畢業(yè)設(shè)計(jì)16電梯PLC控制系統(tǒng)

遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 1 1 引言 隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直升降的交通工具已和人們的日常生活密不可分，是機(jī)械電氣相結(jié)合的機(jī)電一體化產(chǎn)品。電梯控制系統(tǒng)可分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。調(diào)速部分的性能對電梯運(yùn)行時乘客的舒適感有著重要影響，而邏輯控制部分則是電梯安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。 隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直升降的交通工具已和人們的日常生活密不可分，是機(jī)械電氣相結(jié)合的機(jī)電一體化產(chǎn)品。電梯控制系統(tǒng)可分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。調(diào)速部分的性能對電梯運(yùn)行時乘客的舒適感有著重 要影響，而邏輯控制部分則是電梯安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。隨著自動控制理論與微電子技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動方式與控制手段均發(fā)生了很大的變化。早期安裝的電梯多為繼電器控制方式，其最大缺點(diǎn)是故障率較高，可靠性差。安全性是電梯運(yùn)行的首要問題，因而這類控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代和技術(shù)改造勢在必行、迫在眉睫。 PLC(可編程序控制器 )作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術(shù)先進(jìn)性，在電梯控制中得到了日益廣泛的應(yīng)用，是電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計(jì)算機(jī)控制的一個重要方向。 1 1 PLC 簡介 PLC 是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的， 它以存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入 PLC 的用戶程序存儲器中。運(yùn)行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。 PLC的 CPU 內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動加 1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為 END 指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。 PLC 每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的 PLC，循 環(huán)掃描周期在 1 微秒到幾十微秒之間。 PLC 用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級，解算 1K 邏輯程序不到 1 毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理， 16 位（也有 32 位的）為一個模擬量。大型 PLC 使用另外一個 CPU 來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給 PLC 的控制器。 相同 I/O 點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些（大約能省 40%左右）。PLC 沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比 DCS 要低很多。一個 PLC 的控制器，可以接收幾千個 I/O 點(diǎn)（最多可達(dá) 8000 多個 I/O）。如果被控對象麗麗：五層樓電梯 PLC 控制設(shè)計(jì) 2 主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用 PLC 較為合適。 PLC 由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 PLC 采用總線模板框式結(jié)構(gòu)，主框架中帶有 CPU、電源和基本輸入輸出模板，按需要 還可插入各種專用模板，必要時在主框架上再裝配擴(kuò)展框架及擴(kuò)展模板，框架的擴(kuò)展數(shù)和每個框架的可裝模板數(shù)隨 PLC 產(chǎn)品型號而異。 1 2 PLC 功能特點(diǎn) PLC 具有完善的自動診斷和系統(tǒng)監(jiān)控能力，對于內(nèi)部的工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、 IO 接口狀態(tài)都有明顯的標(biāo)記或報(bào)警信息。因此，從原理上講 PI C 幾乎已具備了所有的控制功能。