電氣自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文-PLC 變頻器在電梯控制中的應(yīng)用

無錫科技職業(yè)學(xué)院PAGE22PLC+變頻器在電梯控制中的應(yīng)用摘要隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展，交流變頻器技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代，其應(yīng)用越來越廣。本文在已有的變頻器的基礎(chǔ)上，采用PLC可編程控制器對(duì)電梯進(jìn)行控制，通過合理的選擇PLC可編程控制器和拖動(dòng)電機(jī)，以及對(duì)控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)，提高了電梯的控制水平和可靠性，降低了故障率，改變電梯的運(yùn)行速度，和其加速度大小。從而改善了電梯運(yùn)行的舒適感。使電梯達(dá)到了較為理想的控制效果。電梯控制系統(tǒng)分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。調(diào)速部分的性能對(duì)電梯運(yùn)行是乘客的舒適感有著重要影響，而邏輯控制部分則是電梯安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。為了改善電梯的舒適感和運(yùn)行的可靠性，現(xiàn)在都改為用PLC來控制電梯的運(yùn)行，這樣大大提高了電梯的性能。關(guān)鍵詞：電梯,變頻器,可編程控制器PLC,舒適度ABSTRACTWiththedevelopmentoftheeconomy,microelectronictechnology,computertechnologyandtheautomatictheoryaredevelopedrapidly,theACvariablefrequencytechnologyhasbeeninanewstate.Thearticleisbasedonthenow-beinggeneralfrequencyconverter,usingPLCtocontroltheelevator,thereliabilityisimprovedandthefeelingofcomfortisbetterthroughthereasonableselectionanddesign,sotheeffectofcontrolismoreideal.Elevatorcontrolsystemisdividedintopartsandthelogiccontrolpartofthegovernor.Speedcontrolpartoftheperformanceofelevatoristhecomfortofthepassengershaveanimportantimpact,andlogiccontrolpartistheelevatorkeytosafeandreliableoperation.Inordertoimprovecomfortandliftthereliability,arenowreplacedwithaPLCtocontroltheoperationoftheelevator,therebygreatlyenhancingtheperformanceoftheelevator.Keywords:Elevator,frequencyconversion,PLC,fellingcomfort目錄TOC\o"1-3"\u摘要1Abstract1緒論3第一章本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及要求4第二章電梯的介紹42.1電梯技術(shù)發(fā)展42.2電梯的結(jié)構(gòu)52.3電梯的發(fā)展趨勢(shì)52.4現(xiàn)代電梯的問題6第三章PLC（可編程控制器）63.1PLC簡(jiǎn)介63.2PLC基礎(chǔ)知識(shí)63.3PLC特點(diǎn)73.4PLC的構(gòu)成73.5PLC的應(yīng)用領(lǐng)域93.6PLC的選擇10第四章變頻器的選擇144.1交流電機(jī)及其轉(zhuǎn)速控制144.2變頻器的基本工作原理及控制方式15第五章程序設(shè)計(jì)185.1主程序185.2調(diào)試與連接21總結(jié)體會(huì)及致謝23參考文獻(xiàn)23緒論隨著城市建筑的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已于人們?nèi)粘Ｉ蠲懿豢煞?。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來，我國(guó)電梯生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。電梯主要分為控制系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)兩搭補(bǔ)分。隨著自動(dòng)控制理論和微電子技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動(dòng)方式和控制手段有了很大的變化。