基于~plc的电梯控制系统设计.doc

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1、/毕 业 设 计 （ 论 文 ） 中 文 摘 要随着我国经济的高速发展，自动控制技术也得到了迅猛发展，而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，在工业、商业和民用方面应用已十分广泛，与人们的生活紧密相关。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。本论文通过讨论电梯控制系统的组成，阐述可编程控制器（PLC）在电梯控制中的应用，采用三菱 PLC 编程的程序控制方式，提出了四层电梯的 PLC 控制系统总体设计方案、设计过程、组成，列出了具体的主要硬件电路、电梯的控制梯形图及指令表。并给出了系统组成框图和程序流程图，在分析、处理随机信号逻

2、辑关系的基础上，提出了 PLC 的编程方法，设计了一套完整的电梯控制系统方案。采用本方案实现电梯控制，能够解决继电器接触器触点多，故障率高、可靠性差、安装调试周期长、维修工作量大、接线复杂等缺点。使电梯运行更加安全、方便、舒适。关键词：电梯、PLC、梯形图/目录1 绪 论 .11.1 概述 .11.2 课题的提出 .11.3 课题的主要讨论内容 .22 状态设定、运行分析及控制要求 .32.1 电梯状态设定 .32.2 运行中的情况分析 .32.3 电梯的控制要求 .43 控制系统的硬件设计 .63.1 PLC 类型的选择 .63.2 电梯内部控制硬件设计 .63.3 电梯外部控制硬件设计 .

3、73.4 数码管的显示原理 .73.5 电气控制系统主回路原理图 .83.6 门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路 .83.7 PLC 信号控制系统框图 .93.8 I/O 分 配表 .103.9 PLC 硬件接线图 .104 控制系统的软件设计 .134.1 系统流程 图 .134.2 PLC 程序梯形图 .145 电梯 PLC 的调试与安装 .225.1 模拟调试 .225.2 安装调试 .225.2.1 单指令运行调试 .225.2.2 复杂运行调试 .23结束语 .24致谢 .25参考文献 .26/1 绪 论1.1 概述随着我国经济的高速发展，自动控制技术也得到了迅猛发展，而电梯作为

4、现代高层建筑的垂直交通工具，在工业、商业和民用方面应用已十分广泛，与人们的生活紧密相关。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。传统的电梯控制系统采用的是继电器逻辑控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命短，占地空间大，正逐步被淘汰。为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，设计了一套以 PLC 为核心控制器的电梯自动控制系统，用来取代以往的较复杂的继电器接触器控制。因为在核心控制部分采用了 FX2N型 PLC，使用是软件程序控制，从而在保证电梯正常运行这个要求的情况下，大大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容易

5、性，同时还克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素，取得了良好的预期效果。此电梯模型所采用的类型为三菱 FX2N。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。1.2 课题的提出当今社会电梯产品繁多，选择何种器件来控制电梯的稳定 、安全、高效运行显得尤为重要。PLC 以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。在电梯业也是如此，目前国内 7080 年代

6、安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多，故障率高，系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大，严重地影响电梯运行质量。应对这些电梯进行更新和改造。但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难，所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。近年来，采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯，取得了良好效果。利用 PLC 和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。为此提出了本课题加以研究。/1.3 课题的主要讨论内容由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。

7、因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。课题所研究的任务主要是用可编程控制器（PLC）作为核心器件对电梯控制系统进行系统控制，从而实现电梯稳定、安全、高效运行。论文的主要内容如下：电梯的控制系统分为调速和信号控制两大部分，这就确定了系统的总体结构，由 PLC 来实现电梯信号控制，有双速电机实现调速，完成了电机和可编程控制器（PLC）的选择。然后是系统硬件开发，完

