基于PLC的五層五站電梯的設(shè)計說明

1、 PAGE18 / NUMPAGES22 電子機械高等?？茖W校成教院畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）論文題目： 基于PLC的五層五站電梯的設(shè)計 教 學 點： 指導老師： 職 稱： 講 師 學生： 學 號: 專 業(yè)： 電子機械高等?？茖W校成教院制二零一三 年 四 月 二十五 日電子機械高等?？茖W校成教院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目： 基于PLC的五層五站電梯的設(shè)計 任務(wù)與要求： 。時間： 年月日 至年 月日 共 周教 學 點： 學生： 學 號： 專業(yè)： 指導教師： 職 稱： 電子機械高等?？茖W校成教院制畢業(yè)設(shè)計(論文)進度計劃表日 期工 作 容執(zhí) 行 情 況指導教師簽 字教師對進度計劃實施情況總評 簽名

2、年 月 日 本表作評定學生平時成績的依據(jù)之一。目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc12384 第一章 前言 PAGEREF _Toc12384 1 HYPERLINK l _Toc31874 第一節(jié) PLC控制系統(tǒng)電梯簡介 PAGEREF _Toc31874 1 HYPERLINK l _Toc11441 第二節(jié) 電梯控制系統(tǒng)進行PLC改造的目的與意義 PAGEREF _Toc11441 1 HYPERLINK l _Toc22611 第二章 總體設(shè)計方案 PAGEREF _Toc22611 3 HYPERLINK l _Toc29455 第三章 硬件設(shè)計與選型

3、PAGEREF _Toc29455 5 HYPERLINK l _Toc4960 第一節(jié) 硬件電路設(shè)計 PAGEREF _Toc4960 5 HYPERLINK l _Toc17550 第二節(jié) 主電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc17550 5 HYPERLINK l _Toc3986 第三節(jié) 確定輸入輸出電路 PAGEREF _Toc3986 6 HYPERLINK l _Toc4737 第四章 軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc4737 7 HYPERLINK l _Toc32296 第一節(jié) I/O點數(shù)分析和PLC選型 PAGEREF _Toc32296 7 HYPERLINK l _T

4、oc9740 第二節(jié) I/O分配表 PAGEREF _Toc9740 7 HYPERLINK l _Toc19970 第三節(jié) 電梯梯形圖程序 PAGEREF _Toc19970 8 HYPERLINK l _Toc5806 第四節(jié) 流程圖 PAGEREF _Toc5806 15 HYPERLINK l _Toc23732 結(jié)束語 PAGEREF _Toc23732 16 HYPERLINK l _Toc17781 辭 PAGEREF _Toc17781 17 HYPERLINK l _Toc18923 參考文獻 PAGEREF _Toc18923 18第一章 前言第一節(jié) PLC控制系統(tǒng)電梯簡介

5、人類利用升降工具運輸貨物、人員的歷史非常悠久。早在公元前2600年埃與人在建造金字塔時就使用了最原始的升降系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的基本原理至今仍無變化：即一個平衡物下降的同時，負載平臺上升。生活在繼續(xù)，科技在發(fā)展，電梯也在進步。150年來，電梯的材質(zhì)由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新手柄開關(guān)操縱、按鈕控制、信號控制、集選控制、人機對話等等，多臺電梯還出現(xiàn)了并聯(lián)控制，智能群控；雙層轎廂電梯展示出節(jié)省井道空間，提升運輸能力的優(yōu)勢。如今，在我國任何一個城市，電梯都在被廣泛應(yīng)用著。電梯給人們的生活帶來了便利，也為我國現(xiàn)代化建設(shè)的加速發(fā)展提供了強大的保障。電梯按控制系統(tǒng)分有繼電器控制系統(tǒng)

6、電梯和 plc 控制系統(tǒng)電梯。生活中使用最多的是plc 控制系統(tǒng)電梯圖1.1 五層五站電梯控制系統(tǒng)第二節(jié) 電梯控制系統(tǒng)進行PLC改造的目的與意義電梯作為現(xiàn)代智能建筑的代步工具。越來越顯示出它的重要作用，為了適應(yīng)電梯的迅速發(fā)展。由PLC控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器控制已成為發(fā)展定局PLC是集計算機控制、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)為一體的新型自動控制裝置。它的編程軟件采用易學易懂的梯形圖語言!控制靈方便，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠，本次設(shè)計對傳統(tǒng)電梯控制方式加以更新，運用高性價比的現(xiàn)代PLC控制方式，力求以人性化、智能化、置消防為一體。設(shè)計出一款高效、安全、價廉、能個性化組合且能在商業(yè)辦公樓、行政大樓、中小型賓

