四层电梯及自动售货机.docx
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四层电梯及自动售货机
大连海洋大学
职业技术学院
电气控制与PLC课程设计
题目：
_____四层电梯及自动售货机______
指导教师：
____________苗百春_____________
姓名：
____________李想______________
2012年12月
目录
摘要I
四层电梯1
第一章PLC简要1
1.1PLC特点1
1.2PLC硬件结构1
1.3PLC工作原理1
第二章电梯内容简介2
2.1电梯控制系统组成2
2.1.1电力拖动2
2.1.2电气控制2
2.2电梯PLC控制系统的基本结构2
2.3电梯系统设计2
2.4电梯模型PLC控制系统设计3
2.4.1电梯的控制要求3
2.4.2PLC控制系统的设计分析3
2.4.3电梯模型PLC控制系统设计3
第三章系统配置与软件设计4
3.1FPΣ的介绍4
3.2电梯电机系统的设计4
3.2.1电梯电气控制系统的概述4
3.2.2电梯控制系统变频调速的设计4
3.3电梯模型PLC控制系统5
3.3.1PLC的编程工作方式5
3.3.2电梯模型的控制要求6
3.3.3电梯程序说明6
3.4PLC程序梯形图7
3.5指令表9
第四章电梯PLC的调试11
4.1模拟调试11
4.2单指令运行调试11
4.3复杂运行调试11
自动售货机12
第五章自动售货机简介12
5.1自动售货机功能分析12
5.2自动售货机PLC程序设计12
5.3程序设计任务的确定13
第六章图表14
6.1功能表14
6.2分配表14
6.3梯形图15
第七章调试运行19
第八章结论21
参考文献22
致谢23
摘要
本文通过松下电工产品FPΣ型PLC在四层模型电梯中的应用，向大家介绍了电梯控制的程序设计。
通过编程控制电梯，电机何时起动、换速以及电机的转向是由PLC根据电梯的呼梯、减速等信号做出决策，发出控制信号给变频器，变频器按理想速度曲线以通过控制异步电动机转速实现电梯调速。
这种方式大大改善了电梯舒适感和平层精度，提高了电梯的性能。
以及介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程，然后以一次交易过程为例，把交易过程分为几个程序块，然后分别对程序块进行编程。
具体说明了可编程序控制器在自动售货机中的作用。
程序涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。
利用PLC控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货机能够长期稳定运行。
关键词：
FPΣ,PLC,电梯电机变频调速系统，自动售货机，可编程序控制器
四层电梯
第一章PLC简要
1.1PLC的特点
PLC主要包括：
（1）软硬件功能强
（2）使用维护方便
（3）运行稳定可靠
（4）设计施工周期短
1.2PLC硬件结构
PLC主要包括：
（1）中央处理单元（CPU）
（2）存储器
（3）I/O接口电路
（4）电源
（5）I/O拓展接口
（6）编程器
（7）外部设备接口
其内部采用总线结构进行数据和指令的传输；外部的各种信号接到PLC的输入接口，在PLC内部进行逻辑运算或数据处理，最后以输出变量的形式经输出接口驱动输出设备来进行各种控制。
1.3PLC工作原理
PLC采用循环扫描的工作方式，即从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序，直至遇到结束符则完成一次扫描，然后再返回第一条指令，开始新一轮扫描，这样周而复始地反复运行。
PLC运行一次扫描循环所用的时间成为扫描周期，通常一个扫描周期约为几十毫秒。
影响扫描周期的主要因素：
一是CPU执行指令的速度；二是CPU执行每条指令所占用的时间；三是程序中指令的条数。
PLC的一个扫描周期可分为输入采样、程序执行和输出处理三个阶段。
实际上，在每个扫描周期内CPU除了执行用户程序外，还要进行系统自诊断和处理通信请求，并及时接受外来的控制命令，以提高PLC工作的可靠性，但所占用时间很短。
第二章电梯内容简介
2.1电梯控制系统的组成
电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。
2.1.1电力拖动
