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五层电梯的PLC控制系统设计

专业电气化铁道技术

姓名刘晓晗

指导教师赵永君

2012年4月6日

毕业设计（论文）评语郁郁语

指导教师评语：

指导教师：

是否能参加毕业设计（论文）答辩：

摘要………………………………………………………………………1

1.概述……………………………………………………………………1

2.PLC的特点……………………………………………………………2

3.PLC的应用领域………………………………………………………3

4.PLC的选择……………………………………………………………4

5.电梯的PLC控制系统工作原理………………………………………4

6.轿厢内控制面板示意图………………………………………………8

7.电梯控制工作示意图…………………………………………………9

8.电梯控制接线原理图………………………………………………10

9.输入输出分配表……………………………………………………11

10.梯形图程序…………………………………………………………13

11.指令表程序…………………………………………………………18

12.结束语………………………………………………………………22

13.参考文献……………………………………………………………22

摘要：

随着科学技术的发展，近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展．一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。

更新换代生产更新型的电梯，电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。

本文主要详细讲述了PLC在电梯控制系统中的应用。

关键词：

PLC电梯控制系统电梯系统设计

Abstract:

Withthedevelopmentofscienceandtechnologyinrecentyears,China'

selevatorproductiontechnologyforfastdevelopment.Someelevatormanufacturersalsocontinuetoimprovethedesign,modificationprocess.Replacementofproductionupdatetheelevators,escalatorsandmechanicalsystemscanbedividedintotwopartscontrolsystem,withautomaticcontroltheoryandthedevelopmentofmicroelectronicstechnology,elevatorthedragwayandmeansofcontrolaregreatchangeshavetakenplace,exchangeSpeedisthemaindragelevatorthecurrentdirectionofdevelopment.ThisarticledetailedaccountofthePLCintheelevatorcontrolsystemapplications.

Keywords:

PLCelevatorcontrolsystemelevatorsystemdesign

1.概述

目前电梯控制系统主要有三种控制方式：

继电路控制系统（“早期安装的电梯多为继电器控制系统）、PLC控制系统、微机控制系统。

继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。

微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。

而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。

正是由于PLC有着如此多的优点，PLC已成为系统自动化、信息化、远程化及智能化的重要支柱。

因而，学习PLC不仅是自动化系统集成的设计、使用与维修人员的迫切要求。

可编程序控制器是微型计算机技术与继电器常规控制技术结合的产物，是在顺序控制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.

2.PLC的特点

2.1可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2.2配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

2.3易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

2.4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

2.5体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

3.PLC的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

3.1开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

3.2模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

3.3运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

3.4过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

3.5数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；

也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

3.6通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推系出各自的网络统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

4.PLC的选择

FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。

它的基本指令执行时间达0.08us每条指令，远远超过了很多大型可编程序控制器。

用户存储器容量可扩展到16K步，最大可扩展到256个I/O点，有5种模拟量输入/输出模块、高速计算器模块、脉冲输出模块、4种位置控制模块、多种RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板，使用特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。

本文使用FX2N-80MR。

5.电梯的PLC控制系统工作原理

本文以交流双速电机拖动为例，介绍PLC在五层五站电梯中的应用。

5.1开关门环节

电梯的开关门存在以下几种情况：

（1）电梯投入运行前的开门。

此时电梯位于基站，将开关梯钥匙插入SA2内，旋转至开梯位置，则电梯应自动开门，人员进入轿厢，选层后电梯自动运行。

（2）电梯检修时的开关门。

检修状态下，开关门均为手动状态，由开关门按钮SB1、SB2实施开门与关门。

（3）电梯自动运行停层时的开门。

电梯在平层位置停层时，M140接通，电梯应开始开门。

（4）电梯关门过程中的重新开门。

在电梯关门的过程中，采用光幕传感器进行检测,若有人或物夹在两门的中间，自动发送重新开门信号，以达到重新开门的目的。

（5）呼梯开门。

电梯到达某层站后，如果没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命，若有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。

若其他层站有人呼梯，电梯将首先定向，并起动运行，到达呼梯层时再开门，此时的开门按停层开门处理。

（6）电梯停用后的关门。

此时电梯到达基站，人员离开轿厢，电梯自动关门，将开关梯钥匙插入SA2,旋转到关梯位置，电梯的安全回路被切断，PLC停止运行，电梯被关闭。

（7）电梯自动运行时的关门。

停站时间继电器T50延时结束后，电梯自动关门。

停站时间未到，可通过关门按钮实现提前关门。

M102：

自动运行时开门禁止；

M100：

开门辅助继电器；

Y10：

开门输出；

M101：

关门辅助继电器；

Y11：

关门输出。

M200:

光幕传感器辅助继电器。

M220:

Z重量探测器辅助继电器。

5.2层楼信号的产生与清除环节

当电梯位于某一层时，指层感应器（1KR--5KR）产生该层的信号，以控制指层灯的状态，离开该层时，该楼层信号应被新的楼层信号（上一层或是下一层）所取代。

程序中当层的层楼辅助继电器是用上层或是下层的层楼信号关断的。

M110---M114：

1到5层记忆灯辅助；

Y14---Y20：

1到5层记忆灯控制输出。

5.3停层信号的登记与消除环节

人员通过对轿厢内操纵盘上1---5层选层按钮的操作，可以选择欲去的楼层。

选层信号被登记后，选层按钮下的指示灯亮。

当电梯到达所选的楼层后，停层信号即被消除，指示灯也应熄灭。

程序中各内选层辅助继电器支路中串入了层楼辅助继电器的动断触点。

M120---M124：

内选1到5层辅助继电器；

Y23---Y27：

内选1到5层记忆灯控制输出。

5.4外呼信号的登记与消除环节

人员在厅门外呼梯时，呼梯信号应被接收和记忆。

当电梯到达该楼层，且定向方向与目的地方向一致时（基层与顶层除外），呼梯要求已满足，呼梯信号应被消除。

按下外呼按钮时，相对应的外呼辅助继电器接通，外呼钮下的指示灯亮，表示呼梯要求已被电梯接收并记忆。

而该信号的消除环节是由当层信号的动断触点与运行方向信号的动断并联构成。

这样安排是前边提到过的电梯运行中只响应同时呼梯的原则决定的。

即电梯运行方向与呼梯目的的地方向一致且到达呼梯楼层时，电梯将停止，呼梯要求已满足，呼梯信号被消除。

电梯运行方向与呼梯目的地方向相反时，如电梯从一楼向上运行（上行）而呼梯要求从二楼向下，若有去三楼以上的内选层要求及外呼梯要求，电梯到达二楼时（无二楼上行要求）不停梯，呼梯要求没有满足，呼梯信号不能消除；

若三楼以上无用梯要求，电梯将停在二楼，但呼梯信号（二下），不能立即消除，待人员进入轿厢，选层（去一楼）后，电梯定向下，则二下呼梯信号已满足，呼梯信号被消除。

M130:

1层上行辅助；

M131：

2层上行辅助；

M132：

2层下行辅助；

M133：

3层上行辅助；

M134：

3层下行辅助；

M135：

4层上行辅助；

M136：

4层下行辅助；

M137：

5层上行辅助；

Y30---Y37：

1到5层外呼记忆灯控制输出。

5.5电梯的定向环节

在自动运行状态下，电梯首先应确定方向，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，接收到内选和外呼信号时，应将电梯所处的位置与内选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，内选与外呼对电梯进行顺向运行的要求没有满足的情况下，定向信号不能消除。

检修状态下运行方向直接由上行和下行起动按钮确定，不需定向。

梯形图中M103及M104分别为定上行及定下行辅助继电器，它们线圈的工作条件触点块由内外呼信号及电梯位置信号组成，前文中所说的“比较”是通过电梯位置信号对呼梯信号的“屏蔽”实现的，比如当电梯上行且位于2层时，M111的动断触点断开，1层的内呼外唤都不再能影响上行状态。

梯形图中，M103及M104在电梯上行及下行的全过程中，存在不能全程接通的情况，如上行至5楼时，一旦5楼层楼继电器M114接通时，M103则立即断开，而此时电梯仍处于上行状态，至5楼平层位置时才能停止。

为解决这一问题，引入M143---M146，使上行与下行继电器接通时间延长至上行及下行的全过程。

若不使用M143---M146，可能会发生下述情况：

4楼向上的外呼信号（不存在其他外呼及内选层信号），使电梯上行，电梯至4楼位置，M113使M103断开，从电梯至4楼位置到电梯停层开门，人员进行轿厢内选5层之间的时间内，1、2、3楼的外呼及内选层信号可以使电梯在未完成4楼向上的运动之前定下行方向。

M103：

定上行；

M144：

上行；

Y21：

上行指示；

M104：

定下行；

M146：

下行；

Y22：

下行指示。

5.6自动运行时启动加速和稳定运行环节

电梯的启动条件是：

运行方向已确定，门已关好。

其梯形图只考虑接触器的通电，而没有考虑其断电与互锁等问题。

5.7停车制动环节

电梯在停车制动之前，应首先确定其停层信号，即确定要停靠的楼层，应根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿内选层信号比较后得出。

