嗯再见没见过
范文一：plc电梯控制系统
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毕业设计(论文)任务书
学生姓名 杨 宣 专业班级 自动化0704班 指导教师 徐沪萍 工作单位 自动化学院 设计(论文)题目: PLC在电梯控制系统中的应用 设计(论文)主要内容:
利用三菱公司FX2N可编程控制器(PLC)设计完成五层电梯控制系统，该系统应根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制应采用随机逻辑控制，即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机信号，以及电梯相应状态适时地控制电梯的运行。该系统应具备的功能有:
1、轿厢的位置是有脉冲编码器的脉冲数确定，并送PLC的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关，以利于平层。
2、为便于观察，对电梯的运行方向以及电梯所在楼层进行显示，我们采用LED和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关带有指示灯)。
3、为了提高电梯的运行效率和平层的精度，系统要求PLC能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制。根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现。
4、为了电梯的运行安全，系统应设置可靠的保障保护和相应的显示。 要求完成的主要任务:
了电梯的工作原理，掌握PLC及其相关电气知识，完成以下设计任务:
1、电梯PLC控制方案设计
2、软件设计流程图与控制梯形图与PLC程序设计
3、电梯控制梯形图的指令表
4、撰写相应的设计说明书:正文不少于1万5千字，图文清晰，文理要通顺。中文文献收集不少于15篇，外文不少于5篇，外文翻译论文不少于5000汉字。 指导教师签名 系主任签名 院长签名(章)_____________
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目录
摘要................................................................... I
ABSTRACT ........................................................... II
1 绪论 ................................................................ 1
1.1 课题研究的背景及意义 ................................................................................ 1
1.2 国内外相关研究动态 .................................................................................... 1
1.3 电梯控制系统的发展方向 ............................................................................ 2
1.4 预期目标 ....................................................................................................... 3 2 电梯控制系统需求分析 ................................................ 4
2.1 电梯控制系统基本结构 ................................................................................ 4
2.2 电梯的主要组成部分 .................................................................................... 4
2.3 电梯的安全保护装置 .................................................................................... 5
2.4 电梯控制系统可实现的功能 ........................................................................ 7
2.5 电梯操作方式 ............................................................................................... 7
8 2.6 减速及平层控制 ........................................................................................... 3 电梯硬件设计 ........................................................ 9
3.1 轿厢楼层位置检测 ....................................................................................... 9
3.2 门电梯选择 ................................................................................................... 9
3.3 门安全装置选择 ......................................................................................... 10 4 PLC型号确定 ........................................................ 11
4.1 PLC结构原理 .............................................................................................. 11
4.1.1 PLC的硬件系统结构 ......................................................................... 11
4.1.2 PLC的软件组成 ............................................................................... 12
4.1.3 PLC的工作原理 ............................................................................... 12
4.2 PLC控制系统I/O端口的设计 ................................................................... 13
4.3 PLC设备型号的确定 ................................................................................. 15 5 电梯控制系统软件设计 ............................................... 16
5.1 电梯控制流程图 ......................................................................................... 16
5.2 电梯控制系统主要环节 .............................................................................. 17
5.2.1 楼层信号控制环节 ............................................................................ 17
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5.2.2 轿内指令信号控制环节 .................................................................... 18
5.2.3 厅外召唤信号控制环节 .................................................................... 19
5.2.4 自动选项控制环节 ............................................................................ 20
5.2.5 启动换速控制环节 ............................................................................ 21
5.2.6 平层控制环节 ................................................................................... 23
5.2.7 开关门控制环节................................................................................ 24 结束语 ............................................................... 25
致谢.................................................................. 26
参考文献 ............................................................. 27
附录1 PLC硬件设备端口连接图 ........................................ 29
附录2 PLC电梯控制系统程序流程图 .................................... 30
附录3 PLC电梯控制系统梯形图 ........................................ 31
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摘要
本文是针对五层电梯PLC控制系统进行的设计。电梯作为一种垂直运输设备，被广泛应用于工业生产和人们的日常生活中，在现代社会中起到了非常重要的作用。随着科技的进步工业控制技术的发展，电梯控制技术也得到了突飞猛进的发展。
本文针对传统的电梯控制技术进行了大胆的改进，采用三菱FX2N系列可编程控制器设计了电梯控制系统。本文主要介绍了电梯的硬件结构、PLC的基本原理、系统的硬件选择以及PLC的软件编程。电梯系统所实现的主要功能有:开关门的控制、层楼信号的产生与消除、停层信号的登记与消除、外呼叫信号的登记与消除、电梯的定向、起动、稳速运行、制动减速和平层控制等。与传统的继电器电梯控制系统相比，本设计的电梯控制系统提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，同时延长了使用寿命，提高了电梯的控制水平，改善了乘坐电梯的舒适感，使电梯达到一种较为理想的运行效果。
关键词:可编程控制器，电梯，逻辑控制，程序设计
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ABSTRACT
This paper is aimed at a PLC control system design for five floors elevator.As a vertical transportation equipment,elevator is widely used in industrial production and people's daily life,play a very important role in modern society.With the progress of science and development of industrial control technology,the elevator control technology is also obtained the development by leaps and bounds.
In this paper,we have made bold improvement basde on the traditinal elevator control technology,adopted Mitsubishi FX2N series programmable logic controller to design the elevator control system.This paper mainly introduced elevator hardware structure,basic principle of PLC,system hardware choice and software programming of PLC.The main functions of elevator system are the control of opening and closing,the production and elimination of floor signals,stop layer signals and outside call signals, the direction determination of elevator,the start up of elevator,steady speed operation,the control of braking,deceleration and smooth layer,etc.Compared with the traditional relay elevator control system,this design of elevator control system improve the elevator reliability,maintainability and flexibility,at the same time,it prolong the prolong the life of the system,improve the elevator control level and the elevator intimacy,the elevator achieved a more ideal running effect.
Key words: Programmable Logic Controller, elevator, logic control, Program Designing
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1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
随着社会经济的发展，人们物质文化生活水平的提高，建筑业得以迅速发展，高楼层建筑不断出现。随着高层建筑的发展，为建筑内提供上下交通运输的电梯在历史上出现，并且其发展空间在不断扩大，已成为工作和生活中的必需设备。
1887年，美国奥的斯公司制造出世界上第一台电梯，这是一台以直流电动机传动的电梯，运行速度非常慢，只有10m/min。1900年，以交流电动机传动的电梯开始问世。1902年，瑞士的迅达公司研制成功了世界上第一台按钮式自动电梯，采用全自动的控制方式，提高了电梯的输送能力和安全性。随着超高层建筑的出现，电梯的设计、工艺不断得到提高，电梯的品种也逐渐增多。1900年，美国奥的斯公司制成了世界上第一台电动扶梯。1950年又制成了安装在高层建筑外面的观光电梯，使乘客能在电梯运行中清楚地眺望四周的景色。中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于1901年安装的。经过一个多世纪的发展，在世界上的任何一个城市，电梯都在被广泛应用着。
电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。针对飞速发展的电梯产业，提供安全、高效、环保的电梯控制系统，使每一部电梯都能安全高效地运行，成为电梯产业得以健康发展、人们的日常生活得以正常进行的重要保证。近年来，人们对乘坐电梯的安全性和舒适性提出了更高的要求，这就要求电梯的研究者和开发者提高电梯控制技术，以满足人们对于乘坐电梯日益增长的要求。
本文针对当前电梯控制系统的发展趋势和潮流，采用可编程控制器(PLC)设计控制系统，实现对电梯运行的控制，使得电梯的运行满足人们对于安全性和舒适性的要求。
1.2 国内外相关研究动态
我国现已成为世界上拥有电梯数量最多的国家，电梯控制技术也达到了世界领先水平。2011年5月11日到13日，中国电梯协会联合欧洲电梯标委会CEN/TC10、国际标准化组织电梯和扶梯技术委员会ISO/TC178、亚太地区电梯和扶梯协会PALEA、欧洲电梯联合会ELA/EEA、美国机械工程师协会ASME电梯标准委员会A17、韩国电梯安全管理院KESI以及全国电梯标准化技术委员会在安徽屯溪召开了首届全球电梯大会WEC2011。会议对目前国际电梯发展的各个方面做了研讨。
目前，电梯的发展呈现以下特点:
速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，
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液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，己由以前的变级调速(AC-VP)发展成为调压调速(AC-VV)及调频调压调速(AC-VVVF)，使得电梯的速度、加速度、加加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。
电梯的逻辑控制己从过去简单的继电器—接触器控制发展为可编程序控制(PLC)和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大提高。
电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。如紧急停车操作、消防员专用、防捣乱系统等。
智能群控管理得到广泛应用。
机械传动方面，由于国际上机械加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。 1.3 电梯控制系统的发展方向
电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。早期电梯上的继电器-接触器控制方法的缺点是触点比较多、故障高、可靠性差、体积大、维修工作量大、一旦接收完成不易更改，正在逐步被淘汰。作为载人工具，人们对于电梯在运行的平滑性、高速性、准确性和高效性等一系列静态性能方面提出了更高的要求。目前电梯的发展呈现出以下特点:
结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。
技术含量更高，性能更好。
电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流。由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。另外，网络控制和智能群控系统以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。
安装更加方便、更加快捷高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式;随着新技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。此外，电梯的双向安全装置、无抵抗、无线控制、绿色环保—安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。
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1.4 预期目标
可编程序控制器的引入使得控制领域的面貌焕然一新，将其运用于电梯控制中也使得电梯领域得到了快速的发展。
可编程序控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程面向用户的“自然语言”编程，适应工业环境，简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置，是在继电器顺序控制基础上发展起来的一种以处理器为核心的通用自动控制装置，它既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口和维修方便等诸多高品质性能，又采用一种可编程运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。在电梯控制领域，PLC也得到了广泛而深入的应用。
PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。目前世界上PLC产品可按地域分为三大流派，一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离的情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性。欧美以大中型PLC而闻名，而日本的主推产品定位在小型PLC上。日本三菱公司的PLC产品就是其中的代表，FX2系列是三菱公司在20世纪90年代开发的整体式高功能小型机，配有各种通信适配器和特殊功能单元，FX2N是今年推出的高功能整体式小型机，它是FX2的换代产品，各种功能有了全面的提升,能够满足一般的工程系统开发应用。
本设计根据任务书要求，将三菱FX2N系列可编程序逻辑控制器(PLC)应用于五层居民电梯进行逻辑控制，通过合理的选择和设计，实现电梯运行的可靠性、可维护性以及灵活性，与传统电梯控制系统相比，提高了电梯的控制水平，改善电梯运行的舒适感，使电梯达到较为理想的运行效果。当乘客进入电梯后，按动楼层按钮，电梯实现自动关门(也可手动控制)，根据轿厢所处位置及乘客所到层数，判定轿厢的运行方向并显示，保证轿厢停在选定的楼层上;同时，根据楼层的呼叫，与电梯相同运行方向时停车，执行开关门动作。另外在轿厢内外均有信号灯显示电梯的运行方向及所处楼层数。
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2 电梯控制系统需求分析
2.1电梯控制系统基本结构
随着工业技术的发展，电梯的控制技术经历了由继电器控制系统向可编程控制器控制系统转变的过程。
传统的继电器电梯控制系统是一种逻辑电路控制系统，采用继电器构成逻辑电路实现对电梯的控制，需要器件很多，电路复杂，可维护性差，远远不能满足人们对于运行效率和乘坐舒适度的要求。PLC技术的发展使得电梯控制技术提升到一个新的层次，电梯运行的效率、舒适度、安全性以及可维护性都有了质的飞跃。
PLC控制系统和其他类型的电梯控制系统一样，主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。图1为电梯PLC控制系统的基本结构图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为PLC主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护等信号通过PLC输入接口送入PLC，然后通过程序控制向拖动系统发出信号。
图1 电梯PLC控制系统的基本结构图
2.2 电梯的主要组成部分
(1)首先是电梯的电力拖动部分部分。
这一部分由拽引部分、电动机以及相应的开关电路以及开门机组成。曳引部分，通常由曳引机和曳引钢丝绳组成;电动机带动曳引机旋转，使轿厢上下运动，开关电路负责设备与电力线路的接通与断开，开门机则负责电梯能够正确地开门和关门。
该部分直接与楼宇电力线路相连接，提供电梯运行的动力。由控制系统的信号驱动控制完成电梯的开关门、启动、制动、平层等动作，是电梯工作的最上层，
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实现电梯的正确运行。
(2)第二部分是电梯的主要硬件组成，电梯最主要的部分是轿厢、厅门和井道，轿厢主要承担载人任务，门厅承担开关门的任务。
轿厢和厅门轿厢由轿架、轿底、轿避和轿门组成;厅门一般有封闭式、中分式、双折式、双折中分式和直分式等形式。
(3)电气设备及控制装置由曳引机、选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和显示器组成，显示器包括两部分，分别是轿厢内和各层的门厅中指示电梯运行方向和所处楼层的显示器。
(4)其他装置。
其他的附属装置包括电梯的重量平衡系统及设备和平层设备，以实现电梯的平稳、安全、高效运行，提高乘客乘坐电梯的舒适感。
2.3 电梯的安全保护装置
(1)电磁制动器:电磁制动器是一种将主动侧扭力传达给被动侧的连接器，可以据需要自由的结合，切离或制动。因使用电磁力来动作，称之电磁制动器，具有响应速度快，结构简单等优点，也称作刹车闸。将电磁制动器装于曳引机轴上，一般采用直流电磁控制器，启动时通电松闸，停层后断电制动。
(2)行程极限保护装置。为防止电梯由于限位开关不起作用，轿厢超越顶层或底层端站继续运行，不需设置保护装置以防止发生严重的后果和结构损坏。防止越程的保护装置一般是由设置在井道内上下端站附近的强迫换速开关、限位开关和极限开关组成，这三种开关均为电气开关，都必须符合电气安全触点要求。这些开关或碰轮都安装在固定于导轨的支架上，由安装在轿厢上的撞杆触动而动作。
强迫减速开关是防止越程的第一道关，设置在正常缓速开关之后，两个换速开关分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上的撞块就触动此开关，通过电气传动控制装置，使电动机强迫减速，以避免轿厢冲顶或者登底。
限位开关是防止越程的第二道关，当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，就会触动限位开关，此时限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。
极限开关是防越程的第三道保护，当限位开关动作后电梯仍不能停止运行，则触动极限开关切断电路模式驱动主机迅速停止运转。极限开关应能防止电梯在两个方向的运行越程，而且不经过专业人员调整电梯不能自动恢复运行。
防越程保护开关都是由安装在轿厢上的撞杆触动的，撞杆必须保证有足够的长度，在轿厢整个越程的范围内都能压住开关，而且开关的控制电路要保证开关断开时，电路始终不能接通。
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(3)急停开关:按照要求在轿顶、底坑和滑轮间必须装设急停开关，为了醒目和提醒人们注意，急停开关需要设置为红色的，并且标有“停止”和“运行”的位置。发生异常情况时，按“停止”按钮即可切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。
轿顶的停止开关应面向轿门，离轿门距离不大于1m;底坑的停止开关应安装在进入底坑可立即触及的地方。当地坑较深时可以在下底坑时梯子旁和底坑下部各设一个串联的停止开关。最好是能联动操作的开关，在开始下底坑时即可将上部开关打在停止的位置，到底坑后也可用操作装置消除停止状态，由安装在轿顶或其他地方的检修运行装置进行控制。
(4)厅门开关:每个厅门开关都装有门锁开关，仅当厅门关上才允许电梯启动。在运行中如出现厅门开关断开，电梯会立即停车。
(5)关门安全开关:常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门的过程中如安全触板碰到乘客，将发出信号，门电动机停止关门，反向开门，延时重新关门。此外还有红外线开关等。
(6)超载开关:当超载时轿厢底下降，超载开关动作，电梯不能关门和运行。
(7)其他开关:除上述开关外，还有安全窗开关，钢带轮的断带开关等。
电梯信号的控制基本由PLC软件实现。电梯信号控制系统如图2所示，输入到PLC的控制信号有运行方式选择(如自动、检修、消防运行方式等)、运行控制信号、轿内指令、层站召唤、安全保护信号、旋转编码器光电脉冲、开关门信号及限位信号、门区和平层信号等。
图2 电梯信号PLC控制系统图
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2.4 电梯控制系统可实现的功能
电梯控制系统能够实现的基本功能如下:
(1)一台电动机控制轿厢的上升和下降。
(2)各层的门厅设置上下呼叫开关(最顶层只设置向下呼叫开关，最底层只设置向上呼叫开关)。
(3)电梯到位后具有手动或自动开门或关门功能。
(4)电梯内设有层楼指示键、开关门按键、警铃风扇及照明按键。
(5)电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯。
轿厢内和各楼层的门厅内均有两种指示灯，一种是方向指示灯，分别指示向上和向下运行的状态，并分别与上行接触器SC和下行接触器XC连接，另一种是轿厢所处楼层的显示器，显示器由七段显示译码器构成，与检测轿厢位置的干簧管通过连接电路相连，能够连续显示，随时显示轿厢所处的位置。
(6)待客自动开门，当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门迎客。
(7)自动关门与提早关门。在一般情况下，电梯停站4到6秒应能自动关门。在延时时间内，按下关门按钮，门将提前实现关门动作。
(8)按钮开门。在开关过程中或门关闭后电梯启动前，按下操纵盘上的开关门按钮，门将打开。
(9)内指令记忆。当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序自动停靠，并自动确定运行方向。
(10)自动定向。当轿厢内操纵盘上选层指令相对于电梯位置具有不同方向时，电梯应能俺先入为主的原则自动确定运行方向。
(11)呼梯记忆与顺向截停。电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号，对符合运行方向的召唤，应能自动逐一停靠应答。
(12)自动换向。当电梯完成全部轿厢内指令，应能自动换向，应答相反方向的信号。
(13)自动关门待客。当完成全部轿厢内指令，又无外呼梯信号时，电梯应自动关门，并在设定时间内自动关闭轿厢照明。
(14)自动返基站。当电梯设有基站(本设计中，基站为一楼)时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站，停机待客。
2.5 电梯操作方式
通过查阅资料，了解到常见的电梯操作方式有如下两种:
第一种，单轿厢下集选是控制室登记所有轿厢和厅门下行召唤，轿厢上行是只答应轿厢召唤，直至最高层后自动改变运行方向为下行，应答厅门下行召唤。
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第二种，单轿厢全集选是控制室等级所有门厅和轿厢召唤，上行时顺应答轿厢和厅门上召唤。直至最高层自动反向应答下行召唤和轿厢召唤。 2.6 减速及平层控制
电梯的工作特点是频繁起制动，为了提高工作效率，改善舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零时，准确平层，即“无速度停车抱闸”，不要出现爬行现象或低速抱闸，即不要直接停止。做到这一点的关键是准确发出减速信号，在接近层楼面时按距离精确地自动矫正速度给定曲线。
本设计采用旋转编码器检测轿厢位置，只要电梯一运行，计数器就可以精确地确定走过的距离，达到与减速点相应的预制数时即可发出减速命令。不论哪种方式产生的减速命令，由于负载变化、电网波动、钢丝绳打滑等，都会使减速过程不符合平层技术要求，为此一般在离楼层100mm到200mm处设置一个平层矫正器，以确保平层的长期准确性。
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3 电梯硬件设计
3.1 轿厢楼层位置检测
通过查阅资料，了解到现在工程中进行轿厢楼层位置检测的主要方法有以下几种:
(1)用干簧管磁感应器或其它位置开关
这种方法直观、简单，但由于每一层都需要使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。
(2)利用稳态磁保开关
这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中式和电梯控制的只有格雷变形码，但它是无权代码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也只会使程序变得庞大。
(3)利用旋转编码器
目前，PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，计数准确，使用方便，因而在电梯PLC控制系统中，可用编码器测取电梯运行过程中的准确位置。编码器可直接与PLC高速脉冲输入端相连，电源也可利用PLC的内置24V直流电源，硬件连接可谓简单方便，高层电梯可以应用这种方法。
本设计中的楼层只有五层，综上所述，采用干簧管磁感应器来检测轿厢所处楼层位置。楼层感应干簧管的示意图如图3所示。
图3 楼层感应干簧管示意图
3.2 门电梯选择
电梯门有层门和轿门之分，两门的开启是同时进行的，实现开关门的动作用一台小电动机驱动即可。门电动机是开关门的动力源，通常采用直流电动机。门电气拖动线路通常由门电动机、门继电器触电及电阻分压线路等部分组成。采用他励方式，并用变压调速方式方法来控制开关门的速度，即控制门电动机转速。
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3.3 门安全装置选择
层门和轿门的开启是同步进行的，为保证乘客的安全，电梯门的入口处必须有安全保护装置。在门上或门框上装有机械的或电子的门探测器，当门探测器发现门区有障碍时，便发出信号给控制部分，停止关门、重新开门，待障碍消除后，方可关门。通常有光电式保护装置、超声波保护装置和防夹条等类型，本设计采用光电式保护装置。
将光电装置安装在门上，使光线水平地通过门口，当乘客或物品遮断光线时，就能使门重新打开。光幕，即红外线微扫描探测装置，作为一种光电产品，可以代替机械安全触板，或将光幕与触板合成为具有双重保护功能的二合一光幕。这已成为电梯界广泛采用的电梯门保护装置。
光幕划分为普通光幕、二合一光幕和三维光幕。普通光幕可直接代替机械式安全触板，分为运动型光幕和非运动型光幕。运动型光幕在普通光幕种占据主导地位，也得到了多数厂家的认同。二合一光幕由于具有双重保护功能，即将成为门电梯保护装置的主流。三维光幕在最近几十年才推出，技术不够成熟，需要继续改进。
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4 PLC型号确定
4.1 PLC结构原理
4.1.1 PLC的硬件系统结构
PLC是在继电器控制和计算机控制的基础开发的产品，逐渐发展以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动装置。不同的生产厂家生产的可编程逻辑控制器的结构多种多样，但基本组成原理是一样的。国际电工委员会(IEC)所作的定义为:可编程序控制器(PLC)是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。
从硬件来看，PLC主要由CPU，存储器，I/O接口，电源，编程器等组成。
(1)CPU:CPU板是PLC的核心部件，它包括:微处理器CPU、存储器(ROM、RAM)、并行接口(PIO)、串行接口(SIO)及时钟控制电路等。CPU板是PLC的运算、控制中心，用来实现各种逻辑运算、算术运算及对整机进行管理控制;PLC内部配有程序存储器和数据存储器(ROM，RAM)，分别用于存储系统程序和用户程序，并生成用户环境;并行接口和串行接口主要用于CPU与各接口电路之间的信息交换。时钟及控制电路用于产生脉冲及各种控制信号。
(2)存储器:PLC配有两种存储器，即系统存储器和用户存储器。系统存储器用来存放系统管理程序，用户不能访问和修改这部分存储器的内容。用户存储器用来存放编制的应用程序和工作数据状态。存放工作数据状态的用户存储器部分也成为数据存储区，它包括输入/输出数据映像区、定时器/计数区预置数和当前值的数据区及当前值的数据区及存放中间结果的缓冲区。
PLC的存储器包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)，可以提供各种形式的读取/写入方式。
(3)输入/输出接口:输入电路通常有两种形式:直流输入和交流输入电路。输入电路的作用是接收现现场输入设备送来的控制信号，并经光电耦合器隔离后转换成PLC内部的标准电平信号，然后由CPU读入并送至输入映象寄存器中，供程序执行使用。
输出电路的作用是将PLC的输出控制信号送给外部输出设备，通过输出设备控制被控制对象工作。输出电路共有三种形式:一种是继电器形式，它是通过控制继电器的线圈使其触点的通断来控制输出设备，实现电气隔离;另一种是晶体管输出型，它是通过光电耦合器使输出开关晶体管通断，进而控制输出设备;第
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三种是可控硅输出型，通过触发可控硅的通断实现对外部输出设备的控制。
根据输入输出点数的多少，可以将PLC分为小型、中型和大型三类。其中小型PLC的I/O点数少于256，具有单CPU和8位或者16位处理器，用户存储器容量为4KB以下。本设计中要求使用的三菱FX2N系列PLC就是小型机。
(4)电源:电源单元的作用是把外部电源(220V交流电源)转换成内部工作电压。外部连接的电源通过PLC内部配有的一个专用开关式稳压电源，将交/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源(直流5V、?12V、24V)，并为外部输入单元提供24V直流电源(仅供输入端点使用)。驱动PLC负载的电源由用户提供。
(5)编程器:编程器是PLC重要的外部设备，利用编程器可将用户程序送入PLC的用户程序存储器，调试程序、监控成语的执行过程。编程器从结构上可分为简易编程器、图形编程器和通用计算机编程器三种类型。
4.1.2 PLC的软件组成
PLC的软件有系统程序和用户程序组成。
系统程序由PLC制造厂商设计编写，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序及监控程序等。
PLC的用户程序是用户自己利用PLC编程语言，根据控制要求编制的程序。本设计中，最重要的是用PLC的编程语言编写电梯运行的程序，以实现控制电梯的目的。
4.1.3 PLC的工作原理
PLC从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户程序，指导END指令结束;然后再从头开始执行，并周而复始地重复，指导停机或从运行(RUN)切换到停止(STOP)工作状态。这种执行程序的方式称为扫描工作方式，每完成一次程序就构成一个扫描周期。PLC的扫描工作方式主要分为输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
(1)输入处理
PLC以重复扫描方式执行用户程序。在执行程序前首先按地址编码顺序将所有输入端子的通断状态(输入信号)读入输入映像寄存器中，然后开始执行程序。在执行过程中，即使输入状态发生了变化，但输入映象寄存器中的内容不变，直到一个扫描周期的输入处理阶段才重新读输入状态。
(2)程序执行
在程序执行阶段，PLC顺序扫描用户程序。每执行一条程序所需要的信息都是从输入映象寄存器和其他软元件映象寄存器读出并参与运算，然后将执行结果
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写入有关的软元件映象寄存器中，因此各软元件映象寄储器中的内容随着程序的执行在不断的变化。
(3)输出处理
当全部指令执行完毕后，将输出映象寄存器中的状态全部传送到输出锁存寄存器中，构成PLC的实际输出并由输出端子送出给执行器。
4.2 PLC控制系统I/O端口的设计
要设计PLC设备的I/O端口，首先要分析电梯的层数、电梯类型、控制的方式以及应用场所，从而确定PLC输入信号和输出信号端口的数量。
电梯作为一种多层次、长距离运行的大型设备，在井道、厅外及轿厢内有大量的信号要进入PLC。本文要设计的是五层居民用电梯，根据任务书的要求作如下分析:
轿内输入信号按钮:1AN--5AN，共5个，用于乘客在电梯内下达各层轿内指令。
厅外召唤按钮:1ASZ--4ASZ、2AXZ--5AXZ，共8个，用于厅外乘客发出召唤信号。
楼层感应干簧管:1G--5G。由上文分析可知，干簧管磁感应器用于检测轿厢所处楼层，它们所对应的这五个PLC输入信号端口安装在井道中每层的平层位置附近，在轿厢上安装有隔磁钢板，当电梯上行或下行，隔磁钢板进入干簧管内时，干簧管中的触点动作发出控制信号。干簧管的作用有两方面，一是发出电梯减速信号，二是发出楼层指示信号。
平层感应干簧管:有SPG、XPG、MQG共3个，安装在轿厢顶部，在井道相应位置上装有隔磁钢板。当钢板同时位于SPG、XPG和MQG之间时，电梯正好处于平层位置。
门厅开关1TMK--5YMK，轿门开关JMK，共6个，分别安装在厅门、轿门上。当它们全部闭合时，说明所有门都已关好，电梯允许运行;若上述开关有任何一个没有闭合，说明有的门是打开的，这时不允许电梯运行。这6个开关没有在PLC的输入输出端口上，但是他们的闭合与否直接影响PLC的工作，从而决定电梯能否正确地运行。
开门按钮AKM，关门按钮AGM，用于乘客手动开、关控制。
强迫换速开关SHK、喜欢看，共2个。SHK和XHK分别装在井道中对应最高层(5层)和最底层(1层)的相应位置。电梯运行到最高层或最低层时，如果正常的换速控制没有起作用，则碰撞这两个开关使电梯强迫减速。
接触器SC、XC、KC、MC、KJC、1MJC及2MJC，共7个。
楼层指示灯1ZD--5ZD，共5个;自动开关门控制信号，共2个;厅外护体信号指示灯1SZD--4SZD、2XZD--5XZD，共8个。
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根据以上分析，可以得到PLC的I/O分配表如表1所示。
表1 电梯系统PLC输入/输出端口分配表
