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基于PLC的电梯控制论文
目录
摘要2
关键词2
Abstract2
引言3
一课题概述4
1.1课题内容综述4
1.2设计要求5
1.2.1.电梯轿箱的控制要求6
1.2.2．电梯门的控制要求6
1.2.3.补充要求6
1.3主电路的设计6
1.3.1．拖动电机主电路的设计6
1.3.2．门电机主电路的设计6
二设计方案8
2.1方案对比8
2.1.1PLC与继电器控制系统比较8
2.2PLC概述9
2.2.1可编程控制器的产生与发展10
2.2.2可编程控制器的用途与特点12
三PLC的硬件设计14
3.1PLC一般设计的内容和步骤14
3.1.1PLC控制系统的设计分析14
3.2分析被控对象并提出控制要求14
3.3PLC型号的选择16
3.4设备选择17
四PLC的软件设计20
4.1输入/输出分配表20
4.2程序流程图21
4.3PLC部分程序梯形图22
4.3.1外部信号输入存储程序22
4.3.2轿厢停于某层时，所在楼层存于D0并用数码管显示程序26
4.3.3比较判断轿厢上下行程序27
4.3.4补充程序29
4.3.5开关门程序29
4.3.6轿厢上行程序32
4.3.7轿厢下行程序33
4.3.3比较判断轿厢上下行程序27
五程序调试、运行35
5.1程序调试35
5.2程序运行过程中出现的问题及调试35
5.3程序最终运行情况37
5.4PLC控制系统的外部干扰37
结论38
谢辞39
参考文献40
摘要:
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。
关键词:
PLC电梯可控式编程器
Abstract：
Alongwithscience'sandtechnology'sdevelopment,therecentyears,ourcountry'selevatorproductiontechnologyobtainedtherapidlyexpand.Someelevatorfactoryunceasinglyisalsoimprovingthedesign,therevisioncraft.Therenewalproductionrenewal'selevator,theelevatormainlydividesintothemechanicalsystemandthecontrolsystemtwomajorparts,alongwiththeautomaticcontroltheoryandmicroelectronictechnology'sdevelopment,elevator'sdraggingwayandthecontrolmethodhashadtheverybigchange,theexchangevelocitymodulationisthecurrentelevatordraggingmaindevelopmentdirection.Atpresenttheliftcontrolsystemmainlyhasthreecontrolmodes:
Followingelectriccircuitcontrolsystem（“earlyinstallmentelevatormanyblack-whitecontrolsystem）,PLCcontrolsystem,microcomputercontrolsystem.Becausetheblack-whitecontrolsystemthefailurerateishigh,thereliabilityisbad,controlmodenotnimbleaswellasconsumedpowerbigandsoonshortcomings,atpresenthasbeeneliminatedgradually.
Keywords:
PLCelevatorcontrollable-likeprogrammer
引言
随着城市建设的不断发展，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。
电梯就是用于高层建筑物中的固定式升降运输设备，它有一个装载乘客的轿厢，沿着垂直或倾斜角度小于15°的导轨在各楼层间运行，是垂直运行的电梯（通常也简称为电梯）、倾斜方向运行的自动扶梯、倾斜或水平方向运行的自动人行道的总称。
随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。
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。
有了电梯，摩天大楼才得以崛起，现代城市才得以长高。
据估计，截至2002年，全球在用电梯约635万台，其中垂直电梯约610万台，自动扶梯和自动人行道约25万台。
电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。
人们对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求推动了电梯技术的进步。
如今，世界各国的电梯公司还在不断地进行电梯新品的研发、维修保养服务系统的完善，力求满足人们的对现代建筑交通日益增长的需求。
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。
本设计在用PLC控制变频调速实现电流、速度双闭环的基础上，在不增加硬件设备的条件下，实现电流、速度、位移三环控制。
一课题概述
1.1课题内容综述
课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）改造在用电梯自动控制系统。
由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。
因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。
针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。
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。
PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。
由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。
因此在工业控制方面得到了广泛应用。
自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。
并形成了一系列的定型产品。
在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。
电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。
