1、燕山大学电院 PLC 课程设计第 1 页 共 23 页目录引 言3第 1 章 四层电梯控制要求4第 2 章 理论知识基础 52、1 自动电梯相关原理知识 52、2 PLC 相关知识 6 2、3 变频器相关知识7第 3 章 电梯控制具体设计 93、1 输入输出分配表 93、2 主体流程113、3 总梯形图 12第 4 章 组态王软件相关知识 124、1 组态王简介 124、2 组态王实现步骤12第 5 章 用组态王实现行车方向的控制 145、1 行车 动作要求 14燕山大学电院 PLC 课程设计第 2 页 共 23 页5、2 组态王设计行车方向控制的主画面155、3 定义变量（数据词典）155、
2、4 斗车初始位置165、5 斗车行进165、6 斗车后退 165.、7 组态王实现行车方向控制的命令语言 17课设总结 17参考文献 18附录一 18附录二 21燕山大学电院 PLC 课程设计第 3 页 共 23 页引言PLC 是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。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，可靠性高，抗干扰能力强，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、建造工作量小
3、，维护方便，容易改，体积小，重量轻，能耗低。而组态王是一款开发监控系统软件，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 。 它 具 有 适 应 性 强 、 开 放 性 好 、 易 于 扩 展 、 经 济 、 开 发 周期 短 等 优 点 。 通 常 可 以 把 这 样 的 系 统 划 分 为 控 制 层 、 监 控 层 、管 理 层 三 个 层 次 结 构 在这次为期一周的课设中，我利用三菱系列 PLC 设计了四层电梯自动控制程序并且进行了仿真实验，利用组态王
4、软件设计了行车方向的控制人机界面，配合组态王的编程语言实现了组态王的仿真运行。燕山大学电院 PLC 课程设计第 4 页 共 23 页关键字： 四层电梯 变频器 组态王 行车方向的控制 心得体会第一章 四层电梯控制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：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；电梯停于 1F 或 2F，3F 呼叫、则上行，到 3F 行程开关控制停止；电梯停于 1F，2F 呼叫，则上行，到 2F 行程开关控制停止；电梯停于 lF，2F、3F 同时呼叫，则电梯上行到 2F 后，停 3 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 3 秒，继续上行到 4F 停止；电梯停于 1F，2F、4P 同时呼叫，电梯上行到 2F，停 3 秒，继续上行到 4F 停止；电梯停于 1F，2F、3F、4F 同时呼叫，电梯上行到 2F，停 3 秒，继续上行到 3F，停 5 秒，继续上行到 4F 停止；电梯停于 2F、3F，4F 同时呼叫，电梯上行到 3F 停 3 秒，继续上燕山大学电院 PLC 课程设计第 5 页 共 23 页行到 4F 停止。2 电梯下行：电梯停于 4F 或 3F 或 2F，1F 呼叫，电梯下行到 1F 停止；电梯停于 4F 或 3F，2F 呼叫，电梯下行到 2F 停
6、止；电梯停于 4F，3F 呼叫，电梯下行到 3F 停止；电梯停于 4F，3F、2F 同时呼叫，电梯下行到 3F，停 3 秒，继续下行到 2F 停止；电锑停于 4F，3F、1F 同时呼叫，电梯下行到 3F，停 3 秒，继续下行到 1F 停止；电梯停于 4F，2F、1F 同时呼叫，电梯下行到 2F，停 3 秒，继续下行到 1F 停止；电梯停于 4F，3F、2F、1F 同时呼叫，电梯下行到 3F，停 3 秒，继续下行到 2F 停 3 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
7、行状态。（上下同时呼叫时，采取先上后下的原则）第二章 理论知识基础2、1 自动电梯相关原理知识电梯以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑燕山大学电院 PLC 课程设计第 6 页 共 23 页乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。电梯是机电一体化产品。其机械部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。2、2 PLC 相关知识2、2、1 PLC 基本概念PLC 是一种专门为在工业环境下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
8、、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人和输出，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按照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。2、2、2 PLC 基本结构PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： 1.电源：为 PLC 提供电能的设备。2. 中央处理单元(CPU)：PLC 的控制中枢。3.存储器：存放系统软件的存储器称为系统程序存储器，存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 4.输入输出接口电路 燕山大学电院 PLC 课程设计第 7 页 共 23 页现场输入接口电路由
