基于PLC的五層電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第一章 電梯簡(jiǎn)介1.1 電梯的起源與發(fā)展追溯電梯的起源，在我國(guó)及國(guó)外都能找到其雛形。如我國(guó)公元前1700多年出現(xiàn)的桔槔，是一種用于提水的升降裝置。公元前1100多年出現(xiàn)的轱轆，是一種用于提水或升舉重物的升降裝置。在古代希臘，于公元前236年出現(xiàn)的阿基米德絞車，是一種升舉重物的升降裝置。它們的共同特點(diǎn)是都由支架、卷筒、繩索、搖桿、乘物裝置幾部分組成的最原始、最簡(jiǎn)單的升降機(jī)械，由木（竹）材料制成，靠人力或畜力驅(qū)動(dòng)在很低速度下運(yùn)行。 1889年美國(guó)的奧梯斯電梯公司首先使用電動(dòng)機(jī)作為電梯動(dòng)力,這才出現(xiàn)名副其實(shí)的電梯,并使電梯趨于實(shí)用化。1900年還出現(xiàn)了第一臺(tái)自動(dòng)扶梯。1949年出現(xiàn)了群控電梯,首批4

2、6臺(tái)群控電梯在紐約的聯(lián)合國(guó)大廈被使用。1955年出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)(真空管)控制電梯。1962年美國(guó)出現(xiàn)了速度達(dá)8米/秒的超高速電梯。1963年一些先進(jìn)工業(yè)國(guó)只成了無(wú)觸點(diǎn)半導(dǎo)體邏輯控制電梯。1967年可控硅應(yīng)用于電梯，使電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)筒化，性能提高。1971年集成電路被應(yīng)用于電梯。第二年又出現(xiàn)了數(shù)控電梯。1976年微處理機(jī)開始用于電梯，使電梯的電氣控制進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。由于早期的電梯及電氣控制方式存在故障率較高、可靠性差、接線復(fù)雜、一旦完成不易更改等缺點(diǎn)，所以需要開發(fā)一種安全、高效的控制方式?？删幊炭刂破鳎碢LC）既保留了傳統(tǒng)繼電氣控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂，而且具備控制精度高、可靠性好、控制程

3、序可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)接口連接、維修方便等諸多高品質(zhì)性能。因此，PLC在電梯控制領(lǐng)域得到了廣泛而深入的運(yùn)用。如今，電梯已成為人們進(jìn)出高層建筑不可或缺的交通工具，隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，人們對(duì)電梯在運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性、高速性、準(zhǔn)確性、高效性等一系列靜、動(dòng)態(tài)性能提出了更高的要求。電梯今后的發(fā)展將主要呈現(xiàn)以下趨勢(shì):（1）超高速電梯。隨著人們生活節(jié)奏的加快，高層建筑的增加，全功能的塔式建筑將會(huì)促使超高速電梯繼續(xù)成為研究方向，5m/s以上運(yùn)行速度的超高速電梯，成為人們關(guān)注的重點(diǎn)和市場(chǎng)發(fā)展的新趨向。（2）大型超載重電梯用導(dǎo)軌。隨著大型公共場(chǎng)所、購(gòu)物場(chǎng)所等公用建筑的增加，大型超載重電梯的運(yùn)用日益廣泛，

