基于三菱PLC的三層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

目 錄摘 要1第1章 電梯概述31.1 引言31.2 電梯的發(fā)展簡史31.3 電梯的基本結(jié)構(gòu)31.4 電梯的分類5第2章 可編程控制器簡介62.1 plc的結(jié)構(gòu)及各部分的作用62.2 plc的工作原理72.3 plc的編程語言82.4 plc基本指令82.5 梯形圖設(shè)計(jì)規(guī)則11第3章 三層電梯plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)123.1 電梯的控制要求123.2 三層電梯主電路123.3 輸入輸出點(diǎn)數(shù)分配123.4 plc外圍接線圖133.5 功能指令表概述143.6 程序分析153.7 三層電梯梯形圖程序193.8 三層電梯助記符語句程序213.9 本系統(tǒng)的不足及改進(jìn)27結(jié) 束 語29致 謝30參考文獻(xiàn)31摘 要電梯是高層建筑不可缺少的運(yùn)輸工具，用于垂直運(yùn)送乘客和貨物，傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)主要采用繼電器-接觸器進(jìn)行控制，其缺點(diǎn)是觸點(diǎn)多，故障率高、可靠性差、維修工作量大等，而采用 plc組成的控制系統(tǒng)可以很好地解決上述問題。本論文通過討論電梯控制系統(tǒng)的組成，闡述可編程控制器（plc）在電梯控制中的應(yīng)用，采用三菱plc編程的程序控制方式，提出了三層電梯的plc控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)過程、組成， 列出了具體的主要硬件電路、電梯的控制梯形圖及指令表。并給出了系統(tǒng)組成框圖和程序流程圖，在分析、處理隨機(jī)信號邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了plc的編程方法，設(shè)計(jì)了一套完整的電梯控制系統(tǒng)方案。采用本方案實(shí)現(xiàn)電梯控制，能夠解決繼電器接觸器觸點(diǎn)多，故障率高、可靠性差、安裝調(diào)試周期長、維修工作量大、接線復(fù)雜等缺點(diǎn)。使電梯運(yùn)行更加安全、方便、舒適。關(guān)鍵詞：電梯、plc、梯形圖abstractelevator, the necessary transportation tool for tall buildings, is used for transferring passengers and commodities vertically. most traditional elevator control system adopts relay- contacting machine as its central director. but this system has so many disadvantages such as too many contacting points, high fault rate, heavy repairing work and so on. so if it was replaced by the control system equipped with plc, the problems will be solved much more easily. this essay explains the application of plc (mitsubushi plc) on elevator，by discussing the construction of elevator control system. it also illustrates the general design project, the design process and construction of the plc control system for three-story buildings, listing the specific main circuit, trapezia control chart of elevator and repertoires. it also shows the construction of frame chart of the system and process flow chart. thus