完整版三菱PLC控制的四层电梯毕业设计.docx

1、完整版三菱PLC控制的四层电梯毕业设计以下文档格式全部为word格式，下载后您可以任意修改编辑。西安高新科技职业学院毕 业 设 计（论文）课题名称 三菱plc四层电梯控制 年 级 2008 系 别 计算机科学与技术系 专 业 应用电子技术 班 级 08级应用电子 姓 名 梁婷 学号 指导教师 赵鹏 摘 要: 随着科学技术的发展、近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。更新换代生产更新型的电梯，电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。目前电梯

2、控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统(“早期安装的电梯多位继电器控制系统)、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。目录引言 2一、电梯控制系统的组成 4（一）电力拖动 5（二）电气控制 5二、电梯PLC

3、 控制系统的基本结构 5（一）楼层状态指示设计 5（二）电梯下行程序设计 6（三）电梯上行程序设计 6（四）24电梯到达时程序设计 7三、系统设计 8（一）PLC输入信号的确定方法 8（二）PLC输出信号的确定方法 9四 电梯模型PLC控制系统设计 13（一）电梯的控制要求 13（二）PLC控制系统的设计分析 13（三）电梯模型PLC控制系统设计 13（四）PLC的选择 15（六）硬线接线图 16五 电梯PLC的调试与安装 21（一）模拟调试 211. 指令运行调试 212. 复杂运行调试 21结束语 22致谢 23PLC控制四层电梯引言电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧

4、密联系。PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。高校中关于PLC 教学实验的中等模型较少，为此，自行设计并制作了专用4层集选电梯。此电梯模型所采用的类型为三菱FX2C。PLC程序设计采用模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则设计各个功能模块。设计的程序要求完成电梯自动运行功能如：内选外召唤信号的登记、消号、到层自动开门、延时自动运行等。合理分配轿厢内指令的执行和厅外召唤的应答。关于PLC 控制系统的基本结构及电梯控制系统的安装与调试重点介绍如下。一

5、、电梯控制系统的组成电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。（一）电力拖动电力拖动部分由拽引电机、抱闸和相应的开关电路以及开门机组成。由于所设计的只是一个教学模型，梯速低于1.5ms，所以只要能实现电机的正反转即可，而不必考虑电机的机械特性。制动时为满足准确停层的需要，定子回路可接入电抗器减速最后再加上抱闸制动。故在制动过程中采用了三档延时切换控制。（二）电气控制电气控制部分又称控制电路，它是电梯控制系统的核心。它包含两部分：拖动控制电路和信号控制电路。拖动控制电路因电梯的拖动方式不同而各异。可以是接触器线圈及其相关的控制电路 ，也可以是 电力电子器件的门极控制电路，对于有速度闭环控

6、制的系统，还必须考虑含有电源、电压、速度检测电路和调节电路。信号控制电路与拖动的方式关系不大，主要与程序能够实现的功能有直接的关系。因此，不同的拖动方式的电梯可以采用同一信号控制电路。二、电梯PLC 控制系统的基本结构系统控制核心为plc主机，通过plc输入接口送入plc. 由存储器的plc 软件运算处理，然后经输出接口分别向指层器及召唤指示灯等发出显示信号，向主拖动系统发出控制信号。具体的电梯控制信号原理如图所示。电梯PLC信号控制系统框图（一）楼层状态指示设计当电梯运行至某层有指令发出时指示位置及指令。以二层为例：LD twoselet二层内选掸S twoseletq，1二层内选择指示LD

7、 twoup二层上呼S twoupq，1二层上呼指示LJ)twodown二层下呼S twodownq，1二层下呼指示LD twoseat二层位置= twoeeatq二层位置指示（二）电梯下行程序设计以电梯在三层下：行情况为例。当电梯的一或二层有指令时，将三层下行位置1，同时无上行，驱动电梯下行。程序说明如下电棒在三晨时下行情况LDoneseletq一层内选择0 twmeletq或二层内选择Ooneupq或一层上呼0 twodownq或二层下呼O tWoup_q或二层上呼Aeseatq在三层位置时SV0.1.1置三层下行位电梯下行LDV0.0有四层下行位OV0.1或有三层下行位OV0.2或有二层

