四層電梯plc換氣系統(tǒng)組態(tài)王課程設計報告

1、<p><b>　　第1章 引言</b></p><p>　　在現(xiàn)代社會和經濟活動中，計算機技術、自動控制技術和電力電子技術得到了迅速的發(fā)展，電梯已經成為城市物質文明的一種標志。特別是在高層建筑中，電梯是不可缺少的垂直運輸設備。隨著高層建筑飛速發(fā)展的今天，電梯行業(yè)也隨之進入了新的發(fā)展時期,電梯控制技術已經發(fā)展到了調頻調壓調速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制，其許多功能是傳

2、統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)的。</p><p>　　PLC是綜合了繼電器接觸器控制的優(yōu)點以及計算機靈活、方便的優(yōu)點而設計的制造和發(fā)展起來的，這就使PLC具有許多其他控制器所不具有的特點。它可靠性高，抗干擾能力強；通用性強，使用方便；采用模塊化結構，使系統(tǒng)組合靈活方便；編程語言簡單、易學，便于掌握；系統(tǒng)設計周期短；對生產工藝改變適應性強；同時安裝簡單、調試方便，維護工作量小。這樣使PLC在工業(yè)生產中所占的比重越來越

3、大。</p><p><b>　　第2章 摘要</b></p><p>　　PLC是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、計數(shù)、計時和算術運算等功能，用來對各種機械或生產過程進行控制。組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)，它以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。具有適應性強、開放性好、易

4、于擴展、經濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。在這次為期一周的課設中，我利用三菱FX1S系列單片機設計了四層電梯自動控制程序并且進行了仿真實驗，利用組態(tài)王軟件設計了換氣系統(tǒng)的控制界面，配合組態(tài)王的編程語言實現(xiàn)了組態(tài)王的仿真運行。下面將分別介紹兩個題目的具體設計過程。</p><p>　　第3章 應用組態(tài)王演示</p><p><b>　　3.1 任務要求</b></p>

5、;<p>　　換氣系統(tǒng)如圖所示。該系統(tǒng)由進氣風扇K1、排氣風扇K2、停止開關S0、啟動開關S1、氣流傳感器S2、氣流傳感器S3、風扇指示燈H1和H2組成?？刂埔笕缦拢?lt;/p><p>　　室內空氣壓力不能大于大氣壓，所以只有排氣扇運轉，而且安裝在排氣扇上的氣流傳感器S3閉合后，進氣扇才能工作。如果進氣扇或排氣扇工作5s 后氣流傳感器沒有信號，則顯示風扇工作的指示燈閃動報警。</p>

6、<p>　　3.2 創(chuàng)建組態(tài)王的步驟</p><p>　　3.2.1 創(chuàng)建一個新工程</p><p>　　組態(tài)王工程管理器的主要作用是為用戶集中管理本機上的組態(tài)王工程。工程管理器的主要功能包括：新建、刪除工程，對工程重命名，搜索組態(tài)王工程，修改工程屬性，工程的備份、恢復，數(shù)據(jù)詞典的導入導出，切換到組態(tài)王開發(fā)或運行環(huán)境等。</p><p>　　1、在工程管理

7、器中選擇菜單“文件/新建工程”，或者點擊工具欄的“新建”按鈕，出現(xiàn)“新建工程向導之一” 對話框。</p><p>　　2、單擊“下一步”，彈出“新建工程向導之二”對話框，選擇所要新建的工程存儲的路徑。一般是d:\個人名字</p><p>　　3、單擊 按鈕，彈出“新建工程向導之三”對話框，在對話框中輸入工程名稱：“我的工程2”，在工程描述中輸入：“換氣系統(tǒng)的PLC控制”</p>

8、<p><b>　　單擊“完成”。</b></p><p>　　5、彈出對話框，選擇“是”按鈕，將新建工程設為組態(tài)王當前工程。</p><p>　　3.2.2 構造數(shù)據(jù)庫變量</p><p>　　在工程瀏覽器中左邊的目錄樹中選擇“數(shù)據(jù)詞典”項，右側的內容顯示區(qū)會顯示當前工程中所定義的變量。雙擊“新建”圖標，彈出“定義變量”屬性對話

