PLC六層電梯課程設(shè)計(jì)

1、科信學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（2008/2009學(xué)年第一學(xué)期）課程名稱 ： 可編程序控制器應(yīng)用 題 目 ： 六層電梯控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)1 專業(yè)班級(jí) ： 電氣工程及其自動(dòng)化05-4班 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào)： 050062414 指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計(jì)周數(shù) ： 2周 設(shè)計(jì)成績(jī) ： 2009年 1 月9日1、課程設(shè)計(jì)目的1.1、對(duì)plc和變頻器等部件進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。1.2、繪制i/o地址分配表及相關(guān)圖紙。1.3、繪制plc的程序，并利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。1.4、對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。2、 設(shè)計(jì)內(nèi)容2.1、技術(shù)要求（1） 設(shè)計(jì)應(yīng)符合國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；（2） 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)應(yīng)符合故障安全原則；（3

2、） 電梯具有維修控制功能；（4） 應(yīng)有樓層和方向數(shù)碼顯示；（5） 電梯的運(yùn)行應(yīng)符合方向優(yōu)先等原則；（6） 應(yīng)具有自動(dòng)調(diào)整功能。2.2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成 采用tvt2000e組合式多層電梯控制模型由曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、門(mén)系統(tǒng)、轎廂系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)等組成。 曳引系統(tǒng)由曳引系統(tǒng)機(jī)（帶減速器三相異步電動(dòng)機(jī)）或一相永磁同步機(jī)、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪等組成，是電梯的動(dòng)力源。 導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌、導(dǎo)輪和導(dǎo)軌架等組成。它的作用是限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對(duì)重只能沿著導(dǎo)軌作穩(wěn)定升降運(yùn)動(dòng)。 門(mén)系統(tǒng)由轎廂門(mén)、開(kāi)門(mén)機(jī)、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。轎廂門(mén)設(shè)在轎廂入口、由門(mén)扇和門(mén)導(dǎo)軌架等組

3、成。 轎廂的廂體由廂底、廂壁、廂頂?shù)冉M成，轎廂內(nèi)部設(shè)有轎廂控制器，其操縱按鈕設(shè)在轎廂外部。 電力拖動(dòng)系統(tǒng)由曳引電機(jī)、變頻器等構(gòu)成，具有速度反饋的調(diào)速控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的速度控制。 電氣控制系統(tǒng)由操縱裝置、位置顯示裝置、平層裝置、plc（選用松下最新產(chǎn)品fp）、觸摸屏、傳感器、光電編碼器等組成。對(duì)電梯的運(yùn)行方式實(shí)行操縱和控制。 電梯模型上設(shè)有機(jī)械緩沖器，具有撞底的保護(hù)作用。電氣上還設(shè)有平層限位的各種保護(hù)功能。 2.3、電梯程序設(shè)計(jì)2.3.1、控制要求1、開(kāi)始時(shí)，電梯處于任意一層。（六層電梯為-15層）2、當(dāng)有外呼梯信號(hào)到來(lái)時(shí)，轎廂響應(yīng)該呼梯信號(hào)，到達(dá)該樓層時(shí)，轎廂停止運(yùn)行，轎廂門(mén)打開(kāi)，無(wú)人操作

4、時(shí)，延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)關(guān)門(mén)。3、當(dāng)有內(nèi)呼梯信號(hào)到來(lái)時(shí)，轎廂響應(yīng)該呼梯信號(hào)，到達(dá)該層時(shí)，轎廂停止運(yùn)行，轎廂門(mén)打開(kāi)，無(wú)人操作時(shí)，延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)關(guān)門(mén)。4、在電梯轎廂運(yùn)行過(guò)程中，轎廂上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼信號(hào)均不響應(yīng)，但如果反向外呼梯信號(hào)前方無(wú)其他內(nèi)、外呼梯信號(hào)時(shí)，則電梯響應(yīng)該呼梯信號(hào)。例如：電梯轎廂在一樓，將要運(yùn)行到五樓，在此過(guò)程中可以響應(yīng)二層、三層、四層的向上呼梯信號(hào)，但不響應(yīng)二層、三層、四層的向下呼梯信號(hào)。同時(shí)，如果電梯到達(dá)五層，如果六層沒(méi)有任何呼梯信號(hào)，則電梯可以響應(yīng)五層向下的信號(hào)。否則，電梯轎廂將繼續(xù)運(yùn)行至六樓，然后向下運(yùn)行響應(yīng)五層的向下呼梯信號(hào)。5、電梯應(yīng)具

