基于PLC的五层电梯控制系统研究.docx

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基于PLC的五层电梯控制系统研究

学院

毕业论文

基于PLC的五层电梯控制系统研究

姓名：

XXX

指导教师：

XXXXXXXXX

专业：

机电一体化技术

班级：

112

目录

摘要1

前言2

1PLC五层电梯的设计方案3

2电梯系统的硬件设计3

2.1电梯控制的要求3

2.1.1电梯轿厢的控制要求3

2.1.2电梯门的控制要求3

2.2电梯模型结构4

2.2.1电梯层门4

2.2.2电梯轿厢内控制屏4

3电梯PLC控制系统的软件设计4

3.1PLCI/O地址分配5

3.1.1输入信号的确定5

3.1.2输出信号的确定5

3.2PLCI/O硬件连接图5

3.3PLC五层电梯控制系统基本功能梯形图分析6

结论17

参考文献18

致谢19

基于PLC的五层电梯控制系统研究

摘要：

本文主要研究利用三菱FX2N-48的PLC对电梯的升降进行控制，形成电梯控制系统。

介绍了电梯控制系统的构成和工作原理,并重点阐述了PLC在电梯控制系统中的应用。

电梯进入人们的生活已经160年一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地是历史的变迁，永恒的是电梯提升人类生活质量的承诺。

电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。

PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。

关键词：

PLC，变频器，电梯，控制系统

前言

我设计的电梯控制系统是根据市场需求设计的，随着中国的发展。

人均占有的面积再减少，住房的压力在加大，国家加强了占地面积的使用，例如周口已经不再批准建低层住房楼。

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。

目前电梯控制系统主要有三种控制方式：

继电路控制系统（“早期安装的电梯多位继电器控制系统）、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，倍受人们重视等优点，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。

下面就是用PLC实现对电梯控制的具体过程。

1PLC五层电梯的设计方案

电梯系统的I/O口分配：

电梯由安装在各楼层门口的上升、下降请求按钮进行升降操作，操作内容为电梯运行方向。

轿厢内设有楼层内选按钮：

第一层内部请求按钮X21，第二层内部请求按钮X20，第三层内部请求按钮X17，第四层内部请求按钮X16，第五层内部请求按钮X15，第一层内部请求按钮X14。

用以选择需停靠的楼层。

X0、X1、X2、X3、X4分别为第五层至第一层到达信号。

Y0、Y1、Y2、Y3、Y4分别为第五、四、三、二、一层到达指示灯。

Y11、Y12分别为第四层请求上、下指示灯，Y13、Y14分别为第三层请求上、下指示灯，Y15、Y16分别为第二层请求上、下指示灯。

X5为第五层请求下信号，X6、X7分别为第四层上、下请求信号，X10、X11分别第三层请求上、下信号，X12、X13分别为第二层上、下请求信号，X14为第一层请求上信号。

X22为开门请求信号,X23为关门请求信号。

Y5为电梯开门蜂鸣器,Y6为电梯升，Y7为电梯降（它与Y6同为1的时候为电梯降）。

电梯系统的设计包括：

电梯的初始化设置、电梯的升降、电梯的开关门、电梯的楼层选择与应答、电梯的楼层指示等。

电梯的初始化设置分为两种情况：

一种是电梯在本层有内外请求时，本层有反应，动作完成后返回初始态；另一种时电梯在本层有内外请求，本层无反应，返回初始态。

电梯的升降系统应满足：

当外部有内部请求，有楼层上升或者下降请求时，电梯升或者降。

电梯在上升过程中，如果有下降请求，电梯无应答继续上升，在上升过程中如果中间楼层有请求，电梯到达有请求的中间楼层延时2S开门，如果没有到时间，可以手动开门，此时开门蜂鸣器发出声音并开门，电梯关门后继续上升。

电梯下降过程与电梯上升过程相似。

电梯的楼层选择与应答选择遵循：

当电梯有楼层上升或者下降请求时，电梯应答，并执行上升或者下降，当电梯在上升过程中，如果有比当前楼层低的楼层请求时，电梯无反应；当电梯有比当前楼层高的中间楼层请求时，电梯相应请求，在请求的楼层停泊，关门后继续执行上升到指示的比当前层高的楼层。

