基于plc的四层电梯完美论文Word格式.docx
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从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。
国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高。
而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。
1.1课题来源
电梯在生活中的使用日益广泛，种类也多种多样，按拖动系统来分有交流单速/双速拖动电梯、交流调压调速电梯、直流发电机-电动机可控硅励磁拖动电梯、VVVF变频调压调速电梯。
按控制方式来分有信号控制电梯、集选控制电梯等。
相比之下，传统的电梯控制系统主要采用继电器--接触器进行控制，具有触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等缺点，所以采用PLC控制电梯系统。
目前，可编程控制器（PLC）成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置之一，具有可靠性高，抗干扰能力强、功能完善，适应性强、调试维修方便等特点，经过30多年的发展，PLC已广泛应用于石油、化工、建材、电力等各行各业，其主要控制功能包括开关量控制、模拟量控制、运动控制、数据处理和通信联网。
本文就是运用了三菱FX1N系列的PLC，本文设计了四层电梯的控制系统，在这里选择的型号为FX1N-40MT。
1.2课题的意义
可编程控制器是一种在传统的继电器控制系统的基础上，与3C技术（Computer,Control,Communication）相结合而不断发展完善起来的新型自动控制装置。
目前，无论是老设备的技术改造还是新系统的开发，设计人员都倾向于采用它来进行控制系统设计，例如三菱FX1N系列PLC，具有功能完善的编程软件、种类齐全的功能模块和良好的人机界面，广泛用于机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等自动化控制领域。
此外，PLC不仅平均无故障时间通常在30万小时，而且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，用户可以编入外部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得到故障自诊断保护。
由此，可使整个系统具有极高的可靠性，这是电气控制设备的重要性能。
由于体积小很容易装入机械或系统内部，是实现机电一体化控制设备的理想条件。
自1889年美国奥梯斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，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。
如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；
而且作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。
由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。
可编程控制器（PLC）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、维修方便等诸多高品质性能。
因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用。
1.3电梯的概述
1.3.1电梯的基本结构简介
电梯主要由拽引系统、轿厢、重量平衡系统、导轨、门系统、安全保护系统、电力拖动系统和电气控制系统等部件组成。
拽引系统的主要功能是输出与传递动力，拖动电梯运行。
拽引系统主要由拽引电动机、减速机、拽引轮和电磁抱闸组成。
拽引电动机也称主电动机，通常采用交流电动机，目前大多采用变频器对其进行速度和转矩控制。
毕业设计是电梯试验模型，此次未用变频器进行调速，只采用拽引电动机控制其升降。
轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。
轿厢在井道中沿着导轨作升降运动。
井道侧壁对应各楼层的相应位置装有平层的铁片，以便发送停车信号。
轿厢内门的操作盘上设有选层按钮及相应的指示灯，还有紧急开门按钮、关门按钮、警报按钮、解除警报按钮和楼层显示。
一般实际电梯中门系统由轿厢门、层门、开机门、门锁装置组成。
轿厢门的上方装有开机门，开机门由一台小电动机驱动来实现开/关门动作。
在门开启到不同位置时，压动行程开关并发出位置信号，用以控制开门机减速或停止。
在门上或门框上装有机械的或电子的门探检测器，当门探测器发现门区由障碍时，便发出信号给控制系统，控制系统立即停止关门动作，并输出开门控制信号。
在此试验模型中只控制轿厢门的开和关。
1.3.2电梯集选控制的特性
电梯按控制方式分为轿内外按钮开关控制、信号控制、集选控制等，以下是电梯集选控制特点：
①控制特点
1）自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）；
2）自动响应轿厢服务指令信号；
3）自动完成轿厢层楼位置显示；
4）自动显示电梯运行方向；
5）具有电梯直达功能和反向最远停站功能。
②性能特点
1）无专职司机控制；
2）自动开关门；
3）到达预定停靠的中间层站时，自动停靠开门；
4）到达两端站时，自动停靠开门；
5）厅外有召唤装置，乘用人员点按装置的按钮时：
a．装置上有记忆指示灯信号；
b．电梯在本层时自动开门，不在本层时自动起点运行，到达本层站时自动停靠开门。
6）厅外有电梯运行方向和所在位置指示灯信号；
7）召唤要求实现后，自动消除轿内外召唤位置和要求前往方向记忆指示灯信号；
8）电梯到达召唤人员所在层站停靠开门，乘用人员进入轿厢后只需点按一下操作箱上与预定停靠楼层对应的指令按钮，电梯自动关门，起动，到达预定停靠层站时自动停靠开门。
乘坐人员离开轿厢6秒后电梯自动关门，门关好后就地等待新的指令任务。
第二章控制方案的选择
2.1PLC的概述
2.1.1PLC各组成部件及作用
①CPU
CPU——是PLC的核心部分。
与通用微机CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经中枢。
