三层电梯控制方案设计.doc

综合实训设计汇报

信息工程和自动化 学院 自动化 系

设计题目：基于PLC三层电梯控制系统设计
姓 名：
学 号：
专 业： 测控121班
指导老师：

二0一五年七月

引言
伴随城市建设不停发展，城市快速崛起，高层建筑不停增多，电梯作为高层建筑中垂直运行交通工具已和大家日常生活密不可分。它是采取电力拖动方法，将载有乘客或货物轿厢，运行于垂直方向两根刚性导轨之间，运输乘客和货物固定式提升设备。所以，电梯是为高层建筑运输服务设备，它含有运输速度快、安全可靠、操作简便优点。但传统电梯控制系统关键采取继电器--接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采取 PLC组成控制系统能够很好地处理上述问题，使电梯运行愈加安全、方便、舒适。
现在电梯控制普遍采取了两种方法，一是采取微机作为信号控制单元，完成电梯信号采集、运行状态和功效设定，实现电梯自动调度和集选运行功效，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方法采取可编程控制器替换微机实现信号控制。从控制方法和性能上来说，这两种方法并没有太大区分，但PLC可靠性高，程序设计方便灵活。
1. 电梯PLC控制方法
PLC是一个用于工业自动给控制专用计算机。实质上属于计算机控制方法。PLC和一般微机一样，能通用或专用CPU作为字处理器，实现通道（字）运算和数据存放，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算和控制。PLC控制通常含有可靠性高，易操作、维修和编程简单、灵活性强等特点。
1.1 PLC控制系统可靠性
对可维修产品，可靠性包含产品有效性和可维修性。PLC不需要大量活动元件和接线电子元件，它接线大大降低，和此同时，系统维修简单，维修时间短。PLC采取了一系列可靠性设计方法进行设计，比如，冗余设计，断电保护，故障诊疗和信息保护及恢复等，提升了MTBF，降低了MTTR，使可靠性提升。PLC是为工业生产过程控制而专门设计控制装置，它含有比通用计算机控制更简单编程语言，而为工业恶劣操作环境设计硬件使可靠性大大提升。在PLC硬件方面，采取了一系列提升可靠性方法。比如，采取可靠性元件，采取优异工艺制造流水线制造，对于干扰屏蔽、隔离和滤波等，对电源断电保护，对存放器内容保护等。PLC软件方面，也采取了一系列提升系统可靠性方法。比如，采取软件滤波，软件自诊疗，简化编程语言等。
1.2 PLC控制系统易操作性
PLC易操作表现在下列多个方面：
（1）操作方便 对PLC操作包含程序输入和程序更改操作。大多数PLC采取编程器进行输入和更改操作。编程器最少提供了输入信息显示，对大中型PLC，编程器采取了CRT屏幕显示，所以，程序输入直接可显示。更改程序操作也可直接依据所需要地址编号或接点号进行搜索或次序查找，然后进行更改，更改信息可在液晶屏或CRT上显示。
（2）编程方便 PLC有多个程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，因为梯形图和电气原理图较为靠近，轻易掌握和了解。采取布尔助记符编程语言时，十分有利于编程人员编程。
（3）维修方便 PLC含有自诊疗功效对维修人员维修技能要求降低。当系统发生故障时，经过硬件和软件自诊疗，维修人员能够很快找到故障部位，方便维修。
1.3 PLC控制系统灵活性
PLC灵活性表现在以下多个方面：
（1）编程灵活性 PLC采取编程语言有梯形图，布尔助记符、功效表图、功效模块和语句描述编程语言。编程方法多样性使编程方便，应用面拓展。
（2）扩展灵活性 PLC扩展灵活性是它一个关键特点，它可依据应用规模不一样，即可进行容量扩展、功效扩展、应用和控制范围扩展。
（3）操作灵活性 操作十分灵活方便，监视和控制变得十分轻易。
1.4 PLC操作方法优点
（1）在电梯控制中采取了PLC，用软件实现对电梯运行自动控制，可靠性大大提升。
（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。
（3）PLC可实现多种复杂控制系统，方便地增加或改变控制功效。
（4）PLC可进行故障自动检测和报警显示，提升运行安全性，并便于检修。
（5）用于群控调配和管理，并提升电梯运行效率。
（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。
2.需求分析
电梯是一个含有特种容载装置轿厢沿着恒定不变铅垂导轨，在不一样水平面间歇运动用电力驱动起重机械，它适宜于装置在二层以上高层建筑物内，专供上下运输人员或货物之用。
