湖北理工学院基于三菱FX0N的PLC电梯控制课程设计

湖北理工学院学号1第一章方案选择方案论述1.1PLC的I／O点数估算根据被控对象对PLC控制系统的技术指标和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定PLC的I／O点数。在估算系统的I／O点数和种类时，要全面考虑输入、输出信号的个数，I／O信号类型(数字量／模拟量)，电流、电压等级，是否有其他特殊控制要求等因素。以上统计的数据是一台PLC完成系统功能所必须满足的，但具体要确定I／0点数时则要按实际I／0点数，再向上附加20％～15％的备用量。根据机型的选择，再对被控对象进行I／0点数的估算，根据被控对象I／O信号的点数，考虑留有15％～20％的备用量以调整和扩充。估算出被控对象的I／0点总数，就可根据此点数选择相当的PLC。I／0点数是衡量PLC规模大小的重要指标，选择相应规模的PLC需要留有余量。1.2内存估计(1)内存利用率：用户编的程序通过编程器键入主机内，最后以机器语言的形式存放于内存中。同样的程序，在不同厂家的产品中，所需的内存量不同，把一个程序段中接点数与存放该程序所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为内存利用率。高的利用率给用户带来好处，同样的程序可以减少内存，从而降低内存投资，同时，也可缩短扫描周期，从而提高系统的响应速度。(2)开关量I／0点数：可编程控制器开关量I／0总点数是计算所需内存储器容量的重要依据，一般系统中，开关量输入输出的比为6：4，然后根据I／0点数来估算所需内存量，经验公式为所需内存总数=开关量(输入十输出)总点数×10(3)模拟量I／0总数：具有模拟量控制的系统就要用到数学传送和运算的功能指令，这些功能指令内存利用率较低，因此所占内存数要增大。在只有模拟量输入的系统中，一般要对模拟量进行读入，数字滤波，传送和比较运算。在模拟量I／0同时存在的情况下，就要进行较复杂的运算，一般是闭环控制，内存要比只有模拟量输入的需要量大：在模拟处理中，常常把模拟量读入、滤波及输出编成子程序使用，这使所占内存大大减少，特别是在模拟量路数比较多时，每一路模拟量所需的内存会明显减少，下面给出一般情况下的经验公式：只有模拟量输入时：内存系数=模拟量点数×100模拟量I／O同时存在时：内存系数=模拟量点数×200这些经验公式的算法是在模拟量点数10点左右，当点数小于10时，就适当加大，点数较多时，可适当减少。(4)用户编写的程序质量：用户编写的程序优劣，对程序长短和运行时间都有较大影响，对于同样系统不同用户编写的程序可能会使程序长度和执行时间差别很大。一般来说，对初编者应多留一些内存余量，而有经验者可少留一些余量综上所述，推荐下面的经验公式：存储器总数=开关量I／0总点数×10+模拟量点数×150然后按计算结果的25％余量。1.3响应时间扫描周期和响应时间必须认真考虑。可编程序控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠的接收持续时间小于扫描周期的输入信号。例如：某PLC产品检测系统，其有效湖北理工学院学号2检测宽度为5cm，若产品传送速度为50m／min，为了确保不会漏检经过的产品，要求可编程控制器的扫描周期不能大于产品通过检测的时间间隔60ms。1.4输入输出模块的选择来自现场的设备按钮、限位开关、行程开关等的电平信号并将其转换为机器内部电平信号，模块类型为直流和交流两种。根据设备与模块之间的远近程度选择电压的大小，一般5V、12V、24V属低电平，传输距离不宜太远，例如5V的输入模块最远不能超过l0m，也就是说，距离较远的设备选用较高电压的模拟比较可靠。另外，高密度的输入模块如32点、64点，同时接通点数取决于输入电压和环境温度。一般讲，同时接通点数不得超过60%。系统的稳定性，必须考虑门槛电平(接通电平与关断电平之差)的大小。门槛电平值越大，抗干扰能力越强，传输距离也就越远。输出模块的任务是将机器内部电平信号转换为外部的控制信号。