梯形图中，各层的停车触发信号在下行下呼，上行上呼及内选层信号存在时产生，这些都是符合前边所谈到的停车原则。

当存在触发信号电梯又运行到当层时产生停车信号。

停车信号M105梯形图支路中M103、M104动断触点的作用是为了解决呼梯方向与电梯电梯运行方向相反时的停车问题（如二楼向下的外呼信号，使电梯从一楼向上运行时，M151不会被触发，至二楼位置，靠M103、M104的动断触点使M105接通）而设置的。

而停车信号的消除是停车时间到，T50为停层时间定时器。

M150---M154：

1至5楼停车触发或复位；

M105：

停车信号。

停车制动之前，应先产生停车制动信号，然后由停车制动信号控制接触器实现停车制动。

M106：

制动辅助继电器。

T50：

停层时间（含制动时间）；

M140：

停层开门；

Y0：

Y1：

Y2：

高速；

T51：

启动延时；

Y3：

低速；

T52：

T53：

减速延时；

Y5：

慢速启动；

Y6：

制动减速。

Y7：

制动。

5.8应用举例

以下以某人甲乘坐电梯为例，做简要解释。

甲在一楼按下上召唤按钮，而此时电梯刚好正停在一楼没人使用，则此时电梯接受召唤开门，甲进入轿厢内，按下轿厢内控制面板四楼内选按钮，然后按下关门按钮，则电梯向上行驶。

若在向上行驶期间有人在二、三楼进行下召唤则电梯不会停车，只记忆此次召唤，待到电梯没人使用或向下行驶时才响应此操作；

若在向上行驶期间有人在二、三楼进行上召唤则电梯停车等待人员进入轿厢后继续向上行驶，待到四楼停车、开门，甲走出轿厢。

就完成了乘客甲的乘梯要求。

轿厢内控制面板（图1）

电梯控制工作示意图（图2）

输入

代号

输出

X041

SA2安全运行

Y000

KM1上行

X000

KA1门锁

Y001

KM2下行

X001

SA1-1自动

Y002

KM3高速

X002

SA1-2检修

Y003

KM4低速

X003

SB1开门

Y004

KM5启动加速

X004

SB2关门

Y005

KM6慢速启动

X005

SB3上行启动

Y006

KM7制动减速

X006

SB4下行启动

Y007

KM8制动

X007

SQ5基站

Y010

KM9开门

X010

SQ6开门到位

Y011

KM10关门

X011

SQ7关门到位

Y014

1HL一层层楼指示

X012

SQ17上行限位

Y015

2HL二层层楼指示

X013

SQ18下行限位

Y016

3HL三层层楼指示

X014

SB5一楼内选

Y017

4HL四层层楼指示

X015

SB6二楼内选

Y020

5HL五层层楼指示

X016

SB7三楼内选

Y021

6HL、HL6上行指示

X017

SB8四楼内选

Y022

7HL、HL7下行指示

X020

SB9五楼内选

Y023

HL1一层内选记忆指示

X021

1SQ一楼感应器

Y024

HL2二层内选记忆指示

X022

2SQ二楼感应器

Y025

HL3三层内选记忆指示

X023

3SQ三楼感应器

Y026

HL4四层内选记忆指示

X024

4SQ四楼感应器

Y027

HL5五层内选记忆指示

X025

5SQ五楼感应器

Y030

HL8一楼上呼记忆

X026

1SB1一楼上行

Y031

HL9二楼上呼记忆

X027

2SB1二楼上行

Y032

HL10二楼下呼记忆

X030

2SB2二楼下行

Y033

HL11三楼上呼记忆

X031

3SB1三楼上行

Y034

HL12三楼下呼记忆

输入输出分配表

X032

3SB2三楼下行

Y035

HL13四楼上呼记忆

X033

4SB1四楼上行

Y036

HL14四楼下呼记忆

X034

4SB2四楼下行

Y037

HL15五楼下呼记忆

X035

5SB2五楼下行

Y040

H蜂鸣器

X036

紧急刹车SB10

X037

重量探测器

X040

GA40-20光幕传感器

梯形图程序

结束语:

本文主要讲述了PLC在电梯控制系统中的应用，本设计只是基于理论的设计，具体是什么样还要看实际情况。

本次设计过程中得到了许多老师和同学的大力支持和帮助，在此一并表示感谢。

由于本人水平有限，本设计中难免有不当和错误之处，恳请各位老师和各界人士批评指正。

参考文献：