基于FX2N48的PLC五层电梯毕业设计.docx
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基于FX2N48的PLC五层电梯毕业设计
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电梯控制系统的硬件设计
2.1电梯控制的要求
2.1.1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）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。
图2.1.1为电梯层门示意图。
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。
图2.1.1电梯层门示意图
2.2.2电梯轿厢内控制屏
图2.2.2轿厢内控制屏示意图
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。
2.3主电路的设计
2.3.1拖动电机电路的设计
本设计采用三相异步电机作为电梯的牵引电机，并且电机采用星-三角起动方式。
图2.3.1电梯拖动电机电路
异步电机从静止状态过渡到稳定运行状态的过程称为异步电机的启动过程。
如果在额定电压下直接起动，由于最初起动瞬间主磁通约减小到额定值的1/2，转子功率因数又很低，造成了起动时堵转电流相当大而堵转转矩并不大（不像直流电机那样，起动转矩与起动电流成正比）的结果，所以要采用星-三角降压起动方法。
起动时，电机定子绕组接成星形联结，起动后改接成三角形联结，如图3所示。
起动时，接触器KM3、KM5触点闭合，电机定子绕组接成星形联结，待转速升高到一定程度后，接触器KM5触点断开，接触器KM6触点闭合，定子绕组改成三角形联结，电机进入正常运行。
制动时采用能耗制动，接触器KM3触点断开、KM7闭合，电机在断开交流电源的同时，在定子两相上通入直流电流，直流电流通过定子绕组，便在电机内建立一个位置固定、大小不变的恒定磁场。
电机转子由于惯性继续旋转，转子导体切割恒定磁场而产生感应电动势和电流，该电流和恒定磁场相互作用产生相互作用产生电磁转矩，转矩的方向与转子实际旋转方向相反，起到了制动的作用。
在制动过程中，电机的转速不断下降，电机不断吸收系统存储的机械能，并把它转换成电能消耗在转子电路的电阻上。
图2.3.1电梯门拖动电机
2.3.2门电机电路的设计
门电机的驱动也采用三相异步电机，而起动时采用直接起动的方式，因为门电机的功率不大，直接起动对电源的影响不大，门电机电路如图4所示。
接触器KM1闭合，门电机正转，电梯门打开。
接触器KM2闭合，门电机反转，电梯门关闭。
3电梯PLC控制系统的软件设计
3.1PLC五层电梯控制系统的工作流程
图3.1为PLC单台电梯控制系统工作流程图，从图中可知控制一台电梯正常工作，主要需要如下信号：
控制信号、层楼信号、指令信号、召唤信号。
图3.1PLC单台电梯控制系统工作流程图
这些信号分别来自轿厢控制面板、井道行程开关、层面控制铵钮和层面火警开关。
来自井道行程开关的层楼信号进行层楼定位并参与自动定向，同时显示所在层楼位置。
来自轿厢控制面板的指令信号和来自层面控制按钮的召唤信号分别进行指令登记和召唤登记，同时进行信号登记显示。
这两种信号也参与自动定向，和层楼信号一同对电梯进行运行控制，包括开／关门、上／下行和停站。
当来自层面的火警开关发出消防控制信号时，立即消除指令登记和召唤登记，直接控制电梯下行至底楼并开门。
运行控制电梯的同时进行运行显示和驱动电动机正转或反转，即电梯上行或下行。
3.2PLCI/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。
3.2.1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，如表3.2.1所示。
表3.2.1输入信号地址
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
3.2.2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，如表3.2.2所示。
表3.2.2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
3.3PLCI/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3.3所示。
L
N
Y00
Y01
Y02
Y03
Y04
Y05
Y06
Y07
COM
Y11
Y12
Y13
Y14
Y15
Y16
AC220V～
图3.3五层电梯硬件连接图
3.4PLC五层电梯控制系统的顺序功能图
3.5PLC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下梯形图所示：
接下图
接下图
电梯初始化设置
（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3.5所示：
图3.5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下：
图3.6楼层信号显示环节梯形图
本设计中采用七段LED显示器来显示楼层的位置，该显示器有共阳极和共阴极两种。
共阴极LED显示块的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。
同样，共阳极LED显示块的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压。
当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。
本设计只要显示一楼到五楼，而且采用共阴极LED显示器，与之对应的7段LED字型码如下表3.6所示。
表3.6七段LED字型码
楼层
A段
B段
C段
D段
E段
F段
G段
字型码
一楼
0
1
1
0
0
0
0
06H
二楼
1
0
1
1
0
1
1
5BH
三楼
1
1
1
1
0
0
1
4FH
四楼
0
1
1
0
0
1
1
66H
五楼
1
0
1
1
0
1
1
6DH
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，梯形图如下图所示：
图3.4.5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，梯形图如下图所示：
图3.4.6电梯从第五层到第一层的梯形图
结束语
在本次毕业设计中本人基本上完成了此次毕业设计的要求，设计出的电梯具有普通生活的基本功能要求。
此次设计的基于三菱FX2N-48的PLC五层电梯具有如下的功能：
（1）电梯具有外部请求和内部请求信号；最低层只具有外部外部请求按钮，最顶层只具有向下请求按钮，中间层具有上、下请求按钮；内部有5个请求按钮，且当按下本层的按钮时不动作。
（2）接到请求信号，电梯关门，停到相应的楼层，开门（开门时蜂鸣器响）。
（3）每个外部请求设有指示灯；每个楼层也设有楼层指示灯。
（4）电梯内部设有开门按钮和关门按钮。
在本次毕业设计中本人对三菱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。
这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。
致谢
通过本次课程设计，了解了电梯的组成与其工作原理，深刻理解了PLC的结构、特点及其工作原理，掌握PLC在控制系统中的应用。
通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。
既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET成了我们很好的助手。
在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。
我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。
在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。
有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。
自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。
为以后的工作积累了经验，增强了信心。
毕业设计，是我大学三年做的最后一份作业，也是我用心去认真设计的，翻阅了很多书籍，查阅了很多相关资料。
我想借此机会感谢四年来所有教过我的老师，所有和我一起学习的同学，是你们让我学会了很多，让我的大学生活缤纷多彩。
我要感谢我的毕业指导老师吴恒玉老师，在毕业设计过程中，吴老师给了我们很大的帮助，并时刻关注着我们毕业设计的进程，给我们做及时的指导。
在此，我由衷地的道一声：
吴老师，您辛苦了，谢谢您！
参考文献
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