基于plc设计的四层电梯.docx
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基于plc设计的四层电梯
PLC课程设计
专业：
自动化
设计题目：
四层电梯PLC控制系统设计
班级：
****学生姓名：
*******学号：
**
指导教师：
***
分院院长：
***
教研室主任：
****
电气工程学院
一、课程设计任务书
1.课程题目
四层电梯PLC控制系统设计
2.设计内容
1）设计四层电梯控制系统的硬件电路（主电路硬件接线设计和PLC外部连线图）和软件程序；
2）PLC程序编制与调试；
3）四层电梯PLC控制系统的综合调试，电梯模型如右图所示；
4）撰写课程设计报告；
5）完成课程设计答辩。
3.四层电梯控制系统的设计要求：
1）基本功能：
图1四层电梯模型示意图
电梯应包括各楼层外呼梯开关，其中1层只有向上开关；4层只有向下开关；中间层（2、3层）具有上、下各两个开关。
电梯轿厢内部应具有完善的控制按钮。
电梯井内应设置楼层检测信号，对电梯位置进行检测。
各楼层设置电梯位置指示灯，指示灯亮表示电梯位于该层，指示灯灭表示电梯离开该层。
程序调试时利用小灯指示电梯运行方向和开关门动作。
电梯开、关门动作控制应设置开门和关门到位检测装置进行开关门状态检测。
电梯控制程序应具有优先响应判别功能。
电梯运行应尽量按照效率最高的原则设置其运行方式。
2）扩展功能：
设置自动关门功能，即电梯响应某层请求信号后停于该层，电梯门自动打开，当电梯门打开到位后，启动定时功能，在定时10s后电梯门自动关闭。
在定时期间强制开关门信号具有高优先级，强制关门信号可以优先结束关门定时状态，提前启动关门动作。
4.课程设计报告要求
1）、要求在课程设计答辩时提交课程设计报告。
2）、报告应包括以下内容：
A、本次设计的主要内容、设计题目、PLC外部连线图、主电路硬件接线图、PLC梯形图或指令程序列表、必要的系统设计及功能说明；
B、系统调试过程介绍，在调试过程中出现的问题，解决办法等；
C、课程设计总结。
包括本次课程设计过程中的收获、体会，以及对该课程设计的意见、建议等；
D、按照要求调整并完善报告；
5.参考资料
[1]史国生主编.电气控制与可编程控制器技术.北京:
化学工业出版社.2004
[2]王永华.现代电气及可编程控制技术.北京:
北京航空航天大学出版社.2002
[3]邓则名.电器与可编程控制器应用技术.北京:
机械工业出版社.1997
[4]徐世许.可编程序控制器原理应用网络.合肥:
中国科学技术大学出版社.2001
[5]王泽元.可编程序控制器实验指导书.长春:
自编实验指导书.2010
6.设计进度（2010年11月29日至12月10日）
时间
设计内容
11月29日
布置设计任务、查阅资料
11月30日-12月2日
方案论证及总体设计
12月3日-12月9日
系统调试及整理课程设计报告
12月10日
课程设计答辩
7.课程设计时间及地点
2010年11月29日～2010年12月10日
上午8：
00～11：
00；下午13：
00~16：
00
综合自动化实验室（新实验楼308）
绪论
在现代社会和经济活动中，计算机技术、自动控制技术和电力电子技术得到了迅速的发展，电梯已经成为城市物质文明的一种标志。
特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。
随着高层建筑飞速发展的今天，电梯行业也随之进入了新的发展时期,电梯控制技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。
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。
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
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。
1.1.3CPU的构成
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。
1.2可编程控制器的选用
1.2.1、PLC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）
（4）电梯门控制信号
大部分电梯都具有开门啊、关门按钮，以方便手动开关门。
一共需要2个输入。
（5）模拟电梯到位按钮
由于条件有限，所以本文海设置了到位按钮。
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。
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。
所以我采用了FX2N-48MR型号的可编程控制器
第二章电梯功能的基本要求和基本构件
2.1设计要求与控制要求
1）基本功能：
电梯应包括各楼层外呼梯开关，其中1层只有向上开关；4层只有向下开关；中间层（2、3层）具有上、下各两个开关。
电梯应包括各楼层外呼梯开关，其中1层只有向上开关；4层只有向下开关；中间层（2、3层）具有上、下各两个开关。