调速部分的性能对电梯运行是乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。
为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。
可编程控制器（PLC）是由工业微型计算机、输入,输出设备、保护及抗干扰隔离电路等构成的微机控制装置，具有顺序、周期性工作的特征，从应用角度看可编程控制器具有如下特点：
1.可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障2.配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3.易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
5.体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
1.2设计要求
概述：
随着时代的发展，工业自动化程度的不断提高，PLC行业已经在工业市场上占有一大片领地。
在此次设计中，我将利用PLC来实现对电梯的控制。
其中包括对PLC硬件的设计，软件设计，驻点路的设计，控制柜的设计，以及电梯惦记和其他设备的选择，还有原理分析等。
相信此次设计后，我对电梯的实际运行能有初步的了解。
1.2.1.电梯轿箱的控制要求
（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）选层换速：
指电梯能够根据轿内所选层而决定运行方向，而且遵守或一直向上，或一直向下的原则。
并且在每次平层的时候都能够换速。
（3）楼层位置的指示：
选用了数码管显示的方法。
由于FX2N系列已有内部计数-译码驱动模块，所以只要外部加上LED七段显示管和电源就可以显示楼层了。
1.2.2．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10秒钟后电梯门自动关上。
如果遇到有人在门中间的情况，电梯会因为光电开关的作用而自动开门。
1.2.3.补充要求
出了上述两个要求以外，还要注意的一点就是备用电梯电机的使用，一但曳引电机出现故障，备用电机将手动控制转入运行状态，避免因曳引惦记出故障而引发的不必要的麻烦。
1.3主电路的设计
1.3.1．拖动电机主电路的设计
（1）拖动电机的选择及原理：
电梯的种类多种多样，按拖动系）统来分有交流单速/交流双速拖动电梯、交流调压调速电梯等等。
在此次设计中，我将采用交流双速电机作为曳引电机，它的优点是简单，经济，更重要的是舒适感好。
（2）备用电机的选择：
备用电机只要选择和曳引电机一样的型号即可。
1.3.2．门电机主电路的设计
门电机的选择及原理：
只要满足功率要求，门电机选用一般三相异步电动机即可。
如图中所示电动机的正反转来实现门的开关，采用星角降压启动，KS为速度继电器，用来对开关门到头时制动，防止轿，厅门的损坏
图1-1门电机主电路图图1-2拖动电机主电路图
二设计方案
2.1方案对比
PLC控制的电梯与传统的继电器控制的电梯相比，在许多方面都显示出优越性.首先说一下继电器控制的电梯，所谓继电器控制就是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用.但是电磁继电器控制的电梯带安全性能方面存在一定安全问题。
因此下面我们通过PLC与继电器的对比来看看他们的各自特点。
2.1.1PLC与继电器控制系统比较
从某种意义上说，PLC是从继电接触控制发展而来的。
两者既有相似性又有不同之处。
（1）继电接触控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制；PLC内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软件控制。
（2）继电接触控制系统体积大；PLC控制系统结构紧凑，体积小。
（3）继电接触控制全为机械式触点，动作慢；PLC内部全为“软接点”，动作快。
（4）继电接触控制功能改变，须拆线、接线乃至更换元器件，比较麻烦；PLC控制功能改变，一般仅需修改程序即可，极其方便。
（5）PLC控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制系统周期短。
（6）PLC控制的自检和监控功能比继电接触控制的强。
（7）PLC的应用范围比继电接触控制的要广泛。
（8）PLC可靠性比继电接触控制的高。
此外，可编程序控制器与继电接触器控制的重要区别之一就是工作方式不同。
可编程序控制器是以反复扫描的方式工作，是循环地、连续逐条执行程序，任一时刻它只能执行一条指令，也就是说可编程序控制器是以“串行”方式工作的。
而继电-接触器是按“并行”方式工作的，或者说是按同时执行方式工作的，只要形成电流通路，就可能有几个电器同时动作。
继电-接触器控制的并行工作方式因触点动作的延误易产生竞争和时序失配等问题，这些在串行工作方式的可编程序控制器中不会发生。
结合PLC与电磁继电器的对比，可以看出PLC在电梯控制方面的优势。
表2-1可编程序控制器与继电器柜的区别
可编程序控制器
继电器柜
控制方式
程序（软件）
继电器配线（硬件）
控制功能
指令
以软件实现大规模高兴能控制
器件
功能有限，随规模加大而大型化
控制要素
无触点（也有有触电的），高可靠性，寿命长，高速控制。
有触点，寿命有限，低速控制
变更控制
更改程序可适应各种控制对象
更改器件之间连接，更改困难
2.2PLC概述
2.2.1可编程控制器的产生与发展
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。
传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。
1969年美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。
个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。
国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：
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。
它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
2.2.2可编程控制器的用途与特点
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
因而广泛应用于钢铁、水泥、石油化工、采矿、电力、机械制造、汽车、环保等行业。
PLC应用通常可分为五种类型：
顺序控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理、通信和联网。
PLC有以下7种性能特点：
