PLC实训电梯控制方向.docx

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PLC实训电梯控制方向

电气与电子信息工程学院

《电气控制与PLC实训》

设计报告

名称：

电梯控制方向

　　　专业名称：

　电气工程及其自动化

班级：

　　　学　　号：

姓名：

指导教师：

高海洲、胡学芝

设计时间：

2014年4月28日——5月11日

设计地点：

K3-218PLC实验室

电气控制与PLC实训成绩评定表

姓名

学号

专业班级

题目：

电梯控制方向

答辩记录：

1.电梯是怎么确定运行方向的？

答：

首个信号定向原则。

接收并登记电梯在楼层以外的所有指令信号、呼梯信号，给

予登记并输出登记信号。

根据最早登记的信号，自动判断电梯是上行还是下行。

例

如，电梯在二楼，指令为一楼则向下行；指令为四楼则向上行。

例如，电梯在二楼，

三楼乘客要向下，则按AX3，此时电梯的运行应该是向上到三楼接乘客，所以电梯应

向上。

2.当有多个信号作用于电梯时，电梯怎样运行？

答：

电梯接收到多个信号时，采用首个信号定向原则，同向信号先执行原则，一个方向

的任务执行要换向时，依据最远站换向原则，即一个方向任务全部执行完后再换向。

电梯具有同向截车功能。

成绩评定及依据：

1.考勤情况（10%）：

2.设计调试情况（30%）：

3.设计答辩（20%）：

4.设计报告（完成情况、报告规范性等情况40%）：

最终评定成绩（以分数和优、良、中、及格、不及格评定）：

指导教师签字：

设计任务书

2013～2014学年第2学期

学生姓名：

黄华正专业班级：

13级电气工程及其自动化专升本班指导教师：

胡学芝、高海洲工作部门：

电气与电子信息工程学院

一、设计题目

课题1：

.电动机的综合控制方向

课题2：

竟猜抢答系统的设计方向

课题3：

交通灯控制方向

课题4：

电梯控制方向

课题5：

喷泉或彩灯控制方向

二、设计内容（含技术指标）

1、用PLC实现四台以上电动机综合控制，要求模拟实际的工况，包括电机的顺序控制、电机的连锁和互锁控制，电机间的逻辑联系应具有一定的复杂程度，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。

2、用PLC实验装置设计竟猜抢答系统，要求不少于5组，有必要的组号显示、记时显示和模拟记分系统，有优先抢答功能，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。

3、用PLC实现各种路口的交通信号灯控制，要求与实际交通灯工作情况基本相符，具有必要显示和通过外部设备进行设定功能，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。

4、用PLC实现电梯控制，要求与实际基本相符，电梯层数不少于4层，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。

5、用PLC实现喷泉控制，要求花样不少于6种，能自动循环、单循环、和手动控制，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。

6、同组同学要求不能完全重复，必须有自己的亮点，对思路新颖的、和用到更多功能指令的有加分。

7、所有小组均应在开题的过程中，由指导老师对与题目相关的具体的设计控制要求进行审核。

三、设计进度安排

序号

内容

学时安排（天）

1

选题、讲解设计要求、查资料；

1

2

方案论证、说题及硬件选型和设计

2

3

软件设计

2

4

程序及系统调试

3

5

绘制图纸、撰写和打印设计报告

1

6

设计答辩

1

合计

10

设计指导答辩地点：

K3——PLC实验室

四、基本要求

设计报告：

不少于5000字，Ａ４幅面，统一复印封面。

1封面、设计任务书

2目录

1）方案选择，方案论证（综述、任务详解及设计思路，PLC选型等）

2）系统硬件设计（系统功能及原理、系统组成框图、器件选择、电路原理图、I/O分配及接线）

3）系统软件设计（各软件模块的功能，梯形图及说明）

4）系统调试（调试步骤、方法及调试过程中的问题及如何解决等）

5）结果分析及展望（最后的结果成功点和不足之处、总结及改进等）

3附录---参考文献

五、设计考核办法与成绩评定

根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩按得分0～100分，可分为优、良、中、及格、不及格五等。

评定项目

基本内涵

分值

设计考勤

考勤、自行设计、按进度完成任务等情况

10

设计调试

软硬件调试过程及完成情况

30

设计答辩

回答问题等情况

20

设计报告

完成情况、报告规范性、创新性、雷同率等情况

40

90～100分：

优；80～89分：

良；70～79分：

中；60～69分，及格；60分以下：

不及格

六、参考资料

[1]李仁主编，电气控制，北京：

机械工业出版社，2000

[2]陈立定等主编，电气控制与可编程控制器，广州：

华南理工大学出版社，2001

[3]王仁祥主编，常用低压电器原理及其控制技术，北京：

机械工业出版社，2002

[4]郑萍主编，现代电气控制技术，重庆：

重庆大学出版社，2001

[5]佟为明等编，低压电器继电器及其控制系统，哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，2000

[6]王海，李洪奎，刘晓。

基于PLC的多轴控制研究[J]。

机械工程学报,2008, 6（4）:

 470-472.

