三菱PLC四层电梯课程设计(共27页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目录专心-专注-专业一、 方案选择及论证1.1 综述 随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。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。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，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，电梯控制系统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，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

2、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。1.2设计任务及要求通过软硬件的设计，系统需完成以下要求：（1）接收并登记电梯在楼层以外的所有指令信号、呼梯信号，给予登记并输出登记信号。 （2）根据最早登记的信号，自动判断电梯是上行还是下行，这种逻辑判断称为电梯的定向。电梯的定向根据首先登记信号的性质可分为两种。一种是指令定向，

3、指令定向是把指令指出的目的地与当前电梯位置比较得出“上行”或“下行”结论。例如，电梯在二楼，指令为一楼则向下行；指令为四楼则向上行。第二种是呼梯定向，呼梯定向是根据呼梯信号的来源位置与当前电梯位置比较，得出“上行”或“下行”结论。例如，电梯在二楼，三楼乘客要向下，则按AX3，此时电梯的运行应该是向上到三楼接乘客，所以电梯应向上。 （3）电梯接收到多个信号时，采用首个信号定向，同向信号先执行，一个方向任务全部执行完后再换向。例如，电梯在三楼，依次输入二楼指令信号、四楼指令信号、一楼指令信号。如用信号排队方式，则电梯下行至二楼上行至四楼下行至一楼。而用同向先执行方式，则为电梯下行至二楼下行至一楼上

4、行至四楼。显然，第二种方式往返路程短，因而效率高。 （4）具有同向截车功能。例如，电梯在一楼，指令为四楼则上行，上行中三楼有呼梯信号，如果该呼梯信号为呼梯向上(K5)，则当电梯到达三楼时停站顺路载客；如果呼梯信号为呼梯向下(K4)，则不能停站，而是先到四楼后再返回到三楼停站。 （5）一个方向的任务执行完要换向时，依据最远站换向原则。例如，电梯在一楼根据二楼指令向上，此时三楼、四楼分别有呼梯向下信号。电梯到达二楼停站，下客后继续向上。如果到三楼停站换向，则四楼的要求不能兼顾，如果到四楼停站换向，则到三楼可顺向截车。1.3设计思路1.3.1电梯输入信号及意义（1）位置信号 位置信号由安装于电梯停靠

5、位置的4个传感器SQ1SQ4产生。平时为OFF，当电梯运行到该位置时ON。 （2）指令信号 指令信号有4个，分别由“一至四”（K7K10）4个指令按钮产生。按某按钮，表示电梯内乘客欲往相应楼层。 （3）呼梯信号 呼梯信号有6个，分别由K1K6个呼梯按钮产生。按呼梯按钮，表示电梯外乘客欲乘电梯。例如，按K3则表示二楼乘客欲往上，按K4则表示三楼乘客欲往下。 （4）门区感应层信号 门区感应层信号有1个（即K11）。 （5）开关门信号 开关门信号有2个，即开门信号按钮（K12）和关门信号按钮（K13），其中当电梯达到指定层时，电梯会自动开关门。当电梯运行时，箱内开关门按钮无效，当达到指定楼层时，通过

6、开关门按钮可以分别达到增加或减少电梯处于开门时间。1.3.2电梯输出信号及其意义（1）运行方向信号 运行方向信号有两个，即电梯上行和下行。 （2）指令登记信号 指令登记信号有4个，分别由L11L14个指示灯组成，表示相应的指令信号已被接受（登记）。指令执行完后，信号消失（消号）。例如，电梯在二楼，按“三”表示电梯内乘客欲往三楼，则L12亮表示该要求已被接受。电梯向上运行到三楼停靠，此时L12灭。 （3）呼梯登记信号 呼梯登记信号有6个，分别由L1L6个指示灯组成，其意义与上述指令登记信号相类似。 （4）电机信号 电机信号有3个，分别为电机正转、电机反转和电机运行。例如，当电机处于正转或反转状态

7、时，电机处于运行状态；当处于开关门状态时，电机就停止运行。（5）开关门信号 开关门信号有2个，即电梯处于开门状态和处于关门状态。1.4 PLC选型1.4.1 PLC的IO点数估算根据被控对象对PLC控制系统的技术指标和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定PLC的IO点数。在估算系统的IO点数和种类时，要全面考虑输入、输出信号的个数，IO信号类型(数字量模拟量)，电流、电压等级，是否有其他特殊控制要求等因素。以上统计的数据是一台PLC完成系统功能所必须满足的，但具体要确定I0点数时则要按实际I0点数，再向上附加2015的备用量。根据机型的选择，再对被控对象进行I0点数的估算，根据被控对象

