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1、电梯毕业设计基于PLC的电梯运行控制模拟实验教学系统 摘 要本文针对PLC及电梯教学的需要，介绍了由PLC控制的自我设计的四层电梯模型的构成、设计要求、编程方法及程序等。对电梯模型采用PLC控制系统的设计进行了描述，希望通过实际教学的应用，积累宝贵的经验，在教学方面具有较好的实用价值。本设计是数控工作台的设计，该控制系统由微机部分、键盘、LED、IO接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大器电路等组成。系统的控制部分采用软、硬件结合的方法设计。该设计系统基于功能强大的AT89S51单片机为核心，配以必要的传感装置，在X和Y方向均有一个步进电机，利用单片机控制步进电机，使其按三相六拍运行方式

2、运行，并且通过编写汇编程序，可以实现各种复杂的控制，使其按预定的运行规则和程序，发出控制信号控制步进电机的转速，运用步进电机来驱动传动部分，从而控制数控工作台的运行速度和时间，LED为显示系统，用于实时显示工作台的运行方向。从而实现系统设计要求，实现该数控工作台的基本功能。关键词：电梯模型，PLC控制，程序设计NUMBER OF CONTROL WORK STATION DESIGN AbstractIn this paper, the need for teaching PLC and the elevator is introduced by the PLC control model o

3、f self-designed four-storey elevator composition, design, programming methods and procedures. Model of the elevator control system design using PLC described the hope that through the application of practical teaching, gain valuable experience in teaching has good practical value.This design is the

4、design of numerical control table, the control system consists of computer parts, keyboard, LED, I / O interfaces, optical coupling circuit, stepping motor, electromagnet power amplifier circuit and other components. System control part of the use of hardware and software combination designed. The d

5、esign system is based on powerful AT89S51 microcontroller core, accompanied by the necessary sensing devices, in both X and Y direction of a stepper motor, stepping motor used to make it run shot by three-phase six-run, and by writing assembler, can achieve a variety of complex control, so according

6、 to predetermined operating rules and procedures, the control signals control the speed of the stepper motor, stepper motor used to drive transmission parts to control the operation CNC table speed and time, LED for the display system for real-time display table in the running direction. In order to

7、 achieve system design requirements and to achieve the basic functions of the CNC table.Keywords: Elevator Model, PLC control, programming目 录0 引言随着城市建设的不断发展， 楼群建筑不断增多，电梯在当今社会的生活中有着广泛的应用。电梯作为楼群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。电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，大部分电梯控制系统都采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式

8、， 一是采用微机作为信号控制单元， 完成电梯信号的采集、 运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能， 拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制，从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小， 自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高， 程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定、可靠性高等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器（PLC）来实现。 1 四层电梯模型 结合教学的需要，我们研发设计了四层电梯模型， 该电梯模型基本上反映了电梯的结构和使用功能，效果

9、直观，可操作性好；选用功能较强的 PLC 作为控制单元，符合我国当前中低速电梯控制系统的实际情况。同时，该模型为电梯技术教学提供了较理想的实验平台，使用者可以直观地验证其程序编辑的正确性，便于理解电梯控制的逻辑关系。 2 可编程序控制器（PLC ）可编程序控制器为 （Program m able Logic Controller，简称PLC）， 是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用自动控制装置。 国际电工委员会（IEC） 对 PLC 的定义是：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贮器， 用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制

10、、 定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出， 控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备， 都应按易于与工业控制系统形成一个整体， 易于扩充其功能的原则设计。PLC 具有可靠性高、适应面广、抗干扰能力强、编程方便、对环境要求低、 与其他装置配置连接方便等特点。在工业自动化控制系统中占有极其重要的地位。3 四层电梯模型 PLC 控制系统的设计3.1 设计目的 实现电梯运行的自动控制；制作、完善教学教具； 加强教师教学教研水平； 更好的为教学服务。3.2 设计要求3.2.1 电梯上行设计要求：当电梯停于 1f 或 2f，3f 呼叫时，则上行，到 3f 的行程

11、开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开3 秒后，轿厢门与厅门关闭； 当电梯停于 1f，2f呼叫，则上行，到2f 的行程开关控制停止， 同时， 轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭；当电梯停于 1f，2f，3f 同时呼叫，电梯上行到 2f， 行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到 3f 行程开关控制停止；当电梯停于 1f，3f，4f 同时呼叫时，电梯上行到 3f， 行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到 4f 行程开关控制停止； 当电梯停于 1f，2f，4f 同时呼叫时，电梯上行到 2f， 行程开关控制停止，同时

