完整版基于plc的小区五层电梯控制系统毕业设计论文.docx
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完整版基于plc的小区五层电梯控制系统毕业设计论文
毕业设计（论文）
题目：
院（系）：
专业：
姓名：
学号：
指导教师：
二〇一三年十二月五日
毕业设计（论文）任务书
学生姓名
学号
专业
院（系）
毕业设计（论文）题目
基于plc的小区五层电梯控制系统设计
任务与要求
采用可编程控制器（plc）设计小区五层电梯控制
要求：
1、PLC系统的设计
2、电梯的控制原理与实现
3、电梯控制系统的设计
4、系统的整体调试
5、工作原理的介绍要详尽。
6、论文格式符合要求。
完成时间段
指导教师单位
职称
院（系）审核意见
毕业设计（论文）进度计划表
日期
工作内容
执行情况
指导教师
签字
2013.6..6.28
查找资料，选题
2013.6..8.31
完成论文的初稿
2013.9.1-2013.9.30
完成论文二稿的写作
2013.10.1-2013.11.25
完成论文的终稿及格式修改
2013.11..12.5
定稿，打印论文，做好答辩的准备
2013.12.5-2013.12.15
做好论文答辩准备
教师对进度计划
实施情况总评
签名:
年月日
本表作评定学生平时成绩的依据之一
毕业设计（论文）中期检查记录表
学生填写
毕业设计（论文）题目:
基于plc的小区五层电梯控制系统设计
学生姓名:
学号：
专业：
指导教师姓名:
职称:
检查
教师填写
毕业设计（论文）题目工作量
饱满
一般
不够
毕业设计（论文）题目难度
大
适中
不够
毕业设计（论文）题目涉及知识点
丰富
比较丰富
较少
毕业设计（论文）题目价值
很有
价值
一般
价值
不大
学生是否按计划进度独立完成工作任务
学生毕业设计（论文）工作进度填写情况
指导次数
学生工作态度
认真
一般
较差
其他检查内容：
存在问题及采取措施:
检查教师签字:
年月日
院（系）意见
（加盖公章）:
年月日
摘要
随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，电梯也已成为人类现代生活中广泛使用的运输工具。
随着人们对电梯运行的安全性、舒适性等要求的提高，电梯得到了快速发展，其拖动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。
可编程控制器（PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。
电梯控制要求接入设备使用简便，对应系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。
通过PLC对程序设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯的电梯运行的舒适感。
本文争对以上优点，对电梯运行进行了改进，使其达到了比较理想的控制效果。
关键词:
PLC电梯控制系统
Abstract
AsChina'srapideconomicdevelopment,micro-electronicstechnology,computertechnologyandautomationtechnologymodernlife,meansoftransport.Aspeopleoftheelevatorsafety,comfortandotherrequiredimprovements,elevatorsrapiddevelopmentofitsdragtechnology,powerfulandeasytousepillarsofindustrialautomation.Elevatorcontrolrequiresaccessdeviceeasytouse,thecorrespondingsystemconfigurationprogrammingsimple,withuser-friendlyman-machineinterface,withtheapplicationdatabase,tospeedupprogramminganddebuggingspeed.ThroughthePLCtotheprogramdesigntoimprovetheelevatorlevelofcontrol,andimprovedelevatorelevatorrunningcomfort.Thiscontentionoftheaboveadvantages,theelevatoroperationimprovedsothatitreachedarelativelysatisfactorycontroleffect．
Keywords:
PLCelevatorcontrolsystem
第一章绪言1
第二章PLC系统的设计1
第一节可编程控制器的特点3
第二节PLC的应用领域4
第三节PLC的设计步骤4
第三章电梯的控制原理与实现5
第四章电梯控制系统设计7
第一节控制系统硬件设计7