7、館和居民公寓等各種建筑物中發(fā)揮顯著作用的普與型電梯控制系統(tǒng)。實際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號和自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制都不能滿足控制要求。 第二章 總體設(shè)計方案1.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、輸入輸出單元以與 PLC 單元構(gòu)成，由如圖 2所示，用來完成對電梯曳引電機與開關(guān)門機的起動，加減速，停止，運行方向，樓層顯示，層站召喚，轎箱操作，安全保護等指令信號進行管理和控制功能。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

8、電，輸出端 U、V、W 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)編碼器用來檢測電梯的運行速度和運行方向，變頻器將實際速度與變頻器部的給定速度相比較，從而調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率與電壓，使電梯的實際速度跟隨變頻器部的給定速度，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，零速、爬行、速度等各種速度編碼指令，復位和使能信號。變頻器輸出信號為：（1）變頻器準備就緒信號，在變頻器運轉(zhuǎn)正常時，通知控制系統(tǒng)變頻器可以正常運行；（2）運行號，通知 PLC 變頻器正在正常輸出；（3）零速信號，當電梯運行速度為零時，此信號輸出有效并通知 PLC 完成抱閘、停車等動作。輸入輸出

9、單元為 PLC 的 I/O 接口部分，主要由廳外呼叫、轎箱選層、樓層與方向指示、開關(guān)門、井道的上下平層、門鎖、安全保護繼電器、消防、泊梯、等單元構(gòu)成。輸入單元為：（1）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，而且兼有無司機狀態(tài)的“本層廳外開門”功能，全集選方式的呼梯信號為 2N-2 個（N 為層站數(shù)），下集選方式的呼梯信號為 N 個；（2）轎箱選層單元，負責對預選樓層指令的登記、消除和指示，呼梯信號數(shù)為電梯停站層數(shù) N；（3）開關(guān)門按鈕，輸入 PLC 控制轎門的開閉（廳門也同時動作）；（4）上下平層裝置，用來保證電梯轎箱在各層停靠時準確平層，通常設(shè)置在轎頂，電梯轎箱上行接

10、近預選層站時，上平層感應(yīng)器限進入遮磁板，電梯仍繼續(xù)慢速運行，當下平層感應(yīng)器再進入遮磁板時，上行接觸器線圈失電，制動器抱閘停車；（5）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；（6）安全回路，通常包括轎急停開關(guān)、轎頂急停開關(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；輸出單元為：（1）樓層與方向指示單元，包括電梯上下行方向指示燈、層樓指示燈以與報站鐘等，目前的方向與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；（2）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

11、成或電梯平穩(wěn)?？亢?，PLC 給出相關(guān)指令，由變頻門機完成開關(guān)門動作。PLC 單元為電梯控制系統(tǒng)的核心部分，由 PLC 提供變頻器的運行方向和速度指令，使變頻器根據(jù)電梯需要的速度曲線調(diào)節(jié)運行方向和速度。通過 PLC 的合理編程，實現(xiàn)自動平層、自動開關(guān)門、自動掌握停站時間、外呼信號的登記與消除、順向截梯與自動換向等集選控制功能。2.電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2.1 電梯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第三章 硬件設(shè)計與選型第一節(jié) 硬件電路設(shè)計硬件電路是系統(tǒng)用于驅(qū)動外部設(shè)備執(zhí)行工作的部分，它可分為主電路和輔助電路，主電路采用380 伏的三相電源!經(jīng)交流接觸器、熱繼電器等常用低壓電器直接驅(qū)動三相電機的運轉(zhuǎn)。輔助電路以PLC器件為

