四川电梯PLC课设停车场.docx
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四川电梯PLC课设停车场
摘要
本次课设共分三部分进行，第一部分：
采用PLC的停车场控制（组态王演示）。
第二部分：
四层电梯的PLC控制。
第三部分：
查阅变频器的相关资料。
随着经济发展国内汽车的数量剧增，从而引发了停车管理问题。
随着科技的进步，电子技术、计算机技术、通讯技术不断地向各种领域渗透，当今的停车场车位控制系统已经向智能型的方向转变。
先进可靠的停车场控制系统在停车场管理系统中的作用越来越大。
利用PLC控制停车的停车场管理系统是一种高效快捷、公正准确、科学经济的停车场管理手段，是停车场对于车辆实行动态和静态管理的综合。
在本次课设中我们使用组态王开发软件对停车场的PLC控制进行动画模拟，使之在动画中能够实时显示停车场的管理与运行状态。
我们选择三菱FX-2N系列作为我们的四层电梯系统分析并进行硬件实验。
最后一部分中我查阅了相关的一些变频器的资料。
关键字：
停车场的PLC控制、四层电梯、变频器。
目录
第1章工具软件…………………………………………………………………………3
第2章停车场的PLC控制………………………………………………………………4
2.1课题综述…………………………………………………………………………4
2.2停车场控制的PLC实现…………………………………………………………5
2.2停车场控制组态王演示…………………………………………………………10
第3章四层电梯的PLC控制……………………………………………………………15
3.1设计要求…………………………………………………………………………15
3.2PLC实现…………………………………………………………………………16
第4章变频器相关知识…………………………………………………………………24
4.1工作原理…………………………………………………………………………25
4.2功能作用…………………………………………………………………………26
4.3基本组成…………………………………………………………………………27
4.3控制方式…………………………………………………………………………28
4.3发展展望…………………………………………………………………………28
第5章总结………………………………………………………………………………30
参考文献…………………………………………………………………………………30
第1章工具软件
一、GX-Developer
GXDeveloper是三菱PLC的编程软件。
适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。
支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。
本设计中运用此软件进行四层电梯的梯形图编程，并依此进行硬件的调试与运行。
2、组态王
组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。
组态王保持了其早期版本功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。
组态王提供了丰富的、简捷易用的配置界面，提供了大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供了简单易用的接口；该款产品的历史曲线、报表及web发布功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。
组态王在保留了原报表所有功能的基础上新增了报表向导功能，能够以组态王的历史库或KingHistorian为数据源，快速建立所需的班报表、日报表、周报表、月报表、季报表和年报表。
此外，还可以实现值的行列统计功能。
组态王在web发布方面取得新的突破，全新版的Web发布可以实现画面发布，数据发布和OCX控件发布，同时保留了组态王Web的所有功能：
IE浏览客户端可以获得与组态王运行系统相同的监控画面，IE客户端与Web服务器保持高效的数据同步，通过网络您可以在任何地方获得与Web服务器上相同的画面和数据显示、报表显示、报警显示等，同时可以方便快捷的向工业现场发布控制命令，实现实时控制的功能。
组态王集成了对KingHistorian的支持，且支持数据同时存储到组态王历史库和工业库，极大地提高了组态王的数据存储能力，能够更好地满足大点数用户对存储容量和存储速度的要求。
KingHistorian是亚控新近推出的独立开发的工业数据库。
具有单个服务器支持高达100万点、256个并发客户同时存储和检索数据、每秒检索单个变量超过20,000条记录的强大功能。
能够更好地满足高端客户对存储速度和存储容量的要求，完全满足了客户实时查看和检索历史运行数据的要求。
本设计中运用此软件进行停车场控制的动画模拟。
第2章停车场的PLC控制
2.1课题综述
随着科技的进步，电子技术、计算机技术、通讯技术不断地向各种领域渗透，当今的停车场车位控制系统已经向智能型的方向转变。
先进可靠的停车场控制系统在停车场管理系统中的作用越来越大。
利用PLC控制停车的停车场管理系统是一种高效快捷、公正准确、科学经济的停车场管理手段，是停车场对于车辆实行动态和静态管理的综合。
在本次课设中我们使用组态王开发软件对停车场的PLC控制进行动画模拟，使之在动画中能够实时显示停车场的管理与运行状态。
一、控制要求
二、设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行停车场车位运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。