频繁、电感性、低功率因数的负载，推荐使用晶闸管输出模块，但缺点是模块价格高，过载能力差。输出模块优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜，缺点是寿命短，响应速度慢。输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。1.5方案选择本课题方案是做一个简易的商务电梯模型实现电梯按呼叫要求上下行，到达指定位置，并且要按照顺带原则当到达有呼叫的楼层是，都要停一下然后继续运行，当电梯在上行或者下行中均不立刻响应反向运行的指令，只有当那个一个方向的呼叫要求全部响应完毕后再响应反向的呼叫要求，每到达呼叫楼层后均延时3秒来模拟开关门上下人的过程。1.6设计思路当按下呼叫按钮后通过程序将呼叫信号存起来，用4个平层开关来反应电梯当前楼层，当平层开关被触发则将相应的值存在寄存器中。然后接通比较程序把呼叫值与电梯当前楼层相比较判断是否上行还是下行，中间遇到呼叫楼层时会与之比较，比较结果相等则触发延时，电梯停同时清空该层的呼叫信号，若上升或者下降过程中有反向呼叫信号则将信号储存等到完成上升或者下降过程后再响应。1.7机型的确定1.7.1FX0N-40MR技术指标合计总数40点－24点输入，DC24V，16点继电器输出；1.7.2FX0N-40MR系列PLC的功能FX0N的EEPROM用户存储器容量为2000步。基本指令有20条，步进指令2条，应用指令36种51条。FX0N有500多点的辅助继电器，128点状态寄存器，95个定时器和45个计数器（其中高速计数器13个）还有大量的数据寄存器，76点指针用于跳转，中断和嵌套。FX0N有较强的通信功能，可与内置RS－232C通信接口的设备通信，如使用FX0N－485APP模块，可与计算机实现1：N（最多8台）的通信。FX0N还备有8位模拟量输入输出模块（2路输入，1路输出）用以实现模拟量的控制。湖北理工学院学号3由于FX0N体积小，功能强，使用灵活，特别适用于由于安装尺寸的限制而难以采用其他PLC的机械设备上。本课题选用FX0N-40MR系列PLC。第二章硬件设计2.1电梯模型介绍该装置由底座、立柱及面板、主电路板等组成。电源开关设置在底座上面。本装置电源为轿厢在模型的左侧，由小型直流电机来控制它的上升和下降，面板上的输入信号端子有内选按钮信号、外选按钮信号、平层、限位信号、厢门限位信号及公共端I等共计16个，控制时应分别与PLC主机输入端连接，公共端I与主机输入COM点连接。面板上的输出信号端子有外呼指示灯、轿厢上升下降控制、内选指示灯、公共端Ⅱ等共计14个，控制时应分别与PLC主机输出端连接，公共端Ⅱ与主机输出COM连接。使用时首先将模型与PLC主机输入、输出端口连接好，检查无误后，接通电源，模型处于待机状态，启动PLC运行程序，按动模型选层的内呼或外呼按钮，若PLC运行程序编制正确的话，电梯模型将按内、外呼按钮指令正常运行。2.2输入输出分配表表4-1为该课题的输入输出分配表。输入信号有：内呼信号4个，外呼信号6个，轿厢平层信号4个，上下极限位2个，开始开关和关闭开关一共2个，共计18个。输出信号有：内呼信号指示4个，外呼信号指示6个，轿厢上下行2个，轿厢上下行指示2个，共计14个。表2-1输入输出分配表输入输出01层内呼X00001层内呼指示Y00012层内呼X00112层内呼指示Y00123层内呼X00223层内呼指示Y00234层内呼X00334层内呼指示Y00341层外呼上X00441层外呼上指示Y00452层外呼下X00552层外呼上指示Y00562层外呼上X00662层外呼上指示Y00673层外呼下X00773层外呼上指示Y00783层外呼上X01083层外呼上指示Y01094层外呼下X01194层外呼上指示Y01110开始开关X01210电梯上行Y01211关闭开关X01311电梯下行Y013121层平层X01412电梯上行指示Y016132层平层X01513电梯下行指示Y017143层平层X016154层平层X01716上极限位X02217下极限位X023湖北理工学院学号4输入输出2.3PLC接线图图4-1为PLC输入输出接线图。