12、主!結(jié)合開關(guān)按鈕等用于控制主電路中各接觸器、繼電器的通斷，從而控制主電路的運行狀態(tài)。 它采用交流220 伏和直流24伏兩路電源供電，其中24伏電源聯(lián)結(jié)按鈕和開關(guān)，可以確保乘客的操作安全圖3.1 電梯主電路第二節(jié) 主電路的設(shè)計電梯的運行狀態(tài)有四種：開門和關(guān)門，上升和下降 開門和關(guān)門可由一臺開門電機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)!電機正轉(zhuǎn)時電梯開門，電機反轉(zhuǎn)是電梯關(guān)門。門開到位或門關(guān)緊時壓下行程開關(guān)以切斷電源，使開門電機停轉(zhuǎn)。電梯上升和電梯下降也由一臺升降電機來實現(xiàn)!電機正轉(zhuǎn)時電梯上升!反轉(zhuǎn)時電梯下降!并在每層樓中設(shè)有雙向行程開關(guān)，電梯每到達一個樓層時，壓下該樓層的平層開關(guān)，從而切斷升降電機的電源使電梯停轉(zhuǎn)。電梯

13、就停在該樓層，為了防止電機長期過載運行或缺相運行，而發(fā)熱以至燒壞，在主電路中設(shè)有熱繼電器加以保護。同時設(shè)有熔斷器加以短路保護，一旦電機發(fā)生短路或過載運行和缺相運行，這些電器就會動作!從而與時切斷電源。此外，在三相電源的輸入端設(shè)有組合開關(guān)，在主電路出現(xiàn)故障時，可以切斷并隔離電源給檢修帶來安全和方便。第三節(jié) 確定輸入輸出電路電梯的運行狀態(tài)由選信號、呼梯信號、行車方向，行車樓層位置綜合PLC部程序控制規(guī)律決定。其中選信號即轎廂的召喚指示燈的狀態(tài)（由召喚按鈕是否按下過來決定），呼梯信號即各樓層的上、下行指示燈的狀態(tài)（由上、下行按鈕是否按下過來決定）， 行車方向即升降電機的正、反轉(zhuǎn)的狀態(tài)（由交流接觸器K

14、M1、KM2的通斷狀態(tài)來決定），行車樓層位置由各樓行程開關(guān)（1YC5YC）是否壓下來決定。 第四章 軟件設(shè)計第一節(jié) I/O點數(shù)分析和PLC選型三菱FX2N系列PLC的產(chǎn)品系列與基本組成FX2N系列的基本單元FX2N系列是FX家族中最先進的PLC系列。FX2N基本單位有16/32/48/65/80/128點，六個基本FX2N單元中的每一個單元都可以通過I/O擴展單元擴充為256I/O點。由于PLC的I/O點的價格目前還比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的I/O點數(shù)，在滿足控制要求的前提下力爭使I/O點最少。根據(jù)被控對象的I/O信號的實際需要，在實際統(tǒng)計出I/O點數(shù)的基礎(chǔ)上預留10%15%的備用量，以

15、便以后調(diào)整或擴充?？紤]到本設(shè)計中輸入點數(shù)應(yīng)選用FX2n-80MT。第二節(jié) I/O分配表在編程過程中，所用到的I/O地址分配如下表所示。編程過程可分為電梯部和電梯外部兩部分進行。表4.1 I/O分配表說明對應(yīng)PLC地址說明對應(yīng)PLC地址外部一層上呼叫按鈕R101外部一層上呼叫燈Y1外部二層上呼叫按鈕R102外部二層上呼叫燈Y2外部二層下呼叫按鈕R103外部二層下呼叫燈Y3外部三層上呼叫按鈕R104外部三層上呼叫燈Y4外部三層下呼叫按鈕R105外部三層下呼叫燈Y5外部四層上呼叫按鈕R106外部四層上呼叫燈Y6外部四層下呼叫按鈕R107外部四層下呼叫燈Y7表4.1 I/O分配表（續(xù)）外部五層下呼叫按

16、鈕R108外部五層下呼叫燈Y8一層行程開關(guān)R109一層位燈Y9一層行程開關(guān)R10A二層位燈YA三層行程開關(guān)R10B三層位燈YB 四層行程開關(guān)R10C四層位燈YC五層行程開關(guān)R10D五層位燈YD部一層呼叫按鈕R10E電梯上升YE部二層呼叫按鈕R10F電梯下降YF部三層呼叫按鈕R110上升指示燈Y10部四層呼叫按鈕R111下降指示燈Y11部五層呼叫按鈕R112電梯開門Y12開門呼叫按鈕R113電梯關(guān)門Y13關(guān)門呼叫按鈕R114開門行程開關(guān)R115關(guān)門行程開關(guān)R116部一層呼叫燈RE部二層呼叫燈RF部三層呼叫燈R10部四層呼叫燈R11部五層呼叫燈R12第三節(jié) 電梯梯形圖程序1.五層樓的呼叫燈PLC程

