基于plc的电梯控制新版专业系统设计模板.doc

毕业设计（论文）汉字摘要伴随中国经济高速发展，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垂直交通工具，在工业、商业和民用方面应用已十分广泛，和大家生活紧密相关。电梯性能好坏对大家生活影响越来越显著，所以必需努力提升电梯系统性能，确保电梯运行既高效节能又安全可靠。本论文经过讨论电梯控制系统组成，叙述可编程控制器（PLC）在电梯控制中应用，采取三菱PLC编程程序控制方法，提出了四层电梯PLC控制系统总体设计方案、设计过程、组成，列出了具体关键硬件电路、电梯控制梯形图及指令表。并给出了系统组成框图和程序步骤图，在分析、处理随机信号逻辑关系基础上，提出了PLC编程方法，设计了一套完整电梯控制系统方案。采取本方案实现电梯控制，能够处理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。使电梯运行愈加安全、方便、舒适。关键词：电梯、PLC、梯形图目录1 绪 论11.1 概述11.2 课题提出11.3 课题关键讨论内容22 状态设定、运行分析及控制要求32.1电梯状态设定32.2运行中情况分析32.3电梯控制要求43 控制系统硬件设计63.1 PLC类型选择63.2 电梯内部控制硬件设计63.3 电梯外部控制硬件设计73.4 数码管显示原理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 控制系统软件设计134.1 系统步骤图134.2 PLC程序梯形图145 电梯PLC调试和安装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25参考文件26 1 绪 论1.1 概述伴随中国经济高速发展，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垂直交通工具，在工业、商业和民用方面应用已十分广泛，和大家生活紧密相关。电梯性能好坏对大家生活影响越来越显著，所以必需努力提升电梯系统性能，确保电梯运行既高效节能又安全可靠。传统电梯控制系统采取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。为了提升自动控制系统可靠性和设备工作效率，设计了一套以PLC为关键控制器电梯自动控制系统，用来替换以往较复杂继电器接触器控制。因为在关键控制部分采取了FX2N型PLC，使用是软件程序控制，从而在确保电梯正常运行这个要求情况下，大大提升了电梯故障检验和维修方便性和轻易性，同时还克服了手动操作所带来部分人为干扰原因，取得了良好预期效果。此电梯模型所采取类型为三菱FX2N。PLC程序设计采取模块化编程思想，即依据各功效实现条件及标准设计各个功效模块。设计程序要求完成电梯自动运行功效如：内选外召唤信号登记、消号、到层自动开门、延时自动运行等。合理分配轿厢内指令实施和厅外召唤应答。相关PLC 控制系统基础结构及电梯控制系统安装和调试关键介绍以下。1.2 课题提出当今社会电梯产品繁多，选择何种器件来控制电梯稳定 、安全、高效运行显得尤为关键。PLC以其优越性能，在很多领域中得到了广泛应用。在电梯业也是如此，现在中国 7080 年代安装完成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。不过更新需要大量资金，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、实际。多年来，采取功效强、故障率低、可靠性高可编程控制器（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，不仅能够增加电梯舒适感、安全性、可靠性，还能够降低能耗，节省能源，降低运行费用。为此提出了本课题加以研究。1.3 课题关键讨论内容因为大部分传统电梯电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯电控系统进行改造，以节省资金。所以，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产传统电梯改造之路，并进而提升国产电梯技术水平和质量，含有十分关键意义。针对传统电梯采取继电器逻辑控制方法存在功效弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺点，提出采取功效强、故障率低、可靠性高可编程控制器（PLC）来控制电梯。