输 入 输 出 X0 Y0 安全回路 五层位置显示灯5ZD X1 Y1 五层下召唤按钮5AXZ 四层位置显示灯4ZD X2 Y2 四层下召唤按钮4AXZ 三层位置显示灯3ZD X3 Y3 三层下召唤按钮3AXZ 二层位置显示灯2ZD X4 Y4 二层下召唤按钮2AXZ 一层位置显示灯1ZD X5 Y5 上平层感应干簧管XPG 一层上召唤指示灯1SZD X6 Y6 下平层感应干簧管SPG 二层上召唤指示灯2SZD X7 Y7 门区感应干簧管MQG 三层上召唤指示灯3SZD X10 Y10 门连锁回路 四层上召唤指示灯4SZD X11 Y11 五层感应干簧管5G 二层下召唤指示灯2XZD X12 Y12 四层感应干簧管4G 三层下召唤指示灯3XZD X13 Y13 三层感应干簧管3G 四层下召唤指示灯4XZD X14 Y14 二层感应干簧管2G 五层下召唤指示灯5XZD X15 Y15 一层感应干簧管1G 自动开门输出信号 X16 Y16 五层轿内指示按钮5AN 按钮开门输出信号 X17 Y17 四层轿内指示按钮4AN 上行接触器SC X20 Y20 三层轿内指示按钮3AN 下行接触器XC X21 Y21 二层轿内指示按钮2AN 快速接触器KC X22 Y22 一层轿内指示按钮1AN 快加速接触器KJC X23 Y23 四层上召唤按钮4ASZ 第一慢加速接触器1MJC X24 Y24 三层上召唤按钮3ASZ 第二慢加速接触器2MJC X25 二层上召唤按钮2ASZ
X26 一层上召唤按钮1ASZ
X27 下强迫换速开关XHK
X30 上强迫缓速开关SHK
X31 开门按钮AKM
X32 关门按钮AGM
X33 检修开关
X34 轿内电锁
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4.3 PLC设备型号的确定
由上面的分析可知，现场输入信号共有29个，输出信号共22个，可选择三菱FX2N-64M型PLC，该型号的PLC基本单元输入32点，输出32点，属于小型机，能够满足要求。各层厅门开关触点串联后输入X10，只要任何一层门没有关好，X10就不能动作。
电梯控制系统接线图如图4所示:
图4 PLC接线原理图
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5 电梯控制系统软件设计
5.1 电梯控制流程图
根据电梯的工作原理与功能要求以及输I/O点的地址分配表，绘制电梯的程序流程图和设计电梯的程序梯形图，电梯控制程序流程图5所示。梯形图程序由七个主要部分构成:楼层信号控制、轿内指令信号控制、厅外召唤信号控制、自动选向控制、启动换速控制、平层控制、开关门控制。
图5 电梯控制程序流程图
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5.2 电梯控制系统主要环节
5.2.1 楼层信号控制环节
根据控制的要求，楼层信号控制梯形图如图6所示。
图6 楼层信号控制梯形图
由上文可知，PLC输出端口Y0到Y4分别对应接通五层到一层的楼层显示信号。楼层显示是连续变化的，电梯运行到是下一层楼层感应器动作之前的任何位置，应一直显示上一层的楼层数。例如，电梯最初处于一层，X15为ON，Y4为ON，由I/O接线图可知，指示灯1ZD亮，显示1，即轿厢处于一层;当电梯离开1层向上运行时，由于1G为OFF使得X15为OFF，但Y4通过自锁维持ON状态，所以，1ZD一直亮;当达到2层2G处时，由于X14为ON，使得Y3为ON，此时2ZD亮，Y3长闭触点使Y4为OFF，即此时指示灯2亮，同时指示灯1熄灭。在其他各层时情况与此相同。
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5.2.2 轿内指令信号控制环节
轿内指令信号控制环节梯形图如图7所示。
图7 轿厢内信号控制环节
该环节可以实现轿厢内指令的登记与消除。中间继电器M112--M116中的一个或几个为ON时，表示相应楼层的轿内指令被登记，反之，当其中的一个或几个为OFF时，表示相应的指令信号被消除。
本梯形图对M112--M116均采用SET/RST指令编程。从图中可知，各层的轿内指令登记和消除方式都是一样的。现在假设电梯在一层，处于停止状态，Y17(SC)为OFF，Y20(XC)为OFF;乘客按下2AN、4AN，则X21为ON，X17为ON，从而使M115为ON，M113为ON，即2、4两层的轿内指令被登记。当电梯向上运行到达第2层的楼层感应器2G处时，由楼层信号控制环节可知Y3为ON，于是M115为OFF，即2层的轿内指令被清除，表明该指令已被执行完毕。而M113由于其复位端的条件不具备，所以4层轿内指令仍然保留，只有当电梯到达第4层时，该信号才被解除。
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5.2.3 厅外召唤信号控制环节
厅外召唤信号控制环节的梯形图如图8所示。
图8 厅外召唤信号控制环节梯形图
厅外召唤信号控制环节实现厅外召唤指令的登记及消除，编程形式与轿内指令环节基本相似。
设电梯在1层，2、4层厅外乘客欲乘梯上行，故分别按下2ASZ、4ASZ，同时2层还有乘客欲下行，按下2AXZ。于是X23为ON，X4为ON，输出继电器Y6为ON，Y10为ON，分别使呼梯信号灯2SZD、4SZD、2XZD亮。系统接到指示信号后操作电梯向上运行，故M130为ON。当电梯到达2层停靠时，Y3为ON，故Y6为OFF，2SZD灯熄灭。由于4层上召唤信号Y10仍然处于等级状态，故上行控制信号M130此时并不释放(具体在选向环节中分析)。因此，电梯虽然目前
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在2层，但这层下行召唤信号Y11仍然不能清除，灯2XZD仍然亮。只有当电梯执行完全部上行任务返回到2层时，M131为ON，Y3为OFF，下行召唤信号Y11才被清除。这就实现了只清除与电梯运行方向一致的召唤信号这一控制要求。 5.2.4 自动选项控制环节
所谓选向，就是电梯根据乘客下达的轿内指令，自动选择合理的运行方向。自动选向控制环节的梯形图如图9所示。
图9 自动选项控制环节梯形图
图中的内部继电器M130、M131分别称为上下方向控制中间继电器，它们直接决定着方向输出继电器Y17/Y20的ON或OFF状态，从而控制继电器SC/XC，即决定着电梯的运行方向。下面分析其选向原理:
设电梯位于1层，轿内乘客欲前往3层和5层，按下3AN、5AN，X21为ON，X16为ON，由轿内指令环节知M114为ON，M112为ON。又因为电梯位于1层，由楼层信号控制环节知，Y4为ON，图9中，其动触点打开，于是已闭合的M114和M112只能使上行控制继电器M130为ON，而不会使M131回路接通，即电梯自动选择了上行方向。
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接着电梯向上运行到第3层停下来，Y2为ON，轿内指令M114为OFF，但M112仍然登记。这时M130保持ON状态，即仍然维持着上行方向。只有电梯达到5层以后，Y0为ON，才使M130为OFF，这时电梯便执行完全部上行命令。 5.2.5 启动换速控制环节
电梯启动时快速绕组接通，通过串入和切除电抗器改善启动舒适感。
电梯运行到达目的层站的换速点时，应将高速绕组断开，同时接通低速绕组，使电梯慢速运行。换速点就是楼层感应干簧管所安置的位置。
启动控制梯形图如图10所示
图10 启动控制梯形图
换速控制环节梯形图如图11所示。
图11 换速控制梯形图
在图10、图11中，当电梯选择了运行方向后，M130(M131)为ON，Y17(Y20)
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为ON，乘客操纵使轿、厅门关闭。若各层们军官好，则X10为ON，于是运行中间继电器M143为ON，有下述过程:
M143为ON?Y21为ON(KC接通快速绕组)?T0开始计时
(T0为ON)?Y23为ON(KJC动作，切除启动电抗器的XQ)
显然，在T0延时的过程中，电动机是串入XQ进行降压启动的。
当电梯运行到有轿内指令的那一层换速点时，换速中间继电器M143为ON，发出换速信号，如图12所示。例如，有3层轿内指令登记，Y2为ON，只有当电梯运行到3层时，M134为ON，发出换速命令，于是有下述换速过程:
M143为ON?M143为OFF?Y21为OFF(快速绕组回路断开);
Y22为ON(MC动作，使慢速绕组回路接通)?T1开始定时(T1为ON)?Y24为ON(1MJC动作，切除电阻R)?T452开始定时(T452为ON)?Y25为ON(2MJC动作，切除电抗器XJ)。
除此之外还有两种情况会使电梯强迫换速。一是端站强迫换速，例如，如果电梯上行(M130为ON)到最高层还没有正常换速，会碰上限位开关SHK，则X30为ON，于是M143为OFF，电梯换速。第二种情况是电梯在运行中由于故障等原因失去方向控制信号，即M130为OFF，M131为OFF，但由于自多作用T0为ON，T1为ON时，也会因为M143为OFF而使电梯换速。
另外，在图12中，为了避免换速继电器M143在一次换速后一直为ON，故用Y17和Y20动作触点串联后作为M134的复位条件，电梯一旦停止，M134就复位，为电梯下次运行做好准备。
图12 电梯控制系统换速信号产生
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5.2.6 平层控制环节
电梯平层控制环节梯形图如图13所示。
图13 电梯平层控制环节梯形图
其中，X5、X6、X7分别为下平层信号、门区信号和上平层信号。平层原理为:如果电梯换速后欲在某层停靠，则SPG离开隔磁板，使X6为OFF，M140为OFF，则Y20由Y21、M140、M143的动断触点和M142常开触点接通，电梯在接触器XC作用下反向运动，直至隔磁板重新进入SPG，使M140为ON。当电梯位于平层位置时，M140、M141和M142均为ON，Y17、Y20均变为OFF，即电动机脱离三相电源并施以抱闸制动。
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5.2.7 开关门控制环节
电梯在某平层位置平层后自动关门，乘客按下关门按钮应能对开关门进行手动操纵。相应的开关门控制梯形图如图14所示。
图14 开关门控制梯形图
M136是平层信号中间继电器，当电梯完全平层时，M136为ON，紧接着Y17为OFF，Y20为OFF其动断触点复位，于是Y15为ON。由PLC接线图4可知Y15为ON意味着27号线与01号线接通，因此，开门继电器KMJ得电，电梯自动开门。X31是开门按钮输入，用于当门关好后重新使其打开。X32是关门按钮输入，当乘客按下AGM时，X32为ON，Y16为ON。
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结束语
本设计基本上实现了任务书中所要求的功能。设计的题目是PLC在电梯控制系统中的作用，实际就是利用PLC设计一个电梯控制系统。根据任务书的要求，针对五层居民楼用升降电梯，采用日本三菱FX2N系列PLC设计控制系统。整个电梯系统包括电力拖动部分、轿厢、厅门、井道、电气设备、平衡系统、平层设备，以及保护装置。通过对电梯系统所应具备的功能的分析，设置PLC设备上相应的输入输出端点，选取合适的PLC设备型号。根据所设计的软件流程图，用梯形图语言进行编程，以实现电梯系统的全部功能。
遗憾之处在于不能做出实物以实现文中所描述的系统，也没有一个可用于仿真的软件来模拟电梯系统，对已编制的程序进行仿真加以验证其正确性。所以，虽然这是一个非常贴近实际的课题，但实际所做的工作仍然停留在理论阶段，缺少与实践的结合。
在设计过程中遇到了不少的困难，为此我向老师和学长以及周围熟悉PLC编程的同学请教了大量的问题，他们也尽己所能对我的毕业设计工作进行了帮助。每一个困难的解决不只是一个知识和经验积累的过程，还让我明白了真正设计出成果的不易，更加认识到知识的力量，让我在以后的工作和学习过程中可以时刻提醒自己。
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致谢
行文之末，我要感谢指导我进行毕业设计的徐沪萍老师和刘佳学长，本论文是在他们的指导和帮助下才得以完成的。在进行毕业设计的初期，我对本设计所涉及的专业知识掌握不是很牢固，在徐老师和刘佳学长的指导下，我查阅了大量的相关资料，在遇到问题时，徐老师和刘佳学长对我的提问总是能不厌其烦、非常耐心地为我讲解。他们对待学习和工作的态度对我影响很大，不仅是让我顺利地完成了学位论文，更激励我不断努力学习和工作，向着更高的人生目标奋斗～
不知不觉中我已在武汉理工大学度过了美好的四年大学时光，在此期间遇到很多老师，使我受益的不仅仅是他们广播的知识，丰富的经验，更重要的是在为人处事以及科学研究中的态度。在为人方面，我懂得了做人要积极乐观、正直、乐于助人;在处事方面，要坚持不懈、无私奉献;在科研方面，要严谨认真、脚踏实地、勤于动脑、勤于动手。这对于我在学业上继续深造、乃至对我的一生都有着深远的影响。
感谢父母的养育之恩～感谢老师们的悉心教诲～感谢自动化学院本科2007级同学们的帮助～
最后，对论文评审组的各位老师表示衷心的感谢～
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附录1 PLC硬件设备端口连接图
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附录2 PLC电梯控制系统程序流程图
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附录3 PLC电梯控制系统梯形图
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范文二：plc课程设计 四层电梯控制系统设计
《电气控制与可编程控制器技术》 课程设计说明书
设计课题:四层电梯控制系统设计
专业班级:10级自动化(3)班
姓名学号:高 扬(080310186)
秦松亭(080310183)
宋龙文(080310152)
产江华(080310138)
指导教师:李彦梅
设计时间 : 2012年 12月
物理与电气工程学院 二〇一二年十二月
物理与电气工程学院 10级自动化 3班 可编程控制器技术课程设计
摘 要
电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具,与人们的生活紧密相 关, 随着人们对电梯运行安全性、 高效性、 舒适性等要求的不断提高, 电梯得到快速发展。 其拖动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。
电梯采用了 PLC 控制,用软件实现对电梯运行的自动控制,可靠 性大大提高。控制系统结构简单,外部线路简化,可方便的增加或改 变控制功能, 也可以进行故障自动检测与报警显示, 提高运行安全性, 并便于检修。 而电动机交流变频器调速技术是当今节电、 改善工艺流 程以提高产品质量、改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频 器调速以其优异的调速性能和起制动性能、 高效率、 高功率因素和节 电效果, 广泛的适用范围及其它许多优点而获国内外公认为最有发展 前途的调速方式。因此, PLC 控制技术加变频器调速技术已成为现代 电梯行业的一个热点。
本设计考虑到载客电梯的实际操作功能,又兼顾载电梯控制中具 有递推功能, 所设计的控制系统针对的是四层电梯。 代替传统的继电 控制系统, 由变频器实现对电梯的拖动调速, 使 PLC 与调速拖动装置 相结合,构成 PLC 集选控制系统,实现了电梯的各种控制功能,提高 了电梯运行的可靠性,降低了故障率。
关键字:可编程控制器 PLC ;四层电梯;变频器;电机;编程;控制 第 2 页 共 19 页
物理与电气工程学院 10级自动化 3班 可编程控制器技术课程设计
目 录
摘 要 ···························································································································2一、课程设计的性质、目的与任务 ···········································································4
1.课程设计的性质: ·························································································4
2.课程设计的目的和任务: ·············································································4二、内容和要求 ···········································································································4
1.设计题目 ·········································································································4
2.设计内容 ·········································································································4
3.设计要求 ·········································································································5
4. 组织要求 ·········································································································5
三、设计课题简介 ·······································································································6
四、设计方案的比较与选择 ·······················································································6
五、可编程控制器的简介与工作原理 ·······································································7
1. 可编程控制器的定义 ·······················································································7
2. 可编程控制器的工作原理 ···············································································7
六、可编程控制器的选择 ···························································································8
七、硬件原理设计图 ···································································································8
1. 电气控制系统主回路原理图 ·········································································8
2. I/O(输入 /输出 ) 端口分配 : ···········································································9
3. 根据 I/O端口设计外部接线图: ···································································9八、操作说明 ·············································································································10
1. 电梯控制系统操作过程 ···············································································10
2. 电梯控制系统实现的功能 ···········································································10
3. 按键操作说明和指示灯说明 ·········································································11
九、调试及结果 ·········································································································11