X000～X023为输入信号，Y000～Y017为输出信号。输入端的公共端COMI接地，输出端的公共端COMⅡ接+24V电源。图2-1PLC输入输出接线图2.4程序流程图图3-1为该课题整个程序的流程图。假设电梯停于一楼，则D0中的值为1。此时如果按下三楼向上按钮，则D9中赋值为3。然后就将D9中的值与D0中的值相比较，显然D9大于D0，电梯上行。如果在上行过程中如果按下二楼向上按钮，则先停于二楼，再上行至三楼。如果在上行过程中按下二楼向下按钮，由于是反向信号，所以电梯先去三楼，所有的上行信号均响应以后再响应下行信号。如果按下四楼向下按钮，则电梯完成其他外呼向上信号以后就上行至四楼。电梯到达四楼后，如果同时按下一楼向上按钮、二楼向上按钮、三楼向上按钮，则轿厢首先下行至一楼响应最远反向呼信号。然后再上行至二楼、三楼。湖北理工学院学号5图2-2程序流程图第三章软件设计3.1内呼信号输入及存储程序编程思路：首先打开电梯开关，以一楼内呼为例，按下X000按钮，则Y000被接通并保持，直到电梯到达一楼时利用M1常闭触点断开Y000。在按下X000的同时D1轿厢停于最后响应的信号所在的楼层外部信号输入轿厢停于某一层存储在D1～D10中存储在D0中在D1～D10中，将第一个得到值的数据存储器中的值与D0中的值进行比较，从而判断上行还是下行。D1～D10大于D0？上行下行首先响应同向向上外呼信号或内呼信号，响应完毕后或在轿厢前方再无同向向上信号，若有反向外呼信号，则轿厢上行至最远反向外呼信号所在楼层。首先响应同向向下外呼信号或内呼信号，响应完毕后或在轿厢前方再无同向向下信号，若有反向外呼信号，则轿厢下行至最远反向外呼信号所在楼层。所有输入信号均已响应完毕？YNYN湖北理工学院学号6赋值为1，从而实现存储功能。当Y000失电时，D1和M0、M1、M2被清零。梯形图如图3-1所示。湖北理工学院学号7图3-1内呼信号输入及存储程序梯形图3.2外呼信号输入及存储程序编程思路：以二楼向上外呼信号为例，如果电梯不在二楼，此时按下X006，D7赋值为2，M106得电并保持。如果此时电梯为下行，则M106、Y017常开闭合，Y006得电并且在电梯下降过程中一直保持。如果电梯处于上行阶段，则M106、Y016常开闭合，Y006得电并保持，直到电梯上行到二楼时失电。Y006失电时，D7和M18、M19、M20被清零。梯形图如图3-2所示。湖北理工学院学号8湖北理工学院学号9湖北理工学院学号10湖北理工学院学号11图3-2外呼信号输入及存储程序梯形图3.3轿厢停于某层时，所在楼层存于D0编程思路：轿厢停于某层时，该楼层平层开关被接通，为D0赋予对应的值。梯形图如图3-3所示。.图3-3轿厢停于某层时，所在楼层存于D03.4比较判断轿厢上下行程序编程思路：(1)比较程序:按下某楼层按钮则将该按钮所对应的数据寄存器中的值与轿厢所在楼层数据寄存器D0中的值进行比较，从而可以判断上下行。(2)判断上下行程序：当D1到D10中任一数据寄存器中的值大于D0中的值，则轿厢上行；当D1到D10中任一数据寄存器中的值小于D0中的值，则轿厢下行。如果当D1到D10中任一数据寄存器中的值既有大于D0的，又有小于D0的，则轿厢上下行以第一次按下按钮所对湖北理工学院学号12应的数据寄存器中的值与D0的比较结果而得。梯形图如图3-4所示。湖北理工学院学号13图3-4比较判断轿厢上下行程序梯形图3.5轿厢上行程序编程思路：在比较判断出轿厢上行以后，执行以下程序。首先是内呼信号，如果电梯在一楼，按下X001则M3接通，所以M40得电并自锁直到轿厢在二楼平层时失电。如果电梯在一楼或二楼，按下X002则M6接通，M41得电并自锁直到轿厢到达三楼时失电。如果电梯在一楼、二楼或三楼，按下X003则M9接通，M42得电并自锁直到轿厢到达四楼时失电。外呼信号上行与内呼信号上行原理相同，只是加上外呼信号之后，需要给外呼信号和内呼信号之间加上互锁。至于最远反向呼功能：如果电梯在一楼，按下二楼向下