PLC控制的电梯设计Word格式文档下载.docx

1、1.1电梯的发展简史据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。公元1765年瓦特发明了蒸汽机后，1858年美国研制出以蒸汽为动力，并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。1878年英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。并随着水压梯的发展，淘汰了蒸汽梯。后来又出现了液压泵和控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯。这种液压梯至今仍为人们所采用。但是，电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。18世纪末发明了电机，并随着电机技术的发展，19世纪初开始使用交流异步单速和双速电动机作动力的交流电梯，特别是交流双速电动机的出现，显着改善了电梯

2、的工作性能。在20世纪初，美国奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯，从而为后来的高速度、高行程电梯的发展奠定了基础。20世纪30年代美国纽约市的102层摩天大楼建成，美国奥的斯电梯公司为这座大楼制造和安装了74台速度为6.0m/s的电梯。从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异地发展着。目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。随着电子工业的发展,可编程序控制器（PLC）和电子计算机成功地应用到电梯的电气控制系统中去后，电梯产品的质量和运行效果显着提高。1.2电梯的运行工作情况一部电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜箱、导轨等主要部件

3、组成。电梯在做垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯，起点站和终点站之间还设有停靠站。起点站设在一楼，终点站设在最高楼。各站的厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮。一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮，中间层站的召唤箱上各设置两个按钮。而电梯的轿厢内都设置有（杂物电梯除外）操纵箱，操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮称外召唤按钮，操纵箱上的按钮称指令按钮。电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，但是汽车的起动、加速、停靠等全靠司机控制操作，而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂，因此汽车司机必须

4、经过严格的培训和考核。而电梯的自动化程度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只需通过操纵箱上的按钮向电气控制系统下达一个指令信号，电梯就能自动关门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度高的电梯，司机或乘用人员一次还可下达一个以上的指令信号，电梯便能依次起动和停靠，依次完成全部指令任务。尽管电梯和汽车在运算工作过程中有许多不同的地方，但仍有许多共同之处，其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车，在起点站和终点站之间往返运行，在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时，电梯到站能自动平层停靠开门接乘客。而载货电梯的运行工作情况则类似卡车，执行任务为一次性的，司机或乘用人员控制电梯上下运行

5、时一般一次只能下达一个指令任务，当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务。在执行任务的过程中，从一个层站出发到另一个层站时，假若中间层站出现顺向指令信号，一般都不能自动停靠，所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。1.3电梯控制系统的组成 第二章 三菱FX2N 系列可编程序控制器介绍2.1可编程控制器的基础认识1. 三菱FX2N PLC的主要特点：1）集成型高性能。CPU、电源、输入输出三为一体。 对6种基本单元，可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。2）高速运算 基本指令：0.08s指令 应用指令：1.52几百s指令 3）安心、宽裕的存储器规格 内置800

6、0步RAM存贮器 安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。4）丰富的软元件范围 辅助继电器：3072点，定时器：256点，计数：235点 数据寄存器；8000点 5）除了具有输入输出16256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。6）面向海外的产品适合各种安全规格为大量实际应用而开发的特殊功能：开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要-模拟IO，高速计数器。对每一个FX2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块。2. PLC的性能指标和分类1） PLC的主要性能指标? （1）输入输出点数（IO点数）IO点数是指可编程序控制器外部输入、输出端子数的总和。它标志着可以接多少个开关、按

7、钮和可以控制多少个负载。 （2）存储容量存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容量，一般以步为单位，二进制16位即一个字为一步。 （3）扫描速度一般以执行1000步指令所需时间来衡量，单位为ms/k步，也有以执行一步指令所需时间来计算的，单位用s/步。 （4）功能扩展能力可编程序控制器除了主模块之外，通常都可配备一些可扩展模块，以适应各种特殊应用的需要，如AD模块、DA模块、位置控制模块等。 （5）指令系统指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和，它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指标。2） PLC的分类通常，PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。按结构形式不同, 可以

8、分为整体式和模块式两类。按控制规模大小、则可以分为小型、中型和大型PLC三种类型。3. PLC系统的组成PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似。PLC也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。1） PLC的硬件结构一套PLC系统在硬件上由基本单元（包含中央处理单元、存储器、输入输出接口、内部电源）、IO扩展单元及外部设备组成。图2-1为PLC的硬件结构图。 图2-1 PLC的硬件结构图2） PLC的软件PLC的软件系统指PLC所使用的各种程序的集合，它由系统程序（系统软件）和用户程序（应用软件）组成。系统程序：包括监控程序、输入译码程序及诊断程序等