电力拖动部分由拽引电机、抱闸和相应的开关电路以及开门机组成。
由于我们使用的是教学模型，梯速低，所以只要能实现电机的正反转即可，而不必考虑电机的机械特性。
制动时为满足准确停层的需要，定子回路可接入电抗器减速最后再加上抱闸制动。
2.1.2电气控制
PLC系统部分：
完成所设定的控制任务所需要的PLC规模主要取决于控制系统对输入，输出点的需求量和控制过程的难易程度。
I／O点的估算：
系统的输入点有：
门厅召唤按钮6个输入点；轿内指令按钮4个点；楼层感应器4个点；门区感应l点；手动开门l点：
共计输入点16点。
而输出点有：
快慢速接触器2点；上下行接触器2点；楼层指示灯4点；门锁1个点；共计输出点9点。
总计I／O点数为16／9.综上所述，根据具体情况，我们选择三菱的FX系列。
输入输出点数为34点，电机20点，考虑实际，选择FX2C-64MR这种型号。
2.2电梯PLC控制系统的基本结构
系统控制核心为PLC主机，通过PLC输入接口送入PLC.由存储器的PLC软件运算处理，然后经输出接口分别向指层器及召唤指示灯等发出显示信号，向主拖动系统发出控制信号。
2.3电梯系统设计
电梯PLC控制方案
由信号输入、控制电梯的PLC编程、步进电机控制3大部分组成。
模块的面板如图所示：
四层电梯模块面板图
基本控制原理：
编制PLC控制程序#对楼层的呼叫信号、平层信号作出停止、升/降判断，然后将信号传送到单片机，调用单片机的正反转、停止控制程序#再由单片机输出回路的励磁信号经放大驱动步进电机，带动皮带使桥厢上、下移动，完成电梯的模拟运行。
2.4电梯模型PLC控制系统设计
2.4.1电梯的控制要求
1）当电梯停于某层时，有一高层呼叫时，电梯上升到呼叫层停止。
2）当电梯停于某层时，有一低层呼叫时，电梯下降到呼叫层停止。
3）当电梯停于某层时，有多高层呼叫时，电梯先上升到较低的呼叫层，停3秒后继上升到高的呼叫层，响应完毕后停止。
4）当电梯停于某层时，有多低层呼叫时，电梯先下降到较高的呼叫层，停3秒后继续下降到低的呼叫层，响应完毕后停止。
5）当电梯处于上升或上降过程中，任何反向的呼叫均无效。
2.4.2PLC控制系统的设计分析
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，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
2.保证PLC控制系统安全可靠
3.力求简单、经济、使用及维修方便
2.4.3电梯模型PLC控制系统设计
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。
另外，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用于检测系统的楼层信号。
为便于观察，对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，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）。
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。
根据电梯所处的位置和运行方向，在编程中，采用了四个优先级队列，即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。
其中，上行优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的阵列。
上行次优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以下楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。
控制系统在电梯运行中实时排列的四个优先级陈列，为实现随机逻辑控制提供了基础。
当电梯以某一运行方向接近某楼层的减速位置时，判别该楼层是否有同向的呼叫信号（上行呼叫标志寄存器、下行呼叫标志寄存器、有呼叫请求时，相应寄存器为l，否则为0），如有，将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较，如相同，则在该楼层减速停车：
如果不相同，则将该寄存器数据送入比较寄存器，并将原比较寄存器数据保存，执行该楼层的减速停车。
该动作完毕后，将被保存的数据重新送入比较寄存器，以实现随机逻辑控制。