the programming method of plc is brought forward on the basis of analyzing and dealing with the logic relationship of random signs. it also designed a complicated elevator control system. if the project can be accepted, it can solve the problems which can be brought by relay, such as too many contacting points, high fault rate, low reliability, long installation and debugging time, heavy repairing work, complex connection and so on. keywords：elevator，plc，lader view第1章 電梯概述1.1 引言隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市迅速的崛起，高層建筑的不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。它是采用電力拖動方式，將載有乘客或貨物的轎廂，運(yùn)行于垂直方向的兩根剛性導(dǎo)軌之間，運(yùn)送乘客和貨物的固定式提升設(shè)備。所以，電梯是為高層建筑運(yùn)輸服務(wù)的設(shè)備，它具有運(yùn)送速度快、安全可靠、操作簡便的優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)主要采用繼電器-接觸器進(jìn)行控制，其缺點(diǎn)是觸點(diǎn)多，故障率高、可靠性差、維修工作量大等，而采用 plc組成的控制系統(tǒng)可以很好地解決上述問題，使電梯運(yùn)行更加安全、方便、舒適。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機(jī)作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。plc可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活。1.2 電梯的發(fā)展簡史據(jù)國外有關(guān)資料介紹，公元前2800年在古代埃及，為了建筑當(dāng)時(shí)的金字塔，曾使用過由人力驅(qū)動的升降機(jī)械。公元1765年瓦特發(fā)明了蒸氣機(jī)之后，1858年美國研制以蒸氣為動力，并通過皮帶傳動和蝸輪減速裝置驅(qū)動的電梯，1878年英國的阿姆斯特發(fā)明了水壓梯，并隨著水壓梯的發(fā)展淘汰了蒸氣梯，后來又出現(xiàn)了采用液壓泵的控制閥以及直接柱塞式和側(cè)柱塞式結(jié)構(gòu)的液壓梯，這種液壓梯至今仍為人們所采用。18世紀(jì)末發(fā)明了電機(jī)，特別是交流雙速電動機(jī)的出現(xiàn)，顯著改善了電梯的工作性能。在20世紀(jì)初，美國otis電梯公司首先使用直流電動機(jī)作為動力，生產(chǎn)出以槽輪式驅(qū)動的直流電梯。從此以后，電梯這個(gè)產(chǎn)品，一直在日新月異的發(fā)展著。目前的電梯產(chǎn)品，不但規(guī)格品種多，自動化程度高，而且安全可靠，乘坐舒適。1.3 電梯的基本結(jié)構(gòu)電梯一般由五部分組成：井道和機(jī)房、傳動部分、升降部分、安全裝置、控制部分。1. 井道和機(jī)房井道和機(jī)房是電梯正常運(yùn)行所要求的房屋建筑部分。井道由圍壁、頂板及底坑圍成一個(gè)容納電梯轎廂和對重的有限空間，在每個(gè)層站開有出、入口。機(jī)房用來安裝曳引機(jī)、電控屏、限速器等。機(jī)房可以設(shè)置在井道的頂部，也可設(shè)置在井道底部。設(shè)置在井道底部時(shí)稱為曳引機(jī)下置式，該方式的電梯結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對井道尺寸要求大，所以只有在機(jī)房無法頂置時(shí)采用。機(jī)房必須有足夠的面積、高度、承重能力及良好的通風(fēng)條件。頂板上是機(jī)房的情況下，它是值班工人工作的地方。所以頂板都是封閉型的，將井道與機(jī)房完全隔離。底坑一般深入地面，用于安裝緩沖器、限速器鋼絲繩張緊裝置。