第二节控制系统程序设计10
第五章系统的整体调试21
第一节硬件安装21
第二节软件调试28
结论33
致谢34
参考文献35
第一章绪言
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果。
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（programmablecomputer）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。
第二章PLC系统的设计
第一节可编程控制器的特点
可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的崭新的工业自动控制装置。
PLC以基本代替传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域，它已跃居工业自动化三大支柱的首位。
PLC控制系统的硬件是由微处理器（CPU）、存储器（ROM和RAM）、输入输出（IO）单元、电源单元及外围设备等组成硬件结构如图2.1所示。
系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。
图2.1PLC的硬件结构
20世纪60年代末，为了克服传统继电器的种种应用上的缺点，人们研制出了一种先进的自动控制设备PLC，由于PLC具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。
现在PLC作为用于工业生产过程控制的专用计算机，与商家、家用的微机不同，由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和工作运行的连续性，使设计上有许多特点。
（1）可靠性高，抗干扰能力强；
（2）接口模块功能强、品种多；
（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；
（4）编程方法简单、直观；
（5）系统的设计安装、调试工作量少；
（6）维修工作量小、维护方便；
第二节PLC的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：
（1）开关量逻辑控制
（2）运动控制
（3）闭环过程控制
（4）数据处理
（5）通信联网
第三节PLC的设计步骤
开发应用PLC的设计任务分为硬件和软件设计两部分。
一、硬件设计
硬件设计主要包括：
（1）确定安排PLC的输入、输出点；
（2）设计外围电路，包括主电路；
（3）选购PLC并进行现场安装接线等内容。
二、软件设计
大多数用梯形图和指令程序，主要包括：
（1）设计控制流程，根据工艺要求先画出工作循环，如有必要再画详细的状态流程图；
（2）根据工作循环图，画出虚拟的电路图----继电器梯形图；
（3）按梯形图编写指令程序表；
（4）系统调试：
根据设计要求，对程序进行调试和修改，必要时还可对硬件进行修改，直到符合要求为止。
第三章电梯的控制原理与实现
一、电梯控制系统的构成
电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及PLC单元构成，由如图3.1所示，PLC用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。
图3.1电梯控制系统原理图
二、变频调速回路
变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成.三相电源R、S、T经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端为两相电接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。
旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。
变频器输入信号为：
上、下行方向指令，低速、高速、检修速度编码指令。
三、输入输出回路
输入输出单元为PLC的IO接口部分，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器、检修、消防、泊梯、称重等单元构成。
（1）输入单元为：
