大工《可編程控制器》大作業(yè)參考題目及要求【內(nèi)容僅供參考】106

網(wǎng)絡(luò)教育學院《可編程控制器》大作業(yè)題目：三層電梯的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

題目四：三層電梯的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計要求：（1）首先對可編程序控制器（PLC）的產(chǎn)生與發(fā)展、主要性能指標、分類、特點、功能與應(yīng)用領(lǐng)域等進行簡要介紹；（2）設(shè)計選用西門子S7－200系列PLC，控制要求：①電梯內(nèi)設(shè)置樓層呼叫按鈕，到達樓層數(shù)指示；②電梯外設(shè)置上行與下行呼叫按鈕，運行方向指示與到達樓層數(shù)指示；③沒有呼叫信號時，電梯可停留在任一層。附加可選功能：增加變頻器實現(xiàn)電動機的速度控制。保護要求：系統(tǒng)需設(shè)短路保護、過載保護、失壓和欠壓保護、電機超速保護。（3）對輸入輸出繼電器及其它編程元件的地址進行分配，畫出I/O接線圖及三層電梯主電路，列出PLC控制程序（梯形圖進行截圖，語句表可直接拷貝）并對程序作出解釋；（4）總結(jié)：需要說明的問題以及設(shè)計的心得體會?？删幊炭刂破鱌LC是英文（ProgrammableLogicController）的簡寫。（1）.PLC的產(chǎn)生1968年，美國GM(通用汽車)公司提出了取代繼電器裝置的要求，即十條技術(shù)指標，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程控制器。隨后日本、德國先后研制出自己的可編程控制器。（2）.PLC的發(fā)展第一階段：初級階段（1969年至20世紀70年代中期）此階段的PLC主要具有邏輯運算、定時和計算功能，沒有形成系列。與繼電器控制相比，可靠性有一定提高，CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器。第二階段：擴展階段（20世紀70年代中期至末期）PLC產(chǎn)品的控制功能得到很大擴展，包括數(shù)據(jù)的傳送、數(shù)據(jù)的比較和運算、模擬量的運算等功能，這一階段PLC產(chǎn)品已初步實現(xiàn)了系列化，并具備軟件自診斷功能。第三階段：通信階段（20世紀70年代末期至20世紀80年代中期）由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，PLC開始采用8位和16位微處理器，數(shù)據(jù)處理能力和速度大大提高，PLC開始具有了一定的通信能力，為實現(xiàn)PLC“集中管理，分散控制”奠定了重要基礎(chǔ)，軟件上開發(fā)出了面向過程的梯形圖語言及助記符語言，為PLC的普及提供了必要條件，在這一階段，發(fā)達的工業(yè)化國家在多種工業(yè)控制領(lǐng)域開始應(yīng)用PLC控制。第四階段：開放階段（20世紀80年代中期至至今）通信系統(tǒng)開放，使各制造廠商的產(chǎn)品可以通信，通信協(xié)議開始標準化，使用戶得益，PLC開始采用標準化軟件系統(tǒng)，并完成了編程語言的標準化工作。（3）.PLC的主要性能指標1）.I/O總點數(shù)：PLC的輸入和輸出量有開關(guān)量和模擬量兩種，開關(guān)量I/O用最大I/O點數(shù)表示，模擬量I/O則用最大I/O通道數(shù)表示。2）.用戶程序存儲量：用戶程序存儲器用于存儲通過編程器輸入的用戶程序，其存儲量通常是以字（word）或字節(jié)（byte）為單位來計算的，16位二進制數(shù)為一個字，8位二進制數(shù)為一個字節(jié)，每1024個字節(jié)為1KB。中小PLC的存儲容量一般在8KB以下，大型PLC的存儲容量有的已達96KB以上。通常一般的邏輯操作指令每條占一個字，數(shù)字操作指令占兩個字。3）.速度：速度用每1024字節(jié)的掃描時間來體現(xiàn)。如20ms/KB,表示掃描1KB的用戶程序需要的時間為20ms。（4）.PLC的分類1）.按結(jié)構(gòu)形式分類：a.