基于三菱PLC的三层电梯控制系统毕业设计论文.docx
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基于三菱PLC的三层电梯控制系统毕业设计论文
毕
业
设
计
题目三菱三层电梯控制
一、摘要…….....................................................................2
二、关键字…….................................................................2
三、第一章概述……....................................................2
四、第二章可编程控制器简介…….............................3
五、2.1可编程控制器的特点……............................3
六、2.2PLC的控制功能…........................................5
七、第三章可编程控制器梯形图编程规则….............8
八、第四章基本指令简介……...................................10
九、第五章电梯控制系统…….....................................12
一十、5.１ ＰＬＣ在电梯控制中的应用…....................12
一十一、5.2电梯控制的模拟面板图……....................18
一十二、第六章可编程控制器的安装和维护................19
一十三、第七章附录……...............................................21
一十四、参考文献…….....................................................22
摘要
可编程控制器是以微处器为核心，综合计算机技术、自动控制和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。
经过30多年的发展，在工业生产中获得极其广泛的应用。
目前，可编程控制器成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。
其应用的深度和广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标志。
可编程控制器的定义
早期的可编程控制器主要是用来替可编程控制器（ProgrammableController）缩写为PC，为了与个人计算机的PC（PersonalComputer）相区别，有时在PC中人为地增加L而写成PLC。
自1969年第一台可编程控制器面世以来，经历了30多年的发展，可编程控制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器，可以说只有可编程控制器才是真正的工业控制计算机。
初期可编程控制器只是用于逻辑控制器，用于代替继电控制盘，但现在可编程控制器已进入包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。
现在可编程控制器继续保留了原来逻辑控制器的所有优点，同时它吸收发展了其它控制器（如过程仪表、计算机、集散系统、分散系统等）的优点，在许多场合只需可编程控制器即可构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集及控制和图形工作站的经济合算、体积小巧、设计调试方便的综合控制系统。
关键词：
传统控制、PLC控制、控制指令、智能、计算机、机器人等。
第一章概述
可编程控制器是采用微机技术的通用工业自动化装置，近几年来，在国内已得到迅速推广普及。
正改变着工厂自动控制的面貌，对传统的技术改造、发展新型工业具有重大的实际意义。
可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。
其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。
根据实际应用对象，将控制内容写入控制器的用户程序内，控制器和被控对象连接也很方便。
随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出块和外围电路都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的已不再是仅有逻辑判断功能，还同时具有数据处理、调节和数据通信功能。
可编程控制器对用户来说，是一种无触点备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。
另一方面，从制造生产可编程控制器，适合批量生产。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。
目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。
第二章可编程控制器简介
2.1可编程控制器的特点
1.可靠性高，抗干扰能力强
现代PLC采用了集成度很高的微电子器件，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其可靠程度是使用机械触点的继电器所无法比较的。
为了保证PLC能在恶劣的工业环璄下可靠工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件主面的抗干扰措施。
硬件主面采取的主要措施有：
1、隔离----PLC的输入、输出接口电路一般都采用光电耦合器来传递信号，这种光电隔措施使外部电路与PLC内部之间完全避免了电的联系，有效的抑制了外部的干扰源对PLC的影响，还可防止外部强电窜入内部CPU。
2、滤波----在PLC电路电源和输入、输出（I/O）电路中设置多种滤波电路，可有效抑制高频干扰信号。