4、對(duì)于垂直電梯、自動(dòng)扶梯的載重量和運(yùn)行平穩(wěn)性提出了新的要求。（3）新型自動(dòng)扶梯導(dǎo)軌。隨著社會(huì)進(jìn)步、城市化水平的提高以及越來(lái)越多的國(guó)家逐漸步入老齡化社會(huì)，各國(guó)政府對(duì)人文關(guān)懷日益重視，促使城市公共設(shè)施對(duì)自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道的需求加速增長(zhǎng)。為實(shí)現(xiàn)公共場(chǎng)所的無(wú)障礙通行，大量的體育場(chǎng)館、地鐵、機(jī)場(chǎng)、商場(chǎng)、寫字樓、賓館等需要加裝自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道。（4）無(wú)機(jī)房電梯導(dǎo)軌。對(duì)于高度在20層以下的民用建筑，可以通過(guò)改變曳引機(jī)的安裝方式去除電梯機(jī)房的設(shè)計(jì)，從而降低建筑總高度、保持整體造型、節(jié)省建筑成本。 此外，人們要求電梯節(jié)能、電磁兼容性強(qiáng)、噪聲低、長(zhǎng)壽命、采用綠色裝潢材料、與建筑物協(xié)調(diào)等，甚至有人設(shè)想在大樓頂部

5、的機(jī)房利用太陽(yáng)能作為電梯驅(qū)動(dòng)補(bǔ)充能源等等，而這些都會(huì)對(duì)電梯導(dǎo)軌的運(yùn)行技術(shù)不斷提出新的要求。1.2 電梯的分類按速度分類：低速電梯、快速電梯、高速電梯、超高速電梯。按用途分類：乘客電梯、住宅電梯、觀光電梯、載貨電梯、客貨兩用電梯、醫(yī)用電梯、服務(wù)電梯、車輛電梯。按拖動(dòng)方式分類：交流電梯、直流電梯、液壓電梯、齒輪齒條電梯、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯。按有無(wú)司機(jī)分類：有司機(jī)電梯、無(wú)司機(jī)電梯、有/無(wú)司機(jī)電梯。按控制方式分類：手柄操縱控制電梯、按鈕控制電梯、信號(hào)控制電梯、幾選控制電梯、并聯(lián)控制電梯、群控電梯、微機(jī)控制電梯。按曳引機(jī)構(gòu)分類：有齒曳引機(jī)電梯、無(wú)齒曳引機(jī)電梯。1.3電梯的組成 電梯主要由曳引系統(tǒng)、轎廂、

6、重量平衡系統(tǒng)、導(dǎo)軌、門系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)、電力拖動(dòng)和電氣控制系統(tǒng)等部件組成。曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動(dòng)力，拖動(dòng)電梯運(yùn)行。曳引系統(tǒng)主要由曳引電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、曳引輪和電磁抱閘組成。曳引電動(dòng)機(jī)也稱主電機(jī)，通常采用交流電動(dòng)機(jī)，目前大多采用變頻器對(duì)其進(jìn)行速度和轉(zhuǎn)矩控制。轎廂是運(yùn)送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂在井道中沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)。井道側(cè)壁對(duì)應(yīng)各樓層的相應(yīng)位置裝有減速、平層的遮磁板，以便發(fā)送減速、停車信號(hào)。在井道中還設(shè)有各層的樓層編碼開關(guān)的磁塊，用做樓層指示信號(hào)。轎廂內(nèi)門的操作盤上設(shè)有選層按鈕及相應(yīng)的指示燈，還有開/關(guān)門按鈕等各種顯示電梯運(yùn)行狀態(tài)的指示燈。門系統(tǒng)由轎廂門、層門、開

7、門機(jī)、門鎖裝置組成。轎廂門的上方裝有開門機(jī)，開門機(jī)由一臺(tái)小電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)開/關(guān)門動(dòng)作。在井道對(duì)應(yīng)各樓層候梯廳一側(cè)開有廳門，廳門平時(shí)是關(guān)閉的，只有當(dāng)轎廂停穩(wěn)在該層時(shí)，廳門被轎門的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)一起打開或關(guān)閉。在各層廳門的一側(cè)面裝有呼梯按鈕和樓層顯示裝置，呼梯按鈕通常有上行呼梯、下行呼梯各一個(gè)（最底層只有上行呼梯按鈕、最高層只有下行呼梯按鈕）。按鈕內(nèi)（有時(shí)在按鈕旁）裝有呼梯相應(yīng)指示燈，該燈亮表示呼梯信號(hào)被控制系統(tǒng)登記。樓層顯示裝置有時(shí)也設(shè)在廳門上方。電氣控制系統(tǒng)由PLC、變頻器、交流電動(dòng)機(jī)、輸入/輸出電器部件和控制屏等組成，主要功能是對(duì)電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制。電梯示意圖1控制柜 2限速器 3門聯(lián)

