基于PLC控制的五层电梯系统毕业设计.docx
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基于PLC控制的五层电梯系统毕业设计
第一章绪论
1.1引言
可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的崭新的工业自动控制装置。
PLC以基本代替传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域，它已跃居工业自动化三大支柱的首位。
PLC控制系统的硬件是由微处理器（CPU）、存储器（ROM和RAM）、输入/输出（I/O）单元、电源单元及外围设备等组成硬件结构如图1所示。
系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。
图1PLC硬件结构
1.2可编程控制器的特点
20世纪60年代末，为了克服传统继电器的种种应用上的缺点，人们研制出了一种先进的自动控制设备PLC，由于PLC具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。
现在PLC作为用于工业生产过程控制的专用计算机，与商家、家用的微机不同，由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和工作运行的连续性，使其在设计上有许多特点。
（1）可靠性高，抗干扰能力强；
（2）接口模块功能强、品种多；
（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；
（4）编程方法简单、直观；
（5）系统的设计/安装、调试工作量少；
（6）维修工作量小、维护方便；
（7）体积小、耗能低、重量轻。
1.3PLC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，使用情况主要分为如下几类：
（1）开关量逻辑控制
（2）运动控制
（3）闭环过程控制
（4）数据处理
（5）通信联网
1.4PLC的设计步骤
开发应用PLC的设计任务分为硬件和软件设计两部分。
1.4.1硬件设计
硬件设计主要包括：
（1）确定安排PLC的输入、输出点；
（2）设计外围电路，包括主电路；
（3）选购PLC并进行现场安装接线等内容。
1.4.2软件设计
大多数用梯形图和指令程序，主要包括：
（1）设计控制流程，根据工艺要求先画出工作循环，如有必要再画详细的状态流程图；
（2）根据工作循环图，画出虚拟的电路图----继电器梯形图；
（3）按梯形图编写指令程序表；
（4）系统调试：
根据设计要求，对程序进行调试和修改，必要时还可对硬件进行修改，直到符合要求为止。
第二章电梯控制的原理与实现
2．1电梯控制系统构成
电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及PLC单元构成，由如图2所示，PLC用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。
图2电梯控制系统原理图
2．2电梯的工作原理及功能要求
2．2．1变频调速回路
变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成.三相电源R、S、T经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端为两相电接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。
旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。
变频器输入信号为：
上、下行方向指令，低速、高速、检修速度编码指令。
2．2．2输入输出回路
输入输出单元为PLC的I/O接口部分，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器、检修、消防、泊梯、称重等单元构成。
（1）输入单元为：
厅外呼叫单元，用来对各层站的厅外召唤信号进行登记、记忆和消除；轿箱内选层单元，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示；开关门按钮，输入PLC控制轿门的开闭（厅门也同时动作）；上下平层装置，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层；上下限强迫换速开关，用于保护电梯的高速运行安全，避免电梯出现冲顶或蹲底事故，当电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上下限强迫换速开关打板，信号输入PLC，PLC发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置；门锁装置（或轿门和厅门联锁保护装置），轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、安全钳开关、限速器断绳开关、限速器超速开关、底坑急停开关、相序保护继电器、上下限极限开关等；检修、消防和泊梯，检修、消防和泊梯为电梯的三种运行方式，检修运行为电梯检修时的慢速运行方式，消防运行有消防返回基站和消防员专用两种运行状态，泊梯状态，消除内选和外呼信号，自动返回泊梯层、关门并断电；称重单元，用来检测轿厢负荷，判断电梯处于欠载、满载或超载状态，然后输出数字信号给PLC，根据负载情况进行起动力矩补偿，使电梯运行平稳。