9、框。組態(tài)王的變量屬性由基本屬性、報警配置、記錄配置三個屬性頁組成。</p><p><b>　　需要定義的變量有：</b></p><p>　　開關 內存離散 控制進氣風扇的轉動</p><p>　　開關1 內存離散 控制排氣風扇的轉動</p>

10、<p>　　進氣風扇燈 內存離散 進氣風扇故障報警燈</p><p>　　排氣風扇燈 內存離散 排氣風扇故障報警燈</p><p>　　報警燈 內存離散 室內氣壓報警燈</p><p>　　進氣風扇 內存實數(shù)

11、 進氣風扇轉動</p><p>　　排氣風扇 內存實數(shù) 排氣風扇轉動</p><p>　　進氣傳感器 內存實數(shù) 顯示進氣量</p><p>　　排氣傳感器 內存實數(shù) 顯示排氣量</p><p>　　時間 內存實

12、數(shù) 顯示排氣扇工作時間</p><p>　　時間1 內存實數(shù) 顯示進氣扇工作時間</p><p>　　閃爍 內存實數(shù) 控制進氣扇報警燈閃爍</p><p>　　閃爍1 內存實數(shù) 控制排氣扇報警燈閃爍</p>

13、<p>　　氣壓 內存實數(shù) 顯示室內當前氣壓</p><p>　　3.2.3 變量的設置</p><p><b>　　離散變量的設置</b></p><p>　　在工程瀏覽器的左側選擇“數(shù)據(jù)詞典”，在右側雙擊“新建”，彈出“變量屬性”對話框。</p><p>&

14、lt;b>　　對話框設置為：</b></p><p>　　變量名：“開關” 變量類型：內存離散</p><p>　　3、設置完成后，單擊“確定”4、用類似的方法建立其它小車離散變量。</p><p><b>　　內存實數(shù)變量的設置</b></p><p>　　用類似的方法建立其它小車內存實數(shù)變量

15、。</p><p>　　3.2.4 動畫連接</p><p>　　本設計中需要動畫連接的有風扇的轉動、氣壓的顯示、傳感器顯示、報警燈的顯示。</p><p><b>　　風扇的連接</b></p><p>　　1、在畫面上雙擊圖形對象“風扇”，彈出該對象的動畫連接對話框。</p><p>　　2、

16、單擊“旋轉”，彈出旋轉連接對話框，</p><p><b>　　同時進行模擬值輸入</b></p><p>　　確定以后，完成旋轉連接，同時與模擬值相關聯(lián)，可通過程序控制風扇轉動。</p><p>　　用同樣的方法確定其他連接</p><p><b>　　氣壓的連接</b></p>&

17、lt;p>　　因為氣壓最終要顯示一個數(shù)，所以要采用模擬值輸出</p><p>　　雙擊“氣壓”彈出氣壓的動畫連接對話框</p><p><b>　　單擊“模擬值輸出”</b></p><p>　　3、同樣的方法連接其他需要輸出的變量</p><p>　　（3）指示報警燈連接</p><p>

18、　　1、雙擊“報警燈”彈出氣壓的動畫連接對話框</p><p>　　2、選擇閃爍條件為程序中編寫的變量</p><p>　　3.3 畫面命令語言</p><p>　　if(\\本站點\開關1==1)</p><p>　　{if(\\本站點\出氣風扇<=10)</p><p>　　\\本站點\出氣風扇=\\本站點\

19、出氣風扇+1;</p><p>　　else \\本站點\出氣風扇=1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else \\本站點\出氣風扇=0;</p><p>　　if(\\本站點\出氣風扇>0)</p><p>　　\\本站點\排氣量=0.01;</p&g

20、t;<p>　　else \\本站點\排氣量=0;</p><p>　　if(\\本站點\排氣量>0)</p><p>　　{if(\\本站點\進氣風扇<=10)</p><p>　　{if(\\本站點\開關==1)</p><p>　　\\本站點\進氣風扇=\\本站點\進氣風扇+1;</p><

21、p><b>　　}</b></p><p>　　else \\本站點\進氣風扇=1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else \\本站點\進氣風扇=0;</p><p>　　if(\\本站點\出氣風扇>0)</p><p>　　{if