十、所使用主要元器件清单 ·····················································································12十一、设计总结 ·········································································································12十二、参考文献 ·········································································································13附录 四层电梯设计系统梯形图 ·············································································14
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物理与电气工程学院 10级自动化 3班 可编程控制器技术课程设计
一、课程设计的性质、目的与任务
1.课程设计的性质:
《电气控制与 PLC 课程设计》 是针对自动化专业的本科生开设的 一门实用性较强的必修课程。
2.课程设计的目的和任务:
《电气控制与 PLC 课程设计》是与专业课《电气控制与 PLC 》相 配套的一门重要的实践课程, 是理论与实践相结合的一个重要教学环 节, 是培养学生可编程控制器应用能力, 同时通过课程设计加深对理 论的理解和认识。 其任务是通过设计方法的学习和制作过程, 掌握自 动化设备的设计、制作所需的一些基本概念、方法和技能,培养学生 在设计与制作的动手能力, 让他们在踏上工作岗位后, 能尽快进入角 色,充分发挥其在这方面的作用。
二、内容和要求
1.设计题目
四层电梯控制系统设计
2.设计内容
(1) 自动控制系统的方案设计 ,内容包括:1)原理图的总体设 计; 2)布线图的设计;
(2)元器件选型 ,内容包括:1)电源配电; 2)接口电路; 3) 常用低压电器; 4) PLC 。
(3) 系统制作方法与技能 ,内容包括:1) 根据自动控制系统要 求及元器件的实际参数现状选择器件; 2) 制作前的准备; 3)电路的 第 4 页 共 19 页
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布线; 4)硬件安装技术; 5)硬件与程序调试
3.设计要求
(1)以电气控制与 PLC 的基本理论为指导,将设计实验分为基 础型和系统型两个层次, 基础型指利用常用低压电器构建小型自动化 控制系统的设计与调试, 系统型指选用 PLC 与常用低压电器组建较高 程度的自动化控制系统的设计与调试;
(2)熟悉常用低压电器的原理与应用;
(3)学习 PLC 上位机开发软件进行梯形图设计与仿真;
(4)学习自动化控制系统电路的制作、接线与调试;
4. 组织要求
(1)选题。对于每个班,课程设计指导教师至少提供 10个以上 的题目供学生选择。
(2)学生分组。由学生自由进行组合, 3-4人组成一个设计组。 每个设计组自由选择一个设计题目。 每一个设计组内每个学生有各自 的明确任务分工。
(3) 课程设计任务书。 设计的具体内容及要求在指导教师编写的 设计指导书中规定。设计指导书要给出每个设计课题的题目、目的、 要求、 内容、 步骤、 方法、 基础资料以及设计工作计划、 组织措施等。 (4)指导教师要对学生进行考勤,在课程设计的教学过程中,指 导教师应分阶段对学生完成的工作进度进行检查, 只有正确完成本阶 段的工作方允许进行下阶段的工作。
(5) 学生要按照课程设计任务书的要求, 按时按质按量地完成课 第 5 页 共 19 页
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程设计。在课程设计过程中,按照学校正常作息时间进行,每天设计 时间不低于 4小时。凡是累计旷课时间达到或超过课程设计全过程 1/3者或和未完成课程设计任务书基本要求者,按不及格处理。 (6)课程设计报告。学生要认真编写课程设计报告。课程设计报 告内容应包括:封面(设计题目、指导教师姓名、设计者专业班级、 姓名、学号) ,课程设计任务书,摘要,目录,课题简介,设计方案, 硬件原理设计图,操作说明,调试、实验方法及结果,设计总结,参 考文献,附录等。
(7)答辩。以课题组为单位进行答辩,首先简要陈述设计情况, 然后回答问题。每个课题组由一个人主讲,其他同学补充。每个人单 独回答问题。
三、设计课题简介
电梯是一种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。 服务于规定楼层的固定式升降设备。 它具有一个轿厢, 运行在至少两列垂直的或倾斜角小于 15°的刚性导轨之间。轿厢尺 寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。习惯上不论其驱动方式如 何,将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。
本次设计由于条件和所掌握的知识相对有限, 所以本次设计相对 于实际应用中比较简单,主要是设计出四层电梯具有任意楼层外唤、 超载等功能。
四、设计方案的比较与选择
电梯控制方式主要分为三种, 分别是继电器控制方式、 微机控制 第 6 页 共 19 页
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方式和可编程控制器(PLC )控制方式,由于继电器控制存在功能弱、 故障多、 可靠性差和工作寿面短的缺陷现在已经逐渐被淘汰, 微机控 制可靠性差故也不多采用, 而 PLC 控制采用一种巡回扫描的方式分时 处理各项任务, 而且依靠程序运行, 这就保证只有正确的程序才能运 行, 否则电梯不会工作。 又由于 PLC 中的内部辅助继电器及保持继电 器等是它本身内存工作单元,即无线圈无触电,使用次数不受限制。 因此, 它比继电器控制有明显的优越性, 比微机控制有明显的可靠性, 自动化水平更高。
综上所述 PLC 控制是三种控制方式中最具有可靠性、 优越性和实 用性的控制方式,它更适合在电梯的技术改造和控制系统的更新换 代, 是电梯控制系统中理想的控制新技术, 所以本次课程设计采用可 编程控制器(PLC )作为控制方式。
五、可编程控制器的简介与工作原理
1.可编程控制器的定义
PLC英文全称 Programmable logic Controller,中文全称为 可编程逻辑控制器,定义:一种数学运算操作的电子系统,专为在 工业环境中而设计的。它采用一类可编程的控制器,用于其内部存 储程序执行逻辑运算,顺序控制,定时,技术与运算操作等面向用 户的指令,并通过数字或模拟式输入 /输出控制各类型的机械或生 产过程。
2.可编程控制器的工作原理
PLC虽然以微处理器为核心,具有微型计算机的许多特点,但 第 7 页 共 19 页
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它的工作方式却与微型计算机有很大的不同, 微型计算机一般采用等 待命令或中断的工作方式,如常见的键盘扫描方式或 I/O扫描方式, 当有按键按下或 I/O动作, 则转入相应的子程序或中断服务程序, 无 按键按下, 则继续扫描等待。 PLC 采用循环的工作方式, 即顺序扫描, 不断循环这中工作方式是在系统软件控制下进行的。当 PLC 运行时, CPU 根据用用具按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序,按序 号作周期性的程序循环扫描, 程序从第一条指令开始, 逐条顺序执行 用户的程序直到程序结束。 然后重新返回第一条指令, 在开始下一次 扫描,周而复始。 实际上 PLC 扫描工作除了执行用户程序外,还要完 成其他工作,整个工作过程分为自诊断,通讯服务、输入处理、输出 处理、程序执行五个阶段。
六、可编程控制器的选择
本次设计有三种可编程控制器可选择使用, 分别是和利时、 台达 和三菱。由于平时课程所学的是三菱的 PLC ,再加上对三菱 PLC 的了 解相对较多, 所以本次设计采用三菱 FX 系列 FX1N 作为本次课程设计 的可编程控制器。
七、硬件原理设计图
1. 电气控制系统主回路原理图
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图 1 电气控制系统主回路原理图 2. I/O(输入 /输出 ) 端口分配 :
表 1 I/O(输入 /输出 ) 端口分配 3. 根据 I/O端口设计外部接线图:
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图 2 PLCI/O端口设计外部接线图
八、操作说明
1. 电梯控制系统操作过程
(1)按动召唤按钮,电梯牵引机启动到达召唤层停止、电梯门和轿 厢门同时打开。
(2)人进入轿厢,超重保护没有报警。
(3)电梯门开的同时计时器开始计时 5秒钟, 5秒钟到电梯门和轿 厢门自动关闭(本次设计省略)
(4)按动选层键,电梯牵引机启动到达选择层停止、电梯门和轿厢 门同时打开。
(5)电梯门打开的同时计时器开始计时 5秒钟, 5秒钟到电梯门和 轿厢门自动关闭。 (本次设计省略)
2. 电梯控制系统实现的功能
(1)电梯内外当前楼层显示;
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(2)各层厅外召唤按钮;
(3)一台交流电动机拽引轿厢上升和下降;
(4)待客召唤自动开门,当电梯在某层时,按下召唤信号自动开门;
(5)到站有自动响铃提示并自动开门经 5秒自动关门;
(6)自动换向功能,当电梯运行到顶层或最底层时,能自动换向运 行;
(7)自动停留功能,当电梯完成指令后自动停在原位等待。
3. 按键操作说明和指示灯说明
(1) SB0对应模拟电梯人员超载, SB1对应一楼上呼按钮, SB2对应 二楼下呼按钮, SB3对应二楼上呼按钮, SB4对应三楼下呼按钮, BS4对应三楼上呼按钮, SB5对应三楼上呼按钮, SB6对应四楼下呼按钮。 HL1对应一楼指示灯, HL2对应二楼指示灯, HL3对应三楼指示灯, HL4对应四楼指示灯。
(2)一楼外有呼叫电梯按下 SB1电梯自动从楼上下来,到达一楼时 电机停转 LH1亮, LH2、 LH3、 LH4灭; 二楼外有呼叫电梯时, 按下 SB2或者 SB3电梯自动从楼下上来或者从楼上下来, 到达二楼时电机停转 LH2亮, LH1、 LH3、 LH4灭;三楼外有呼叫电梯时, 按下 SB4或者 SB5电梯自动从楼下上来或者从楼上下来,到达三楼时电机停转 LH3亮, LH1、 LH2、 LH4灭; 四楼外有呼叫电梯按下 SB4电梯自动从楼下上来, 到达四楼时电机停转 LH4亮, LH1、 LH2、 LH3灭;当超载时,电梯停 止运行,直到解除超载,电梯再次开始运行。
九、调试及结果
将已经编写好的程序通过配套的三菱 PLC 软件烧写到 PLC 中, 运 行监控观察各 I/O口指示灯的变化,指示灯亮说明已经接通。调试、 观察是否与预期的结果一至, 如果相同则调试成功继续下步工作。 否 则返回继续检查修改。
十、所使用主要元器件清单
表 2 主要元器件清单
十一、设计总结
本系统主要以 PLC 为核心, 利用 PLC 的强大的控制功能, 实现了 利用可编程控制器控制电梯的功能,具有接线简单、编程直观、扩展 容易等特点。 当电梯的功能增加时, 硬件接线上只需增加行程开关输 入信号。 原来的接线不需改变, 软件上只需增加相应程序以及输出的 功能,要改动的地方也较少。调试结果表明,在适应性、精确性和可 靠性方面,到达到了设计的要求,表明该设计方案是可行的。 通过本设计,我学习到了很多东西,在工作的细心上也得到了提高。
并且,更了解了有关可编程控制器的功能。我选择这个设计,也是为 了弥补以前学习上的不足。这次设计,使我了解到老师的用心良苦, 并且从老师那学到了很多宝贵的东西。
十二、参考文献
[1] 史国生、王念春、赵阳 . 电气控制与可编程控制器技术 [M].北京:化学工业大学出版社 .2010.5
[2] 秦健 . 可编程控制器和变频器载改造在用电梯自动控制系统 中的应用 [M]. 应用技术出版社 .2006
[3] 唐勇奇 . 电梯变频器调速 PLC 控制的设计与实现 [M]. 电机 电器技术出版社 .2000
[4] 孙忠献 . 电机技术与应用 [M]. 福建:福建科学技术出版 社 .2004.3
[5] 李景学、金广业 . 可编程控制器应用系统设计方法 [M]. 北 京:电子工业出版社 .1995
[6] 徐惠钢、 郭文华 . 基于 PLC 的电梯高精度位置控制的实现 [J]. 微计算机信息 .2007,23(5):61-63
附录 四层电梯设计系统梯形图
电梯第一次使用时,停在一楼,一楼指示灯 LH1亮
一层外呼,当按下 SB1时,电梯从楼上下来。电梯轿厢原来停在二楼 时到达一楼要 3S ,原来停在三楼到一楼需要 6S ,原来停在 4楼到一 楼需要 9S 。
二楼外呼,当按下 SB3时,向上呼叫电梯,电梯应从上下来,不能从 下上来。电梯轿厢原来停在三楼到二楼要 3S ,原来在四楼到二楼要 6S 。
二楼外呼,当按下 SB2时,向下呼叫电梯,电梯应从下上来,不能从 上下来。电梯轿厢原来停在一楼到二楼要 3S 。
三楼外呼,当按下 SB5时,向上呼叫电梯,电梯应从上下来,不能从 下上来。电梯轿厢原来停在四楼到三楼要 3S 。
三楼外呼,当按下 SB4时,向下呼叫电梯,电梯应从下上来,不能从 上下来。电梯轿厢原来停在二楼到三楼要 3S ,原来在一楼到三楼要 6S 。
四楼外呼,当按下 SB6时,向下呼叫电梯,电梯应从下上来,不能从 上下来。电梯轿厢原来停在三楼到四楼要 3S ,原来在三楼到四楼要 6S ,原来在一楼到四楼要 9S 。
电梯轿厢停在一层是 LH1亮,电机停止转动
电梯轿厢停在二层是 LH2亮,电机停止转动
电梯轿厢停在三层是 LH3亮,电机停止转动
电梯轿厢停在四层是 LH4亮,电机停止转动
电梯轿厢停在一层时, LH1亮, Y001接通, M10接通,下次有外呼时 电梯自动从一楼启动。
电梯轿厢停在二层时, LH2亮, Y002接通, M20接通,下次有外呼时 电梯自动从二楼启动。
电梯轿厢停在三层时, LH3亮, Y003接通, M30接通,下次有外呼时 电梯自动从三楼启动。
电梯轿厢停在四层时, LH4亮, Y004接通, M40接通,下次有外呼时 电梯自动从四楼启动。
电梯下降时,电机反转。
电梯上升时,电机正转。
当电梯超载时, X000接通, M0接通,使主电路断开,电机停止转动, 直到超载解除。
范文三：plc课程设计__四层电梯控制系统设计
《电气控制与可编程控制器技术》
课程设计说明书
设计课题：四层电梯控制系统设计
专业班级：１０级自动化（３）班 姓名学号：高 扬（080310186） 秦松亭（080310183）
宋龙文（080310152）
产江华（080310138）
指导教师：李彦梅 设计时间: 2012年12月 物理与电气工程学院
二〇一二年十二月
物理与电气工程学院10级自动化3班 可编程控制器技术课程设计
摘 要
电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对电梯运行安全性、高效性、舒适性等要求的不断提高，电梯得到快速发展。其拖动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。
电梯采用了PLC 控制，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。控制系统结构简单，外部线路简化，可方便的增加或改变控制功能，也可以进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。而电动机交流变频器调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量、改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频器调速以其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因素和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而获国内外公认为最有发展前途的调速方式。因此，PLC 控制技术加变频器调速技术已成为现代电梯行业的一个热点。
本设计考虑到载客电梯的实际操作功能，又兼顾载电梯控制中具有递推功能，所设计的控制系统针对的是四层电梯。代替传统的继电控制系统，由变频器实现对电梯的拖动调速，使PLC 与调速拖动装置相结合，构成PLC 集选控制系统，实现了电梯的各种控制功能，提高了电梯运行的可靠性，降低了故障率。
关键字：可编程控制器PLC ；四层电梯；变频器；电机；编程；控制
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目 录
摘 要 ····························································································· 2
一、课程设计的性质、目的与任务 ························································ 4
1．课程设计的性质： ··································································· 4
2．课程设计的目的和任务： ·························································· 4
二、内容和要求 ················································································ 4
1．设计题目 ··············································································· 4
2．设计内容 ··············································································· 4
3．设计要求 ··············································································· 5
4. 组织要求 ··············································································· 5
三、设计课题简介 ············································································· 6
四、设计方案的比较与选择 ································································· 6
五、可编程控制器的简介与工作原理 ····················································· 7
1. 可编程控制器的定义 ································································· 7
2. 可编程控制器的工作原理 ··························································· 7
六、可编程控制器的选择 ···································································· 8
七、硬件原理设计图 ·········································································· 8
1. 电气控制系统主回路原理图 ······················································· 8
2. I/O(输入/输出) 端口分配: ························································ 9
3. 根据I/O端口设计外部接线图： ·················································· 9
八、操作说明 ··················································································· 10
1. 电梯控制系统操作过程 ···························································· 10
2. 电梯控制系统实现的功能 ························································· 10
3. 按键操作说明和指示灯说明 ······················································· 11
九、调试及结果 ··············································································· 11
十、所使用主要元器件清单 ································································ 12 十一、设计总结 ··············································································· 12 十二、参考文献 ··············································································· 13 附录 四层电梯设计系统梯形图 ·························································· 14