（2）输出单元为：
楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、层楼指示灯以及报站钟等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式，本系统为七段码显示方式；开关门单元，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，完成开关门动作。
第三章电梯控制系统设计
3．1控制系统硬件设计
本实验有32个输入信号，32个输出信号及现有设备，所以选用FX2—64MR的PLC，由于现有材料所以选OMRON的3G2JV变频器和两相交流电机。
来完成实验。
PLC控制器、变频器和电动机的接线及原理图如附图
（1）所示。
3．2输入输出点分配
输入信号
输出信号
名称
代号
编号
名称
代号
编号
安全回路
K6
X000
电梯上行
UP
Y000
零速输入
K0
X001
电梯下行
DOWN
Y001
脉冲输入
K1
X002
电梯快行
FAST
Y002
轿内电锁
K2
X003
电梯慢行
SLOW
Y003
红外传感器
K3
X004
检修速度
JX
Y004
关门力限开关
K4
X005
七段码
A
Y005
超 重
K5
X006
B
Y006
上限强制减速
SQ0
X007
C
Y007
一楼指令
SB1
X010
D
Y010
二楼指令
SB2
X011
E
Y011
三楼指令
SB3
X012
F
Y012
四楼指令
SB4
X013
G
Y013
五楼指令
SB5
X014
关门催促铃声
KE1
Y014
基站到位开关
SQ4
X015
厅门关
KM2
Y015
一楼上呼
SB6
X016
厅门开
KM3
Y016
一楼下呼
SB7
X017
厅内指示灯１
E1
Y017
二楼上呼
SB8
X020
厅内指示灯２
E2
Y020
二楼下呼
SB9
X021
厅内指示灯３
E3
Y021
三楼上呼
SB10
X022
厅内指示灯４
E4
Y022
三楼下呼
SB11
X023
厅内指示灯５
E5
Y023
四楼上呼
SB12
X024
上呼灯１
E6
Y024
四楼下呼
SB13
X025
上呼灯２
E7
Y025
五楼上呼
SB14
X026
上呼灯３
E8
Y026
五楼下呼
SB15
X027
上呼灯４
E9
Y027
厅门开
SB16
X030
下呼灯２
E10
Y030
厅门关
SB17
X031
下呼灯３
E11
Y031
厅门开到位
SQ1
X032
下呼灯４
E12
Y032
厅门关到位
SQ2
X033
下呼灯５
E13
Y033
检修开关
SB18
X034
超重铃声
KM4
Y034
检修上
SB19
X035
抱闸信号
KM5
Y035
检修下
SB20
X036
上行指示灯
E14
Y036
下限强制减速
SQ3
X037
下行指示灯
E15
Y037
表1I/O分配表
3．3控制系统程序设计
根据电梯的工作原理与功能要求以及输入/输出点的地址分配表，来绘制电梯的程序流程图。
和设计电梯的程序梯形图。
电梯程序流程图为图3。
梯形图分成：
初始化、指层控制、开关门控制、轿内呼叫与标记控制、厅外呼叫与标记控制、电梯上下行选择与指示控制、电梯的运行控制来编写与调试。
最后在组合调试。
图3电梯程序流程图
3．3．1电梯初始化
电梯复位、装入数据、安全回路等。
3．3．2指层控制
指层控制梯形图如图3.1所示。
本程序以1楼为基站，脉冲数为0。
D200、D202、D204、D206、D208分别存放1/F—5/F的脉冲数0、600、1200、1800、2400（实验用实际具体而定）。
C242为内部高速计数器，D250存放减速脉冲数50，M1—M5为楼层继电器。
当轿箱位于某一层时，应产生位于该层的楼层信号，以控制楼层显示器显示楼层处的位置，离开该层时，该信号应被新的楼层信号（上一层或下一层）取代。
3．3．3开关门控制
（1）开门控制
手动开关门时，当电梯运行到位后，按下SB16，X030闭合，M50置位，Y016得电，电动机正转，开门。
开门到位，开门到位行程开关SQ1动作，X032闭合，M50复位，Y016失电，开门过程结束。
当在关门过程中，按下SB16，停止关门，并开门。
自动开关门时，当电梯运行到位后，电梯停止，T0开始定时，延时2S后，T0触电闭合，M50置位，开门。
（2）关门控制
手动关门时，当按下SB17，X031闭合，M51置位，Y015得电，电动机反转，关门。
关门到位，关门到位行程开关SQ2动作，X033闭合，M51复位，Y015失电，关门过程结束。
在开门过程中，按下SB17，停止开门，并关门。
自动关门时，定时器T1控制。
当电梯开门到位后，X031闭合，T1定时5S后，M51置位，关门。
但在关门时，有客人经过红外线遮蔽，停止关门，遮蔽结束，继续关门。
当关门过程受到压力，关门力限K4闭合，M50置位，开门。
3．3．4轿内指令控制
当轿内按下SB1、SB2、SB3、SB4、SB5后，按键标记，对应指示灯E8—E12亮。
到电梯到达指定层后，动作取消，指示灯灭。