因?yàn)樯钊氲孛嬉笥信潘O(shè)施。2. 傳動部分傳動部分即曳引機(jī)，主要由電動機(jī)和鋼索組成。一般安裝在機(jī)房的頂部，它通過鋼絲繩牽引轎廂及對重。曳引機(jī)由蝸輪減速箱、繩輪、電機(jī)、靠背輪、抱閘、底座等組成。高速無齒輪直流電梯曳引機(jī)，由電機(jī)直接帶動繩輪，無減速箱裝置，其余部件相同。3. 升降設(shè)備部分升降設(shè)備部分包括轎廂、對重、門廳和導(dǎo)軌。轎廂是容納物體和乘客的箱體，對重是用來平衡轎廂重量的。門廳是每一層樓的電梯門口裝的門，門上有機(jī)械鎖和電氣接點(diǎn)?？吞荻嗖捎米詣娱_關(guān)門，是由轎廂門上的開門刀帶動廳門上橡皮轱轆來完成的，而轎廂門是由轎廂門上的開關(guān)門裝置驅(qū)動的。導(dǎo)軌是轎廂上下移動所走的軌道。4. 安全裝置安全裝置由降速裝置和電氣安全設(shè)備組成。降速裝置主要有限速器和緩沖器。限速器是控制轎廂速度的設(shè)備。當(dāng)轎廂達(dá)到極限速度時(shí)，轎廂限速器開始動作，并作用于安全鉗上迫使它夾住導(dǎo)軌，剎住轎廂。緩沖器是電梯的最后安全保護(hù)。它安裝在電梯井道底坑內(nèi)，位于轎廂和對重的正下方。當(dāng)電梯向上或向下運(yùn)動中，由于鋼絲斷裂、抱閘制動力不足或者控制系統(tǒng)失靈而使轎廂超越終端層站時(shí)，緩沖器則起到緩沖作用，避免電梯撞底或沖頂，確保乘客的安全。電氣安全設(shè)備是指電梯控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)的電氣元件。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)7588和10058中的規(guī)定，對電梯供電電源、轎廂超速、轎廂上下端站及極限位置、廳門鎖與轎廂門的電氣連鎖以及所有電氣設(shè)備外殼接地等方面必須實(shí)行電氣保護(hù)。電氣安全裝置通常包括：設(shè)置在機(jī)房內(nèi)的電梯主開關(guān)，可切斷轎廂照明及通風(fēng)、轎頂電源插座、火災(zāi)報(bào)警、機(jī)房和滑輪間照明以及井道照明等全部供電電路。熔斷器和熱繼電器用作曳引電機(jī)的短路及過負(fù)荷保護(hù)。相序繼電器作斷相和錯相保護(hù)。稱重裝置可作電梯的超重保護(hù)。行程開關(guān)是電梯運(yùn)行端站減速及端站限位保護(hù)。電梯門安全觸板帶動連鎖開關(guān)或光電傳感器、感應(yīng)式近門傳感器，控制開關(guān)門電機(jī)，防止電梯夾人、夾物。電梯所有金屬設(shè)備外殼接地，以防觸電事故。5. 控制部分控制部分主要指電氣控制設(shè)備和必要的線路。電梯的操縱控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其控制方式標(biāo)志著我國電梯的發(fā)展水平，我國目前使用的電梯按其操縱方式分類有按鈕控制電梯、信號控制電梯、集選控制電梯、并聯(lián)控制電梯、程序控制電梯及智能控制電梯等。按鈕控制電梯。其操縱箱內(nèi)裝有啟動按鈕、應(yīng)急按鈕、開關(guān)門按鈕、警鈴按鈕等按鈕組和照明開關(guān)、鑰匙開關(guān)、通風(fēng)開關(guān)、檢修開關(guān)和顯示樓層與方向的指示燈。信號控制電梯。除具有自動平層自動開門動作外，還具有內(nèi)外選層、自動定向、順向截車等控制能力。該類電梯有司機(jī)操作。集選控制電梯。目前物業(yè)部門管理的客梯主要采用集選控制方式。集選控制方式的電梯具有自動平層、自動開門、自動掌握停站時(shí)間、內(nèi)選外呼信號的登記與消除、順向截梯以及自動換向等功能。下集選控制電梯用于無司機(jī)交、直流電梯，基本工作狀態(tài)與集選控制電梯相同，只是廳外向下招呼信號才予答應(yīng)。并聯(lián)控制電梯。該種電梯是電梯群中的最簡單方式，只適合于兩臺電梯的協(xié)調(diào)控制管理。它是按預(yù)先設(shè)定的調(diào)配原則，自動的調(diào)配某臺電梯去答應(yīng)某層的廳外召喚信號。程序控制電梯。使用于同一建筑物內(nèi)有三臺以上電梯，而且位置比較集中的電梯群的控制和管理。為了提高電梯的運(yùn)行效率和充分滿足樓內(nèi)客流量的需要，盡可能的縮短乘客的候梯時(shí)間，對電梯群的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動程序控制。智能群梯。