22、(\\本站點\時間<=5)</p><p>　　\\本站點\時間=\\本站點\時間+0.2;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else \\本站點\時間=0;</p><p>　　if(\\本站點\時間==5)</p><p><b>　　{</b

23、></p><p>　　if(\\本站點\排氣量==0)</p><p>　　\\本站點\閃爍=\\本站點\閃爍+0.1;</p><p>　　else \\本站點\閃爍=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(\\本站點\進氣風扇>0)</p&g

24、t;<p>　　\\本站點\進氣量=0;</p><p>　　else \\本站點\進氣量=0;</p><p>　　if(\\本站點\進氣風扇>0)</p><p>　　{if(\\本站點\時間1<=5)</p><p>　　\\本站點\時間1=\\本站點\時間1+0.2;</p><p>

25、<b>　　}</b></p><p>　　else \\本站點\時間1=1;</p><p>　　if(\\本站點\時間1==5)</p><p>　　{if(\\本站點\進氣量==0)</p><p>　　\\本站點\閃爍1=\\本站點\閃爍1+0.1;</p><p>　　else \\本站

26、點\閃爍1=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(\\本站點\開關1==1)</p><p>　　{if(\\本站點\開關==1)</p><p>　　\\本站點\氣壓=\\本站點\氣壓+\\本站點\進氣量-\\本站點\排氣量;</p><p>　　else \\

27、本站點\氣壓=\\本站點\氣壓-\\本站點\排氣量;}</p><p>　　if(\\本站點\氣壓<=0.6)</p><p>　　\\本站點\報警燈=1;</p><p>　　3.4 組態(tài)王系統(tǒng)運行描述</p><p>　　不進行任何動作時，室內氣壓會顯示為默認值0.9個大氣壓（顯示數(shù)字為0.9），當按下排氣扇開關時，排氣扇工作，排氣

28、扇傳感器顯示的排氣量為0.01，此時室內氣壓會隨著排氣扇工作時間而降低，當室內氣壓降低到0.6個大氣壓時會顯示報警；因為任務要求排氣扇工作以后進氣扇才能工作，所以排氣扇開關按下，再按下進氣扇開關時，進氣扇才會工作；同時進氣排氣扇工作5秒后若進氣排氣傳感器沒有信號則風扇報警燈會閃爍報警。</p><p>　　第4章 四層電梯的PLC控制</p><p><b>　　4.1 任務要

29、求</b></p><p>　　如電梯模擬實驗臺結構所示，其動作要求如下：</p><p><b>　　電梯上行：</b></p><p>　?、佼旊娞萃Ｓ?樓(1F)或2F、3F時，4樓呼叫．則上行到4樓碰行程開關后停止。</p><p>　?、陔娞萃Ｓ?F或2F，3F呼叫、則上行，到3F行程開關控制停止。

30、</p><p>　?、陔娞萃Ｓ?F，2F呼叫，則上行，到2F行程開關控制停止。</p><p>　　④電梯停于lF，2F、3F同時呼叫，則電梯上行到2F后，停5秒種，繼續(xù)上行到3F停止。</p><p>　　⑤電梯停于1F，3F、4F同時呼叫，電梯上行到．3F，停5秒，繼續(xù)上行到4F停止。</p><p>　　⑥電梯停于1F，2F、4P同時

31、呼叫，電梯上行到2F，停5秒，繼續(xù)上行到4F停止</p><p>　　⑦電梯停于1F，2F、3F、4F同時呼叫，電梯上行到2F，停5秒，繼續(xù)上行到3F，停5秒，繼續(xù)上行到4F停止。</p><p>　?、嚯娞萃Ｓ?F、3F，4F同時呼叫，電梯上行到3F停5秒，繼續(xù)上行到4F停止。</p><p><b>　　電梯下行：</b></p>

32、;<p>　?、匐娞萃Ｓ?F或3F或2F，1F呼叫，電梯下行到1F停止。</p><p>　　②電梯停于4F或3F，2F呼叫，電梯下行到2F停止。</p><p>　　③電梯停于4F，3F呼叫，電梯下行到3F停止。</p><p>　?、茈娞萃Ｓ?F，3F、2F同時呼叫，電梯下行到3F，停5秒，繼續(xù)下行到2F停止</p><p>