自1889年美國(guó)奧迪斯升降機(jī)公司推出世界上第一部以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的升降機(jī)以來，電梯在驅(qū)動(dòng)方式上經(jīng)歷了卷筒式驅(qū)動(dòng)，牽引式驅(qū)動(dòng)等歷程，逐漸形成了直流電機(jī)拖動(dòng)和交流電機(jī)拖動(dòng)兩種不同的拖動(dòng)方式。在控制方面，1915年開始有了自動(dòng)平層裝置。1924年發(fā)展了信號(hào)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了電梯的操作。1949年電梯控制系統(tǒng)開始應(yīng)用電子技術(shù)，出現(xiàn)了群控電梯。1950年出現(xiàn)了電梯近門檢測(cè)器。1960年以后，無觸點(diǎn)半導(dǎo)體邏輯控制及晶閘管應(yīng)用于電梯，使電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化1976年微機(jī)處理開始用于電梯，使電梯進(jìn)入了全新的發(fā)展階段。目前電梯的控制系統(tǒng)普遍有三種方式：一是繼電器控制系統(tǒng)，繼電器控制系統(tǒng)故障率高，可靠性差，控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點(diǎn)。一種是采用微機(jī)作為無信號(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)的采集，運(yùn)行狀態(tài)的功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能。但是微機(jī)控制存在抗干擾能力差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，維修困難等缺陷。第三種控制方式采用可編程控制器（PLC）取代了微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)集選控制。PLC可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠性高等特點(diǎn)。可編程控制器（PLC）保留了傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂，控制精度高，可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行可穩(wěn)定可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)。另外，PLC不僅平均無故障時(shí)間通常在30萬小時(shí)，而且?guī)в杏布收献晕覚z測(cè)功能，出現(xiàn)故障可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。目前，電梯的繼電器控制方式已由原來直流調(diào)速逐漸過渡到交流變頻調(diào)速，不僅能滿足乘客的舒適感和保證平層精度，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減小運(yùn)行費(fèi)用。因此，PLC控制技術(shù)加變頻器調(diào)速已成為現(xiàn)代電梯行列的一個(gè)熱點(diǎn)。故采用PLC控制加變頻調(diào)速。第一章本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及要求以樓層為三樓的電梯為例，首先對(duì)電梯的系統(tǒng)及可編程控制器（PLC），變頻器作為了全面的介紹，接著闡述了電梯控制的分類及特點(diǎn)，電梯的控制的系統(tǒng)分為調(diào)速和信號(hào)控制兩大部分。確定了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)，由PLC來實(shí)現(xiàn)電梯信號(hào)控制，變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，完成了變頻器的參數(shù)設(shè)置及PLC的選型，I/O點(diǎn)數(shù)分配以及PLC與變頻器的連接。在設(shè)計(jì)出電梯控制程序的基礎(chǔ)上，分析出各種可能出現(xiàn)的情況，并給出了問題的解決方法。設(shè)計(jì)內(nèi)容：PLC+變頻器在電梯控制中的應(yīng)用控制要求：用PLC及變頻器實(shí)現(xiàn)三層電梯的控制，有加減速功能具體任務(wù)：（1）學(xué)習(xí)西門子PLC、變頻器的使用方法；（2）編寫PLC控制程序，選定變頻器設(shè)置參數(shù)；（3）上機(jī)調(diào)試，并分析控制效果。第二章電梯的介紹1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會(huì)上，美國(guó)人伊萊沙·格雷夫斯·奧迪斯第一次向世人展示了他的發(fā)明歷史上第一部安全升降梯。從那以后，升降梯在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。以奧迪斯的名字的電梯公司也開始了她輝煌的旅程。150年以來，她已經(jīng)發(fā)展成為中國(guó)，亞洲，和全世界領(lǐng)先的電梯公司。2.1電梯技術(shù)發(fā)展電梯的速度要求越來越快，高速、超高速電梯的數(shù)量愈來愈多。