系统還利用行程判断楼层，并转化成BCD码输出，通过硬件接口电路以LED显示。
第三章系统配置与软件设计
3.1FPΣ的介绍
松下电工FPΣ是松下新推出的小型PLC，它代表了当今世界PLC的发展水平。
由于它采用了RIS的CPU芯片，提高了处理速度，使基本指令的运行速度提高到了0.4μs/步，程序存储容量高达12千步。
它除采用周期循环扫描方式外，多条指令采用终端控制方式工作，使紧急任务可得到及时处理，为实现多任务调度与管理提供了方便。
此外，FPΣ还可实现高达100kHz的梯形加减速控制，能够控制步进电机和伺服电机；PID控制己指令化，可进行自整定，实现简便、高性能控制；单相和双相的高速计数器功能频率可高达50kHz，脉冲输入功能可高达100kHz。
FPΣ体积小，功能很大，12K的编程容量使得在编程时拥有足够的存储空间。
另外，数据寄存器的容量为32K，能够处理大量的数据编译和重复操作。
3.2电梯电机系统的设计
3.2.1电梯电气控制系统的概述
此电梯控制系统的硬件分为调速部分、逻辑控制部分、速度反馈部分。
调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分是电梯安全可靠运行的关键。
松下系列PLC如FP0、FP-Σ具有PWM输出指令，可直接控制变频器的启动、停止、多段速度运行等。
又由于变频器有良好的调整特性，能增加调速系统的智能程度（具有可设置的多种速度、过渡过程等）、节省开支、减少电气容量、提高功率因数等。
变频
器应用于电梯控制系统中的调速部分是现行工程中发展的方向。
外部接线图
3.2.2电梯控制系统变频调速的设计
电梯调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，它的舒适度指标往往是竞争的一项重要内容。
全数字控制的变频调速系统已经用于电梯控制，在降低振动及噪声等方面采取了一系列措施，如互锁时间的补偿、开关频率的提高（超过10KHZ）等。
变频器通过编程控制电梯，变频电机按图1和表1所示的理想曲线运行，而电机何时启动换速以及电机的转向是由PLC根据电梯呼梯、减速等信号做出决策，发出控制信号给变频器，变频器按理想速度曲线控制电梯运行。
电梯的拖动系统为VVVF（变频变压）拖动方式，这大大改善了电梯舒适感和平层精度，提高了电梯的性能。
输入按钮
上行1楼呼入信号
X1
下行2楼呼入信号
X13
上行2楼呼入信号
X2
下行3楼呼入信号
X14
上行3楼呼入信号
X3
下行4楼呼入信号
X15
上行4楼呼入信号
X4
楼层限位开关信号F1
X21
下行1楼呼入信号
X12
楼层限位开关信号F2
X22
楼层限位开关信号F3
X23
楼层限位开关信号F5
X25
楼层限位开关信号F4
X24
输出按鈕
上行1楼信号灯
Y0
下行5楼信号灯
Y7
上行2楼信号灯
Y1
LED数字显示a
Y20
上行3楼信号灯
Y2
LED数字显示b
Y21
上行4楼信号灯
Y3
LED数字显示c
Y22
下行2楼信号灯
Y4
LED数字显示d
Y23
下行3楼信号灯
Y5
LED数字显示e
Y24
下行4楼信号灯
Y6
LED数字显示f
Y25
电机正转上行
Y10
LED数字显示g
Y26
电机反转下行
Y12
电梯控制的I/O分配表
3.3电梯模型PLC控制系统
3.3.1PLC的编程工作方式
不同类型的PLC都有相应的编辑器，但是编程原理大同小异。
程序编辑和调试操作过程如图2所示，F系列PLC基本单元有运行和停止两种模式。
编程时基本单元置于停止模式；而PLC系统处于工作运行或对程序执行情况监视时，基本单元（主机）应置于运行模式。
有的PLC，不把其公共端子COM和运行端子RUN连接起来，就是停止模式，即相当于把基本单元置于STOP位置。
编程时，必须使主机处于停止模式，同时把编程器置于“PROGRAM”编程位置。
3.3.2电梯模型的控制要求
四层电梯：
轿厢内有四个层选开关，开门、关门开关，一、四楼各有一个层选开关，二、三楼各有两个层选开关，另有四个平层开关、两个轿厢行程限位开关、两个轿厢门行程开关。
方向优先原则：
当电梯正在运行时，轿厢两侧都有呼叫信号，优先响应与运动方向相同的呼叫信号，存储与运动方向相反的呼叫信号，待电梯反向运行时，再依次响应反方向的呼叫信号。
时间优先原则：
当电梯停于某一层时，轿厢两侧都有呼叫信号，优先响应先按的外部呼叫信号。
内呼优先外呼原则：