课题所研究任务关键是用可编程控制器（PLC）作为关键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。论文关键内容以下：电梯控制系统分为调速和信号控制两大部分，这就确定了系统总体结构，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）选择。然后是系统硬件开发，完成了 PLC 选型、I/O 点数分配和 PLC 连接。在分析了电梯系统软件设计方法基础上，设计出了软件步骤图，提出了模块化编程思想，介绍了系统软件开发。最终对改造后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.电梯待命状态。假设电梯在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。运行中电梯门一直关闭，抵达指定层时，门才打开。在电梯运行过程中，支持其它呼叫。3.电梯抵达指定楼层状态。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，且上行和下行指示灯均灭。2.2运行中情况分析实际中，电梯服务对象是很多乘客，乘客乘坐电梯目标地是不完全一样，而且，每一个乘客呼叫电梯时间有前有后，所以，将电梯在实际中多种具体情况加以分类，做出分析，方便于编制程序。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：若呼叫层处于电梯目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完成其它各个呼叫动作。呼叫层处于电梯目前运行层之下，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令。前一指令实施完成再响应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：若呼叫层处于电梯目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它各个呼叫动作。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综合分析由以上多种分析能够看出，电梯在接收指令后，总是由近至远地完成各个呼叫任务。电梯机制只要依此标准进行设计动作，就不会在运行时出现电梯上下乱跑情况了。在分析同时，我们也知道了电梯系统中哪些是可人工操作设备。依据以上分析，下图2-1给出了4层楼电梯控制组态仿真界面。下图左半部分是电梯内视图，其中包含1个楼层显示灯、开门按钮、关门按钮、1层到4层呼叫按钮和电梯上升和下降状态指示灯等。两扇电梯门打开后能够看到楼道景象。下图右半部分是4层楼宇电梯外观图，表示4层楼宇和1个电梯轿箱。在电梯外视图中，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个对应指示灯，用来表示该呼叫是否得到响应。轿箱箱门和每层电梯门全部能够打开。 图2-1轿厢内外按钮、显示布局示意图2.3电梯控制要求1.接收每个呼叫按钮（包含内部和外部呼叫）呼叫命令，并做出对应响应。2.电梯停在某一层（比如3层），此时按动该该层（3层）呼叫按钮（上呼叫或下呼叫），则相当于发出打开电梯门命令，进行开门运作过程；若此时电梯轿箱不在该层（在1、2、4、5层），则等到电梯关门后，根据不换向标准控制电梯向上或向下运行。3.电梯运行不换向标准是指电梯优先响应不改变观在电梯运行方向呼叫，直到有些命令全部响应完成后才响应使电梯反向运行呼叫。比如现在电梯位置在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，然后再依次响应2层下呼叫和1层上呼叫。4.电梯在每一层全部有1个行程开关，当电梯碰到某层行程开关时，表示电梯已经抵达该层。5.当按动某个呼叫按钮后，对应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。7.当电梯运行到某层后，对应楼层指示灯亮，直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变。