5、有最遠(yuǎn)反向外呼梯響應(yīng)功能。例如，電梯轎廂在一樓，而同時(shí)有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，五層向下外呼梯，六層向下外呼梯，則轎廂先去六樓響應(yīng)六層向下外呼梯信號(hào)6、電梯未平層即運(yùn)行時(shí)，開(kāi)門(mén)按鈕和關(guān)門(mén)按鈕均不起作用。平層且電梯轎廂響應(yīng)停止后，按開(kāi)門(mén)按鈕轎廂門(mén)打開(kāi)，按關(guān)門(mén)按鈕轎廂門(mén)關(guān)閉。2.3.2、plc輸入i/o表 tvt2000e電梯模型s7-200主機(jī)的i/o表plc輸入高速計(jì)數(shù)器輸入ai0.6高速計(jì)數(shù)器輸入bi0.7底層內(nèi)呼按鈕i3.0一層內(nèi)呼按鈕i3.1二層內(nèi)呼按鈕i3.2三層內(nèi)呼按鈕i3.3四層內(nèi)呼按鈕i3.4五層內(nèi)呼按鈕i3.5轎廂開(kāi)門(mén)按鈕i3.6轎廂關(guān)門(mén)按鈕i3.7底層

6、外呼上i1.5一層外呼下i1.4一層外呼上i1.3二層外呼下i1.2二層外呼上i1.1三層外呼下i1.0三層外呼上i0.5四層外呼下i0.4四層外呼上i0.3五層外呼下i0.2下基準(zhǔn)位限位i1.6下極限位限位i1.7上基準(zhǔn)位限位i0.1上極限位限位i3.7開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān)i2.7關(guān)門(mén)限位開(kāi)關(guān)i2.6轎廂安全開(kāi)關(guān)i0.0手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)i2.0手動(dòng)開(kāi)門(mén)按鈕i2.1手動(dòng)關(guān)門(mén)按鈕i2.2手動(dòng)上行按鈕i2.3手動(dòng)下行按鈕i2.4緊急停車(chē)按鈕i2.5(2)plc輸出i/o表plc輸出底層內(nèi)呼指示燈q3.0一層內(nèi)呼指示q3.1二層內(nèi)呼指示q3.2三層內(nèi)呼指示q3.3四層內(nèi)呼指示q3.4五層內(nèi)呼指示q3.5pwm輸

7、出q0.1開(kāi)門(mén)驅(qū)動(dòng)q0.4關(guān)門(mén)驅(qū)動(dòng)q0.3底層向上指示q1.6一層下指示q1.5一層上指示q1.4二層下指示q1.3二層上指示q1.2三層下指示q1.1三層上指示q1.0四層下指示q0.7四層上指示q0.6五層下指示q0.5電梯上行驅(qū)動(dòng)q0.2電梯下行驅(qū)動(dòng)q0.0電梯上行指示q2.5電梯下行指示q2.4顯示驅(qū)動(dòng)aq2.0顯示驅(qū)動(dòng)bq2.1顯示驅(qū)動(dòng)cq2.2顯示驅(qū)動(dòng)dq2.32.3.3梯形圖程序主程序部分pwm設(shè)置部分樓層顯示部分電梯開(kāi)關(guān)門(mén)部分高速計(jì)數(shù)器初始化pwm調(diào)速部分樓層部分2.4 電梯模型plc控制系統(tǒng)構(gòu)成，運(yùn)行原理及設(shè)置2.4.1六層電梯實(shí)際模型控制系統(tǒng)的硬件是由三相異步電動(dòng)機(jī)、變頻器

8、、傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、觸摸屏、fp（2臺(tái)）等組成。采用pclink網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了plc的遠(yuǎn)程控制，其plc控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示 樓層顯示電機(jī)變頻器西門(mén)子plc35層呼叫裝置速度反饋cpu-226轎廂內(nèi)選（按鍵）-1 1 2 開(kāi)3 4 5 關(guān)-12層呼叫裝置轎廂內(nèi)部控制器維修操縱盒圖1 plc控制系統(tǒng)框圖2.4.2、變頻調(diào)速系統(tǒng)原理、接線及設(shè)置.變頻器的接線及設(shè)置 交流變頻調(diào)速電梯，采用速度反饋構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電梯的 無(wú)級(jí)調(diào)速及準(zhǔn)確定位。其變頻器接線如圖5所示。 a）vfo變頻器主接線圖 b） 變頻器控制電路接線圖圖 5 變頻器的接線圖注：y1所接的變頻器功能為：正轉(zhuǎn)/停（由p08參數(shù)設(shè)置）

