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1、河北工业大学本科毕业设计（论文）前期报告河北工业大学本科毕业设计（论文）前期报告毕业设计（论文）题目：基于S7-200 PLC 四层透明电梯模型电气控制系统设计专业：电气工程与自动化专业学生信息：学号050800、姓名：范瑞雪、班级：电气056指导教师信息：教师号 姓名 ：梁涛职称 ：副教授一工作过程：在前期工作中，我主要了解了一下电梯的产生发展，可编程控制器的基本结构、工作原理，知道了其与传统继电接触控制系统相比的主要优点，知道了德国西门子 SIMATIC S7-200系列可编程序控制器的性能指标。1.电梯的产生发展： 1887年，美国奥梯斯公司制造出世界上第一台电梯，这是一台以直流电动机传
2、动的电梯。它被装设在1889年纽约德玛利斯大厦。这座古老的电梯，每分钟只能走10米左右。当初设计的电梯纯粹是为了省力。1900年，以交流电动机传动的电梯开始问世。1902年，瑞士的迅达公司研制成功了世界上第一台按钮式自动电梯，采用全自动的控制方式，提高了电梯的输送能力和安全性。随着超高层建筑的出现，电梯的设计、工艺不断得到提高，电梯的品种也逐渐增多。1900年，美国奥梯斯公司制成了世界上第一台电动扶梯。1950年又制成了安装在高层建筑外面的观光电梯，使乘客能在电梯运行中清楚地眺望四周的景色。中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于1901年安装的。如今，在我国任何一个城市，电梯都在被
3、广泛应用着。电梯给人们的生活带来了巨大的便利。2. 可编程控制器的基本结构、工作原理：可编程控制器简称PC（英文全称：Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下
4、应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”PLC的特点：可靠性高，抗干扰能力强；硬件配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低。PLC的应用领域：开关量的逻辑控制；模拟量控制；运动控制；过程控制；数据处理；通信及联网；PLC的构成：从结构上分，PLC
5、分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC采用循环执行的工作方式，即循环扫描，也就是用户程序执行完一次之后，又返回去执行第二次、第三次直到停机。基本扫描周期包含五个步骤：将输入信号读入输入映象区；执行用户程序；通讯事务的处理；PLC内部事务的处理；输出信号的刷新。除了这五个基本步骤之外，PLC可随时响应用户的中断请求，并按预先设定的中断优先级别依次执行，从这个意义上讲，每个扫描周期所占有的时间并不完全
6、相同。3.可编程控制器在电梯中的应用： （1）、光电编码器的工作原理 光电编码器是一种新型的转速及定位控制用传感器，其工作故事可以用光电码盘说明。光电码盘是沿圆周开有均匀的孔或齿的圆盘，一组发光元件及光敏元件分置在盘的两边，当圆盘转动时，光时而通过孔或齿隙照到光敏元件上，时而被圆盘阻挡，这样光敏元件上就产生了脉冲串波形的电信号。将该信号放大、整形，就能用来测量转速及位移。光电编码器在旋转一周时可以产生数千以至上万的脉冲以满足高精度的转速及定位要求(在选择编码器追求高精度时，也要考虑控制器的接收频率！)。在电梯的应用中，对于编码器的分辨率要求并不高，轿厢运动1mm能产生数个脉冲就可以了。我们希望
7、的是编码器在产生脉冲的同时能解决转向判断的问题，那么如今的编码器一般都是设有两套(或是三套-零位测量用)光电装置的，两套光电装置产生的脉冲的相位有一定的差别，就也就产生了方向信号，如A装置产生脉冲相位超前于B相时为正转。反之，为反转。为了方便论述，我们选择轿厢运行1mm，编码器产生1个脉冲。 （2）、PLC的高速计数器及高速计数指令(以三菱FX系列论述) 高速计数器是PLC的编程软元件。相对普通计数器，高速计数器用于频率高于机内扫描频率的机外脉冲计数(建议认真了解一下PLC扫描周期的概念)。由于计数信号频率高，计数以中断方式，计数器的启动、复位、或计数方向的变化也多使用机外信号。PLC的高速计
8、数器分为三种：1、单相单计数输入高速计数器，2、单相双计数输入高速计数器，3、双相双计数输入高速计数器。如单相单计数输入高速计数器C235是采集X0的输入信号。(PLC有其自己的规定，具体参照使用手册。) 高速计数器有两种工作方式。第一种利用自身触点的动作为信号，高速计数器和普通32们增减计数器一样，在增计数到达设定值时，触点动作并保持，在做减计数达到设定值时(如触点已置位)触点复位。这种方式的缺点是控制受扫描周期的影响。高速计数器的第二种工作方式为中断方式，这需使用高速计数器的专用指令。FX2N有三条是关于高速计数器的指令：1、高速计数器置位指令(HSCS)，2、高速计数器的复位指令(HSC
9、R)，3、高速计数器区间比较指令(HSZ),此三条指令均为32位指令，均为中断方式执行。 结合五层电梯的控制，选择FX2N-64MRPLC为控制器，选取双相双计数输入高速计数器C254作为轿厢的定位计数器。其A相脉冲输入端为X000，B相脉冲输入端为X0001，处复位端为X0002，外启动端为X0006。 （3）、基于高速计数器的轿厢位置确定 电梯运行时，高速计数器在光电编码器的驱动下完成计数工作，当轿厢上升时加计数，当轿厢下降时减计数，高速成计数器的当前值即是轿厢在井道中的准确位置，如楼层高度为5M，正常运行时计数范围为0-20000的数值，可设高速计数器设定值为30000或其他大于2000