12、，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到 4f 行程开关控制停止；当电梯停于 1f，2f，3f，4f 同时呼叫时，电梯上行到2f，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到 3f，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到 4f 行程开关控制停止；电梯停于 2f，3f和 4f 同时呼叫，电梯上行到 3f，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上 行到 4f 行程开关控制停止；当电梯停于 1f 或 2f 或 3f 时，4f呼叫，则上行到 4f 行程开关控制后停止， 同时，轿厢

13、门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭。电磁机构的工作原理 电磁机构由铁心（衔铁）、静铁心和电磁线圈三部分组成，其作用是将电磁能转化成机械能，产生电磁吸力带动触头动作。衔铁和动触点相连，当电磁线圈通电时产生磁场，使衔铁和静铁心磁化，并且相互吸引。衔铁带动动触点动作，使触点闭合接通电路。电磁线圈断电后，磁场消失，磁力也随之消失，这时在复位弹簧的作用下，衔铁复位，带动动触点与静触点分开，电路断开。在触头断开的瞬间应采取措施迅速灭弧，由于继电器用于控制电路，所以电路比较小，不需要灭弧装置。 由于1绪 论1.1 研究背景PLC 是一种专门用于工业控制的计算机，早期的PLC是用来替代继电器、接触器控制的

14、。它主要用于顺序控制，只能实现逻辑运算。因此，被称为可编程逻辑控制器（Programmable logic controller，略写 PLC )随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器（Programmable controller，略写PC)。为区别于Personal Computer (PC)，故沿用PLC 这个略写。PLC的优点：1. 抗干扰、可靠性高。2. 模块化组合式结构，使用灵活方便。3. 编程简单，便于普及。4. 可进行在线修改。5. 网络通讯功能，便于实现分散式测控系统。6. 与传统的控制方式比较，线路简单。与一般的

15、计算机语言相比，PLC的编程语言，具有明显的特点。它既不同与高级语言，也不同于汇编语言。PLC的主要用户是工程技术人员，应用场合是工业过程。因此，PLC的编程语言简单，易于编写和调试，但应用范围比较窄。 目前，各个PLC的生产厂家使用的语言互不兼容。常用的PLC使用的编程语言有梯形图语言、助记符语言和计算机高级语言，一般的小型机多使用多使用梯形图语言或指令助记符语言，本章着重介绍这两种语言 。 梯形图语言是一种图形语言，它是以继电器控制系统的电气原理图为基础演变而来的。它沿用了传统的继电器控制中的触点、线圈、串并联等术语和图形符号还加进了许多功能强、使用灵活的指令，使得编程更加容易。梯形图语言

16、比较形象、直观，对于熟悉继电器控制系统的人来说，容易接受。世界上各个PLC的生产厂家都把梯形图语言作为第一用户编程语言。1.2 PLC发展趋势近年来，PLC发展的明显特征是产品的集成度越来越高，工作速度越来越快，功能越来越强，使用越来越方便，工作越来越可靠。目前，PLC的发展趋势如下：（1）在系统构成规模上向大、小两个方向发展；（2）PLC产品更加规范化、标准化；(3) PLC的功能不断增强，各种应用模块不断推出。1.3程序的编写顺序程序的编写顺序应按自上而下、自左至右。为了减少程序的执行步数，程序应为“左大右小，上大下小”。2 设 计 内 容接线引脚引脚引脚1电机+14一层电梯平层指示灯2电

17、机+15一层上行指示灯31号接近开关（-）16二层电梯平层指示灯41号接近开关（+）17二层上行指示灯52号接近开关（-）18二层下行指示灯62号接近开关（+）19三层电梯平层指示灯73号接近开关（-）20三层下行指示灯83号接近开关（+）21三层上行指示灯94号接近开关（-）22四层下行指示灯104号接近开关（+）23四层电梯平层指示灯11地线（灰线和黄线）24电机12轿厢+12V25电机13轿厢+24V控制轿箱上下的电路图控制轿箱开关门的电路图3 控制系统硬件设计3.1 电梯系统组成该系统由一套四层电梯所组成，每一层电梯都有一个呼梯按钮，用于将电梯上升/下降到本层，当电梯到达本层时，相应的

