基于三菱PLC控制的五層電梯設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)綜合訓(xùn)練課題名稱 基于三菱plc控制的五層電梯設(shè)計(jì) 學(xué) 院 信息工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)電一體化 班 級 11機(jī)電2班 姓 名 林希君 學(xué)號 111105020132 指導(dǎo)老師 王 蓓 江西科技學(xué)院畢業(yè)綜合訓(xùn)練任務(wù)書學(xué)院 信息工程學(xué)院 專業(yè) 機(jī)電一體化 年級 2011級 班級 11機(jī)電2班 姓名 林希君 起止日期 2013.9.282013.12.25 題目 基于plc控制的五層電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1畢業(yè)綜合訓(xùn)練任務(wù)及要求（根據(jù)題目性質(zhì)對學(xué)生提出具體要求）分析電梯的使用環(huán)境及客戶要求，確定控制系統(tǒng)的硬件配置。根據(jù)電梯的軟件控制系統(tǒng)，我們對可編程控制器控制電梯的核心控制部件可編程控制器的軟件資源進(jìn)行資

2、源分配。利用電氣控制實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有電梯模型、plc試驗(yàn)臺編制梯形圖并且動(dòng)手調(diào)試，包括接線，使系統(tǒng)能正常運(yùn)行。系統(tǒng)應(yīng)能完成下列幾項(xiàng)控制功能：（1）自動(dòng)響應(yīng)樓層召喚信號（含上召喚、下召喚）（2）自動(dòng)響應(yīng)轎廂指令服務(wù)信號。（3）自動(dòng)完成轎廂樓層位置顯示。（4）自動(dòng)顯示電梯運(yùn)行方向2畢業(yè)綜合訓(xùn)練的原始資料及依據(jù)（包括做調(diào)研的背景，研究條件、應(yīng)用環(huán)境等）高層建筑已經(jīng)成為現(xiàn)代城市標(biāo)志的今天，電梯作為垂直運(yùn)輸工具，承擔(dān)著大量的輸送任務(wù)，其作用在建筑業(yè)里至關(guān)重要，電梯也成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚墓ぞ?。將可編程序控制?plc)應(yīng)用于五層電梯進(jìn)行邏輯控制，通過合理的選擇和設(shè)計(jì)，不但提高了電梯可靠性、可維護(hù)性以及靈

3、活性，同時(shí)延長了使用壽命，縮短了電梯的開發(fā)周期，并提高了電梯的控制水平，改善了電梯運(yùn)行的舒適感，使電梯達(dá)到了較為理想的控制效果。3主要參考資料、文獻(xiàn)（1）plc 原理與應(yīng)用，俞國亮，清華大學(xué)出版社，2005 （2）變頻器應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)，王兆義，高等教育出版社，2005（3）plc、變頻器在電梯中的應(yīng)用，王少華，電氣技術(shù)，2007（4）電梯控制技術(shù)，劉載文、李毫升、鐘亞林，電子工業(yè)出版社，1996（5）三凌gx developer ver 8操作手冊，三凌機(jī)電，2005（6）omron3g3jv用戶手冊，歐姆龍（中國）有限公司，2002（7）電氣控制與plc，曹金福，化學(xué)工業(yè)出版社，2010 指

4、導(dǎo)教師 王 蓓 2013 年 11 月 日指導(dǎo)教師評語建議成績：優(yōu) 良 中 及格 不及格 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日最終評定成績：優(yōu) 良 中 及格 不及格院長簽章 年 月 日目 錄一、緒論4（一）引言4（二）可編程控制器的特點(diǎn)4（三）plc的應(yīng)用領(lǐng)域4（四）硬件設(shè)計(jì)5（五）軟件設(shè)計(jì)5二、電梯控制的原理與實(shí)現(xiàn)5（一）電梯控制系統(tǒng)構(gòu)成5（二）變頻調(diào)速回路5（三）輸入輸出回路5三、電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)7（一）控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)7（二）輸入輸出點(diǎn)分配7（三）控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)8（四）電梯初始化8（五）指層控制8（六）開關(guān)門控制91、開門控制92、關(guān)門控制11（七）轎內(nèi)指令控制12（八）廳外呼叫控制12（九）電梯