通常還帶有可擴(kuò)展的功能：如通信聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)塊傳輸、排序、查表、中斷、矩陣運(yùn)算、特殊函數(shù)運(yùn)算以及數(shù)值 PID 控制等。 1 3 電梯 PLC 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 電梯 PLC 控制系統(tǒng)與其它類型的電梯系統(tǒng)一樣主要由信號控制和拖動控制系統(tǒng)兩大部分組成。圖 1-1 為電梯 PLC 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 圖 1-1 電梯 PLC 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 輸 入 接 口 CPU 輸 出 接 口 呼叫信號 開關(guān)門信號 內(nèi)指令信號 安全控制信號 呼叫顯示 樓層顯示 開關(guān)門控制 上下運(yùn)行控制 紅外感應(yīng)信號 遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 3 2 電 梯的基本功能 在進(jìn)行上位機(jī)程序以及下位機(jī)程序編寫之前，首先要做的工作是確定電梯本身所具有的功能和電梯在乘客進(jìn)行某種操作后應(yīng)具有的狀態(tài) ， 下面將根據(jù) 具體情況做出分析。 2 1 梯內(nèi)部部件功能簡介 在電梯內(nèi)部，應(yīng)該有 5 個樓層 (1 5 層 )按鈕、開門和關(guān)門按鈕以及樓層顯示器、上升和下行顯示器：當(dāng)乘客進(jìn)入電梯后，電梯內(nèi)應(yīng)該有能讓乘客按下的代表其要去目的地的樓層按鈕稱為內(nèi)呼叫按鈕。電梯停下時，應(yīng)具有開門、關(guān)門的功能，即電梯門可以自動打開經(jīng)過一定的延時后，又可自動關(guān)閉。而且，在電梯內(nèi)部也應(yīng)有控制電梯開門、關(guān)門的按鈕，使乘客可以在電梯停下時隨時地控制電梯的開門與關(guān)門。電梯內(nèi)部還應(yīng)配有指示燈，用來顯示電梯現(xiàn)在所處的狀態(tài)，即電梯是上升還是下降以及電梯處在樓層的 第幾層，這樣可以使電梯里的乘客清楚地知道自己所處的位置，離自己要到的樓層還有多遠(yuǎn)，電梯是上升還是下降等。 2 2 電 梯的外部部件功能簡介 電梯的外部共分 5 層，每層都應(yīng)該有呼叫按鈕、呼叫指示燈、上升和下降指示燈及樓層顯示器。呼叫按鈕是乘客用來發(fā)出呼叫的 工 具，呼叫指示燈在完成相應(yīng)的呼叫請求之前應(yīng)一直保持為亮，它和上升指示燈、下降指示燈、樓層顯示器一樣，都是用來顯示電梯所處的狀態(tài)的。 5 層樓電梯中， 1 層只有上呼叫按鈕， 5 層只有下呼叫按鈕，其余 3 層都同時具有上呼叫和下呼叫按鈕。而上升、下降指示燈以及樓層顯示器， 5層電梯 均應(yīng)該相同。 3 電梯的初始狀態(tài)、運(yùn)行中狀態(tài)和運(yùn)行后狀態(tài)分析 3.1 電梯 的初始狀態(tài) 為了方便分析，假設(shè)電梯位于 l 層待命，各層顯示器都被初始化，電梯處于以下狀態(tài)： 各層呼叫燈均不亮。 電梯內(nèi)部及外部各樓層顯示器顯示均為“ 1”。 電梯內(nèi)部及外部各層電梯門均關(guān)。 3.2 電梯在運(yùn)行過程中 狀態(tài)分析： 按下某層呼叫按鈕 (1 5 層 )后，該層呼叫燈亮，電梯響應(yīng)該層呼叫。 電梯上行或下行直至該層。 麗麗：五層樓電梯 PLC 控制設(shè)計(jì) 4 各樓層顯示隨電梯移動而改變，各層指示燈也隨之而變。 運(yùn)行中電梯門始終關(guān)閉，到達(dá)指定層時，門才打開。 在電梯運(yùn)行 過程中，支持其他呼叫。 3.3 電梯運(yùn)行后狀態(tài)： 在到達(dá)指定樓層后，電梯會繼續(xù)待命，直至新命令產(chǎn)生。 電梯在到達(dá)指定樓層后，電梯門會自動打開，經(jīng)一段延時自動關(guān)閉，在此過 程中，支持手動開門或關(guān)門； 各樓層顯示值為該層所在位置，且上行與下行指示燈均滅。 4 電梯的 實(shí)際運(yùn)行中的情況分析 實(shí)際中，電梯服務(wù)的對象是許多乘客，乘客乘坐電梯的目的地是不完全一樣的，而且，每一個乘客呼叫電梯的時間有前有后，因此，我們將電梯在實(shí)際中的各種具體情況加以分類，做出分析，以便于編制程序。 4.1 分類分析 1)電梯上行分析 。 若電梯在上行過程中，某樓層有呼叫產(chǎn)生時，可分以下兩種情況： 若呼叫層處于電梯當(dāng)前運(yùn)行層之上目標(biāo)運(yùn)行層之下，則電梯應(yīng)在完成前一指令之前先上行至該層，完成該層呼叫后再由近至遠(yuǎn)的完成其他各個呼叫動作。 呼叫層處于電梯當(dāng)前運(yùn)行層之下，則電梯在完成前一指令之前不響應(yīng)該指令，直至電梯重新處于待命狀態(tài)為止。 2)電梯下行分析。 若電梯在下行過程中，樓層有呼叫產(chǎn)生時，可分以下兩種情況： 若呼叫層處于電梯當(dāng)前運(yùn)行層之下目標(biāo)運(yùn)行層之上，則電梯應(yīng)在完成前一指令之前先下行至該層，完成該層呼叫后再由近至遠(yuǎn)地完成其他 各個呼叫動作。 若呼叫層處于電梯運(yùn)行層之上，則電梯在完成前一指令之前不響應(yīng)該指令，直至電梯重新處于待命狀態(tài)為止。 4.2 規(guī)律 總結(jié) 由以上各種分析可以看出，電梯在接受指令后，總是由近至遠(yuǎn)地完成各個呼叫任務(wù)。電梯機(jī)制只要依此原則進(jìn)行設(shè)計(jì)動作，就不會在運(yùn)行時出現(xiàn)電梯上下亂跑的情況了。