論文)基于PLC控制的五層電梯系統(tǒng)

1、第一章 緒論1.1 引言可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，將自動控制技術(shù)、計算機技術(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)控制的各個領(lǐng)域，它已躍居工業(yè)自動化三大支柱的首位。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)模可根據(jù)實際應(yīng)用的需要而定，可大可小。圖1 PLC硬件結(jié)構(gòu)1.2 可編程控制器的特點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，人們研制出了一種先進的自動控制設(shè)備PLC，由于PLC具有優(yōu)良的技術(shù)

2、性能，因此它一問世就很快得到了推廣應(yīng)用。現(xiàn)在PLC作為用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的專用計算機，與商家、家用的微機不同，由于控制對象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和工作運行的連續(xù)性，使其在設(shè)計上有許多特點。（1） 可靠性高，抗干擾能力強；（2） 接口模塊功能強、品種多；（3） 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強；（4） 編程方法簡單、直觀；（5） 系統(tǒng)的設(shè)計/安裝、調(diào)試工作量少；（6） 維修工作量小、維護方便；（7） 體積小、耗能低、重量輕。1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下

3、幾類：（1） 開關(guān)量邏輯控制（2） 運動控制（3） 閉環(huán)過程控制（4） 數(shù)據(jù)處理（5） 通信聯(lián)網(wǎng)1.4 PLC的設(shè)計步驟開發(fā)應(yīng)用PLC的設(shè)計任務(wù)分為硬件和軟件設(shè)計兩部分。 硬件設(shè)計硬件設(shè)計主要包括：（1） 確定安排PLC的輸入、輸出點；（2） 設(shè)計外圍電路，包括主電路；（3） 選購PLC并進行現(xiàn)場安裝接線等內(nèi)容。軟件設(shè)計大多數(shù)用梯形圖和指令程序，主要包括：（1） 設(shè)計控制流程，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；（2） 根據(jù)工作循環(huán)圖，畫出虛擬的電路圖-繼電器梯形圖；（3） 按梯形圖編寫指令程序表；（4） 系統(tǒng)調(diào)試：根據(jù)設(shè)計要求，對程序進行調(diào)試和修改，必要時還可對硬件進行

4、修改，直到符合要求為止。第二章 電梯控制的原理與實現(xiàn)21 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及開關(guān)門機的起動，加減速，停止，運行方向，樓層顯示，層站召喚，轎箱內(nèi)操作，安全保護等指令信號進行管理和控制功能。圖2 電梯控制系統(tǒng)原理圖22 電梯的工作原理及功能要求221 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、曳引機和制動單元構(gòu)成.三相電源 R、S、T 經(jīng)接線端子進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機的快速繞組，外接制動單元減少了制動時間，加快制動過程。旋轉(zhuǎn)編碼器用來檢測

5、電梯的運行速度和運行方向，變頻器將實際速度與變頻器內(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，使電梯的實際速度跟隨變頻器內(nèi)部的給定速度，達到調(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。222 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、上下強迫換速開關(guān)、門鎖、安全保護繼電器、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 P

6、LC 控制轎門的開閉（廳門也同時動作）；上下平層裝置，用來保證電梯轎箱在各層停靠時準(zhǔn)確平層；上下限強迫換速開關(guān)，用于保護電梯的高速運行安全，避免電梯出現(xiàn)沖頂或蹲底事故，當(dāng)電梯到達上下端站時，裝在轎廂邊的上下限強迫換速開關(guān)打板，信號輸入 PLC，PLC 發(fā)出換速信號強迫電梯減速運行到平層位置；門鎖裝置（或轎門和廳門聯(lián)鎖保護裝置），轎門閉合和各廳門閉合上鎖是電梯正常起動運行的前提；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行方式，檢修運行為電梯檢修時的慢

7、速運行方式，消防運行有消防返回基站和消防員專用兩種運行狀態(tài)，泊梯狀態(tài)，消除內(nèi)選和外呼信號，自動返回泊梯層、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)載情況進行起動力矩補償，使電梯運行平穩(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)門動作。第三章 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計31 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計本實驗有32

8、個輸入信號，32個輸出信號及現(xiàn)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。來完成實驗。PLC控制器、變頻器和電動機的接線及原理圖如附圖(1)所示。32 輸入輸出點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上限強制減速SQ0X007CY007一樓指令SB1X01

9、0DY010二樓指令SB2X011EY011三樓指令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

10、呼SB15X027上呼燈E9Y027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下限強制減速SQ3X037下行指示燈E15Y037表1 I/O分配表33 控制系統(tǒng)程序設(shè)計根據(jù)電梯的工作原理與功能要求以及輸入/輸出點的地址分配表，來繪制電梯的程序流程圖。和設(shè)計電梯的程序梯形圖。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

11、制、轎內(nèi)呼叫與標(biāo)記控制、廳外呼叫與標(biāo)記控制、電梯上下行選擇與指示控制、電梯的運行控制來編寫與調(diào)試。最后在組合調(diào)試。圖3 電梯程序流程圖331電梯初始化電梯復(fù)位、裝入數(shù)據(jù)、安全回路等。332指層控制指層控制梯形圖如圖3.1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（實驗用實際具體而定）。C242為內(nèi)部高速計數(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，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，該信號應(yīng)被新的樓層信號（上一層或下

