四层电梯模型PLC控制系统设计.pdf

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1、电气控制技术课程设计说明书电气控制技术课程设计说明书四层电梯模型 PLC 控制系统设计学生姓名：李平专业：电气工程及其自动化班级：学号：指导教师完成时间：1303 班雷军职称 高级实验师 2016 年 6 月湖南工学院电气控制技术课程设计课题任务书湖南工学院电气控制技术课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化指导教师课题名称雷军学生姓名李平四层电梯模型 PLC 控制系统设计一、目标一、目标设计一个基于 PLC 的四层电梯控制系统。二、任务二、任务根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行四层电梯的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设

2、计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：1.设计该系统电气控制硬件系统；2PLC 选择及 I/O 及其它 PLC 元器件分配。内容及6进行系统调试，实现四层电梯的控制要求。任7.编写设计说明书。务三、要求三、要求1、电梯模型电梯的上、下行由一台直流电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。直流电动机参数：36ZY，额定功率W，额定电压 DC 24V。2、轿厢开门、关门用指示灯显示；3、电梯运行时，厅门和轿厢门都不能开门。电梯手动开门与关门按钮不起作用；开门之后不能行车，有门连锁保护。4、电梯上行时，下行召唤无效；电梯下行时，上行召唤无效

3、。5、楼层呼叫按钮及电梯内按钮按下，电梯未达到相应楼层或未得到相应的响应时，相应指示灯一直接通指示。响应之后，能自动将召唤指令消除(召唤指令的记忆与消除)；6、电梯运行时，电梯到达停在各楼层时，电梯开门与关门动作3选择电器元件，编制元件目录表。4设计该系统 PLC 控制梯形图。5用计算机绘制 PLC 控制电路图。可由电梯手动开门与关门按钮控制，也可延时自动控制，开门 10 秒后自动关门，开门 3 秒后电梯可上或下运行。7、厅外有指示电梯运行方向和所在位置的指示信号。8、电梯拖动电动机控制电路有如短路保护、正反转互锁等常规电气保护措施。1史国生主编，电气控制与可编程控制器技术M。北京：化学工业出

4、版社，2012。2于广庆主编，可编程控制器原理及系统设计M。北京：清华大学出版社，2004。3 吴启红主编，变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书（第二版）M。北京：机械工业出版社，2010。4 史国生，鞠勇。电气控制与可编程控制器技术实训教程M。北主要参考资料京：化学工业出版社，2010。5 于晓云，许连阁。可编程控制技术应用项目化教程M。北京：化学工业出版社，2011。6 廖常初。PLC 编程及应用M。北京：机械工业出版社，2005 年。7 胡学林。可编程控制器应用技术M。北京：高等教育出版社，2001 年。8 三菱 FX 系列可编程序控制器编程手册M。三菱公司编，2001年。

5、9 三菱可编程序控制器应用 101 例M。三菱公司编,1994 年。10 史宜巧，孙业明，景绍学。PLC 技术及应用项目教程M。北京：机械工业出版社，2009。教研教研室主任：（签字）室年月日意见目录摘要课题四层电梯模型 PLC 控制系统设计，大致可分为电气控制硬件系统设计、PLC 选择及I/O 分配、系统PLC 控制梯形图设计及其仿真、；采用三菱 FX2N-PLC 实现对电梯的控制,实现课题的控制要求，设计思路是采用模块化程序设计。根据电梯的控制规律，程序设计可分为以下几种模块:电梯复位、电梯参数初始化、用户输入(按键检测)、系统状态确认、上行主程序、下行主程序;涉及到的子程序块:电梯开关门

6、子程序、清除标记子程序、电梯空闲状态处理子程序、设定上行目标子程序、设定下行目标子程序。电机采用的是 36ZY,额定功率 6W，额定电压 DC24V。软件程序使用 GX-Developer 仿真，使用 Visvo 绘制硬件 PLC 控制电路图。关键词：梯形图;模块化;硬件控制原理图1概述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。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统、PL

7、C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。PLC PLC 及在电梯控制中的应用特点及在电梯控制中的应用特点 PLC PLC 的特点的特点PLC 是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PL

8、C 控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。1.可靠性:对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。(1)PLC 不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。(2)PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性提高。(3)PLC 有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。(4)PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。(5)在 PLC 的硬件方面，采用了一