電梯的拖動(dòng)技術(shù)有了較大的發(fā)展，直流電梯由于能耗大、維修量等缺點(diǎn)。逐步被交流電梯所替代，液壓電梯由于運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)房位置靈活到呢個(gè)特點(diǎn)，使使得低樓層場(chǎng)合得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。交流拖動(dòng)電梯更是得到迅速的發(fā)展，已由以前的變極調(diào)速（AC-VP)發(fā)展成為調(diào)壓調(diào)速（AC-VV）及調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速（AC-VVVF），使得電梯的速度、加速度控制更加符合人們的生理要求，電梯的舒適感大為改善。電梯的邏輯控制已從過去的繼電器——接觸器控制發(fā)展為可編程控制器PLC和微機(jī)控制，控制方式也從手柄控制、信號(hào)控制發(fā)展為集選控制、并聯(lián)控制、群控等，電梯可靠性得到很大的提高。電梯的管理功能不斷加強(qiáng)，電梯廣泛采用微機(jī)控制技術(shù)，不斷滿足用戶的使用功能要求。智能群控管理得到廣泛應(yīng)用。機(jī)械傳動(dòng)方面，由于國(guó)際上結(jié)構(gòu)加工水平的不斷提高，使斜齒傳動(dòng)和行星齒輪傳動(dòng)在電梯上的應(yīng)用日益廣泛，已使電梯的傳動(dòng)形式多樣化。2.2電梯的結(jié)構(gòu)2.2.1曳引部分通常有曳引機(jī)和曳引鋼絲繩組成。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曳引機(jī)旋轉(zhuǎn)使轎廂上下運(yùn)動(dòng)。2.2.2轎廂和廳門轎廂由轎架，轎底，轎壁和轎門組成；廳門一般有封閉式、中分式、雙折中分式和直分式等。2.2.3電器設(shè)備及控制裝置有曳引機(jī)，選層器傳動(dòng)及控制柜、轎廂操縱盤、呼梯按鈕和廳外指示器組成。2.2.4安全保護(hù)系統(tǒng)保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。由限速器，安全鉗，緩沖器，端站保護(hù)裝置組成。2.2.5其他裝置對(duì)重裝置、補(bǔ)償裝置等。2.3電梯的發(fā)展趨勢(shì)2.3.1結(jié)構(gòu)不斷緊湊化、體積不斷輕型化、小巧化隨著新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的發(fā)展，電梯的機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、體積小型化、材料輕型化、外觀漂亮化。同時(shí)，無機(jī)房電梯在新世紀(jì)將會(huì)有較大速度發(fā)展。2.3.2技術(shù)含量更高，性能更好現(xiàn)代電梯還有采用繼電器控制系統(tǒng)的，調(diào)速裝置多采用直流調(diào)速。采用繼電器控制，安全穩(wěn)定性不高，控制線路多，檢修難度大。而直流調(diào)速雖然穩(wěn)定，但價(jià)格昂貴。而采用微機(jī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜，一般人員很難檢修，維修難度大。本設(shè)計(jì)，采用PLC控制系統(tǒng)，控制變頻器調(diào)速器控制速度，有安全性高，維修簡(jiǎn)單，編程靈活，故障率低等優(yōu)點(diǎn)！2.3.3安裝更方便、更快捷此外，電梯的雙向安全裝置，無地抗，無線控制，綠色環(huán)保安全，環(huán)保，節(jié)能，舒適，也將是未來電梯的重要發(fā)展趨勢(shì)。2.4現(xiàn)代電梯存在的問題現(xiàn)代電梯還有采用繼電器控制系統(tǒng)的，調(diào)速裝置多采用直流調(diào)速。采用繼電器控制，安全穩(wěn)定性不高，控制線路多，檢修難度大。而直流調(diào)速雖然穩(wěn)定，但價(jià)格昂貴。而采用微機(jī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜，一般人員很難檢修，維修難度大。本設(shè)計(jì)，采用PLC控制系統(tǒng)，控制變頻器調(diào)速器控制速度，有安全性高，維修簡(jiǎn)單，編程靈活，故障率低等優(yōu)點(diǎn)!第三章PLC（可編程控制器）3.1PLC簡(jiǎn)介PLC即可編程控制器（ProgrammablelogicController，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（InternationalElectricalCommittee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：PLC英文全稱ProgrammableLogicController,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程.PLC是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導(dǎo)體的地方就有PLC?！癙LC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。