該種電梯采用先進(jìn)的控制理論、先進(jìn)的傳動和控制技術(shù)，使電梯在運(yùn)行過程中具有安全、快速、準(zhǔn)確、平穩(wěn)的特性，使乘客具有舒適感和享受感。全微機(jī)化電梯的開發(fā)和使用是電梯的發(fā)展趨勢。全微機(jī)化電梯是指電梯的傳動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微機(jī)化控制的電梯，必將滿足人們對電梯的高質(zhì)量、高水平、高標(biāo)準(zhǔn)的要求。1.4 電梯的分類按用途分類：乘客電梯、載貨電梯、客貨電梯、病床電梯、住宅電梯、雜物電梯、觀光電梯、車輛電梯、船舶電梯、建筑使用電梯、自動扶梯、其它按驅(qū)動方式分類：交流電梯、直流電梯、液壓電梯、螺桿式電梯、直線電機(jī)驅(qū)動的電梯按速度分類：低速電梯（v1.0m/s）、快速電梯（1.0m/svs2 m0 導(dǎo)通s1=s2 m1 導(dǎo)通s1s2 m2 導(dǎo)通即k100大于c20的當(dāng)前值時(shí)，m0接通；k100等于c20的當(dāng)前值時(shí)，m1接通；k100小于c20的當(dāng)前值時(shí)，m2接通。3.6 程序分析3.6.1 程序總體結(jié)構(gòu)3.6.2 電梯上下控制程序分析比較呼叫信號d1、樓層限位 d2里面的數(shù)值，以比較結(jié)果指揮電梯動作。d1d2：電梯在下，呼叫在上，電梯此時(shí)應(yīng)該上升。d1=d2：電梯與呼叫在同一位置，可根據(jù)不同的樓層 位置驅(qū)動不同的門進(jìn)行開關(guān)。3.6.3 電梯呼叫信號分析根據(jù)不同的按鈕動作把呼叫信號轉(zhuǎn)換成數(shù)值存入寄存器d1里面當(dāng)?shù)谝粚雍艚袝r(shí)，就把常數(shù)1放在d1里面當(dāng)?shù)诙雍艚袝r(shí)，就把常數(shù)2放在d1里面當(dāng)?shù)谌龑雍艚袝r(shí)，就把常數(shù)3放在d1里面. 電梯呼叫信號程序（第一層）3.6.4 電梯位置判斷程序分析通過傳感器把電梯位置信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號送到寄存器d2里面去如果在第一層，把常數(shù)1 賦給d2；如果在第二層，把常數(shù)2 賦給d2；如果在第三層，把常數(shù)3 賦給d2。3.6.5 電梯樓層顯示程序分析1. 電梯樓層顯示程序：利用三個(gè)層限開關(guān)進(jìn)行判斷：當(dāng)一層層限開關(guān)觸發(fā)時(shí) 一層指示燈亮；當(dāng)二層層限開關(guān)觸發(fā)時(shí) 二層指示燈亮；當(dāng)三層層限開關(guān)觸發(fā)時(shí) 三層指示燈亮。2. 電梯上下顯示程序分析上下顯示完全按照電機(jī)當(dāng)前狀態(tài)來確定當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)顯示上升狀態(tài)當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)顯示下降狀態(tài)電梯上下顯示程序：3.6.6 電梯開關(guān)門程序分析當(dāng)電梯到位后，延時(shí)0.5秒， 根據(jù)當(dāng)前的樓層驅(qū)動相應(yīng)的門進(jìn)行開門動作。開門到位后再延時(shí)1秒進(jìn)行關(guān)門。如果在關(guān)門過程中檢測到有障礙，立即停止關(guān)門動作，繼續(xù)重新開門。1. 電梯開關(guān)門程序（第一層）：3.7 三層電梯梯形圖程序3.8 三層電梯助記符語句程序3.9 本系統(tǒng)的不足及改進(jìn)本系統(tǒng)使用三菱 fx1n-40mr plc實(shí)現(xiàn)三層電梯的控制,在實(shí)際運(yùn)用中，由于電梯使用的樓層比較高，為了在運(yùn)行過程中節(jié)省時(shí)間，可采用變頻調(diào)速。例：用樓層限位開關(guān)進(jìn)行感應(yīng)，啟動時(shí)，若電梯離起點(diǎn)距離為一層以下時(shí)，進(jìn)行低速運(yùn)轉(zhuǎn)；若電梯離起點(diǎn)為一層以上時(shí)，轉(zhuǎn)為高速。停止時(shí)，若電梯當(dāng)前位置離目的地有兩層以上距離時(shí)，用高速進(jìn)行運(yùn)行；若電梯當(dāng)前位置離目的地在兩層以下距離時(shí)，用低速運(yùn)行； 本設(shè)計(jì)的三層電梯為相應(yīng)單一呼叫的電梯，即在一個(gè)動作沒有完成前不響應(yīng)其他呼叫，在現(xiàn)實(shí)生活中，通?？