5、的選層上、下行控制14（十）電梯的運(yùn)行控制15（十一）抱閘、泊梯、超重控制16四、系統(tǒng)整體調(diào)試18（一）硬件安裝18（二）軟件調(diào)試18五、總結(jié)18參考文獻(xiàn)20一、緒論（一）引言可編程控制器（plc）是以微處理器為核心，將自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體而發(fā)展起來的嶄新的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。plc以基本代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制而廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，它已躍居工業(yè)自動(dòng)化三大支柱的首位。plc控制系統(tǒng)的硬件是由微處理器（cpu）、存儲(chǔ)器（rom和ram）、輸入/輸出（i/o）單元、電源單元及外圍設(shè)備等組成硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)的規(guī)?？筛鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用的需要而定，可大可小。圖1 plc硬件結(jié)

6、構(gòu)（二）可編程控制器的特點(diǎn)20世紀(jì)60年代末，為了克服傳統(tǒng)繼電器的種種應(yīng)用上的缺點(diǎn)，人們研制出了一種先進(jìn)的自動(dòng)控制設(shè)備plc，由于plc具有優(yōu)良的技術(shù)性能，因此它一問世就很快得到了推廣應(yīng)用?，F(xiàn)在plc作為用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的專用計(jì)算機(jī)，與商家、家用的微機(jī)不同，由于控制對象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和工作運(yùn)行的連續(xù)性，使其在設(shè)計(jì)上有許多特點(diǎn)。1、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；2、接口模塊功能強(qiáng)、品種多；3、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)；4、編程方法簡單、直觀；5、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)/安裝、調(diào)試工作量少；6、維修工作量小、維護(hù)方便；7、體積小、耗能低、重量輕。（三）plc的應(yīng)用領(lǐng)域目前，plc在國內(nèi)外

7、已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類：1、開關(guān)量邏輯控制2、運(yùn)動(dòng)控制3、閉環(huán)過程控制4、數(shù)據(jù)處理5、通信聯(lián)網(wǎng)（四）硬件設(shè)計(jì)1、硬件設(shè)計(jì)主要包括：2、確定安排plc的輸入、輸出點(diǎn)；3、設(shè)計(jì)外圍電路，包括主電路；4、選購plc并進(jìn)行現(xiàn)場安裝接線等內(nèi)容。（五）軟件設(shè)計(jì)1、大多數(shù)用梯形圖和指令程序，主要包括：2、設(shè)計(jì)控制流程，根據(jù)工藝要求先畫出工作循環(huán)，如有必要再畫詳細(xì)的狀態(tài)流程圖；3、根據(jù)工作循環(huán)圖，畫出虛擬的電路圖-繼電器梯形圖；4、按梯形圖編寫指令程序表；5、系統(tǒng)調(diào)試：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對程序進(jìn)行調(diào)試和修改，必要

8、時(shí)還可對硬件進(jìn)行修改，直到符合要求為止。二、電梯控制的原理與實(shí)現(xiàn)（一）電梯控制系統(tǒng)構(gòu)成電梯控制系統(tǒng)主要由變頻調(diào)速主回路、輸入輸出單元以及 plc 單元構(gòu)成，由如圖2所示，plc用來完成對電梯曳引電機(jī)及開關(guān)門機(jī)的起動(dòng)，加減速，停止，運(yùn)行方向，樓層顯示，層站召喚，轎箱內(nèi)操作，安全保護(hù)等指令信號進(jìn)行管理和控制功能。（二）變頻調(diào)速回路變頻調(diào)速主回路由三相交流輸入、變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)、曳引機(jī)和制動(dòng)單元構(gòu)成.三相電源 r、s、t 經(jīng)接線端子進(jìn)入變頻器為其主回路和控制回路供電，輸出端為兩相電接電動(dòng)機(jī)的快速繞組，外接制動(dòng)單元減少了制動(dòng)時(shí)間，加快制動(dòng)過程。旋轉(zhuǎn)編碼器用來檢測電梯的運(yùn)行速度和運(yùn)行方向，變頻器將實(shí)際速度與

9、變頻器內(nèi)部的給定速度相比較，從而調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率及電壓，使電梯的實(shí)際速度跟隨變頻器內(nèi)部的給定速度，達(dá)到調(diào)節(jié)電梯速度的目的。變頻器輸入信號為：上、下行方向指令，低速、高速、檢修速度編碼指令。（三）輸入輸出回路輸入輸出單元為 plc 的 i/o 接口部分，主要由廳外呼叫、轎箱內(nèi)選層、樓層及方向指示、開關(guān)門、井道內(nèi)的上下平層、上下強(qiáng)迫換速開關(guān)、門鎖、安全保護(hù)繼電器、檢修、消防、泊梯、稱重等單元構(gòu)成。1、輸入單元為：廳外呼叫單元，用來對各層站的廳外召喚信號進(jìn)行登記、記憶和消除；轎箱內(nèi)選層單元，負(fù)責(zé)對預(yù)選樓層指令的登記、消除和指示；開關(guān)門按鈕，輸入 plc 控制轎門的開閉（廳門也同時(shí)動(dòng)作）；上下平層