主要内容包括：
1.设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
2.系统有启动、停止功能；
3.运用功能指令进行PLC控制程序设计，并有主程序、子程序和中断程序；
4.程序结构与控制功能自行创新设计；
5.进行系统调试，实现停车场车位的控制要求。
在本次课设中我运用GX-DEVELOPER软件进行停车场的PLC控制，并依此进行硬件系统的结构设计画出结构图、接线图、时序图。
运用组态王软件进行停车场的动画模拟。
可编程逻辑控制器均选用三菱的FX-2N系列。
2.2停车场控制的PLC实现
1、设计原理说明
在本设计中通过传感器感知车的进入与离开。
因此我设定在停车场入口处有一个接近开关（传感器SQ1），当有车经过入口的时候，接近开关输出脉冲，经PLC输出控制电机的线圈，使电机正转，闸栏开启，表示车是入库的，车的数量加一，车库里车得数量经过数码管显示出来。
同理，当车经过SQ2，表示车是出库的，车的数量减一。
2、车辆入库与出库流程图
图一
图二
三、PLC的I/O分配表
表一
四、控制程序设计分析
根据设计要求，启动按钮开关X0，辅助继电器M0得电，M0常开触点闭合，自锁；M0闭合一个扫描周期，将数据寄存器D0到D2清0。
当有车辆靠近入口的接近传感器（X002）时，接触器线圈得电，电机正转，同时行成自锁。
门开启，车辆可入口，M9是当D0的数值为16的时候，表示闸门不能开启。
图三
当车到SQ2位置时，数码管显示加一，同时延时3秒，完成关闸栏，从而完成了一次车入库的动作，
图四
当有车出库的时候，其原理与出库的时候一致，不同之处是D0的内容减1。
图五
在数码管显示的时候，我设计了两组数据的比较指令CMP，其一是D0与10的比较，当D0小于10的时，只显示个位数码管的数值，当等于10的时候，各位显示0，十位显示1。
图六
当D0的数值大于10的时候，M6状态为1，从而D0与16比较，当D0小于16时，D0减去10，余数在D2中，让个位显示D2中的数，十位显示1，同时，当D0中的数小于16的时候，有车位指示灯HL1亮，当D0等于16的时候，HL2指示灯亮。
图七
5、梯形图
图八
2.3停车场控制组态王演示
1、工程建立
组态王在指定路径下建立自己新建的工程项目名，如下图
图九
2、硬件设置
在com口的设置中选择三菱FX2系列。
图十
3、新建画面
在工程浏览器的工程目录显示区中单击“文件”大纲下面的“画面”成员名，然
后在目录内容显示区中双击“新建”图标，出现“新画面”对话框。
下图为主画面的建立。
图十一
下图为开发系统画面
图十二
4、画面制作与变量定义
1、在制作画面的过程中我从网上下载了一些图片文件作为基本元素加入到演示动画当中。
运用了如下处理方法：
图片透明化（使图片显得更立体）。
加入点位图（作为演示画面的背景）。
加入文字、按钮、指示灯等。
2、联系到动作的流程我建立了如下变量
图十三
5、动画连接与程序调试
组态王中，建立画面图素与变量对应关系的过程称为“动画链接”。
建立动画链接后，运行中变量值改变时，图形对应对象可以按照动画链接的要求相应变化。
在演示画面中我通过变量作出相应变化时建立语言指令，从而达到动画效果如下图所示。
图十四
同时我也在应用程序命令语言中和画面属性命令语言中建立了相应程序对动画做出相应指示。
如下图所示（部分程序）。
图十五
六、模拟调试
在当我们建立好变量，与程序编好时全部保存切换到VIEW画面，如图所示。
图十六
系统能实现如下功能
1.自动检测车辆进入的数目。
2.自动检测车辆出去的数目。
3.尚有车位时,入口可以进入灯显示绿色，同时显示尚有车位；无车位则不可进入同时数码管显示16，灯变红，显示车位已满。
4.用数码管显示车的数目
5.如果车位上有车时该车位灯变红，同时左监控画面显示车位号。
这样做便于车主观测是否有车位，和监控人员对车库的实时管理。
6.当有紧急情况时紧急按钮关闭车辆不能入库，但可以出库。
第4章四层电梯的PLC控制
3.1设计要求
如电梯模拟实验台结构所示，其动作要求如下：
[1]电梯上行：
①当电梯停于1楼（1F）或2F、3F时，4楼呼叫．则上行到4楼碰行程开关后停止。
②电梯停于1F或2F，3F呼叫、则上行，到3F行程开关控制停止。
②电梯停于1F，2F呼叫，则上行，到2F行程开关控制停止。
④电梯停于lF，2F、3F同时呼叫，则电梯上行到2F后，停5秒种，继续上行到3F停止。
⑤电梯停于1F，3F、4F同时呼叫，电梯上行到．3F，停5秒，继续上行到4F停止。
⑥电梯停于1F，2F、4P同时呼叫，电梯上行到2F，停5秒，继续上行到4F停止
⑦电梯停于1F，2F、3F、4F同时呼叫，电梯上行到2F，停5秒，继续上行到3F，停5秒，继续上行到4F停止。
⑧电梯停于2F、3F，4F同时呼叫，电梯上行到3F停5秒，继续上行到4F停止。
[2]电梯下行：
①电梯停于4F或3F或2F，1F呼叫，电梯下行到1F停止。
②电梯停于4F或3F，2F呼叫，电梯下行到2F停止。
③电梯停于4F，3F呼叫，电梯下行到3F停止。
④电梯停于4F，3F、2F同时呼叫，电梯下行到3F，停5秒，继续下行到2F停止
⑤电锑停于4F，3F、1F同时呼叫，电梯下行到3F，停5秒，继续下行到1F停止
⑥电梯停于4F，2F、1F同时呼叫，电梯下行到2F，停5秒，继续下行到1F停止。
⑦电梯停于4F，3F、2F、1F同时呼叫，电梯下行到3F，停5秒，继续下行到2F停5秒，继续下行到lF停止。
[3]各楼层运行时间应在15秒以内，否则认为有故障。
[4]电梯停于某一层，数码管应显示该层的楼层数。
[5]设计电梯停于2F,3F时，电梯运行状态。
（上下同时呼叫时，采取先上后下的原则）
3.2PLC实现
