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金肯职业技术学院2008届毕业设计（论文）1第1章绪论1.继电接触器控制系统及可编程控制器(PLC)1.1继电接触器控制系统1.1.1什么是继电接触器控制系统对电动机或其它电器设备的接通或断开，当前国内还较多的采用继电器、接触器及按钮等控制电器来实现自动控制。这种控制系统一般称为继电接触器控制系统，它是一种有触点的断续控制，因为其中控制电器是断续动作的。1.1.2常用控制电器1)组合开关在机床电器控制线路中，组合开关（又称转换开关）常用来作为电源引入开关，也可以用它来直接起动和停止小容量笼型电动机或使电动机正反转，局部照明电路也常用它来控制。组合开关有单极、双极、三极和四极几种。2)按钮按钮通常用来接通或断开控制电路（其中电流很小），从而控制电动机或其他电器设备的运行。3)交流接触器交流接触器常用来接通和断开电动机或其他设备的主电路，每小时可开闭千余次。4)中间继电器中间继电器通常用来传递信号和同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他电器执行元件。中间继电器的结构和交流接触器基本相同，只是磁系统小些，触电多些。5）热继电器热继电器是用来保护电动机使之免受长期过载的危害。热继电器是利用电流的热效应动作的。由于热惯性，热继电器不能作短路保护。因为发生短路事故时，金肯职业技术学院2008届毕业设计（论文）2要求电路立即断开，而热继电器是不能立即动作的。但是这个热惯性也是合乎要求的，在电动机启动或短时过载时，热继电器不会动作，这可避免电动机的不必要的停车。6)熔断器熔断器是最简便的而且是有效的短路保护电器。常用的三种熔断器是：管式容电器、插式容电器和螺旋式容电器。7)自动空气断路器自动空气断路器也叫自动开关，是常用的一种低压保护电器，可实现短路、过载和失压保护。1.2可编程控制器(PLC)在简单的工业控制中利用继电接触器控制还不觉得麻烦，而实际的工业控制系统要复杂的多。比如由数十台电动机及电器构成的生产流水线，或者是多控制回路的模拟量控制系统，各台电动机和电器间具有复杂的逻辑或关联变化关系。这样的系统如果用继电接触器构成，则可能需要数百只继电器、接触器，大量的模拟量处理装置、成千上万根导线，包括成千上万根接触点。这样的控制装置最大的问题是容易出现故障，只要有一个电器运行不正常或一个接点出现接触不良，系统就不能正常运行。而且由于器件及接触点数量巨大，系统维修也极不方便。这样的系统还有一个突出的缺陷，即一经制成，功能就不能改变，当需要改变设备的工作过程以改善设备的功能时，人们宁愿重新生产一套控制设备都不愿意将继电器控制柜中的线路重新连接，这对于产品的更新换代是非常不利的。而在二十世纪60~70年代，社会的进步要求制造业生产出小批量、多品种、多规格、低成本、高质量的产品以满足市场的需要，这就需要经常的改变生产机械的功能。加上电子技术已经有了一定的发展，计算机技术已初露端倪，人们受到计算机的存储器可以反复改写的启发，开始寻求一种以存储逻辑代替接线逻辑的新型工业控制设备。这就是后来的可编程控制器。1.2.1什么是PLCPLC，是英文“ProgrammableLogicController”的缩写词，中文译为“可编程控制器”。PLC是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技金肯职业技术学院2008届毕业设计（论文）3术发展起来的一种新型工业控制器。PLC具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单以及功耗低等许多独特优点，已被广泛地应用于国民经济的各个控制领域。它的应用深度和广度已成为一个国家工业先进水平的重要标志。1.2.2PLC的发展过程回顾PLC的发展过程，大约可以将其分为以下几个阶段：1）数字电路构成的雏形PLC阶段。1969年美国数字设备公司（DEC）研制世界上第一台PLC时，限于当时的元器件条件及计算机发展水平，作为前期PLC代表的这台装置主要由分立元件和中小规模集成电路组成，仅可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。2）微处理器构成的实用产品阶段。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，成为真正具有计算机特征的工业控制装置。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入了实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型的体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。3）大规模应用的成熟产品阶段。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得了广泛的应用。美国权威情报机构1982年的统计数字显示，大量应用可编程控制器的厂家占美国重点工业行业厂家总数的82%，可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。4）20世纪末期，可编程控制器发展的更加适应现代工业控制的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机及超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产出了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。5）通用的网络产品阶段。随着网络通信技术的飞速发展，近年来可编程控制器发展的一个重点是网络功能。通用的网络接口，卓越的通信能力使可编程控制器在工业以太网及各种工业总线系统中获得了广泛的应用。目前世界上生产可编程控制器的厂家已有200多个。比较著名的有美国的金肯职业技术学院2008届毕业设计（论文）4AB、通用（GE）、莫迪康（MODICON）、日本的三菱（MITSUBISHI）、欧姆龙（OMRON）、富士电机（FUJI）、松下电工、德国的西门子（SIEMENS）、法国的TE与施耐德（SCHNEIDER）、韩国的三星（SUMSUNG）与LG等。