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一、课程设计的性质、目的与任务
1．课程设计的性质：
《电气控制与PLC 课程设计》是针对自动化专业的本科生开设的一门实用性较强的必修课程。
2．课程设计的目的和任务：
《电气控制与PLC 课程设计》是与专业课《电气控制与PLC 》相配套的一门重要的实践课程，是理论与实践相结合的一个重要教学环节，是培养学生可编程控制器应用能力，同时通过课程设计加深对理论的理解和认识。其任务是通过设计方法的学习和制作过程，掌握自动化设备的设计、制作所需的一些基本概念、方法和技能，培养学生在设计与制作的动手能力，让他们在踏上工作岗位后，能尽快进入角色，充分发挥其在这方面的作用。
二、内容和要求
1．设计题目
四层电梯控制系统设计
2．设计内容
（1）自动控制系统的方案设计，内容包括：1）原理图的总体设计；2）布线图的设计；
（2）元器件选型，内容包括：1）电源配电；2）接口电路；3）常用低压电器；4）PLC 。
（3）系统制作方法与技能，内容包括：1）根据自动控制系统要求及元器件的实际参数现状选择器件；2) 制作前的准备；3）电路的
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布线；4）硬件安装技术；5）硬件与程序调试
3．设计要求
（1）以电气控制与PLC 的基本理论为指导，将设计实验分为基础型和系统型两个层次，基础型指利用常用低压电器构建小型自动化控制系统的设计与调试，系统型指选用PLC 与常用低压电器组建较高程度的自动化控制系统的设计与调试；
（2）熟悉常用低压电器的原理与应用；
（3）学习PLC 上位机开发软件进行梯形图设计与仿真；
（4）学习自动化控制系统电路的制作、接线与调试；
4. 组织要求
（1）选题。对于每个班，课程设计指导教师至少提供10个以上的题目供学生选择。
（2）学生分组。由学生自由进行组合，3-4人组成一个设计组。每个设计组自由选择一个设计题目。每一个设计组内每个学生有各自的明确任务分工。
（3）课程设计任务书。设计的具体内容及要求在指导教师编写的设计指导书中规定。设计指导书要给出每个设计课题的题目、目的、要求、内容、步骤、方法、基础资料以及设计工作计划、组织措施等。
（4）指导教师要对学生进行考勤，在课程设计的教学过程中，指导教师应分阶段对学生完成的工作进度进行检查，只有正确完成本阶段的工作方允许进行下阶段的工作。
（5）学生要按照课程设计任务书的要求，按时按质按量地完成课
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物理与电气工程学院10级自动化3班 可编程控制器技术课程设计
程设计。在课程设计过程中，按照学校正常作息时间进行，每天设计时间不低于4小时。凡是累计旷课时间达到或超过课程设计全过程1/3者或和未完成课程设计任务书基本要求者，按不及格处理。
（6）课程设计报告。学生要认真编写课程设计报告。课程设计报告内容应包括：封面（设计题目、指导教师姓名、设计者专业班级、姓名、学号），课程设计任务书，摘要，目录，课题简介，设计方案，硬件原理设计图，操作说明，调试、实验方法及结果，设计总结，参考文献，附录等。
（7）答辩。以课题组为单位进行答辩，首先简要陈述设计情况，然后回答问题。每个课题组由一个人主讲，其他同学补充。每个人单独回答问题。
三、设计课题简介
电梯是一种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。服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。
本次设计由于条件和所掌握的知识相对有限，所以本次设计相对于实际应用中比较简单，主要是设计出四层电梯具有任意楼层外唤、超载等功能。
四、设计方案的比较与选择
电梯控制方式主要分为三种，分别是继电器控制方式、微机控制
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方式和可编程控制器（PLC ）控制方式，由于继电器控制存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿面短的缺陷现在已经逐渐被淘汰，微机控制可靠性差故也不多采用，而PLC 控制采用一种巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作。又由于PLC 中的内部辅助继电器及保持继电器等是它本身内存工作单元，即无线圈无触电，使用次数不受限制。因此，它比继电器控制有明显的优越性，比微机控制有明显的可靠性，自动化水平更高。
综上所述PLC 控制是三种控制方式中最具有可靠性、优越性和实用性的控制方式，它更适合在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术，所以本次课程设计采用可编程控制器（PLC ）作为控制方式。
五、可编程控制器的简介与工作原理
1.可编程控制器的定义
PLC英文全称Programmable logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器，定义：一种数学运算操作的电子系统，专为在工业环境中而设计的。它采用一类可编程的控制器，用于其内部存储程序执行逻辑运算，顺序控制，定时，技术与运算操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各类型的机械或生产过程。
2.可编程控制器的工作原理
PLC虽然以微处理器为核心，具有微型计算机的许多特点，但
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它的工作方式却与微型计算机有很大的不同，微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，当有按键按下或I/O动作，则转入相应的子程序或中断服务程序，无按键按下，则继续扫描等待。PLC 采用循环的工作方式，即顺序扫描，不断循环这中工作方式是在系统软件控制下进行的。当PLC 运行时，CPU 根据用用具按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，在开始下一次扫描，周而复始。实际上PLC 扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自诊断，通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。
六、可编程控制器的选择
本次设计有三种可编程控制器可选择使用，分别是和利时、台达和三菱。由于平时课程所学的是三菱的PLC ，再加上对三菱PLC 的了解相对较多，所以本次设计采用三菱FX 系列FX1N 作为本次课程设计的可编程控制器。
七、硬件原理设计图
1. 电气控制系统主回路原理图
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图1 电气控制系统主回路原理图
2. I/O(输入/输出) 端口分配:
表1 I/O(输入/输出) 端口分配
3. 根据I/O端口设计外部接线图：
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图2 PLCI/O端口设计外部接线图
八、操作说明
1. 电梯控制系统操作过程
（1）按动召唤按钮，电梯牵引机启动到达召唤层停止、电梯门和轿厢门同时打开。
（2）人进入轿厢，超重保护没有报警。
（3）电梯门开的同时计时器开始计时5秒钟，5秒钟到电梯门和轿厢门自动关闭（本次设计省略）
（4）按动选层键，电梯牵引机启动到达选择层停止、电梯门和轿厢门同时打开。
（5）电梯门打开的同时计时器开始计时5秒钟，5秒钟到电梯门和轿厢门自动关闭。（本次设计省略）
2. 电梯控制系统实现的功能
（1）电梯内外当前楼层显示；
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（2）各层厅外召唤按钮；
（3）一台交流电动机拽引轿厢上升和下降；
（4）待客召唤自动开门，当电梯在某层时，按下召唤信号自动开门；
（5）到站有自动响铃提示并自动开门经5秒自动关门；
（6）自动换向功能，当电梯运行到顶层或最底层时，能自动换向运行；
（7）自动停留功能，当电梯完成指令后自动停在原位等待。
3. 按键操作说明和指示灯说明
（1）SB0对应模拟电梯人员超载，SB1对应一楼上呼按钮，SB2对应二楼下呼按钮，SB3对应二楼上呼按钮，SB4对应三楼下呼按钮，BS4对应三楼上呼按钮，SB5对应三楼上呼按钮，SB6对应四楼下呼按钮。HL1对应一楼指示灯，HL2对应二楼指示灯，HL3对应三楼指示灯，HL4对应四楼指示灯。
（2）一楼外有呼叫电梯按下SB1电梯自动从楼上下来，到达一楼时电机停转LH1亮，LH2、LH3、LH4灭；二楼外有呼叫电梯时，按下SB2或者SB3电梯自动从楼下上来或者从楼上下来，到达二楼时电机停转LH2亮，LH1、LH3、LH4灭；三楼外有呼叫电梯时，按下SB4或者SB5电梯自动从楼下上来或者从楼上下来，到达三楼时电机停转LH3亮，LH1、LH2、LH4灭；四楼外有呼叫电梯按下SB4电梯自动从楼下上来，到达四楼时电机停转LH4亮，LH1、LH2、LH3灭；当超载时，电梯停止运行，直到解除超载，电梯再次开始运行。
九、调试及结果
将已经编写好的程序通过配套的三菱PLC 软件烧写到PLC 中，运行监控观察各I/O口指示灯的变化，指示灯亮说明已经接通。调试、观察是否与预期的结果一至，如果相同则调试成功继续下步工作。否则返回继续检查修改。
十、所使用主要元器件清单
表2 主要元器件清单
十一、设计总结
本系统主要以PLC 为核心，利用PLC 的强大的控制功能，实现了利用可编程控制器控制电梯的功能，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当电梯的功能增加时，硬件接线上只需增加行程开关输入信号。原来的接线不需改变，软件上只需增加相应程序以及输出的功能，要改动的地方也较少。调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，到达到了设计的要求，表明该设计方案是可行的。
通过本设计，我学习到了很多东西，在工作的细心上也得到了提高。
并且，更了解了有关可编程控制器的功能。我选择这个设计，也是为了弥补以前学习上的不足。这次设计，使我了解到老师的用心良苦，并且从老师那学到了很多宝贵的东西。
十二、参考文献
[1] 史国生、王念春、赵阳. 电气控制与可编程控制器技术[M].北京：化学工业大学出版社.2010.5
[2] 秦健. 可编程控制器和变频器载改造在用电梯自动控制系统中的应用[M]. 应用技术出版社.2006
[3] 唐勇奇. 电梯变频器调速PLC 控制的设计与实现[M]. 电机电器技术出版社.2000
[4] 孙忠献. 电机技术与应用[M]. 福建：福建科学技术出版社.2004.3
[5] 李景学、金广业. 可编程控制器应用系统设计方法[M]. 北京：电子工业出版社.1995
[6] 徐惠钢、郭文华. 基于PLC 的电梯高精度位置控制的实现[J]. 微计算机信息.2007,23(5):61-63
附录 四层电梯设计系统梯形图
电梯第一次使用时，停在一楼，一楼指示灯LH1亮
一层外呼，当按下SB1时，电梯从楼上下来。电梯轿厢原来停在二楼时到达一楼要3S ，原来停在三楼到一楼需要6S ，原来停在4楼到一楼需要9S 。
二楼外呼，当按下SB3时，向上呼叫电梯，电梯应从上下来，不能从下上来。电梯轿厢原来停在三楼到二楼要3S ，原来在四楼到二楼要6S 。
二楼外呼，当按下SB2时，向下呼叫电梯，电梯应从下上来，不能从上下来。电梯轿厢原来停在一楼到二楼要3S 。
三楼外呼，当按下SB5时，向上呼叫电梯，电梯应从上下来，不能从下上来。电梯轿厢原来停在四楼到三楼要3S 。
三楼外呼，当按下SB4时，向下呼叫电梯，电梯应从下上来，不能从上下来。电梯轿厢原来停在二楼到三楼要3S ，原来在一楼到三楼要6S 。
四楼外呼，当按下SB6时，向下呼叫电梯，电梯应从下上来，不能从上下来。电梯轿厢原来停在三楼到四楼要3S ，原来在三楼到四楼要6S ，原来在一楼到四楼要9S 。
电梯轿厢停在一层是LH1亮，电机停止转动
电梯轿厢停在二层是LH2亮，电机停止转动
电梯轿厢停在三层是LH3亮，电机停止转动
电梯轿厢停在四层是LH4亮，电机停止转动
电梯轿厢停在一层时，LH1亮，Y001接通，M10接通，下次有外呼时电梯自动从一楼启动。
电梯轿厢停在二层时，LH2亮，Y002接通，M20接通，下次有外呼时电梯自动从二楼启动。
电梯轿厢停在三层时，LH3亮，Y003接通，M30接通，下次有外呼时电梯自动从三楼启动。
电梯轿厢停在四层时，LH4亮，Y004接通，M40接通，下次有外呼时电梯自动从四楼启动。
电梯下降时，电机反转。
电梯上升时，电机正转。
当电梯超载时，X000接通，M0接通，使主电路断开，电机停止转动，直到超载解除。
范文四：plc的电梯控制系统设计毕业论文
plc 的电梯控制系统设计毕业 论文
目录
序言
1.1电梯
1.2可编程控制器
1.3电梯与可编程控制器
第一章 电梯发展分类规格参数及组成
1.1概述
1.2电梯的基本分类
1.3 电梯的型号
1.4电梯的主要参数及规格尺寸
1.5电梯的组成部件
第二章 三菱 FX2N 系列可编程序控制器介绍
2.1可编程控制器的基础认识
2.2可编程序控制器的工作方式及编程语言
2.3可编程序控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较
第三章 交流双速电梯的电气设计
3.1 交流双速电梯的基本工作原理
3.2 输入输出设计
第四章 PLC梯形图设计
4.1程序说明
4.2主程序设计
4.3子程序功能说明
第五章 结论
致谢
可编程控制器 (PLC)电梯控制系统
摘要
关键词:电梯, PLC ,逻辑控制;程序设计
序言
1.1电梯
电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的, 而呼叫是随机的, 电梯实际上是 一个人机交互式的控制系统, 单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的, 因此, 电梯控 制系统应采用随机逻辑控制方式控制。 目前电梯的控制普遍采用两种控制方式:一是采用微 机作为信号控制单元, 完成电梯的信号采集、 运行状态和功能的设定, 实现电梯的自动调度 和集选运行功能,拖动控制则由变频器来完成;第二种控制方式用可编程控制器(PLC )取 代微机实现信号集选控制。 从控制方式和性能上来说, 这两种方式并没有太大的区别。 国内 厂家大多采用答二种方式,其原因在于用 PLC 控制有许多优点:
1, 可靠性高,由于采取了一系类的 PLC 高可靠性的措施, PLC 的平均无故障时间 (MTBF )一般可达 3~5万小时。而且 PLC 的环境适应性也很强,它能在工业 环境下可靠地工作;
2, 编程简单, PLC 最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观,容 易掌握,不需要专门的计算机知识,便于广大现场工程技术人员掌握。当工 作流程需要改变时,可以现场改变程序,使用方便、灵活;
3, 体积小、结构紧凑、安装、维修方便。 PLC 的体积小,重量轻,便于安装。一 般 PLC 都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。
1.2可编程控制器
可编程控制器,是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物,是在顺序控制器和 微机控制器的基础上发展起来的新型控制器, 是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用 计算机,自 1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台 PLC 问世以来,迄今 30多年, 它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变, 但又不同于顺序控制器和通用的微 机控制装置, 它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求, 同时也 照顾到现场电气维护人员的技能和习惯, 摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式, 独 具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构, 使用户程序 的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。用户买到所需要的 PLC 后,只需按说明 书或提示, 做少量的安装接线和用户程序的编制工作, 就可以灵活而方便地将 PLC 应用于生 产实践, 而且用户程序的编制、 修改和调试都不需要具有专门的计算机编程语言知识。 这样 就破除了“电脑”的神秘感,推动了计算术的普遍应用。
可编程控制器 PLC 在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。 PLC 现在已 经成为现代工业控制三大支柱(PLC 、 CAD/CAM、 ROBOT )之一,以其可靠性、逻辑功能强、 体积小、可在线修改控制程序、 具有远程通信联网功能、 易与计算机接口、 能对模拟量进行 控制、 具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能, 日益取代有大量中间继电器、 时间继 电器、记数继电器等组成的继电 -接触控制系统,在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、 纺织、食品、交通等各行各业都得到广泛的应用。
1.3电梯与可编程控制器
总之,电梯的控制是比较复杂的,在计算机诞生前的几十年里,继电器控制系统为电 梯控制的发展起到了巨大的作用, 然而其控制性能与自身的功能已经无法满足与适应电梯控 制的要求和发展,与 PLC 相比较,存在质的差别。 电梯使用继电接触器控制的时代,很难设 计出质量优良的电梯控制系统, 而现在, 可编程控制器的使用为电梯的控制提供了更广阔的 空间。 PLC 是专门为工业过程控制而设计的控制设备,随着 PLC 应用技术的不断发展,将使 得它的体积大大减小,功能不断完善,过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与 电气部件被机结合在一个设备内, 把仪表、 电子和计算机的功能综合在一起。 因此它已成为 电梯运行中的关键技术。
第一章电梯发展分类规格参数及组成 1.1概述
1.1.1 电梯产品的录属关系和在人民物质生活中的作用
在我国,电梯、手扶梯、自动人行道等属于起重运输设备。电梯是在垂直方向上运行 的运输设备, 手扶梯是在斜面上运行的运输设备。 但是电梯和手扶梯都是把人或货物从一个 水平面提升到另一个水平面的起重运输设备。
随着人口的增加、科学技术日新月异地发展、人们物质生活水平的逐步提高,建筑业 得以迅速发展,大批的高楼大厦拔地而起,十几层至几十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅楼 鳞次栉比。 完全可以预想到, 随着社会的发展, 电梯产品在人们物质文化生活中的地位将会 和汽车一样,成为重要的运输设备之一。
1.1.2 电梯产品发展简史
据国外有关资料介绍, 公元前 2800年在古代埃及, 为了建筑当时的金字塔, 曾使用过 由人力驱动的升降机械。公元 1765年瓦特发明了蒸汽机后, 1858年美国研制出以蒸汽机为 动力,并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。 1878年英国的阿姆斯特郎发明了水压梯。 并随着水压梯的发展, 淘汰了蒸汽梯。 后来又采用液压泵和控制阀以及直接拄塞式和侧拄塞 式结构的液压梯, 这种液压梯至今仍为人们所采用。 但是电梯得以兴盛发展的根本原因在于 采用了电力作为动力来源。
我国电梯的使用历史悠久。 80年代中期以来,随着我国对外开放,对内告活经济的政 策深入贯彻执行, 随着技术引进工作的进一步开展, 在国内建立一批合资和独资电缆生产厂, 使我国的电梯工业又取得巨大的发展,我国又新颁布一批具有 80年代国际水平的电梯制造 标准, 随着采用新标准生产的电梯批量推向市场, 技术性能和质量明显提高的电梯又进一步 促进建筑业和电梯业的发展,电梯工业蓬勃发展的局面已经形成。
1.1.3 电梯的运行工作情况
电梯在做垂直运行的过程中,有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯, 起点站和终点站之间还设有停靠站。 起点站设在一楼, 终点站设在最高楼, 设在一楼的起点 站常作为基站。起点站和终点站之间的停靠站称为中间站。