8、下行位AN up同时无上行=down电梯下行（三）电梯上行程序设计以电梯在二层上行情况为例。程序说明如下：电梯在二层时上行情况LD four own四层选择O three down或三层选择O four down或四层下呼O three down或三层下呼O three up或三层上呼A two seat在二层位置时S V0.4.1置二层上行位电梯上行LD V0.3有一层上行位O V0.4或有二层上行位O V0.5或有三层上行位AN down同时电梯无下行= UP电梯上行（四）24电梯到达时程序设计电梯到达某层时。将已完成的指令信号复位。以电梯到达三层为例。程序如：电梯到达三层LD three

9、 seat电梯到达三层R threeselect.1复位三层内选择R V0.0.1复位四层下行R V0.3.1复位一层上行R V0.4.1复位二层上行LD three seat电梯到达三层AN down同时无下行R threeupq.1复位三层上行LD three seat电梯到达三层AN up同时无上行R hreedownq.1复位三层下行组态软件模拟电梯PLC控制系统显示设计MCG具有全中文、面向窗口的可视化操作界面。实时性强，有良好的并行处理性能和丰富生动的多媒体画面。MCG的开放式结构拥有广泛的数据获取和强大的数据处理功能。同时。提供良好的安全机制，为多个不同级别用户设定不同的操作权限

10、。MCGS组态软件支持多种硬件设备，实现“设备无关”，用户不必因外部设备的局部改动，而影响整个系统。MCGS组态软件由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立。又紧密相关。本文利用MCGS组态软件设计。在设备组态窗口中选择适当的串口通讯设备添加FX2C-64MR。正确设置其属性。正确设置组态软件中数据变量设备通道的连接，即可实现PLC与组态软件的通讯。将PLC中的串口驱动程序与组态软件的需求响应相结合，使电脑对PLC发出的信号有响应。在MCGS组态软件的用户窗口中，制作一个动画界面。在界面上设置各个控件的属性，使设置的控件按照真实的情况动作，检验和测试电梯PLC控

11、制系统对电梯的运行状态的控制效果。MCGS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面组态配置各种不同类型和功能的对象或构构。可以对实时数据进行可视化处理。三、系统设计电梯PLC控制方案 电梯PLC 控制系统的控制核心是PLC 。哪些信号需要输入PLC ，PLC 要驱动哪些负载，以及采用何种编程方式。输入输出点的确定，是设计整个控制系统的首要问题，决定系统的程序及线路设计方案。（一）PLC输入信号的确定方法PC输入信号的确定方法在保证电梯运行安全的前提下，各种控制信号尽量直接输入PLC，如图：内外呼信号及层楼感应信号、急停按钮及开关门信号等。本模块输入信号主要由楼层呼叫信

12、号（6个）和平层号（4个）组成#楼层呼叫信号用带指示灯的按钮直接控制plc的输入端子就可实现。平层信号需提供的是开关信号，由于霍尔元件具有结构牢固、体积小、重量轻、安装方便、功率小、耐震动、不怕灰尘等优点，我选择了桥厢下安装磁铁，通过非接触的霍尔元件产生开关信号的方法。开关霍尔集成传感器与plc的输入端子连接示意图如图所示霍尔集成与plc连接示意图霍尔集成与plc连接示意图可用梯形图或顺序功能图SFC来编程#梯形图编出的程序简短，但可读性差，而且需要长期的编程技巧积累才能完成。建议学生用SFC来编，根据呼叫信号和平层信号的变化控制PLC的输出端Y13，Y14，Y15产生升、降、停信号来进一步控

