八层电梯的PLC控制毕业设计Word下载.docx

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PLC的发展

PLC技术在我国的起步比较晚，直到80年代初才正式进入我国，目前，在我国使用比较普遍的PLC有日本OMRON公司的C系列，三菱公司的F系列，美国GE公司的GE系列和德国西门子公司的S系列等，目前国内使用PLC主要还是依靠进口和合资企业生产。

但相信在不久的将来，我们一定能实现PLC的国产化。

1.3PLC的基本结构

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，所以其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图所示：

（1）.中央处理单元（CPU）

中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。

它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；

检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

（2）.存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

（3）.输入、输出接口电路

输入、输出接口电路是PLC与现场I/O设备或其他外设之间的连接部件，它起着PLC和外围设备之间传递信息的作用。

在PLC内部，由于CPU本身的工作电压比较低（一般在5V左右），而输入、输出信号电压比较高（比如直流24V，交流220V），所以CPU不能直接与外部的输入、输出装置相连接，而是要有输入、输出接口电路进行转接。

这样。

输入、输出接口电路除了要传递信号外，还承担着电平的转接和噪声的隔离的作用。

（4）.电源

PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。

如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

（5）.编程单元

编程器是PLC的重要外部设备，它使人机对话的窗口。

有的可嵌在PLC本体上，有的可通过电缆从PLC本体上接出来，有的还可以远离PLC接到I/O控制站的接口中使用。

1.4PLC的工作原理

最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：

（1）继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。

（2）PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

1.5电梯控制的基本要求

电梯是用电力拖动，将具有乘客或载货的轿厢，运行于铅垂的两列刚性导轨之间，运送乘客或货物的设备。

电梯的种类很多，但在控制方式上大多采用继电器—接触器控制。

由继电器—接触器组成的自动控制系统，是通过电器间固定接线来实现顺序控制的，是针对具体的被控对象，设计出专用的电器控制线路，相对来说，这样的控制系统，设计周期长，造价高，维修不便。

由于PLC的特点，用PLC来代替继电器—接触器控制系统将会使电梯控制控制系统提升到一个新的层次。

由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制应采用随机逻辑控制。

即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。

轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送PLC的计数器来进行控制。

同时，每层楼设置一个接近开关以利平层。

电梯的运行方向以及电梯所在的楼层都采用LED和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示（开关上带有指示灯）。

同时，为了提高电梯的运行效率和平层的精度，系统要求PLC能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制。

根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现。

为了电梯的运行安全，系统应设置可靠的故障保护和相应的显示。

下面就我这次的毕业设计的八层电梯系统作一下简单的介绍，以及对程序的逐步分解。

2.三菱FX2N系列可编程序控制器介绍

2.1可编程控制器的基础认识

1.三菱FX2NPLC的主要特点：

1）集成型高性能。

CPU、电源、输入输出三为一体。

对6种基本单元，可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。

2）高速运算

基本指令：

0.08μs／指令

应用指令：

1.52～几百μs／指令

3）安全、宽裕的存储器规格

内置8000步RAM存贮器

安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。

4）丰富的软元件范围

辅助继电器：

3072点，定时器：

256点，计数：

235点

数据寄存器；

8000点

5）除了具有输入输出16～256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。

6）面向海外的产品适合各种安全规格

为大量实际应用而开发的特殊功能：

开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要----模拟I／O，高速计数器。

对每一个FX2N主单元可配置总计达8个特殊功能模块。

2.1.1PLC的性能指标和分类

1）PLC的主要性能指标

（1）输入／输出点数（I／O点数）

I／O点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子数的总和。

它标志着可以接多少个开关、按钮和可以控制多少个负载。

（2）存储容量

存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容量，一般以步为单位，二进制16位即一个字为一步。

（3）扫描速度

一般以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/k步，也有以执行一步指令所需时间来计算的，单位用µ

s/步。

（4）功能扩展能力

可编程序控制器除了主模块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以适应各

种特殊应用的需要，如A／D模块、D／A模块、位置控制模块等。

（5）指令系统

指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和，它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指标。