不论轿厢停在何处，均能根据召唤信号自动判断电梯运行方向，然后延时Ts后开始运行；
响应召唤信号后，召唤指示灯F1-F4亮，直到电梯到达该层时熄灭；
当有多个召唤信号，能自动根据召唤楼层停靠层站，经过Ts后，继续上升或下降运行，直到所有的信号响应完毕；
电梯运行途中，任何反方向招呼均无效，且召唤指示灯不亮；
轿厢位置要求用七段数码管显示，上行、下行用上下箭头指示灯显示。
其他电梯运行控制由设计同学自行规定，要求控制设置合理，控制功能完善。
2）扩展功能：
电梯控制程序应具有优先响应判别功能，对楼道内和电梯内的电梯运行请求信号进行综合判优后依次响应电梯请求响应信号。
电梯运行应尽量按照效率最高的原则设置其运行方式。
设置自动关门功能，即电梯响应某层请求信号后停于该层，电梯门自动打开，当电梯门打开到位后，启动定时功能，在定时10s后电梯门自动关闭。
电梯开、关门动作控制应设置开门和关门到位检测装置进行开关门状态检测。
在定时期间强制开关门信号具有高优先级，即如果按下强制开门信号则关门定时器复位，当强制开门按钮松开后重新开始关门定时。
强制关门信号可以优先结束关门定时状态，提前启动关门动作。
3）设计要求：
控制要求中的①-⑤为本次课程设计的基本设计任务部分，要求全体参加课程设计的同学均要予以完成，⑥为附加设计任务，供同学选作。
2.2基本硬件组成
图1四层电梯模型示意图
2.3PLC型号选择
PLC的响应速度要求满足节制，在小规模PLC中整体式比板块式的价格便宜，体积也小，可是在设计勾当中，时常遇到一些估计的指标，在设计勾当中需要举行局部调解，别的板块式PLC解除妨碍所需时间短；我们估算输入输出接口比力多；因为思量到本次设计的电梯体系只有4层，思量到工场造价，我们接纳离线编程的方式，以减小软硬件的开销。
按照PLCI/O节点施用原则，即留出20%—30%的I/O点以做扩大时施用，4层电梯有3二个输入信号，27个输出信号，本体系选用PLC型号为三菱FX2—-128MR，这种机型的I/O点数别离为64，其编纂指令跨越1000条，有2000步的程序内存，并配有响应的编程softwareMEDOC，不单可经由过程手持编纂器对其编纂，并且还可以经由过程计较机对其举行编辑。
PLC型号选择PLC的品类很是繁多，差别品类之间的功能配备布置差异很大，这既给PLC机型的遴选供给了十分广漠的空间，同时也带来了肯定似的困难程度。
机型选择的基来历根基则应是在功能满足要求的条件下，力争最佳的性价比，并有肯定似的进级空间。
思量到本次设计的电梯体系只有4层，且开关量占多数，摹拟量较少。
2.4PLC控制系统和其他工业控制系统的比较
目前，电梯行业在我国迅速的发展，在一定程度上占有很大的市场。
而在今天选择控制电梯运动的设备已经从传统的继电器—接触器转变成可编程序控制器（PLC）。
个人计算机有很强的数据处理功能和图形显示功能，有丰富的软件支持，但是它们是为办公室自动化和家庭设计的，对环境要求很高，抗干扰能力不强，一般不适合在工业现场使用。
单片机只是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。
要将它用于工业控制，还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大，要求设计者具有很强的计算机领域的理论知识和实践经验。
继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。
且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。
工业控制计算机（简称工控机）也是为工业控制设计的，目前比较流行的是PC总线工控机，它与个人计算机兼容。
工控机采用总线式结构，各厂家产品的兼容性强。
工控机一般是在通用微机的基础上发展起来的，有实时操作系统的支持，因此在要求快速、实时性强、功能复杂的领域占有优势。
工控机的价格较高，将它有与开关量控制以取代继电器系统有些大材小用。
工控机的外部I/O接线一般都用多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如可编程序控制器的接线端子那样方便可靠。
以上各种计算机用语控制的程序一般都是用汇编语言编写的，不像可编程续控制器的梯形图语言那样易于被工厂的电气人员掌握。
可编程序控制器是专为工厂现场应用环境设计的，结构上采取整体密封或插件组合型，对印刷电路板、电源、机架、插座的制造和安装，均采用了严密的措施。
可编程序控制器由于具有前述的各种优点，在工业控制领域具有不可比拟的竞争力。
当然在电梯的控制领域也具有重要的地位，把可编程序控制器用于电梯运动的核心部分是很合理的选择，而且可编程序控制器现在在市场上也是一种成熟的产品。
总之，经上述比较可得，我确定选用PLC控制电梯的运行。
PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。
PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道（字）的运算和数据存储，另外还有位处理器，进行点（位）运算与控制。
PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。
PLC控制系统优点如下：
（1）在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。
（2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。
（3）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。
（4）PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。
（5）用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。
（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。
2.5PLC输出接线
PLC的输入输出模块与外部用户设备的接线方式分为汇点式和分割式，两种方式的区别在于：
选用汇点式接法的系统使用的电源电压唯一，而选用分割式接法的系统电源电压不唯一。
根据系统的实际情况，输入输出模块与外部设备的接线形式均。
2.6硬件的设计和选择
这里所选择的硬件设备主要指的是主副回路的设备选择主要是一下设备的选型：
A：
曳引电动机：
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，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。
B：
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。
C：
门电机：
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。
基于以上考虑，部分硬件的选择结果如下：
曳引电机型号：
YDDL160L-6/8
额定功率：
11KW
额定电压：
380V
额定电流：
23A
功率因数：
0.83
备用曳引电机选型通上
门电动机型号：
Y100L-2
额定功率：
3KW
额定电压：
380V
额定电流：
7A
功率因数：
0.87
主电路部分电器型号的选择结果如下：
交流接触器：
CJ20-25
熔断器：
BLR1-63/3P
分断能力：
50000A
热继电器：
JR16-20/3D
熔断式刀开关：
HH4-30/3-25
门电路部分电器型号的选择如下：
交流接触器：
TYC2-12-9
熔断器：
BLR1-63/3P-14
热继电器：
JR16-20/3
熔断式刀开关：
HH3-15/2-10
第三章四层电梯PLC控制系统设计
3.1设计内容
1．每一楼层均设有召唤按钮PB1-PB4与楼层磁感应位置开关LS1-LS4;不论轿厢停在何处，均能根据召唤信号自动判断电梯运行方向，然后延时Ts后开始运行；
2.响应召唤信号后，召唤指示灯F1-F4亮，直到电梯到达该层时熄灭；
3.当有多个召唤信号，能自动根据召唤楼层停靠层站，经过Ts后，继续上升或下降运行，直到所有的信号响应完毕；
4.电梯运行途中，任何反方向招呼均无效，且召唤指示灯不亮；
5.轿厢位置要求用七段数码管显示，上行、下行用上下箭头指示灯显示。
3.2程序框图：
呼叫信号条件及记忆
电梯轿厢位置计数与显示
呼叫信号与轿厢位置比较
确定运行方向
两层同时呼叫处理
电梯启动延时与起动
轿厢的位置确定
呼叫信号复位
高速计数器的处理
图2程序框图
X0-X3楼层呼叫信号
X10-X13楼层位置信号
Y6上行指示
Y7下行指示
Y0上行驱动
Y1下行驱动
Y10-Y13楼层呼叫指示灯
Y20-Y27七段数码管
3.3PLCI/O口地址分配表
输入单元
楼道控制
呼梯按钮（4下）
X000
点
动
按
钮
平层信号LS1
X006
PLC
-4
SQ1
——
SQ4
呼梯按钮（3下）
X001
平层信号LS2
X007
呼梯按钮（3上）
X002
平层信号LS3
X010
呼梯按钮（2下）
X003
平层信号LS4
X011
呼梯按钮（2上）
X004
呼梯按钮（1上）
X005
电梯内控制
4层按钮
X024
PLC
-4
PB1
——
PB4
开门到位
X026
自锁
3层按钮
X023
关门到位
X027
2层按钮
X022
开门按钮
X020
点动
1层按钮
X021
关门按钮
X025
输出单元
楼道输出
呼梯指示（4下）
Y005
邮件分拣
呼梯指示（2下）
Y002
机
M1—
M4
呼梯指示（3下）
Y004
呼梯指示（2上）
Y001
呼梯指示（3上）
Y003
呼梯指示（1上）
Y000
（S2、L2）
电梯内输出
1层按钮指示
Y011
交通灯
上行指示
Y016
电梯升降
2层按钮指示
Y012
下行指示
Y017
3层按钮指示
Y013
1层指示
Y020
电梯
1F
-
4F
4层按钮指示
Y014
2层指示
Y021
开门按钮指示
Y010
KM△
3层指示
Y022
关门按钮指示
Y015