13、制单片机的工作。要求学生编程时，Y13、Y14要互锁，避免同时接通，损坏步进电机。（二）PLC输出信号的确定方法PLC通过软件对输入控制信号进行处理后，由输出接口发出控制信号及各种指示信号。3.3PLC控制程序的编制方法PLC梯形图软件的设计采用模块化设计。模块化程序结构清晰、便于调试。如分为开关门、内选、外召唤、层楼数指示、定向、换速、到层延时等模块。模块间不完全独立，它们之间存在着有机联系。且在编程时要注意各条指令间的逻辑关系，梯形图中的内部辅助继电器和定时器统一分配编号，除了列IO分配表外，还应列出内辅功能分配表。充分利用PLC提供的指令。输出部分（步进电机的控制与驱动）模拟电梯桥厢需根

14、据呼叫和平层信号在短距离内（约25cm）不停上下移动和启停,尝试了用多种控制方法去控制直流和交流电机都不能满足要求,最后选用步进电机满足了设计的要求.通过对PLC进行编程,能直接控制步进电机,但这样同一PLC完成两种任务,就会运行两种不同的程序和有两种接口,本模块的设计会很复杂,这也偏离了设计的原意,为此设计了通过单片机控制步进电机的方法实现.步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构. 当步进驱动器接收到一个脉冲信号, 他就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，他的旋转是以固定的角度一步一步运行的，步进电机具有瞬间起动与急速停止的优越性，速度可以控制得很慢，方便演示

15、。控制步进电机必须由环形脉冲、信号分配、功率放大等组成的控制系统，方框图如图所示 控制步进电机方框图步进电机的驱动电路如图所示步进电机驱动电路脉冲信号的产生脉冲信号由程序控制单片机产生，如果给步进电机发一个控制脉冲，他就转一步，再发一个脉冲，他会再转一步，没有脉冲，就停止。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快，调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。为方便演示，速度要较慢，单片机程序设计电机转速为20ms对单片机进行编程,当PLC的Y13Y14,Y15分别有信号时,使电机分别完成正转、反转、停止动作，程序如下：ORG STORP:ORL P2,#OFFH ; 步进电机停止LOOP

16、:JNB P1.0,FOR ;Y13是否有信号,是则正转 JNB P1.1,REV ;Y14是否有信号,是则反转 JNB P1.2,STOP ;Y15是否有信号,是则停止 JM PLOOP FOR:MOV R0,#00H ; 正转至TABLE取码指针初值FOR1:MOV A,R0 ; 至TABLE取码 MOV DPTR ,#TABLE MOVC +DPTR JZ FOR ; 是否取到结束码CPL A ; 将ACC反相MOV P2.A ; 输出至P2,正转JNB P1.2,STO P;Y15是否有信号,是则停止JNB P1.1,REV ;Y14是否有信号,是则反转CALL DELAY ; 步进电

17、机转速INC R0 ; 取下一个码JM PFOR1 REV:MOV R0,#05H ; 反转至TABLE取码指针初值 REV1:MOV A,R0 ; 至TABLE取码 MOV DPTR,#TABLE MOVC A,+DPTR JZ REV ; 是否取到结束码(00H)? CPL A ; 将ACC反相 MOV P2.A ; 输出至P2反转 JNB P1.2,STOP ;Y15是否有信号,是则停止 JNB P1.0,FOR ;Y13是否有信号,是则正转 CALL DELAY ; 步进电机转速 INC R0 ; 取下一个码 JM PREV1STOP:JM PSTOPDELAY:MOV R1,#40H

18、 ; 步进电机转速20ms D1:MOV R2,#248 DJNZ R2,$ DJNZ R1,D1 RETTABLE:DB 03H,09H,0CH,06H, ; 正转 DB 00 ; 正转结束码 DB 03H,06H,0CH,09H ; 反转 DB 00 反转结束码END信号分配本模块使用的是二相四拍感应子式步进电机，步距角为1.8；当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA或（AB-B- -）时为正转，通电时序为DA-CA-BC-AB或（-B-AB）时为反转。功率放大单片机的输出信号经74系列数字运放整形放大，再经达林顿管进一步放大推动电机转动。4层电梯仿真模块的控制原理方框图如图所示4层电