在设计的过程中我利用GX-Developer软件对plc实现进行编程处理，结合我们的实验箱进行硬件接线。
1、主流程
四层电梯的自动控制主体思想是将四层楼分为四个状态，每个楼层分为两个子状态一、二，状态一为该楼层的等待状态，状态二为该楼层的行进状态。
四个楼层状态之间依据限位开关进行切换，即一层状态可以切换到二层状态，二层状态可以切换到一、三层的状态。
切换时首先判断该层是否被呼叫，如果被呼叫则切换到该层的等待状态中，等待3秒后进入该层的行进状态中。
主体流程图如下，假设电梯在一层：
图17电梯设计主流程图
二、分段设计
1.开机分支转移程序：
2.等待子程序：
3.行进子程序：
4.电梯上下行判断流程
Lay1——Lay4是四个楼层的限位开关，对应输入X1——X4，四个楼层的呼叫信号对应输入X11——X14，对应中间继电器M11——M14，将四个开关量作为一个整体K1X1、K1M11，然后进行比较，如果K1X1>K1M11，代表呼叫楼层在电梯所在楼层下面，因此电梯下行；相反的，如果K1X1>K1M11，代表呼叫楼层在电梯所在楼层上面，因此电梯上行。
对应的子流程图如下：
电梯上下行判断流程
部分程序如下：
另外设置了数码管显示、楼层呼叫指示灯、主控制按钮和报警部分。
5.数码管显示部分：
当电梯行驶或停靠在某一楼层时，数码管显示出对应的楼层号，利用输出端口Y6——Y14输出数码管显示信号到数码管，即可显示出电梯当前所在的楼层，对应梯形图如下：
一层数码管显示子程序：
二层数码管显示子程序：
三层数码管显示子程序：
四层数码管显示子程序：
楼层呼叫指示灯：
L1——L4对应四个楼层的呼叫指示灯，哪一层有呼叫，哪一层的指示灯就亮，电梯行进到这一层后，指示灯即熄灭。
6.主控制按钮：
利用电梯面板上的RESET按钮作为主控按钮，按下后电梯停止当前动作，停在当前位置。
再次按下主控按钮后，电梯继续之前的动作。
7.报警部分：
电梯上行、下行电机运行时间超过15s后，发出报警知识。
报警部分程序：
三、主程序
四层电梯自动控制PLC梯形图
图十八
四、输入输出分配表
输入输出分配表
输入
输出
主机
实验模块
注释
主机
实验模块
注释
X1
LAY1
一楼行程开关
Y0
DJB
电机下行
X2
LAY2
二楼行程开关
Y1
DJA
电机上行
X3
LAY3
三楼行程开关
COM
COM
GND
X4
LAY4
四楼行程开关
X0
RST
复位
X12
2DN
二层下呼
Y6
A
数码管段码
X13
3DN
三层下呼
Y7
B
X14
4DN
四层下呼
Y10
C
X11
1UP
一层上呼
Y11
D
X12
2UP
二层上呼
Y12
E
X13
3UP
三层上呼
Y13
F
COM1-5
24V
Y14
G
Y5
L4
Y2
L1
Y3
L2
Y4
L3
LEDCOM
GND
X5
IN1
一层内选按钮
24V
24V
X6
IN2
二层内选按钮
GND
GND
X7
IN3
三层内选按钮
X10
IN4
四层内选按钮
五、系统调试
程序编好以后，先自己检查是否有逻辑错误，保证正确后利用GX-Developer软件对所编写的程序进行编译，检查是否有语法错误，出现错误时伟福系统会自动提示有错误产生，并会指定错误的语句，这时我们需要认真检查程序，修改编译中出现的错误。
程序修改无误后，利用实验箱接线并进行观察实验。
第4章变频器相关知识
变频技术诞生背景是交流电机无级调速的广泛需求。
传统的直流调速技术因体积大故障率高而应用受限。
20世纪60年代以后，电力电子器件普遍应用了晶闸管及其升级产品。
但其调速性能远远无法满足需要。
1968年以丹佛斯为代表的高技术企业开始批量化生产变频器，开启了变频器工业化的新时代。
20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频（PWM－VVVF）调速的研究得到突破，20世纪80年代以后微处理器技术的完善使得各种优化算法得以容易的实现。
20世纪80年代中后期，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器技术实用化，商品投入市场，得到了广泛应用。
最早的变频器可能是日本人买了英国专利研制的。
不过美国和德国凭借电子元件生产和电子技术的优势，高端产品迅速抢占市场。
步入21世纪后，国产变频器逐步崛起，现已逐渐抢占高端市场。
上海和深圳成为国产变频器发展的前沿阵地，涌现出了像汇川变频器、英威腾变频器、安邦信变频器、欧瑞变频器等一批知名国产变频器。
其中安邦信变频器成立于1998年，是我国最早生产变频器的厂家之一。
十几年来，安邦信人以浑厚的文化底蕴作基石，支撑着成长，企业较早通过TUV机构ISO9000质量体系认证，被授予“国家级高新技术企业”，多年被评为“中国变频器用户满意十大国内品牌”。
变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。
变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。
随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。
4、1工作原理
1.概述
主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：
电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。
电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。
它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。
2.整流器
大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。
