PLC四层电梯控制本科毕业设计.docx

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PLC四层电梯控制本科毕业设计

本设计针对我国电梯业的现状，将可编程序控制器（PLC）应用于四层电梯进行逻辑控制。

通过合理的选择和设计，不但提高了电梯可靠性，可维护性，以及灵活性，同时延长了使用寿命，缩短了电梯的开发周期，并提高了电梯的控制水平，改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。

本文所设计的电梯与传统的电梯相比，在运行上具有良好的舒适感。

在生活中可以节约电能，取得了良好的经济效益和社会效益。

达到了理想的目的，该电梯控制系统具有指层厅召唤，选层选向，手动和自动等功能，具有集选控制的特点.。

在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，阐述PLC的优点及特点，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计，研究并提出了基于PLC电梯控制系统设计的实现方案，最后对本论文的研究内容进行了总结与展望。

关键词：

电梯；变频器；PLC控制；变频调速

Abstract

ThedesignforthestatusquoofChina'selevatorindustrywillbeaprogrammablelogiccontroller（PLC）usedforfour-storeyelevatorcontrollogic,throughtherationalselectionanddesign,notonlytoimprovethereliabilityoftheelevator,maintainability,andflexibility,whileextendingtheoflifeandshortenthedevelopmentcycleoftheelevatorandtheelevatorcontroltoraisetheleveloftheelevatoroperationtoimprovethecomfort,sothatthelifttoreachamoresatisfactorycontroleffect.Inthispaper,thedesignoftheelevatorbytheelevatorwhencomparedwiththetraditional,intherunwithgoodcomfort,inlifecansaveenergy,andachievedgoodeconomicandsocialbenefitstoachievethedesiredpurpose.Theelevatorcontrolsystemhasameanlayer,theOfficeofcallstothelayerselected,manualandautomaticfunctionswithasetoffeaturestocontroltheelection.Inintroducingthebasicstructureoftheliftonthebasisofthedepthanalysisoftheworkingprincipleoftheelevator,onthemeritsandcharacteristicsofPLC,thefocusofananalysisofthelifthardwaredesignandsoftwaredesign,researchandPLCbasedcontrolsystemdesignedtolifttheachievementoftheprogram,Finally,thestudyofthisthesisaresummarizedandprospects.

Keywords：

Elevator；PLCcontrol；VVVF；inverter

第一章可编程控制器8

1.1可编程控制器的介绍8

1.1.1定义8

1.1.2PLC和CPU的构成8

1.1.3电源模块8

1.2可编程控制器的选用9

1.2.1PLC控制系统的I/O点数计算9

1.2.2PLC的型号选择10

第二章硬件接线11

2.1外部接线图11

2.2I/O分配图11

第三章交流电梯的基本结构13

3.1机房部分13

3.2井道部分13

3.3轿厢部分13

3.4厅门部分14

3.5电梯的平层与停层15

第四章电梯的主电路及控制电路17

4.1拽引电动机主电路17

4.2控制部分17

4.3输入输出地址分配表如下18

4.4电梯工作过程19

4.5硬件设计原理20

4.6总体设计21

4.6.1设计目的21

4.6.2设计方案与技术指标21

第五章系统软件设计23

5.1PLC梯形图概述23

5.2系统工作过程分析23

5.3控制要求24

5.4过程分析24

5.5调试过程26

5.5.1准备工作26

5.5.2调试程序26

5.5.3系统软件设计27

结论29

参考文献30

谢辞31

前言

1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。

1969年，美国数字设备公司根据美国通用汽车公司的要求，研制出第一台可编程控制器PDD-14，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。

70年代后期，随着微电子技术和计算机的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制领域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC（programmablecontroller）。

但由于PC容易与个人计算机（personnalcomputer）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。

国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。

在草案中对可编程控制器定义如下：

“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储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。

可编程控制器，简称PLC。

它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。

具有1.可靠性高、抗干扰能力强2.设计、安装容易，维护工作量少3.功能强、通用性好4.开发周期短，成功率高5.体积小，重量轻，功耗低等特点。

已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。

与继电——接触器系统相比系统更加可靠；占位空间比继电——接触器控制系统小；价格上能与继电——接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构、中央数据处理系统直接传输数据等。