10、裝置，用來保證電梯轎箱在各層?？繒r(shí)準(zhǔn)確平層；上下限強(qiáng)迫換速開關(guān)，用于保護(hù)電梯的高速運(yùn)行安全，避免電梯出現(xiàn)沖頂或蹲底事故，當(dāng)電梯到達(dá)上下端站時(shí)，裝在轎廂邊的上下限強(qiáng)迫換速開關(guān)打板，信號輸入 plc，plc 發(fā)出換速信號強(qiáng)迫電梯減速運(yùn)行到平層位置；門鎖裝置（或轎門和廳門聯(lián)鎖保護(hù)裝置），轎門閉合和各廳門閉合上鎖是電梯正常起動(dòng)運(yùn)行的前提；安全回路，通常包括轎內(nèi)急停開關(guān)、轎頂內(nèi)急停開關(guān)、安全鉗開關(guān)、限速器斷繩開關(guān)、限速器超速開關(guān)、底坑急停開關(guān)、相序保護(hù)繼電器、上下限極限開關(guān)等；檢修、消防和泊梯，檢修、消防和泊梯為電梯的三種運(yùn)行方式，檢修運(yùn)行為電梯檢修時(shí)的慢速運(yùn)行方式，消防運(yùn)行有消防返回基站和消防員專用兩

11、種運(yùn)行狀態(tài)，泊梯狀態(tài)，消除內(nèi)選和外呼信號，自動(dòng)返回泊梯層、關(guān)門并斷電；稱重單元，用來檢測轎廂負(fù)荷，判斷電梯處于欠載、滿載或超載狀態(tài)，然后輸出數(shù)字信號給 plc，根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行起動(dòng)力矩補(bǔ)償，使電梯運(yùn)行平穩(wěn)。2、輸出單元為：樓層及方向指示單元，包括電梯上下行方向指示燈、層樓指示燈以及報(bào)站鐘等，目前的方向及層樓指示燈主要有七段碼顯示方式和點(diǎn)陣顯示方式，本系統(tǒng)為七段碼顯示方式；開關(guān)門單元，用于控制電梯的廳門和轎門的打開和關(guān)閉，在自動(dòng)定向完成或電梯平穩(wěn)停靠后，plc給出相關(guān)指令，完成開關(guān)門動(dòng)作。圖2 電梯控制系統(tǒng)原理圖三、電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)有32個(gè)輸入信號，32個(gè)輸出信號及現(xiàn)

12、有設(shè)備，所以選用fx264mr的plc，由于現(xiàn)有材料所以選omron的3g2jv變頻器和兩相交流電機(jī)。來完成實(shí)驗(yàn)。plc控制器、變頻器和電動(dòng)機(jī)的接線及原理圖如附錄一所示。（二）輸入輸出點(diǎn)分配輸入信號輸出信號名稱代號編號名稱代號編號安全回路k6x000電梯上行upy000零速輸入k0x001電梯下行downy001脈沖輸入k1x002電梯快行fasty002轎內(nèi)電鎖k2x003電梯慢行slowy003紅外傳感器k3x004檢修速度jxy004關(guān)門力限開關(guān)k4x005七段碼ay005超重k5x006by006上限強(qiáng)制減速sq0x007cy007一樓指令sb1x010dy010二樓指令sb2x011

13、ey011三樓指令sb3x012fy012四樓指令sb4x013gy013五樓指令sb5x014關(guān)門催促鈴聲ke1y014基站到位開關(guān)sq4x015廳門關(guān)km2y015一樓上呼sb6x016廳門開km3y016一樓下呼sb7x017廳內(nèi)指示燈e1y017二樓上呼sb8x020廳內(nèi)指示燈e2y020二樓下呼sb9x021廳內(nèi)指示燈e3y021三樓上呼sb10x022廳內(nèi)指示燈e4y022三樓下呼sb11x023廳內(nèi)指示燈e5y023四樓上呼sb12x024上呼燈e6y024四樓下呼sb13x025上呼燈e7y025五樓上呼sb14x026上呼燈e8y026五樓下呼sb15x027上呼燈e9y02