电梯在上升或者下降的过程中，每层应有楼层到达指示灯，当电梯到达某一楼层时，电梯楼层指示灯亮，电梯离开时该楼层指示灯暗。

2电梯系统的硬件设计

2.1电梯控制的要求

2.1.1电梯轿厢的控制要求

（1）选向：

根据电梯各层内选外呼信号的先后和停止时轿箱所在的楼曾位置决定电梯的运行方向。

（2）楼层位置的指示：

选用LED数码管显示的方法。

2.1.2电梯门的控制要求

要求当电梯平层的时候，电梯门自动打开，经过5秒钟后电梯门自动关上。

如果遇到有人在门中间的情况，电梯会因为机械安全触板开关的作用而自动开门，也可以手动控制开门和关门。

2.2电梯模型结构

2.2.1电梯层门

电梯层门是为了确保乘客安全，而在各层楼的停靠站，通向井道的入口处，设置供司机、乘用人员和货物等出入的门（如图1）。

图1电梯层门示意图

电梯层门旁装有消防按钮、上行召唤按钮和下行召唤按钮（最底层只有上行召唤按钮、最高层只有下行召唤按钮）,并有召唤登记指示灯。

层门上方装有LED数码管，用以显示轿厢所在层楼位置，另外还有轿厢上行和下行指示灯。

呼梯按钮按下时，相应的按钮变成青绿色，表示该呼梯按钮已按下。

电梯楼层显示采用二极管显示，图中显示电梯目前处于三楼的位置。

电梯运行方向用红色箭头表示，图中箭头向上表示电梯正处于上行状态中。

2.2.2电梯轿厢内控制屏

轿厢内控制屏示意图（如图2）所示。

其中包括上行、下行显示及LED层楼位置的显示。

另外还有1楼～5楼的指令按钮及登记显示按钮。

此外，还有手动开门和关门按钮，以满足乘客的需求。

3电梯PLC控制系统的软件设计

图

图2轿厢内控制屏示意

3.1PLCI/O地址分配

根据电梯操作的工艺过程及对控制系统的要求，首先归纳本系统中所有输入信号和输出信号；然后根据PLC的输入点和输出点进行I/O地址分配，使每个输入信号对应PLC内部的输入继电器，每个输出信号对应PLC内部的输出继电器。