9、y2所接的變頻器功能為：反轉(zhuǎn)/停（由p08參數(shù)設(shè)置）y0所接的變頻器功能為：pwm切換（由p1921、p2224參數(shù)設(shè)置）y3所接的變頻器功能為：pwm輸入（由p1921、p2224參數(shù)設(shè)置）變頻器的設(shè)置如表1所示。表1變頻器設(shè)置名稱參數(shù)名稱參數(shù)p0100.5p13000p0200.5p1400p03ffp1575.0p040p1650.0p0505p171p062p181p072.4p190p083p200p090p210p100p221p110p2301p1200.5p2401.0設(shè)置以上參數(shù)的方法，詳見(jiàn)變頻器使用手冊(cè)。其它參數(shù)為默認(rèn)值，用戶也可參照手冊(cè)進(jìn)行設(shè)置。pwm變頻調(diào)速方式方法及反

10、饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （一）pwm變頻調(diào)速方法和調(diào)速方式六層電梯模型的變頻調(diào)速部分，采用松下fp、vf0小型變頻器和歐姆龍的旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)組成高速計(jì)數(shù)單元。變頻器通過(guò)編程控制電梯，變頻電機(jī)按圖6所示的理想曲線運(yùn)行，而電機(jī)何時(shí)啟動(dòng)換速以及電機(jī)的轉(zhuǎn)向是由plc根據(jù)電梯呼梯、減速等信號(hào)做出決定，發(fā)出控制信號(hào)給變頻器，變頻器按理想速度曲線控制電梯運(yùn)行 v 0 t停車(chē) 加 速 勻 速 減 速 平 層圖6理想速度曲線傳統(tǒng)變頻器控制頻率一般采用模擬信號(hào)控制，這樣控制系統(tǒng)需要d/a轉(zhuǎn)換而增加成本，vf0變頻器保留原有的模擬控制還增加pwm信號(hào)進(jìn)行控制。plc的輸出端可以直接控制變頻器的啟動(dòng)、停止、多段速度運(yùn)行等，它可以將變

11、頻器的運(yùn)行狀況從plc輸送上位計(jì)算機(jī)，以便對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中控制。tvt2000e六層電梯模型中plc的pwm信號(hào)（脈寬調(diào)制波）輸出端子直接接于變頻器的端子8、9、3組成輸入回路，如圖5 b)所示。松下vf0超小型變頻器可容許的pwm信號(hào)周期為0.9ms1100ms以內(nèi)。需要設(shè)置的參數(shù)p22：pwm頻率信號(hào)選擇，參數(shù)p23：pwm信號(hào)平均次數(shù)、參數(shù)p24：pwm 信號(hào)周期（具體設(shè)置請(qǐng)參閱vf0超小型變頻器的使用手冊(cè)）。 變頻器根據(jù)各類生產(chǎn)機(jī)械對(duì)升速過(guò)程的不同要求，為用戶提供了多種升速方式供用戶自行設(shè)定。加速方式的種類有如下三種：線性方式：在起動(dòng)或升速過(guò)程中，頻率與時(shí)間成線性關(guān)系，如圖7，a)中

12、曲線a 所示。一般來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有什么特殊考慮的情況下大都選用線性方式。圖7 升速方式a) 線性和s型 b)半s型s型方式：對(duì)于如圖8所示的帶式輸送機(jī)一類的負(fù)載，因被輸送物體m的慣性力與加速度成正比（慣性力f=ma, m 是物體的質(zhì)量，a是加速度）加速度變化過(guò)大，會(huì)使被輸送物體滑動(dòng)或跌倒。因此，在起動(dòng)的初始階段（op段）加速過(guò)程比較緩慢；中間的pq段，為線性加速，加速度不變；q點(diǎn)以后，加速度又逐漸下降為0。整個(gè)過(guò)程中，速度和時(shí)間的關(guān)系呈s形，如圖7，a)中曲線b所示。 同樣，人們?cè)诔俗娞莸臅r(shí)候，會(huì)由于重力的作用有超重和失重的感覺(jué)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)感覺(jué)不舒服。因此，在電梯的設(shè)計(jì)時(shí)，就盡量使電梯按照?qǐng)D6的理