当电梯停于某一层时，优先响应内部呼叫，应，再响应外部呼叫。
楼层的外呼开关也是开门开关，到达呼叫楼层后自动开门5秒，然后自动关门。
总开关打开时可执行上述功能；关闭时，不响应新的呼叫（无论内呼、外呼），在响应完当前呼叫信号后回到一楼。
3.3.3电梯程序说明
此处为程序的开关门限制时间，当电梯到达指定楼层后接触到行程开关自动响应开门信号，Y8接通，电梯开门，门打开之后有5秒的开门等待时间，当定时器5秒后Y7接通自动关门，门完全关闭后关门限位XC自动显示关门信号。
当电梯外有人发出呼叫信号后，电梯随即响应并到达指定楼层。
X0、X1、X2、X3分别为电梯四、三、二、一的外呼信号，当X0响应时，电梯到达一层自动开门，然后关门到达指定的楼层，经过数码管显示给电梯内部的人看，以防坐错楼层。
电梯轿厢运行趋势确定后，只要有任何内、外呼梯信号，电梯运行方向就应该显示出来，并且电梯轿厢门关闭，那么电梯就可以上下运行了。
运行方向的控制程序如下图所示，电梯按其响应趋势来控制电梯的上下行，当遇到上限位或下限位、电梯门开等均应该停止运行。
电梯具有平层限位的能力，当电梯到达某一层时电梯门会自动打开或关闭，此时，一、二、三、四层的开关按钮R1、R2、R3、R4会根据每层的需要做出相应的选择。
外呼梯信号的锁定与清除：
只要某一楼层有外呼梯信号，那么该呼梯信号就需要被锁定。
当电梯运行方向与呼梯方向相同，那么就需要响应该信号；如果运行方向与呼梯信号相反，那么就需要等待电梯轿厢运行回来再响应呼梯信号。
如果电梯轿厢在运行过程中有多个反方向呼梯信号同时存在，例如在电梯向上运行的过程中同时存在有2层向下呼梯信号、3层向下呼梯信号、4层向下呼梯信号，那么就要优先响应最远的反方向呼梯信号，即4层向下呼梯信号，然后电梯轿厢转为向下运行，依次响应其余的呼梯信号（此时其余的呼梯信号已经变为同向呼梯信号）。
如果电梯轿厢在上运行过程中，到达某一层遇到反方向呼梯信号，并且该楼层前方没有其他的任何呼梯信号，那么就需要开门响应该呼梯信号。
电梯的上行与下行由Y0和Y5来输出显示，它的控制由电梯的内呼开关和外呼来控制。
（1）最低楼层和最高楼层（例如最低楼层），不论是外呼梯信号还是内呼梯信号，只要电梯轿厢到达该楼层，就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。
（2）所有楼层的内呼梯信号，只要电梯轿厢到达该楼层，就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。
（3）所有与电梯轿厢运行方向相同的外呼梯信号，只要电梯轿厢到达该楼层，就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。
（4）所有与电梯轿厢运行方向相反的外呼梯信号，只要其前方没有任何内、外呼梯信号，那么电梯轿厢到达该楼层，就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。
如果电梯轿厢门在打开的过程中有人按下了关门按钮，电梯轿厢开门驱动继电器就应该释放。
为了防止电梯轿厢的开门机构卡死，导致开门电动机堵转烧毁，当开门驱动继电器闭合，延时一段时间后，如果开门限位开关仍为闭合，T1定时器仍旧会使开门驱动继电器断开，保护电梯轿厢开门驱动电动机。
电梯的关门控制位当有人按下关门按钮，或者电梯轿厢门打开一段时间后，电梯轿厢门就应该关闭。
在电梯轿厢关门控制过程中，如果有人按下了开门按钮，或者关门已经完成，或者电梯轿厢门是安全的，电梯轿厢都应该开门响应。
3.4PLC程序梯形图
PLC部分程序梯形图如下图所示：
3.5指令表
0stx4
1orx0
2orr0
3an/xc
4otr0
5stx5
6orx6
7orx1
8stxf
9orxe
10ans
11orr1
12an/xd
13otr1
14stx7
15orx8
16orx2
17anxf
18orr2
19an/xe
20otr2
21str2
22str0
23an/r10
24orr10
25an/xd
26an/xe
27ors
28str0
29an/r11
30an/r10
31orr11
32an/xe
33an/xd
34ors
35str1
36an/r11
37str11
38an/r0
39ors
40an/xe
41ors
41stx12
42an/x11
43pshs
44an/xf