3.2PLC基礎(chǔ)知識(shí)PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。3.3PLC的特點(diǎn)3.3.1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。3.3.2配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3.3.3易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。3.3.4系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。3.3.5體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。3.4PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。3.4.1CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。3.4.2I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制3.4.3電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。3.4.4底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。整體式PLC組成示意圖3.5PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。3.5.1開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。3.5.2模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3.5.3運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。3.5.4過程控制過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。3.5.5數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)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。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。3.5.6通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便組合式PLC組成示意圖3.6PLC的選擇在制造業(yè)和過程工業(yè)中，除了以模擬量為被控對(duì)象的反饋控制外，還存在著大量的以開關(guān)量（數(shù)字量）為主的邏輯順序控制，這一點(diǎn)在以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征的制造業(yè)中，尤為突出。它要求控制系統(tǒng)按照邏輯條件和一定的順序、時(shí)序產(chǎn)生控制動(dòng)作，并能夠?qū)碜袁F(xiàn)場(chǎng)的大量開關(guān)量、脈沖、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)及模擬量的越限報(bào)警等數(shù)字信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視和處理。這些工作在早期由繼電-接觸器電路來實(shí)現(xiàn)的，其缺點(diǎn)是體積龐大、故障率高、功耗大、不易維護(hù)、不易改造和升級(jí)等。而目前，PLC控制器的程序存儲(chǔ)容量多以MB為單位，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，微處理器的性能大幅提高，指令執(zhí)行速度達(dá)到微妙級(jí)，從而極大提高了PLC的數(shù)據(jù)處理能力，高檔的PLC可以進(jìn)行復(fù)雜的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，并增加了許多特殊功能，如高速計(jì)數(shù)、脈寬雕制變換、PID閉環(huán)控制、定位控制等，從而在以模擬量為主的過程控制領(lǐng)域也占有了一席之地，在一定程度上具備了組建DCS系統(tǒng)的能力。此外，PLC的通信功能和遠(yuǎn)程I/O能力非常強(qiáng)大，可以組建成分布式通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在組成結(jié)構(gòu)上，PLC具有一體化結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)兩種模式。一體化結(jié)構(gòu)的PLC追求功能的完善，性能的提高，體積越來越小，有利于安裝。而模塊式結(jié)構(gòu)的PLC則利用單一功能的各種模塊拼裝成一臺(tái)完整的PLC，用戶在設(shè)計(jì)自己的PLC控制系統(tǒng)時(shí)擁有極大的靈活性，并使設(shè)備的性價(jià)比達(dá)到最優(yōu)。同時(shí)，模塊式結(jié)構(gòu)也有利于系統(tǒng)的維護(hù)、換代和升級(jí)，并使系統(tǒng)的擴(kuò)展能力大大加強(qiáng)?