8、動(dòng)裝置 4轎門 5轎廂底板 6樓層地面 7層門 8補(bǔ)償繩 9緊張裝置 10地坑 11緩沖器 12對(duì)重 13對(duì)重導(dǎo)軌 14轎廂導(dǎo)軌 15井道壁 16導(dǎo)靴 17導(dǎo)軌壓板 18轎廂 19安全鉗 20曳引繩端接裝置 21曳引繩 22曳引機(jī) 23機(jī)房本課題側(cè)重電梯的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，未能實(shí)現(xiàn)主電動(dòng)機(jī)的升降速度的調(diào)節(jié)以及安全保護(hù)體統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。1.4電梯工作原理 曳引繩兩端分別連著轎廂與對(duì)重（又稱配重），纏繞在曳引輪和導(dǎo)向輪上，曳引電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器變速后帶動(dòng)曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實(shí)現(xiàn)轎廂和對(duì)重的升降運(yùn)動(dòng)，達(dá)到運(yùn)輸目的。固定在轎廂上的導(dǎo)靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導(dǎo)軌往復(fù)升

9、降運(yùn)動(dòng)，防止轎廂在運(yùn)行中產(chǎn)生偏斜或擺動(dòng)。常閉式制動(dòng)器在電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間松閘，使電梯運(yùn)轉(zhuǎn)，在失電情況下制動(dòng)，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止?fàn)顟B(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運(yùn)載乘客或其他載荷的箱體部件，對(duì)重用來(lái)平衡轎廂載荷、減少發(fā)動(dòng)機(jī)功率。補(bǔ)償裝置用來(lái)補(bǔ)償曳引繩運(yùn)動(dòng)中的張力和重量變化，使曳引電動(dòng)機(jī)負(fù)載穩(wěn)定，轎廂得以準(zhǔn)確?？?。電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)動(dòng)的控制，同時(shí)完成選層、平層工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時(shí)顯示轎廂的于東方向和所在樓層位置。第二章 可編程控制器2.1 PLC的定義 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順

10、序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。2.2 PLC的特點(diǎn)（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) PLC本身具有較強(qiáng)的自診斷功能，保證在“硬核“都正常的情況下執(zhí)行用戶的控制程序。（2）編程簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)施工周期短 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路

11、、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。此外，PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。（3）控制程序可變，硬件配置方便 在生產(chǎn)工藝流程改變或者生產(chǎn)線設(shè)備更新的情況下可通過(guò)硬件擴(kuò)充或少量的改變配置與接線，以及改變內(nèi)部程序來(lái)滿足要求，從而避免大量的硬件線路更改與安裝工作。（4）功能完善 現(xiàn)代PLC具有數(shù)字模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算，定時(shí)、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄和顯示等功能，設(shè)備控制水平大大提高。（5）體積小，重量輕，能耗低。以超小型PLC為例，新近出

12、產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。2.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(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(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類：（1）開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。（2）模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、

13、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。（3）運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。（4）過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)

14、控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。（5）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)

15、；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。（6）通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.4 PLC的工作原理當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。（1）輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，

16、并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 （2）用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷

17、新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 （3）輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)