2）PLC的分类

通常，PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。

按结构形式不同,可以分为整体式和模块式两类。

按控制规模大小、则可以分为小型、中型和大型PLC三种类型。

3.PLC系统的组成

PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似。

PLC也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。

1）PLC的硬件结构

一套PLC系统在硬件上由基本单元（包含中央处理单元、存储器、输入／输出接口、内部电源）、I／O扩展单元及外部设备组成。

2）PLC的软件

PLC的软件系统指PLC所使用的各种程序的集合，它由系统程序（系统软件）和用户程序（应用软件）组成。

系统程序：

包括监控程序、输入译码程序及诊断程序等。

用户程序是用户根据控制要求，用PLC的编程语言（如梯形图）编制的应用程序。

2.2可编程序控制器的工作方式

（1）.PLC的扫描工作方式

图2-1PLC的扫描过程

可编程序控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。

从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。

然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。

可编程序控制器工作时的扫描过程如图2-1所示，包括五个阶段：

内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。

PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。

扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。

（2）.PLC的程序执行过程

PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，如图2-2所示。

图2-2PLC的程序执行过程

（3）.PLC的扫描周期

在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。

即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。

（4）.PLC的I／O响应时间

PLC采用集中I／O刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。

输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了PLC的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为2-3个扫描周期。

2.3PLC的编程语言

PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。

其中前两种语言用得较多，顺序功能图语言也在许多场合被采用。

本课题所采用的编程语言为梯形图语言。

2.3.1可编程序控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较

在电梯的电气系统中，逻辑判断起着主要的作用，其控制系统必须起动各种控制信号和执行元件（如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子器件等），要达到这些控制目的，其方法有：

继电器—接触器控制系统

这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。

优点：

与其它控制系统比较，其简单、易于理解和掌握、价格便宜。

缺点：

动合触点易磨损，且电接触不良；

体积大；

控制系统耗能大、动作噪声大；

维修保养工作量大、费用高。

因此这种控制系统仅用于速度不高、性能要求也不高的电梯中。

微机控制系统

电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成，而是通过程序存贮器中的程序来完成的控制系统。

因此对于有不同功能要求的电梯控制系统，只要改变程序存贮器中的程序指令即可，而无需变更或增减硬件系统的元件或布线。

因此，十分方便于使用和管理，并提高系统的可靠性，减小控制系统体积，降低了能耗及其维修保养费用。

虽然微机控制的电梯，与继电器控制的电梯比较，它具有较大的优越性。

但是，对一般的电梯而言，应用微机控制也有其局限性和不足之处。

其缺点是：

微型计算机是按数字运算的需要而设计的，功能比较齐全，结构比较复杂；

而一般的电梯控制只需要进行简单的逻辑运算，运算方式多为“与”、“或”、“非”几种，运算位数只需1位，即“1”与“0”。

因此，使用微机就有“大材小用”之嫌。

此外，微机的接口电路没有标准件，而且一般不控制强电。

但在电梯控制中，往往要求能直接控制110V或220V的用电设备，如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。

综上所述，造成用微机控制的成本、运行和维修费用均较高，因此，如在一般的电梯上使用微机控制在经济上不合算。

PLC控制系统

PLC充分利用了微型计算机的原理和技术，保留计算机控制的优点，而克服了它的缺点。

它具有强大的生命力，各工业部门纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路，取得了明显的效果。

总之，PLC是采用微机技术制造的通用自动控制设备，它能控制开关量、模拟量、具有可靠性高、抗干扰能力强、并具有完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术、运算等功能，可以取代继电器为主的各种控制设备。

它不仅能用于控制机械设备、流水线和各种设备的运行过程，将PLC用于控制电梯各种操作和处理相关信息也是可行的。

3.八层电梯PLC控制系统

3.1电梯的输入与输出信号

3.1.1输入信号（输入继电器）

楼层请求信号（呼梯信号）

X000:

一楼楼层上的请求向上按键的输入。

X001:

二楼楼层上的请求向下按键的输入。

X002:

二楼楼层上的请求向上按键的输入。

X003:

三楼楼层上的请求向下按键的输入。

X004:

三楼楼层上的请求向上按键的输入。

X005:

四楼楼层上的请求向下按键的输入。

X006:

四楼楼层上的请求向上按键的输入。

X007:

五楼楼层上的请求向下按键的输入。

X010:

五楼楼层上的请求向上按键的输入。

X011:

六楼楼层上的请求向下按键的输入。

X012:

六楼楼层上的请求向上按键的输入。

X013:

七楼楼层上的请求向下按键的输入。

X014:

七楼楼层上的请求向上按键的输入。

X017:

八楼楼层上的请求向下按键的输入。

以上输入继电器，因输入信号平时为高电平，而按下后产生低电平输入，所以若要用以上输入继电器表示常开触点的功能，则在梯形图中应以常闭触点的符号表示，反之亦然。

（这一点在之后的梯形图程序的讲解中将不再另行说明）

轿厢信号

X030：

电梯轿厢内请求到达一楼按键的输入。

X031：

电梯轿厢内请求到达二楼按键的输入。

X032：

电梯轿厢内请求到达三楼按键的输入。

X033：

电梯轿厢内请求到达四楼按键的输入。

X034：

电梯轿厢内请求到达五楼按键的输入。

X035：

电梯轿厢内请求到达六楼按键的输入。

X036：

电梯轿厢内请求到达七楼按键的输入。

X037：

电梯轿厢内请求到达八楼按键的输入。

以上输入继电器，同样因为输入信号平时为高电平，而按下后产生低电平输入，所以若要用以上输入继电器表示常开触点的功能，也应该在梯形图中以常闭触点的符号表示，反之亦然。