各站的厅外设有召唤箱,箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮或触钮。一般 电梯在两端站的召唤箱上各设置一只按钮或触钮, 中间层站的召唤箱上各设置两只按钮或触 钮。 对于无司机控制的电梯。 在各层站的召唤箱上均设置一只按钮或触钮。 而电梯的轿厢内 都设置有(杂物电梯除外)操纵箱,操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮或触钮, 供司机或乘用人员控制电梯上下运行。 召唤箱上的按钮或触钮称为指令或触钮, 操纵箱上的 按钮或触钮称为内指令按钮或触钮。 外指令按钮或触钮发出的电信号称为外指令信号。 内指 令按钮或触钮发出的电信号称为内指令信号。 80年代中期后,触钮已被微动按钮所取代。 作为电梯基站的厅外召唤箱,除设置一只召唤按钮或触钮外,还设置一只钥匙开关, 以便下班关闭电梯时, 司机或管理人员把电梯开到基站后, 可以通过专用钥匙扭动钥匙开关, 把电梯的厅轿门关闭妥当后,自动切断电梯控制电源或动力源。
电梯的运行工作情况和汽车有共同之处,但是汽车的起动、加速、停靠等全靠司机控 制操作, 而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂, 因此汽车司机必须经过严格的培训和 考核。 而电梯的自动化程度比较高, 一般电梯的司机或乘用人员只需要通过操纵箱上按钮或 触钮向电气控制系统下达一个指令,电梯就能自动关门、定向、起动、加速,在预定的层站 平层停靠开门。 对于自动化程度比较高的电梯, 司机或乘用人员一次还可以下达一个一上的 指令信号,电梯便能够依次起动和停靠,依次完成任务。
尽管电梯和汽车在运行工作过程有许多不同的地方,但仍有许多共同之处,其中乘客 电梯的运行工作情况类似公共汽车, 在起点站和终点站之间往返运行, 在运行方向前方的停 靠站上有顺向的指令信号时, 电梯到站能自动平层停靠开门接客。 而载货电梯的运行工作情 况下则类似卡车, 执行任务为一次性的, 司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能 下达一个指令任务, 当一个指令任务完成后才达另一个任务。 在执行任务的过程中, 从一个 层站出发到另一层站时, 假若中间层站出现指令信号, 一般都不能自动停靠, 所以载货电梯 的自动化程度比乘客电梯低。
1.2电梯的基本分类
电梯的定义为:用电力拖动的轿厢运行于铅垂的或倾斜不大于 15°的两列刚性导轨之 间运送乘客或货物的固定设备。 习惯上不论其驱动方式如何, 将电梯作为建筑物内垂直交通 运输工具的总称。
根据建筑的高度、用途及客流量(或物流量)的不同,而设置不同类型的电梯。 目前电梯的基本分类方法大致如下。
1.2.1 按用途分类
乘客电梯 , 为运送乘客设计的电梯,要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。 载货电梯 , 主要为运送货物而设计 , 通常有人伴随的电梯。
医用电梯 , 为运送病床、担架、医用车而设计的电梯,轿厢具有长而窄的特点。
杂物电梯 , 供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。
观光电梯 , 轿厢壁透明,供乘客观光用的电梯。
车辆电梯 , 用作装运车辆的电梯。
船舶电梯 , 船舶上使用的电梯。
建筑施工电梯 , 建筑施工与维修用的电梯。
其它类型的电梯,除上述常用电梯外,还有些特殊用途的电梯,如冷库电梯、防爆电 梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。
1.2.2 按驱动方式分类
交流电梯,用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、 交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。
直流电梯,用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在 2.00m/s以 上。
液压电梯 , 一般利用电动泵驱动液体流动,由柱塞使轿厢升降的电梯。
齿轮齿条电梯 , 将导轨加工成齿条, 轿厢装上与齿条啮合的齿轮, 电动机带动齿轮旋转 使轿厢升降的电梯。
螺杆式电梯 , 将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹, 再将带有推力轴承的大螺母安装于 油缸顶,然后通过电机经减速机 (或皮带)带动螺母旋转,从而使螺杆顶升轿厢上升或下降 的电梯。
直线电机驱动的电梯 , 其动力源是直线电机。
电梯问世初期,曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯,现已基本绝迹。
1.2. 3 按速度分类
电梯无严格的速度分类,我国习惯上按下述方法分类。
低速梯,常指低于 1.00m/s速度的电梯。
中速梯,常指速度在 1.00~2.00m/s的电梯。
高速梯,常指速度大于 2.00m/s的电梯。
超高速,速度超过 5.00m/s的电梯。
随着电梯技术的不断发展,电梯速度越来越高,区别高、 中、 低速电梯的速度限值也在相应 地提高。
1.2.4 按电梯有无司机分类
有司机电梯,电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。
无司机电梯,乘客进入电梯轿厢,按下操纵盘上所需要去的层楼按钮,电梯自动运行 到达目的层楼,这类电梯一般具有集选功能。
有 /无司机电梯, 这类电梯可变换控制电路, 平时由乘客操纵, 如遇客流量大或必要时 改由司机操纵。
1.2.5 按操纵控制方式分类
手柄开关操纵, 电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关, 实现电梯的起动、 上升、 下降、 平层、停止的运行状态。
按钮控制电梯:是一种简单的自动控制电梯,具有自动平层功能,常见有轿外按钮控 制、轿内按钮控制两种控制方式。
信号控制电梯,这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层,自动开 门功能外,尚具有轿厢命令登记,层站召唤登记,自动停层,顺向截停和自动换向等功能。 集选控制电梯,是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯,与信号控制 的主要区别在于能实现无司机操纵。
并联控制电梯, 2~3台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制, 共用层站外召唤按钮, 电梯本身都具有集选功能。
群控电梯,是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序控制、 梯群智能控制等形式。
1.2.6 其它分类方式
按机房位置分类,则有机房在井道顶部的(上机房)电梯、机房在井道底部旁侧的(下 机房)电梯,以及有机房在井道内部的(无机房)电梯。
按轿厢尺寸分类,则经常使用“小型” 、 “超大型”等抽象词汇表示。
此外,还有双层轿厢电梯等。
1.2. 7 特殊电梯
斜行电梯,轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行,是集观光和运输于一体的输送 设备。特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后,斜行电梯发展迅速。
立体停车场用电梯,根据不同的停车场可选配不同类型的电梯。
建筑施工电梯, 是一种采用齿轮齿条啮合方式 (包括销齿传动与链传动, 或采用钢丝 绳提升) ,使吊笼作垂直或倾斜运动的机械,用以输送人员或物料,主要应用于建筑施工与 维修。它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。
1.3电梯的型号
随着改革开放, 众多国外电梯制造厂家产品涌入国内及兴办合资、 独资电梯制造厂。 每个国 家都有自己的电梯型号表示方法, 合资厂也沿用引进国命名型号的规定使用, 无法一一列举。 总体分以下几类:
①以电梯生产厂家公司及生产产品序号如:TOEC — 90,前面的字母是厂家英文字头,为 天津奥的斯电梯公司, 90代表其产品类型号。 ②以英文字头 代表电梯的种类,以产品类型序号区分,如:三菱电梯 GPS — Ⅱ,前面字母为英文字头代表 产品种类,Ⅱ代表产品类型号。 ③以英文字头代表产 品种类,配以数字表征电梯参数,如:“广日”牌电梯, YP — 15— CO90, YP 表示交流调速电 梯,额定乘员 15人,中分门,额定速度 90m /min 。以及其它表示方法等等。因此,必须根 据其产品说明书了解其参数。
上海三菱电梯公司型号 :
载客电梯 GPM-III 、 GPS-III 、 NexWay 、 NexWay-S 、 HOPE-II 、 LEHY (菱云) 、 GPS-CR 、 ELENESSA 载货电梯 HOPE-IIG 、 HYF
观光梯 HOPE-S1、 HOPE-S2、 GPS-III-KX2S 、 GPS-III-CX7S 、 GPS-III-HY05S 、 ELE-NZ10S 、 ELE-NZ30S 、 ELE-NZ31S 、 ELE-HY05S
自动扶梯 J 系列、 A 系列、 HEP 系列
自动人行道 C 系列
医用电梯 GPS-BIII 、 HOPE-IIB
液压电梯 HIVF 、 HYF
汽车电梯 CIC-V
杂物电梯 SD-BS
1.4电梯的主要参数及规格尺寸
1.4.1 电梯的主要参数
1)额定载重量(kg ) :制造和设计规定的电梯载重量。
2)轿厢尺寸(mm ) :宽×深×高。
3)轿厢形式:有单或双面开门及其它特殊要求等,以及对轿顶、轿底、轿壁的处理,颜
色的选择,对电风扇、电话的要求等。
4)轿门形式:有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中分门等。
5)开门宽度(mm ) :轿厢门和厅门完全开启的净宽度。
6) 开门方向:人在厅外面对厅门, 门向左方向的为左开门, 门向右方向开启的为右开门, 两扇门分别向左右两边开启者为中开门,也称为中分门。
7) 曳引方式:常用的有半绕 1:1吊索法, 轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。 半绕 2: 1吊索法,轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。全绕 1:1吊索法,轿厢的运行速度等 于钢丝的运行速度。
8)额定速度(m/s) :制造和设计所规定的电梯运行速度。
9) 电气控制系统:包括控制方式、 拖动系统的形式等。 如交流电机拖动或直流电机拖动, 轿内按钮控制或集选控制等。
10)停层站数(站) :凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。
11)提升高度(mm ) :由底层端站楼面至层顶端站楼面之间的垂直距离。
12)顶层高度(mm ) :由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之的垂直 距离。电梯的运行速度越快,顶层高度一般越高。
13)底坑深度(mm ) :由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离。电梯的运行速度越 快,底坑一般越深。
14)井道深度(mm ) :由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之间的垂直 距离。
15)井道尺寸(mm ) :宽×深。
1.4.2 我国有关标准对电梯主要参数和规格尺寸的规定
为了加强对电梯产品的管理,提高电梯产品的使用效果,国家曾于 1974年颁布了 JBI435-74、 JBI816-74、 JB/Z110-74等一批电梯产品的部标准。
电梯的主要参数是电梯制造厂和设计和制造电梯的依据。用户选用电梯时,必须根据电 梯的安装使用地点、载运对象等,按标准的规定,正确选择电梯的类别和有关参数与尺寸, 并根据这些参数与规格尺寸,设计和建造安装电梯的建筑物。否则会影响电梯的使用效果。
范文五：-基于plc八层电梯控制系统设计
摘 要
为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率,设计了一套以 PLC 为核 心控制器的电梯自动控制系统,用来取代以往的较复杂的继电器—接触器控制。 系统的核心部分(控制部分)使用了日本三菱公司生产的 FX2N-80MR-001型 PLC , 因为在核心控制部分采用的是软件程序控制, 从而在保证电梯正常运行这个要求 的情况下, 大大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容易性, 同时还克服了 手动操作所带来的一些人为干扰因素,取得了良好的预期效果。
关键词:电梯、 PLC 、梯形图
Abstract
With the development of modern cities, an increasing number of high-rise building, elevator become an indispensable means of transport of daily life. The quality of the lift performance of the impact on people's lives becoming more and more obvious, it must strive to improve the performance of elevator systems, and ensure the operation of the lift is safe, reliable and energy efficient. The traditional easily to be crash, maintains inconveniently, the movement life is short, and that occupying a large area of space, it being eliminated gradually.
For raising the credibility of the automatic control system and the work efficiency of the equipments, design a set of take PLC as the core controller of the elevator auto control system, using to replace former more complicated of after electric appliances-the contact machine control. The core part(control part) of the system used a Japanese Mitsubishi company to produce of the FX2N - 80 type PLC is the software procedure control in the core because of what to control the part adoption, thus Be promising the elevator circulates normally under the circumstance of[with] this request, raised elevator to break down check and the convenience and easy for maintain consumedly, still overcame to move an operation some artificial interference factors bring in the meantime, obtain the good results.
Key words:Elevator, PLC, Ladder Diagram
目 录
第一章 绪论 ....................................................... 1第一节 设计的背景及意义 ......................................... 1第二节 电梯的国内外发展状况 ..................................... 1第三节 常用的控制系统及特点 ..................................... 3第四节 PLC在电梯控制中的应用以及发展前景 . ....................... 4第二章 控制对象介绍 . ................................................ 6第一节 电梯的简介及发展动态 ..................................... 6第二节 设计思路 ................................................. 9第三章 硬件的选择与设计 . .......................................... 11 第一节 变频器选择 .............................................. 11 第二节 PLC选型 .............................................. 14 第三节 I/O点分配 . .............................................. 14 第四节 PLC硬件I /O接线图 ................................... 16 第四章 软件设计 . ................................................... 17 第一节 软件设计流程 ............................................ 17 第二节 开关门控制 .............................................. 19 第三节 楼层显示控制 ............................................ 20 第四节 运行反向控制 ............................................ 21 第五节 呼叫指令登记控制 ........................................ 22 第六节 电梯的停止控制 .......................................... 25 第七节 超重报警控制 ............................................ 26 第八节 电梯运行控制 ............................................ 26 结束语 . ............................................................ 29 谢 辞 . ............................................................. 30 参考文献 . .......................................................... 31
第一章 绪论
第一节 设计的背景及意义
随着科学技术日新月异地发展,人们物质文化生活水平的逐步提高,高层建 筑业得以迅速发展,大批的高楼大厦拔地而起,十几层至几十层的宾馆、饭店、 办公楼、住宅楼如雨后春笋。伴随建筑业的发展,为建筑内提供上下交通运输的 电梯工业也在日新月异地发展着。电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备,更 是一种工作和生活中的必需设备,完全可以预想到,随着社会的发展,电梯产品 在人们物质文化生活中的地位将和汽车一样, 成为重要的垂直运输设备之一。 继 电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是,进入九十年 代,随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用,人们对电梯的安全性、可靠 性的要求越来越高, 继电器控制的弱点就越来越明显。 可编程序控制器 (PLC)最早 是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的,是专门为工业环境应用而设计的数字 运算操作的电子装置。鉴于其种种优点,目前,电梯的继电器控制方式己逐渐被 PLC 控制所代替。同时,由于电机交流变频调速技术的发展,电梯的拖动方式己 由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此, PLC 控制技术加变频调速技 术己成为现代电梯行业的一个热点。 总之, 电梯的控制是比较复杂的, 可编程控 制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。 PLC 是专门为工业过程控制而设计 的控制设备,随着 PLC 应用技术的不断发展,将使得它的体积大大减小,功能不 断完善,过程的控制更平稳、可靠,抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结 合在一个设备内,把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此,它已经成为 电梯运行中的关键技术。
第二节 电梯的国内外发展状况
中国电梯行业飞速发展。目前,中国电梯产量、电梯保有量、年增长量均为 世界第一。 1999-2009年我国电梯产量年均复合增长率为 23.3%, 2009年我国电 梯市场总量已经超过了 22万台。 2010年我国电梯产量为 36.5万台,年产值约为 800亿元。截至 2010年底,中国在用电梯总数达到 162.8万台,并以每年 20%左 右的速度高速增长。