3、在PLC内部对CPU供电电源采取屏蔽、稳压、保护等措施，防止干扰信号通过供电电源进入PLC内部，另外各个输入、输出（I/O）接口电路的电源彼此独立，以避免电源之间的互相干扰。
4、内部设置连锁、环璄检测与诊断等电路，一旦发生故障，立即报警。
5、外部采用密封、防尘、抗振的外壳封装结构，以适应恶劣的工作环璄。
在软件方面采取的主要措施有：
1、设置故障检测与诊断程序，每次扫描都对系统状态、用户程序、工作环璄和故障进行检测与诊断，发现出错后，立即自动做出相应的处理，以适应恶劣的工作环璄。
2、对用户程序及动态数据进行电池后备,以保障停电后有相关状态及信息人不会因此而丢失。
采用以上抗干扰措施后，一般PLC的抗电平干扰强度可达峰值1000V，脉宽10US，其平均无故障时间可高达30-50万小时以上。
2、编程简单易学
PLC采用与继电器控制线路图非常接近的梯形图作为编程语言，它既有继电器电路清淅直观的特点，又充分考虑到电气工人和技术人员的读图习惯，对于使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识，因此，易学易懂，程序改变也容易修改。
3、功能完善，适应性强
目前PLC产品已经标准化、系列化和模块化，不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有A/D、D/A转换、算术运算及数据处理、通信联网和生产过程监控等功能。
它能根椐实际需要，方便灵活地组装成大小各异、功能不一的控制系统：
既可控制一台单机、一条生产线、以可以控制一个机群、多条生产线；既可以现场控制，以可以远程控制。
针对不同的工业现场信号，如交流或直流、开关量或模拟量、电流或电压、脉冲或电位、强电或弱电等，PLC都有相应的I/O接口模块与工业现场控制器件和设备直接连接，用户可以根据需要方便地进行配置，组成实用、紧凑的控制系统。
4、使用简单，调试维修方便
PLC的接线极其方便，只需将产生输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC的输入端子连接，将接收输出信号的被控设备（如接触器、电磁阀等）与的输出端子连接，仅用螺丝刀即可完成全部接线工作。
PLC的用户程序可在实验室摸拟调试，输入信号用开关来摸拟，输出信号可以观察PLC的发光二极管。
调试后再将PLC在现场安装通调。
调试工作量要比继电器控制系统少得多。
PLC的故障率很低，并且有完善的自诊断功能和运行故障指示装置。
一旦发生故障，可以通过PLC机上各种发光二极管的亮灭状态迅速查明原因，排除故障。
5、体积小、重量轻、功耗低
由于PLC的采用半导体大规模集成电路，因此整个产品结构紧凑，体积小、重量轻、功耗低，以三菱FXON—24M型PLC为例，其外形尺寸仅为130MM*90MM*87MM，重量只有600G，功耗小于50W所以，PLC很容易装入机械设备内部，是实现电一体化的理想的控制设备。
2.1.2PLC的控制功能
PLC的应用范围极其广阔，经过30多年的发展，目前PLC已经广泛应用于冶金、石油、化工、建材、电力、矿山、机械制造、汽车、交通、环保等各行各业。
几乎可以说，凡是有控制系统存在的地主就有PLC。
概括起来，PLC的应用主要有以下5个方面。
1、开关量控制
这是PLC最基本原应用领域，可用PLC取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制。
在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例，如机床电气控制、起重机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机的控制、电梯的控制、饮料灌装生产线、家用电器（电视机、冰箱、洗衣机等）自动装配线的控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线的控制等。
2、模拟量控制
目前，很多PLC都具有模拟量处理功能在，通过模拟量I/O模块可对温度、压力、速度、流量等连续变化的模拟量进行控制，而且编程和使用都很方便。
大、中型的PLC还具有PID闭环控制功能。
运用PID子程序或使用专用的智能PID模块，在以实现对模拟量的闭环过程控制。
随着PLC规模的扩大，控制的回路已广泛应用于工业生产各个行业，例如自动焊机控制、锅炉运行控制、连轧机的速度和位置等都是典型的闭环过程控制的应用场合。
3、运动控制
运动控制是指PLC对直线运动或圆周运动的控制，也称为位置控制，早期PLC通过开关量I/O模块与位置传感器和执行机构的连接来实现这一功能，现在一般都使用专用的运动控制模块来完成。
目前，PLC的运动控制功能广泛应用在金属切削机床、电梯、机器人等各种机械设备上，典型的如PLC和计算机数控装置（CNC）组合成一体，构成先进的数控机床。
4、数据处理
现代PLC都具有不同程度的数据处理功能，能够完成数学运算（函数运算、矩阵运算、逻辑运算）、数据的移位、比较、传递、数值的转换和查表等操作，对数据进行采集、分析和处理。
数据处理通常用在大、中型控制系统中，如柔性制造系统、机器人的控制系统等。
5、通信联网
通信联网是指PLC与PLC之间PLC与上位计算机或其他智能设备间的通信，利用PLC和计算机的RS—232或RS—422接口、PLC的专用通信模块，用双绞线和同轴电缆或光缆将它们联成网络，可实现相互间的信息交换，构成“集中管理，分散控制”的多级分布式控制系统，建立工厂的自动化网络。
2、2PLC系统的组成及功能
PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。
因此，它的组成与一般的微机计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。
1、2、1PLC的硬件系统
PLC的硬件系统由基本单元、I/O扩展单元及外部设备组成。
图1—1所示为PLC的硬件系统结构框图。
图1—1PLC的硬件系统结构框图
1、微处理器（CPU）