18、動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。2.5 PLC的編程語(yǔ)言編程語(yǔ)言是PLC的重要組成部分，PLC為用戶提供了完整的編程語(yǔ)言，以適應(yīng)用戶編程的需要。利用編程語(yǔ)言，按照不同的控制要求編寫不同的控制程序，這相當(dāng)于設(shè)計(jì)和改變幾點(diǎn)起的硬件接線線路，這就是所謂的4“可編程序”。程序由編程器送到PLC內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，它也能方便地讀出、檢查與修改。PLC共有5種標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言，其中有三種圖形語(yǔ)言，即梯形圖、功能塊圖，和順序功能圖，兩種文本語(yǔ)言，即結(jié)構(gòu)化文本和指令表。其中梯形圖是最早使用的一種PLC語(yǔ)言，也是現(xiàn)在最常用的編程語(yǔ)言。它是從繼電氣控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的，它繼承了繼電氣控制系統(tǒng)中的基本

19、工作原理和電器邏輯關(guān)系的表達(dá)方法，梯形圖預(yù)計(jì)電氣控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號(hào)和表達(dá)方式上有一定區(qū)別，所以在邏輯控制系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。它的最大特點(diǎn)就是直觀、清晰。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本次PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟： （1）分析控制要求 （2）確定I/O點(diǎn)數(shù) （3）選擇PLC機(jī)型 （4）選擇輸入、輸出設(shè)備，分配PLC的I/O（5）程序設(shè)計(jì)（包括梯形圖的繪制）（6）系統(tǒng)調(diào)試（7）編制相關(guān)技術(shù)文件其步驟如下圖所示：圖3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟3.1 控制要求分析 此次設(shè)計(jì)所涉及的電梯模型共有五層，電梯的每一層面均有升降及轎廂所在樓層的指示燈顯示；1-5所對(duì)應(yīng)

20、的指示燈表示樓層號(hào)，每層的樓廳均有輸入（分上行和下行）按鈕召喚電梯。工作中的電梯主要對(duì)各種呼梯信號(hào)和當(dāng)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合分析，再確定下一個(gè)工作狀態(tài)，為此它要求具有自動(dòng)選向、順向截梯、反向保號(hào)，外呼記憶，自動(dòng)開/關(guān)門狀態(tài)，停梯消號(hào)，自動(dòng)達(dá)層等功能。電梯的上/下行由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)M1拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)(KM1)為電梯上升，反轉(zhuǎn)(KM2)為下降。另外，電梯門的開關(guān)也由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)M2控制，電動(dòng)機(jī)M2正轉(zhuǎn)（KM3）為電梯開門，反轉(zhuǎn)（KM4）為關(guān)門。分析以上控制要求，將電梯控制要實(shí)現(xiàn)的功能羅列如下：（1）開始時(shí)，電梯處于任意一層。（2）當(dāng)有外呼梯信號(hào)到來(lái)時(shí)電梯響應(yīng)該呼梯信號(hào)，到達(dá)該樓層時(shí)，電梯停止運(yùn)行，電

21、梯門打開，延時(shí)三秒后自動(dòng)關(guān)門。（3）當(dāng)有內(nèi)呼梯信號(hào)到來(lái)時(shí)，電梯應(yīng)該響應(yīng)該呼梯信號(hào)，到達(dá)該樓層時(shí)，電梯停止運(yùn)行，電梯門打開，三秒后開門到位，再延時(shí)三秒后自動(dòng)關(guān)門，關(guān)門時(shí)間也為三秒。當(dāng)關(guān)門時(shí)，為了防止夾住乘客，在門兩側(cè)安裝了紅外線傳感器，有人進(jìn)出時(shí)，兩秒后才關(guān)門。（4）樓層呼叫按鈕及電梯內(nèi)按鈕按下，電梯未達(dá)到相應(yīng)樓層或未得到相應(yīng)的相應(yīng)時(shí)，相應(yīng)指示燈一直接通指示。（5）電梯應(yīng)具有最遠(yuǎn)反向外呼梯響應(yīng)功能。例如電梯在一樓，而同時(shí)有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應(yīng)四層向下外呼梯信號(hào)。（6）電梯具有同向截車功能。（7）電梯未在平層或運(yùn)行時(shí)，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層