19、梯仿真模块的控制原理方框图由信号输入、控制电梯的PLC编程、步进电机控制3大部分组成。模块的面板如图所示4层电梯模块面板基本控制原理：编制PLC控制程序#对楼层的呼叫信号、平层信号作出停止、升降判断，然后将信号传送到单片机，调用单片机的正反转、停止控制程序#再由单片机输出回路的励磁信号经放大驱动步进电机，带动皮带使桥厢上、下移动，完成电梯的模拟运行。四 电梯模型PLC控制系统设计（一）电梯的控制要求1.电梯停于某层时，有一高层呼叫时，电梯上升到呼叫层停止。2.电梯停于某层时，有一低层呼叫时，电梯下降到呼叫层停止。3.电梯停于某层时，有多高层呼叫时，电梯先上升到较低的呼叫层，停3秒后继上升到高的

20、呼叫层，响应完毕后停止。4.电梯停于某层时，有多低层呼叫时，电梯先下降到较高的呼叫层，停3秒后继续下降到低的呼叫层，响应完毕后停止。5.电梯处于上升或上降过程中，任何反向的呼叫均无效。（二）PLC控制系统的设计分析任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：1. 最大限度地满足控制对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要

21、注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2.保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3.力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要

22、求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。（三）电梯模型PLC控制系统设计由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送PLC的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。为便于观察，对

23、电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，采用LED和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。为了提高电梯的运行效率和平层的精度，系统要求PLC能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制。根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现。为了电梯的运行安全，系统应设置可靠的故障保护和相应的显示。采用PLC实现的电梯控制系统由以下几个主要部分构成如图4-1所示:图4-1 PLC实现的电梯控制系统主要构成部分其中，上行优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的阵列。上行次优先级

24、队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以下楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。控制系统在电梯运行中实时排列的四个优先级陈列，为实现随机逻辑控制提供了基础。当电梯以某一运行方向接近某楼层的减速位置时，判别该楼层是否有同向的呼叫信号(上行呼叫标志寄存器、下行呼叫标志寄存器、有呼叫请求时，相应寄存器为l，否则为0)，如有，将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较，如相同，则在该楼层减速停车：如果不相同，则将该寄存器数据送入比较寄存器，并将原比较寄存器数据保存，执行该楼层的减速停车。该动作完毕后，将被保存的数据重新送入比较寄存器，以实现随机逻辑

25、控制。系统還利用行程判断楼层，并转化成BCD码输出，通过硬件接口电路以LED显示！（四）PLC的选择电梯的电力驱动系统对电梯的起动加速、稳速运行、制动减速起着决定性作用。驱动系统的优劣直接影响电梯的起动、制动、加减速度、平层精度、乘座的舒适感等指标。所以我们的PLC选用德维森科技（深圳）有限公司的V80系列，V80系列PLC以其可靠性高、运算速度快、产品成本低和电梯专用客制化服务等优点，PLC的输入输出点数可根据需要配置，并可根据用户的要求增加并联功能。以编制一台4层4站的电梯为例，先根据控制要求计算所需要的IO接口点数，其中输入点数为32，输出点数为24。选用V80系列PLC的一个CPU单元

26、M40DR和一个扩展单元E16DR来完成电梯控制系统的逻辑控制。（五）IO分配表IO分配表如表4-1所示。表4-1-1 输入按钮上行1楼呼入信号X1下行2楼呼入信号X13上行2楼呼入信号X2下行3楼呼入信号X14上行3楼呼入信号X3下行4楼呼入信号X15上行4楼呼入信号X4楼层限位开关信号F1X21下行1楼呼入信号X12楼层限位开关信号F2X22楼层限位开关信号F3X23楼层限位开关信号F5X25楼层限位开关信号F4X24表4-1-2 输出按鈕上行1楼信号灯Y0下行5楼信号灯Y7上行2楼信号灯Y1LED数字显示aY20上行3楼信号灯Y2LED数字显示bY21上行4楼信号灯Y3LED数字显示cY