3 控制系统硬件设计3.1 PLC类型选择FX2N型可编程控制器是日本企业研制一个新型可编程控制器。较其它控制它工作可靠，功效强，存放容量大，编程方便，抗干扰能力强。所以，能够满足电梯对电气控制系统要求。紧凑结构,低廉成本及功效强大指令集使得FX2N成为多种小型控制任务理想处理方案。利用三菱FX2N可编程序控制器编写一个四层电梯控制系统。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。FX2N型PLC在电梯中应用也已很成熟。PLC作为主控制器，首先要采集电梯多种输入信号，包含电梯位置、状态、内外指令按钮信号、门锁信号、门区信号、井道内强迫减速信号、防冲信号和消防信号等。其次要把采集到信号进行计算和处理给出电梯楼层信号和速度信号，并驱动对应开关门信号、方向继电器和抱闸继电器，以控制电梯运行。电梯电力拖动系统对电梯起动加速、稳速运行、制动减速起着决定性作用。驱动系统优劣直接影响电梯起动、制动、加减速度、平层精度、乘座舒适感等指标。所以我们PLC选择日本三菱企业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输入输出点数可依据需要配置，并可依据用户要求增加并联功效。因高层电梯系统程序冗长本课题以编制一台4层4站电梯为例，先依据控制要求计算所需要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、开门和关门按钮和楼层显示器、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代表其要去目标地楼层按钮，称为内呼叫按钮。电梯停下时，含有开门、关门功效，即电梯门能够自动打开，经过一定延时后，又可自动关闭。而且，在电梯内部也有控制电梯开门、关门按钮，使乘客能够在电梯停下时随时地控制电梯开门和关门。电梯内部还配有指示灯，用来显示电梯现在所处状态，即电梯是上升还是下降和电梯处于楼层第几层，这么能够使电梯里乘客清楚地知道自己所处位置，离自己要到楼层还有多远，电梯是上升还是下降等。3.3 电梯外部控制硬件设计 电梯外部共分4层，每层全部应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯及楼层LED显示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫工具，呼叫指示灯在完成对应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，全部是用来显示电梯所处状态。4层楼电梯中，1层只有上呼叫按钮，4层只有下呼叫按钮，其它2层同时含有上呼叫和下呼叫按钮。而上升、下降指示灯和楼层显示器4层电梯均相同。3.4 数码管显示原理数码管显示是依据点亮不一样二极管而显示不一样数字。通常单位二极管有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。相关具体引脚及段，可依据其资料进行查询。数码管依据其连接不一样可分为共阴极连接，以下图3-1所表示其中图a，共阳极连接图b。单位数码管引脚分布图C。其中，公共端叫做位选线，连接在一起段线叫段选线。 数码管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，她们位选是能够独立控制，而段选是连接在一起，我们能够经过位选信号控制那个数码管亮，在同一时刻，位选选通全部数码管显示相同数字。因为她们是连在一起，所以这种显示叫做静态显示。数码管动态显示又叫动态扫描，它是在依据人视觉效果（最少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依据设计要求，此次设计电气控制系统主回路原理图图3-2所表示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1KM4经过控制两台电动机运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯控制。FR1，FR2为起过载保护作用热继电器，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3.6 门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路图3-3为电梯门机、抱闸、门锁及安全运行电路。