9、。用户程序是用户根据控制要求，用PLC的编程语言（如梯形图）编制的应用程序。2.2可编程序控制器的工作方式及编程语言 2.2.1PLC的工作方式1. PLC的扫描工作方式 图2.2 plc的扫描过程可编程序控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始地重要进行。可编程序控制器工作时的扫描过程如图2-2所示，包括五个阶段：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。扫描周期的长短与用户程

10、序的长度和扫描速度有关。2. PLC的程序执行过程 PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，如图2 -3所示。 3.PLC的扫描周期在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。4. PLC的IO响应时间，PLC采用集中IO刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了PLC的输入输出响应滞

11、后现象，最大滞后时间为2-3个扫描周期。2.2.2PLC的编程语言PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。其中前两种语言用得较多，顺序功能图语言也在许多场合被采用。本课题所采用的编程语言为梯形图语言。第三章交流双速电梯的电气设计3.1交流双速电梯的基本工作原理3.1.1交流双速电梯的主电路图3-1是交流双速电梯的主电路图。图中M1为电梯专用型双速笼型异步电动机；KM1、KM2为电动机正反转接触器，用以实现电梯上、下行控制；KM3、KM4为电梯高低速运行接触器，用以实现电梯的高速或者低速运行；KM5为启动加速接触器；KM6、KM7、KM8为减速制动接触器，用以调整电梯制动时的

12、加速度；L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路中的电抗和电阻，当KM1或者KM2与KM3通电吸合时，电梯将进行上行或下行启动，延时后KM5通电吸合，切除R1、L1，电梯将转为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停层指令后，KM3断电释放，KM4通电吸合，点击转为低速接法，传入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且KM6KM8依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动时的舒适感；至平层位置时，接触全部断电释放，包闸抱死，电梯停止运行。3.1.2电梯的主要电气设备1）牵引电动机 齿轮牵引机为电梯的提升机构。主要由驱动电动机，电磁制动器（也称电器包闸），减速器牵引轮组成。2）自动门机 用来

13、完成电梯的开门与关门。电梯的门分为厅门（每层站一个）与轿门（只有一个）。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动轿门，轿门带动厅门完成）；也只有当厅门，轿门全部关闭后才允许启动运行。3）层楼指示灯 层楼指示灯也叫层显，安装在每层站厅门的上方和轿箱内轿门的上方，用以指示电梯的运行方向及电梯所处的位置。过去常由低压灯泡构成，现多由数码管组成，且与呼梯盒做成一体结构。4）呼梯盒 用以产生呼叫信号。常安装在厅门外，离地面一米左右的墙壁上。基站与底站只有一只按钮，中间层站由上呼叫与下呼叫两个按钮组成。5）操纵箱 操纵箱安装在轿箱内，供乘客对电梯发布动作命令。其上面设有与电梯层站数相同的内

14、选层按钮。6）平层及开门装置 该装置如图3-2所示。由平层感应器及楼层感应器组成。上行时，上磁铁板先触发楼层感应器，发出减速停车信号；电梯开始减速，至平层信号出发时，发出开门及停车信号，电动机停转，包闸抱死。下行时，下磁铁板出发楼层感应器，发出减速停车信号；电梯开始减速，至平层信号出发时，发出开门及停车信号。图3.2 电梯的平层停层装置示意图3.2输入输出设计为了便于对电梯的工作原理及PLC系统进行分析，现列出电梯所用电器元件表。表3-1 电梯电气元件表元件符号名称及作用 名称及作用KM1上行接触器1HL6HL16层层楼指示灯KM2下行接触器7HL8HL上行、下行指示灯KM3高速接触器HL81

15、楼外呼记忆灯KM4低速接触器HL92楼上呼记忆灯KM5启动加速接触器HL102楼下呼记忆灯KM6KM8制动减速接触器HL113楼上呼记忆灯KM9开门接触器HL123楼下呼记忆灯KM10关门接触器HL134楼上呼记忆灯SQ6开门到位开关HL144楼下呼记忆灯SQ7关门到位开关HL155楼上呼记忆灯SQ17上限位开关HL165楼下呼记忆灯SQ18下限位开关HL176楼下呼记忆灯SB1开门按钮1KR6KR各楼层感应器SB2关门按钮7KR平层感应器SB3上行启动按钮1SB15SB115楼上行外呼按钮SB4下行启动按钮2SB26SB226楼下行外呼按钮SB5SB1016楼层内选层按钮综合考虑输入输出要求