在分析的同時，我們也知道了電梯系統(tǒng)中哪些是可人工操作的設(shè)備。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 5 5 電梯的控制要求 1） 接受每個呼叫按鈕 (包括內(nèi)部和外部的呼叫 )的呼叫命令，并做出相應(yīng)的響應(yīng)。 2 ） 電梯停在某一層 (例如 3 層 )時，此時按動該層 (3 層 )的呼 叫按鈕 (上呼叫或下呼叫 )，則相當(dāng)于發(fā)出打開電梯門命令，進(jìn)行開門的動作過程；若此時電梯的轎箱不在該層 (在 1、 2、 4、 5 層 )，則等到電梯關(guān)門后，按照不換向原則控制電梯向上或向下運(yùn)行。 3） 電梯運(yùn)行的不換向原則是指電梯優(yōu)先響應(yīng)不改變現(xiàn)在電梯運(yùn)行方向的呼叫，直到這些命令全部響應(yīng)完畢后才響應(yīng)使電梯反方向運(yùn)行的呼叫。例如現(xiàn)在電梯的位置在 1層和 2 層之間上行，此時出現(xiàn)了 1 層上呼叫、 2 層下呼叫和 3 層上呼叫，則電梯首先響應(yīng)三層上呼叫，然后再依次響應(yīng) 2 層下呼叫和 1 層上呼叫。 4） 電梯在每一層都有 1 個行程開關(guān)，當(dāng)電梯碰 到某層的行程開關(guān)時，表示電梯已經(jīng)到達(dá)該層。 5） 當(dāng)按動某個呼叫按鈕后，相應(yīng)的呼叫指示燈亮并保持，直到電梯響應(yīng)該呼叫為止。 6） 當(dāng)電梯停在某層時，在電梯內(nèi)部按動開門按鈕，則電梯門打開，按動電梯內(nèi)部的關(guān)門按鈕，則電梯門關(guān)閉。但在電梯行進(jìn)期間電梯門是不能被打開的。 7） 當(dāng)電梯運(yùn)行到某層后，相應(yīng)的樓層指示燈亮直到電梯運(yùn)行到前方一層時樓層指示燈改變。 6 設(shè)計(jì)部分 6.1 PLC 程序中 I O 點(diǎn)的定義 在編程過程中，所用到的 I 0 地址分配如表 6-1 所示。編程過程分為電梯內(nèi)部和電梯外部兩部 分進(jìn)行。 麗麗：五層樓電梯 PLC 控制設(shè)計(jì) 6 表 6-1 遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 7 6.2 電梯內(nèi)部的 PLC 編程 1） 5 層樓的內(nèi)呼叫燈 PLC 程序。 電梯內(nèi)部的 5 個呼叫按鈕，指定的是電梯的運(yùn)行目標(biāo)。因此在電梯未達(dá)到指定目標(biāo)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(dāng)電梯達(dá)到指定樓層時，呼叫燈應(yīng)該滅掉，即保持繼電器斷開。先以 1 層內(nèi)呼叫 燈 為例，所得的程序如圖 6-1 所示。 圖 6-1 1 層內(nèi)呼叫燈 由此可得 5 層樓內(nèi)呼叫燈的 PLC 梯形圖程序如圖 6-2 所示 。 圖 6-2 5 層樓內(nèi)呼叫燈 麗麗：五層樓電梯 PLC 控制設(shè)計(jì) 8 2) 電梯內(nèi)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。要替換某一顯示器的值，需要電梯接觸到其上層或者下層的行程開關(guān)。 圖 6-3 梯內(nèi)顯示器程序（ 1 層） 3) 電梯內(nèi)升降顯示 升降顯 示器的狀態(tài) 共 3 種：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(yùn)動，下降也同樣如此?，F(xiàn)程序以電梯從第四層到第五層的上升為例。 若 5 層有呼叫，包括兩種情況：電梯內(nèi)呼叫、電梯外呼叫。若電梯由第 4 層上行至第 5 層，此時 Y10 亮， Y11 滅，下降觸點(diǎn) YF 斷開，上升觸點(diǎn) YE 閉合。并列的條件還有 4 層外部上呼叫閉合、 5 層下呼叫閉合、 5 層呼叫按鈕的閉合，這些條件同樣 使 4 層顯示器改變。 圖 6-3 4 層升至 5 層顯示器程序 4) 電梯到達(dá)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(dāng)呼叫方向與電梯運(yùn)行方向相同時，電梯才能停止。下面以向下呼叫停止 R201 為例說明。電梯到達(dá)呼叫樓層后停止的PLC 程序如圖 6-3 所示。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 9 圖 6-3 到達(dá)樓層停止程序 當(dāng)電梯一直顯示向下運(yùn)行，即 Y11 接通時，只有當(dāng)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(dá)各層后 R201 才接通，否則并不接通。另外，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。 麗麗：五層樓電梯 PLC 控制設(shè)計(jì) 10 7 結(jié)束語 這個 五層 電梯控制系統(tǒng)采用了技術(shù)成熟的 PLC 自動控制系統(tǒng)，結(jié)合了先進(jìn)的機(jī)械傳動技術(shù)，紅外傳感器技術(shù)，降低了系統(tǒng)的成本，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過這個設(shè)計(jì)，使我對過去所學(xué)的知識得到了應(yīng)用、鞏固和 加深 。對