8、IO信号的点数，考虑留有1520的备用量以调整和扩充。估算出被控对象的I0点总数，就可根据此点数选择相当的PLC。I0点数是衡量PLC规模大小的重要指标，选择相应规模的PLC需要留有余量。1.4.2 响应时间扫描周期和响应时间必须认真考虑。可编程序控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠的接收持续时间小于扫描周期的输入信号。1.4.3输入输出模块的选择来自现场的设备按钮、限位开关、行程开关等的电平信号并将其转换为机器内部电平信号，模块类型为直流和交流两种。根据设备与模块之间的远近程度选择电压的大小，一般5V、12V、24V属低电平，传输距离不宜太远。另外，高密度的输入模块如32点、64点，同时接通

9、点数取决于输入电压和环境温度。一般讲，同时接通点数不得超过60%。系统的稳定性，必须考虑门槛电平(接通电平与关断电平之差)的大小。门槛电平值越大，抗干扰能力越强，传输距离也就越远。输出模块的任务是将机器内部电平信号转换为外部的控制信号。频繁、电感性、低功率因数的负载，推荐使用晶闸管输出模块，但缺点是模块价格高，过载能力差。输出模块优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜，缺点是寿命短，响应速度慢。输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。1.4.4机型的确定三菱公司的FX2N-48MR系列的PLC具有24点输入/24点输出，输出端接24V直流电源，而且能够满足本设计的所有技术指标及设计要

10、求，因此选择该型号的PLC。二、 系统硬件设计2.1电梯模型介绍该装置由底座、立柱及面板、主电路板等组成。底座背部设有电源插座及保险管座，保险管规格为250V(1A)。电源开关设置在底座上面。本装置电源为交流220V(50HZ)。 轿厢在模型的左侧，由小型直流电机来控制它的上升和下降，轿厢门模拟在装置的右上方，可进行开门和关门控制。 面板上的输入信号端子有内选按钮信号、外选按钮信号、平层、限位信号、厢门限位信号及公共端I等共计39个，控制时应分别与PLC主机输入端连接，公共端I与主机输入COM点连接。 面板上的输出信号端子有外呼指示灯、轿厢上升下降控制、内选指示灯、厢门控制，公共端等共计24个

11、，控制时应分别与PLC主机输出端连接，公共端与主机输出COM连接。使用时首先将模型与PLC主机输入、输出端口连接好，检查无误后，接通电源，模型处于待机状态，启动PLC运行程序，按动模型选层的内呼或外呼按钮，若PLC运行程序编制正确的话，电梯模型将按内、外呼按钮指令正常运行。2.2 I/O分配表2.2.1输入输出点分配输入信号有：内呼信号4个，外呼信号6个，开关门信号2个，轿厢平层信号4个,门区感应信号1个，共计17个。输出信号有：内呼信号指示4个，外呼信号指示6个，运行楼层显示信号4个，开关门信号2个 ，电机信号3个，共19个。输入输出分配表如表2-1所示。表2-1：输入输出点分配表2.2.2

12、中间辅助继电器中间继电器使用情况如表2-2： 表2-2：中间辅助继电器使用情况楼层数一楼二楼三楼四楼指层登记继电器M0M1M2M3指层消号继电器M4M5M6M7轿内指令登记继电器M10M11M12M13厅门招呼继电器上M30M31M32下M33M34M35轿内指令消号继电器M20M21M22M23 表2-2（续）：中间辅助继电器使用情况继电器名称上行定向下行定向启动继电器运行继电器厅门开门继电器厅门招呼上行定向厅门招呼下行定向门区继电器停站继电器正转运行继电器反转运行继电器开门继电器关门继电器编号M30.0M30.1M30.2M30.3M30.4M30.5M30.6M30.7M31.0M31.

13、1M31.2M31.3M31.4M31.5M31.62.3 PLC I/O接线图图2-1为PLC输入输出接线图。X000X023为输入信号，Y000Y024为输出信号，其中输入端的公共端COM悬空，输出端的所有公共端COM接+24V电源。输出名称触头编号SQ1电机正转输入点名称触头编号Y0一楼X0Y1X1SQ2二楼电机反转Y2X2楼层感应器电机运行SQ3COM1X3控制端三楼Y5X4厅门招呼指示灯一楼上SQ4四楼Y6K11X5二楼下Y7X6二楼上门区感应器Y10X7三楼下K1一楼上行K2Y11X10三楼上X3门层招呼开关二楼下行Y12X11四楼上二楼上行Y13X12开门指示灯K4三楼下行关门指

