优点而倍受人们的青睐。 尤其当它应用于风机、水泵等大容量负载时，可以获得其它调速方式无法比拟的节能效果。 变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流 直流 交流变频器和交流 交流变频器两大类，目前国内大都使用交 直 交变频器。 方案选定 变频控制系统是集现代变频调速技术、 PLC 技术、监控技术和计算机技术为一体的控制系统。 系统采用变频器、可编程控制器（ PLC）等现代控制技术，对自动扶梯进行闭环控制，具有手动、自动操作方式。 该系统还配有完善的故障自诊断、故障检修手动工作方式等功能，使维修工作十分轻松快捷。 由于控制回路与负载回路之间是通过中间继电器实现电隔离和信号耦合的，因此系统的抗干扰能力强。 随着自动扶梯进一步向着高科技、节能、智能化的方向发展，变频器在扶梯领域也被广泛地应用。 应用变频器和可编程控制器（ PLC）构成变频调速系统对传统扶梯进行节能改造，能够有效节约能源，降低运行成本。 传统的控制方式都有各自的缺 点，都造成了很明显的能源浪费。 本 文在 PLC控制系统的基础上再加上变频器，使自动扶梯的速度可调。 自动扶梯通过变频器起动以 后，以额定速度（ ）运行，在系统设定的时间 2 分钟内，若没有检测到有人进入扶梯，则 2 分钟后扶梯经过变频器调节频率使扶梯以五分之一额定速度（ ）运行（不让扶梯停止是为了提示乘客乘梯的方向，以免人们误以为电梯坏了）；如变频器故障，则自动扶梯可由变频转换到工频状态运行（不节能状态），以保证自动扶梯正常工作。 7 第三章 控制系统的组成及硬件选择 控制系统的组成 光电信号检测安全信号检测运行状态检测PLC运行故障指示变频器MT3~电机 电 源 图 控制系统框 该系统主要由以下几部分组成：电源、 PLC、变频器等。 PLC 是控制系统的核心， PLC 根据输入的光电信号是否有效确定高速运行指令的输出，变频器根据PLC 的高速运行指令控制扶梯的运行速度，完成扶梯的快慢及快慢停循环运行。 硬件的选择 可编程控制器的选择 可编程控制器简介 一 .可编程控制器的定义 可编程控制器，简称 PLC（ Programmable logic Controller） ,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。 其结构如下图 8 电源输出模块输入模块控制信号现场信号存储器EP ROM RAM中央处理单元（ CPU ） 图 PLC 结构 二 .PLC 的特点 1 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。 一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。 从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。 此外， PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发 出警报信息。 在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路 3 及设备也获得故障自诊断保护。 这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。 可以用于各种规模的工业控制场合。 除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。 近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使PLC 渗透到了位置控制、温度控制、 CNC 等各种工业控制中。 加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技 术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 3 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。 它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器 9 电路的功能。 为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。 更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。 这很适合多品种、小批量的生产场合。 5 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。 由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 三菱 FX2N 系列 PLC 目前市场上的 PLC 种类繁多，三菱的 FX2N 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。 FX2N 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。 由于它紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的 价格、丰富的 功能模块以及 强大的指令系 统，使得 FX2N PLC 可以近乎 完美地满足小 规模的控制要求。 FX2N PLC 的电源电压有 AC100V～ 240V 和 DC24V 两种。 它的输入列型有 DC 输入型（ DC24 7mA/5mA 无电压触电或者 NPN 开集电极晶体管输入）、 AC输入型（ AC100～ 120V AC 电压输入）、内置 24V、 400mA 直流电源可用于 外围设备，如传感器或其它元件。 输出类型有晶体管（ DC）、继电器（ DC/AC）、可控硅（ AC）三种输出方式。 因为采用了优良的可维护断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。 在所有的 FX2N PLC 中都有实时时钟标准，时间按设置和比较指令 10 易于操作，小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。 持续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。 输入滤波器调节功能可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中 X000 到 XO17）。 原建筑界可以记录在程序储存器中。 在线程序编辑在不影响设备正常运行的情况下可在线修改程序。 面板上 RUN/STOP（运行 /停止）开关易于操作，可指定输入点控制 CPU 的运行 /停止。 编程软件可以通过调制解调器拨号通讯来监控、修改、上载和下载程序，进行PLC 故障诊断。 主要特点：较高的可靠性；丰富的指令集；丰富的内置集成功能；实时特性强和强大的通信能力。 该系统选用 FX2N48MR PLC。 本机集成 24 输入 /24 输出， I/O 共计 48 点，它程序存储容量较大，通信能力大大增强。 它可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。 FX2N 性能规格 项目 规格 备注 运转控制方式 通过储存的程序周期运转 I/O 控制方式 批次处理方法 （当执行 END 指令时） I/O 指令可以刷新 运转处理时间 基本指令： S/指令 应用指令： 至几百μ S/指令 编辑语言 逻辑梯形图和指令清单 使用步进梯形图能生成SFC 类型程序 程序容量 8000 步内置 使用附加寄存盒可扩展到 16000 步 指令数目 基本指令： 27 步进指令： 2 应用指令： 128 最大可用 298 条应用指令 I/O 配置 最大硬体 I/O 配置点 256，依赖于用户的选择 （最大软件可设定地址输入 25输出 256） 辅助继电器 一般 500 点 M0 至 M499 11 （ M 线圈） 锁定 2572 点 M500 至 M3071 特殊 256 点 M8000 至 M8255 状态继电器（ S 线圈） 一般 490 点 S0 至 S499 锁定 400 点 S500 至 S899 初始 10 点 S0 至 S9 信号报警 100 点 S900 至 S999 定时器（ T） 100 毫秒 范围： 0 至 秒 200 点 T0 至 T199 10 毫秒 范围： 0 至 秒 46 点 T200 至 T245 1 毫秒保持型 范围： 0 至 秒 4 点 T246 至 T249 100 毫秒 范围： 0 至 秒 6 点 T250 至 T255 计数器（ C） 一般 16 位 范围： 0 至 32767 秒 200 点 C0 至 C199 类型： 16 位上 /下计数器 锁定 16 位 100 点（子系统） C100 至 C119 类型： 16 位上 /下计数器 一般 32 位 15 点 C200 至 C219 类型： 16 位上 /下计数器 锁定 32 位 15 点 C220 至 C234 类型： 16 位上 /下计数器 高速计数器（ C） 单项 范围： 2147483648 至+2147483647 一般规则：选择组合计数频率不大于 20KHz 的计数组合注意所有的计数器锁定 C235 至 C240 6 点 单项 C/W起始停止输入 C241 至 C245 5 点 双相 C200 至 C219 A/B 相 C200 至 C219 12 数据寄存器（ D） 一般。