14、7廳門開sb16x030下呼燈e10y030廳門關(guān)sb17x031下呼燈e11y031廳門開到位sq1x032下呼燈e12y032廳門關(guān)到位sq2x033下呼燈e13y033檢修開關(guān)sb18x034超重鈴聲km4y034檢修上sb19x035抱閘信號km5y035檢修下sb20x036上行指示燈e14y036下限強(qiáng)制減速sq3x037下行指示燈e15y037表1 i/o分配表（三）控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)根據(jù)電梯的工作原理與功能要求以及輸入/輸出點(diǎn)的地址分配表，來繪制電梯的程序流程圖。和設(shè)計(jì)電梯的程序梯形圖。電梯程序流程圖為圖3。梯形圖分成：初始化、指層控制、開關(guān)門控制、轎內(nèi)呼叫與標(biāo)記控制、廳外呼叫與

15、標(biāo)記控制、電梯上下行選擇與指示控制、電梯的運(yùn)行控制來編寫與調(diào)試。最后在組合調(diào)試。圖3電梯程序流程圖（四）電梯初始化電梯復(fù)位、裝入數(shù)據(jù)、安全回路等（如圖4）。（五）指層控制指層控制梯形圖如圖5所示。本程序以1樓為基站，脈沖數(shù)為0。d200、d202、d204、d206、d208分別存放1/f5/f的脈沖數(shù)0、600、1200、1800、2400（實(shí)驗(yàn)用實(shí)際具體而定）。c242為內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器，d250存放減速脈沖數(shù)50，m1m5為樓層繼電器。當(dāng)轎箱位于某一層時(shí)，應(yīng)產(chǎn)生位于該層的樓層信號，以控制樓層顯示器顯示樓層處的位置，離開該層時(shí)，該信號應(yīng)被新的樓層信號（上一層或下一層）取代。圖4（六）開關(guān)門控

16、制1、開門控制手動(dòng)開門時(shí)，當(dāng)電梯運(yùn)行到位后，按下sb16，x030閉合，m50置位，y016得電，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，開門。開門到位，開門到位行程開關(guān)sq1動(dòng)作，x032閉合，m50復(fù)位，y016失電，開門過程結(jié)束。當(dāng)在關(guān)門過程中，按下sb16，停止關(guān)門，并開門。自動(dòng)開門時(shí)，當(dāng)電梯運(yùn)行到位后，電梯停止，t0開始定時(shí)，延時(shí)2s后，t0觸電閉合，m50置位，開門。如圖6所示。圖52、關(guān)門控制手動(dòng)關(guān)門時(shí)，當(dāng)按下sb17，x031閉合，m51置位，y015得電，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，關(guān)門。關(guān)門到位，關(guān)門到位行程開關(guān)sq2動(dòng)作，x033閉合，m51復(fù)位，y015失電，關(guān)門過程結(jié)束。在開門過程中，按下sb17，停止開門，并

17、關(guān)門。自動(dòng)關(guān)門時(shí)，定時(shí)器t1控制。當(dāng)電梯開門到位后，x031閉合，t1定時(shí)5s后，m51置位，關(guān)門。但在關(guān)門時(shí)，有客人經(jīng)過紅外線遮蔽，停止關(guān)門，遮蔽結(jié)束，繼續(xù)關(guān)門。當(dāng)關(guān)門過程受到壓力，關(guān)門力限k4閉合，m50置位，開門。如圖6所示。圖6（七）轎內(nèi)指令控制當(dāng)轎內(nèi)按下sb1、sb2、sb3、sb4、sb5后，按鍵標(biāo)記，對應(yīng)指示燈e8e12亮。到電梯到達(dá)指定層后，動(dòng)作取消，指示燈滅。在檢修時(shí)，按鍵不標(biāo)記。安全回路在整個(gè)工作過程中為常開（x000），只有出現(xiàn)不安全情況時(shí)才導(dǎo)通，則電梯停止工作。如圖7所示。圖7（八）廳外呼叫控制當(dāng)按下對應(yīng)的呼叫鍵sb6sb17時(shí)，按鍵標(biāo)記，對應(yīng)指示燈e13e20亮。到電

