基于PLC的四层电梯设计Word文档下载推荐.docx
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3.2程序语句的设计7
3.2.1外部信号输入存储程序7
3.2.2轿厢停时，楼层存于D0中并显示程序11
3.2.3比较判断轿厢上下行程序11
3.2.4补充程序12
3.2.5开关门程序12
3.2.6轿厢上行程序14
4程序调试、运行16
4.1程序调试16
4.2程序运行过程中出现的问题及调试17
4.3程序最终运行情况18
参考文献19
致谢20
绪论
电梯进入人们的生活已经160年了。
一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升人类生活质量的承诺。
生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。
150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；
双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；
如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。
调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保——一款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。
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。
1932年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。
1951年，党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此任，四个月后不辱使命，顺利地完成了任务。
如今，在我国任何一个城市，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动力依靠。
1.1电梯的组成
电梯是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倾角小于15度的钢性导轨之间。
轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。
它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。
1.2电梯的工作原理
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。
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。
1.3电梯的启动、停车所需条件
启动：
1）安全保护系统正常2）门锁锁闭3）定向部分选择好电梯的运行方向
停车：
1）选层部分选择好停车楼层2）电梯必须到达要停车楼层的减速点3）电梯到达目标楼层的平层位置
1.4电梯模型结构
1.4.1电梯层门
图1-1为电梯层门示意图。
电梯层门旁装有消防按钮、上行召唤按钮和下行召唤按钮（最底层只有上行召唤按钮、最高层只有下行召唤按钮），并有召唤登记指示灯。
层门上方装有LED数码管，用以显示轿厢所在层楼位置，另外还有轿厢上行和下行指示灯。
红色圆圈是消防按钮，向下按导致X10接通。
按下该按钮的同时向左转是消防关门开关，X14触点闭合，电梯门关闭；
向右转是消防开门开关，X11触点闭合，电梯门打开。
呼梯按钮按下时，相应的按钮变成青绿色，表示该呼梯按钮已按下。
电梯楼层显示采用7段LED数码管显示，图中显示电梯目前处于三楼的位置。
电梯运行方向用红色箭头表示，图中箭头向上表示电梯正处于上行
图1-1电梯层门示意图
1.4.2电梯轿厢内控制屏
轿厢内控制屏示意图如图1-2所示。
其中包括上行、下行显示及LED层楼位置的显示。
另外还有1楼～4楼的指令按钮及登记显示按钮。
此外，还有手动开门和关门按钮，以满足乘客的需求。
图1-2轿厢内控制屏示意图
1.5PLC在电梯控制中的应用
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。