18、平层信号会传送到PLC中去。电梯到达相应的楼层时，其楼层指示灯会亮。电梯模型图如下图所示3.2 电梯控制要求（1）开始时，电梯处于任意一层。（2）当有外呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，延时3秒后自动关门。（3）当有内呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，延时3秒后自动关门。（4）在电梯轿厢运行过程中，轿厢上升/下降途中，任何反方向下降/上升的外呼梯信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方无其他内、外呼梯信号时，则电梯响应该外呼梯信号。例如，电梯轿厢在1楼，将要运行到3楼，在此过程中可以响应2层向上外呼梯信号，但不响

19、应2层向下外呼梯信号。同时，如果电梯到达3层，并且4层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应2层向下外呼梯信号。否则，电梯轿厢将继续运行至4楼，然后向下运行响应2层向下外呼梯信号。（5）电梯应具有最远反向外呼梯响应功能。例如，电梯轿厢在1楼，同时有2层向下外呼梯，3层向下外呼梯，4层向下外呼梯，则电梯轿厢先去4楼响应4层向下外呼梯信号。（6）电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯轿厢停止运行后，按开门按钮轿厢门打开，按关门按钮轿厢门关闭。楼层显示灯亮表明该楼层有信号请求，灯灭表明该楼层请求信号消除。摘要基于PLC的电梯运行控制模拟实验教学系统。电梯的电气系统由拖动系统和控制系统

20、两部分组成。电梯设计使用可编程控制器(PLC)，功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。分析了基于PLC的电梯硬件电路以及程序设计。利用GE Fanuc的可编程控制器实验装置及Proficy Machine Edition编程软件，设计出基于PLC的电梯运行模拟实验教学系统，能够达到与程序相符合的运行结果。即通过更改、调试程序，最终实现四层模拟电梯的上下行及开关门功能。The elevator operation control based on PLC simulation teaching system. Elevator drive system from the electrical

21、system and control system composed of two parts. Elevator design using programmable logic controller (PLC), function in a flexible, simple programming, fault, low noise. Analysis of the elevator based on PLC hardware and programming. GE Fanuc programmable controllers using experimental devices and P

22、roficy Machine Edition programming software, designed to run on the elevator PLC simulation teaching system to achieve operating results consistent with the program. Through changes, the debugger, and ultimately four simulated elevator door and down the line and switching functions.1 绪论1.1课题背景随着城市化进

23、程的不断发展，高层建筑的不断增多，电梯已经成为人们进出高层建筑不可缺少的运载工具之一，由于早期的电梯上继电器控制方式，存在故障较多、可靠性较差、接线复杂、一旦接受完成不易更改等缺点。可编程控制器（Programmable Logic Controller）的出现大大改善了以上所面临的问题。PLC既保留了继电器公职系统的一些优点，又采用了一种可编程运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入、输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。因此，现在PLC在电梯控制领域得到广泛的应用。1.2设计任务及要求本设计将GE Fanuc的可编程控制器应用于四层模拟电梯进行逻辑控制，

24、电梯井采用8mm厚的透明亚克力板制作而成，轿厢采用3mm厚的不透明白色塑料板制作而成，目的是为教学提供一个更直观的观察方式。由于电梯体积小不便于在电梯井和轿厢上直接进行操作，此电梯模型配有一个控制面板，用来模拟真实电梯的控制按钮。电梯控制的大体逻辑如下：当乘客进入电梯后，按下楼层按钮，电梯门自动/手动关门。电梯进行下列运作：根据轿厢所处的位置及乘员所到的层数，判定轿厢的运行方向并在电梯井面板的指示灯上显示出来，保证轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，与电梯相同运行方向时停车，自动/手动开关门。1.2.1设计内容：1）电梯轿厢的控制要求a：根据各层内选外呼叫信号的先后和停止时轿厢所在的楼

25、层位置决定电梯的运行方向。并根据电梯的运行方向和所停楼层在电梯外面板上的LED指示灯显示出来。b：根据各层外呼叫信号的先后和停止时轿厢所在的楼层位置决定电梯的运行方向。并根据电梯的运行方向和所停楼层在电梯外面板上的LED指示灯显示出来。2）电梯门的控制要求：要求当电梯到达所要求的楼层时，电梯门自动打开，延时5秒后电梯门自动关上。1.2.2设计要求：1）根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作（动作顺序、动作条件及必须的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动等）；2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备。据此确定PLC的I/O点数；3）选择PLC，分配PLC的I/O点，设计电气接口连接