梢韵鄳?yīng)多個(gè)呼叫，這就需要用到另外兩條條功能指令sfwr、sfrd。用sfwr來依次存儲呼叫信號，用sfrd來依次讀取呼叫信號。以達(dá)到按呼叫順序來控制電梯運(yùn)動的效果。 sfwr 使用：利用這條指令，可以把先后采集到的呼叫信號存儲起來，在后面進(jìn)行調(diào)用?？梢詫?shí)現(xiàn)多個(gè)呼叫依次存儲的功能。 初始狀態(tài)下，d2d10數(shù)據(jù)都為0，d1數(shù)據(jù)為0，當(dāng)x0被觸發(fā)時(shí)，d0的數(shù)據(jù)移動到d2，隨即d1里面數(shù)據(jù)變?yōu)?，當(dāng)x0再次被觸發(fā)時(shí)，d0數(shù)據(jù)移動到d3，d1里面數(shù)據(jù)變?yōu)?，以此類推。 sfrd 使用：在電梯中可以利用關(guān)門信號的上升沿進(jìn)行動作，依次把用sfwr存儲的呼叫信號讀取出來，進(jìn)行相關(guān)的動作。 當(dāng)x1沒有觸發(fā)時(shí)，d20數(shù)據(jù)為0，d1也為0；當(dāng)x1第一次觸發(fā)時(shí)，d2的數(shù)據(jù)被移動到d20，d1的數(shù)據(jù)變?yōu)?，表示當(dāng)前指針為1；當(dāng)x1再次觸發(fā)時(shí)，d3的數(shù)據(jù)移動到d20，d1的數(shù)據(jù)變?yōu)?，表示當(dāng)前指針為2。以此類推 。結(jié) 束 語在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)之初，我的三菱plc編程語言知識幾乎為空白，特別是編程，除了在上課時(shí)學(xué)到的一些松下plc基本指令外，我對三菱plc基本指令、功能指令及應(yīng)用幾乎沒有什么接觸。在老師和同學(xué)的幫助下，我首先用了將近一個(gè)月的時(shí)間對三菱plc的知識進(jìn)行了強(qiáng)化補(bǔ)習(xí)，然后再根據(jù)所學(xué)的編程知識，用大約一個(gè)半月的時(shí)間完成了從最初的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到最后實(shí)驗(yàn)室模擬及實(shí)際實(shí)現(xiàn)，并在這個(gè)過程中進(jìn)一步熟悉了歐姆龍和西門子plc。 在完成本設(shè)計(jì)的過程中，我既感受到了面對自己無法解決的問題時(shí)的苦惱，也體會到問題最終得以解決時(shí)的快樂。同時(shí)，也總結(jié)了以下一些經(jīng)驗(yàn)： 1. 一個(gè)詳細(xì)周密的計(jì)劃對于完成一項(xiàng)任務(wù)的重要性。實(shí)際上，我對這次作業(yè)著手較早。但由于剛開始時(shí)間較松，在學(xué)習(xí)時(shí)就想到哪學(xué)到哪，沒有認(rèn)真計(jì)劃。到后來發(fā)現(xiàn)同學(xué)們的進(jìn)度都已經(jīng)趕上甚至超過我，這才又著急起來，趕緊找經(jīng)驗(yàn)豐富的同學(xué)出主意，制定出詳細(xì)的計(jì)劃，這才按時(shí)完成了任務(wù)。 2. 學(xué)習(xí)一門程序語言，實(shí)踐是最好的方法。我對plc的學(xué)習(xí)實(shí)際上分為兩個(gè)階段。前一階段為學(xué)習(xí)語言而學(xué)習(xí)語言。在這一階段中，我總有隔霧觀花的感覺，學(xué)得似是而非。后一階段邊實(shí)踐邊學(xué)習(xí)，很多前一階段不甚了了的問題得到迎刃而解。 3. 要學(xué)會運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)工具?；ヂ?lián)網(wǎng)是一個(gè)具有大量資源的信息寶庫，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中如果沒有互聯(lián)網(wǎng)也許我多花一倍的時(shí)間也完不成任務(wù)。所以一定要會并善于運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)工具。 完成這次設(shè)計(jì)后回過頭來看，我的這項(xiàng)作業(yè)完成得并不完美。還有很多需