1.抗干扰能力强，可靠性高；2.控制系统结构简单、通用性强、应用灵活；3.编程方便，易于使用；4.功能完善，扩展能力强；5.PLC控制系统设计、安装、调试方便；6.维修方便，维修工作量小；7.结构紧凑、体积小、重量轻，易于实现机电一体化。
（3）可编程控制器的分类
按I/O点数容量分：
1.小型机2.中型机3.大型机
按结构形式分：
1.整体式结构2.组合式结构
（4）可编程序控制器的组成
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如下图2.1所示：
图2-1PLC硬件结构
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，当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，灵活性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
2、存储器（Memory）
可编程控制器的控制中枢，在系统监控下工作，承担着将外部输入的信号的状态写入映像寄存器区域，然后将结果送到输出映像寄存器区域。
CPU常用的微处理器有通用型微处理器，单片机和位片式计算机等。
小型PLC的CPU多采用单片机或专用的CPU。
大型PLC的CPU多用位片式结构，具有高速数据处理能力。
3、基本I/O接口电路
（1）输入接口单元。
PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送至PLC内部电路。
（2）输出接口单元。
PLC输出电路用来将CPU运算的结果变换成一定形式的功率输出，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触器线圈等）。
PLC输出电路结构形式分为继电器式、晶闸管式和晶体管输出型等三种。
在继电器式输出中，CPU可以根据程序执行的结果，使PLC内设继电器线圈通电，带动触点闭合，通过继电器闭和的触点，由外部电源驱动交、直流负载。
优点是过载能力强，交、直流负载皆宜。
但存在动作速度较慢，且为有触点系统，使用寿命有限等问题。
双向晶闸管和晶体管输出型输出分别具有驱动交、直流负载的能力。
晶闸管输出型CPU通过光耦电路的驱动，使双向晶闸管通断，可以驱动交流负载；晶体管输出型CPU通过光耦电路的驱动，使双晶体管通断，驱动直流负载。
优点是两者均为无触点开关系统，不存在电弧现象，而且开关速度快，缺点是半导体器件的过载能力差。
以上列举了六类输入和输出电路形式，各类PLC产品的输入、输出电路结构形式均有所不同，但光耦隔离及阻容滤波等抗干扰措施是相似的。
3、接口电路
PLC接口电路分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两类。
（1）I/O扩接口电路
I/O扩展接口电路用连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。
I/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。
根据被控制对象对PLC控制系统的技术和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。
（2）外设通信接口电路
通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络。
PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口和电缆与计算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能。
4、电源
PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电源需要的工作电源（5V直流）。
当输入端子为非干接点结构时，为外部输入元件提供24V直流电源（仅供输入点使用）。
三PLC的硬件设计
3.1PLC一般设计的内容和步骤
3.1.1PLC控制系统的设计分析
1.最大限度地满足被控对象的控制要求
充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。
这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。
同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。
2.保证PLC控制系统安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。
这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。
例如：
应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。
3.力求简单、经济、使用及维修方便
一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。
因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。
这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。
3.2分析被控对象并提出控制要求
详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。
1确定输入／输出设备
根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：
按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：
接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。
2选择PLC
PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，详见本章第二节。
3.分配I/O点并设计PLC外围硬件线路
（1）.分配I/O点
画出PLC的I/O点与输入／输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第２步中进行。
4.设计PLC外围硬件线路
画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等
由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。
到此为止系统的硬件电气线路已经确定。
5.程序设计
根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。
程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。
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