基于plc的三层电梯控制系统.docx

基于plc的三层电梯控制系统.docx

《基于plc的三层电梯控制系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于plc的三层电梯控制系统.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于plc的三层电梯控制系统

摘要

随着我国国民经济的飞速进展，现代化程度日益提高，高层建筑多，电梯也随之增多，电梯产品在人们的物质文化生活中的地位也得到了提高，成为重要的交通运输设备之一。

国内以前传统的电梯控制是有继电器、接触器构成。

他不仅存在着可靠性差、成本高、高故障率等缺点，而且楼房层数增加时，配线改变给制造及安装带来诸多不便。

若用PLC控制就解决了以上的不足。

首先，分别阐述了电梯继电器控制和PLC控制的特点，突出讲述继电器电梯控制系统暴露的缺点以及PLC电梯控制系统所具有的优点，其次，在阅读了大量国内外相关文件资料的基础上，对电梯技术和电梯设备的进展进行了综述。

然后介绍了PLC选型原则以及PLC控制系统的设计思路;在此基础上，根据电梯系统自身的工作状态要求，进行电梯系统的PLC软件开发，通过软件开发的特点，结合PLC自身的控制规律，设计出可实现一定功能的PLC电梯控制系统。

本设计就以PLC做为工具对电梯的各种操作进行控制。

先对三层电梯的硬件部分做分析，看需要什么样的开关、信号等等。

然后，画出他的控制面板图，根据I/O点数来确定PLC机型，最终再进行原件设计，画出程序流程图，写出梯形图，随之在计算机上进行仿真。

关键词：

PLC电梯控制系统

Abstract

Withtherapiddevelopmentofourcountry'snationaleconomy,thedegreeofmodernizationisincreasingdaybyday,therearemorehigh-risebuildingsandmoreelevators.Thepositionofelevatorproductsinpeople'smaterialandculturallifehasalsobeenimproved,andithasbecomeoneoftheimportanttransportationequipment.ThetraditionalelevatorcontrolinChinaiscomposedofrelayandcontactor.Henotonlyhastheshortcomingsofpoorreliability,highcostandhighfailurerate,butalsobringsmanyinconveniencetomanufactureandinstallationwhenthenumberofbuildingsincreases.IftheuseofPLCcontroltosolvetheaboveshortcomings.

Firstly,thecharacteristicsofelevatorrelaycontrolandPLCcontrolaredescribed,andthedisadvantagesexposedbyrelayelevatorcontrolsystemandtheadvantagesofPLCelevatorcontrolsystemarehighlighted.Secondly,theadvantagesofPLCelevatorcontrolsystemarediscussed.Thispaperreviewsthedevelopmentofelevatortechnologyandequipmentonthebasisofreadingalargenumberofdomesticandforeignrelevantdocuments.ThentheprincipleofPLCselectionandthedesignideaofPLCcontrolsystemareintroduced.Onthisbasis,accordingtotheworkingstateoftheelevatorsystem,thePLCsoftwareoftheelevatorsystemisdeveloped.AccordingtothecharacteristicsofthesoftwaredevelopmentandthecontrollawofthePLCitself,acertainamountofworkcanberealized.Yes,PLCelevatorcontrolsystem.

ThisdesigntakesPLCasatooltocontrolallkindsofoperationofelevator.First,thehardwareofthethree-storeyelevatorisanalyzedtoseewhatkindofswitches,signals,andsoon.Then,drawouthiscontrolpaneldiagram,accordingtotheIOpointstodeterminethePLCmodel,finallycarryontheoriginaldesign,drawouttheprogramflowchart,writeouttheladderdiagram,thencarryonthesimulationonthecomputer.

KEYWORDS:

PLCelevatorcontrolsystem

1绪论

随着城市建设的不断进展，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。

实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或规律控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采纳随机规律方式控制。

目前电梯的控制普遍采纳了两种方式，一是采纳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（PLC）取代微机实现信号集选控制。

从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。

国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计便利灵活，抗干扰能力强、运行稳定等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采纳可编程控制器来实现。

总之，电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的进展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已经无法满足与适应电梯控制的要求和进展，与PLC相比较，存在质的差别。

电梯使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的电梯控制系统，而现在，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了更辽阔的空间。

PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断进展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增加、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。

因此它已成为电梯运行中的关键技术。

2电梯的概述

2.1电梯结构

电梯由下列几部分组成：

（1）电梯井道；

（2）电梯机房；（3）井地道坑：

井地道坑在最底层平面标高下≥1.4m，作为轿厢下降时所需的缓冲器的安装空间；（4）组成电梯的有关部件；轿厢；（5）井壁导轨和导轨支架；（6）牵引轮及其钢支架、钢丝绳、平衡锤、轿厢开关门、检修起重吊钩等；（7）有关电器部件。