整體式：整體式PLC是將電源、中央處理器、輸入/輸出部件等集中配置在一起，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量小、價格低、I/O點數(shù)固定、使用不靈活的特點，小型PLC常采用這種結(jié)構(gòu)。b.模塊式：模塊式PLC把PLC的各部分以模塊形式分開，如電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊等，把這些模塊插在機架底板上，組裝在一個機架內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)配置靈活，裝配方便，便于擴展，一般中型和大型PLC常采用這種結(jié)構(gòu)。2）.按輸入、輸出點數(shù)和存儲容量分類：a.小型PLC：小型PLC輸入、輸出點數(shù)在256點以下，用戶程序存儲容量在2K字以下。b.中型PLC：中型PLC輸入、輸出點數(shù)在256~2048點之間，用戶程序存儲容量在2K~10K字之間。c.大型PLC：大型PLC輸入、輸出點數(shù)在2048點以上，用戶程序存儲容量在10K字以上。3）.按功能分類：a.低檔PLC：低檔具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能。有的還增設(shè)少量的模擬量處理、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等功能。b.中檔PLC：中檔PLC除具有低檔機的功能外，還具有較強的模擬量輸入、輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等功能，可完成既有開關(guān)量又有模擬量控制的任務(wù)。c.高檔PLC：高檔PLC增設(shè)有帶符號算術(shù)運算及矩陣運算等，是運算能力更強。還具有模擬調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信、監(jiān)視、記錄和打印等功能，使PLC的功能更多更強。能進行遠程控制，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，成為整個工廠的自動化網(wǎng)絡(luò)。（4）.PLC的特點1）.豐富的I/O接口：PLC除了具有計算機的基本部分，如CPU、存儲器等以外，還有豐富的I/O接口模塊。對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號（如交流、直流、電壓、電流、開關(guān)量、模擬量、脈沖等），都有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件。另外有些PLC還有通信模塊、特殊功能模塊等。2）.編程簡單、使用方便：PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。例如，目前PLC大多數(shù)采用梯形圖語言編程方式，它繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感，很容易被技術(shù)人員所接受，易于編程，程序改變時也易于修改。3）.高可靠性：PLC之所以具有高可靠性是因為它采用了微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的半導體電路來完成，另外還采用了屏蔽、濾波、隔離等抗干擾措施。它的平均故障間隔時間為3萬~5萬小時以上。4）.模擬調(diào)試：可編程控制器能對所控功能在實驗室內(nèi)進行模擬調(diào)試，縮短現(xiàn)場的調(diào)試時間。（5）.PLC的功能1）.A/D、D/A轉(zhuǎn)換：PLC具有“模數(shù)”轉(zhuǎn)換（A/D）、“數(shù)?！鞭D(zhuǎn)換（D/A）功能，能完成對模擬量的控制與調(diào)節(jié)。2）.定時與計數(shù)控制：PLC具有定時、計算功能，它為用戶提供了若干個定時器、計數(shù)器，并設(shè)置了定時、計數(shù)指令，定時值、計數(shù)值可由用戶在編程時設(shè)定，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。