基于PLC的四层电梯设计.docx
《基于PLC的四层电梯设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的四层电梯设计.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于PLC的四层电梯设计
摘要
PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。
随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。
PLC在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。
由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。
本设计实现了利用PLC对四层电梯的选层、内呼、外呼、定向、指层、最远反向呼梯响应、自动手动开关门控制。
经过模拟实验调试本设计成功。
关键词：
PLC；电梯；平层
ProgrammableControllerBasedonAFour-StoryElevatorDesign
ABSTRACT
PLC（programmablecontroller）takesoneindustrialcontrolmicrocomputer,itisconvenientbyitsprogramming,simplicityofoperatoritsmeritsandsoonhighcontrollability,obtainedthewidespreadapplicationparticularlyintheindustrialproductionprocess.Alongwithsociety'sunceasingdevelopment,thebuildingisgettinghigherandhigher,buttheelevatorbecamethehigh-levelbuildingtotheequipment.PLCmainlymanifestsintheelevatorcuingcontrol'sapplicationinitslogicalswitchcontrolfunction.BecausePLChasthelogicoperation,countingandfixedtimeaswellasdatafeedsoutputfunction.This designenables theuseofPLC forthe four-storyelevator layerselection, within call,outbound, orientation, referstothe layer, asfaras reverse callladder response, automaticandmanual doorcontrol switch.
Thesimulationexperimentdebuggingsuccess.
keywords:
ProgrammableLogicController；elevator；Leveling
1绪论
1.1设计的背景
现代社会中，电梯已经成为不可缺少的运输设备。
电梯的存在使得每幢高层建筑的交通更为便利。
电梯控制技术的发展主要经历了三个阶段：
继电器控制阶段，微机控制阶段，现场总线控制阶段,但是传统的电梯运行在控制线路上易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点，从技术上发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。
目前电梯设计使用可编程控制器（PLC），要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。
维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少，可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并且有很大的灵活性，完成更为复杂的控制任务，已成为电梯控制发展的方向，其许多功能是传统继电器控制系统无法实现的,30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了从逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。
今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。
现在城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。
电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。
在许多交通设备中，电梯是自动化程度最高的先进设备的一种。
以前的电梯主要采用单片机控制，其性能等各方面都不太完善，现在电梯控制系统多采用PLC，从电梯的性能、器件的灵活性及安全保障方面等都有了很大的提高。
PLC已经成为现代工业控制的三大支柱（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﹑易于计算机接口﹑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﹑日益取代由大量中间继电器﹑时间继电器﹑计数继电器等组成的传统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﹑交通等行业得到广泛应用。
PLC的应用广度和深度已经成为衡量一个国家工业先进水平的重要标志之一。
可编程序控制器的广泛应用在我国更是得到了迅猛的发展，大量的应用于引进设备和国产设备中。
伴随着现代高科技带动传统产业发展的时代潮流，可编程序控制器在我国产业发展领域中将会有展示自己的强大魅力的崭新舞台。
1.2设计的内容
在完成PLC控制电梯的试验中对PLC的结构、特点和性能进行总结、归纳和综述，对PLC与其它控制器件进行比较，从而设计实现了利用三菱FX系列型PLC对四层电梯的升降控制。
1.3设计的目的和意义
1.3.1设计的目的：
a、本次毕业设计通过此次设计使学生将本专业所学习的理论知识进行全面系地复习和总结,以便更好地掌握专业知识的主脉，并将其灵活应用到工作实践中。
b、根据毕业设计任务中的内容和要求,使学生掌握电气工程设计的原则、步骤和方法，学会查找和运用有关设计手册和技术资料。
指导学生将理论和实践相结合，能够较好地设计出一套安全可靠、切实可行的电气设计图纸。
c、通过此次毕业设计,提高学生运用理论知识，分析、处理和解决实际问题的综合能力。
d、本次毕业设计主要对PLC的结构、特点、性能以及与现场控制对象的连线进行具体的研究，并通过PLC实现电梯的自动控制以及消防运行。
1.3.2、设计的意义：
本论文是以三菱广泛应用的整体中型机FX2N-48MR为背景机，详细介绍其系统配置，兼顾介绍其指令系统、编程方法和控制系统设计方法，也介绍了模块式PLC的一些智能单元。
从而让我们能更多了解PLC和更好的使用它。
2电梯的介绍
2.1电梯的组成
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电力拖动系统：
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。
由限速器，安全钳，缓冲器，站保护装置组成。
2.2电梯的分类
2.2.1按用途分类
a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。
b载货电梯:
主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。
c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。
d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。
e观光电梯:
轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。
f车辆电梯:
用作装运车辆的电梯。
g船舶电梯:
船舶上使用的电梯。
h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。
2.3电梯得主要控制方式
目前电梯的控制普遍采用了两种方式：
（一）采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、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
（二）控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制
2.4电梯的工作原理
工作原理图见附录六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。
3可编程控制器
3.1可编程控制器的发展及定义
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC.