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生是基于工業(yè)控制的需要，是面向工業(yè)控制領(lǐng)域的專用設(shè)備，歸納為以下幾點(diǎn)：a.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)b.靈活性強(qiáng)，控制系統(tǒng)具有良好的柔性。c.通用性強(qiáng)，使用方便d.功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣e.編程方法簡(jiǎn)單，容易掌握f.PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維護(hù)方便g.體積小、重量輕、功耗低綜上所述，設(shè)計(jì)用德國(guó)西門子S7-200型編程器。西門子S7--200PLCS7--200系列PLC系統(tǒng)組成3.6.1S7-200系列PLC的內(nèi)存結(jié)構(gòu)及尋址方式AS7-200系列PLC的內(nèi)存結(jié)構(gòu)PLC的內(nèi)存有兩大部分，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器又由字節(jié)存儲(chǔ)器、字存儲(chǔ)器、雙字存儲(chǔ)器組成。字節(jié)存儲(chǔ)器的構(gòu)成部分有輸入映像寄存器I、輸出映像寄存器Q、變量寄存器V、內(nèi)部位寄存器M、特殊寄存器SM、順序控制狀態(tài)寄存器S、局部變量寄存器L。字存儲(chǔ)器的構(gòu)成部分有定時(shí)器T、計(jì)數(shù)器C、模擬量輸入寄存器AI、模擬量輸出寄存器AQ。雙字存儲(chǔ)器的構(gòu)成部分有累加器AC、高速計(jì)數(shù)器。a.輸入映像寄存器輸入映像寄存器I存放CPU在輸入掃描階段采用外部送到輸入端子的結(jié)果。由接到輸入接線端子控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)，不能由程序指令驅(qū)動(dòng)。當(dāng)輸入回路接通，輸入繼電器得電，相應(yīng)的輸入映像寄存器位狀態(tài)為“1”態(tài)。反之，當(dāng)輸入回路斷開，相應(yīng)的輸入映像寄存器位狀態(tài)為“0”。b.輸出映像寄存器輸出映像寄存器Q存放CPU執(zhí)行的結(jié)果，并在輸出掃描階段，將其復(fù)制到輸出接線端子上。輸出映像寄存器因此成為輸出寄存器。連到輸出接線端子的負(fù)載（接觸器線圈、電磁閥等）由PLC控制其得電與失電。c.變量存儲(chǔ)器V變量存儲(chǔ)器V用于存放用戶程序執(zhí)行的中間結(jié)果，也可用來保存與工序或任務(wù)相關(guān)的其它數(shù)據(jù)。d.內(nèi)部位存儲(chǔ)器M內(nèi)部位寄存器M又成為中間繼電器，用于存儲(chǔ)中間操作狀態(tài)或其它控制信息，其作用相當(dāng)于繼電控制系統(tǒng)中的中間繼電器。e.特殊寄存器SM特殊寄存器SM用于CPU與用戶交換信息。特殊存儲(chǔ)器是只讀存儲(chǔ)器，其定義是固定的，是由CPU在每個(gè)掃描周期結(jié)束時(shí)來更新的。f.順序控制狀態(tài)寄存器S順序控制狀態(tài)寄存器S又稱狀態(tài)元件，與順序控制指令配合使用，用于組織設(shè)備的順序操作。g.局部變量寄存器L局部變量寄存器L用來存放局部變量，它和變量存儲(chǔ)器V很相似，主要區(qū)別在于V全局變量全局有效，即同一個(gè)變量可以被任何程序訪問；局部變量只在局部有效，即變量只和特定的程序相關(guān)聯(lián)。h.定時(shí)器T定時(shí)器相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的時(shí)間繼電器，用于延時(shí)控制。S7-200有三種定時(shí)器，分別是“通電延時(shí)”、“斷電延時(shí)”、“保持式通電延時(shí)”。定時(shí)時(shí)基有1ms、10ms、100ms三種。S7-200定時(shí)器有256個(gè)。i.計(jì)數(shù)器C計(jì)數(shù)器用來累計(jì)輸入端收到的脈沖個(gè)數(shù)，S7-200有3種計(jì)數(shù)器：加計(jì)數(shù)器、減計(jì)數(shù)器、加減計(jì)數(shù)器。j.模擬量輸入寄存器AI模擬量輸入寄存器AI用于接收模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換后的16位數(shù)字量。k.模擬量輸出寄存器AQ模擬量輸出寄存器AQ用于暫存模擬量輸出模塊的輸出值，該值經(jīng)過模擬量輸出模塊（D/A）裝換為現(xiàn)場(chǎng)所需要的標(biāo)準(zhǔn)電壓和電流信號(hào)。l.累加器AC累加器是用來暫存數(shù)據(jù)的寄存器，它可以用來存放運(yùn)算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果，S7-200CPU提供4個(gè)32位的累加器。m.高速計(jì)數(shù)器高速計(jì)數(shù)器用來累計(jì)比CPU的掃描速率更快的事件，計(jì)數(shù)過程與掃描周期無關(guān)。