18、梯到達(dá)標(biāo)記層時(shí)，動(dòng)作取消，指示等滅。在檢修時(shí)，按鍵不標(biāo)記。如圖8所示。圖8（九）電梯的選層上、下行控制當(dāng)電梯得到轎內(nèi)指令或廳外呼叫指令時(shí)，分析對應(yīng)層與電梯所在位置，判斷是上行（m100置位）還是下行（m101置位）。m100置位時(shí)，y000接通，電梯上行；m101置位時(shí)，y001接通，電梯下行。如圖9所示。圖9（十）電梯的運(yùn)行控制電梯的運(yùn)行由變頻器控制，一次完整的運(yùn)行過程，就是曳引電動(dòng)機(jī)從起動(dòng)、勻速運(yùn)行到減速停車的過程。為使乘客擁有良好的舒適感，電梯采用s型速度曲線，轉(zhuǎn)換成頻率曲線如圖10所示。圖10 電梯的運(yùn)行路線當(dāng)plc發(fā)出正轉(zhuǎn)m100置位（或反轉(zhuǎn)m101置位）即m120置位，y002導(dǎo)通

19、，高速運(yùn)行，變頻器從0hz到50hz開始啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間為3s，然后維持50hz運(yùn)行。當(dāng)換速信號到時(shí)，plc撤消高速信號y002斷開，同時(shí)輸出爬行信號y003導(dǎo)通，爬行頻率為6hz。從50hz下降到6hz在3s內(nèi)完成。當(dāng)?shù)竭_(dá)6hz速度時(shí)，就以此速度爬行。當(dāng)平層信號（m301m341）到時(shí)，撤消正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）及爬行信號，變頻器從6hz減速到0。在整個(gè)運(yùn)行過程中，變頻器的零速輸入點(diǎn)x001及異常輸出點(diǎn)x003都是斷開的，運(yùn)行速度減為0時(shí)，；零速輸入點(diǎn)閉合，通過plc發(fā)出電動(dòng)機(jī)抱閘和自動(dòng)開門信號。當(dāng)變頻器出現(xiàn)異常時(shí)，x003導(dǎo)通，電梯無法運(yùn)行。按下檢修鍵sb19后，只能以檢修速度運(yùn)行。按下檢修上行sb

20、22時(shí)，y002、yoo3閉合，以檢修速度（10hz）上行，松開按鍵，立即停止。同理，按下檢修下行sb20時(shí)，y002、y003閉合，以檢修速度(10hz)下行，松開按鍵，立即停止。由于材料限制，本實(shí)驗(yàn)用omron，3g3jv小型變頻器，兩相交流電動(dòng)機(jī)。實(shí)際根據(jù)需要所定。變頻器的參數(shù)設(shè)置為表2。n021控制電路的端口區(qū)控制運(yùn)行n050可以反轉(zhuǎn)n0950電機(jī)運(yùn)行的最高頻率（hz)n140電機(jī)運(yùn)行的最低頻率（hz)n163斜坡上升時(shí)間（s）n173斜坡下降時(shí)間（s）n202s形加減時(shí)間為0.5sn2250設(shè)置固有頻率f=50hz（高速運(yùn)行）端口s3n236設(shè)置固有頻率f=6hz （爬行運(yùn)行）端口s

21、4n2410設(shè)置固有頻率f=10hz （檢修運(yùn)行）端口s5n362反轉(zhuǎn)與停止 輸入端口為s2n376多段速指令1 輸入端口為s3n387多段速指令2 輸入端口為s4n398多段速指令3 輸入端口為s5n403零速輸出 on：零速中s0：為正轉(zhuǎn)與停止端口表2 變頻器參數(shù)設(shè)置電梯的運(yùn)行控制程序圖如圖11所示。（十一）抱閘、泊梯、超重控制當(dāng)變頻器輸入零速信號后，x001常開閉合，輸出y035常開閉合，抱閘閉合。電梯運(yùn)行時(shí)，零速輸入停止，x001斷開，則y035常開斷開，轎箱運(yùn)行。消防與泊梯，按下sb14，x026導(dǎo)通，電梯返回基站。基站到，x015常閉斷開，電梯停止。超重時(shí)，x006常閉閉合，電梯不能啟動(dòng)，并鳴鏑（y034常開閉合）。程序圖如圖12所示。圖11圖12四、系統(tǒng)整體調(diào)試（一）硬件安裝該實(shí)驗(yàn)需要系列實(shí)訓(xùn)裝置、20手持編程器或個(gè)人計(jì)算機(jī)（）、編程線纜、/編程環(huán)境、五層電梯系