在检修时，按键不标记。
安全回路在整个工作过程中为常开（X000），只有出现不安全情况时才导通，则电梯停止工作。
3．3．5厅外呼叫控制
当按下对应的呼叫键SB6—SB17时，按键标记，对应指示灯E13—E20亮。
到电梯到达标记层时，动作取消，指示等灭。
在检修时，按键不标记。
3．3．6电梯的选层上、下行控制
当电梯得到轿内指令或厅外呼叫指令时，分析对应层与电梯所在位置，判断是上行（M100置位）还是下行（M101置位）。
M100置位时，Y000接通，电梯上行；M101置位时，Y001接通，电梯下行。
3．3．7电梯的运行控制
电梯的运行由变频器控制，一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。
为使乘客拥有良好的舒适感，电梯采用S型速度曲线，转换成频率曲线如图4所示。
图4电梯的运行曲线
当PLC发出正转M100置位（或反转M101置位）即M120置位，Y002导通，高速运行，变频器从0Hz到50hz开始启动，启动时间为3S，然后维持50Hz运行。
当换速信号到时，PLC撤消高速信号Y002断开，同时输出爬行信号Y003导通，爬行频率为6Hz。
从50Hz下降到6Hz在3S内完成。
当到达6Hz速度时，就以此速度爬行。
当平层信号（M301—M341）到时，撤消正转（或反转）及爬行信号，变频器从6Hz减速到0。
在整个运行过程中，变频器的零速输入点X001及异常输出点X003都是断开的，运行速度减为0时，；零速输入点闭合，通过PLC发出电动机抱闸和自动开门信号。
当变频器出现异常时，X003导通，电梯无法运行。
按下检修键SB19后，只能以检修速度运行。
按下检修上行SB22时，Y002、YOO3闭合，以检修速度（10Hz）上行，松开按键，立即停止。
同理，按下检修下行SB20时，Y002、Y003闭合，以检修速度（10Hz）下行，松开按键，立即停止。
由于材料限制，本实验用OMRON，3G3JV小型变频器，两相交流电动机。
实际根据需要所定。
变频器的参数设置为表2。
n02
1
控制电路的端口区控制运行
n05
0
可以反转
n09
50
电机运行的最高频率（Hz）
n14
0
电机运行的最低频率（Hz）
n16
3
斜坡上升时间（S）
n17
3
斜坡下降时间（S）
n20
2
S形加减时间为0.5S
n22
50
设置固有频率f=50Hz（高速运行）端口S3
n23
6
设置固有频率f=6Hz（爬行运行）端口S4
n24
10
设置固有频率f=10Hz（检修运行）端口S5
n36
2
反转与停止输入端口为S2
N37
6
多段速指令1输入端口为S3
n38
7
多段速指令2输入端口为S4
n39
8
多段速指令3输入端口为S5
N40
3
零速输出ON：
零速中
S0：
为正转与停止端口
表2变频器参数设置
3．3．8抱闸、泊梯、超重控制
当变频器输入零速信号后，X001常开闭合，输出Y035常开闭合，抱闸闭合。
电梯运行时，零速输入停止，X001断开，则Y035常开断开，轿箱运行。
消防与泊梯，按下SB14，X026导通，电梯返回基站。
基站到，X015常闭断开，电梯停止。
超重时，X006常闭闭合，电梯不能启动，并鸣镝（Y034常开闭合）。
第四章系统整体调试
31硬件安装.
该实验需要ＫＢＳ系列ＰＬＣ实训装置、ＦＸ－20Ｐ手持编程器或个人计算机（ＷＩＮＤＯＷ）、ＳＣ－０９编程线缆、ＦＸ－ＰＣＳ/ＷＩＮ编程环境、五层电梯系统实验板、连接导线等。
首先，将ＰＬＣ控制模板接到ＤＣ24Ｖ的电源上，用ＳＣ－０９编程线缆，一方接ＰＬＣ，一方接电脑。
当控制程序写入ＰＬＣ后，用连接导线将ＰＬＣ与电梯控制系统实验板连接起来，调节一切正常后，通电进行仿真。
3.2软件调试
首先在ＷＩＮＤＯＷ环境下打开ＧＸ和ＦＸＧＰ软件，向软件中输入程序，待程序输入完毕将其变换后写入ＰＬＣ中。
写入完毕后，打开菜单栏中在线一项的ＰＬＣ监控，就实现了对ＰＬＣ过程的监控功能。
根据实验要求，动作相应开关，模拟电梯控制系统的工作过程。
在实验过程中要注意观察各种指示灯、ＰＬＣ及程序运行的变化过程。
若输入的程序有问题，可在菜单栏编辑一项中选择写入模式，待程序返回写入状态后，对程序进行修改，经变换后再写入ＰＬＣ中调试。
结束语
本文所述系统基于电气集选控制原则，采用脉冲计数方法，用脉冲编码器取代井道中原有的位置检测装置，实现位移控制，用软件代替部分硬件功能，既降低系统成本，又提高了系统的可靠性和安全性，实现电梯的全数字化控制。
采用脉冲数对每一楼层计数，适当的减少了输入点数，同时提高了电梯的控制精度。
采用变频器控制电梯的运行，提高了电梯的平稳性和乘客的舒适度，有效的提升了平层控制精度。
参考文献
1．PLC原理与应用（俞国亮）清华大学出版社2005
2．变频器应用与实训指导（王兆义）高等教育出版社2005
3．PLC、变频器在电梯中的应用（王少华）电气技术2007
4．电梯控制技术（刘载文、李毫升、钟亚林）电子工业出版社1996
5．三凌GXDeveloperVer8操作手册三凌机电2005
6．OMRON—3G3JV用户手册欧姆龙（中国）有限公司2002
附录一PLC控制电梯接线及原理图
图
（1）PLC控制电梯接线及原理图
附录二PLC控制电梯总梯形图
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