9、光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是 PLC与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用 PLC 通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 5.功能模块：如计数、定位等功能模块。 PLC 功能强大，在本次课设中主要应用 PLC 的开关逻辑、顺序控制和定时控制等功能。采用三菱 FX1S 系列的单片机，编程简单，使用方便。2、3 变频器相关知识为了控制交流电梯，提高电能利用率，使自动电梯的运行更加安全稳定，须配合变频器对自动电梯进行控制。变频器是通过轻负载降压实现节能的，安装变频器的电动机所带的机械负载，如风机、水泵并不是经常
10、工作在满载情况下，当系统要求机械负载不在额定负载运行时，可以通过变频调节电动机的转速，使得电动机输出的功率能满足系统的要求，而不必通过风机的动叶、水泵出口的调节门的节流进行调节，降低了系统的节流损失。另外，变频器可以改变电动机的无功损耗，改善启动条件，提高功率因素，可以降低无功功率传递而引起的有功损耗，这对节能也是存在一定意义的。2、3、1 变频器的工作原理主 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 流燕山大学电院
11、 PLC 课程设计第 8 页 共 23 页的 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、3、2 变频器的控制方式低 压 通 用 变 频 输 出 电 压 为 380 650V， 输
12、 出 功 率 为0.75 400kW， 工 作 频 率 为 0 400Hz， 它 的 主 电 路 都 采 用 交 直 交电 路 。 其 控 制 方 式 经 历 了 以 下 四 代 ：1、 1U/f=C 的 正 弦 脉 宽 调 制 (SPWM)控 制 方 式 ： 其 特 点 是 控 制 电 路 结 构 简 单 、 成 本 较 低 ， 机 械 特 性 硬 度 也 较 好 ，能 够 满 足 一 般 传 动 的 平 滑 调 速 要 求 ， 已 在 产 业 的 各 个 领 域 得 到 广 泛 应用 。 但 是 ， 这 种 控 制 方 式 在 低 频 时 ， 由 于 输 出 电 压 较 低 ， 转 矩 受
13、 定 子电 阻 压 降 的 影 响 比 较 显 著 ， 使 输 出 最 大 转 矩 减 小 。 因 此 人 们 又 研 究 出矢 量 控 制 变 频 调 速 。 2、 电 压 空 间 矢 量 (SVPWM)控 制 方 式 ： 它 是 以 三 相 波 形 整 体 生 成 效 果 为 前 提 ， 以 逼 近 电 机 气 隙 的 理 想 圆形 旋 转 磁 场 轨 迹 为 目 的 ， 一 次 生 成 三 相 调 制 波 形 ， 以 内 切 多 边 形 逼 近圆 的 方 式 进 行 控 制 的 。 经 实 践 使 用 后 又 有 所 改 进 ， 即 引 入 频 率 补 偿 ，能 消 除 速 度 控 制
14、的 误 差 ； 通 过 反 馈 估 算 磁 链 幅 值 ， 消 除 低 速 时 定 子 电阻 的 影 响 ； 将 输 出 电 压 、 电 流 闭 环 ， 以 提 高 动 态 的 精 度 和 稳 定 度 。 但燕山大学电院 PLC 课程设计第 9 页 共 23 页控 制 电 路 环 节 较 多 ， 且 没 有 引 入 转 矩 的 调 节 ， 所 以 系 统 性 能 没 有 得 到根 本 改 善 。 3、 矢 量 控 制 (VC)方 式 ：矢 量 控 制 变 频 调 速 的 做 法 是 将 异 步 电 动 机 在 三 相 坐 标 系 下 的 定 子电 流 Ia、 Ib、 Ic 通 过 三 相 二
15、相 变 换 ， 等 效 成 两 相 静 止 坐 标 系 下 的 交流 电 流 Ia1Ib1， 再 通 过 按 转 子 磁 场 定 向 旋 转 变 换 ， 等 效 成 同 步 旋 转 坐标 系 下 的 直 流 电 流 Im1、 It1(Im1 相 当 于 直 流 电 动 机 的 励 磁 电 流 ； It1 相当 于 与 转 矩 成 正 比 的 电 枢 电 流 )， 然 后 模 仿 直 流 电 动 机 的 控 制 方 法 ， 求得 直 流 电 动 机 的 控 制 量 ， 经 过 相 应 的 坐 标 反 变 换 ， 实 现 对 异 步 电 动 机的 控 制 。4、 直 接 转 矩 控 制 (DTC)
16、方 式 ： 直 接 转 矩 控 制 直 接 在 定 子 坐 标 系 下 分 析 交 流 电 动 机 的 数 学 模 型 ，控 制 电 动 机 的 磁 链 和 转 矩 。 它 不 需 要 将 交 流 电 动 机 等 效 为 直 流 电 动 机 ，因 而 省 去 了 矢 量 旋 转 变 换 中 的 许 多 复 杂 计 算 ； 它 不 需 要 模 仿 直 流 电 动机 的 控 制 ， 也 不 需 要 为 解 耦 而 简 化 交 流 电 动 机 的 数 学 模 型 。 5、 矩 阵 式 交 交 控 制 方 式 ： 矩 阵 式 交 交 控 制 方 式 能 实 现 功 率 因 数 为 l， 输 入 电 流
17、 为 正 弦 且 能四 象 限 运 行 ， 系 统 的 功 率 密 度 大 。 该 技 术 目 前 虽 尚 未 成 熟 ， 但 仍 吸 引着 众 多 的 学 者 深 入 研 究 。 其 实 质 不 是 间 接 的 控 制 电 流 、 磁 链 等 量 ， 而是 把 转 矩 直 接 作 为 被 控 制 量 来 实 现 的 。 矩 阵 式 交 交 变 频 具 有 快 速 的转 矩 响 应 (2ms)， 很 高 的 速 度 精 度 (2%， 无 PG 反 馈 )， 高 转 矩 精 度燕山大学电院 PLC 课程设计第 10 页 共 23 页(+3%)； 同 时 还 具 有 较 高 的 起 动 转 矩 及
18、 高 转 矩 精 度 ， 尤 其 在 低 速 时 (包括 0 速 度 时 )， 可 输 出 150% 200%转 矩 。第三章 电梯控制具体设计3、1 输入输出分配表表一 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 LED COM GNDX4 LAY4 四楼行程开关 COM2 24VX12 2DN 二层下呼 Y6 AX13 3DN 三层下呼 Y7 BX14 4DN 四层下呼 Y10 CX11 1UP 一层上呼 Y11 DX12 2UP 二层上呼 Y12 EX13 3UP 三层上呼 Y13 FY14 G数码管段码X0 RST 复位 COM0 24VCOM1 24V