16、，估计需要PLC输入输出点70左右。因此，采用三菱FX2N-80MR可编程控制器完成本次设计。其输入输出电路如图3-3所示第四章PLC梯形图设计本套电梯控制系统的核心算法是采用“查表排序”的方式进行对电梯轿箱的上下行控制。 程序设置了两个表上行表和下行表。在楼层数据存入和读取时，分别通过六个子程序模块对两个表中的数据进行派对处理，以实现电梯轿箱的控制要求。本程序由主程序和六个子程序模块组成，六个子程序模块分别是：上行表排队子程序模块，下行表排队子程序模块，查询上行表最大值子程序模块，查询下行表最大值子程序模块，上行表完成信号消除模块，下行表完成信号消除模块。4.1程序说明可编程控制器，从本质上

17、说，是应用于工业控制的计算机。所以本程序充分发挥计算机数据处理方面的有事，采用双排序表查询算法进行电梯任务数据的控制。4.1.1算法说明程序的基本控制流程如图4-1所示。4.1.2程序中相关存储单元及中间继电器的说明为了便于理解程序的功能，现将程序中使用到的相关存储单元中间继电器的作用加以说明。D100：上行表起始地址；D120：下行表起始地址；D110：上行表反向呼叫信号预处理存储单元；D130：下行表反向呼叫信号预处理存储单元；D0： 呼叫信号存储单元；D1：楼层信号存储单元；D2： 上行表最大值存储单元；D3：下行表最小值存储单元；D200：子程序调用时楼层信号临时存储单元；M200：等

18、待状态信号；M201：上行控制信号；M202：下行控制信号；M211：开门控制信号；M1-M6：六个子程序的入口。4.2主程序设计4.2.1上下行指示灯输出环节本环节完成上行指示灯Y25和下行指示灯Y26的控制。当上行控制信号Y21有效时，发出一个上升沿脉冲，通过SET指令将Y25设置为有效状态，通过RST指令将Y26设置为无效状态。当下行控制信号Y22有效时，发出一个上升沿脉冲，通过SET指令将Y26设置为有效状态，通过RST指令将Y25设置为无效状态。当等待状态中间继电器M200有效时，发出一个上升沿脉冲，通过RST指令将Y25和Y26都设置为无效状态。梯形图如图4-2-1所示。4.2.2

19、反向楼层号预处理环节本环节预先完成对上行和下行过程中的反向楼层呼叫信号进行预处理，以便以后的程序直接使用处理后的结果。4.2.3楼层信号写入环节本环节完成1-6楼的楼层感应器信号的相应和存入功能。当各楼层的楼层信号感应器X25-X32有信号触发后，通过MOVP指令楼层数据写入楼层信息存储单元D1中。另外也通过MOVP指令将七段显示器的对应数据写入到楼层信号输出单元K2Y34中，并在七段显示器中输出。梯形图如图4-2-3所示 图 4-2-1 上下行指示灯输出环节梯形图楼层信号写入环节梯形图4.2.4呼叫信号写入环节本环节完成对呼梯盒以及内部按钮产生的呼叫信号的响应和存入功能。呼梯盒及内部按钮X1

20、-X20如果被出发，将发出一个上升沿脉冲，通过MOV指令将对应的楼层信号存入呼叫信号存储单元D0中。之后，通过比较语句 D0 D1判断呼叫的楼层信号是否与轿箱当前所处的楼层相等，若相等则不点亮对应的按钮指示灯，并通过后续的程序直接触发开门程序。梯形图如图4-2-4所示 图4-2-4呼叫信号写入环节梯形图4.2.5定向和等待信号设定环节本环节完成定向信号和等待信号的设定功能。通过比较语句= D100 k0和=D120 k0判断上行表和下行表的首个单元为0，也就是说上行表和下行表中都没有任务数据，电梯处于等待状态。若比较语句 d100 k0为真，说明上行表中有任务数据，则触发M201（上行状态控制