2011年,虽商品房受政策影响,大规模的保障房建设,却促成了电梯采购大 单从千万元时代迈进亿元大关。 2011年我国电梯产销量约 45万台,相比 2010年 增长幅度约 23%,全国电梯保有量达 200万台左右。
在我国电梯行业中, 外资品牌一直处于强势地位。 长期受到压制的本土品牌, 经过多年的苦苦拼挣,终于有了起色。本土品牌所占的市场份额从 10年前的 20%
增长到了目前 30%以上,这样的数据变化是对本土品牌成绩的有力证明。
由于我国人口基数较大,尽管电梯产销量高速增长,但市场需求远未达到饱 和程度,我国电梯需求还有很大的提升空间。预计我国电梯保有量达到 600万台 后才进入饱和状态。这也就意味着,未来我国至少还将有 500万台左右的电梯需 求,再加上老旧电梯的更新改造的需求,仍有 3倍左右的市场空间,足可支撑电 梯行业近几年内持续保持高速发展。
中国电梯行业发展历程,相对于西方工业化国家来说,我国电梯行业起步较 晚,回顾我国电梯行业 50年的发展历程,大致经历了如下三个阶段:
(1)计划经济时期
从 1949年到 1978年的 30年间,我国的电梯工业发展十分缓慢,电梯生产 企业基本为计划经济时代国家建设部定点生产的八大电梯生产企业,即北京电梯 厂、上海电梯厂、沈阳电梯厂、苏州电梯厂、天津电梯厂、西安电梯厂、广州电 梯厂、上海长城电梯厂。八大电梯生产企业 30年总共生产了各种电梯万部左右, 平均每家电梯企业每年只能生产 40部左右, 中国电梯行业面临资金和技术双重匮 乏的局面
(2) 改革开放以后引进外资
1980年建设部组织北京电梯厂、上海电梯厂与瑞士迅达集团合资成立了中 国迅达电梯有限公司, 之后其他国有电梯生产企业也先后与奥的斯、 三菱、 日立、 迅达、蒂森克虏伯、通力、东芝、 富士达等国外主要电梯生产企业组建合资企业。 外资品牌全面进入中国的同时也带来了先进的技术及大量的资金,中国电梯业开 始起步。外资企业凭借其在技术、资金、经营管理、税收优惠等方面的优势一度 垄断了中国的电梯市场。
(3)行业市场竞争格局
目前国际电梯市场基本由美国奥的斯、 芬兰通力、瑞士迅达、 德国蒂森、日 本三菱、东芝、日立、富士达等八大名牌垄断,他们的销售服务网点遍布世界各 地广大中心城市,合计销量占到全球总销量的 90%以上。我国现已成为世界第一 大电梯消费市场,巨大的需求吸引了全世界所有知名电梯企业来华投资,我国电 梯市场也给这些全球最具竞争力的电梯企业提供了公平竞争的市场机制,外资电 梯知名品牌或者挑选国内知名的电梯企业作为合作伙伴,或者独资建设世界一流 的工厂,配置顶尖的设备,引进最新的技术,培训一流的管理人才,纷纷把自己 的生产重心和研发中心转移到了中国。这些国外电梯知名企业因此长期以来垄断 了中国市场 70%以上份额,我国电梯行业也成为了引
进的外资先进技术最多最全的行业之一。据中国电梯协会统计,截至 2010年,以奥的斯、上海三菱为代表的大型外商独资或合资企业占据了我国电梯市场
70%的市场份额, 进口电梯占据了 1%的市场份额, 民族企业占据了 29%的市场份额。 (4)行业内的主要企业和主要企业的市场份额
据中国电梯协会统计,截至 2010年底,奥的斯、三菱、日立三大品牌合计 已占据了我国电梯市场 40%-50%的市场份额。迅达、通力、蒂森、东芝、富士达 等其他外资品牌占据了 20%-30%的市场份额。 民族品牌占据了 30%的市场份额, 并 且已显现出市场份额将不断上升的态势。
第三节 常用的控制系统及特点
一、 继电器控制系统
在工农业、交通运输业等部门中,使用着各种各样的生产机械,它们大都以 电动机作为动力进行拖动。电动机是通过某种自动控制方式来进行控制的,最常 见的是继电器控制方式。其作用是 :实现对电力拖动系统的启动、调速、反转和制 动等运行性能的控制;实现对拖动控制系统的保护,满足生产工艺的要求;实现 生产过程自动化。
在电梯的控制中,继电器控制系统有以下优点:
(1) 、所有控制功能及信号处理均由硬件实现,线路简单,电路图较直观形 象,易于理解和掌握,适合于一般技术人员和技术工人掌握。
(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。
尽管继电器控制系统有以上很多优点,但电梯继电器控制系统仍存在许多问 题,主要有:
(1) 、系统触点繁多,接线复杂,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) 、由于采用固定接线形式,通用性和灵活性较差,不易改变。
(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。
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扰。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。
二、 微机控制系统
随着计算机技术的发展,微型计算机在工业控制系统中得到了广泛的应用。 在电梯控制上采用微型计算机控制方式越来越受到人们的重视。 微机的功能很多, 在电梯的控制上主要作用是:取代全部或部分的继电器;取代传统选层方法,结 合光电编码器实现了数字选层; 实现复杂的调配管理。 微机控制系统用于电梯的 控制中,有许多优点,如下所示:
(1) 、采用无触点逻辑线路,以提高系统的可靠性,降低维修费用,提高产 品质量。
(2) 、可改变控制程序,灵活性大;可适应各种不同的要求,实现控制自动 化。
(3) 、 可实现故障显示及记录,使维修简便,减少故障时间,提高运行效率。
(4) 、微机控制装置体积小,可减少控制装置占地面积。
(5) 、 用微机实现群控管理,合理调配电梯运行效率, 节约能源。 采用微机 控制系统,电梯附加功能的实现,主要依靠软件来实现,这就要求工作人员对程 序的掌握很熟悉,而这恰恰是我国的薄弱之处 。
三、可编程控制器系统
在当今时代由于工业自动化程度的不断提高对自动化控制的要求也日趋增 加, PLC 则能在很大程度上很广的范围内实现自动化控制。由于 PLC 具有优良的 技术性能,因此它一问世就很快得到了推广应用。现在 PLC 作为用于工业生产过 程控制的专用计算机,与商家、家用的微机不同,由于控制对象的复杂性,使用 环境的特殊性和工作运行的连续性,使其在设计上有许多特点。
(1) 、可靠性高,抗干扰能力强;
(2) 、编程方法简单、直观;
(3) 、体积小、耗能低、重量轻;
(4) 、硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强;
(5) 、控制程序可变,具有良好的柔性;
(6) 、维修工作量小、维护方便;
(7) 、接口模块功能强、品种多
第四节 PLC在电梯控制中的应用以及发展前景
目前,在电梯的控制方式上,主要有继电器控制、 PLC 控制和微型计算机控 制三种。而 PLC 实际上是一种专用计算机,它采用巡回扫描的方式分时处理各项 任务,而且依靠程序运行,这就保证只有正确的程序才能运行,否则电梯不会工 作;又由于 PLC 中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是 PLC 系统内存工作
单元,即无线圈又无触点,使用次数不受限制,属无触点运行,因此,它比继电 器控制有着明显的优越性, 运行寿命更长, 工作更加可靠安全, 自动化水平更高。 PLC 控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式,它更适 合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代,是电梯控制系统中理想的控制 新技术。
第二章 控制对象介绍
第一节 电梯的简介及发展动态
一 、 电梯的发展
据国外有关资料介绍,公元前 2800年在古代埃及,为了建筑当时的金字塔, 曾使用过由人力驱动的升降机械。公元 1765年瓦特发明了蒸汽机后, 1858年美 国研制出以蒸汽为动力,并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。 1878年英国 的阿姆斯特朗发明了水压梯。并随着水压梯的发展,淘汰了蒸汽梯。后来又出现 了液压泵和控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯。这种液压梯至今仍 为人们所采用。 但是, 电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来 源。 18世纪末发明了电机, 并随着电机技术的发展, 19世纪初开始使用交流异步 单速和双速电动机作动力的交流电梯,特别是交流双速电动机的出现,显著改善 了电梯的工作性能。 在 20世纪初, 美国奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为 动力,生产出以槽轮式驱动的直流电梯,从而为后来的高速度、高行程电梯的发 展奠定了基础。 20世纪 30年代美国纽约市的 102层摩天大楼建成,美国奥的斯 电梯公司为这座大楼制造和安装了 74台速度为 6.0m/s的电梯。从此以后,电梯 这个产品,一直在日新月异地发展着。目前的电梯产品,不但规格品种多,自动 化程度高, 而且安全可靠, 乘坐舒适。 随着电子工业的发展, 可编程序控制器 (PLC ) 和电子计算机成功地应用到电梯的电气控制系统中去后,电梯产品的质量和运行 效果显著提高。
二、 设计内容
本次设计从一下几个方面对 PLC 电梯控制系统进行研究和论证
1、电梯类型的选择:综合电梯的类别和各类的特点和要求,在本次设计中, 主要研究八层电梯的上下行控制,开、关控制、内外呼叫控制。
2、 电梯硬件系统的设计:本次设计的电梯要求运行迅速准确度高, 在电梯的 各层检测系统中许啊用用在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、 寿命长、 稳定性能好的接近传感器,运用感应器的开关量信号输入给 PLC 来实现 PLC 对 电梯的控制。 在硬件系统的设计过程中主要考虑了电梯的经济实用、 稳定的需要。 3、电梯控制系统软件的设计:本次设计选用了目前运用最多的 PLC 编程语 言梯形图,梯形图的编程能直观明了的设计出机械手控制的要求,梯形图的编写 运用 SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件,此软件支持全部三菱 FX 系列的 PLC ,并 且具有强大的诊断功能, 能更快的查找出故障的原因, 从而大大缩短了维修时间。 三、 设计的目的和意义
随着我国经济的高速发展,微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到 了迅速发展,电梯已成为人类现代生活广泛使用的人员运输工具。随着人们对电
梯运行安全性、高效性、舒适性等要求的提高,电梯得到了快速发展,其拖动技 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。 可 编程控制器(PLC )因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大 和使用方便已经成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置,成为当代工业自 动化的主要支柱之一。电梯控制要求介入设备使用简便,对应于系统组态的编程 简单, 具有人性化的人机界面, 配备应用程序库, 加快编程和调试速度。 通过 PLC 对程序设计,提高了电梯的控制水平,并改善了电梯运行的舒适感。因此 PLC 在 电梯控制系统中的应用非常广泛,非常有实际价值。
四、电梯的分类
电梯的分类有各式各样:
(1)按速度分类 低速电梯 1m/s以下 高速电梯 2-3m/s 超高速电梯 3-10m/s
(2) 按用途分类 乘客电梯 住宅电梯 观光电梯 载货电梯 客货两用电梯 车辆电梯 其他电梯
(3)按拖动方式分类 交流电梯 直流电梯 液压电梯 齿轮齿条电梯 螺 杆式电梯
(4)按有无司机分类 有司机电梯 无司机电梯 有 /无司机电梯
(5)按控制方式分类 手柄操纵控制电梯 按钮控制电梯 信号控制电梯 集选控制电梯 群控电梯
(6)按曳引机结构分类 有齿曳引机电梯 无齿曳引机电梯
(7)其它分类方式 按轿厢尺寸的大小分类时,经常使用“小型” 、 “超大型” 等词来描述电梯。
按机房位置不同可分为:机房位于井道顶部的上置式电梯;机房底部的下置 式电梯。
五 、 电梯的功能要求
(1)电梯运行到指定位置后应具有手动或自动开 /关门的功能。
(2) 利用指示灯显示电梯轿厢外的呼唤信号、 电梯轿厢内的指令信号和电梯 的到达信号。
(3)能自动判断电梯的运行方向,并发出响应的指示信号。
(4) 电梯的上行下行有一台交流双速电机牵引。电机正传, 电梯上升;电梯 反转,电梯下降。
(5) 电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。电机正传,轿厢门打开; 电机反 转,轿厢门关闭。
(6) 每一层楼设有呼叫按钮; 轿厢内设有开关轿厢门按钮; 轿厢内的层面指 令按
(7)电梯启动、运行、到站实现速度的调节。
(8)行车时,厅门和轿厢都不能开门。开门之后不能行车,有门连锁保护。 平层时可自动开门、手动开门,夹人时自动开门
六、电梯的组成及工作原理
(一) . 组成
1、 曳引系统:曳引系统的主要功能是输出与传递动力, 使电梯运行。 曳 引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳,导向轮,反绳轮组成。
2、导向系统:导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度,使 轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。 导向系统主要由导轨, 导靴和导轨架组 成。
3、 轿厢:轿厢是运送乘客和货物的电梯组件, 是电梯的工作部分。 轿 厢由轿厢架和轿厢体组成。
4、门系统:门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢 门,层门,开门机,门锁装置组成。
5、 重量平衡系统:系统的主要功能是相对平衡轿厢重量, 在电梯工作中能使 轿厢与对重间的重量差保持在限额之内, 保证电梯的曳引传动正常。 系统主要 由对重和重量补偿装置组成。
6、电力拖动系电力拖动系统的功能是提供动力,实行电梯速度控制。 电 力拖动系统由曳引电动机,供电系统,速度反馈装置,电动机调速装置等组成。 7、电气控制系统 电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控 制。 电气控制系统主要由操纵装置,位置显示装置,控制屏 (柜 ) ,平层装置, 选层器等组成。
8、 安全保护系统 保证电梯安全使用, 防止一切危及人身安全的事故发生。 由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载 限制装置、限位开关装置组成
(二) . 原理
曳引绳两端分别连着轿厢和对重,缠绕在曳引轮和导向轮上,曳引电动机通 过减速器变速后带动曳引轮转动,靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力,实现轿 厢和对重的升降运动, 达到运输目的。 固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑 物井道墙体上的固定导轨往复升降运动,防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块 式制动器在电动机工作时松闸,使电梯运转,在失电情况下制动,使轿厢停止升 降,并在指定层站上维持其静止状态,供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其 他载荷的箱体部件,对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补 偿曳引绳运动中的张力和重量变化,使曳引电动机负载稳定,
轿厢得以准确停靠。 电气系统实现对电梯运动的控制, 同时完成选层、 平层、 测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全 装置保证电梯运行安全。
七、电梯发展展望
(一) 结构不断紧凑化,体积不断轻型化、小巧化
随着新技术、 新结构、新材料、 新工艺的发展,电梯的机械系统结构简单化、 体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时,无机房电梯在新世 纪将会有较大速度发展。
(二) 技术含量更高,性能更好。
电梯行业技术发展非常迅速,几年前推出的具有先进性能、高舒适性的 VVVF 电梯, 如今已成为电梯行业的标准配置, 因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、 更洁净、更安全、更安静、更经济的特点,所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳 引机的主流;由于永磁技术的先进性,将来很有可能取代 VVVF 技术。另外,网 络控制和智能群控系统以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的 发展潮流。
(三) 安装更方便、更快捷 高效、安全、可重复使用的无脚手架安装,将是高 层电梯安装的主要方式,随着技术的开发、应用,电梯的硬件系统给安装带来更 大的方便,使电梯安装更快、效率更高。 此外,电梯的双向安全装置、无底坑、 无线控制、绿色环保——安全、环保、节能、舒适,也将是未来电梯的重要发展 方向 。
此次设计的电梯选型为垂直升降的乘客专用电梯。
第二节 设计思路
结合 PLC 控制系统的设计步骤,根据电梯控制系统的性能指标要求,基于 PLC 的电梯控制系统设计思路如图 2-1 所示。
图 2-1 设计思路
其中信号控制系统如下:电梯信号控制基本由 PLC 软件实现。 电梯信号控制 系统如图 2-2所示,输入到 PLC 的控制信号有:运行方式选择(如自动、 有 /无司 机、检修、消防运行方式等)、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、 旋转编码器、光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。
图 2-2 信号控制系统
电梯控制系统实现的功能如下:
(一 ) 行车方向由内选信号决定 , 顺向优先执行 ;
(二 ) 行车途中如遇呼梯信号时 , 顺向截车,反向不截车 ;
(三 ) 内选信号、呼梯信号具有记忆功能 , 执行后解除。
(四 ) 内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示
(五 ) 停层时可延时自动开门、手动开门、 (关门过程中 ) 本层顺向呼梯开门 ;
(六 ) 有内选信号时延时自动关门 , 关门后延时自动行车 ;
(七 ) 无内选时延时 5s 自动关门,但不能自动行车 ;
(八 ) 行车时不能手动开门或本层呼梯开门 , 开门不能行车。
第三章 硬件的选择与设计
第一节 变频器选择
随着变频器性能价格比的提高,交流变频调速已应用到许多领域,变频调速 的诸多优点,使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。目前,有为电梯控 制而设计的专用变频器,其功能较强,使用灵活,但其价格昂贵。因此,本设计 没有采用专用变频器,而是选用了通用变频器,通过合理的配置、设计和编程, 同样可以达到专用变频器的控制效果。
电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、 动态性能外, 他的舒适度指标 往往是选择的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想 的给定速度曲线运行,以改善电梯运行的舒适感 ; 另外, 由于电梯在建筑物内的耗 电量占建筑物总用电量的相当比例,因此,电梯节约用电日益受到重视。考虑以 上各种因素,本设计选用安川 VS-61665型全数字变频器,它具有磁通矢量控制、 转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能,可以最大限度地提高电机功率因 数和电机效率, 同时降低了电机运行损耗, 特别适合电梯类负载频繁变化的场合。 一、 VS-61665型变频器简介
VS-61665型变频器是安川电机公司面向世界推出的 21世纪通用型变频器。 因而用在电梯控制上为了满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求,其 参数设置比专用型变频器要复杂得多。这种变频器不仅考虑了 V/f控制,而且还 实现了矢量控制,通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制,很 容易得到高起动转矩与较高的调速范围。 VS-61665变频器的特点如下:
(1) . 包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。
(2) . 有丰富的内藏与选择功能。
(3) . 由于采用了最新式的硬件,因此,功能全、体积小。
(4) . 保护功能完善、维修性能好。
(5) . 通过 LCD 操作装置,可提高操作性能。
二、 VS-61665变频器的参数
61665变频器共有 9组参数,每一组参数的设定都具有特定的含义。 常用参 数如下表 .