3.2可编程控制器的特点
1）可靠性高，抗干扰能力强
2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强
3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
4）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造
5）体积小，重量轻，能耗低
3.3可编程控制器的结构
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。
固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置
3.4PLC工作原理
1. 扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（1） 输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（2） 用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
（3） 输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是PLC的真正输出。
3.5PLC组成框图
PLC主要由CPU、存储器、输入输出接口、编程器和电源组成。
图3-1PLC组成框图
4系统硬件原理设计
4.1电梯的控制要求
1）当电梯停于某层时，有一高层呼叫时，电梯上升到呼叫层停止。
2）当电梯停于某层时，有一低层呼叫时，电梯下降到呼叫层停止。
3）当电梯停于某层时，有多高层呼叫时，电梯先上升到较低的呼叫层，停3秒后继上升到高的呼叫层，响应完毕后停止。
4）当电梯停于某层时，有多低层呼叫时，电梯先下降到较高的呼叫层，停3秒后继续下降到低的呼叫层，响应完毕后停止。
5）停层时延时3秒后自动开门或手动开门。
6）行车时不能手动开门，开门时不能行车。
7）当电梯处于上升或上降过程中，任何反向的呼叫均无效。
4.2PLC输入输出点数的确定
通过以上分析实现四层电梯的换向控制，设计中对这一控制功能必须的信号进行设置，主要是完成PLC输入输出点数的确定。
（1）输入信号
首先要设置PLC的输入，根据电梯控制的特点输入点应该包括轿内及各层门厅控制按钮主要是轿内的楼层选择数字键1~4；各层门厅按钮，除一层只设置上升按钮，四层只设置下降按钮外，其他几层均设置上升和下降两个按钮。
通过以上分析可得出对输入点数的确定如下表4-1所示。
表4-1输入点分配表
序号
名称
输入点
序号
名称
输入点
0
一层内选
X000
10
开门开关
X012
1
二层内选
X001
11
关门开关
X013
2
三层内选
X002
12
一层平层
X014
3
四层内选
X003
13
二层平层
X015
4
一层外呼上
X004
14
三层平层
X016
5
二层外呼下
X005
15
四层平层
X017
6
二层外呼上
X006
16
开门限位
X020
7
三层外呼下
X007
17
关门限位
X021
8
三层外呼上
X010
18
上升极限位
X022
9
四层外呼下
X011
19
下降极限位
X023
（2）输出信号
通过以上分析可得出对输出点数的确定如表4-2所示。
表4-2输出点分配表
序号
名称
输出点
序号
名称
输出点
0
一层内选指示
Y000
8
三层外呼上指示
Y010
1
二层内选指示
Y001
9
四层外呼下指示
Y011
2
三层内选指示
Y002
10
电梯上行
Y012
3
四层内选指示
Y003
11
电梯下行
Y013
4
一层外呼上指示
Y004
12
门电机开
Y014
5
二层外呼下指示
Y005
13
门电机关