26、图；4）进行PLC程序设计1.3要求的设计成果1、根据设计内容撰写基于plc的电梯运行控制模拟实验教学系统使用说明书。2、绘制接线图、顺序功能图、梯形图、I/O列表。2 总体方案的设计2.1电梯模型设计电梯井采用8mm厚的透明亚克力板制作而成，轿厢采用3mm厚的不透明白色塑料板制作而成，目的是为教学提供一个更直观的观察方式。由于电梯体积小不便于在电梯井和轿厢上直接进行操作，此电梯模型配有一个控制面板，用来模拟真实电梯的控制按钮。图2.1.1为电梯模型的CAD图。2.2电梯模型所需元器件2.2.1接近开关电梯模型共采用浙江飞凌电气有限公司生产的飞凌接近开关FA12-4LA六只，分别做为电梯到达楼

27、层时的感应开关（4只）和轿厢门开关时的感应开关（2只），具体参数见图2.1.2A和表2.1.2B。图2.1.2A 型号 参数FA12-4LA基本参数直流DC-36V,二线制,NO 常开安装方式非埋入式输出电压降DCDC两线4V输出电流50mA重复精度10%消耗电流10mA响应频率DC 400Hz,AC 25Hz外壳体材料金属/塑料ABS设定距离0-3.2mm标准检测物体14141（铁）连接方式1.5m PVC电缆防护等级IP67表2.1.2B2.2.2继电器本电梯共采用两种继电器模型，一种是无锡机床电器厂生产的JZ01-33型号的继电器，另一种是松下公司生产的DS2Y-S-DC12V型号继电器

28、。继电器JZ01-33用于控制电机的正反转，继电器DS2Y-S-DC12V用于串在接近开关上，来实现接近开关的作用。两种型号的继电器的参数见图2.1.2C和图2.1.2D。图2.1.2C图2.1.2D2.2.3 25针转接口25针转接口在模型电梯中作为排线的转接口使用。如图2.2.3A和图2.2.3B图2.2.3A图2.2.3B2.3电梯各部分实物展示2.3四层电梯电气接口连接图4控制系统软件设计4.1 I/O分配表输入输出1层内呼I000031层内呼指示Q000042层内呼I000042层内呼指示Q000063层内呼I000053层内呼指示Q000094层内呼I000064层内呼指示Q000

29、131层外呼上I000071层外呼上指示Q000052层外呼下I000082层外呼下指示Q000082层外呼上I000892层外呼上指示Q000073层外呼下I000903层外呼下指示Q000103层外呼上I000953层外呼上指示Q000114层外呼下I000964层外呼下指示Q00012开轿厢门I00002开轿厢门Q00001关轿厢门I00001电梯轿厢上行Q000021层平层I00094电梯轿厢下行Q000032层平层I000933层平层I000924层平层I000914.2梯形图程序4.3 操作步骤（1）将PLC（选用32点主机）与电梯模型按I/O分配接好连接线。（2）启动电源，将演示

30、程序输入到计算机中，并下载到PLC。（3）调试并运行程序，将PLC运行在监控状态下，按动电梯模型选层得内呼或外呼按键，相应的PLC输入状态显示灯亮，若接线正确，将PLC置于“RUN”状态，电梯模型将按内、外呼按键指令正常运行。软件设计（16输入13输出）输入输出的地址分配如下：1、 输入部分一层外呼呼叫按钮：I0003二层外呼呼叫按钮：I0004三层外呼呼叫按钮：I0005四层外呼呼叫按钮：I0006一层平层接近开关：I00094二层平层接近开关：I00093三层平层接近开关：I00092四层平层接近开关：I00091轿厢开门：I0001轿厢关门：I0002一层内呼按钮（上行）：I0007二层内呼按钮：上行地址：I0008下行地址：I00089三层内呼按钮：上行地址：I00090下行地址：I00095四层内呼按钮（下行）：I000962、输出部分开门（+24V）：Q00001轿厢下行：Q00003（高电平）轿厢上行：Q00002和Q00003（均高电平）轿厢停于一层显示灯：Q00004轿厢停于一层欲上行显示灯灯：Q00005轿厢停于二层显示灯：Q00006轿厢停于二层欲上行显示灯灯：Q00007轿厢停于二层欲下行显示灯灯：Q00008轿厢停于三层显示灯：Q00009轿厢停于三层欲上行显示灯灯：Q00011轿厢停于三层欲下行显示灯灯：Q00010轿厢