厅外呼叫单元，用来对各层站的厅外召唤信号进行登记、记忆和消除；轿箱内选层单元，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示；开关门按钮，输入PLC控制轿门的开闭（厅门也同时动作）；上下平层装置，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层；上下限强迫换速开关，用于保护电梯的高速运行安全，避免电梯出现冲顶或蹲底事故，当电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上下限强迫换速开关打板，信号输入PLC，PLC发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置；门锁装置（或轿门和厅门联锁保护装置），轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、安全钳开关、限速器断绳开关、限速器超速开关、底坑急停开关、相序保护继电器、上下限极限开关等；检修、消防和泊梯，检修、消防和泊梯为电梯的三种运行方式，检修运行为电梯检修时的慢速运行方式，消防运行有消防返回基站和消防员专用两种运行状态，泊梯状态，消除内选和外呼信号，自动返回泊梯层、关门并断电；称重单元，用来检测轿厢负荷，判断电梯处于欠载、满载或超载状态，然后输出数字信号给PLC，根据负载情况进行起动力矩补偿，使电梯运行平稳。
（2）输出单元为：
楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、层楼指示灯以及报站钟等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式，本系统为七段码显示方式；开关门单元，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，完成开关门动作。
第四章电梯控制系统设计
第一节控制系统硬件设计
一、输入输出点分配
本设计有32个输入信号，32个输出信号及现有设备，所以选用FX2—64MR的PLC，由于现有材料所以选OMRON的3G2JV变频器和两相交流电机。
PLC控制器、变频器和电动机的接线及原理图如图4.1所示。
IO分配如表4.1：
表4.1IO口分配
输入信号
输出信号
名称
代号
编号
名称
代号
编号
安全回路
K6
X000
电梯上行
UP
Y000
零速输入
K0
X001
电梯下行
DOWN
Y001
脉冲输入
K1
X002
电梯快行
FAST
Y002
轿内电锁
K2
X003
电梯慢行
SLOW
Y003
红外传感器
K3
X004
检修速度
JX
Y004
关门力限开关
K4
X005
七段码
A
Y005
超 重
K5
X006
B
Y006
上限强制减速
SQ0
X007
C
Y007
一楼指令
SB1
X010
D
Y010
二楼指令
SB2
X011
E
Y011
三楼指令
SB3
X012
F
Y012
四楼指令
SB4
X013
G
Y013
五楼指令
SB5
X014
关门催促铃声
KE1
Y014
基站到位开关
SQ4
X015
厅门关
KM2
Y015
一楼上呼
SB6
X016
厅门开
KM3
Y016
一楼下呼
SB7
X017
厅内指示灯１
E1
Y017
二楼上呼
SB8
X020
厅内指示灯２
E2
Y020
二楼下呼
SB9
X021
厅内指示灯３
E3
Y021
三楼上呼
SB10
X022
厅内指示灯４
E4
Y022
三楼下呼
SB11
X023
厅内指示灯５
E5
Y023
四楼上呼
SB12
X024
上呼灯１
E6
Y024
四楼下呼
SB13
X025
上呼灯２
E7
Y025
五楼上呼
SB14
X026
上呼灯３
E8
Y026
五楼下呼
SB15
X027
上呼灯４
E9
Y027
厅门开
SB16
X030
下呼灯２
E10
Y030
厅门关
SB17
X031
下呼灯３
E11
Y031
厅门开到位
SQ1
X032
下呼灯４
E12
Y032
厅门关到位
SQ2
X033
下呼灯５
E13
Y033
检修开关
SB18
X034
超重铃声
KM4
Y034
检修上
SB19
X035
抱闸信号
KM5
Y035
检修下
SB20
X036
上行指示灯
E14
Y036
下限强制减速
SQ3
X037
下行指示灯
E15
Y037
图4.1电动机的连线机原理图
第二节控制系统程序设计
一、电梯初始化
根据电梯的工作原理与功能要求以及输入输出点的地址分配表，来绘制电梯的程序流程图。
和设计电梯的程序梯形图。
电梯程序流程图为图4.2。
梯形图分成：
初始化、指层控制、开关门控制、轿内呼叫与标记控制、厅外呼叫与标记控制、电梯上下行选择与指示控制、电梯的运行控制来编写与调试。
最后在组合调试:
，
电梯复位、装入数据、安全回路等。
图4.2电梯程序流程图
二、指层控制
指层控制梯形图如图4.3所示。
本程序以1楼为基站，脉冲数为0。
D200、D202、D204、D206、D208分别存放1F—5F的脉冲数0、600、1200、1800、2400。
C242为内部高速计数器，D250存放减速脉冲数50，M1—M5为楼层继电器。
当轿箱位于某一层时，应产生位于该层的楼层信号，以控制楼层显示器显示楼层处的位置，离开该层时，该信号被新的楼层信号取代。
\
图4.3指层控制梯形图
三、开关门控制
（1）开门控制
手动开关门时，当电梯运行到位后，按下SB16，X030闭合，M50置位，Y016得电，电动机正转，开门。
开门到位，开门到位行程开关SQ1动作，X032闭合，M50复位，Y016失电，开门过程结束。
当在关门过程中，按下SB16，停止关门，并开门。