[7]杨东, 黄永红, 张新华, 吉敬华. 用PLC基本指令实现自动运动定位控制的研究[J]. 微计算机信息, 2010, 26（2-1）:

 62-64。

[8]秦琴，王忠庆.。

利用PLC的高速计数功能实现轴的精确定位控制.。

电气技术。

2009（3）。

[9]陈婵娟, 薛恺. 基于PLC的步进电动机单双轴运动控制的实现. 机械设计与制造. 2009（3）。

[10]杨涛, 王启江等。

 基于PLC绕线机控制系统设计[J]。

组合机床与自动化加工技术， 2005（8）：

58-59。

绪论

电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。

而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。

事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。

在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。

然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。

在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。

因此，可以说乘坐电梯更安全。

美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：

乘电梯比走楼梯安全5倍。

掘资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。

目前，由可编程序控制器（PLC）和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。

采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。

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。

一．方案设计

1.1电梯实物模型

电梯的实物模型如图1所示。

其中包含的硬件说明如下：

（1）输入控制类：

S1、S2、S3：

1、2、3层上升呼叫

S4、S5、S6：

4、3、2层下降呼叫

SIN0：

底层信号

SIN4：

顶层信号

SIN1～SIN4：

一至四层信号

L1～L4：

一至四层内呼信号

（2）输出控制类：

R1、R2、R3：

1、2、3层上升呼叫指示

R4、R5、R6：

4、3、2层下降呼叫指示

L1～L4：

一至四层选层指示

KM1：

电梯电机正转（电梯上升）

KM2：

电梯电机反转（电梯下降）

KMZ：

电梯电机制动图1电梯模型

1.2电梯输入信号及其意义

（1）位置信号

位置信号由安装于电梯停靠位置的4个传感器SIN1～SIN4产生。

平时为OFF，当电梯运行到该位置时ON。

（2）内呼信号

内呼信号有4个，分别由4个内呼按钮（L1～L4）产生。

按某按钮，表示电梯内乘客欲往相应楼层。

（3）外呼信号

外呼信号有6个，分别由S1～S6个呼梯按钮产生。

按呼梯按钮，表示电梯外乘客欲乘电梯。

例如，按S2则表示二楼乘客欲往上，按S5则表示三楼乘客欲往下。

1.3电梯输出信号及其意义

（1）运行方向信号

运行方向信号有两个，由两个箭头指示灯组成，显示电梯运行方向。

（2）内呼登记信号

内呼登记信号有4个，分别由L1～L4个指示灯组成，表示相应的指令信号已被接受（登记）。

指令执行完后，信号消失（消号）。

例如，电梯在二楼，按“三”表示电梯内乘客欲往三楼，则L3亮表示该要求已被接受。

电梯向上运行到三楼停靠，此时L3灭。

（3）外呼登记信号

外呼登记信号有6个，分别由R1～R6个指示灯组成，其意义与上述指令登记信号相类似。

（4）楼层数显信号

该信号表示电梯目前所在的楼层位置。

由七段数码显示构成，各段笔划的不同组合代表不同的数字。

1.4模拟电梯运行原则

（1）接收并登记电梯在楼层以外的所有指令信号、呼梯信号，给予登记并输出登记信号。

（2）根据最早登记的信号，自动判断电梯是上行还是下行，这种逻辑判断称为电梯的定向。

电梯的定向根据首先登记信号的性质可分为两种。

一种是指令定向，指令定向是把指令指出的目的地与当前电梯位置比较得出“上行”或“下行”结论。