14、示灯K5三楼上行Y14X13K6Y15X14一楼四楼下行Y16X15轿内停层灯二楼K12开门开关K13Y17X16三楼关门开关门层招呼开关Y20X17四楼K10一楼一楼K9二楼Y21X20运行楼层显示K8Y22X222二楼三楼Y23X23三楼K7四楼Y24COM四楼COM2FX2N-48MR24VCOM5COM4COM3图2-1：PLC输入输出接线图2.4 控制电路系统设计2.4.1、三相异步电动机的选取JO2-41-4：额定功率5.5KW ，额定电流11A ，额定转速1440r/min ，功率因0.88，堵转电流7.0A。2.4.2、熔断器的选择使用220V三相交流电源供电，则： I(fu)

15、=I(n)(1.5-2.5)，取I(fu)=22A 产品型号：3NA3814 2C ；适用于交流50Hz，额定电压交流380、500V，额定电流35A的配电线路中，作过载和短路保护。2.4.3热继电器的选择电动机在启动瞬间和短时过载启动瞬间电流为（5-6）倍的I（n）。一般情况下热继电器的整定值得选取电动机的额定电流的（0.95-1.05）倍的I（n）。使用时，热继电器的旋钮应调到该额定值 ，否则起不到保护作用。选择型号：，额定电流16A100A，额定电压小于690V以下的电机。2.4.4交流接触器的选择接触器是一种能频繁接通和断开远距离用电设备主电路及其他大电容用电贿赂的自动控制电器，它分为

16、直流和交流两类。控制对象主要是电动机、电炉、电焊机、电容器等。交流接触器主要由电磁机构、触头系统、灭弧装置等组成。产品型号：CJX2系列，额定电流 40A，额定电压 220V。2.4.5 电机接线图图2-2电机接线图三、系统软件设计3.1程序流程图 假设电梯停于一楼，此时如果按下三楼向上按钮，电梯上行。如果在上行过程中如果按下二楼向上按钮，则先停于二楼，再上行至三楼。如果在上行过程中按下二楼向下按钮，由于是反向信号，所以电梯先去三楼，所有的上行信号均响应以后再响应下行信号。如果按下四楼向下按钮，则电梯完成其他外呼向上信号以后就上行至四楼。电梯到达四楼后，如果同时按下一楼向上按钮、二楼向上按钮、

17、三楼向上按钮，则轿厢首先下行至一楼响应最远反向呼信号。然后再上行至二楼、三楼。 图3-1 系统程序流程图3.2梯形图3.2.1电梯的平层信号登记与消除图3-2 电梯平层信号的登记与消除梯形图3.2.2轿内指令信号登记及消除点动内呼按钮，信号登记显示，到层信号取消。图3-3 轿内指令信号的登记与消除梯形图3.2.3轿内停层灯信号登记当电梯到达某一层时，电梯显示到达某一层的指示灯亮。图3-4 轿内停层灯信号登记梯形图3.2.4厅门招呼开关信号的保持该信号用于在有乘坐需要的楼层停车，并自动或手动执行开关门操作。开关门执行一次之后，信号取消。使电梯能够继续响应其他乘坐信号。图3-5 厅门招呼开关信号的

18、保持梯形图3.2.5电梯定向信号登记1轿厢上行信号登记图3-6 轿厢上行信号登记梯形图2轿厢下行信号登记图3-7轿厢下行信号登记梯形图3轿厢运行信号登记图3-8轿厢运行信号登记梯形图3.2.6电梯停站信号登记图3-9电梯停站信号登记梯形图3.2.7电机正反转信号登记图3-10电机正反转信号登记梯形图3.2.8 电梯开关门信号登记图3-11电梯开关门信号登记梯形图3.2.9时间继电器信号图3-12时间继电器信号梯形图3.2.10运行楼层显示部分图3-13运行楼层显示部分梯形图3.2.11轿内停层灯显示部分图3-14轿内停层灯显示部分梯形图3.2.12厅门招呼指示灯显示部分图3-15厅门招呼指示灯

19、显示部分梯形图3.2.13电机运行状态图3-15电梯运行状态梯形图四、系统调试4.1 系统调试设计一个PLC应用系统，关键要解决的第一个问题是进行PLC应用系统的功能设计，即根据受控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。第二个问题是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式、控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。第三个问题是根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。调试步骤： (1)硬件接线：按图的I/O口接线分配方式将试验台上的PLC（三菱FX2N-48MR）与电梯模型连接起来，由于电梯模型总共有五层；而本次设计

