四层电梯PLC换气系统组态王课程设计报告.doc

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1、第1章 引言在现代社会和经济活动中，计算机技术、自动控制技术和电力电子技术得到了迅速的发展，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。随着高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期,电梯控制技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。PLC是综合了继电器接触器控制的优点以及计算机灵活、方便的优点而设计的制造和发展起来的，这就使PLC具有许多其他控制器所不具有的特点。它可靠性高，抗干扰能力强；通用性强，使用方便；采用模块化结构，使系统组合灵活方便；编程语言简单、易学，

2、便于掌握；系统设计周期短；对生产工艺改变适应性强；同时安装简单、调试方便，维护工作量小。这样使PLC在工业生产中所占的比重越来越大。第2章 摘要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。具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。在这次为期一周的课设中，我利用三菱FX1S系列单片机设计了四层电梯自动控制程序并且进行了仿真实验，利用组态王软件设计了换气系统的控

3、制界面，配合组态王的编程语言实现了组态王的仿真运行。下面将分别介绍两个题目的具体设计过程。第3章 应用组态王演示3.1 任务要求换气系统如图所示。该系统由进气风扇K1、排气风扇K2、停止开关S0、启动开关S1、气流传感器S2、气流传感器S3、风扇指示灯H1和H2组成。控制要求如下： 室内空气压力不能大于大气压，所以只有排气扇运转，而且安装在排气扇上的气流传感器S3闭合后，进气扇才能工作。如果进气扇或排气扇工作5s 后气流传感器没有信号，则显示风扇工作的指示灯闪动报警。3.2 创建组态王的步骤 3.2.1 创建一个新工程组态王工程管理器的主要作用是为用户集中管理本机上的组态王工程。工程管理器的主

4、要功能包括：新建、删除工程，对工程重命名，搜索组态王工程，修改工程属性，工程的备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。1、在工程管理器中选择菜单“文件/新建工程”，或者点击工具栏的“新建”按钮，出现“新建工程向导之一” 对话框。2、单击“下一步”，弹出“新建工程向导之二”对话框，选择所要新建的工程存储的路径。一般是d:个人名字3、单击 按钮，弹出“新建工程向导之三”对话框，在对话框中输入工程名称：“我的工程2”，在工程描述中输入：“换气系统的PLC控制”4、 单击“完成”。5、弹出对话框，选择“是”按钮，将新建工程设为组态王当前工程。 3.2.2 构造数据库变量 在工程浏

5、览器中左边的目录树中选择“数据词典”项，右侧的内容显示区会显示当前工程中所定义的变量。双击“新建”图标，弹出“定义变量”属性对话框。组态王的变量属性由基本属性、报警配置、记录配置三个属性页组成。需要定义的变量有：开关 内存离散 控制进气风扇的转动开关1 内存离散 控制排气风扇的转动进气风扇灯 内存离散 进气风扇故障报警灯排气风扇灯 内存离散 排气风扇故障报警灯报警灯 内存离散 室内气压报警灯进气风扇 内存实数 进气风扇转动排气风扇 内存实数 排气风扇转动进气传感器 内存实数 显示进气量排气传感器 内存实数 显示排气量时间 内存实数 显示排气扇工作时间时间1 内存实数 显示进气扇工作时间闪烁 内

6、存实数 控制进气扇报警灯闪烁闪烁1 内存实数 控制排气扇报警灯闪烁气压 内存实数 显示室内当前气压 3.2.3 变量的设置离散变量的设置1、 在工程浏览器的左侧选择“数据词典”，在右侧双击“新建”，弹出“变量属性”对话框。2、 对话框设置为：变量名：“开关” 变量类型：内存离散3、设置完成后，单击“确定”4、用类似的方法建立其它小车离散变量。内存实数变量的设置用类似的方法建立其它小车内存实数变量。 3.2.4 动画连接本设计中需要动画连接的有风扇的转动、气压的显示、传感器显示、报警灯的显示。（1） 风扇的连接1、在画面上双击图形对象“风扇”，弹出该对象的动画连接对话框。2、单击“旋转”，弹出旋

7、转连接对话框， 同时进行模拟值输入3、 确定以后，完成旋转连接，同时与模拟值相关联，可通过程序控制风扇转动。4、 用同样的方法确定其他连接（2） 气压的连接 因为气压最终要显示一个数，所以要采用模拟值输出1、 双击“气压”弹出气压的动画连接对话框2、 单击“模拟值输出”3、同样的方法连接其他需要输出的变量（3）指示报警灯连接1、双击“报警灯”弹出气压的动画连接对话框2、选择闪烁条件为程序中编写的变量3.3 画面命令语言 if(本站点开关1=1)if(本站点出气风扇0)本站点排气量=0.01;else 本站点排气量=0;if(本站点排气量0)if(本站点进气风扇0)if(本站点时间0)本站点进气