BS7-200系列PLC的尋址方式a.編址方式計(jì)算機(jī)中均采用二進(jìn)制數(shù)，8位二進(jìn)制組成1個(gè)字節(jié)，2個(gè)字節(jié)組成一個(gè)字，2個(gè)字組成1個(gè)雙字。存儲(chǔ)器的單位可以是位（bit）、字節(jié)（Byte）、字（Word）、雙字（DoubleWord），編址方式也可以是位、字節(jié)、字、雙字。存儲(chǔ)單元的地址由區(qū)域標(biāo)識(shí)符、字節(jié)地址和位地址組成。b.尋址方式我們?cè)诰帉慞LC程序時(shí)，大多數(shù)指令為指令+操作數(shù)的形式，操作數(shù)可以是某一位，或是某一字節(jié)，或某一字，或某一雙字。尋址的方式有立即尋址、直接尋址、間接尋址三類。立即數(shù)尋址的數(shù)據(jù)在指令中是以常數(shù)的形式出現(xiàn)。常數(shù)的長(zhǎng)度由二進(jìn)制的位數(shù)決定，常數(shù)的格式有二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制、ASCII碼等。直接尋址方式是指令中直接使用存儲(chǔ)器或寄存器的地址編號(hào)，直接到指定的區(qū)域讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。間接尋址時(shí)操作數(shù)不提供直接數(shù)據(jù)位置，而是通過使用地址指針來存取存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。第四章變頻器的選擇西門子MM440的變頻器具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。采用脈沖頻率可選的專用脈寬調(diào)制技術(shù)，可使電動(dòng)機(jī)低噪聲運(yùn)行。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)西門子MM440變頻器4.1交流電動(dòng)機(jī)及其轉(zhuǎn)速控制從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國(guó)是50Hz。交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速N1=60f1/p（4.1）式4.1中，N1為同步轉(zhuǎn)速，單位是r/min；f1為定子電流頻率，單位是Hz；p為電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。異步電機(jī)轉(zhuǎn)速N=N1（1－S）=60f1（1－S）/p（4.2）式4.2中，S為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，S=（N1﹣N）/N1。以上兩個(gè)式子說明，無論是同步電動(dòng)機(jī)還是異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速都與送人電動(dòng)機(jī)的電流頻率f成正比例變化，也就是說，改變電源頻率可以方便地改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度，也就是說變頻對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速來說是十分合適的。但是，從交流電動(dòng)機(jī)誕生到變頻器出現(xiàn)的近百年里，交流變頻調(diào)速卻一直只是人們的理想。在那個(gè)期間，交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速主要采用變極調(diào)速及改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。其中變極是改變定子繞組的接線以改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)的調(diào)速方法。這是一種有極調(diào)速，轉(zhuǎn)速智能成倍地變化，是不連續(xù)的變化，而且制造工藝限制了電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)種類的增加。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速有轉(zhuǎn)子調(diào)電路串電阻速、串極調(diào)速、改變定子電壓調(diào)速等多種方法。其中，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的調(diào)速范圍不算小，但是實(shí)際應(yīng)用中由于串入的電阻越大，轉(zhuǎn)差率越大，轉(zhuǎn)子銅損耗就也大，很不經(jīng)濟(jì)。而且串入的電阻越大，轉(zhuǎn)速越不穩(wěn)定。它是一種有極調(diào)速。串極調(diào)速的功率因數(shù)低。調(diào)壓調(diào)速會(huì)使損耗增加。長(zhǎng)期以來，電力拖動(dòng)領(lǐng)域中要求平滑調(diào)速的場(chǎng)合一直是直流電機(jī)占據(jù)著統(tǒng)治地位。