自动开关门时，当电梯运行到位后，电梯停止，T0开始定时，延时2S后，T0触电闭合，M50置位，开门。
梯形图如图4.4：
图4.4开门控制梯形图
（2）关门控制
手动关门时，当按下SB17，X031闭合，M51置位，Y015得电，电动机反转，关门。
关门到位，关门到位行程开关SQ2动作，X033闭合，M51复位，Y015失电，关门过程结束。
在开门过程中，按下SB17，停止开门，并关门。
自动关门时，定时器T1控制。
当电梯开门到位后，X031闭合，T1定时5S后，M51置位，关门。
但在关门时，有客人经过红外线遮蔽，停止关门，遮蔽结束，继续关门。
当关门过程受到压力，关门力限K4闭合，M50置位，开门。
梯形图如图4.5：
图4.5关门控制梯形图
四、轿内指令控制
当轿内按下SB1、SB2、SB3、SB4、SB5后，按键标记，对应指示灯E8—E12亮。
到电梯到达指定层后，动作取消，指示灯灭。
在检修时，按键不标记。
安全回路在整个工作过程中为常开（X000），只有出现不安全情况时才导通，电梯停止工作。
梯形图如图4.6：
图4.6轿内指令控制梯形图
五、厅外呼叫控制
当按下对应的呼叫键SB6—SB17时，按键标记，对应指示灯E13—E20亮。
到电梯到达标记层时，动作取消，指示等灭。
在检修时，按键不标记。
梯形图如图4.7：
图4.7厅外呼叫控制梯形图
六、电梯的选层上、下行控制
当电梯得到轿内指令或厅外呼叫指令时，分析对应层与电梯所在位置，判断是上行（M100置位）还是下行（M101置位）。
M100置位时，Y000接通，电梯上行；M101置位时，Y001接通，电梯下行。
梯形图如图4.8：
图4.8电梯的选层控制梯形图
七、电梯的运行控制
电梯的运行由变频器控制，一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。
为使乘客拥有良好的舒适感，电梯采用S型速度曲线，转换成频率曲线如图4.9所示：
图4.9电梯的运行曲线
当PLC发出正转M100置位（或反转M101置位）即M120置位，Y002导通，高速运行，变频器从0Hz到50hz开始启动，启动时间为3S，然后维持50Hz运行。
当换速信号到时，PLC撤消高速信号Y002断开，同时输出爬行信号Y003导通，爬行频率为6Hz。
从50Hz下降到6Hz在3S内完成。
当到达6Hz速度时，就以此速度爬行。
当平层信号（M301—M341）到时，撤消正转（或反转）及爬行信号，变频器从6Hz减速到0。
在整个运行过程中，变频器的零速输入点X001及异常输出点X003都是断开的，运行速度减为0时，；零速输入点闭合，通过PLC发出电动机抱闸和自动开门信号。
当变频器出现异常时，X003导无法运行。
按下检修键SB19后，只能以检修速度运行。
按下检修上行SB22时，Y002、YOO3闭合，以检修速度（10Hz）上行，松开按键，立即停止。
同理，按下检修下行SB20时，Y002、Y003闭合，以检修速度（10Hz）下行，松开按键，立即停止。
由于材料限制，本实验用OMRON，3G3JV小型变频器，两相交流电动机。
实际根据需要所定。
变频器的参数设置为表4.2，梯形图如图4.10：
表4.2变频器的参数设置
n02
1
控制电路的端口区控制运行
n05
0
可以反转
n09
50
电机运行的最高频率（Hz）
n14
0
电机运行的最低频率（Hz）
n16
3
斜坡上升时间（S）
n17
3
斜坡下降时间（S）
n20
2
S形加减时间为0.5S
n22
50
设置固有频率f=50Hz（高速运行）端口S3
n23
6
设置固有频率f=6Hz（爬行运行）端口S4
n24
10
设置固有频率f=10Hz（检修运行）端口S5
n36
2
反转与停止输入端口为S2
N37
6
多段速指令1输入端口为S3
n38
7
多段速指令2输入端口为S4
n39
8
多段速指令3输入端口为S5
N40
3
零速输出ON：
零速中
S0：
为正转与停止端口
图4.10电梯的运行控制梯形图
八、抱闸、泊梯、超重控制
当变频器输入零速信号后，X001常开闭合，输出Y035常开闭合，抱闸闭合。
电梯运行时，零速输入停止，X001断开，则Y035常开断开，轿箱运行。
消防与泊梯，按下SB14，X026导通，电梯返回基站。
基站到，X015常闭断开，电梯停止。
超重时，X006常闭闭合，电梯不能启动，并鸣镝（Y034常开闭合）。
梯形图如图4.11：
图4.11抱闸、泊梯、超重控制梯形图
第五章系统的整体调试
第一节硬件安装
该设计需要ＫＢＳ系列ＰＬＣ实训装置、ＦＸ－20Ｐ手持编程器或个人计算（ＷＩＮＤＯＷ）、ＳＣ－０９编程线缆、ＦＸ－ＰＣＳＷＩＮ编程环境、五层电梯系统实验板、连接导线等。
首先，将ＰＬＣ控制模板接到ＤＣ24Ｖ的电源上，用ＳＣ－０９编程线缆，一方接ＰＬＣ，一方接电脑。
当控制程序写入ＰＬＣ后，用连接导线将ＰＬＣ与电梯控制系统实验板连接起来，调节一切正常后，通电进行仿真。
PLC电梯总梯形图如5.1：
图5.1
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