3）.控制系統(tǒng)監(jiān)控：現(xiàn)代PLC配置有較強的監(jiān)控功能，操作人員通過監(jiān)控命令可以監(jiān)視有關(guān)部分的運行狀態(tài)，可以調(diào)整定時、計數(shù)等設(shè)定值，便于調(diào)試、使用和維護。4）.邏輯控制：PLC具有邏輯運算功能，它設(shè)有“與”“或”“非”等邏輯指令，能夠進行繼電器觸點的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)等各種連接，因此它可以代替繼電器進行組合邏輯與順序邏輯控制。5）.數(shù)據(jù)處理：PLC具有數(shù)據(jù)處理能力，能進行數(shù)據(jù)并行傳送、比較和邏輯運算，BCD碼的加、減、乘、除等運算，還能進行字“與”、字“或”、字“異或”、求反、邏輯移位、數(shù)據(jù)檢索、比較及數(shù)制轉(zhuǎn)換等操作。6）.步進控制：PLC能完成步進控制功能，步進控制是指在完成一道工序以后，在進行下一步工序，也就是順序控制。7）.通信與聯(lián)網(wǎng)：現(xiàn)代PLC采用了通信技術(shù)，可以進行遠程I/O控制，多臺PLC之間可以進行連接，還可以與計算機進行通信。由一臺計算機和若干臺PLC可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以完成較大規(guī)模的復雜控制。（6）.PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。根據(jù)使用情況可分為以下幾類：1）.開關(guān)量邏輯控制：取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2）.工業(yè)過程控制：在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。3）.運動控制：PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。4）.數(shù)據(jù)處理：PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。三層雙速（快速與慢速）電梯主電路選用S7-200系列中的CPU222作為主機，還增加了一個數(shù)字量擴展模塊EM223和一個模擬量擴展模塊EM225。在這個控制系統(tǒng)中，有19個數(shù)字輸入量、1個模擬輸入量和13個數(shù)字輸出量。.19個數(shù)字量輸入地址分配輸入地址輸入設(shè)備輸入地址輸入設(shè)備運行/維修按鈕上平層限位器門區(qū)限位器樓層1上行按鈕下平層限位器樓層2上行按鈕樓層2下行按鈕開門到位限位器樓層3下行按鈕關(guān)門到位限位器樓層1上層限位器樓層1選擇按鈕樓層2上層限位器樓層2選擇按鈕樓層2下層限位器樓層3選擇按鈕樓層3下層限位器開門按鈕關(guān)門按鈕13個數(shù)字輸出量地址分配輸出地址輸出設(shè)備輸出地址輸出設(shè)備上行繼電器上行指示燈下行繼電器下行指示燈快速運行繼電器慢速運行繼電器廂體開門廂體關(guān)門樓層1指示燈樓層2指示燈抱閘停止樓層3指示燈超重報警1個模擬量輸入地址分配輸入地址輸入設(shè)備AIW0壓力傳感器PLC控制硬件I/O接線圖編程元件設(shè)置表元件意義內(nèi)容備注維修狀態(tài)標志on有效正常運行標志on有效上行運行標志on有效下行運行標志on有效開門完成標志on有效關(guān)門完成標志on有效樓層到達標志on有效快速運行標志on有效慢速運行標志on有效抱閘停車標志on有效開門啟動標志on有效關(guān)門啟動標志on有效速度切換標志on有效超重報警標志on有效上行復位樓層1寄存器on有效上行復位樓層2寄存器on有效下行復位樓層3寄存器on有效下行復位樓層2寄存器on有效VB0電梯現(xiàn)在所在樓層寄存器VB1廂內(nèi)樓層1寄存器VB2廂內(nèi)樓層2寄存器VB3廂內(nèi)樓層3寄存器VB4樓層1上行寄存器VB5樓層2上行寄存器VB6樓層2下行寄存器VB7樓層3下行寄存器元件意義內(nèi)容備注VB10目標樓層寄存器VW100傳感器返回值VW102重量標準值T37關(guān)門延時定時器202sT38開門延時定時器101s三層雙速（快速與慢速）電梯梯形圖程序.