這是因?yàn)樽冾l調(diào)速的關(guān)鍵設(shè)備，可調(diào)節(jié)頻率的交流電源的制造是十分困難的。這種局面隨著通用變頻器的誕生而發(fā)生了根本的變化。變頻器誕生以來，交流調(diào)速技術(shù)日益普及。變頻器是一個(gè)新型高科技點(diǎn)在產(chǎn)品，它廣泛應(yīng)用于交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)有：調(diào)速范圍大；電源頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速可以平滑改變；變頻時(shí)，電源電壓按照不同頻律變化，不僅可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，還可以實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速，以適應(yīng)不同負(fù)載的要求。交流電動(dòng)機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用及變頻器帶來了良好的調(diào)速性能，這已經(jīng)在調(diào)速應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。 變頻器輸入變頻器輸出變頻器與三相異步電機(jī)連接4.2變頻器的基本工作原理及控制方式4.2.1變頻器的工作原理變頻器的主電路是給異步電機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻的電源的電力變換部分，變頻器的主回路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器，”中間濾波電路以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”a.整流器（將恒壓恒頻的交流電變換為直流電）最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。b.中間濾波環(huán)節(jié)（對(duì)整流后的電壓或電流進(jìn)行濾波）將整流后的電壓或電流進(jìn)行濾波，減小電壓和電流的波動(dòng)。c.逆變器（將直流電變換成頻率和電壓都可調(diào)的交流電）同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所有要求頻率的交流功率，所以確定的時(shí)間使6個(gè)晶體管導(dǎo)通，關(guān)斷就可以得到三相交流輸出。6個(gè)晶體管導(dǎo)通或截止的規(guī)律是：（1）每個(gè)晶體管連續(xù)導(dǎo)通或截止半個(gè)周期；（2）任一個(gè)時(shí)刻都有3個(gè)晶體管導(dǎo)通；（3）每隔60°相位角換流一次，換流發(fā)生在同一臂上。變頻器的原理結(jié)構(gòu)圖4.2.2變頻器的控制方式控制方式一：面板基本操作控制運(yùn)用變頻器自帶的操作面板，對(duì)主要參數(shù)（最低頻率，最高頻率，點(diǎn)動(dòng)正反向頻率，點(diǎn)動(dòng)斜坡上升下降時(shí)間等）的設(shè)定最終來控制電機(jī)的運(yùn)行?？刂品绞蕉憾丝陂_關(guān)操作運(yùn)行控制先對(duì)基本參數(shù)設(shè)定，做到一個(gè)約定的開關(guān)量接口控制方式。再將變頻器的開關(guān)量端口與額外的開關(guān)連接。分別用四個(gè)開關(guān)控制電機(jī)的連續(xù)正反向運(yùn)行，點(diǎn)動(dòng)正反向運(yùn)行?？刂品绞饺耗M量操作運(yùn)行控制先對(duì)基本參數(shù)設(shè)定，做到一個(gè)約定的模擬量控制方式。再將變頻器的模擬量接口與模擬信號(hào)發(fā)生器(電位器）連接?？刂泣c(diǎn)位器的輸出電壓/流，即變頻器的輸入電壓/流?？蛇_(dá)到控制轉(zhuǎn)速的最終目的?？刂品绞剿模憾喽喂潭l率控制先做基本的參數(shù)設(shè)定，設(shè)定有四個(gè)開關(guān)量輸入。根據(jù)四個(gè)開關(guān)的有和無。設(shè)置16個(gè)固定的運(yùn)行速度。通過控制四個(gè)開關(guān)的通和斷達(dá)到控制電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速。第五章程序設(shè)計(jì)5.1主程序網(wǎng)絡(luò)1：電梯啟動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間中間輔助部分注釋：M0.0是中間繼電器。按下I0.0，I0.1，I0.2后，M0.0，M0.1，M0.2得電自鎖，并且T37開始計(jì)時(shí)。1.5S后T37得電。網(wǎng)絡(luò)2：電梯上升下降部分注釋：I0.3，I0.4，I0.5分別是安裝在一，二，三樓的行程開關(guān)。如按I0.0時(shí)，電梯就在一樓，則直接開門；如不在一樓則電梯下降（電機(jī)正轉(zhuǎn)）。按是I0.1時(shí)，根據(jù)一樓和三樓的行程開關(guān)的壓合情況，判斷電梯是上升還是下降。按I0.2時(shí)，如電梯就在三樓則直接開門如不在三樓則電梯上升（電機(jī)反轉(zhuǎn)）。Q0.0與Q0.1是電機(jī)正反轉(zhuǎn)互鎖。網(wǎng)絡(luò)3：電梯