因此，进行电梯的PLC控制系统的设计，可以推动电梯行业的发展，扩大PLC在自动化控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。

随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，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。

目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、微型计算机控制和PLC控制三种。

从控制方式和性能上来说，这三种方法并没有太大的区别，国内外厂家大多选择第三种方式，其原因在于如果生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高; 传统的继电器控制系统其主要缺点是触点多，故障率高，可靠性差，维修工作量大等；而PLC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等，实际上是PLC系统内存工作单元，既无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，可靠性高，程序设计方便灵活，研制周期短，因此，它比继电器控制和微机控制有着更明显的优越性，运行寿命更长，工作更安全可靠，自动化水平更高。

第一章可编程控制器

1.1可编程控制器的介绍

1.1.1定义

PLC可编程序控制器：

PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，它的定义如下:

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。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,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。

1.1.2PLC和CPU的构成

从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。

进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。

内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。

CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。

但工作节奏由震荡信号控制。

运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。

寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

1.1.3电源模块

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。

同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。

电源输入类型有：

交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。

（1）编程设备：

编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。

小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器；

（2）人机界面：

最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及；（3）输入输出设备：

用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机。

依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。

因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。

PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。

对于一个自动化工程（特别是中大规模控制系统）来讲，选择网络非常重要的。

首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。

1.2可编程控制器的选用

1.2.1PLC控制系统的I/O点数计算

根据电梯控制的特点，输入信号应该包括以下几个部分：

（1）轿厢内及各层门厅外呼按钮

主要是轿厢内的楼层选择数字键1~4，各层门厅外呼按钮，除一层只设置上升按钮，四层只设置下降按钮外，其他层均设置上升和下降两个按钮。

一共需要10个输入。

（2）位置信号

位置信号由安装于各楼层的电梯停靠位置的4个传感器产生。

平时为常开，当电梯运行到平层时关闭。

另外还有一组开光门限位。

所以位置信号一共需要6个输入。

（3）电梯门控制信号

大部分电梯都具有开门按钮、关门按钮，以方便手动开关门。

一共需要2个输入。

（4）模拟电梯到位按钮

由于条件有限，所以本文还设置了到位按钮。

电梯一共四层，所以设置了4个到位按钮，一共需要4个输入。

综上所述，共需要输入点22个。

输出信号应该包括：

1）内呼指示信号

内呼指示信号有四个，分别用来表示1~4层楼层内呼的指令被接受，并在内呼指令完成后，信号消失。

2）外呼指示信号

外呼指示信号共有六个，分别用来表示1~4层楼层外呼的指令被接受，并在外呼指令完成后，信号消失。