27、22下行2楼信号灯Y4LED数字显示dY23下行3楼信号灯Y5LED数字显示eY24下行4楼信号灯Y6LED数字显示fY25电机正转上行Y10LED数字显示gY26电机反转下行Y12（六）硬线接线图硬件接线图如图4-2所示图4-2 硬件接线图（七）PLC程序梯形图PLC部分程序梯形图如下图4-3所示图4-3 程序梯形图五 电梯PLC的调试与安装（一）模拟调试模拟调试可以在输入端接上手动按钮，而在PLC的输出指示灯上看输出。这种调试比较抽象，输入信号完全靠手动来控制。如按下X4是三层内呼，如此时电梯不在三层，则对应输出指示灯亮，然后依次通过手动来控制接近开关按钮，到第三层时电动机停转，输出指示灯

28、灭。其它层的运行模拟调试同理。5.2安装调试安装调试过程是一个比较复杂且耗时间的过程，首先要确定器件型号。选择器件型号除了要考虑机械设备、电压、电流外，还要考虑经济实用及美观问题。内选、外召唤信号指示灯可统一使用24V，这样可以用一个电源供电。不仅可以简化布线的繁杂，而且可以减少器件的使用，节省开支。接近开关可用KCB1型双稳态磁保开关，功率为100W，这种开关完全是靠磁性动作，不需电源。这样不仅接线方便，而且可以节省一个电源。变压器型号是BK50，主要用到24V和5V。5V用在层楼显示上。在正反转线路中，交流接触器型号是 B16型，此接触器线圈电压为220V，这是在购买接触器时特别注意的问题

29、。因为PLC输出外部电源不能超过250V ，所以选用接触器线圈电压为220V的型号。另外还有空气开关、热继电器、电动机等等，这里不必一一详述。所有的器件都备好后，接下来就是安装。主电路及PLC都装在控制柜内，这就要考虑到互相干扰的问题，主要是接触器、空气开关和PLC之间的干扰，所以要相隔一定的距离，在安装接近开关时还要考虑到一个动作范围，要确保轿厢正好在每层中间停靠。按钮、指示灯或数码显示也按照同样原则接线。所有的元器件都按照一定的编号安装好后，确保无误后，就可以调试了。由于调试过程中，输入输出点比较多，且完成一个动作所涉及的开关、按钮、输出显示也比较多。所以这里不一一说明。只对动作中一部分加

30、以说明。1. 指令运行调试这是一种最简单的调试方法，检查所设计的程序在完成其最简单的控制功能时是否会发生错误。若各种调试无错误，则再用复杂的方法进行调试。单指令运行调试的具体内容如下：假定电梯的轿厢在一楼，数码管显示为“1”，此时按下三楼的内指令按钮X5，三楼内指令显示Y35亮。电梯关门后，开始上行，当轿厢上升到三楼后，数码管显示为“3”楼的内指令显示信号Y35消除。2. 复杂运行调试首先必须弄清楚各种按钮的常开与常闭触点。布线时，一定要标号，以备维修查找方便。线头不能过长也不能过短。线头过长会碰到一起，引起短路。线头过短，过细，固定牢靠性又成问题。布线时还要考虑美观性。一根线的布置不会有太多问题，但是成百上千根线就有美观性可言。因此，接线槽、扎带、套管就成为必不可少的辅件。交流输入输出信号与直流输入输出信号分别使用各自的电缆。为了防止轿厢冲顶和蹲底，当电梯运行到顶层或底层时，可采取双重强迫停车。结束语针对这个四层电梯的控制系统本文采用FX2C-64MR可编程控制器设-H-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。利用MCGS组态软减设计模拟电梯PLC控制系统的运行。将PLC中的串口驱动程序与组态软件的需求响应相