门电动机为她励直流电动机，可由KM9、KM10控制其正反转。KM9接通时，电阻R2和电动机电枢并联，电流由电枢左端流向右端，电动机正转实现开门，压下SQ8时，R2部分被短接，实现开门调速。KM10接通时，电动机将反转，实现关门，并由SQ9、SQ10和R3一起实现关门调速。当电梯上下运行时，抱闸应打开，其线圈应通电。电梯停止运行时，抱闸应抱死，其线圈应断电。将全部厅、轿门开关串联在一起，控制门锁继电器KA1，实现全部门关闭后电梯才能运行控制。将安全窗开关、安全钳开关、限速器开关、轿内急停开关、上下强迫停止开关、基站开关梯开关和热继电器触点FR1、FR2串联在一起，组成安全回路，控制安全运行继电器KA2，用KA2触点控制PLCRUN口，只有当该KA2吸合时，才许可PLC处于运行状态。这么能够节省PLC输入口，又能够实现在多个紧急情况下立即停车。图3-3电梯门机、抱闸、门锁及安全运行电路3.7 PLC信号控制系统框图系统关键为PLC主机，经过PLC输入接口送入PLC. 由存放器PLC 软件运算处理，然后经输出接口分别向指层器及召唤指示灯等发出显示信号，向主拖动系统发出控制信号。具体电梯控制信号原理图3-4所表示。图3-4电梯PLC信号控制系统框图3.8 I/O分配表在编程过程中，碰到I/O地址分配以下表3-1所表示。编程过程可能分为电梯内部和电梯外部两部分进行。表3-1 I/O分配表输入符号功效输出符号功效XO 接上升按钮Y0电梯上升接触器线圈X1接下降按钮Y1电梯下降接触器线圈X2接开门按钮（梯内）Y2开门接触器线圈X3接关门按钮（梯内）Y3关门接触器线圈X4接于1楼指令按钮Y4接于1楼指令按钮灯X5接于2楼指令按钮Y5接于2楼指令按钮灯X6接于3楼指令按钮Y6接于3楼指令按钮灯X7接于4楼指令按钮Y7接于4楼指令按钮灯X10接钥匙式按钮（总开关）Y10-Y13接七段译码显示器显示数据输入端（字形）X11接1楼行程开关Y14-Y17X12接2楼行程开关Y20接1楼门口上升呼叫按钮灯X13接3楼行程开关Y21接2楼门口上升呼叫按钮灯X14接4楼行程开关Y22接3楼门口上升呼叫按钮灯X15接开门按钮（梯外）Y23接4楼门口下降呼叫按钮灯X16接关门按钮（梯外）Y24接3楼门口下降呼叫按钮灯X20接1楼门口上升呼叫按钮Y25接2楼门口下降呼叫按钮灯X21接2楼门口上升呼叫按钮Y26上升显示灯X22接3楼门口上升呼叫按钮Y27下降显示灯X23接4楼门口下降呼叫按钮X24接3楼门口下降呼叫按钮X25接2楼门口下降呼叫按钮3.9 PLC硬件接线图依据上小节信号控制系统框图能够进行以下PLC硬件连接，具体以下图3-5所表示。图3-5 PLC硬件接线图图中Y20-Y26接数码管进行动态显示，Y4-Y7接各楼层指令按钮灯，Y12、Y10接两主接触器。4 控制系统软件设计4.1 系统步骤图 依据硬件设计我们就能够进行对应步骤图编辑，具体以下图4-1所表示。图4-1 程序步骤图4.2 PLC程序梯形图1.预达楼层程序电梯内部4个预达楼层呼叫按钮，指定是电梯运行目标。在电梯未达成指定目标时，该层呼叫灯应一直有显示（为绿），所以驱动预达楼层呼叫按钮指示灯继电器应该使用保持继电器。另外，当电梯达成指定数层时，呼叫灯应灭掉，即保持继电器断开。由此可得预达楼层PLC梯形图程序 。2.电梯运行楼层显示程序。电梯运行到了哪一楼层，电梯内及楼层门口全部有需要显示器显示。运行楼层显示是以电梯是否碰到行程开关来决定。同一楼层内显示同一个运行楼层数。电梯接触到其上层或下层行程开关时更换某一显示器值，显示对应运行楼层数。七段显示译码器采取Mc14495，其输入为需要显示数字BCD码，输出为高电平有效字形码，驱动共阴极数码管。因为数码管耗电小，楼层门口4个七段显示译码器采取Mc14495和电梯内1个七段显示译码器采取Mc14495可并联接在PLC字形输出点Y10Y13上。3.电梯内、外电梯升降显示程序Y0有输出时，接通上升全部上升指示灯（楼层门口4个和电梯内1个）。Y1有输出时，接通下降全部下降指示灯（楼层门口4个和电梯内1个）。4.电梯抵达楼层后停止程序因为电梯有上升呼叫和下降呼叫，所以当呼叫方向和电梯运行方向相同时，电梯才能停止。5.电梯开、关门程序电梯门开、关门注意事项前面已介绍过。以电梯开门Y2程序为例说明。首先，只有当电梯既不上升也不下降时才能进行开门。即Y2才能有输出。 6.电梯外部操作和显示PLC程序电梯外部呼叫和内部呼叫是类似。一个呼叫灯接通对应于对应外部呼叫接通，其关闭条件为对应行程开关闭合，对应升降指示灯闭合。