3.1.1输入信号的确定

先考察电梯轿厢内的操作。

操作面板上应有各层的选层指令按钮，5层共有5个。

还有手动开门和关门按钮2个。

各楼层乘客召唤时，除底层和顶层只有一个召唤按钮，其它各层均设上下两个召唤按钮，5层共需8个输入按钮。

5层电梯需5个行程开关来控制是否到了某一层，因此需5点输入。

总共20个输入点，见表1。

表1输入I/O口

名称

输入点

名称

输入点

第五层到达信号

X00

第二层请求上

X12

第四层到达信号

X01

第二层请求下

X13

第三层到达信号

X02

第一层请求上

X14

第二层到达信号

X03

第五层内部请求信号

X15

第一层到达信号

X04

第四层内部请求信号

X16

第五层请求下

X05

第三层内部请求信号

X17

第四层请求上

X06

第二层内部请求信号

X20

第四层请求下

X07

第一层内部请求信号

X21

第三层请求上

X10

开门请求信号

X22

第三层请求下

X11

关门请求信号

X23

3.1.2输出信号的确定

各楼层乘客召唤时，按下的呼梯按钮需显示，所以有8个输出点。

开门、关门输出各1个。

楼层到达指示信号显示5个，电梯升、下指示输出各1个，共16个，见表2。

表.2输出信号地址分配表

名称

输入点

名称

输入点

第五层到达指示灯

Y00

电梯降

Y07

第四层到达指示灯

Y01

第四层请求上指示灯

Y11

第三层到达指示灯

Y02

第四层请求下指示灯

Y12

第二层到达指示灯

Y03

第三层请求上指示灯

Y13

第一层到达指示灯

Y04

第三层请求下指示灯

Y14

电梯开门

Y05

第二层请求上指示灯

Y15

电梯升

Y06

第二层请求下指示灯

Y16

3.2PLCI/O硬件连接图

根据上面I/O地址分配的分析和第四章关于中PLC选型的要求，本设计采用三菱公司的PLC，型号为FX2N-48，输入输出节点各为24个。

该PLC既能满足输入输出节点的需求，而且还留有一定的冗余量，为以后电梯系统的扩展提供方便，具体的硬件连接图（如图3）。

图3硬件连接图

3.3PLC五层电梯控制系统基本功能梯形图分析

（1）电梯的初始化设置

当乘客在本层时有内部和外部信号请求时，电梯定时开关门，动作完成后，即返回初始态。

当电梯在本层并且外部请求无动作时也会返回初始态。

电梯的初始化设置（如图4）所示：

图4电梯的初始化设置梯形图

（2）开关门控制

本设计考虑以下4种开门的条件，只要满足其中之一，那么电梯门就将自动或手动开启。

（1）电梯自动运行停层时的开门。

电梯在运行到指定楼层时，电梯到预定的开门、关门时间应开始开门。

（2）电梯关门过程中有请求重新开门。

（3）手动重新开门。

有时电梯外乘客未进入电梯，而电梯却在关门过程中，这时箱内的人可以手动控制开门，让电梯外的乘客进入。

（4）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，到达呼梯楼层时再开门，此时的开门按停层开门处理。

开关门环节梯形图（如图5）：

图5开关门控制环节梯形图

（3）楼层信号的显示

当电梯在运行过程中，需要实时地显示出电梯箱体所在的位置或楼层，那样无论是电梯内的乘客还是楼厅外等待电梯的乘客都能及时了解到电梯的运行状态，所以本设计中加入了楼层信号的显示模块。

当电梯位于某一楼层时，该楼层的触点产生该楼层的信号，以控制指层灯的状态，而离开该楼层并到达另一楼层时，该楼层的信号应被新的楼层信号所取代，相应的指示灯状态也发生变化。

例如电梯第四层请求下指示和电梯第四层到达显示（如图6）：

图6楼层信号显示环节梯形图

在本设计中没有使用PLC输出字型码，字型码是靠外部电路提供，PLC只是将外部电路与LED显示器连接起来，从而使字型码在LED显示器中显示出来。

（4）电梯的定向环节

在自动运行状态下，电梯首先应确定运行方向，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，接到内选或外呼信号时，首先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,原则如下：

召唤或指令要到的层楼＞轿厢目前所在层楼电梯上行

召唤或指令要到的层楼＜轿厢目前所在层楼电梯下行

召唤或指令要到的层楼＝轿厢目前所在层楼无法定向

一旦电梯定向后，内选或外呼信号对电梯运行方向的要求没有满足的情况下，定向信号不能消除。

（5）电梯定向（上行）环节

在本设计中定向上行采用高层决定电梯运行方向的原则，即当召唤或指令要到的层楼＞轿厢目前所在层楼，电梯就上行。

只要有高于轿厢目前所在层楼信号请求，电梯就已定向为上行，无论其他楼层的呼梯信号时什么样的。

假设电梯在第一层，第五层有上呼请求，梯形图（如图7）所示：

图7电梯从第五层到第一层的梯形图

（6）电梯定向（下行）环节

在本设计中定向下行采用低层决定电梯运行方向的原则，即当召唤或指令要到的层楼＜轿厢目前所在层楼，电梯就上行。

只要有低于轿厢目前所在层楼信号请求，电梯就已定向为下行，无论其他楼层的呼梯信号时什么样的。

假设电梯在第五层，第一层有上呼请求，梯形图（如图8）：

图8电梯从第五层到第一层的梯形图

结论

采用可编程控制器（PLC）作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，由于控制器采用PLC并利用串行通信技术,简化了系统布线,维护方便,大大提高了系统的可靠性和技术性能。

在本次论文中本人对三菱PLCFX2N-48也有了更进一步的了解。

通过这次比较完整的电梯控制系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富。

参考文献

[1]林春方.可编程控制器原理及其应用.上海:

上海交通大学出版社[M],2004.

[2]张福恩,等.交流调速电梯原理、设计及安装维修[M].北京:

机械工业出版社,1991.

[3]常斗南,等.可编程控制器原理、应用及实验[M].北京:

机械工业出版社,1998.

[4]王海瑞,张勇.计算机与PLC集成控制系统在干冰生产过程中的应用[J].微计算机信息.2006,

[5]陈艳等.自来水厂变频供水PLC自动控制系统[J].微计算机信息.2005.

[6]廖宗源.微机控制电梯[M].北京:

国防工业出版社,1996.

致谢

非常感谢XXX老师在我大学的最后学习阶段到毕业设计阶段给我的指导，从最初的定题到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，她给了我耐心的指导和无私的帮助。

为了指导我们的毕业论文，她放弃了自己的休息时间，在此我向她表示我诚挚的谢意。

感谢所有任课老师和所有同学在这三年来给我的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，在此向他们表示我由衷的谢意。