其功能：
1）用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器；
2）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；
3）诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误；
4）在PC进入运行状态后：
a．执行用户程序——产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指令，经命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路）；
b．进行数据处理——分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务；
c．更新输出状态——输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现输出控制、制表、打印、数据通讯等）。
②存储器
1）系统程序存储器——存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令、解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数，不能由用户直接存取；
2）用户程序存储器——存放用户程序。
即用户通过编程器输入的用户程序，可以由用户直接存取；
3）功能存储器（数据区）——存放用户数据。
PC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。
系统程序直接关系到PC的性能，不能由用户直接存取，所以，通常PC产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。
③I/O输入/输出部件（I/O模块：
接口电路、I/O映像存储器）
I/O输入/
输出部件，即是CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。
PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块，以及各种用途的I/O组件供用户选用：
输入/输出电平转换；
电气隔离；
串/并行转换；
数据传送；
A/D、D/A转换；
误码校验；
其他功能模块。
I/O模块可与CPU放在一起，也可远程放置。
通常，I/O模块上还具有状态显示和I/O接线端子排。
④编程器等外部设备
编程器——PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具，其作用是用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视通过键盘和显示器去检测PLC内部状态和参数通过通讯端口与CPU联系，实现与PLC的人机对话分类：
简单型——只能联机编程；
只能用指令清单编程
智能型——既可联机（Online），也可脱机（Offline）编程；
可以采用指令清单（语句表）、梯形图等语言编程。
常可直接以电脑作为编程器，安装相关的编程软件编程
⑤电源
内部电源——开关稳压电源，供内部电路使用；
大多数机型还可以向外提供DC24V稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。
外部电源——可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。
2.1.2PLC的特点及功能
①PLC的特点
1）高可靠性
a．所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离；
b．各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10～20ms；
c．各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；
d．采用性能优良的开关电源；
e．对采用的器件进行严格的筛选；
f．良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大；
g．大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
2）丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号如：
交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备；
如：
按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀直接连接；
另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；
为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块等。
3）采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型PLC以外绝大多数PLC均采用模块化结构PLC的各个部件包括CPU电源I/O等均采用模块化设计由机架及电缆将各模块连接起来系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
4）编程简单易学
PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式对使用者来说不需要具备计算机的专门知识因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
5）安装简单维修方便
PLC不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接即可投入运行各种模块上均有运行和故障指示装置便于用户了解运行情况和查找故障。
由于采用模块化结构因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。
②PLC的功能
1）数据采集与输出；
2）控制功能。
包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等；
3）数据处理功能。