8、量=0;else 本站点进气量=0;if(本站点进气风扇0)if(本站点时间1=5) 本站点时间1=本站点时间1+0.2;else 本站点时间1=1;if(本站点时间1=5)if(本站点进气量=0)本站点闪烁1=本站点闪烁1+0.1;else 本站点闪烁1=0;if(本站点开关1=1)if(本站点开关=1)本站点气压=本站点气压+本站点进气量-本站点排气量;else 本站点气压=本站点气压-本站点排气量;if(本站点气压=0.6)本站点报警灯=1;3.4 组态王系统运行描述 不进行任何动作时，室内气压会显示为默认值0.9个大气压（显示数字为0.9），当按下排气扇开关时，排气扇工作，排气扇传感器

9、显示的排气量为0.01，此时室内气压会随着排气扇工作时间而降低，当室内气压降低到0.6个大气压时会显示报警；因为任务要求排气扇工作以后进气扇才能工作，所以排气扇开关按下，再按下进气扇开关时，进气扇才会工作；同时进气排气扇工作5秒后若进气排气传感器没有信号则风扇报警灯会闪烁报警。第4章 四层电梯的PLC控制4.1 任务要求 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

10、、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。 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。 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 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。 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： 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停止。 电梯停于4F，3F呼叫，电梯下行到3F停止。 电梯停于4F，3

11、F、2F同时呼叫，电梯下行到3F，停5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5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5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）4.2 设计思路 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

12、，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：开机分支转移程序：等待子程序：行进子程序：数码管显示 其二进制数对应的显示数字如图所示显示数字1234共阴极字符码06H5BH4FH66H显示数字5678共阴极字符码6DH7DH07H7FH显示数字90AB共阴极字符码6FH3FH77H7CH显示数字CDEF共阴极字符码39H5EH79H71H一层数码管显示子程序

13、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：L1L4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。4.3 输入输出接口输入输出主机实验模块注释主机实验模块注释X1LAY1一楼行程开关Y0DJB电机下行X2LAY2二楼行程开关Y1DJA电机上行X3LAY3三楼行程开关COM124VX4LAY4四楼行程开关COM024VX122DN二层下呼Y6A数码管段码X133DN三层下呼Y7BX144DN四层下呼Y10CX111UP一层上呼Y11DX122UP二层上呼Y12EX133UP三层上呼Y13FY14GX0RST复位LED

14、 COMGNDCOM224VX5IN1一层内选按钮X6IN2二层内选按钮24V24VX7IN3三层内选按钮GNDGNDX10IN4四层内选按钮COMCOMGND4.4 整体梯形图第5章 变频器5.1 变频器的工作原理 变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（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的。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。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、电流型。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器

15、转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。5.2 变频器的工作方式1、非智能控制方式 在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。 (1) V/f控制 V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f控制变频器

16、结构非常简单，但是这种变频器采用开环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且，在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。 (2) 转差频率控制 转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。 (3) 矢量控制 矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和

17、相位，以达到对电动机在d、q、0坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种PWM波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的PWM波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。 基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式

18、在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传感器，因此，应用范围受到限制。 无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。 (4) 直接转矩控制 直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，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，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目

19、的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出100%的额定转矩。 (5) 最优控制 最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。 (6) 其他非智能控制方式 在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。2、智能控制方式智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专

20、家系统和学习控制等，目前智能控制方式在变频调速控制系统中的具体应用中已取得一些成功经验。心得体会在这次为期一周的PLC课设中，我们学习了组态王软件的使用，并且用组态王实现了课设要求的控制功能。我们在书本上学到的知识，在这次课设中得到体系化、架构化，对于PLC电气控制理论，有了更加深刻的理解。PLC和组态王在自动化领域发挥着十分重要的作用，作为一个电气学院的学生，我们应该熟练掌握PLC和组态王，具备利用两者实现各种控制功能、控制工程的能力。这一周的课设中，我第一次实际操作组态王软件，从画面布局到命令程序设计，再到程序仿真，一步一步都是自己心血的结晶，我也深刻感受到了组态王软件的强大之处，课设后我将更加深入地学习这款软件，学以致用。同时我们应用PLC软件设计了四层电梯控制的梯形图程序，大家一起讨论程序实现的方法，巩固了PLC编程语言，开发了我们各自的创新思维。参考文献1 漆汉宏 PLC电气控制技术. 机械工业出版社2 王整风，谢云敏.可编程控制器原理与实践教程.上海：上海交通大学出版社，2007.3 郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术.南京：东南大学出版社，2003.4 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器.北京：机械工业出版社，2006. 5 姜重然.工控软件简明教程.哈尔滨工业大学出版社