我国从20世纪90年代也开始生产可编程控制器。1.2.3PLC的应用领域可编程控制器的应用十分广泛，现将其应用领域简要概括如下：A．顺序控制顺序控制也叫逻辑控制，主要指开关量的控制。这是PLC最基本的应用领域，也是最适合PLC的使用领域。它可以取代传统的继电接触器控制系统，可应用于单机控制、多机群控或生产线自动控制。例如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。B．运动控制运动控制指通过控制电动机的转速或转角实现运动体运动速度及位置的控制．工厂中最常见的运动控制的例子是数控机床，刀具按照给定的坐标行走．近年来许多PLC制造商在自己的产品中增加了脉冲串输出指令，是PLC方便地利用定位及调速系统．更专业的运动控制方案是选用专门的位置控制模块，PLC把描述目标位置的数据送给模块，模块移动一轴或数轴到目标位置。C．过程控制过程控制指连续生产场合的控制，如石油、化工生产场合，生产一般是不能间断的。这些场合的控制参数叫做过程参数，例如：温度、压力、速度和流量等。这些参数多为模拟量。PLC通过模拟量单元、比例－积分－微分模块，也叫PID（Proportional-Integral-Derivative）模块或主机自带的PID指令实现闭环过程控制。D．数据处理数据处理是计算机最擅长的工作，也是一个内容十分广泛的概念。如数据的四则运算、乘方、开方是数据处理，生产实时数据的收集筛选是数据处理，机械加工中的数控机床也是数据处理。可编程控制器具有大量的功指令支持这些工作，使PLC在这些应用领域大显身手。金肯职业技术学院2008届毕业设计（论文）5E．通信和联网PLC的通信包括主机与远程I/O间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其他智能设备（计算机、变频器、数控装置、智能仪表）之间的通信。随着工业自动化程度的不断提高，多机间的数据连通，远程的数据传送越来越重要。近年来PLC的通信功能不断加强PLC已经在各类工业控制网络中发挥着巨大的作用。金肯职业技术学院2008届毕业设计（论文）6第2章电梯及其控制系统2.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题2.1.1电梯继电器控制系统的优点(1)所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。(2)系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。(3)大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。(4)多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。2.1.2电梯继电器控制系统存在的问题(1)系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。(2)普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。(3)电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。(4)系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。(5)由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。2.2PLC在电梯控制中的应用特点2.2.1PLC的特点PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方金肯职业技术学院2008届毕业设计（论文）7式。PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，另外还有位处理器(布尔处理器)，进行点(位)运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。(1)可靠性：对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。A.PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。B.PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等。C.PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。D.PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。E.在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件：采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器内容的保护等。F.PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波；软件自诊断；简化编程语言等。(2)易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面：A．操作方便对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。B．编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程。C．维修方便PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，金肯职业技术学院2008届毕业设计（论文）8以便维修。(3)灵活性，PLC的灵活性表现在以下几个方面：A.编程的灵活性。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。B.扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。C.操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。2.2.2PLC控制电梯的