2总体方案设计
2.1总体方案的确定
电梯PLC的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。
本毕业设计设备的PLC控制器选用为菱FX2n系列。
图2-1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。
2.2拖动电机电路的设计
本设计采用三相异步电机作为电梯的牵引电机，并且电机采用星——三角起动方式。
L1
L3
L2
DC
—
+
W2
U2
W1
V1
U1
FU
KM3
KM4
Rz
FR
KM7
KM6
M3～
KM5
图2-1电梯拖动电机电路
异步电机从静止状态过渡到稳定运行状态的过程称为异步电机的启动过程。
如果在额定电压下直接起动，由于最初起动瞬间主磁通约减小到额定值的1/2，转子功率因数又很低，造成了起动时堵转电流相当大而堵转转矩并不大（不像直流电机那样，起动转矩与起动电流成正比）的结果，所以要采用星——三角降压起动方法。
起动时，电机定子绕组接成星形联结，起动后改接成三角形联结，如图2-1所示。
起动时，接触器KM3、KM5触点闭合，电机定子绕组接成星形联结，待转速升高到一定程度后，接触器KM5触点断开，接触器KM6触点闭合，定子绕组改成三角形联结，电机进入正常运行。
2.3门电机电路的设计
KM1
KM2
M3～
图2-2电梯门拖动电机
门电机的驱动也采用三相异步电机，而起动时采用直接起动的方式，因为门电机的功率不大，直接起动对电源的影响不大，门电机电路如图2-2所示。
接触器KM1闭合，门电机正转，电梯门打开。
接触器KM2闭合，门电机反转，电梯门关闭。
2.4输入输出分配表
表2-1为I/O分配表
输入
输出
1层内呼X000
1层内呼指示Y000
1
2层内呼X001
2层内呼指示Y001
2
3层内呼X002
3层内呼指示Y002
3
4层内呼X003
4层内呼指示Y003
4
1层外呼上X004
1层外呼上指示Y004
5
2层外呼下X005
2层外呼下指示Y005
6
2层外呼上X006
2层外呼上指示Y006
7
3层外呼下X007
3层外呼下指示Y007
8
3层外呼上X010
3层外呼上指示Y010
9
4层外呼下X011
4层外呼下指示Y011
10
开门开关X012
10
电梯上行Y012
11
关门开关X013
电梯下行Y013
12
1层平层X014
门电机开Y014
13
2层平层X015
门电机关Y015
14
3层平层X016
电梯上行指示Y016
15
4层平层X017
电梯下行指示Y017
16
开门限位X020
楼层指示Y020--Y026
17
关门限位X021
18
上极限位X022
19
下极限位X023
2.5PLC的外部接线图的设计
图2-3为PLC输入输出外部接线图。
X000～X023为输入信号，Y000～Y026为输出信号，其中Y020～Y026分别按顺序接数码管的A～G显示轿厢所在楼层。
输入端的公共端COMI接地，输出端的公共端COMⅡ接+24V电源。
图2-3PLC输入输出接线图
3软件设计
3.1程序流程图
图3-1为整个程序的流程图：
假设电梯停于一楼，则D0中的值为1；
此时如果按下三楼向上按钮，则D9中赋值为3；
然后就将D9中的值与D0中的值相比较，显然D9大于D0，电梯上行。
如果在上行过程中如果按下二楼向上按钮，则先停于二楼，再上行至三楼。
如果在上行过程中按下二楼向下按钮，由于是反向信号，所以电梯先去三楼，所有的上行信号均响应以后再响应下行信号。
如果按下四楼向下按钮，则电梯完成其他外呼向上信号以后就上行至四楼。
电梯到达四楼后，如果同时按下一楼向上按钮、二楼向上按钮、三楼向上按钮，则轿厢首先下行至一楼响应最远反向呼信号，然后再上行至二楼、三楼。
在D1-D10中，将第一个得到值的数据存储器中的值与D0中的值进行比较，从而判断上行还是下行。
图3-1程序流程图
3.2程序语句的设计
3.2.1外部信号输入存储程序
（1）内呼信号输入及存储程序
编程思路：
以一楼内呼为例，按下X000按钮，则Y000被接通并保持，直到电梯到达一楼时利用X014常闭触点断开Y000。
在按下X000的同时D1赋值为1，从而实现存储功能。
当Y000失电时，D1和M0、M1、M2被清零。
梯形图如下图3-2所示。
图3-2内呼信号输入及存储程序梯形图
（2）外呼信号输入及存储程序