20、只是设计了四层，所以与第五层有关的信号不用连接。（2）软件编译：将所用的程序输入到MELSOFT系列GX developer中。（3）连调：将以上程序用数据线下载到PLC中，然后对其通过对梯形图的监视来监测程序和实际电路是否正确。调试过程是将PLC和 梯形图连调，与PLC相连的按键开关的变化都可以在梯形图上显示出来，通过这种方式查找出不符合本设计的问题，然后解决，调试是个不断完善的过程。4.2 调试过程中出现的问题及解决办法（1）实验过程中电梯只能实现上行功能，下行功能无效解决方法：将软件中增加一个输出，用Y2表示电梯是否运动，其中Y0和Y1作为输入。Y2与电梯的TD相连，Y1与电梯的ZF相连

21、。 （2）实验中，电梯的平层信号只是上楼有效或者只是下楼有效，电梯不能很好的工作 解决方法：由于程序设计过程中，设计了每层有两个平层信号，即上楼时的平层信号和下楼时的平层信号，而电梯中只有一个平层信号。可以将每层楼的两个平层信号并联在一起，用一个输入表示。4.3 程序最终调试运行情况(1)按下呼叫按钮，电梯在检测到外呼或者内呼信号以后，便会运行到指定楼层。上升过程中，只执行上行信号，下行信号不执行且只保持相应指示灯点亮，反之亦然。 (2)若同时按下多层反向外呼按钮，则轿厢首先运行最远的反向外呼信号所在的楼层，然后再顺序执行其他的外呼信号。 (3)平层后开门，直至碰到开门到位行程开关，再经过5S

22、的延时后自动关门。在此过程中可以按轿厢内的开门开关或关门开关进行开关门。 (4)在上升或下降过程中，开关门按钮无效。在开关门过程中，轿厢不能上升和下降。(5)用指示灯指示上行还是下行五、结果分析及展望在这次为期两周的课程设计中，我完成了电梯控制的一些基本要求，如电梯在运动中的优先级，开关门，中途载客等功能，但设计仍存在一些不足之处，一是电梯在一楼上楼过程中，当我们按下三楼和四楼时，电梯会在上升过程中听会，然后再上四楼，回到三楼停下。可以通过修改部分程序来实现；二是由于数码管是共阳极的，在实验中是用LED来实现显示楼层，没有用数码管显示不太直观，可用程序对输出信号取反，这样更加便于乘客乘坐。在这

23、两周的课程设计中，我通过查找资料知道控制电梯的方法很多，比如也可以用单片机来控制。但这次采用PLC对其进行编程是因为PLC更加方便。同时，这两周的学习增加了我的知识面，提高了我查找资料的能力；而且通过这次课程设计，复习了课本上的知识，巩固了自己的知识以及让我知道如果想设计出更好的程序，课本上知识是远远不够的，我们应该多看一些相关的书籍，这对以后工作培养查找资料的能力有一定影响。这次课程设计能达到最基本的目的。利用可编程控制器以及电动机控制技术，充分利用了数字化电子控制技术，通过合理的设别选型、软件设计，提高了电梯运行的可靠性和运行效率。虽然梯形图直观，一目了然，但当程序过长时，看起来也很费力。

24、相信随着科技的发展，PLC的类型会越来越多，越来越有针对性，在对待特定问题时会简单解决，优化PLC编程某些繁琐的地方，更加方面我们的生活。参考文献：1李仁主编，电气控制，北京：机械工业出版社，20002陈立定等主编，电气控制与可编程控制器，广州：华南理工大学出版社，20013王仁祥主编，常用低压电器原理及其控制技术，北京：机械工业出版社，20024郑萍主编，现代电气控制技术，重庆：重庆大学出版社，20015 佟为明等编，低压电器继电器及其控制系统，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20006 王海，李洪奎，刘晓。基于PLC的多轴控制研究J。机械工程学报,2008,6(4):470-472.7 杨东,黄永红,张新华,吉敬华.用PLC基本指令实现自动运动定位控制的 研究J. 微计算机信息,2010,26(2-1):62-64。 8 秦琴，王忠庆.。利用PLC的高速计数功能实现轴的精确定位控制.。电气技术。2009(3)。9 陈婵娟,薛恺.基于PLC的步进电动机单双轴运动控制的实现.机械设计与制造.2009（3）10 杨涛,王启江等。基于PLC绕线机控制系统设计J。组合机床与自动化加工技术，2005(8)：58-59。