17、序電梯部的五個呼叫按鈕，指定的是電梯的運行目標。因此在電梯未達到指定目標時，該層呼叫燈應(yīng)一直有顯示（為綠），因此輸出時就應(yīng)該使用保持繼電器。另外，當電梯達到指定樓層時，呼叫燈應(yīng)該滅掉，即保持繼電器斷開。先以一層呼叫燈為例，所得的程序如下圖所示。圖4.1 一層呼燈梯形圖五層樓呼叫燈的PLC梯形圖程序如下圖:圖4.2 五層呼梯形圖2電梯的樓層顯示器樓層顯示器是以電梯是否碰到行程開關(guān)來決定的。顯示器同樣有保持特性。另外要替換某一顯示器的值，需要電梯接觸到其上層或下層的行程開關(guān)。綜合以上因素可得程序如下圖所示（以第二層顯示器為例）。圖4.3 二層顯示梯形圖3.電梯的電梯升降顯示器升降顯示器的狀態(tài)共三種

18、：顯示上升、顯示下降、或都不顯示。另外，無論上升還是下降，都與電梯的呼叫有密切關(guān)系。上升包括了從第一層到第五層的上升運動，下降也同樣如此。因此程序應(yīng)從最基本、簡單的過程入手?，F(xiàn)以電梯從第四層到第五層的上升為例。若五層有呼叫，包括兩種情況：電梯呼叫、電梯外呼叫。若電梯由第四層上行至第五層，此時Y10亮,Y11滅,下降觸點YF斷開，上升觸點YE閉合。并列的條件還有四層外部上呼叫閉合、五層下呼叫閉合、五層呼叫按鈕的閉合，這些條件同樣使得四層顯示器改變，因此在編程時都要考慮。四層升至五層的升降顯示器PLC程序如下圖：圖4.4 四層升至五層顯示梯形圖由三層升至五層的升降顯示器PLC程序如下圖：圖4.5

19、三層升至五層顯示梯形圖由上面的分析可以看出，整個電梯上升顯示程序即是對各層的上升程序取程序塊并聯(lián)邏輯操作。電梯下降指示燈的程序編寫方法與上升指示燈的編寫方法是一樣的。4. 電梯到達樓層后的停止由于在電梯外部有上升呼叫和下降呼叫，所以當呼叫方向與電梯運行方向一樣時，電梯才能停止。下面以向下呼叫停止R201為例說明。而上升呼叫停止R200的編程思路與下降呼叫停止R201相似。電梯到達呼叫樓層后停止的PLC程序如下圖所示圖4.6 電梯到達呼叫樓層梯形圖當電梯一直顯示向下運行，即Y11接通時，只有當每層樓的向下呼叫即Y3、Y5、Y7和該層的行程開關(guān)接通時，電梯到達各層后R201才接通，否則并不接通。另

20、外，如果電梯一直停在某一層，不顯示上升與下降，該層的上呼叫接通時R201也接通。5.電梯的開、關(guān)門程序以電梯的開門Y12程序為例說明。首先，只有當電梯既不上升也不下降時才能進行開門，即Y12才能輸出。無論電梯的上升停止或下降停止，只要R200或R201有一個輸出，電梯經(jīng)過延時后都會自動開門。如果電梯停在某一層，按下該層的外部呼叫也會輸出R200或R201，電梯門也會打開。當開門Y12輸出時，關(guān)門Y13斷開。如果關(guān)門Y13接通時，Y12也應(yīng)立即斷開電梯開門的PLC梯形圖程序如下圖 ： 圖4.7 電梯開門梯形圖6.電梯外部操作與顯示的PLC程序(1)外部呼叫電梯外部呼叫與部呼叫是類似的。一個呼叫燈

21、的接通對應(yīng)于相應(yīng)的外部呼叫接通，其關(guān)閉條件為相應(yīng)行程開關(guān)閉合，相應(yīng)升降指示燈閉合。另外，外部呼叫同樣有保持特性，故也應(yīng)使用保持繼電器作為輸出。需要指出的是第一、第五層的呼叫是單向的，故其關(guān)閉條件也相應(yīng)變?yōu)樾谐涕_關(guān)閉合“AND”電梯升降斷開。a.2層4層以2層為例：圖4.8 2層電梯外部上呼叫梯形圖b. 1層、5層以1層為例：圖4.9 1層電梯外部呼叫梯形圖下呼叫與上呼叫類似，不同之處在于關(guān)閉條件中的Y10（上升指示）應(yīng)換為Y11（下降指示）。(2)樓層的電梯位置指示燈外部樓層的電梯位置指示燈與電梯的位置指示燈一樣。(3)電梯的上升與下降設(shè)電梯從一層到五層上升。由于電梯在第一層，此時構(gòu)成電梯上升