X015：

电梯轿厢内手动开门按键的输入。

X016：

电梯轿厢内手动关门按键的输入。

这两个输入继电器，也是平时为高电平输入信号，而按下后产生低电平输入，所以在使用时也需要在梯形图中用常闭触点的符号表示常开触点的功能，反之亦然。

限位信号

X020：

一楼到位信号的输入。

X021：

二楼到位信号的输入。

X022：

三楼到位信号的输入。

X023：

四楼到位信号的输入。

X024：

五楼到位信号的输入。

X025：

六楼到位信号的输入。

X026：

七楼到位信号的输入。

X027：

八楼到位信号的输入。

3.1.2输出信号（输出继电器）

楼层指示信号灯

Y000：

一楼楼层上的请求向上的信号灯输出信号。

Y001：

二楼楼层上的请求向下的信号灯输出信号。

Y002：

二楼楼层上的请求向上的信号灯输出信号。

Y003：

三楼楼层上的请求向下的信号灯输出信号。

Y004：

三楼楼层上的请求向上的信号灯输出信号。

Y005：

四楼楼层上的请求向下的信号灯输出信号。

Y006：

四楼楼层上的请求向上的信号灯输出信号。

Y007：

五楼楼层上的请求向下的信号灯输出信号。

Y010：

五楼楼层上的请求向上的信号灯输出信号。

Y011：

六楼楼层上的请求向下的信号灯输出信号。

Y012：

六楼楼层上的请求向上的信号灯输出信号。

Y013：

七楼楼层上的请求向下的信号灯输出信号。

Y014：

七楼楼层上的请求向上的信号灯输出信号。

Y017：

八楼楼层上的请求向下的信号灯输出信号。

电梯平层信号灯

Y020：

电梯到达一楼的信号灯输出信号。

Y021：

电梯到达二楼的信号灯输出信号。

Y022：

电梯到达三楼的信号灯输出信号。

Y023：

电梯到达四楼的信号灯输出信号。

Y024：

电梯到达五楼的信号灯输出信号。

Y025：

电梯到达六楼的信号灯输出信号。

Y026：

电梯到达七楼的信号灯输出信号。

Y027：

电梯到达八楼的信号灯输出信号。

其他信号

Y015：

控制电机启动或停止的输出信号

Y016：

控制电梯上升或下降的输出信号

Y030：

按下手动开、关门按键时蜂鸣器的输出信号

主要辅助继电器

M130：

电梯下行信号锁存信号。

M131：

电梯上行信号锁存信号。

3.2电梯输入输出原理图

PLC输入信号

PLC输出信号

3.3八层电梯控制主回路

4.八层电梯控制程序详解

电梯平层和停层装置示意图

4.1楼层请求信号

X000是一楼请求向上的按键，Y000是楼层上显示一楼向上的灯。

乘客按下X000时则得电，Y000同时得电，灯亮，同时自保。

M1是锁存电梯到达一楼时信号的辅助继电器，当电梯到达一楼时M1得电，则Y000失电，灯暗。

X001是二楼请求向下的按键，Y001是楼层上显示二楼向下的灯。

乘客按下X001时则得电，Y001同时得电，灯亮，同时自保。

M2是锁存电梯到达二楼时信号的辅助继电器，当电梯到达二楼时M2得电，则Y001失电，灯暗。

X002是二楼请求向上的按键，Y002是楼层上显示二楼向上的灯。

M2是锁存电梯到达二楼时信号的辅助继电器，当电梯到达二楼时M3得电，则Y001失电，灯暗。

由于类同，以下三楼至八楼的楼层请求程序便不再做详解。

三楼请求向下与向上的程序（上图）

四楼，五楼请求向下与向上的程序（上图）

六楼，七楼，八楼请求向下与向上的程序（上图）

4.2楼层指示信号的消除

X020是一楼的平层信号，Y016是电机上升和下降的信号，当电梯下降时Y016闭合，Y015是电机启动和停止的信号，电梯得电后Y015便得电闭合。

这样，当电梯停在一楼时，X020得电闭合，M1得电，使得在上一段程序中的Y000失电，这样就起到了在电梯按乘客要求停在一楼时，乘客原本所按得一楼请求向上的信号灯便可得到消除。

由于要消除二楼请求向下的信号灯有两种可能性，一种是电梯在高的楼层往下行，另一种是电梯要往上动作，所以要考虑这两种情况。

X021是二楼的平层信号，当电梯从上往下动作时，Y015和Y016都得电闭合，所以当电梯到达二楼，X021得电闭合时，M30得电，这样M2得电导通闭合，就消除了在电梯向下动作时，二楼请求向下的请求信号灯。

而当电梯是在做向上的动作，要消除二楼向下的信号时，必须先要响应在低楼层的向上信号以及高楼层的向下信号请求，所以要在Y003（三下）Y004（三上）Y005（四下）Y006（四上）Y007（五下）Y010（五上）Y011（六下）Y012（六上）Y013（七下）Y014（七上）Y017（八下）这些信号都没有请求，都保持常闭的情况下，当X021得电闭合后M31得电，M2得电，消除二楼向下的请求。

同样，在要消除电梯二楼向上的请求信号灯时，也有两种可能，一种是电梯在从高的楼层向下动作，另一种是电梯在一楼向上动作。

M32和M33分别起到这两个作用。

当电梯在高的楼层作向下动作时，先要响应二楼和一楼的向下信号，所以如果二楼（Y001）和一楼（Y000）有向下的请求信号时，电梯不响应也不消除二楼的向上请求。

只有当上述请求没有时，也就是说Y000和Y001仍然处于常闭的状态，同时电梯在向下动作（Y016闭合）的情况下，M32才会得电，从而使M3得电，以消除二楼的向上请求信号。

在电梯在做向上动作，而且到达二楼，也就是说Y016保持常闭，X021闭合的情况下，M33得电闭合，也能消除二楼向上的信号灯。

由于要消除三楼请求向下的信号灯有两种可能性，一种是电梯在高的楼层往下行，另一种是电梯要往上动作，所以要考虑这两种情况。

X022是三楼的平层信号，当电梯从上往下动作时，Y015和Y016都得电