33、;　?、蓦婁R停于4F，3F、1F同時呼叫，電梯下行到3F，停5秒，繼續(xù)下行到1F停止</p><p>　?、揠娞萃Ｓ?F，2F、1F同時呼叫，電梯下行到2F，停5秒，繼續(xù)下行到1F停止。</p><p>　　⑦電梯停于4F，3F、2F、1F同時呼叫，電梯下行到3F，停5秒，繼續(xù)下行到2F停5秒，繼續(xù)下行到lF停止。</p><p>　　各樓層運行時間應在15秒以內，

34、否則認為有故障。</p><p>　　電梯停于某一層，數(shù)碼管應顯示該層的樓層數(shù)。</p><p>　　設計電梯停于2F,3F時，電梯運行狀態(tài)。（上下同時呼叫時，采取先上后下的原則）</p><p><b>　　4.2 設計思路</b></p><p>　　四層電梯的自動控制主體思想是將四層樓分為四個狀態(tài)，每個樓層分為兩個

35、子狀態(tài)一、二，狀態(tài)一為該樓層的等待狀態(tài)，狀態(tài)二為該樓層的行進狀態(tài)。四個樓層狀態(tài)之間依據(jù)限位開關進行切換，即一層狀態(tài)可以切換到二層狀態(tài)，二層狀態(tài)可以切換到一、三層的狀態(tài)。切換時首先判斷該層是否被呼叫，如果被呼叫則切換到該層的等待狀態(tài)中，等待3秒后進入該層的行進狀態(tài)中。</p><p>　　主體流程圖如下，假設電梯在一層：</p><p><b>　　開機分支轉移程序：</b&

36、gt;</p><p><b>　　等待子程序：</b></p><p><b>　　行進子程序：</b></p><p>　　數(shù)碼管顯示 其二進制數(shù)對應的顯示數(shù)字如圖所示</p><p>　　一層數(shù)碼管顯示子程序</p><p>　　二層數(shù)碼管顯示子程序</p>

37、;<p>　　三層數(shù)碼管顯示子程序</p><p>　　四層數(shù)碼管顯示子程序</p><p><b>　　樓層呼叫指示燈：</b></p><p>　　L1——L4對應四個樓層的呼叫指示燈，哪一層有呼叫，哪一層的指示燈就亮，電梯行進到這一層后，指示燈即熄滅。</p><p>　　4.3 輸入輸出接口<

38、/p><p><b>　　4.4 整體梯形圖</b></p><p><b>　　變頻器</b></p><p>　　5.1 變頻器的工作原理</p><p>　　變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成的。</p><

39、;p>　　變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。主電路是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型、電流型。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。</p><p>　　變頻器的電路一般由整流

40、、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。</p><p>　　5.2 變頻器的工作方式</p><p>　　1、非智能控制方式 </p><p>　　在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調控制、轉差頻率控制、矢量控制、直接轉矩控

41、制等。 </p><p>　　(1) V/f控制 </p><p>　　V/f控制是為了得到理想的轉矩-速度特性，基于在改變電源頻率進行調速的同時，又要保證電動機的磁通不變的思想而提出的，通用型變頻器基本上都采用這種控制方式。V/f控制變頻器結構非常簡單，但是這種變頻器采用開環(huán)控制方式，不能達到較高的控制性能，而且，在低頻時，必須進行轉矩補償，以改變低頻

42、轉矩特性。 </p><p>　　(2) 轉差頻率控制 </p><p>　　轉差頻率控制是一種直接控制轉矩的控制方式，它是在V/f控制的基礎上，按照知道異步電動機的實際轉速對應的電源頻率，并根據(jù)希望得到的轉矩來調節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以使電動機具有對應的輸出轉矩。這種控制方式，在控制系統(tǒng)中需要安裝速度傳感器，有時還加有電流反饋，對頻率和電流進行控制，