22、的因素包括：二層上/下呼叫、三層上/下呼叫、四層上/下呼叫、五層下呼叫、二層呼叫燈、三層呼叫燈、四層呼叫燈、五層呼叫燈，這11種條件對于電梯的上升是一種邏輯“OR”的關(guān)系，而這些條件的產(chǎn)生的前提條件則是電梯此時在一層，即一層位燈Y9有輸出?？梢?，Y9與前11個“OR”邏輯是“AND”的關(guān)系。電梯從一層到五層上升的梯形圖如下圖：圖4.10 梯從一層到五層上升的梯形圖電梯由二層上升到五層、三層上升到五層、四層上升到五層的編程思路與一層上升到五層相似，不同之處為上升條件同某層位燈邏輯“AND”運算之后還應(yīng)排除電梯下降指示的情況，這里將電梯下降指示Y11的常閉觸點與之串聯(lián)。另外由于電梯上升，電梯門應(yīng)關(guān)

23、門，電梯下降線圈YF應(yīng)斷電，這又是和以上程序塊取邏輯“AND”與的過程。電梯下降程序的編寫方法與上升程序的編寫方法相似。需要指出的是：電梯上升與下降都是建立在開門和關(guān)門繼電器線圈不接通的情況下。因此，在電梯上升與下降的過程中要將這兩個因素考慮在。第四節(jié) 流程圖圖4.11 流程圖結(jié)束語我們的課程設(shè)計是在17周進行，由于中間要進行六級考試，開始沒一點頭緒，直到周二晚才得以全天候投入工作。由于是自己設(shè)計研究一個有挑戰(zhàn)性的項目，在網(wǎng)上搜到的資料有限，有一天為了解決一個問題，甚至在寢室研究到了凌晨一.兩點,幸虧我們這學期的實驗中有plc控制電梯的實驗,自己還是懂得其中的一些問題的。雖然最終的電梯已達到了

24、90%的設(shè)計要求，但它仍有改進空間。在項目完成后，我突然對自己設(shè)計的總控模塊有了一種新的設(shè)計思路，使其可由用戶修改默認設(shè)置（如上下樓所需時間，開門時間等，現(xiàn)在的作品是只能使用程序中設(shè)的默認值），亦不需雙時鐘。然因時間不足，只得就此收手。對于這個軟件的，最開始，我仿照指導上的例子進行設(shè)計，雖然只是把其中的一些程序修改了一下，但仍錯誤不斷，于是漸漸找到了一些排錯技巧（見下）。但后來發(fā)現(xiàn)所謂的報錯不過是簡單的幾種類型且易于排除之后，就敢于自由揮灑，然而并無甚錯誤，到設(shè)計的后期，基本都是一次通過，有的只是設(shè)計的邏輯錯誤。綜上所述，課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以與專業(yè)技能上的提升，同時又是

25、一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。至于建議，一言以蔽之，大學教育當如此。通過這次設(shè)計使我學會如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新，是要我們學會將理論很好地聯(lián)系實際，并不斷地去開動自己的大腦，從為人類造福的意愿出發(fā)，做自己力所能與的，別人卻沒想到的事。使之不斷地戰(zhàn)勝別人，超越前人。同時，更重要的是，我在這一設(shè)計過程中，學會了堅持不懈，不輕易言棄。設(shè)計過程，也好比是我們?nèi)祟惓砷L的歷程，常有一些不如意，也許這就是在對我們提出了挑戰(zhàn)，勇敢過，也戰(zhàn)勝了，勝利的鐘聲也就一定會為我們而敲響。 辭首先， 我要感我的導師代強，他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣，給了起到了指明燈的作用；他們循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，讓我很快就感受到了設(shè)計的快樂并融入其中。其次我要感同組同學對我的幫助和指點，沒有他們的幫助和提供資料，沒有他們的鼓勵和加油，這次畢業(yè)設(shè)計就不會如此的順利進行。 此次畢業(yè)設(shè)計歷時三個月，是我大學學習