45an/y2
46pops
47an/xf
48an/y2
49an/xe
50ors
51oty1
53stx5
54orx6
55orx1
56anxc
57orr3
58an/xd
59otr3
60stx7
61orx8
62orx2
63stxc
64orxd
65ans
66orr4
67an/xe
68otr4
69stx9
70orx3
71orr5
72an/xf
73otr5
74str3
75str5
76an/r6
77orr7
78an/xd
79an/xe
80ors
81str5
82an/r6
83an/r7
84orr7
85an/xe
86an/xd
87ors
88str4
89an/r7
90str7
91an/r5
92ors
93an/xd
94ors
95stx12
96an/x11
97pshs
98an/xc
99an/y2
100pops
101an/xc
102an/xd
103an/y2
104ors
105sty0
106stxc
107orxd
108orxe
109orxf
110orr9
111an/xa
112otr9
113str9
114stx4
115anxc
116ors
117stx5
118orx6
119anxd
120ors
121stx7
122orx8
123anxe
124ors
125stx9
126anxf
127ors
128stxa
129pshs
130anxc
131rds
132orxd
133rds
134orxe
135pops
136orxf
137ors
138sty2
139stx11
140an/xb
141tmxa
k30
144stt1
145stxb
146pshs
147anxc
148rds
149orxd
150rds
151orxe
152pops
153orxf
154ory3
155oty3
156stx9
157ory4
158an/xf
159oty4
160stx7
161orx7
162an/xe
163oty5
164stx8
165ory6
166an/xe
167oty6
168stx5
169ory7
170an/xd
171oty7
172stx6
173ory8
174an/xd
175oty9
176stx4
177orya
178an/xc
179otya
180stx0
181oryb
182an/xc
183otyb
184stx1
185oryb
186an/xd
187otyb
188stx2
189oryc
190an/xe
191otyc
192stx3
193oryd
194an/xf
195otyd
196sty0
197pshs
198anx5
199rds
200orr6
201an/xd
202otr6
203rds
204stx7
205pops
206orr7
207an/xe
208otr7
209sty1
210pshs
211anx6
212rds
213orr10
214an/xd
215otr10
216rds
217anx8
218pops
219orr11
220an/xe
221otr11
222ed
第四章电梯PLC的调试
4.1模拟调试
模拟调试可以在输入端接上手动按钮，而在PLC的输出指示灯上看输出。
这种调试比较抽象，输入信号完全靠手动来控制。
如按下X4是三层内呼，如此时电梯不在三层，则对应输出指示灯亮，然后依次通过手动来控制接近开关按钮，到第三层时电动机停转，输出指示灯灭。
其它层的运行模拟调试同理。
安装调试过程是一个比较复杂且耗时间的过程，首先要确定器件型号。
选择器件型号除了要考虑机械设备、电压、电流外，还要考虑经济实用及美观问题。
内选、外召唤信号指示灯可统一使用24V，这样可以用一个电源供电。
不仅可以简化布线的繁杂，而且可以减少器件的使用，节省开支。
接近开关可用KCB—1型双稳态磁保开关，功率为100W，这种开关完全是靠磁性动作，不需电源。
这样不仅接线方便，而且可以节省一个电源。
变压器型号是
BK—50，主要用到24V和5V。
5V用在层楼显示上。
在正反转线路中，交流接触器型号是B—16型，此接触器线圈电压为220V，这是在购买接触器时特别注意的问题。
因为PLC输出外部电源不能超过250
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