43、因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負載變動有良好的響應特性。 </p><p>　　(3) 矢量控制 </p><p>　　矢量控制是通過矢量坐標電路控制電動機定子電流的大小和相位，以達到對電動機在d、q、0坐標軸系中的勵磁電流和轉矩電流分別進行控制，進而達到控制電動機轉矩的目的。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各

44、種PWM波，達到各種不同的控制目的。例如形成開關次數(shù)最少的PWM波以減少開關損耗。目前在變頻器中實際應用的矢量控制方式主要有基于轉差頻率控制的矢量控制方式和無速度傳感器的矢量控制方式兩種。 </p><p>　　基于轉差頻率的矢量控制方式與轉差頻率控制方式兩者的定常特性一致，但是基于轉差頻率的矢量控制還要經過坐標變換對電動機定子電流的相位進行控制，使之滿足一定的條件，以消除轉矩電流過渡過程中的

45、波動。因此，基于轉差頻率的矢量控制方式比轉差頻率控制方式在輸出特性方面能得到很大的改善。但是，這種控制方式屬于閉環(huán)控制方式，需要在電動機上安裝速度傳感器，因此，應用范圍受到限制。 </p><p>　　無速度傳感器矢量控制是通過坐標變換處理分別對勵磁電流和轉矩電流進行控制，然后通過控制電動機定子繞組上的電壓、電流辨識轉速以達到控制勵磁電流和轉矩電流的目的。這種控制方式調速范圍寬，啟動轉矩大，工作可靠，操作方便，

46、但計算比較復雜，一般需要專門的處理器來進行計算，因此，實時性不是太理想，控制精度受到計算精度的影響。 </p><p>　　(4) 直接轉矩控制 </p><p>　　直接轉矩控制是利用空間矢量坐標的概念，在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型，控制電動機的磁鏈和轉矩，通過檢測定子電阻來達到觀測定子磁鏈的目的，因此省去了矢量控制等復雜的變換計算，系統(tǒng)直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控

47、制方式有所提高。即使在開環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出100%的額定轉矩。 </p><p>　　(5) 最優(yōu)控制 </p><p>　　最優(yōu)控制在實際中的應用根據(jù)要求的不同而有所不同，可以根據(jù)最優(yōu)控制的理論對某一個控制要求進行個別參數(shù)的最優(yōu)化。例如在高壓變頻器的控制應用中，就成功的采用了時間分段控制和相位平移控制兩種策略，以實現(xiàn)一

48、定條件下的電壓最優(yōu)波形。 </p><p>　　(6) 其他非智能控制方式 </p><p>　　在實際應用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實現(xiàn)，例如自適應控制、滑模變結構控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等。</p><p><b>　　2、智能控制方式</b></p><p>　　智能控制方式主要有

49、神經網絡控制、模糊控制、專家系統(tǒng)和學習控制等，目前智能控制方式在變頻調速控制系統(tǒng)中的具體應用中已取得一些成功經驗。</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　在這次為期一周的PLC課設中，我們學習了組態(tài)王軟件的使用，并且用組態(tài)王實現(xiàn)了課設要求的控制功能。我們在書本上學到的知識，在這次課設中得到體系化、架構化，對于PLC電氣控制理論，有了更加深刻

50、的理解。</p><p>　　PLC和組態(tài)王在自動化領域發(fā)揮著十分重要的作用，作為一個電氣學院的學生，我們應該熟練掌握PLC和組態(tài)王，具備利用兩者實現(xiàn)各種控制功能、控制工程的能力。這一周的課設中，我第一次實際操作組態(tài)王軟件，從畫面布局到命令程序設計，再到程序仿真，一步一步都是自己心血的結晶，我也深刻感受到了組態(tài)王軟件的強大之處，課設后我將更加深入地學習這款軟件，學以致用。同時我們應用PLC軟件設計了四層電梯控制的

51、梯形圖程序，大家一起討論程序實現(xiàn)的方法，鞏固了PLC編程語言，開發(fā)了我們各自的創(chuàng)新思維。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 漆漢宏 PLC電氣控制技術. 機械工業(yè)出版社</p><p>　　[2] 王整風，謝云敏.可編程控制器原理與實踐教程.上海：上海交通大學出版社，2007.</p>&