9、系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件:采用先进的工艺制造流水线制造;对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;对电源的断电保护;对存储器内容的保护等。(6)PLC 的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波;软件自诊断;简化编程语言等。1.易操作性，PLC 的易操作性表现在下列几个方面:(1)操作方便对 PLC 的操作包括程序输入和程序更改的操作。(2)编程方便 PLC 有多种程序设计语言可供使用。(3)维修方便 PLC 具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。2.灵活性，PLC 的灵活性表现在以下几个方面:(1)编程的灵活性。(2)扩展的灵活性。(3)操作的灵活性。P

10、LC PLC 控制电梯的优点控制电梯的优点1.在电梯控制中采用了 PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。2.去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。5.用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。6.更改控制方案时不需改动硬件接线。综上所述，PLC 控制的优点远远多于传统的继电器控制方式，课题主要采用了三菱 PLC 对四层电梯的控制。2 总体方案设计四层电梯控制系统分析对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,下面梯机械部分的结构,四层电

11、梯平面图如图 1-1 所示。图 1-1 四层电梯平面图课题研究的电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置、位置显示装置、控制屏(柜)、平层装置等组成。电气控制系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。电梯在各服务层站设有层门、轿厢运行方向指示灯、数学显示轿厢、运行位置指层器和召唤电梯按钮。电梯召唤按钮使用时，上楼按上方向按钮，下楼按下方向按钮。轿厢到达时，层楼方向指示即显示轿厢的运动方向，乘客判断欲往方向和确定电正常后进入轿厢，轿厢内有位置显示器、操纵盘及开关门按钮和层楼选层按钮。课题是

12、以四层电梯为控制对象，用 PLC 实现对电梯的控制。课题的任务是用可编程控制器（PLC）控制四层电梯，实现所有的控制要求，设计思路是采用随机逻辑控制原理，根据电梯自身的控制规律，响应随机的外部呼叫信号，设计分析、讨论了用FX2N 型 PLC 控制电梯模型的程序设计的整个过程,并主要阐述了三个方面：系统的控制要求、系统配置、软件设计。3PLC 机型的选择 PLC 的 IO 点数估算主要的信号输入硬件有 3 个上行按钮和 3 下行按钮、4 个厢内楼层按钮，2 个手动开关门按钮，2 个启动停止按钮，2 个上下平层限位开关，2 个上下减速限位开关，2 个上下减速接近开关，2 个上下平层接近开关，共 2

13、2 个输入信号。主要的输出信号有：楼层指示灯占7 个输出，2 个电梯上下行指示灯，6 个楼层上下行指示灯，厢内楼层指示灯 4 个，电梯开关门指示灯 2 个，电机正反转，减速占 3 个输出，共 19 个输出信号。输入输出总共占 41 个点。再留有 10%的余量，可选输入输共 64 个点的 PLC。按照（输入+输出）*（10 或 11 或 12）的原则估计程序总共 500 步左右。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

14、远，例如 5V 的输入模块最远不能超过 l0m，也就是说，距离较远的设备选用较高电压的模拟比较可靠。另外，高密度的输入模块如 32 点、64 点，同时接通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%。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。输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。机型的确定（1）FX2N-64MR 技术指标合计总数 64 点，32 点输入，DC24V，32 点继电器输出；（2）FX2N-64MR 系列 PLC 的功能1.高速运算基本指令：s/指令，应用指令：100s/指令2.存储器规格内置 8000 步 RAM 存储器。3.软元件范围辅助

15、继电器：3072 点，定时器：256 点，计数器：235 点；数据寄存器：8000 点根据 PLC 机型选择的基本原则，及设计所需要的 I/O 点数 41 个，程序 500 步左右，选择了三菱公司 FX2N-64MR 系列的 PLC。4硬件设计四层电梯主电路设计在三菱控制系统中，电梯的所有动力均有电动机提供。上下行电动机为电梯上下行提供动力。开关门电动机控制电梯门的开与关。整个系统共需 M1、M2 两台电动机。主电路如图 4-1 所示。图 4-1 主电路在实际运行中，过负载、欠电压、断相等因素都可能造成电动机超过其负载，即广义上的超载。电动机的短时超载是允许的，但如果长时间运行将会毁坏电动机。

