基于PLC的三层电梯控制系统毕业设计论文.docx

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基于PLC的三层电梯控制系统毕业设计论文

工学院毕业设计（论文）

题目：

基于PLC的三层电梯控制设计

专业：

机械械设计制造及其自动化

引言1

1电梯的概述1

1.1电梯的发展简史1

1.2电梯的基本结构2

2可编程控制器简介3

2.1PLC的结构及各部分的作用4

2.2PLC的工作原理5

2.3PLC的编程语言6

2.4PLC基本指令6

2.5梯形图设计规则9

3三层电梯PLC控制系统设计9

3.1电梯的控制要求9

3.2三层电梯主电路9

3.3输入输出点数分配10

3.4PLC外围接线图11

3.5功能指令表概述11

3.6程序分析12

3.7三层电梯助记符语句程序18

3.8本系统的不足及改进24

结束语26

致谢27

附录28

参考文献31

基于PLC的三层电梯的控制设计

摘要：

本论文通过讨论电梯控制系统的组成，阐述可编程控制器（PLC）在电梯控制中的应用，采用三菱PLC编程的程序控制方式，提出了三层电梯的PLC控制系统总体设计方案、设计过程、组成，列出了具体的主要硬件电路、电梯的控制梯形图及指令表。

并给出了系统组成框图和程序流程图，在分析、处理随机信号逻辑关系的基础上，提出了PLC的编程方法，设计了一套完整的电梯控制系统方案。

采用本方案实现电梯控制，能够解决继电器——接触器触点多，故障率高、可靠性差、安装调试周期长、维修工作量大、接线复杂等缺点。

使电梯运行更加安全、方便、舒适。

关键词：

电梯、PLC、梯形图

引言

随着城市建设的不断发展，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。

它是采用电力拖动方式，将载有乘客或货物的轿厢，运行于垂直方向的两根刚性导轨之间，运送乘客和货物的固定式提升设备。

所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。

但传统的电梯控制系统主要采用继电器--接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。

目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，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，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。

从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。

PLC可靠性高，程序设计方便灵活。

1电梯概述

1.1电梯的发展简史

据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。

公元1765年瓦特发明了蒸气机之后，1858年美国研制以蒸气为动力，并通过皮带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯，1878年英国的阿姆斯特发明了水压梯，并随着水压梯的发展淘汰了蒸气梯，后来又出现了采用液压泵的控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯，这种液压梯至今仍为人们所采用。

18世纪末发明了电机，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能。

在20世纪初，美国OTIS电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯。

从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异的发展着。

目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。

1.2电梯的结构

电梯是一个具有特种容载装置轿厢沿着恒定不变的铅垂导轨，在不同水平面间歇运动的用电力驱动的起重机械，它适宜于装置在二层以上的高层建筑物内，专供上下运送人员或货物之用。

电梯的结构及其装备可分为机械、电气两大部分，现将组成电梯的主要部件按其安装部位的不同分别介绍，并说明其作用如下：

一、机房部分：

1、曳引机：

电梯的起重机构，安装在专用承重钢梁上，其主要有下列部件组成：

a.驱动电动机―采用变压变频（VVVF）驱动方式，对电机进行控制，电梯起动时，逆变部分使定子频率从零赫兹，按要求上升到额定频率，使转速相应从零速平滑地上升到额定值，电梯停站前电源频率从额定频率按要求下降，使转速平滑地下降为零速，实现电梯停层，保证了电梯具有良好的舒适感。

b.制动器―闭式型电磁制动器，只有在制动器通电时松闸，或当电梯停驶时即时制动。

并保持轿厢位置不变，即制动器通电松闸，关电制动，充分保证工作的可靠性。

c.减速器―采用蜗轮蜗杆减速器或永磁同步驱动技术，蜗轮蜗杆减速器具有承载能力大，驱动平稳等特点，永磁同步驱动具有高效率及低噪音特点。

d.防振装置―采用橡胶防振装置安装于曳引机与承重大梁之间，以消除或减小曳引机的振动，提高电梯运行时的舒适感。

2、限速器：

由限速器的制动装置和涨紧装置组成，它通过安全绳索与轿厢连接，把轿厢的运动传递给限速器随轿厢速度相应转动，当轿厢的运动速度超过允许的安全速度时，限速器即起作用，其过程分为：