例如，电梯在二楼，指令为一楼则向下行；指令为四楼则向上行。

第二种是呼梯定向，呼梯定向是根据呼梯信号的来源位置与当前电梯位置比较，得出“上行”或“下行”结论。

例如，电梯在二楼，三楼乘客要向下，则按AX3，此时电梯的运行应该是向上到三楼接乘客，所以电梯应向上。

（3）电梯接收到多个信号时，采用首个信号定向，同向信号先执行，一个方向任务全部执行完后再换向。

例如，电梯在三楼，依次输入二楼指令信号、四楼指令信号、一楼指令信号。

如用信号排队方式，则电梯下行至二楼→上行至四楼→下行至一楼。

而用同向先执行方式，则为电梯下行至二楼→下行至一楼→上行至四楼。

显然，第二种方式往返路程短，因而效率高。

（4）具有同向截车功能。

例如，电梯在一楼，指令为四楼则上行，上行中三楼有呼梯信号，如果该呼梯信号为呼梯向上（S3），则当电梯到达三楼时停站顺路载客；如果呼梯信号为呼梯向下（K5），则不能停站，而是先到四楼后再返回到三楼停站。

（5）一个方向的任务执行完要换向时，依据最远站换向原则。

例如，电梯在一楼根据二楼指令向上，此时三楼、四楼分别有呼梯向下信号。

电梯到达二楼停站，下客后继续向上。

如果到三楼停站换向，则四楼的要求不能兼顾，如果到四楼停站换向，则到三楼可顺向截车。

系统硬件设计

2.1动力电路的设计

动力电路的设计包含电动机的选择以及熔断器、接触器、热继电器等继电控制器的选取。

其主电路如图2所示。

图2主电路的设计

1、三相异步电动机的选取

JO2-41-4：

额定功率5.5KW，额定电流11A，额定转速1440r/min，功率因0.88，堵转电流7.0A。

2、熔断器的选择

使用220V三相交流电源供电，则：

IFU=IN（1.5-2.5），取IFU=22A

产品型号：

3NA38142C；适用于交流50Hz，额定电压交流380、500V，额定电流35A的配电线路中，作过载和短路保护。

3、热继电器的选择

电动机在启动瞬间和短时过载启动瞬间电流为（5-6）倍的I（n）。

一般情况下热继电器的整定值得选取电动机的额定电流的（0.95-1.05）倍的I（n）。

使用时，热继电器的旋钮应调到该额定值，否则起不到保护作用。

选择型号：

TM30-100W，额定电流16A—100A，额定电压小于690V以下的电机。

4、交流接触器的选择

接触器是一种能频繁接通和断开远距离用电设备主电路及其他大电容用电贿赂的自动控制电器，它分为直流和交流两类。

控制对象主要是电动机、电炉、电焊机、电容器等。

交流接触器主要由电磁机构、触头系统、灭弧装置等组成。

产品型号：

CJX2系列，额定电流40A，额定电压220V。

2.2系统框图的设计

1、电梯开关门流程图的设计

电梯开关门的选择与电梯楼层停车的信号紧密相关，根据楼层停车的信号就可以得到开关门的信号。

因此，电梯开关门的流程图其实就是电梯停车的流程图。

电梯停车的流程图如图3所示。

图3电梯停车和开关门的流程图

2、电梯上下行流程图的设计

在自动运行状态下，电梯首先应确定运行方向，也即定向。

电梯的定向只有两种情况，即上行和下行。

电梯处于待命状态下，接收到内选和外呼信号时，应将电梯所处的位置与内选信号和外呼信号进行比较，确定是上行还是下行，一旦电梯定向后，内选信号和外呼信号对电梯的顺向运行要求没有满足的情况下，定向信号不能消除。

电梯上行行的流程图如图4所示。

图4电梯定上下行的流程图

2.3可编程控制器机型的选择

为了完成设定的控制任务,主要根据电梯控制方式与输入/输出点数和占用内存的多少来确定PLC的机型。

本系统为四层楼的电梯,采用集选控制方式。

所需输入/输出点数与内存容量估算如下:

1、输入/输出点的估算：

采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。

电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。

一层有上升呼叫按钮K1和指示灯H1，二层有上升呼叫按钮K2和指示灯H2以及下降呼叫按钮K4和指示灯H4，三层有上升呼叫按钮K3和指示灯H3以及下降呼叫按钮K5和指示灯H5，四层有下降呼叫按钮K6和指示灯H6。

一至四层有到位行程开关SQ1～SQ4。

电梯内有一至四层呼叫按钮K10～K7和指示灯H10～H7；电梯开门和关门按钮SB5和SB6，电梯开门和关门分别通过电磁铁KM3和KM4控制，关门到位由行程开关ST1检测，开门到位由行程开关ST2检测。