16、因此需采取保护措施，目前比较常用的是热继电器。在其工作过程中，可能出现短时间大电流的超载，热继电器无法起到有效的保护作用，可在电路中安装熔断器对其进行保护。各电动机使用接触器控制。其中接触器 KM1、KM2、KM3、KM4 分别控制电动机 M1 的上下行、电动机 M2 的门开关。FR1、FR2 为 M1、M2 提供过负载保护。FU1、FU2 为 M1、M2 提供短路保护。输入输出分配表表 4-1系统 I/0 分配表输入1一 楼 上 行 按 钮X602二 楼 下 行 按 钮对应的辅助继电器M60对应的输出1 层外呼上指示Y50M612 层外呼下指示X613二 楼X624三 楼X635三 楼X64

17、6四 楼X657厢 内668厢 内X679厢 内X70上 行下 行上 行下 行一 楼二 楼三 楼按 钮按 钮按 钮按 钮按 钮按 钮按 钮M62M63M64M65M66M67M70Y512 层外呼上指示Y523 层外呼下指示Y533 层外呼上指示Y544 层外呼下指示Y551 层内呼指示Y562 层内呼指示Y573 层内呼指示Y6010厢 内 四 楼 按 钮M71X7111厢 内 开 门 按 钮 M72X7212厢 内 关 门 按 钮M73X734层 内 呼 指 示Y61电 梯 开 门 指 示Y62电 梯 关 门 指 示Y63 PLC 接线图图 4-2 为 PLC 输入输出接线图。X50X73

18、 为输入信号，Y000Y026 为输出信号，其中Y020Y026 分别按顺序接数码管的 AG 显示轿厢所在楼层。输入端的公共端 COMI 接地，输出端的公共端 COM接+24V 电源。图 4-2 PLC 输入输出接线图5软件设计设计要求1、轿厢开门、关门用指示灯显示；2、电梯运行时，厅门和轿厢门都不能开门。电梯手动开门与关门按钮不起作用；开门之后不能行车，有门连锁保护。3、电梯上行时，下行召唤无效；电梯下行时，上行召唤无效。4、楼层呼叫按钮及电梯内按钮按下，电梯未达到相应楼层或未得到相应的响应时，相应指示灯一直接通指示。响应之后，能自动将召唤指令消除(召唤指令的记忆与消除)；5、电梯运行时，电

19、梯到达停在各楼层时，电梯开门与关门动作可由电梯手动开门与关门按钮控制，也可延时自动控制，开门 10 秒后自动关门，开门 3 秒后电梯可上或下运行。6、厅外有指示电梯运行方向和所在位置的指示信号。8、电梯拖动电动机控制电路有如短路保护、正反转互锁等常规电气保护措施。程序流程图电梯复位程序用于系统上电后把轿厢位置复位到第一层；输入程序和状态输出程序用于用户输入后马上保持用户的选择以便后面程序判断；轿厢开关门程序控制轿厢的开关门；设定上行目标程序和设定下行目标程序是用来确定上下行过程中的下一个目标楼层,只在上下行及电梯空闲状态的时候调用,如果没有下一个目标,就设定电梯为空闲状态。流程图见下页。图 5

20、-1程序流程图程序语句复位程序段复位程序段的作用：不管电梯在什么位置，都要让电梯停在一楼；代码 M80 是人工设置的常闭触点，M9 在常开状态下才可以执行这段程序。M4 是执行电梯逆转并设定 M5 用以检测电梯是否遇到下行减速限位开关；若遇到，电梯停止逆转，开始正转，遇到上行减速接近开关时，再逆转，由于一楼没有上行减速开关，所以碰到的是二楼的上行减速开关，直到碰到一楼的下行减速接近开关，开始减速，碰到下行平层接近开关，电梯停靠在了一楼。电梯参数初始化程序段表 4-2 初始值定义表元件名D100D101D102M101M102M103M104M105M106M107复位程序如下：只有复位程序执行