本实训所设计电梯模型共三层，电梯每层楼厅均设有按钮召唤电梯；电梯内部设有按钮方便乘客选择要抵达楼层，还设有开关门按钮，方便乘客进出电梯。工作中电梯控制系统关键任务是对多种呼梯信号和目前电梯运行状态进行综合分析，再确定下一个工作状态。为实现电梯自动控制，要求控制系统含有自动定向，顺向截梯，反向保号，外呼指令记忆，停梯销号，自动开关门，自动报警，手动开关门等。
我组设计三层电梯控制系统关键功效有：(1)楼层指示灯亮时表示停在对应楼层；(2)每当停在各楼层时其楼层指示灯闪烁5秒接着常亮；(3)有呼叫楼层有响应，反之没有;(4)电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向呼叫均无效。
3.电梯控制要求
电梯由安装在各楼层门口上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向。电梯轿厢内设有楼层内选按钮S1～S3，用以选择需停靠楼层。L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示，SQ1～SQ3为到位行程开关。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向呼叫均无效。比如，电梯停在由一层运行至三层过程中，在二层轿厢外呼叫时，若按二层上升呼叫按钮，电梯响应呼叫；若按二层下降呼叫按钮，电梯运行至二层时将不响应呼叫运行至三层，然后再下降，响应二层下降呼叫按钮。
电梯位置由行程开关SQ1、SQ2、SQ3决定，电梯运行由手动依次拨动行程开关完成，其运行方向由上升、下降指示灯UP、DOWN决定。比如：闭合开关SQ1，电梯位置指示灯L1亮，表示电梯停在1层，这时按下三层下呼按钮D3，上升指示灯UP亮，电梯处于上升状态。断开SQ1、闭合SQ2，L1灭、L2亮，表示电梯运行至二层，上升指示灯UP仍亮；断开SQ2、闭合SQ3，电梯运行至三层，上升指示灯UP灭，电梯结束上升状态，以这类推。
当电梯在三层时（开关SQ3闭合），电梯位置指示灯L3亮。按下轿厢内选开关S1，电梯进入下降状态。在电梯从三层运行至一层过程中，若按下二层上呼U2和下呼按钮D2，因为电梯处于下降状态中，电梯将只响应二层下呼，不响应二层上呼。当电梯运行至二层时，电梯停在二层，当电梯运行至一层时，一层内选指示灯SL1灭，下降指示灯DOWN灭，上升指示灯UP亮，电梯转为上升状态，响应二层上呼，当电梯运行至二层时，上升指示灯UP灭。
每当抵达楼层若电梯门指示灯不闪烁则继续前进，不然实施电梯门开关动作。
4.PLC硬件设计
4.1 PLC型号选择
PLC种类很繁多，不一样种类之间功效设置差异很大，这既给PLC机型挑选提供了十分宽广空间，同时也带来了一定难度。机型选择基础标准应是在功效满足要求前提下，努力争取最好性价比，并有一定升级空间。
考虑到此次设计电梯系统只有3层，且开关量居多，模拟量较少；对于开关量控制为主系统而言，通常PLC响应速度足以满足控制要求，在小型PLC中整体式比模块式价格廉价，体积也小，不过在设计活动中，常常碰到部分估量指标，在设计活动中需要进行局部调整，另外模块式PLC排除故障所需时间短；因为考虑到此次设计电梯系统只有3层，考虑到工厂造价，我们采取离线编程方法，以减小软硬件开销。
统计输入、输出点数并选择PLC型号：
输入信号有11个，考虑到有15％备用点，即10×（1＋15％）＝12.65，取整数13，所以共需13个输入点。
输出信号有8个，考虑到有15％备用点，即8×（1＋15％）＝9.2，取整数10，所以共需10个输出点。
所以可选择三菱企业生产FX2N-32MR型号主机，它有16个输入点，16个输出点，满足本设计要求。
4.2 I/O分配表
(1) 输入分配：
序号
名 称
输入点
0
三层内选按钮S3
X0
1
二层内选按钮S2
X1
2
一层内选按钮S1
X2
3
三层下呼按钮D3
X3
4
二层下呼按钮D2
X4
5
二层上呼按钮U2
X5
6
一层上呼按钮U1
X6
7
三层行程开关SQ3
X7
8
二层行程开关SQ2
X10
9
一层行程开关SQ1
X11
10
复位RST
X12
（2）输出分配：
序号
名 称
输出点
0
三层指示灯L3
Y0
1
二层指示灯L2
Y1
2
一层指示灯L1
Y2
3
电梯下降指示DOWN
Y3
4
电梯上升指示UP
Y4
5
三层内选指示灯SL3
Y5
6
二层内选指示灯SL2
Y6
7
一层内选指示灯SL1
Y7
4.3 I/O接线图
图1 PLC I/O接线图
5.模拟装置设计
模拟装置试验面板图图2所表示：