KMY
4层指示
Y023
开关门指示
Y024
KM2
电梯控制
电梯正向运行
Y006
水塔
M、Y
开门控制
Y025
天塔之光
L1
-
L6
电梯反向运行
Y007
关机控制
Y026
序号
中间继电器单元
备注
序号
中间继电器单元
备注
1
M0
上行条件
11
M16
4层（X020）
2
M1
下行条件
12
M17
3层（X021）
3
M2
停止条件
13
M18
2层（X022）
4
M3
停止启动条件
14
M19
1层（X023）
5
M10
4下（X000）
15
M21
1层（平层）
6
M11
3下（X001）
16
M22
2层（平层）
7
M12
3上（X002）
17
M23
3层（平层）
8
M13
2下（X003）
18
M24
4层（平层）
9
M14
2上（X004）
10
M15
1上（X005）
图3输入/输出信号的I/O地址分配
3.4电梯PLC控制系统电路原理图
图4电梯PLC控制系统电路原理图
3.5PLC梯形图设计
第四章程序调试与运行
4.1正常情况下的调试程序
通过手动编程器输入PLC，先按I/O接口图接好线，输入正常情况下的程序指令，启动运行。
4.2过程分析
电梯在一、二、三、四层楼分别设置一个行程开关，在轿箱内设置四个楼层内选按钮。
在行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4都断开的情况下，呼叫不起作用。
1用指示灯来模拟电梯的运行过程
（1）从一层到二层：
接通X012即接通SQ1，表示轿箱原停楼层1，按S2，即X002接通一下，表示呼叫楼层2，则Y010接通，二层内选指示灯SEL2亮，Y005接通，表示电梯上升。
断开SQ1，一层指示灯L1亮，过2秒后，一层指示灯L1灭、二层指示灯L2亮。
直至SQ2接通，Y010断开（二层内选指示灯SEL2灭），Y005断开（表示电梯上升停止），二层指示灯L2灭，电梯到达二层。
在轿箱原停楼层为1时，按U2，电梯运行过程同上。
（2）从一层到三层：
接通X012即接通SQ1，表示轿箱原停楼层1，按S3，即X001接通一下，表示呼叫楼层3，则Y007接通，三层内选指示灯SEL3亮，Y005接通，表示电梯上升。
断开SQ1，一层指示灯L1亮，过2秒后，一层指示灯L1灭、二层指示灯L2亮；过2秒后，二层指示灯L2灭、三层指示灯L3亮。
直至SQ3接通，Y007断开（三层内选指示灯SEL3灭），Y005断开（表示电梯上升停止），三层指示灯L3灭，电梯到达三层。
在轿箱原停楼层为1时，按U3，电梯运行过程同上。
（3）从一层到四层：
接通X012即接通SQ1，表示轿箱原停楼层1，按S4，即X002接通一下，表示呼叫楼层4，则Y006接通，四层内选指示灯SEL4亮，Y005接通，表示电梯上升。
断开SQ1，一层指示灯L1亮，过2秒后，一层指示灯L1灭、二层指示灯L2亮；过2秒后，二层指示灯L2灭、三层指示灯L3亮；过2秒后，三层指示灯L3灭、四层指示灯L4亮。
直至SQ4接通，Y006断开（四层内选指示灯SEL4灭），Y005断开（表示电梯上升停止），四层指示灯L4灭，电梯到达四层。
在轿箱原停楼层为1时，按D4，电梯运行过程同上。
（4）从二层到三层：
接通X013即接通SQ2，表示轿箱原停楼层2，按S3，即X001接通一下，表示呼叫楼层3，则Y007接通，三层内选指示灯SEL3亮，Y005接通，表示电梯上升。
断开SQ2，二层指示灯L2亮，过2秒后，二层指示灯L2灭、三层指示灯L3亮。
直至SQ3接通，Y007断开（四层内选指示灯SEL4灭），Y005断开（表示电梯上升停止），三层指示灯L3灭，电梯到达三层。
在轿箱原停楼层为2时，按U3，电梯运行过程同上。
（5）二层到四层：
接通X013即接通SQ2，表示轿箱原停楼层2，按S4，即X000接通一下，表示呼叫楼层4，则Y006接通，四层内选指示灯SEL4亮，Y005接通，表示电梯上升。
断开SQ2，二层指示灯L2亮，过2秒后，二层指示灯L2灭、三层指示灯L3亮；过2秒后，三层指示灯L3灭、四层指示灯L4亮。
直至SQ4接通，Y006断开（四层内选指示灯SEL4灭），Y005断开（表示电梯上升停止），四层指示灯L4灭，电梯到达四层。
在轿箱原停楼层为2时，按D4，电梯运行过程同上。
（6）从三层到四层：
接通X014即接通SQ3，表示轿箱原停楼层3，按S4，即X000接通一下，表示呼叫楼层4，则Y006接通，四层内选指示灯SEL4亮，Y005接通，表示电梯上升。
断开SQ3，三层指示灯L3亮，过2秒后，三层指示灯L3灭、四层指示灯L4亮。
直至SQ4接通，Y006断开（四层内选指示灯SEL4灭），Y005断开（表示电梯上升停止），四层指示灯L4灭，电梯到达四层。
在轿箱原停楼层为3时，按D4，电梯运行过程同上。
（7）四层到三层：
接通X015即接通SQ4，表示轿箱原停楼层4，按S3，即X001接通一下，表示呼叫楼层3，则Y007接通，三层内选指示灯SEL3亮，Y004接通，表示电梯下降。
断开SQ4，四层
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