8、成了 PLC 的选型、I/O 点数分配与 PLC 的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出了软件流程图，提出了模块化编程思想，介绍了系统的软件开发。最后对改造后的电梯系统进行模拟调试。/2 状态设定、运行分析及控制要求2.1 电梯状态设定1.电梯的待命状态。假设电梯位于 1 层待命，各层显示器处于以下状态：各层呼叫灯均不亮。电梯内部及外部各楼层显示器显示均为“1” 。电梯内部及外部各层电梯门均关。2.电梯的运行状态。按下某层呼叫按钮（1-4 层）后，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫。电梯上行或下行直至该层。各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变。运行中电梯门始终关闭，到达指

9、定层时，门才打开。在电梯运行过程中，支持其他呼叫。3.电梯到达指定楼层状态。电梯门会自动打开，经一段延时自动关闭，在此过程中，支持手动关门。各楼层显示值为该层所在位置，且上行与下行指示灯均灭。2.2 运行中的情况分析实际中，电梯服务的对象是许多乘客，乘客乘坐电梯的目的地是不完全一样的，而且，每一个乘客呼叫电梯的时间有前有后，因此，将电梯在实际中的各种具体情况加以分类，做出分析，以便于编制程序。1电梯上行分析。若电梯在上行过程中，某楼层有呼叫产生时，可分以下两种情况：若呼叫层处于电梯当前运行层之上目标运行层之下，则电梯应在完成前一指令之前先上行至该层，完成该层呼叫后再由近至远的完成其他各个呼叫动

10、作。呼叫层处于电梯当前运行层之下，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令。前一指令执行完毕再响应2. 电梯下行分析。若电梯在下行过程中，楼层有呼叫产生时，可分以下两种情况：若呼叫层处于电梯当前运行层之下目标运行层之上，则电梯应在完成前一指令之前先下行至该层，完成该层呼叫后再由近至远地完成其他各个呼叫动作。若呼叫层处于电梯运行层之上，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。/3综合分析由以上各种分析可以看出，电梯在接受指令后，总是由近至远地完成各个呼叫任务。电梯机制只要依此原则进行设计动作，就不会在运行时出现电梯上下乱跑的情况了。在分析的同时，我们也知道了电梯系统中哪些

11、是可人工操作的设备。根据以上分析，下图 2-1 给出了 4 层楼电梯控制组态仿真界面。下图的左半部分是电梯的内视图，其中包括 1 个楼层显示灯、开门按钮、关门按钮、1 层到 4 层的呼叫按钮以及电梯的上升和下降状态指示灯等。两扇电梯门打开后可以看到楼道的景象。下图的右半部分是 4 层楼宇电梯的外观图，表示 4 层楼宇和 1个电梯的轿箱。在电梯的外视图中，1 层有 1 个是呼叫按钮，4 层有 1 个下呼叫按钮，2、3 有上、下呼叫按钮各 1 个，每个呼叫按钮内有 1 个相应的指示灯，用来表示该呼叫是否得到响应。轿箱的箱门和每层的电梯门都可以打开。 图 2-1 轿厢内外按钮、显示布局示意图2.3

12、电梯的控制要求1.接受每个呼叫按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并做出相应的响应。/2.电梯停在某一层（例如 3 层） ，此时按动该该层（3 层）的呼叫按钮（上呼叫或下呼叫） ，则相当于发出打开电梯门命令，进行开门的运作过程；若此时电梯的轿箱不在该层（在 1、2、4、5 层） ，则等到电梯关门后，按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。3.电梯运行的不换向原则是指电梯优先响应不改变观在电梯运行方向的呼叫，直到有些命令全部响应完毕后才响应使电梯反向运行的呼叫。例如现在电梯的位置在 1层和 2 层之间上行，此时出现了 1 层上呼叫、2 层下呼叫和 3 层上呼叫，则电梯首先响应三层上呼叫，然后再

13、依次响应 2 层下呼叫和 1 层上呼叫。4.电梯在每一层都有 1 个行程开关，当电梯碰到某层的行程开关时，表示电梯已经到达该层。5.当按动某个呼叫按钮后，相应的呼叫指示灯亮并保持，直到电梯响应该呼叫为止。6.当电梯停在某层时，在电梯内部按动开门按钮，则电梯门打开，按动电梯内部的关门按钮，则电梯门闭闭。但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。7.当电梯运行到某层后，相应的楼层指示灯亮，直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变。/3 控制系统的硬件设计3.1 PLC 类型的选择FX2N型可编程控制器是日本公司研制的一种新型可编程控制器。较其他控制它工作可靠，功能强，存储容量大，编程方便，抗干扰能力强。