以二楼向上外呼信号为例，如果电梯不在二楼，此时按下X006，D7赋值为2，M106得电并保持。
如果电梯为下行，则M106、Y017常开闭合，Y006得电并且在电梯下降过程中一直保持。
如果电梯处于上行阶段，则M106、Y016常开闭合，Y006得电并保持，直到电梯上行到二楼时失电。
Y006失电时，D7和M18、M19、M20被清零。
梯形图如图3-3所示。
图3-3外呼信号输入及存储程序梯形图
3.2.2轿厢停时，楼层存于D0中并显示程序
轿厢停于某层时，该楼层平层开关被接通，为D0赋予对应的值。
梯形图如下图3-4所示。
图3-4轿厢停于某层时，所在楼层存于D0并用数码管显示程序梯形图
3.2.3比较判断轿厢上下行程序
（1）比较程序:
按下某楼层按钮则将该按钮所对应的数据寄存器中的值与轿厢所在楼层数据寄存器D0中的值进行比较，从而可以判断上下行。
（2）判断上下行程序：
当D1到D10中任一数据寄存器中的值大于D0中的值，则轿厢上行；
当D1到D10中任一数据寄存器中的值小于D0中的值，则轿厢下行。
如果当D1到D10中任一数据寄存器中的值既有大于D0的，又有小于D0的，则轿厢上下行以第一次按下按钮所对应的数据寄存器中的值与D0的比较结果而得。
梯形图如下图3-5所示。
图3-5比较判断轿厢上下行程序梯形图
3.2.4补充程序
电梯停于某层时，按下当前层外呼信号启动开门程序。
否则一旦轿厢停止上下行，电梯外面的人就无法进入轿厢。
梯形图如下图3-6所示。
图3-6电梯停于某层时，按下当前层外呼信号启动开门程序梯形图
3.2.5开关门程序
电梯未平层时，M30得电，此时手动开关门按钮X012和X013按下均无效，M31和M32不得电。
电梯平层时，M33得电，轿厢门打开，延时3S后，自动关闭。
程序中C0、C1的重要作用：
在程序中C0、C1的作用是保证每次平层时只有一次开关门，防止轿厢一直上升或下降而不执行平层开关门程序，同时也防止电梯一直处于开关门状态。
电梯平层以后，按下开门按钮或者开门限位开关被触发则C0得电；
按下关门按钮或者关门限位开关被触发并且C0得电时，C1得电。
在电梯上升或降价过程中即电梯未平层时C0清零。
当电梯平层并且C0被清零时，C1清零。
程序运行时，首先开关门一次，所以C0、C1得电。
梯形图如下图3-7所示。
图3-7开关门程序梯形图
3.2.6轿厢上行程序
在比较判断出轿厢上行以后，执行以下程序。
首先是内呼信号，如果电梯在一楼，按下X001则M3接通，此时C1是接通的，所以M40得电并自锁直到轿厢在二楼平层时失电。
如果电梯在一楼或二楼，按下X002则M6接通，M41得电并自锁直到轿厢到达三楼时失电。
如果电梯在一楼、二楼或三楼，按下X003则M9接通，M42得电并自锁直到轿厢到达四楼时失电。
外呼信号上行与内呼信号上行原理相同，只是加上外呼信号之后，需要给外呼信号和内呼信号之间加上互锁。
至于最远反向呼功能：
如果电梯在一楼，按下二楼向下X005，则M72得电，电梯上行；
如果再按下X007，则M72失电，M71得电，电梯到二楼不停下继续上行；
如果再按下X011，则M71失电，M70得电，电梯直接运行至四楼。
需要注意的是：
在最远反向呼程序里需要加入内呼信号和外呼信号的互锁。
梯形图如下图3-8所示。
图3-8轿厢上行程序梯形图
4程序调试、运行
4.1程序调试
设计一个PLC应用系统，关键要解决的第一个问题是进行PLC应用系统的功能设计，即根据受控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。
第二个问题是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式、控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。
第三个问题是根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。
总装调试步骤：
（1）模拟调试。
用户编写的程序在总装调试前要进行模拟调试，检查程序无误后可把PLC接到系统里进行总装调试。
（2）PLC的外部接线检查，外部接线一定要准确无误。
如果用户程序还没有送到机器里去，可用自行编写的试验程序对外部接线做扫描通电检查，查找接线故障。
（3）将主电路断开，进行预调，确认接线无误后再接主电路。