表 3-1 变频器参数
三、 61665型变频器的标准规格
61665型变频器的标准规格如下表:
表 3-2 61665型变频器的标准规格
四、变频器容量计算
变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行 选取。 设电梯曳引机电机功率为 P1电梯运行速度为 v , 电梯自重为 w1, 电梯载重 为 W2,配重为 W3,重力加速度为 g ,变频器功率为 P 。在最大载重下,电梯上升 所需曳引功率为 P2:
P2=[(W1+W2-W3)g+F1]v
其中 F1=K (W1+W2-W3) g+&为摩擦力,&可忽略不计。
电机功率 P1, 变频器功率 P 应接近于电机功率 P1, 相对于 P2留有较大裕量, 可取 P ≈ l.5P2。
三、 变频器制动电阻参数的计算
由于电梯为位能负载,电梯运行过程中产生再生能量,所以变频调速装置应 具有制动功能。带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够将再生能量回 馈电网,但成本太高。采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电 阻上, 成本较低而且具有良好的使用效果。 能耗制动电阻 R1的大小应使制动电流 I1的值不超过变频器额定电流的一半,即
I1=Uo /R1≤ I/2
其中 Uo 为额定情况下变频器的直流母线电压。 由于制动电阻的工作不是连续 长期工作,因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率。
第二节 PLC选型
由以上输出输出子端可知:输入信号有 38个, 考虑到有 10%的备用点, 即 38×(1+10%)=41.8,取整为 42,因此共需 42个输入点;输出信号有 35个,考虑到 有 10%的备用点,即 35×(1+10%)=38.5,取整为 39,从经济成本综合考虑,可选 用 FX2N-80MR-001型号的 PLC 芯片。
第三节 I/O点分配
由输入输出信号的分析及意义可得 PLC 输入输出端子分配如下表所示:表 3-3 I/O点分配
续表 3-3 I/O点分配
续表 3-3 I/O点分配
第四节 PLC硬件I /O接线图
PLC硬件I /O接线图如下所示:
SQ1SQ8SQ2SQ4SQ6SQ7SQ5
SB2SB4SB5SB7SB9FR
YA2HL3HL6HL8KM1KM2
YOO0Y001
Y002Y004Y005Y007Y008Y009Y010Y011Y013Y015Y017Y019Y021Y023Y003Y006Y012Y014Y016Y018Y020Y022COM Y034Y035
Y032Y030Y029
Y028Y027Y024COM1Y031Y026Y025FX2N_80MR_001
DC~24V
5
2
10变 频 器
RP
V
3~M
T S R
译 码 器
七 段 码
图 3-1 I /O接线图
第四章 软件设计
第一节 软件设计流程
电梯在接受指令后,总是由近至远的完成各个呼叫任务。
A. 电梯上行分析
a.. 若呼叫层处于电梯当前运行层之上, 目标运行层之下, 则电梯应在完成前 一指令前先上行至该层,完成该层呼叫后再由近及远的完成其他各个呼叫动作。 b. 若呼叫层处于电梯当前运行层之下,则电梯在完成前一指令前不影响该指 令,直至电梯重新处于待命状态为止。
B. 电梯下行分析
a. 若呼叫层处于当前运行层之下,目标运行层之上,则电梯应在完成前一指 令前先下行至该层,完成呼叫指令后再由近至远的完成各个呼叫动作。
b.若呼叫层处于当前运行层之上, 则在完成前一指令前不影响该指令, 直至 电梯重新处于待命状态为止。
程序的基本控制流程如下图所示。
图 4-1 基本控制流程
第二节 开关门控制
一、开门控制
电梯停止运行后,按开门按钮 SB23, X022接通, Y024得电,开门电磁铁吸 合直至门完全打开,完成手动开门控制;电梯停止运行时,某楼层行程开关触点 闭合,若 5秒后开门按钮仍不动作,则定时器 T0线圈得电,使 Y024得电,开门 电磁铁吸合直至门完全打开,完成自动开门控制;且优先响应手动开门控制。 M1为电梯运行检测, 由于 M1常闭触点的接入, 开门动作必须是在电梯完全停止的状 态下进行。
二、关门控制
按关门按钮 SB24, Y025得电, 关门电磁铁吸合,门完全关闭时, 关门到位行 程开关闭合, X036常闭触点断开, Y025失电,完成手动关门控制; 开关门控制子 程序梯形图 4-2如下所示:
X022
Y025X035M1
Y024M1
T1Y024
X036
X035
Y025
7
22
27
34
图 4-2 开关门控制
第三节 楼层显示控制
控制过程说明如下: X024、 X025、 X026、 X027、 X028、 X029 X030、 X031为个楼层行程开关, M1为运行检测,电梯运行时, M1得电。 当电梯到达一层且 停止时, X024接通, Y030和 Y031得电,接通七段数码管的 B 和 C ,显示一层, 且电梯运行过程中,由于 M1常闭触点的存在不显示楼层。 同理,当电梯到达二 层且停止时,由七段数码管显示二层;当电梯到达八楼且停止时,由数码管显示 八层。
楼层显示控制子程序梯形图如下: X024M1
X025 X026 X027 X028 X029 X030 X031 M1 M1 M1 M1 M1 M1 M1
4
8
12
16
20
24
28
图 4-3 楼层显示控制
第四节 运行反向控制
控制过程说明如下:当 Y000接通时,电动机正转接触器接通,电梯上升运 行,辅助继电器 M2线圈得电,常开触点闭合, Y026得电,上升运行方向指示灯 HL23点亮;当 Y001接通时,电动机反转接触器接通,电梯下降运行,辅助继电 器 M3线圈得电,相应的常开触点闭合, Y027得电,下降运行方向指示灯 HL24点 亮。
运行方向控制子程序梯形图如下所示:
图 4-4 运行反向控制
第五节 呼叫指令登记控制
控制过程如下:
按一楼上升呼叫按钮 SB1, X000接通, Y002得电并且自锁,一楼上升呼叫指 示灯 HL1点亮,直至电梯门完全打开才熄灭, X022为开门到位行程开关; 按二上升呼叫按钮 SB2, , X001接通, Y003得电并且自锁,二楼上升呼叫指 示灯 HL2点亮,直至电梯门完全打开才熄灭;
按二楼下降呼叫按钮 SB3, X002接通, Y004得电并且自锁,二楼下降呼叫指 示灯 HL3点亮,直至电梯门完全打开才熄灭;
依次类推,按八楼下降呼叫按钮 SB14, X013接通, Y015得电并且自锁,八 楼下降呼叫指示灯 HL14点亮, 直至电梯门完全打开才熄灭。 呼叫指令显示控制子 程序梯形图如下:
X000X024
X001X025
7
X002X025
12
X003X026
17
X004X026
22
X005X027
27
图 4-5 呼叫指令登记控制
X006X027
32
X007X028
37
X008X028
42
X009X029
47
X010X029
52
X011X030
57
续图 4-5 呼叫指令登记控制
X012X030
X013X031
62
67
续图 4-5 呼叫指令登记控制
第六节 电梯的停止控制
电梯停止工作时,使其回到原位—— 一楼
按下总停按钮 SB26, X037接通, M5线圈得电并且自锁。 若电梯正在向上运 行, M2接通, Y000得电自锁,上升至七楼或八楼时停止运行,此时 M2常闭触点 接通, Y001得电自锁,控制电梯下降运行,到一楼时停止运行;
若电梯正在往下运行中, M3接通, Y001得电且自锁,到达一楼时停止运行。 由于定时器 T2的存在,各楼层间电梯运行 10秒后仍在运行,则视为故障, 此时会接通 M5,使电梯回到一楼。
当按下检修开关 SB25时, X032接通, M5得电,控制电梯回到一楼。
梯形图如下所示:
X037X024X035
M5M3M2
X025X026X027X028X029X030X031
X024
X025X026X027
X028X029X030
X031
9
14
图 4-6 电梯的停止控制
第七节 超重报警控制
超重报警信号是由安装在轿厢内的压力传感器产生,当电梯内的载重超过规 定的值时, KP 接通, X033接通, Y028得电,警铃报警。
警铃报警子程序梯形图如下:
图 4-7 超重报警控制
第八节 电梯运行控制
电梯的运行有楼层层内指令和厅外呼叫指令, 无论是楼层指令信号还是厅外 呼叫信号, 都必须在电梯关门到位、 非超重状态下才有效, 由辅助继电器 M4控制, 控制过程分别说明如下:
(1) 、电梯停在一楼时,一层到位行程开关闭合, X024接通。按下二层指令 按钮, X015闭合, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯 上行,上升至二楼时电梯停止运行,到达了目的地;若按下三层指令按钮, X016接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯上行,上升至
三楼时电梯停止运行,到达了目的地;若按下四层指令按钮, X017接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯上行,上升至四楼时电梯 停止运行,到达了目的地; 若按下五层指令按钮, X018接通, Y000线圈得电并且 自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯上行,上升至五楼时电梯停止运行,到 达了目的地;若按下六层指令按钮, X019接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机 正转接触器接通,控制电梯上行,上升至六楼时电梯停止运行,到达了目的地; 若按下七层指令按钮, X020接通, Y000线圈得电并且自锁, 电动机正转接触器接 通,控制电梯上行,上升至七楼时电梯停止运行,到达了目的地;若按下八层指 令按钮, X021接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯 上行,上升至八楼时电梯停止运行,到达了目的地。
(2) 、电梯停于二楼时,二层到位行程开关闭合, X025接通。按下三层指令 按钮, X016接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯上 行,上升至三楼时电梯停止运行,到达了目的地;若按下四层指令按钮, X017接 通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯上行,上升至四 楼时电梯停止运行,到达了目的地; 若按下五层指令按钮, X018接通, Y000线圈 得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯上行,上升至五楼时电梯停止 运行, 到达了目的地; 若按下六层指令按钮, X019接通, Y000线圈得电并且自锁, 电动机正转接触器接通,控制电梯上行,上升至六楼时电梯停止运行,到达了目 的地;若按下七层指令按钮, X020接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接 触器接通,控制电梯上行,上升至七楼时电梯停止运行,到达了目的地;若按下 八层指令按钮, X021接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通, 控 制电梯上行, 上升至八楼时电梯停止运行, 到达了目的地。 若按下一层指令按钮, X014接通, Y001线圈得电并且自锁, 电动机反转接触器接通,控制电梯下行, 下 降至一楼时电梯停止运行,到达了目的地。
(3) 、电梯停于三楼时,三层到位行程开关闭合, X026接通,若按下四层指 令按钮, X017接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯 上行,上升至四楼时电梯停止运行,到达了目的地;若按下五层指令按钮, X018接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯上行,上升至 五楼时电梯停止运行,到达了目的地;若按下六层指令按钮, X019接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯上行,上升至六楼时电梯 停止运行,到达了目的地; 若按下七层指令按钮, X020接通, Y000线圈得电并且 自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯上行,上升至七楼时电梯停止运行,到 达了目的地;若按下八层指令按钮, X021接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机 正转接触器接通,控制电梯上行,上升至八楼时电梯停止运行,到达了目的地。
(4) 、电梯停于四楼时,四层到位行程开关闭合, X027接通,若按下五层指 令按钮, X018接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯 上行,上升至五楼时电梯停止运行,到达了目的地;若按下六层指令按钮, X019接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯上行,上升至 六楼时电梯停止运行,到达了目的地;若按下七层指令按钮, X020接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯上行,上升至七楼时电梯 停止运行,到达了目的地; 若按下八层指令按钮, X021接通, Y000线圈得电并且 自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯上行,上升至八楼时电梯停止运行,到 达了目的地。
(5) 、电梯停于五楼时,五层到位行程开关闭合, X028接通,若按下六层指 令按钮, X019接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯 上行,上升至六楼时电梯停止运行,到达了目的地;若按下七层指令按钮, X020接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯上行,上升至 七楼时电梯停止运行,到达了目的地;若按下八层指令按钮, X021接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯上行,上升至八楼时电梯 停止运行,到达了目的地。
(6) 、电梯停于六楼时,六层到位行程开关闭合, X029接通,若按下七层指 令按钮, X020接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯 上行,上升至七楼时电梯停止运行,到达了目的地;若按下八层指令按钮, X021接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯上行,上升至 八楼时电梯停止运行,到达了目的地。
(7) 、电梯停于七楼时,七层到位行程开关闭合, X030接通,若按下八层指 令按钮, X021接通, Y000线圈得电并且自锁,电动机正转接触器接通,控制电梯 上行,上升至八楼时电梯停止运行,到达了目的地。
(8) 、电梯停于八楼时,八层到位行程开关闭合, X031接通,若按下七层指 令按钮, X030接通, Y001线圈得电并且自锁,电动机反转接触器接通,控制电梯 下行,下降至七楼时电梯停止运行,到达了目的地。若按下六层指令按钮, X029接通, Y001线圈得电并且自锁,电动机反转接触器接通,控制电梯下行,下降至 六楼时电梯停止运行,到达了目的地。依此类推,若按下一层指令按钮, X024接 通, Y001线圈得电并且自锁,电动机反转接触器接通,控制电梯下行,下降至一 楼时电梯停止运行,到达了目的地。
通过这次毕业设计,加深了对电梯的运行过程、控制系统的认识,熟悉了可 编程控制器在电梯控制系统中的运用,并且在所学知识的基础上利用已有的电梯 控制系统的设计, 尝试了对电梯控制系统的研究。 使我将原来所学的知识系统化、 理论化、实用化,对如何使用已有的知识及获取相关资料方面的能力有了进一步 的提高。
针对这个八层载客电梯的控制系统. 我采用三菱公司的 FX2N-80MR-001型号 的 PLC 芯片。该控制系统完成了电梯的轿厢内层楼指令、厅外召唤指令、楼层位 置显示、手动自动开关门控制、运行方向显示、呼叫登记显示、超重报警及电梯 的停止控制等控制任务。
但由于所学知识和时间的有限, 本次设计仍有不足之处, 电梯还可以在原有 的基础上进行改进,如:
优化电梯的选向功能, 使之随客流量的变化而改变, 达到高效运送乘客的目 的;优化电梯的由近及远运行控制方法。
通过这次设计使我对电梯的控制有了深入的了解,尤其是电梯的 PLC 控制。 在这次设计中,我们经历了查资料、做笔记、思考、定位、选设备的过程,使我 了解的不仅仅是电梯的控制,或是设备的选择,最重要的是我掌握了一种设计的 方法,思维的方式。
三年的大学生活已经快结束, 在本专业的学习中使我掌握了不少的专业知识, 锻炼了自己。毕业设计可以说是三年学习的总结和体现。
通过本次设计,我的知识领域得到进一步扩展,专业技能得到进一步提高, 同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。另外,也培养了自己严肃认真的科 学态度和严谨求实的工作作风。
在此,非常感谢老师的指导帮助我完成这次设计,老师热心的帮助和循循善 诱的指导深深感动了我。这篇设计和四年来所有教育过我的老师也是分不开的, 没有他们的传授的知识,我也不可能完成这个课题。我无论是在课程学习阶段, 还是在设计的选题,资料查询和撰写的每一个环节,无不得到指导老师的悉心指 导和帮助。经过这次的毕业设计,我要感谢母校,向关心和支持我学习的所有老 师和同学们表示真挚的谢意!感谢他们对我的关心和支持。
参考文献
1.王庭有编著, 《可编程控制器原理及应用》 . 第二版 . 国防工业出版社 .2008
2.许晓峰主编, 《电机及拖动》 . 第三版 . 高等教育出版社 .2007
3.孟令军编著, 《可编程控制器原理及应用》 清华大学出版社 .2008
4.高钦和编著, 《 PLC 应用开发案例精选》 . 第二版 . 人民邮电出版社 .2008
5.李惠昇主编, 《电梯控制技术》 机械工业出版社, 2003