图2.1电梯的结构

1—控制柜（屏）;2一拽引机;3—拽引钢丝绳;4—限速器;5—限速器钢绳;6—限

速器张紧装置;7—轿厢;8—安全钳;9—轿厢门安全触板;10—导轨;11—对

重;12-厅门；13—缓冲器

2.2电梯控制要求

当电梯的轿厢停于第一层或第二层时，按第三层上升按钮，则轿厢上升至第三层后停；当电梯的轿厢停于第三层或第二层时，按第一层下降按钮，则轿厢下降至第一层后停；当轿厢停在第一层，若再按第二层呼梯按钮则陆续上升至第三层平层开关闭合；（当轿厢停在第三层，若按第二层呼梯按钮，则轿厢下降至第二层平层开关闭合后停，若再按第一层呼梯按钮则陆续上升至第二层平层开关闭合；当轿厢停在第一层，若第二层、第三层均有呼梯信号，则轿厢上升至第二层暂停后，陆续上升至第三层；当轿厢停在第三层，若第二层、第一层均有呼梯信号，则轿厢下降至第二层暂停后，陆续下降至第一层；轿厢在楼梯间运行时间超过12s，即电梯任一层楼的时间若超过12s电梯停止运行；当轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的按钮呼梯均无效，但记忆。

呼楼指示、记忆条件是有呼楼信号，且电梯没有在呼叫层。

电梯上升控制条件分别为第三层呼而电梯在第二层；或者电梯在第一层，在第三层或第二层呼梯。

同时一定电梯没有处于下降状态且时间定时器没有到时。

电梯下降控制与上升控制原理相同。

3硬件的选择

3.1PLC定义和特点

PLC定义：

早期的可编程控制器称作可编程规律控制器（ProgrammableLogicController,PLC），它主要用来代替继电器实现规律控制。

随着技术的进展，这种采纳微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了规律控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了幸免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编过程控制器简称PLC,plc。

自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编过程控制器质量优良，功能强大。

PLC（ProgrammableLogicController），可编程规律控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采纳一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行规律运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

PLC特点：

①高可靠性

1）所有的I/O接口电路均采纳光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。

2）各输入端均采纳R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。

3）各模块均采纳屏蔽措施，以防止辐射干扰。

4）采纳性能优良的开关电源。

5）对采纳的器件进行严格的筛选。

6）良好的自诊断功能，一旦电源或其它软，硬件发生异常情况，CPU马上采纳有效措施，以防止故障扩大。

7）大型PLC还可以采纳由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

②丰富的I/O接口模块

PLC针对不同的工业现场信号，如：

交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。

有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：

按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。

另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块等等。

③采纳模块化结构

为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采纳模块化结构。

PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采纳模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

④编程简洁易学

PLC的编程大多采纳类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很简单被一般工程技术人员所理解和掌握。

⑤安装简洁，维修便利

PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。

使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。

各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。

由于采纳模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。

3.2PLC进展趋势

①向高速度、大容量方向进展

为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。

目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。

PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。

②向超大型、超小型两个方向进展

当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向进展，格外是向超大型和超小型两个方向进展。

现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。

③PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力

为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。

④增加外部故障的检测与处理能力。

根据统计资料表明：

在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。

前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于PLC的外部故障。

因此，PLC生产厂家都致力于研制、进展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。

⑤编程语言多样化

在PLC系统结构不断进展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。

除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。

多种编程语言的并存、互补与进展是PLC进步的一种趋势。

3.3PLC基本结构

可编过程控制器简称为PLC（ProgrammableLogicController）主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。

（如图3.1所示）

图3.1PLC控制系统示意图

可编过程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。

可编过程控制器主要由CPU（中央处理单元）、存储器（RAM和EPROM）、输入/输出模块（简称I/O模块）、编程器和电源五大部分组成。

①CPU模块

CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微机处理器（CPU）和存储器组成。

CPU的作用类似于人类的大脑和心脏。

它采纳扫描方式工作，每一次扫描要完成以下工作：

1）输入处理：

将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存器。

2）程序执行：

逐条读入和解释用户程序，产生相应的控制信号去控制有关的电路，完成数据的存取、传送和处理工作，并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。

3）输出处理：

将输出映像寄存器的内容送给输出模块，去控制外部负载。

②I/O模块

I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联络外部现场和CPU模块的桥梁。

输入模块用来接收和采集输入信号。

输入信号有两类：

一类是从按钮、选择开关、数字开关、限位开关、接收开关、关电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续改变的模拟量输入信号。

可编过程控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，可编过程控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。

CPU模块的工作电压一般是5V，而可编过程控制器的输入/输出信号电压一般较高，如直流24V和交流220V。

从外部引入的尖蜂电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使可编过程控制器不能正常工作，所以CPU模块不能直接与外部输入/输出装置相连。

I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与噪声隔离的作用。

③存储器模块

系统程序存储器用以存放系统程序，包括治理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。

由只读存储器、ROM组成。

厂家使用的，内容不可更改，断电不消逝。

用户存储器：

分为用户程序存储区和工作数据存储区。

由随机存取存储器（RAM）组成。

用户使用的。

断电内容消逝。

常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。

1）随机存取存储器（RAM）

用户可以用编程装置读出RAM的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此，RAM又叫读写存储器，它是易失性的存储器，它的电源中断后，存储的信息将会丢失。