21、位）。同理，若比较语句 d120 k0为真，说明下行表中有任务数据，则触发M202（下行状态控制位）。上行和下行控制位通过互锁使两个控制位不能同时为真。梯形图如图4-2-5所示 图4-2-5 定向或等待状态设定环节梯形图4.2.6上行启动加速环节本环节完成轿箱的上行启动加速功能。当M201（上行状态控制位）有效时，同时触发Y32（低速运行输出）和Y21（上行输出）。电梯转入低速上行状态。同时激活定时器T0开始计时，当计时到时后，触发Y33（高速运行输出），断开Y32。电梯转入高速上行状态。当M203（轿箱停止控制位）有效时，将切断Y33。电梯转入减速环节。梯形图如图4-2-6所示。 图4-2-

22、6 上行启动加速环节梯形图4.2.7下行启动加速环节本环节完成轿箱的下行启动加速功能，程序流程与上行启动加速环节相似。当M202（下行状态控制位）有效时，同时触发Y32（低速运行输出）和Y22（下行输出）。电梯转入低速下行状态。同时激活定时器T1开始计时，当计时到时后，触发Y33（高速运行输出），断开Y32。电梯转入高速下行状态。梯形图如图4-2-7所示。 图4-2-7 下行启动加速环节梯形图4.2.8停止信号产生环节本环节负责残生停止轿箱运行的信号。当上行表的首地址数据（D100）或预处理后的上行反向信号数据（D110）与当前的楼层信号（D1）相等时，既说明轿箱到达任务目标楼层，则触发轿箱停

23、止信号（M203）。下行表中的同类数据【=D120 D130）同样也会触发M203。梯形图如图4-2-8所示。图4-2-8 停止信号产生环节梯形图4.2.9轿箱减速过程环节本环节完成轿箱停止信号发出后的轿箱减速停止的过程。当M203被触发后，轿箱转入低速运行状态（Y32）。同时触发一级、二级、三级减速定时器T2, T3, T4。当T2计时到时后，触发一级减速（Y27）；当T3计时到时后，触发二级减速（Y30）；当T4及时到时后，触发三级减速（Y31）。进而电梯轿箱缓缓接近平层位置，当平层信号（X34）被触发后，Y32及T2，T3，T4被断开，轿箱停止。梯形图如图4-2-9所示。 图4-2-9

24、减速环节梯形图本环节完成轿箱门的开关门控制功能。开门按钮（X21），机械安全触板（X33）和平层信号（X34）中的任意一个都会触发开门控制信号（M211），进而触发开门信号（Y23）并自保。当开门过程完成后，开门状态信号（X23）会被触发，M211和X23的“与”连接说明了“开门开始并最终开门完成”这样一个过程，之后会触发SET M205和RST M211两条功能指令。中间变量M205会首先触发开门等待计时器T5，T5计时到时后会触发关门信号（Y24），电梯门开始关闭，同时触发另一个临时中间变量M212。当电梯门关闭完成后，关门状态信号（X24）会被触发。X24会断开Y24和复位M205。M2

25、12和X24的“与”连接说明了“关门开始并最终关门完成”这样一个过程。之后会复位M203和M212。梯形图如图4-2-10所示。 图4-2-10 门控环节梯形图本环节完成上行或等待状态下，外部反向呼叫信号的处理功能。2-6楼的下行呼叫X2，X4，X6，X10，X12为本环节的触发信号。触发后，先判断呼叫的楼层信号是否与当前轿箱所处的楼层相等，如果相等，则直接触发开门控制信号M211。如果不相等，则调用查询上升表最大值子程序模块，入口M3。当查询上升表最大值子程序模块执行完成后，发出M103任务完成信号，进而呼叫信号是否大于最大值，如果大于最大值，需要对先信号做加10处理，然后调用上行表排队子程序模块，入口M1。如果小于最大值，则直接调用下行表排队子程序。梯形图如图4-2-11所示本环节完成下行或等待状态下，外部反向呼叫信号的处理功能。1-5楼的上行呼叫X1，X3，X5，X7，X11为本环节的触发信号。如果不相等，则调用查询下降表最小值子程序模块，入口M4。当查询下降表最小值子程序模块执行完成后，发出M104任务完成信号，进而呼叫信号是否小于最小值，如果小于最小值，需要对先信号做减10处理，然后调用上行表排队子程序模块，入口M2。如果大于最小值，则直接调用下行表排队子程序。梯形图如图4-2-12所示。 图4-2-11 上行或等待状态下反向信