3）电梯轿厢上下行，电梯上下行指示信号，共四个。

4）门电机开关指示，共需两个输出点。

综上所述，共需要输出点16个。

1.2.2PLC的型号选择

综合以上关于输入、输出点的计算以及要实现的电梯控制功能，实验室现有的三菱FX2N型号的PLC完全能实现设计要求。

因为FX2N型号的PLC是一款面对大中型工业应用的PLC，输入输出点，内存容量以及响应时间均符合条件。

并且，三菱PLC具有稳定性高，功能强大，环境适应性强，编程软件简单完善，价格适中等优点。

所以本次设计采用了FX2N-48MR型号的可编程控制器。

第二章硬件接线

2.1外部接线图

系统的硬件连接图即PLC和系统中各个硬件的连线。

具体如图2-1：

图2-1主电路

2.2I/O分配图

关于四层楼的I/O分配表如表2-1所示。

表2-1I/O分配图

序号

名称

输入点

序号

名称

输出点

外呼1上行

电梯上行

外呼2下行

电梯关门

外呼2上行

电梯下行

外呼3下行

电梯开门

外呼3上行

内呼1层指示

外呼4下行

内呼2层指示

1层到位

内呼3层指示

2层到位

内呼4层指示

3层到位

X10

外呼1层上升指示

Y10

4层到位

X11

外呼2层下降指示

Y11

开门到位

X12

外呼2层上升指示

Y12

关门到位

X13

外呼3层下降指示

Y13

内呼1层

X14

外呼3层上升指示

Y14

内呼2层

X15

外呼4层下降指示

Y15

内呼3层

X16

内呼开示

Y16

内呼4层

X17

内化关门指示

Y17

内呼开门

X20

内呼关门

X21

电梯上升限位

X22

电梯下降限位

X23

手动复位

X24

第三章交流电梯的基本结构

电梯的电气系统包括电力拖动系统和电气控制系统两大部分。

电力拖动系统有各种交流的和直流调速系统。

电气控制系统现在已逐渐采用可靠性更高、通用性更强的可编程控制器和微型计算机控制系统，但是，仍有大量正在使用的电梯采用继电器—接触器控制系统。

本次毕业设计采用交流变极调速、继电器—接触器控制的XPM型四层四站客货两用电梯,XPM型型号中X代表选层按钮控制，P代表自动选层，M代表自动门。

电梯的基本结构按照位置，可分为机房、井道、轿厢和厅门四大部分。

3.1机房部分

机房设在顶层，在井道的上方，机房部分包括拽引机、控制屏和限速器等。

（1）拽引机

拽引机是电梯的驱动机构，它包括拽引电动机、电磁制动减速器和拽引电动机为电梯专用YTD系列双速电动机。

减速器采用蜗轮蜗杆减速。

拽引轮是V型或轮挂着对重，当轿厢上升时对重下降，反之当轿厢下降时对重上升，轿厢与对重要在井道中各自的导轨内滑动。

（2）控制屏

控制屏上装有电梯电气控制系统的大部分电器，包括熔断器、接触器，各种继电器、变压器、整流器及各种阻容元件等。

（3）限速器

限速器是电梯专用的一种安全保护装置，通常使用离心甩块夹绳式限速器。

3.2井道部分

井道是电梯轿厢垂直运动的通道，在井道里安装有轿厢和对重的导轨，缓冲器，以及各种控制和保护用的电器。

其中包括极限开关，楼层感应器，平层隔磁板等。

3.3轿厢部分

电梯的轿厢部分包括轿厢体，安全钳，轿厢门的自动开关装置，平层和层楼信号装置，以及轿厢操纵屏和指示灯。

（1）轿厢体

轿厢是指电梯用来载动运乘客或货物的装置。

包括厢架、厢体、厢门。

（2）自动开关装置

开关门及电机开关门控制装置轿厢门由电动机拖动，能自动开关，开关门电动机采用直流电动机。

（3）平层和楼层信号感应器装置，

从电力拖动自动控制的角度来看，电梯是垂直运行按行程位置进行控制的电气设备，而向控制电路发出楼层和平层的位置信号的装置是永磁感应器。

平层感应器一般用永磁感应器，他和换速感应器结构相同，均由干簧管和永磁铁组成，干簧管是一个装有触点的真空管，其动触点2是用导磁的簧片制成，触点1—2之间相当于一组动断触点，2—3之间相当于一组动合触点。

由于干簧管装在永久磁铁旁边，在磁场的作用下簧片动作，其动断触点1—2断开，而动合触点2—3断开。

用永久磁感应器作位置控制的主令电器，不但具有动作迅速可靠的优点，而且没有行程开关容易产生机械磨损的缺点。

发出平层信号的平层感应器装在轿厢上，装在上面的是平层感应器，装在两者中间是开门感应器。

三个感应器随轿厢上下运动，而平层隔磁板则固定在井道中，当轿厢到达停层位置时，平层隔磁板插入三个感应器中间，则轿厢的底版正好与楼面地板平齐。

楼层信号感应器的原理与此相同，不同的是停层隔磁铁板装在轿厢顶上随轿厢运动，而楼层感应器则固定在井道中（每层一个）。

（4）轿厢内操纵屏和指示灯

在轿厢上装有操纵屏，上面装有选层按钮和各种控制按钮。

在轿厢门上有指示灯，用以指示轿厢所在的楼层数。

3.4厅门部分

厅门部分主要有厅门，厅门外的召唤按钮和指示灯。

（1）厅门

厅门是指每一楼层的电梯门，厅门平时应是关闭的。

而且从外面不能打开。

厅门本身没有开关门的动力。

当电梯轿厢到达一层楼时，由轿厢门上的拔叉插入厅门上的两个渡轮之间，带动厅门与轿厢一起开、关。

（2）厅门外的呼唤按钮和楼层信号指示灯

在厅门的门框旁，装有两个按钮，用来发出呼唤电梯信号，一个是上呼唤按钮，一个是下呼唤按钮。

XPM型电梯是由操纵者在轿厢内进行控制的，在厅门外能向操纵者发出呼唤电梯信号，现时不能控制电梯运行的方向。

交流双速电梯电气控制系统由拖动电路部分,直流控制电路部分,交流控制电路部分,照明电路部分,厅外召唤电路部分,以及指示灯信号指示电路。

交流双速电梯电气控制系统按电路功能分为自动门的开关电路,轿厢指令控制与厅外招呼控制电路,指层电路与定向控制电路,电梯的启动加速与减速平层电路等.各电路之间的控制关系。