包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等；
4）输入/输出接口调理功能。
具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口；
5）通信、联网功能。
现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。
在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成"
集中管理、分散控制"
的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制；
6）支持人机界面功能。
提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。
允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统；
7）编程、调试等，并且大部分支持在线编程。
2.1.3PLC控制系统与继电器控制系统的比较
PLC控制系统与继电器控制系统输入，输出部分基本相同，输入电路也是由按钮，开关，传感器所构成：
输出电路也好似由接触器，执行器，电磁阀多构成的。
不同的是继电器控制系统在控制线路被PLC中的程序代替，这样一旦生产工艺发生变化，就只需要修改程序就可以了。
正是上述原因，PLC控制系统除了可以完成传统继电器控制系统所具有的全部功能外，还可以实现模拟量控制，开环或闭环过程控制，甚至多级分布式控制。
随着微电子技术的进一步发展，PLC的成本在降低，传统的继电器控制系统被PLC控制系统代替已是发展的必然趋势。
PLC控制与继电器控制的比较如表2.1所示。
表2.1PLC控制系统与继电器控制系统对比表
比较项目
继电器控制系统
PLC控制系统
控制功能的实现
由许多继电器，采用接线的方式来完成控制功能
各种控制功能是通过编制的程序来实现的
对生产工艺过程变更的适应性
适应性差，需要重新设计，改变继电器和接线
适应性强，只需对程序进行修改
控制速度
低，靠机械动作实现
极快，靠微处理器进行处理
计数及其他特殊功能
一般没有
有
安装，施工
连线多，施工繁
安装容易，施工方便
可靠性
差，触点多，故障多
高，因元器件采用了筛选和老化等可靠性措施
使用寿命
短
长
可扩展性
困难
容易
维护
工作量大，故障不易查找
有自诊能力，维护工作量小
结论：
由于PLC控制系统与继电器控制系统相比具有绝对的优点，因此，在本次设计的控制系统中，选择PLC控制系统是理所当然的。
2.1.4PLC控制系统与计算机系统的比较
20世纪60年代，由于小型计算机的出现，有人曾试图用小型计算机来取代当时占统治地位的继电器控制系统，结果未获成功，代之的却是PLC的出现。
通过计算机与PLC本身的工作目的，原理和方式上都存在着较大的差异，其结果比较如表2.2所示。
表2.2PLC控制系统与计算机系统对比表
通用计算机系统
工作目的
科学计算，数据管理等
工业自动控制
工作环境
对工作环境要求比较高
对环境要求低，可在恶劣的工业现场工作
工作方式
中断处理方式
循环扫描方式
系统软件
需配备功能较强的系统的软件
一般只需要简单的监控程序
采用的特殊措施
掉电保护等一般性措施
采用多种抗干扰措施，自诊断，断电保护，可在线维修
编程语言
汇编语言，高级语言
梯形图，助记符语言，SFC标准化语言
对操纵人员的要求
需专门培训，并具有一定的计算机基础
一般技术人员，稍加培训即可操作使用
对内存的要求
容量大
容量小
价格
价格高
价格较低
其他
若用于控制，一般需自行设计
机种多，模块种类多，易于集成系统
一般情况下，在工业自动化工程中采用PLC可靠，方便，易于维护。
2.2控制方案的选择
本文采用了集选控制四层电梯系统，由呼叫到响应形成一次工作循环，电梯的工作过程可细致分为初始化、正常工作、报警工作等三种工作状态，电梯在三种工作状态之间来回切换，构成完整的电梯工作过程。
1）电梯的初始化
将程序输入到三菱公司的FX1N-40MT型PLC上，PLC中的程序已开始运行，但因为电梯尚未读入任何数据，也就无法在收到请求信号后通过固化在PLC中的程序作出响应。
为满足处于响应呼叫就绪状态这一条件，必须使电梯处于平层状态已知楼层且电梯门处于关闭状态。
电梯初始化过程的目标为：
当PLC上电时，开始检测电梯轿厢门是否关好，如果没有关好，先关闭电梯门，再电梯自动回到一楼，当然如果电梯就在一楼平层位置，电梯不动。
2）电梯的正常工作状态
电梯完成一个呼叫响应的步骤如下：
a．电梯在检测到门厅或轿箱的呼叫信号后将此楼层信号与轿箱所在楼层信号比较，通过选向程序进行运行选向。
b．电梯通过PLC触点控制继电器的通断，来控制单相交流异步电机拖动轿厢运动。
c．当电梯检测到目标层楼层位置检测点时，电梯停止运行，经过一定延时后电梯开始开门，直至碰到开门限位开关；
再经过一定延时后关门，直到碰到关门限位开关。
电梯控制系统始终实时显示轿箱所在楼层。
3）电梯报警工作状态
当电梯突然断电、电梯运行过程中突然停止或有异常情况、电梯到达目标楼层时未能开关门等问题时，轿内人员按下警报按钮，电梯要停止运行，并且电梯轿厢门要关门到位。
等待检修人员检修。
当按下解除报警时，电梯自动回一楼，在正常运行。
第三章电梯硬件电路设计
3.1PLC选择
3.1.1PLC控制系统设计的基本原则
任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。
因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：
1）最大限度地满足被控对象的控制要求
充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。
这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。
2）保证PLC控制系统安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。
这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。
例如：
应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。
3）力求简单、经济、使用及维修方
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