Y015
6
二层外呼上指示
Y006
14
电梯上行指示
Y016
7
三层外呼下指示
Y007
15
电梯下行指示
Y017
4.3选择PLC
根据上述情况，我们选择三菱的FX系列。
输入点数为20点，输出点数为16点，考虑10%到15%的I/O裕量，选择FX2N-48MR这种型号。
4.4PLC外围接线图
图4-3为PLC的输入输出接线图
图4-3PLC外部接线图
5系统软件设计
5.1软件设计流程图
1）假设行程开关有信号，当电梯在一楼时，2、3、4楼有信号，则电梯上升，无信号则停止。
2）当电梯在二楼时，1楼有信号，则电梯下降，3、4有信号，则电梯上升，都无信号则停止。
3）当电梯在三楼时，1、2楼有信号，则电梯下降，4楼有信号，则电梯上升，都无信号则停止。
4）当电梯在四楼时，1、2、3楼有信号，则电梯下降，无信号则停止。
5）当电梯在二楼时，如果1、3、4楼都有信号，则先辨别电梯正在执行上升或下降程序，电梯先响应同向的呼叫。
6）当电梯在三楼时，如果1、2、4楼都有信号，则先辨别电梯正在执行上升或下降程序，电梯先响应同向的呼叫。
7）电梯到达呼叫楼层时，自动开门。
图5-1程序流程图
5.2程序梯形图
（1）初始化及内呼选层
M8002是触点型初始脉冲专用辅助继电器，作用是仅在PLC运行开始时瞬间接通，M8002为常开触点,初始化时门电机为关；
以一层为例，按下一层内呼X000按钮Y000得电并置位，直到电梯到达一楼时利用平层开关X014闭合断开Y000，Y000失电时，Y000被清零并复位。
按下二层内呼X001时→Y001得电置位，直到电梯到2层时，Y001被清零复位。
按下三层内呼X002时→Y002得电置位，直到电梯到3层时，Y002被清零复位。
按下四层内呼X003时→Y003得电置位，直到电梯到4层时，Y003被清零复位。
M11为上行下行继电器，当行程开关都无信号时，电梯处于上行或下行过程中。
图5-2初始化及内呼选层程序梯形图
（2）外呼信号指示
M0，M1，M2，M3为中间继电器，辅助2层外呼向下，2层外呼向上，3层外呼向下，3层外呼向上信号；
以2层外呼向上为例，如果电梯不在2层，
此时按下2层外呼上X006Y006得电置位。
→如此时电梯为下行→M0，M1，M2线圈得电并自锁，Y017得电并保持，Y006得电并在电梯下行过程中一直保持。
→如果电梯处于上行→M1，M3，M4线圈得电并自锁，Y016得电保持,Y006置位，直到电梯上行到2层时失电，Y006复位。
图5-3外呼信号程序梯形图
（3）开关门程序
当有外呼或内呼信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该层并停止运行，开门电机Y014得电置位，轿厢门打开；
当开门限位开关X020被触发，延时3秒自动关门，开门电机Y014失电复位；
电梯未到达平层时，手动开关门按钮X012，X013按下均无效
1.当电梯在一层时，有一层内呼或外呼上，门电机开。
2.当电梯在二层时，有二层内呼或外呼上下，门电机开。
3.当电梯在三层时，有三层内呼或外呼上下，门电机开。
4.当电梯在四层时，有四层内呼或外呼下，门电机开。
图5-4开关门程序梯形图
（4）判断电梯上行下行指示
M4，M5线圈辅助辨别电梯上行下行，M4与M5互锁，当电梯停在某层时，有呼叫信号输入时，当电梯有上升到更高层的请求时，M4得电闭合自锁，当电梯有下降到更低层的请求时，M5得电闭合自锁。
→当M4得电时M5断开→电梯为上行，
→当M5得电时M4断开→电梯为下行。
图5-5判断电梯上行下行程序梯形图
（5）轿厢上行
在判别出电梯上行以后，执行以下程序。
如果电梯在1层,一层以上呼叫可响应Y001，Y002,Y003,Y004,Y005,Y006,Y007,Y010,Y011可置位；如果电梯在2层，2层以上呼叫可响应，Y002，Y003,Y007,Y010,Y011可置位；