与通用计算机一样，CPU是PLC的核心部件，在PLC控制系统中的作用类似于人体的神经中枢，整个PLC工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行的。
它的主要功能有以下几点：
1、接收从编程器输入的用户程序和数据，送入存储器存储，
2、用扫描方式接收输入设备的状态信号，并存入相应的数据区（输入映像寄存器）；
3、监测和诊断电源、PLC内部电路工作状态和用户程序编程过程中的语法错误;
4、执行用户程序，完成各种数据的运算、传递和存储等功能;
5、根据数据处理的结果，刷新有关标志们的状态和输出状态寄存器表的内容，以实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。
2、存储器
PLC配有两种存储器：
系统存储器和用户存储器。
系统存储器存放在程序，用户存储器用来存放用户编制的控制程序。
常用的存储器类型有CMOSRAM、EPROM和EEPROM。
因为系统程序用来管理PLC系统，不能由用户直接存取，所以，PLC产品样本或说明书中所列的存储器类型及其容量，系指用户程序存储器而言。
如FX2—24M的存储器容量在4K步，即是指用户程序存储器的容量。
PLC所配的用户存储器的容量大小差别很大，通常中小型PLC的用户存储器存储器容量在8K步以下，大型PLC的存储容量可达到或超过256K步。
3、输入\输出（I/O）部件
PLC输入/输出模块的电路框图如图1—2所示。
I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。
输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。
输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。
I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。
I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。
为了提高抗干扰能力，一般的输入/输出模块都有光电隔离装置。
在数字量I/O模块中广泛采用发光二极管和光电三极管组成的光电耦合器，在模拟量I/O模块中通常采用隔离放大器。
来自工业生产现场的输入信号经输入模块进入PLC。
这些信号有的是数字量，有的是模拟量，有的是直流信号，有的是交流信号。
使用时要根据输入信号的类型选择合适的输入模块。
PLC具有多种I/O模块，常见的有数字量I/O模块和模拟量I/O模块，以及快速响应模块、高速计数模块、通信接口模块、温度控制模块、中断控制模块、PID控制模块和位置控制模块等种类繁多、功能各异的专用I/O模块和智能I/O模块。
I/O模块的类型、品种与规格越多，PLC系统的灵活性越好，I/O模块的I/O容量越大，PLC系统的适应性越强。
图1—2I/O接口电路结构框图
A）输入接口B）输出接口
4、电源部件
PLC配有开关式稳压电源的电源模块，用来将外部供电电源转换成供PLC内部的CPU、存储器和I/O接口等电路工作所需的直流电源。
PLC的电源部件有很好的稳压措施，因此对外部电源的稳定性要求不是很高，一般允许外部电源电压的额定值在+10%-15%的范围内波动。
小型PLC的电源往往和CPU单元合为一体，大中型PLC都有专用电源部件。
5、编程器
编程器是PLC的最重要的外围，也是PLC不可缺少的一部分。
它不仅可以写入用户程序，还可以对用户程序进行检查、修改和调试，以及在以线监视PLC的工作状态。
它通过接口与CPU联系完成人机对话。
编程器是PLC的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。
除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。
编程器一般分为简易编程器和图形编程器两类。
简易编程器功能较少，一般只能用语名表形式进行编程，通常需要连机工作。
简明编程器使用时直接与PLC的专用插座相连接，由PLC提供电源。
它体积小，重量轻，便于携带，适合小型PLC使用。
图形编程器既可以用指令语句进行编程，又可以用梯形图编程，既可以连机编程又可以脱机编程，操作方便，功能强，有液晶显示的便携式和阴极射线式丙种。
图形编程器还可以与打印机、绘图仪等设备连接，但价格相对较高。
通常大中型PLC多采用图形编程器。
6其他外部设备
PLC还配有生产厂家提供的其他一些设备，如外部存储器、打印机、EPROM等。
7、I/O扩展单元
I/O扩展单元用来扩展输入、输出点数。
当用户所需的输入、输出点数超过PLC基本单元的输入、输出点数时，就需要加上I/O扩展单元来扩展，以适应控制系统的要求。
2.2.3PLC的软件系统
硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC系统，它们相辅相成，缺一不可。
没有软件的PLC系统称为裸机系统，不起任何作用，犹如无米之锅。
反之没有硬件系统，软件系统也失去了基本的外部条件，程序根本无法运行。
2.2.4PLC的性能指标
PLC的主要性能，一般可用以下几种指标表述。
1、用户程序存储容量
用户程序存储是衡量PLC存储用户的一项指标，通常以字为单位表示。
每16位相邻的二进制数为一个字，1024个字为1K字，对于一般逻辑操作指令，每条指今占1个字，定时/计数、移位指今每条占2个字，数据操作指令每条占2—4个字。
有些PLC是以编程的步数来表示用户程序存储容量的，每条指令包含若干步，一步占用一个地址单元，一个地址单元为两个字节。
2、I/O总点数
I/O总点数是PLC可接收输入信号和输出信号的数量。
PLC的输入和输出量有开关量和模拟量两种。
对于开关量，其I/O总点数用最大I/O点数表示，对于模拟量，I/O总点数用最大I/O通道表示。
FX系列基本单元和扩展单元
单元
I/O点数
型号
基
本
单
元
8/8
FX2--16M
12/12
FX2—24M
16/16