22、且電梯停止運(yùn)行后，按開門按鈕可使門打開，按關(guān)門按鈕可使門關(guān)閉。（8）開門時(shí)蜂鳴器響。3.2 確定I/O點(diǎn)數(shù)根據(jù)電梯控制的特點(diǎn)，輸入信號(hào)應(yīng)該包括以下幾個(gè)部分：（1）轎廂內(nèi)及各層門廳外呼按鈕轎廂內(nèi)的樓層選擇按鈕共有數(shù)字鍵1-5，各層門廳的外呼按鈕除第一層只有上升按鈕，第五層只有下降按鈕外，其余三層均設(shè)有上升、下降兩個(gè)按鈕，故一共需要13個(gè)輸入。 （2）位置信號(hào)平層傳感器安裝于各樓層的電梯?？课恢玫奈鍌€(gè)傳感器，此傳感器主要用于檢測(cè)平層用的，平時(shí)為常開，當(dāng)電梯運(yùn)行到平層時(shí)關(guān)閉。還有一個(gè)上下限位開關(guān)，另外還有一組紅外線傳感器，此傳感器主要用于門機(jī)上保護(hù)人或物不被夾傷的裝置。故位置信號(hào)一共需要8個(gè)輸入。（

23、3）電梯門控制信號(hào)大部分電梯都具有開門按鈕以及關(guān)門按鈕，以方便手動(dòng)開門，故電梯門控制信號(hào)一共需要2個(gè)輸入。綜上所述，共需要輸入點(diǎn)23個(gè)。輸出信號(hào)應(yīng)該包括： （1）內(nèi)呼指示信號(hào)內(nèi)呼指示信號(hào)有5個(gè)，分別表示15層的內(nèi)呼被接受，并在內(nèi)呼指令完成后，信號(hào)消失。 （2）外呼指示信號(hào)外乎信號(hào)共有8個(gè)，分別表示1-5層的外呼被接受，并在外呼指令完成后，信號(hào)消失。 （3）電梯上下行指示信號(hào)，共2個(gè)。 （4）電動(dòng)機(jī)M1正反轉(zhuǎn)，共需要輸出點(diǎn)2個(gè)。 （5）電動(dòng)機(jī)M2正反轉(zhuǎn)，共2個(gè)。 （5）開門蜂鳴器1個(gè) （6）LED層顯示段，共需要7段綜上所述，共需輸出點(diǎn)27個(gè)。3.3 PLC機(jī)型的選擇PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊

24、型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類，按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)?？煽?/p>

25、硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220V電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電，如果PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源，為了防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離室必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二級(jí)管或熔絲管隔離。通過(guò)上述分析，且又知道此五層電梯程序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行時(shí)需使用23個(gè)輸入和

26、27個(gè)輸出，又對(duì)PLC機(jī)型的選擇做了詳細(xì)分析可得出對(duì)于電梯控制系統(tǒng)可以選用一些小型PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)，如日本三菱FX系列的PLC。三菱FX系列PLC擁有無(wú)以匹及的速度，高級(jí)的功能邏輯選件以及定位控制等特點(diǎn)； FX2N是從16路到256路輸入/輸出的多種應(yīng)用的選擇方案；FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當(dāng)于FX系列中最高檔次的超小型程序裝置。除輸入/輸出16-256點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于在多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16-256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合。可選用16/32/48/64/80

27、/128點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。可根據(jù)電源及輸出形式，自由選擇。因此本次設(shè)計(jì)所選擇的PLC為：FX2N64MR。3.4 PLC控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)分配PLC五層電梯控制系統(tǒng)的輸入、輸出點(diǎn)分配表如下所示：表4.1 PLC輸入、輸出點(diǎn)分配表 輸入點(diǎn) 對(duì)應(yīng)信號(hào) 輸出點(diǎn) 對(duì)應(yīng)信號(hào)X1呼叫按鈕1Y0電梯上升（KM1）X2呼叫按鈕2Y1電梯下降（KM2）X3呼叫按鈕2Y2開門（KM3）X4呼叫按鈕3Y3關(guān)門（KM4）X5呼叫按鈕3Y4上行指示X6呼叫按鈕4Y5下行指示X7呼叫按鈕4Y6蜂鳴器X10呼叫按鈕5Y7-X11內(nèi)呼按鈕去1樓Y101外呼指示X12內(nèi)呼按鈕去2樓Y112外呼指示