12、一層）取代。333開關(guān)門控制（1）開門控制手動開關(guān)門時，當(dāng)電梯運行到位后，按下SB16，X030閉合，M50置位，Y016得電，電動機正轉(zhuǎn)，開門。開門到位，開門到位行程開關(guān)SQ1動作，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。自動開關(guān)門時，當(dāng)電梯運行到位后，電梯停止，T0開始定時，延時2S后，T0觸電閉合，M50置位，開門。（2）關(guān)門控制手動關(guān)門時，當(dāng)按下SB17，X031閉合，M51置位，Y015得電，電動機反轉(zhuǎn)，關(guān)門。關(guān)門到位，關(guān)門到位行程開關(guān)SQ2動作，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SB

13、17，停止開門，并關(guān)門。自動關(guān)門時，定時器T1控制。當(dāng)電梯開門到位后，X031閉合，T1定時5S后，M51置位，關(guān)門。但在關(guān)門時，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。334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。到電梯到達指定層后，動作取消，指示燈滅。在檢修時，按鍵不標(biāo)記。安全回路在整個工作過程中為常開（X000），只有出現(xiàn)不安全情況時才導(dǎo)通，則電梯停止工作。335廳外呼叫控制當(dāng)按下對應(yīng)的呼叫鍵SB6SB17時，按鍵標(biāo)記，對應(yīng)指示燈E13E20亮。到電梯到達標(biāo)記層時

14、，動作取消，指示等滅。在檢修時，按鍵不標(biāo)記。336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，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，Y000接通，電梯上行；M101置位時，Y001接通，電梯下行。337電梯的運行控制電梯的運行由變頻器控制，一次完整的運行過程，就是曳引電動機從起動、勻速運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4所示。圖4 電梯的運行曲線當(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，高速運行，變頻器從0Hz到50hz開始啟動，啟動

15、時間為3S，然后維持50Hz運行。當(dāng)換速信號到時，PLC撤消高速信號Y002斷開，同時輸出爬行信號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_6Hz速度時，就以此速度爬行。當(dāng)平層信號（M301M341）到時，撤消正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）及爬行信號，變頻器從6Hz減速到0。在整個運行過程中，變頻器的零速輸入點X001及異常輸出點X003都是斷開的，運行速度減為0時，；零速輸入點閉合，通過PLC發(fā)出電動機抱閘和自動開門信號。當(dāng)變頻器出現(xiàn)異常時，X003導(dǎo)通，電梯無法運行。按下檢修鍵SB19后，只能以檢修速度運行。按下檢修上行SB22時，Y002、YOO3閉合，以檢修速度（10H

16、z）上行，松開按鍵，立即停止。同理，按下檢修下行SB20時，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，本實驗用OMRON，3G3JV小型變頻器，兩相交流電動機。實際根據(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)控制運行n050可以反轉(zhuǎn)n0950電機運行的最高頻率（Hz)n140電機運行的最低頻率（Hz)n163斜坡上升時間（S）n173斜坡下降時間（S）n202S形加減時間為0.5Sn2250設(shè)置固有頻率f=50Hz（高速運行）端口S3n236設(shè)置固有頻率f=6Hz （爬行運行）端口S4n2410設(shè)置固有頻率f=10Hz （檢修運行）

17、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338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。電梯運行時，零速輸入停止，X001斷開，則Y035常開斷開，轎箱運行。消防與泊梯，按下SB14，X026導(dǎo)通，電梯返回基站?；镜?，X015常閉斷開，電梯停止。超重時，X006常閉閉合，電梯不能啟動，并鳴鏑（Y034常開閉合）。第四章 系統(tǒng)整體調(diào)試31硬件安裝.該實驗需要系列實

18、訓(xùn)裝置、20手持編程器或個人計算機（）、編程線纜、/編程環(huán)境、五層電梯系統(tǒng)實驗板、連接導(dǎo)線等。首先，將控制模板接到24的電源上，用編程線纜，一方接，一方接電腦。當(dāng)控制程序?qū)懭牒?，用連接導(dǎo)線將與電梯控制系統(tǒng)實驗板連接起來，調(diào)節(jié)一切正常后，通電進行仿真。3.2 軟件調(diào)試首先在環(huán)境下打開和軟件，向軟件中輸入程序，待程序輸入完畢將其變換后寫入中。寫入完畢后，打開菜單欄中在線一項的監(jiān)控，就實現(xiàn)了對過程的監(jiān)控功能。根據(jù)實驗要求，動作相應(yīng)開關(guān)，模擬電梯控制系統(tǒng)的工作過程。在實驗過程中要注意觀察各種指示燈、及程序運行的變化過程。若輸入的程序有問題，可在菜單欄編輯一項中選擇寫入模式，待程序返回寫入狀態(tài)后，對程序進行修改，經(jīng)變換后再寫入中調(diào)試。結(jié)束語本文所述系統(tǒng)基于電氣集選控制原則，采用脈沖計數(shù)方法，用脈沖編碼器取代井道中原有的位置檢測裝置，實現(xiàn)位移控制，用軟件代替部分硬件功能，既降低系統(tǒng)成本，又提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，實現(xiàn)電梯的全數(shù)字化控制。采用脈沖數(shù)對每一樓層計數(shù)，適當(dāng)?shù)臏p少了輸入點數(shù)，同時提高了電梯的控制精度