正是上述电路的相互配合,曳引电动机按指拧启动,正转、反转、加速、减速、等速、制动、停止来实现电梯各种工作状态的运行。

3.5电梯的平层与停层

平层与停层时使上行或下行接触器KM1或KM2断电释放，切断拽引电动机和电磁制动器线圈电路，实现制动抱闸，电梯停于某一层站。

平层是指电梯平层时，轿厢底与层站地面在同一水平面上，这样便于乘客的进出。

为了保证电梯的平层准确度。

通常在轿厢顶设置平层器。

平层器由三个干簧感应器构成，由上至下分别为上平层感应器，门区感应器和下平层感应器。

图3—1干簧感应器结构原理示意图

干簧感应器的结构和工作原理图如图3-1所示，它由干簧管和永久磁铁组成，干簧管是一个装有触点的真空管，其动触点2是用导磁的簧片制成，触点1—2之间相当于一组动断触点，2—3之间相当于一组动合触点。

由于干簧管装在永久磁铁的旁边，在磁场的作用下簧片动作，其动断触点1—2断开，而动合触点2—3闭合（图2.2.2（a））当隔磁铁板插入干簧管与磁铁之间（图2.2.2（b））时,簧片复位，其动断触点1—2闭合，动合触点2—3断开。

用永磁干簧感应器作位置控制的主令电器，不但具有动作迅速可靠的优点，而且没有行程开关容易产生机械磨损的缺点。

第四章电梯的主电路及控制电路

4.1拽引电动机主电路

如下图4—1所示。

Q电源总开关M交流双速电动机动KM7慢速接触器，KM6快速接触器，KM1上行接触器，KM2下行接触器，KM3加速接触器KM4，第一减速接触器，KM3第二减速接触器。

图4—1电梯控制实图

4.2控制部分

针对这个四层电梯的控制系统．本设计采用西门子S7—200可编程控制器设计电梯的控制系统完成电梯的轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制任务。

电梯运行规则

1.当电梯在一楼时，按厢内指令开关”4”,电梯应在四楼停车。

2.按”1”楼下呼梯开关,电梯应由四楼降到一楼接人。

3.按厢内指令开关”3”,同时按二楼上呼开关电梯应在二楼接入后,再到三楼。

4.当电梯在三楼时,依次按厢内开关“二”，“四”，“一”电梯应下行到二楼下行至一楼然后上行至四楼。

5.电梯在一楼,按厢内指令开关“2”随后立即按开关三,四楼应下呼梯开关,电梯应先到二楼,下客后断续上升到四楼接客,然后到三楼接客。

图4—2电梯的按钮屏的示意图

4.3输入输出地址分配表如下

（1）输入部分

表4—1输入元件

名称

元件名

地址编码

名称

元件名

地址编码

一层位置开关

SQ1

I0.0

一层上行呼梯

SB5

I1.0

二层位置开关

SQ2

I0.1

二层上行呼梯

SB6

I1.1

三层位置开关

SQ3

I0.2

三层上行呼梯

SB7

I1.2

四层位置开关

SQ4

I0.3

二层下行呼梯

SB8

I1.3

一层指令开关

SB1

I0.4

三层下行呼梯

SB9

I1.4

二层指令开关

SB2

I0.5

四层下行呼梯

SB10

I1.5

三层指令开关

SB3

I0.6

四层指令开关

SB4

I0.7

（2）输出部分

表4-2输出元件

名称

元件名

地址编码

名称

元件名

地址编码

上行指示

Q0.0

一层上行呼梯

Q1.0

下行指示

Q0.1

二层上行呼梯

Q1.1

上行驱动

KM1线圈

Q0.2

三层上行

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