28、X13內(nèi)呼按鈕去3樓Y122外呼指示X14內(nèi)呼按鈕去4樓Y133外呼指示X15內(nèi)呼按鈕去5樓Y143外呼指示X161樓平層信號(hào)傳感器Y154外呼指示X172樓平層信號(hào)傳感器Y164外呼指示X203樓平層信號(hào)傳感器Y175外呼指示X214樓平層信號(hào)傳感器Y20內(nèi)呼按鈕去1樓指示X225樓平層信號(hào)傳感器Y21內(nèi)呼按鈕去2樓指示X23上下限位Y22內(nèi)呼按鈕去3樓指示X24轎廂內(nèi)開門按鈕Y23內(nèi)呼按鈕去4樓指示X25轎廂內(nèi)關(guān)門按鈕Y24內(nèi)呼按鈕去5樓指示X26紅外線傳感器（左）Y25LED層顯示a段X27紅外線傳感器（右）Y26LED層顯示b段Y27LED層顯示c段Y30LED層顯示d段Y31LED層

29、顯示e段Y32LED層顯示f段Y33LED層顯示g段程序中使用的內(nèi)部繼電器說(shuō)明見(jiàn)表4.2。表4.2 內(nèi)部繼電器說(shuō)明M1011樓上升外呼按鈕用，用于記憶外呼按鈕呼梯信號(hào)，平層解除M111上升綜合信號(hào)M1022樓上升M112M1032樓下降M113M1043樓上升M114M1053樓下降M115下降綜合信號(hào)M1064樓上升M116M1074樓下降M117M1085樓下降M118M5011樓平層平層用，用于記憶平層信號(hào)，被其他平層信號(hào)解除M119上升記憶信號(hào)M5022樓平層M120下降記憶信號(hào)M5033樓平層M2261層有效開門信號(hào)M5044樓平層M2272層有效開門信號(hào)M5055樓平層M2283層

30、有效開門信號(hào)M201內(nèi)呼去1樓用于要去的樓層，平層時(shí)解除M2294層有效開門信號(hào)M202內(nèi)呼去2樓M2305層有效開門信號(hào)M203內(nèi)呼去3樓M240已正常開關(guān)門記憶信號(hào)M204內(nèi)呼去4樓M2411層手動(dòng)開門M205內(nèi)呼去5樓M2422層手動(dòng)開門M2111樓上升開關(guān)門有效外呼M2433層手動(dòng)開門M2122樓上升M2444層手動(dòng)開門M2132樓下降M2455層手動(dòng)開門M2143樓上升M246各層手動(dòng)開門信號(hào)綜合M2153樓下降T0開門時(shí)間M2164樓上升T1關(guān)門時(shí)間M2174樓下降T2開門延時(shí)時(shí)間M2185樓下降M221內(nèi)呼去1樓開關(guān)門有效內(nèi)呼M222內(nèi)呼去2樓M223內(nèi)呼去3樓M224內(nèi)呼去4樓