21、后才可以执行初始化。复位成功后 M9 置 1，而 M0 是电梯启动标志，初始化后在启动前完成；X024 和 X025 是电梯启动和停止按钮，运用主控指令实现对整个程序的控制。含义电梯当前位置电梯上行最近目标楼层电梯下行最近目标楼层电梯上行标志电梯下行标志电梯空闲标志电梯开门标志电梯关门标志电梯开门完毕标志电梯关门完毕标志初始值1110010000用户输入输出程序段M72 和 M73 分别是开关门标志对应的辅助继电器，只有在代表正反转输出为 0，时才允许执行开关门，若开门状态 M72 接通先取消关门状态的 M73，Y066（关门驱动输出）开门完毕标志位M106复位；若 M73接通，情况类似。电梯

22、空闲状态程序段梯空闲时调空闲状态处理程序，来判断是否有键被按下，并判断出电梯运行方向，目标楼层清除电梯所在层的呼叫记录，程序如下。电上下行主程序功能是：在电梯上行时，没有进入减速之前，需要不断的调设定电梯上行的最近一个目标楼层的子程序，来改变目标楼层。每经过一次上行或下行减速接近开关，就代表电梯上了一层楼，即 D100 加 1，然后 D100 和 D102(上行最近的目标楼层)或者 D101（下行最近的目标楼层）比较，不等就继续让电梯上行或下行，反之相等，就停靠。开关门子程序在电梯开门标志 M104 置位，M106 复位下就执行开门程序，只有当 X003（开门限位开关）接通，M106 置位；关

23、门判断和开门类似。清除标记子程序在子程序开头，把电梯当前层数保存在变址寄存器 V 中并使用跳转指令 CJ 跳到 P80V标注程序段直到执行到 CJP99 或 SRET。设定上下行最近目标层子程序把电梯当前位置保存到变址寄存器 V 中，然后根据 V，使用跳转指令跳到相应程序段来设定上行或下行的最近目标楼层。设计总结此次课题设计，利用可编程控制器PLC 控制四层电梯升降，优点：具有接线简单，编程直观，扩展容易。缺点此次编程中未加入电梯安全保护程序，检测故障程序和报警程序，以及故障出现后故障处理程序。由于自己初次接触电梯的设计，对电梯的硬件组成还是了解的不充分，远远未达到现实中实际需要的要求，只是满

24、足了本次课题的要求。四层电梯控制系统的设计让我了解了 PLC 梯形图，指令表，外部接线图有了更好的了解，有很多设计理念来源于实际，从中找到正确的设计方法。要求团队完成，所以遇到问题要求和同学互相交流互相讨论。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便左后设计合在一起，讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入讨论一些技术的问题，这样可以使自己处理问题要快一些，少走弯路，多改变自己的设计方法，在设计过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。致谢在各科老师的精心指导下，我掌握了不少的专业知

25、识和实践经验。可以说是三年学习的一个总结和体现。在指导老师的热心指导和帮助下，我顺利的完成了这篇这篇课程设计和所有教育过我的老师也是分不开的，没有老师传授的知识，我也不可能顺利地完成这个课题。我无论是在课程学习阶段，还是在论文的选题，资料查询和撰写的每一个环节，无不得到指导老师的悉心指导和帮助。对于较好的完成课题设计而感到欣慰之余，向关心和支持我学习的所有老师和同学们表示真挚的谢意！感谢你们对我的关心和支持！参考文献1 廖常初PLC 基础及应用.北京：机械工业出版社，20032 张万忠电器与 PLC 控制技术.北京：化学工业出版社，20033 汪晓光可编程控制器原理及应用.第二版北京：机械工业

26、出版社，20044 陈立定电气控制与可编程序控制器的原理及应用北京：机械工业出版社，20045 张进秋可编程控制器原理及应用实例.北京：机械工业出版社，20046 吴晓君电气控制与可编程控制器应用.北京：中国建材工业出版社，20047 吴亦锋可编程序控制器原理与应用速成.福州：福建科学技术出版社，20048 李树雄可编程序控制器原理及应用教程.北京：北京航空航天大学出版社，20039 殷洪义可编程序控制器选择设计与维护.北京：机械工业出版社，200410 齐蓉最新可编程控制器教程.西安：西北工业大学出版社，200011高钦和可编程控制器应用技术与设计实例.北京：人民邮电出版社，200412廖常初以转换为中心的 PLC 顺序控制.电气时代，200413刘东汉用 PLC 应注意的问题.电气时代，200414罗雪莲交流双速电梯 PLC 控制.机电一体化，200115席晓慧PLC 自动控制系统调试研究.机电一体化，2003