RAM的工作速度高，价格廉价，改写便利。

在关断可编程控制器的外部电源后，可用锂电池保存在RAM中的用户程序和某些数据，锂电池可用2~5年，需要更换锂电池时，由可编程控制器发出信号，通知用户。

现在部分可编程控制器仍用RAM来储存用户程序。

2）只读存储器（ROM）

ROM的内容只能读出，不能写入。

它是非易失性的，它的电源消逝后，仍能保存储存的内容。

ROM一般用来存放可编程控制器的系统程序。

3）可电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）

它是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程，兼有ROM的非易失性和RAM的随机存取的优点，但是将信息写入它需要的时间比RAM长得多。

EEPROM用来存放用户程序和需要长期保存的重要数据。

3.4PLC的工作原理

PLC是采纳“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。

即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。

然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

PLC在输入采样阶段：

首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。

随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

PLC在程序执行阶段：

按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

输出刷新阶段：

当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。

3.5硬件接线图

图3.2硬件接线图

图3.2有14个输入的开关信号和16个输出信号，电梯的上下行用DOWN和UP模拟显示，内选指示、楼层指示、上呼指示和下呼指示都用信号灯进行模拟。

开关量I/O模块的输入接线方式均采纳汇点式输入，输出方式才用分组式输出，控制电梯上下行的接触器采纳220V的交流电进行控制，各种信号指示灯采纳36V的安全电压进行供电，各个输入输出节点和外部相连接情况均表达清楚。

4PLC电梯的控制系统设计

4.1三菱PLC基本规律指令

FX2N共有27条基本规律指令，基本规律指令是PLC中最基本的编程语言，掌握了它也就初步掌握了PLC的使用方法，各种型号的PLC的基本规律指令都大台大同小异，现在我们针对FX2N系列，逐条学习其指令的功能和使用方法。

①输入输出指令（LD/LDI/OUT）

下面把LD/LDI/OUT三条指令的功能、梯形图表示形式、操作组件以列表的形式加以说明：

LD（取）常开触点与母线相连X，Y，M，T，C,S

LDI（取反）常闭触点与母线相连X，Y，M，T，C,S

OUT（输出）线圈驱动Y，M，T，C，S,F

LD与LDI指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。

OUT指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。

输出指令用于并行输出，能连续使用多次。

②触点串连指令（AND/ANDI）、并联指令（OR/ORI）

AND（与）常开触点串联连接X，Y，M，T，C,S

ANDI（与非）常闭触点串联连接X，Y，M，T，C,S

OR（或）常开触点并联连接X，Y，M，T，C，S

ORI（或非）常闭触点并联连接X，Y，M，T，C，S

AND、ANDI指令用于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这两个指令可连续使用。

③电路块的并联和串联指令（ORB、ANB）

ORB（块或）电路块并联连接

ANB（块与）电路块串联连接

含有两个以上触点串联连接的电路称为"串联连接块"，串联电路块并联连接时，支路的起点以LD或LDNOT指令开始，而支路的终点要用ORB指令。

ORB指令是一种独立指令，其后不带操作组件号，因此，ORB指令不表示触点，可以看成电路块之间的一段连接线。

如需要将多个电路块并联连接，应在每个并联电路块之后使用一个ORB指令，用这种方法编程时并联电路块的个数没有限制；也可将所有要并联的电路块依次写出，然后在这些电路块的末尾集中写出ORB的指令，但这时ORB指令最多使用7次。

将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用ANB指令，各并联电路块的起点，使用LD或LDNOT指令；与ORB指令一样，ANB指令也不带操作组件，如需要将多个电路块串联连接，应在每个串联电路块之后使用一个ANB指令，用这种方法编程时串联电路块的个数没有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。

④程序结束指令（END）

在程序结束处写上END指令，PLC只执行第一步至END之间的程序，并马上输出处理。

若不写END指令，PLC将以用户存贮器的第一步执行到最终一步，因此，使用END指令可缩短扫描周期。

另外。

在调试程序时，可以将END指令插在各程序段之后，分段检查各程序段的动作，确认无误后，再依次删去插入的END指令。

其它的一些指令，如置位复位、脉冲输出、清除、移位、主控触点、空操作、跳转指令等等。

4.2基于PLC的电梯控制流程图系统设计

电梯控制流程图如图4.1所示。

开始

初始化

系统状态的确定

用户输入程序

是否在看关门

轿厢看关门程序段

是否上行召唤

是否下行召唤

是否处于空闲

设定上行目标

设定下行目标

是否处于上行

是否处于下行

执行上行程序段

执行下行程序段

是

否

是

否

是

是

否

否

否

是

是

图4.1电梯控制流程图

4.3