（4）将模拟调好的程序送入用户存储器进行总调试，直到各部分的功能均正常，并能协调一致成为一个完整的整体控制为止。
（5）如果调试达不到指标要求，可对硬件、软件调整，一般只对软件作调整。
（6）全部调试结束以后，将程序固化在EPROM盒中保存。
4.2程序运行过程中出现的问题及调试
（1）出现的问题：
在毕业设计初期阶段，我根据控制要求逐个编程实现，当程序编写到第四个要求（即方向判别）的时候，我感觉编程初期设计思路的错误，需要在原来的程序中再加入方向判别。
解决的办法：
编写程序应该先统观全局，先根据整体要求想出设计思路，然后再逐一实现各功能块程序。
也就是说编程需要先从上往下分析编程要求，再从下往上编写程序（如图4-1所示）。
图4-1二楼内呼信号存储比较梯形图
（2）出现的问题：
在编写第四个控制要求时需要有方向的判别，如果某一楼层向上向下按钮都被按下，电梯在某一方向运行时，反向信号也被清除。
这样就达不到同向运行时不响应反向信号的要求。
在程序中利用Y016和Y017将同向信号与反向信号进行了区分（如图4-2所示）。
图4-2同向停车反向保持程序梯形图
（3）出现的问题：
程序上行或下行一直被保持。
原因：
没有将M0到M29清零，使得这些中间继电器得电的一直自保持。
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，同时对应的数据寄存器需要清零，这样可以便于下一次按下该信号后再与D0比较（如图4-3所示）。
图4-3电梯响应完二楼向下信号后，响应软元件清零
（4）出现的问题：
在电梯上行过程中，同时按下几个外呼信号和内呼信号，电梯不能在中间信号处停下，而是一直上行到最远信号所在的楼层。
将外呼信号和内呼信号进行互锁（如图4-4所示）。
图4-4电梯上行响应四楼内呼信号时，一、二、三楼向上外呼信号互锁
（5）出现的问题：
在电梯上行过程中，最远反向呼功能是可以实现的，可是在电梯下行过程中，电梯每次到达二楼时总是要停一次，开关门后再下行至一楼。
解决办法：
因为和上行时最远反向呼设计思路是一样的，在复制过程中忘了修改平层信号参数。
应该是X014的常闭，而程序中一直是X015的常闭，所以每次下行到二楼都会停一次（如图4-5所示）。
图4-5最远反向呼下行至一楼，程序中参数X015应改为X014
4.3程序最终运行情况
（1）按下呼叫按钮，电梯在检测到外呼或者内呼信号以后，便会运行到指定楼层。
上升过程中，只执行上行信号，下行信号不执行且只保持相应指示灯点亮，反之亦然。
（2）若同时按下多层反向外呼按钮，则轿厢首先运行最远的反向外呼信号所在的楼层，然后再顺序执行其他的外呼信号。
（3）平层后开门，直至碰到开门到位行程开关，再经过3S的延时后自动关门。
在此过程中可以按轿厢内的开门开关或关门开关进行开关门。
（4）在上升或下降过程中，开关门按钮无效。
在开关门和3S延时过程中，轿厢不能上升和下降。
（5）用数码管显示轿厢当前所在的楼层，用指示灯指示上行还是下行。
参考文献
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科学出版社，2004
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[12]张进秋等.可编程控制器原理及应用实例.北京：
机械工业出版社，2004
致谢
通过本次毕业设计，了解了电梯的组成与其工作原理，深刻理解了PLC的结构、特点及其工作原理，掌握PLC在控制系统中的应用。
通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。
既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
本次的毕业设计，使我对大学三年的学习有了更进一步的认识，也加深了对可编程控制器的认识。
以前只是停留在表面上，太肤浅做了以后才知道有好多东西都不会，也有好多东西以前都没接触过。
在做的过程中，我真正体会到了自学的重要性.
我们需要大量的以前没有学到过的知识，于是老师的指导、图书馆、INTERNET成了必不可缺的。
毕业设计，是我大学三年做的最后一份作业，也是我用心去认真设计的，翻阅了很多书籍，查阅了很多相关资料。
我想借此机会感谢三年来所有教过我的老师，所有和我一起学习的同学，是你
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