另外，外部呼叫一样有保持特征，故也应使用保持继电器作为输出。需要指出是第一、第四层呼叫是单向，故其关闭条件也对应变为行程开关闭合“AND”电梯升降断开. 各部分功效梯形图以下图4-2所表示：图4-4 程序梯形图5 电梯PLC调试和安装5.1 模拟调试模拟调试能够在输入端接上手动按钮，而在PLC输出指示灯上看输出。这种调试比较抽象，输入信号完全靠手动来控制。如按下X4是三层内呼，如此时电梯不在三层，则对应输出指示灯亮，然后依次经过手动来控制靠近开关按钮，到第三层时电动机停转，输出指示灯灭。其它层运行模拟调试同理。5.2 安装调试安装调试过程是一个比较复杂且耗时间过程，首先要确定器件型号。选择器件型号除了要考虑机械设备、电压、电流外，还要考虑经济实用及美观问题。内选、外召唤信号指示灯可统一使用24V，这么能够用一个电源供电。不仅能够简化布线繁杂，而且能够降低器件使用，节省开支。靠近开关可用KCB1型双稳态磁保开关，功率为100W，这种开关完全是靠磁性动作，不需电源。这么不仅接线方便，而且能够节省一个电源。变压器型号是BK50，关键用到24V和5V。5V用在层楼显示上。在正反转线路中，交流接触器型号是 B16型，此接触器线圈电压为220V，这是在购置接触器时尤其注意问题。因为PLC输出外部电源不能超出250V ，所以选择接触器线圈电压为220V型号。另外还有空气开关、热继电器、电动机等等，这里无须一一详述。全部器件全部备好后，接下来就是安装。主电路及PLC全部装在控制柜内，这就要考虑到相互干扰问题，关键是接触器、空气开关和PLC之间干扰，所以要相隔一定距离，在安装靠近开关时还要考虑到一个动作范围，要确保轿厢恰好在每层中间停靠。按钮、指示灯或数码显示也根据一样标准接线。全部元器件全部根据一定编号安装好后，确保无误后，就能够调试了。因为调试过程中，输入输出点比较多，且完成一个动作所包含开关、按钮、输出显示也比较多。所以这里不一一说明。只对动作中一部分加以说明。5.2.1 单指令运行调试这是一个最简单调试方法，检验所设计程序在完成其最简单控制功效时是否会发生错误。若多种调试无错误，则再用复杂方法进行调试。单指令运行调试具体内容以下：假定电梯轿厢在一楼，数码管显示为“1”，此时按下三楼内指令按钮X5，三楼内指令显示Y35亮。电梯关门后，开始上行，当轿厢上升到三楼后，数码管显示为“3”楼内指令显示信号Y35消除。5.2.2复杂运行调试首先必需搞清楚多种按钮常开和常闭触点。布线时，一定要标号，以备维修查找方便。线头不能过长也不能过短。线头过长会碰到一起，引发短路。线头过短，过细，固定牢靠性又成问题。布线时还要考虑美观性。一根线部署不会有太多问题，不过成百上千根线就有美观性可言。所以，接线槽、扎带、套管就成为必不可少辅件。交流输入输出信号和直流输入输出信号分别使用各自电缆。为了预防轿厢冲顶和蹲底，当电梯运行到顶层或底层时，可采取双重强迫停车。结束语此设计关键以PLC为关键，利用PLC强大控制功效，实现了对四层升降电梯控制。利用梯形图能够很直观看出电梯运行过程。利用可编程控制器控制升降电梯，含有接线简单、编程直观、扩展轻易等特点。当建筑物层楼增加时，硬件接线上只需增加楼层对应输入信号。原来接线不需改变，软件上只需增加对应楼层功效，要改动地方也较少。调试结果表明，在适应性、正确性和可靠性方面，抵达成了设计要求，表明该设计方案是可行。致谢三年大学生活已经快结束，在本专业学习中使我掌握了不少专业知识，锻炼了自己。毕业设计能够说是三年学习总结和表现，在指导老师指导和帮助下，我完成了这篇毕业设计经过此次设计，我受益匪浅，不管在学习还是生活中全部保持认真态度。更关键是，我更了解了相关可编程控制器功效。我选择这个设计，也是为了能更深刻了解PLC。做设计就要到现场调查研究搜集资料，阅读文件，分析对比，设计计算，对每一个数据全部要细心琢磨，理论和实践相结合，思索越多，得到越多，不懂问题也就处理了，独立工作能力逐步增强，业务技术能力逐步增强。能很好完成这次设计和老师辛勤劳动和耐心细致地循循诱导分不开，她们学识渊博，治学严谨，为指导我们搞设计，不辞辛劳，其严谨治学作风和兢兢业业工作作风是我们学习楷模，在此我表示深切感谢。谨向战崇玉老师表示感谢。谨向全部任课老师致以衷心感谢！我们立即毕业，在此，再一次向三年中在学习和生活中给过我帮助老师和同学致谢。 参考文件1 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