31、M225內(nèi)呼去5樓3.5 PLC外部硬件電路的設(shè)計(jì)3.51 五層電梯的主電路圖圖3.2 主電路圖3.52 PLC I/O接線圖 呼叫按鈕1 X1 呼叫按鈕2 X2 呼叫按鈕2 X3 呼叫按鈕3 X4 呼叫按鈕3 X5 呼叫按鈕4 X6 呼叫按鈕4 X7 呼叫按鈕5 X10 內(nèi)呼按鈕去1樓 X11 內(nèi)呼按鈕去2樓 X12 內(nèi)呼按鈕去3樓 X13 內(nèi)呼按鈕去4樓 X14 FX2N PLC 內(nèi)呼按鈕去5樓 X15 1樓平層信號(hào) X16 2樓平層信號(hào) X17 3樓平層信號(hào) X20 4樓平層信號(hào) X21 5樓平層信號(hào) X22 上下限位 X23 轎廂內(nèi)開門按鈕 X24 轎廂內(nèi)關(guān)門按鈕 X25 紅外線傳感器

32、（左） X26 紅外線傳感器（右） X27 . COM 24 圖3.3 輸入回路接線圖 Y6 蜂鳴器 Y4 上行指示 Y5 下行指示 Y10 1外呼指示 Y11 2外呼指示 Y12 2外呼指示 Y13 3外呼指示 Y14 3外呼指示 Y15 4外呼指示 Y16 4外呼指示 Y17 5外呼指示 Y20 內(nèi)呼去1樓指示 FX2N PLC Y21 內(nèi)呼去2樓指示 Y22 內(nèi)呼去3樓指示 Y23 內(nèi)呼去4樓指示 Y24 內(nèi)呼去5樓指示 Y25 LED層顯示a段 Y26 LED層顯示b段 Y27 LED層顯示c段 Y30 LED層顯示d段 Y31 LED層顯示e段 Y32 LED層顯示f段 Y33 LE

33、D層顯示g段 COM1 AC 24V FU2 COM2 COM3 C0M4 COM5 Y0 KM1 Y1 KM2 Y2 KM3 Y3 KM4 COM0 AC 220V FU1圖3.4 輸出回路接線圖3.6 樓層位置顯示功能圖3.5 轎廂內(nèi)控制屏示意圖 g f a b e c dA段B段C段D段E段F段G段一樓0110000二樓1101101三樓1111001四樓1110001五樓1011011圖3.6 LED數(shù)碼管顯示層樓示意圖3.7 設(shè)計(jì)流程圖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程如下圖所示：圖3.7 PLC系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由電梯運(yùn)動(dòng)流程圖可以看出電梯的運(yùn)動(dòng)控制中最需要關(guān)注的主要部分是：開關(guān)

34、轎廂門的控制，電梯的自動(dòng)選向，轎廂的內(nèi)呼和樓層外呼信號(hào)記憶和指示。將各部分分為單獨(dú)的模塊分別進(jìn)行編程，繪制梯形圖，不僅條理清晰，提高編程效率，而且能更為方便的進(jìn)行程序的調(diào)試。圖4.1-圖4.12為五層電梯的邏輯控制主要程序?？刂瞥绦虻倪M(jìn)入由MC MCR主控指令控制，X000為允許電梯自動(dòng)控制的開關(guān)。4.1 廳門（外呼）按鈕呼梯信號(hào)記憶和顯示 樓層外呼指示程序比較復(fù)雜，按下外呼按鈕，則對(duì)應(yīng)的外呼指示置位，在取消置位時(shí)，一層和五層因?yàn)橹挥幸环N運(yùn)動(dòng)方向，因此直接平層后門電機(jī)打開就能取消置位。而二、三、四層則不同，因?yàn)檫@三層均有兩種運(yùn)動(dòng)方向，只有電梯運(yùn)動(dòng)方向與外呼運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，才能取消置位。以下程序