電梯運行狀態(tài)選擇程序在此系統(tǒng)中，主要有兩種運行狀態(tài)，即維修狀態(tài)和運行狀態(tài)。當在維修狀態(tài)時，運行/維修按鈕斷開，則維修狀態(tài)標志中間繼電器閉合，無論電梯處于什么位置，都將忽略用戶的其他指令，將電梯直接運行到底層，如果電梯就在底層，則廂門上的限位器傳送信號到PLC中，表示電梯已到達目標位置，延遲一段時間后，廂門開啟進行維修工作。當在運行狀態(tài)時，可根據(jù)電梯內(nèi)外及各個樓層之間的用戶指令，以及電梯現(xiàn)在所處的位置，自動判斷電梯的運行方向，根據(jù)PLC接收的其他外部設(shè)備的控制信號，自動完成速度切換，完成用戶的控制要求運行至指定的樓層。樓層指令輸入程序在正常運行狀態(tài)時，接收每個樓層的上行/下行指令和廂內(nèi)控制按鈕的指令。在此程序中，先將收到的樓層指令存儲到對應(yīng)的寄存器中，然后電梯以此為目標在樓層之間運行，如果在運行過程中，有其他樓層的按鈕被按下，則經(jīng)過PLC的運算，按照輸入的指令停止在指定的樓層上。電梯上下行運動判斷程序在此程序中，如果電梯處于底層或頂層，則運行只有一個方向，上行或下行。如果停留在中間樓層，就需要通過PLC的運算將電梯現(xiàn)在所處的樓層和輸入指令的樓層進行比較，然后輸出上行或下行指令。當電梯處于空閑狀態(tài)時，無論是廂內(nèi)還是廂外的控制按鈕被按下后，所對應(yīng)的樓層寄存器都和電梯所在的樓層的寄存器進行比較，如果大于電梯所在樓層則上行，反之則下行。同時，在運行過程中，不斷比較目標樓層與電梯目前所處樓層，用來確定電梯的上行和下行工作狀態(tài)。最近上行目標樓層確定程序當電梯已經(jīng)接收到目標樓層指令，且正在向上開始移動，還沒達到目標樓層之前。例如，正在1層開始運動，有人在2層按下聊上行按鈕，則電梯的最近上行目標樓層應(yīng)立刻更新為2，而如果此時1層按下上行按鈕，則不會影響電梯上行的運動狀態(tài)。在此段程序中，PLC在每個掃描周期都檢測廂內(nèi)和每個樓層的按鈕狀態(tài)，若有按鈕被按下，且所在樓層高于之前的目標樓層數(shù)，則更改目標樓層數(shù)。上行運行程序在確定了最近的目標樓層后，由PLC輸出的指令控制電梯向上運動，接近目標樓層后，通過目標樓層的下層限位器輸入的信號，輸入PLC中，在調(diào)用速度切換程序。最近下行目標樓層確定程序當電梯已經(jīng)接收到目標樓層指令，且正在向下開始移動，還沒達到目標樓層之前。如正在從3層開始運動，有人在2層按下聊下行按鈕，則電梯的最近下行目標樓層應(yīng)立刻更新為2，而如果此時3層按下下行按鈕，則不會影響電梯下行的運動狀態(tài)。在此段程序中，PLC在每個掃描周期都檢測廂內(nèi)和每個樓層的按鈕狀態(tài)，若有按鈕被按下，且所在樓層低于之前的目標樓層數(shù)，則更改目標樓層數(shù)。下行運行程序在確定了最近的目標樓層后，由PLC輸出的指令控制電梯向下運動，接近目標樓層后，通過目標樓層的上層限位器輸入的信號，輸入PLC中，在調(diào)用速度切換程序。開關(guān)門程序在電梯運行時，即使按下開門按鈕，電梯門也不會打開。同樣，如果電梯門沒有完全關(guān)閉，電梯是不會進行上下運動的，以此來保證乘客的安全。在開關(guān)門程序中，當電梯門處于正在開門的狀態(tài)時，必須等廂門完全打開后，才能執(zhí)行關(guān)門程序，只有在閉合后，手動關(guān)門才能開始操作。反過來，當電門處于正在關(guān)門的狀態(tài)時，可通過手動開門按鈕斷開關(guān)門自鎖繼電器,然后通過開門自鎖繼電器,將關(guān)門狀態(tài)轉(zhuǎn)化為開門狀態(tài)。換速程序為了保證電梯運行的快速穩(wěn)定，而且能夠提供給乘客一個舒適的乘坐環(huán)境，該控制系統(tǒng)采用雙速運行方式。在電梯啟動階段，速度較低，增加到快速運行階段，既能較快地打達目標樓層，又不會產(chǎn)生較強烈的不舒適感。門定位程序在該程序中