a.首先通过超速限位开关，切断控制电路；

b.如果电梯继续超速，则限速器动作带动安全钳或夹绳器动作。

3、控制屏：

控制屏是电梯电气控制的中心，采用先进的微电子及电力电子元件，用现代的微机技术及变压变频技术对电梯进行电气控制。

在操纵装置的配合下，使电梯正确地实现起动和停止、上行或下行、快速和慢速，以及达到设定的自动功能和安全性能。

当按下厅外召唤或轿内指令按钮时，控制系统按原先编制设定的程序，通过输入输出接口电路将信号输入微处理器，根据电梯当时的状态确定电梯的运行，屏内装有自动检修转换开关，以及上行下行按钮，可对电梯实行机房控制。

4、主开关：

每台电梯单独装设一只能切断该电梯所供电电路（下列供电电路除外）的主动力开关，该开关不应切断下列供电电路。

a.轿厢照明、通风；

b.轿顶电源插座；

c.机房照明、电源插座；

d.电梯井道照明；

e.报警装置，该开关装于机房门内。

电梯的控制要求

控制要求：

（1）开始时，电梯处于任意一层。

（2）当有外呼电梯信号到来是，轿厢响应该呼梯信号，达到该楼层时，轿厢停止运行，（轿厢门打开，延时3秒后自动关门）

（3）当有内呼电梯信号到来是，轿厢响应该呼梯信号，达到该楼层时，轿厢停止运行，（轿厢门打开，延时3秒后自动关门）

（4）在电梯轿厢运行过程中，即轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼信号均不响应，但如果反方向外呼梯信号前方再无其他内、外呼梯信号时，则电梯响应该外呼梯信号。

例如，电梯轿厢在一楼，将要运行到三楼，在次过程中可以响应二层向上的外呼梯信号，但不响应二层向下的外呼梯信号。

当到达二层，如果三层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应二层向下外呼梯信号。

否则，电梯将继续运行至三楼，然后向下运行响应二层向下外呼梯信号。

（5）电梯具有最远反向外呼梯功能。

例如，电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下呼梯，三层向下呼梯则电梯轿厢先去三楼响应三层向下外呼梯信号。

（6）电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。

平层且电梯轿厢停止运行后，按开门按钮轿厢开门，按关门按钮轿厢关门。

2可编程控制器简介

可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。

PLC的基本设计思想是反映计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。

根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。

控制器和被控对象连接方便。

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电器接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。

可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。

另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。

由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。

目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

2.1PLC的结构及各部分的作用

可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。

通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输出输出单元（IO）、电源和编程器等几个部分组成。

图1PLC的结构图

图1PLC的结构组成

1.中央处理单元（CPU）

CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。

CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。

这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。

CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。

CPU的功能有以下一些：

从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。

2.存储器（RAM、ROM）

存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。

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；存放工作数据的存储器称为数据存储器。

常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。

RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。

RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。

掉电时，可有效地保持存储的信息。

EPROM、EEPROM都是只读存储器。

用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。

3.输入输出单元（IO单元）

IO单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。

IO单元有良好的电隔离和滤波作用。

接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。

PLC的各输出控制器往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。

4.电源

PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。

PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和IO单元供电。

5.编程器

编程器是PLC的最重要外围设备。

利用编辑器将用户程序送入PLC的存储器，还可以有用编辑器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。

除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。

利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。

2.2PLC的工作原理

PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回到第一条，如此周而复始不断循环。

PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。

全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。

当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。

在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。

1.输入处理

输入处理