14、因此，能够满足电梯对电气控制系统的要求。紧凑的结构,低廉的成本及功能强大的指令集使得 FX2N成为各种小型控制任务理想的解决方案。利用三菱 FX2N可编程序控制器编写一个四层电梯的控制系统。分别完成轿内指令、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。FX 2N型 PLC 在电梯中的应用也已很成熟。PLC 作为主控制器，一方面要采集电梯的各种输入信号，包括电梯的位置、状态、内外指令的按钮信号、门锁信号、门区信号、井道内的强迫减速信号、防冲信号以及消防信号等。另一方面要把采集到的信号进行计算和处理给出电梯的楼层信号和速度信号，并驱动相应的开关门信号、方向继电器和抱闸继电器，以控

15、制电梯的运行。电梯的电力拖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 选用日本三菱公司的 FX2N型 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。因高层电梯系统程序冗长本课题以编制一台 4 层 4 站的电梯为例，先根据控制要求计算所需要的 I/O 接口点数，其中输入点数为 32，输出点数为 24。3.2 电梯内部控制硬件设计在电梯内部，有 4 个楼层（1-4 层）按钮、开门和关门按钮以

16、及楼层显示器、上升和下行显示器。当乘客进入电梯后，电梯内有能让乘客按下的代表其要去目的地的楼层按钮，称为内呼叫按钮。电梯停下时，具有开门、关门的功能，即电梯门可以自动打开，经过一定的延时后，又可自动关闭。而且，在电梯内部也有控制电梯开门、关门的按钮，使乘客可以在电梯停下时随时地控制电梯的开门与关门。电梯内部还配有指示灯，用来显示电梯现在所处的状态，即电梯是上升还是下降以及电梯处在楼层的第几层，这样可以使电梯里的乘客清楚地知道自己所处的位置，离自己要到的楼层还有多远，电梯是上升还是下降等。/3.3 电梯外部控制硬件设计电梯的外部共分 4 层，每层都应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯及楼

17、层 LED 显示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，呼叫指示灯在完成相应的呼叫请求之前应一直保持为亮，它和上升指示灯、下降指示灯、楼层 LED 显示器一样，都是用来显示电梯所处的状态的。4 层楼电梯中， 1 层只有上呼叫按钮，4 层只有下呼叫按钮，其余 2 层同时具有上呼叫和下呼叫按钮。而上升、下降指示灯以及楼层显示器 4 层电梯均相同。3.4 数码管的显示原理数码管的显示是根据点亮不同的二极管而显示不同的数字。一般单位二极管有 10个引脚，二位二极管也是 10 个引脚，四位数码管是 12 个引脚。关于具体的引脚及段，可根据其资料进行查询。数码管根据其连接的不同可分为共阴极连接，如下图 3-

18、1 所示其中图 a，共阳极连接如图 b。单位数码管的引脚分布如图 C。其中，公共端叫做位选线，连接在一起的段线叫段选线。数码管的显示分为静态显示和动态显示。当多位数码管应用于某一系统是，他们的位选是可以独立控制的，而段选是连接在一起的，我们可以通过位选信号控制那个数码管亮，在同一时刻，位选选通的的所有数码管显示相同的数字。因为他们的是连在一起的，所以这种显示叫做静态显示。数码管的动态显示又叫动态扫描，它是在根据人的视觉效果（至少 25 次/秒） ，来让数码管进行动态显示。/图 3-1 数码管显示原理图3.5 电气控制系统主回路原理图根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图 3-2 所示。图中M1，M2 为曳引电机和门电机，交流接触器 KM1KM4 通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。FR1，FR2 为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1 为熔断器，起过电流保护作用。图 3-2 电气控制系统主回路原理图