也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。
3.平波回路
在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。
为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。
装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。
4.逆变器
同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。
以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。
控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。
（1）运算电路：
将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。
（2）电压、电流检测电路：
与主回路电位隔离检测电压、电流等。
（3）驱动电路：
驱动主电路器件的电路。
它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。
（4）速度检测电路:
以装在异步电动机轴机上的速度检测器（tg、plg等）的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。
（5）保护电路：
检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。
4、2功能作用
1.变频节能
变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。
为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。
当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。
风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。
当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。
电动机使用变频器的作用就是为了调速，并降低启动电流。
为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程叫整流。
把直流电（DC）变换为交流电（AC）的装置，其科学术语为“inverter”（逆变器）。
一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。
对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。
变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。
对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。
一般变频电源是变频器价格的15－－20倍。
由于变频器设备中产生变化的电压或频率的主要装置叫“inverter”，故该产品本身就被命名为“inverter”，即：
变频器。
变频不是到处可以省电，有不少场合用变频并不一定能省电。
作为电子电路，变频器本身也要耗电（约额定功率的3-5%）。
一台1.5匹的空调自身耗电算下来也有20-30W,相当于一盏长明灯.变频器在工频下运行，具有节电功能，是事实。
但是他的前提条件是：
第一、大功率并且为风机/泵类负载；
第二、装置本身具有节电功能（软件支持）；
第三、长期连续运行。
这是体现节电效果的三个条件。
除此之外，无所谓节不节电，没有什么意义。
如果不加前提条件的说变频器工频运行节能，就是夸大或是商业炒作。
知道了原委，你会巧妙的利用他为你服务。
一定要注意使用场合和使用条件才好正确应用，否则就是盲从、轻信而“受骗上当”。
2.功率因数补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
3.软启动节能
电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。
而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。
节省了设备的维护费用。
从理论上讲，变频器可以用在所有带有电动机的机械设备中，电动机在启动时，电流会比额定高5-6倍的，不但会影响电机的使用寿命而且消耗较多的电量.系统在设计时在电机选型上会留有一定的余量，电机的速度是固定不变，但在实际使用过程中，有时要以较低或者较高的速度运行，因此进行变频改造是非常有必要的。
变频器可实现电机软启动、补偿功率因素、通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的，而且能给设备提供过流、过压、过载等保护功能。
4、3基本组成
变频器通常分为4部分：
整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。
整流单元：
将工作频率固定的交流电转换为直流电。
高容量电容：
存储转换后的电能。
逆变器：
由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。
控制器：
按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。
4、4控制方式
升级会员 