10、0的数值，由于本程序并不打算利用当前值等于预置值事件，便可以设个永远不可能达到的数值。轿厢位置的确定有多重用处。其一是实现门厅及轿厢内楼层数字指示，二是用于运行定向，三是用于确定平层制动的时刻。在每层楼上下各安排200mm轿厢当前位置批示切换区间，当轿厢到达该区间时，将轿厢当前位置数据送到层楼当前值存储单元中保存，用来作为门厅及轿厢处楼层显示数据。 为了电梯运行之初的调试及维修时修正机械原因及建筑原因带来的楼层计数器定位误差，可在程序中安排定位自学习程序。通过检修运行获得各层的准确数据4. 可编程控制器程序设计语言: 在可编程控制器中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表
11、图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。二遇到的问题、解决问题的方法、效果、启示在学习中PLC的编程以及流程图、梯形图的画法是关键，如何利用PLC实现四层电梯的控制、以及如何利用旋转编码器可靠地停车都是有待解决的问题。在以后的研究中要以分析四层电梯模型的结构和工作原理为突破口，采用PLC设计电梯电气自动控制程序（主要是PLC的梯形图），设计出I/O对照表和程序流程图。三文献综述文献一介绍一种以S7-200 PLC为控制平台,实现电梯升降和开关门的简单操作系统,专为工业环境下应用而设计的电子控制装置。它采用可编程序的存储器,用来存储用户指令,通过数字或模拟的输入输出,完成一系列逻辑,顺序,
12、定时等确定的功能,来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程.该篇文献所介绍的设计电梯的模型对以后的实现电梯的功能有所帮助。文献二介绍了一种PLC控制的电梯教学模型,详细阐述了电梯系统的基本原理、电梯模型控制系统的硬件构成,以及软件实现的流程图。通过对这篇文献的学习了解了电梯模型的硬件结构。文献三对可编程控制器的基本结构进行了分析与研究，探讨了PLC的硬件系统和软件系统。在此基础上，分析了PLC的基本工作原理。最后，以SIMATIC S7-200为例，分析了该型号PLC的基本结构。文献四介绍了基于可编程序控制器(PLC)的电梯控制系统的基本结构、控制原理和实现方法，并详细介绍了电梯PLC控制一些
13、主要环节的实用程序，分析了PLC在电梯控制技术中的应用。该文献所提及的内容对课题的研究指导了大的研究方向。文献五介绍了一种级式编程技术的方法，具体讨论了电梯的正常运行方式、消防运行方式和检修运行方式的级设计的方案，在电梯实验平台上对该方案进行了验证。并通过实验证明，采用级式编程技术，控制软件与工序动作有较好的对应关系，结构模块化，编制和调试效率高。与梯形图相比，软件语句少，扫描时间短，实时性较强。该文献介绍的编程新技术可应用在实现电梯控制程序。文献六分析了PLC可靠性高、抗干扰能力强等特点，分析了采用PLC对电梯进行实时控制的优势,以五层楼电梯为例,分别应用PLC的梯形图语言和指令表语言具体设
14、计和分析了电梯的主机呼叫优先响应控制程序和开关门电机的控制程序。文献七介绍了应用PLC来实现电梯模型的自动控制,详细叙述了电梯模型的PLC控制系统的设计方法。此PLC控制系统在对四层电梯模型的控制中取得了良好的效果,完全满足系统提出的控制要求。文献八、文献十一和文献十二介绍了可编程控制器的基本结构和基本原理。文献九介绍了一种采用PLC控制的四层教学电梯模型, 具有一定的规模和实际电梯的主要操作功能，是一台应用小型PLC的典型教学实训装置,其控制软件的设计方法适用于实际电梯的研究。其运行控制及安全保护结合实际电梯要求而设计,可强化实际工程意识，PLC软件的设计采用了模块化结构，对进一步开发实际高
15、层电梯控制系统有较高的参考价值。文献十提出了电梯集选控制的一种递推选层算法，这种算法可明显地减少编程语句，优化程序设计.该电梯模型既可用于PLC教学，又可用于实用电梯控制软件的研究及调试.文中提出的递推选层算法对开发高层实用电梯控制软件有一定参考价值.所研制的五层模型电梯结构紧凑、功能齐全、演示效果好，是一套理想的PLC教学及研究电梯控制的实验装置.文献十三主要讲解了OMRON的PLC的基本原理和基本结构。1刘俊S7-200 PLC在电梯模型中的应用J山西电子技术，20082李天建可编程控制器的基本结构分析与研究J电脑知识与技术，20043林海波PLC在电梯控制系统设计中的应用J长春工程学院学
16、报，20034段晨东，王俭，别学军PLC级式编程技术在电梯上的应用J机电一体化，20015邱炎儿PLC在电梯教学模型中的应用J机械管理开发，20076黄金花应用PLC进行电梯控制J电力学报，20027廖映华,符纯华,孙祥国PLC在电梯模型控制系统中的应用J电气技术与自动化，20078赵先德可编程序控制器的结构及工作原理J内蒙古科技与经济，20029 赵会军，曹等场，于红基于P L C控制的实训电梯模型研发J科技资讯，200810 徐世许P L C控制电梯的研究和五层模型电梯的研制J青岛大学学报，199711 John W. Webb, Ronald A. ReisPROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLERSJFacta Univ. Ser.: Elec. Energ., vol. 16, No. 2, August 2003, pp. 285-28712 Pogrammable Contoller MELSECF/F/F/FX Seies Programming ManualMitsubishi Electric CorPoration，199413OMRONSYSMAC-C60P Programmable controller USES MANUAL6