如果电梯在3层，三层以上呼叫可响应，Y011可置位；直到电梯上行到4层或者呼叫信号层，呼叫信号清零复位。
电梯具有最远反响呼梯功能，电梯上行过程中，如果同时有上升和下降请求时，先执行上升流程。
图5-6轿厢上行程序梯形图
（6）轿厢下行
在判别出电梯下行以后，执行以下程序。
如果电梯在4层,4层以下呼叫可响应Y000，Y001，Y002,Y003,Y004,Y005,Y006,Y007,Y010,可置位；如果电梯在3层，3层以下呼叫可响应，Y000，Y001,Y004,Y015,Y016可置位；
如果电梯在2层，2层以下呼叫可响应，Y000，Y004可置位；直到电梯下行到1层或者呼叫信号层，呼叫信号清零复位。
电梯具有最远反响呼梯功能，电梯下行过程中，如果同时有上升和下降请求时，先执行下降流程。
图5-7轿厢下行程序梯形图
6电梯PLC的调试与运行
6.1过程分析
电梯在一、二、三、四层楼分别设置一个行程开关，在轿箱内设置四个楼层内选按钮。
在行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4都断开的情况下，呼叫不起作用。
6.2仿真调试
在计算机上安装GXDeveloper编程软件和GXsimulator仿真软件，把写好的程序输入计算机，经转换梯形图；用仿真软件虚拟运行，看程序是否有错误，经仿真调试，程序没有错误。
6.3安装调试
1．先按I/O接口图接好线，输入正常情况下的程序指令，启动运行。
2．用指示灯来模拟电梯的运行过程
接通X014即接通SQ1，表示轿箱原停楼层1，按S2，即X001接通一下，表示呼叫楼层2，则Y001接通，二层内选指示灯SEL2亮，Y012接通，表示电梯上升。
直至SQ2接通，Y010断开（二层内选指示灯SEL2灭），Y012断开（表示电梯上升停止），二层指示灯L2灭，电梯到达二层。
3.单指令运行调试
这是一种最简单的调试方法，检查所设计的程序在完成其最简单的控制功能时是否会发生错误。
若各种调试无错误，则再用复杂的方法进行调试。
单指令运行调试的具体内容如下：
假定电梯的轿厢在一楼，数码管显示为“1”，此时按下三楼的内指令按钮X2，三楼内指令显示Y2亮。
电梯关门后，开始上行，当轿厢上升到三楼后，数码管显示为“3”楼的内指令显示信号Y2消除。
4.复杂指令运行调试
首先必须弄清楚各种按钮的常开与常闭触点。
布线时，一定要标号，以备维修查找方便。
线头不能过长也不能过短。
线头过长会碰到一起，引起短路。
线头过短，过细，固定牢靠性又成问题。
布线时还要考虑美观性。
一根线的布置不会有太多问题，但是成百上千根线就有美观性可言。
因此，接线槽、扎带、套管就成为必不可少的辅件。
交流输入输出信号与直流输入输出信号分别使用各自的电缆。
为了防止轿厢冲顶和蹲底，当电梯运行到顶层或底层时，可采取双重强迫停车。
6.4调试过程中出现的问题
出现的问题：
在调试初期，我根据控制要求逐个实现功能，当实现到电梯下行指示时，无法指示，经过检查连接电路与程序，我发现程序设计思路有误，需要在原来的程序中加入方向辨别。
解决方法：
编写程序应先纵观全局，在根据整体要求想出设计思路，然后在逐一实现各功能块的程序.
出现的问题：
程序上行或下行一直被保持.原因：
没有将M0到M5继电器清零，使得这些中间继电器得电一直保持。
解决方法：
在某一外呼或内呼信号被解除后，将该信号对应的中间继电器清零。
7总结
本系统主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了对升降电梯的选层、内呼、外呼、定向、指层、最远反向呼梯响应、自动手动开关门的控制功能。
利用梯形图程序可以很直观的看出运行过程。
利用可编
升级会员 