35、為各樓層外呼按鈕按下之后所對(duì)應(yīng)的外呼指示，其梯形圖如下圖所示：圖4.1 廳門（外呼）按鈕呼梯信號(hào)記憶和顯示4.2 平層信號(hào)記憶及信號(hào)解除 轎廂未達(dá)到目標(biāo)平層時(shí)的信號(hào)記憶及達(dá)到平層時(shí)信號(hào)解除的梯形圖如下圖所示：圖4.2 平層信號(hào)記憶及信號(hào)解除4.3 轎廂內(nèi)呼按鈕呼梯信號(hào)記憶和顯示轎廂內(nèi)呼較為簡(jiǎn)單，當(dāng)按下內(nèi)呼按鈕，內(nèi)呼指示即置位，達(dá)到指定樓層后，電梯門打開，內(nèi)呼指示取消置位。梯形圖如下圖所示：圖4.3 轎廂內(nèi)呼按鈕呼梯信號(hào)記憶和顯示4.4 廳門開關(guān)門有效信號(hào)所繪制的梯形圖如下圖所示：圖4.4 廳門開關(guān)門有效信號(hào)4.5 轎廂內(nèi)呼開關(guān)門有效信號(hào)所繪制的梯形圖如下圖所示：圖4.5 轎廂內(nèi)呼開關(guān)門有效信號(hào)

36、4.6 開關(guān)門控制的梯形圖如下圖所示：圖4.6 開關(guān)門控制的控制程序4.7 電梯轎廂上/下行 電梯上/下行的條件如下圖所示：圖4.7 電梯轎廂上下行流程圖471 電梯轎廂上行 由圖4.7知電梯在滿足以下條件時(shí)上行（1）電梯在一層時(shí)，無(wú)論什么情況均上行；同理，電梯在第五層時(shí)無(wú)論什么情況均不上行。（2）電梯在二層，且有二層外呼上指示，三層外呼下指示，三層外呼上指示，四層外呼下指示，四層外呼上指示，五層外呼下指示，三層內(nèi)呼指示，四層內(nèi)呼指示，五層內(nèi)呼指示。（3）電梯在三層，且有三層外呼上指示，四層外呼下指示，四層外呼上指示，五層外呼下指示，四層內(nèi)呼指示，五層內(nèi)呼指示。（4）電梯在四層，且有四層外呼上

37、指示，五層外呼下指示，五層內(nèi)呼指示。滿足以上條件同時(shí)不滿足電梯下行條件時(shí)，電梯上行，繪制梯形圖如下：圖4.8 上升信號(hào)4.72電梯轎廂下行同樣，當(dāng)滿足以下條件，且不滿足電梯上行條件時(shí)，電梯下行：（1） 電梯在二層，且有二層外呼下指示，一層外呼上指示，一層內(nèi)呼指示。（2） 電梯在三層，且有三層外呼下指示，二層外呼上指示，二層外呼下指示，一層外呼上指示，二層內(nèi)呼指示，一層內(nèi)呼指示。（3）電梯在四層，且有四層外呼下指示，三層外呼上指示，三層外呼下指示，二層外呼上指示，二層外呼下指示，一層外呼上指示，三層內(nèi)呼指示，二層內(nèi)呼指示，一層內(nèi)呼指示。（4） 電梯在五層時(shí)，無(wú)論什么情況均滿足下行條件，同理，電梯在一層時(shí)，無(wú)論如何均不會(huì)下行。繪制梯形圖如下所示：圖4.9 下降信號(hào)4.8 升降控制信號(hào)所繪制的梯形圖如下圖所示：圖4.10 升降控制信號(hào)4.9 層顯示信號(hào)的控制程序如下圖所示：圖4.11 顯示信號(hào)4.10 門信號(hào)的控制程序如下圖所示：圖4.12 開門信號(hào)第五章 結(jié)論在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我通過(guò)查閱與課題有關(guān)的技術(shù)參考資料，了解與此有關(guān)的應(yīng)用技術(shù)，同時(shí)學(xué)習(xí)掌握三菱系列PLC的編程調(diào)試方法，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并完成了用三菱PLC控制五層電梯系統(tǒng)的硬件和軟件，給出系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)說(shuō)明，以及軟件的設(shè)計(jì)構(gòu)思，并編寫出相應(yīng)的梯形圖。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)階段的一次非常難得的理論與實(shí)踐相結(jié)