轿厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制，并有上行记忆和下行记忆两路指示灯。

输入点共有14个，输出点共有16个,总共30个。

2、I/O点数的估算：

用户控制程序所需内存容量与内存利用率、输入/输出点数、用户的程序编写水平等因素有关。

因此,在用户程序编写前只能根据输入/输出点数、控制系统的复杂程度进行估算。

本系统有开关量I/O总点数有30个，模拟量I/O数为0个。

利用估算PLC内存总容量的计算公式:

所需总内存字数=开关量I/O总点数×（10～15）+模拟量I/O总点数×（150～250）再按30%左右预留余量。

估算本系统需要约1K字节的内存容量。

综合I/O点数以及内存容量，三菱的FX0N-40MR输入/输出点数为24／16，足以满足要求。

2.4I/O地址分配

本次设计的I/O地址分配如表1所示。

输入

输出

X21

一楼位置开关SIN1

Y0

开门

X22

二楼位置开关SIN2

Y15

关门

X23

三楼位置开关SIN3

Y7

上行驱动KM1

X24

四楼位置开关SIN4

Y10

下行驱动KM2

X11

内呼1楼按钮L1

Y11

一楼内呼显示L1

X12

内呼2楼按钮L2

Y12

二楼内呼显示L2

X13

内呼3楼按钮L3

Y13

三楼内呼显示L3

X14

内呼4楼按钮L4

Y14

四楼内呼显示L4

S1

一楼上行外呼S1

Y1

一楼上行呼梯登记

S2

二楼上行外呼S2

Y2

二楼上行呼梯登记

S3

三楼上行外呼S3

Y3

三楼上行呼梯登记

S4

四楼下行外呼S4

Y4

四楼下行呼梯登记

S5

三楼下行外呼S5

Y5

三楼下行呼梯登记

S6

二楼下行外呼S6

Y6

二楼下行呼梯登记

Y16

开关门制动

Y17

蜂鸣器提醒

表1I/O地址分配表

2.5系统硬件接线

本设计的PLC外部接线图如图5-2所示.FX0N-40MR的传感器电源24V（DC）可以输出600mA电流，通过核算在本设计中PLC容量完全满足要求，FX0N-40MR的输出继电器触点容量为2A，电压范围为5～30V（DC）或5～250V（AC）。

其硬件接线如图5所示。

图5系统硬件接线

三、系统软件设计

3.1楼层信号的产生与消除环节

3.2内呼信号的登记与消除环节

3.3外呼信号的登记与消除环节

3.4电梯定向环节

3.5停车触发与复位环节

3.6起动运行与停车环节

3.7自动开关门环节

3.8梯形图的汇总

将楼层信号的产生与消除环节、内呼信号的登记与消除环节、外呼信号的登记与消除环节、电梯定向环节、停车触发与复位环节、起动运行与停车环节等分块环节依次组合在一起，就可以得到电梯PLC控制的梯形图总图。

在这里就不在列出。

四．系统调试

该实验需要FX系列PLC实训装置、FX手持编程器或个人计算机（WINDOW）、FX/WIN编程环境、四层电梯系统实验板、连接导线等。

首先，将PLC控制模板接到DC24Ｖ的电源上，用FX编程线缆，一方接PLC，一方接电脑。

当控制程序写入PLC后，用连接导线将PLC与电梯控制系统实验板连接起来，调节一切正常后，通电进行仿真。

五、结果分析及展望

本程序在高老师验收时发现了一个问题，当电梯从四楼向一楼运行时，二楼或三楼有人外呼向下，这时电梯里面突然有人按四楼，电梯会到达二楼或三楼又向上运行至四楼而没有到一楼。

没有遵循一个方向的任务执行要换向时，依据最远站的换向原则。

后来经我仔细检查后发现，在电梯定向环节上忽略了PLC程序是采用循环扫描的方式执行。

我将上行和下行继电器复位时间推迟一秒后，电梯所有的功能都能完美的实现。

当遇到自己实在不知道的问题时，就应该去图书馆查阅相关书籍，多和有经验的同学或相关老师讨论。

不仅能节省时间，而且还能对问题更深刻的理解。

通过本次课程设计使我深刻的明白了一句话：

只重视理论而不重视实践，难以领略理论的精髓，只有注重实践而不注重理论，不可能有走得长远，学习一定要注意理论与实践相结合。

附录

参考文献

[1]张万忠.可编程控制器入门与应用实例.北京：

中国电力出版社，2005

[2]陈立定等主编，电气控制与可编程控制器，广州：

华南理工大学出版社，2001

[3]王仁祥主编，常用低压电器原理及其控制技术，北京：

机械工业出版社，2002

[4]郑萍主编，现代电气控制技术，重庆：

重庆大学出版社，2001