图2 模拟试验面板图
6. 软件设计
6.1 PLC控制系统步骤图及描述

图3 电梯工作步骤图
电梯开启时，检测电梯是否停在二或三楼层且有呼叫信号，假如是就等候呼叫信号，假如不是时，电梯自动下降到一层等候呼叫信号。当检测到有呼叫信号时，比如：电梯停在一层时检测到三层呼叫信号，电梯离开一层经过二层，接着抵达三层，电梯停止。当电梯停前检测到呼叫信号，比如：电梯停在一层时检测到三层呼叫信号，电梯离开一层经过二层，准备抵达三层时检测到二层呼叫信号，电梯停在三层后继续下降到二层等候呼叫信号。
6.2 PLC程序梯形图

7. 组态监控系统设计
组态王6.55含有步骤监控、完整脚本编辑、实时趋势监视、全方面报警、历史数据管理、报表展示等关键性能，同时含有可视化操作界面、自动建立I/O点、分布式存放报警和历史数据、设备集成能力强等优点，其功效强大、性能优异、质量可靠。
（1） 开启组态王6.55软件，进入工程管理器中建立一个“三层电梯”新工程，图4所表示：

图4 工程建立画面
（2）进入工程浏览器中，在左侧设备中设置组态王软件和PLC间通信参数，图5、图6所表示：

图5 COM口参数设置界面

图6 组态王上PLC参数设置界面
（3）在工程浏览器数据库数据词典里建立上位机监控画面所需变量，图7所表示：

图7 组态王数据库变量建立界面
（4）在工程浏览器文件下，选择画面，新建立一个“主界面”画面，图8所表示：

图8 组态王画面建立
（5）在画面中选择工具箱中画图工具建立电梯监控画面，图9所表示：

图9 组态王主监控界面
（6）将数据库中数据词典里建立变量和画面中图形元素做一一对应，图10所表示：

图10 组态王图形元素变量对应设置
（7） 在画面中右键画面属性中选择命令语言，编写上位机电梯运行组态王程序，图11所表示：

图11 组态王画面命令语言编写
（8）全部保留工程，运行并调试组态王上位机监控界面，图12所表示：

图12 组态王运行监控界面
8. 系统改善设想
本系统使用三菱FX2N-32MR PLC实现三层电梯控制,在实际利用中，因为电梯使用楼层比较高，为了在运行过程中节省时间，可采取变频调速。比如：用楼层限位开关进行感应，开启时，若电梯离起点距离为一层以下时，进行低速运转；若电梯离起点为一层以上时，转为高速。停止时，若电梯目前位置离目标地有两层以上距离时，用高速进行运行；若电梯目前位置离目标地在两层以下距离时，用低速运行。 
本设计三层电梯为对应单一呼叫电梯，即在一个动作没有完成前不响应其它呼叫，在现实生活中，通常能够响应多个呼叫，这就需要用到另外两条功效指令SFWR、SFRD。用SFWR来依次存放呼叫信号，用SFRD来依次读取呼叫信号，以达成按呼叫次序来控制电梯运动效果。
9. 总结和体会
两星期PLC实训很快结束了，在这短暂两周实训时间里，经过老师、同学指导，我们完成了三层电梯PLC控制系统设计，达成了预期控制要求。我获益非浅，学习了不少相关自己专业方面知识。 
此次实训关键是完成一个项目：三层电梯PLC控制系统设计，在完成这个项目期间还学习了画图、PLC编程、仿真等部分和自己专业相关软件应用。 
在完成项目期间，我们组首先是一起查阅资料、讨论设计方案，待设计方案确定以后我们就分工进行设计，一部分人负责PLC控制设计，一部分人进行组态王虚拟设计，虽说分工明确，但在完成项目过程中碰到些麻烦话组员之间还是相互配合相互帮助,尽可能让每一个组员学到更多专业知识,使每一个组员更上一个层次。 
经过这次实训，我收获颇多：第一，认识了团体合作力量，要完成一个项目不是一个人事情，当中我们有过分歧但最终达成共识，不管结果怎样，最少我们曾经在一起努力过，体验其中过程才是真正收获。 
第二，经过这次实践操作，我认识到了自己不足，更感觉到了自己和她人差距。为了明年毕业而做准备，从各方面充实自己，使自己适应这个社会。 
第三，要学会利用互联网工具。互联网是一个含有大量资源信息宝库，在这次设计中假如没有互联网可能我们会画更多时间才能完成任务，所以一定要会并善于利用互联网工具。 
总而言之，这次实训给了我不一样学习方法和体验，让我深切认识到实践关键性。在以后学习过程中，我会愈加重视自己操作能力和应变能力，多和这个社会进行接触，让自己更早适应这个陌生环境，相信在很快未来，能够打造一片属于自己天地。

附件：
画面命令语言：
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