FX2--32M
24/24
FX2—48M
32/32
FX2—64M
40/40
FX2--80M
扩展单元
16/16
FX2--32M
24/24
FX2--48M
2.2.5PLC的工作原理
PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。
即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。
然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。
在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
PLC在输入采样阶段：
首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。
随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。
PLC在程序执行阶段：
按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
输出刷新阶段：
当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。
第三章 可编程控制器梯形图编程规则
1、编程元件
PLC是采用软件编制程序来实现控制要求的。
编程时要使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合和动断触点。
编程元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等。
PLC内部这些继电器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似，也有“线圈”与“触点”，但它们不是“硬”继电器，而是PLC存储器的存储单元。
当写入该单元的逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器线圈得电，其动合触点闭合，动断触点断开。
所以，内部的这些继电器称之为“软”继电器。
FX2N-48MR编程元件的编号范围与功能说明如下表所示
元件名称
符号
编号范围
功能说明
输入继电器
X
X0～X27共24点
接受外部输入设备的信号
输出继电器
Y
Y0～Y27共24点
输出程序执行结果并驱动外部设备
辅助继电器
M
M0～M499共500点
在程序内部使用，不能提供外部输出
继电器
T
T0～T199
100ms延时定时继电器,在程序内部使用
T200～T245
10ms延时定时继电器,在程序内部使用
计数继电器
C
C0～C99
加法计数继电器，触点在程序内部使用
数据寄存器
D
D0～D199
数据处理用的数值存储元件
嵌套指针
N、P
N0～N7P0～P127
N主控用，P跳跃、子程序用
2、编程语言
所谓程序编制，就是用户根据控制对象的要求，利用PLC厂家提供的程序编制语言，将一个控制要求描述出来的过程。
PLC最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言，且两者常常联合使用。
1）
梯形图（语言）梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言。
它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形，直观易懂。
梯形图中常用图形符号分别表示PLC编程元件的动断和动合接点；用表示它们的线圈。
梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别。
梯形图的设计应注意到以下三点：
①梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。
每一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。
②梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。
这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。
③输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。
因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。
输出继电器则输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。
输出继电器的触点也可供内部编程使用。
2）指令语句表
指令语句表是一种用指令助记符来编制PLC程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言易懂易学，若干条指令组成的程序就是指令语句表。
一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。
下例为PLC实现三相鼠笼电动机起/停控制的两种编程语言的表示方法：
KMY000步序指令语器件号
SSSTX000X0010LDX000
KMY0001ORY000
2ANIX001
（1）继电接触控制线路图
（2）梯形图3OUTY000
4END
第四章基本指令简介
基本指令如表所示：
名称
助记符
目标元件
说明
取指令
LD
X、Y、M、S、T、C
常开接点逻辑运算起始
取反指令
LDI
X、Y、M、S、T、C
常闭接点逻辑运算起始
线圈驱动指令
OUT
Y、M、S、T、C
驱动线圈的输出
名称
助记符
目标元件
说明
与指令
AND
X、Y、M、S、T、C
单个常开接点的串联
与非指令
ANI
X、Y、M、S、T、C
单个常闭接点的串联
或指令
OR
X、Y、M、S、T、C
单个常开接点的并联
或非指令
ORI
X、Y、M、S、T、C
单个常闭接点的
升级会员 