13、想速度曲線運(yùn)行，即s型曲線。 圖 8 帶式輸送機(jī)半s型方式：即升速曲線的一半為s形，另一半為線性方式。這又有兩種情況：第一、對(duì)于鼓風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載，低速時(shí)負(fù)載較輕，升速過(guò)程可以快一些：但隨著轉(zhuǎn)速的升高，其阻轉(zhuǎn)矩迅速增加，應(yīng)逐漸減緩加速過(guò)程而成半s形升速方式，如圖7 b)中曲線a所示。第二、對(duì)于一些慣性較大的負(fù)載，在初始起動(dòng)時(shí)加速過(guò)程應(yīng)適當(dāng)減緩，運(yùn)行到一定轉(zhuǎn)速后再線性加速，成為另一種半s形，如圖7，b)中曲線b所示。另外各類變頻器設(shè)定加速方式的功能很不一致，大體有以下幾種：第一，只設(shè)定加速的方式 s形和半s形的具體形狀由變頻器內(nèi)定，用戶不能設(shè)定。第二、變頻器為用戶提供了若干種s區(qū)（非線形區(qū)）的大小

14、（如0.2s、0.5s、1.0s）供用戶設(shè)定，如圖9 a）所示.。第三，用戶可以在一定范圍（如05s）內(nèi)，任意設(shè)定非線性時(shí)間ts 的大小，如圖9 b)所示。圖 9 s形的設(shè)定a)設(shè)定s區(qū) b) 設(shè)定非線性時(shí)間電梯的降速方式、應(yīng)用場(chǎng)合及設(shè)定方法與上述的電梯升速相同，這里不再贅述。（二）速度反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)在具有速度反饋環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制可以有兩種方法。一種是采用內(nèi)置pid的變頻器，可以用變頻器內(nèi)部pid的功能形成閉環(huán)。另一種是采用沒(méi)有內(nèi)置pid的變頻器，則可以使變頻器外部閉環(huán)，閉環(huán)接點(diǎn)放在變頻器的外部。在有上位機(jī)（計(jì)算機(jī)或plc）存在的系統(tǒng)中，閉環(huán)算法由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)，然后將運(yùn)算信號(hào)傳給

15、變頻器。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖10。六層電梯tvt2000e 中采用上位機(jī)作總閉環(huán)計(jì)算的控制，其優(yōu)點(diǎn)是采用上位機(jī)作各種pid的算法計(jì)算速度快，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單（在fp0及fp plc 就具備pid的專用指令）。其特點(diǎn)是所有的反饋信號(hào)都接到上位機(jī)，由上位機(jī)分別給出控制變頻器運(yùn)行的信號(hào)。pid調(diào)節(jié)時(shí)比例、積分、微分運(yùn)算的組合，pid過(guò)程可選擇微分、比例/微分控制等。需要設(shè)置的參數(shù)有比例增益、積分時(shí)間、微分時(shí)間、過(guò)程模式及周期等，由這些參數(shù)構(gòu)成pid過(guò)程。3、課程設(shè)計(jì)總結(jié)緊張的兩周奮戰(zhàn)的兩周經(jīng)過(guò)和隊(duì)友的努力plc課程設(shè)計(jì)終于完成了。經(jīng)過(guò)這兩周的設(shè)計(jì)使我受益匪淺，使我明白課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是

16、對(duì)自己能力的一種提高。由此也使我清楚的認(rèn)識(shí)到自己的知識(shí)還比較欠缺，自己要學(xué)習(xí)的東西還太多。在課設(shè)中我對(duì)樓宇監(jiān)控知識(shí)進(jìn)行了更深入的學(xué)習(xí)，并且我明白了學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 在這次課程設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽(tīng)聽(tīng)不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 通過(guò)這次對(duì)電梯運(yùn)行啟動(dòng)檢修調(diào)速的plc控制，讓我了解plc梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于plc設(shè)計(jì)原理。有很多設(shè)計(jì)理念來(lái)源于實(shí)際，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。 這兩周的課程設(shè)計(jì)，使我在以后的學(xué)習(xí)和生活上都受益匪淺。總得說(shuō)來(lái)：這次課程設(shè)計(jì)是一次所學(xué)知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的體驗(yàn)，讓我更進(jìn)一步的了解了可編程控制器的應(yīng)用是怎樣的一門(mén)課程，也進(jìn)一步鞏固了這學(xué)期的學(xué)習(xí)的有關(guān)知識(shí)，同時(shí)也為以后的工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難