基于PLC的電梯控制系統(tǒng)課程設(shè)計報告

1、plc電梯課程設(shè)計報告班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)老師：中南大學(xué)機電工程學(xué)院目錄引言.第一章電梯概述.1.1 電梯發(fā)展簡史.1.2 電梯構(gòu)成及運行方式.1.3 電梯控制系統(tǒng).1.4 plc與電梯的結(jié)合.第二章方案設(shè)計.2.1 整體方案設(shè)計.2.2 理想的電梯功能.2.3 實際的電梯功能.第三章 硬件設(shè)計.3.1 理想的電梯模型.3.2 實際的電梯模型.第四章 軟件設(shè)計.4.1 plc控制系統(tǒng).4.2 電梯選向流程圖.4.3 plc i/o口分配.4.4 基本功能梯形圖分析.第五章 設(shè)計心得.附錄：三菱fx2n plc 電梯控制系統(tǒng)梯形圖.引言隨著人口的增加，科學(xué)技術(shù)日新月異地發(fā)展，人們物質(zhì)文化生活水

2、平的逐步提高，建筑業(yè)得以迅速發(fā)展，大批的高樓大廈拔地而起，十幾層至幾十層的賓館、飯店、辦公樓、住宅樓鱗次櫛比。伴隨建筑業(yè)的發(fā)展，為建筑內(nèi)提供上下交通運輸?shù)碾娞莨I(yè)也在日新月異地發(fā)展著。電梯已不僅是一種生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要設(shè)備，更是一種工作和生活中的必需設(shè)備，完全可以預(yù)想到，隨著社會的發(fā)展，電梯產(chǎn)品在人們物質(zhì)文化生活中的地位將和汽車一樣，成為重要的運輸設(shè)備之一。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元；第二種控制方式用可編程控制器（plc）取代微機實現(xiàn)信號集選控制。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。國內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原因在于plc可靠性高，程序設(shè)計

3、方便靈活，抗干擾能力強、運行穩(wěn)定等特點。本文主要介紹可編程控制器（plc）在電梯電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過對系統(tǒng)硬件設(shè)計方法和程序設(shè)計思路的介紹，給出了4層電梯邏輯控制部分的方法。主要涉及4層電梯的plc 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案、組成及模塊化程序設(shè)計。第一章電梯概述1.1 電梯發(fā)展簡史18 世紀末發(fā)明了電機，并隨著電機技術(shù)的發(fā)展，19 世紀初開始使用交流異步單速和雙速電動機作動力的交流電梯，特別是交流雙速電動機的出現(xiàn)，顯著改善了電梯的工作性能。在20 世紀初，美國奧的斯電梯公司首先使用直流電動機作為動力，生產(chǎn)出以槽輪式驅(qū)動的直流電梯，從而為后來的高速度、高行程電梯的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。從此以后，電

4、梯這個產(chǎn)品，一直在日新月異地發(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。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，可編程序控制器（plc）和電子計算機成功地應(yīng)用到電梯的電氣控制系統(tǒng)中去后，電梯產(chǎn)品的質(zhì)量和運行效果顯著提高。1.2 電梯構(gòu)成及運行方式一部電梯主要由轎廂、配重、曳引機、控制柜箱、導(dǎo)軌等主要部件組成。電梯在做垂直運行的過程中，有起點站也有終點站。對于三層以上建筑物內(nèi)的電梯，起點站和終點站之間還設(shè)有?？空?。起點站設(shè)在一樓，終點站設(shè)在最高樓。各站的廳外設(shè)有召喚箱，箱上設(shè)置有供乘用人員召喚電梯用的召喚按鈕。一般電梯在起點站和終點站上各設(shè)置一個按鈕，中間層站的召喚箱上各設(shè)置兩個按

5、鈕。而電梯的轎廂內(nèi)都設(shè)置有（雜物電梯除外）操縱箱，操縱箱上設(shè)置有手柄開關(guān)或與層站對應(yīng)的按鈕，供司機或乘用人員控制電梯上下運行。召喚箱上的按鈕稱外召喚按鈕，操縱箱上的按鈕稱指令按鈕。電梯的自動化程度比較高，一般電梯的司機或乘用人員只需通過操縱箱上的按鈕向電氣控制系統(tǒng)下達一個指令信號，電梯就能自動關(guān)門、定向、起動、在預(yù)定的層站平層?？块_門。對于自動化程度高的電梯，司機或乘用人員一次還可下達一個以上的指令信號，電梯便能依次起動和?？?，依次完成全部指令任務(wù)。1.3 電梯控制系統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動部分和電氣控制部分組成。1. 電梯的電力拖動部分電梯主拖動類型有直流電動機拖動、交流電動機拖動、直流

6、gm（即發(fā)電機電動機組供電）拖動、晶閘管供電（scrm）的直流拖動和交流雙速電動機拖動、交流調(diào)壓調(diào)速（avcc）拖動、交流變頻調(diào)速（vvvf）等。因直流電梯的拖動電動機有電刷和換相器，維護量較大，可靠性低，現(xiàn)已被交流調(diào)速電梯所取代。為了得到較好的舒適感，要求曳引電動機在選定的調(diào)速方式下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩總能達到負載轉(zhuǎn)矩的要求?？紤]到電壓的波動、導(dǎo)軌不夠平直造成的運動阻力增大等因素，電動機轉(zhuǎn)矩還應(yīng)有一定的裕度。2. 電梯的電氣控制部分電氣控制系統(tǒng)由控制柜、操縱箱、層樓指示、召喚箱及曳引電動機等幾十個分散安裝在電梯井道內(nèi)外和各相關(guān)電梯部件中的電器元件構(gòu)成。電氣控制系統(tǒng)通過電路控制電力拖動系統(tǒng)工作程

7、序，完成各種電氣動作功能，保證電梯安全運行。電梯一般是由電動機來拖動的，其運行過程大多包括啟動、正（反）轉(zhuǎn)、停止等，這整個過程是由電氣控制系統(tǒng)來完成。具體地說電梯的控制主要是指對電動機的起動、停止、運行方向、層樓指示、層站召喚、轎廂內(nèi)指令等進行處理。其操縱是實行各個控制環(huán)節(jié)的方式和手段。電梯電氣控制系統(tǒng)與電力拖動系統(tǒng)比較，變化范圍比較大。當一臺電梯的類別、額定載重量和額定運行速度確定后，電力拖動系統(tǒng)各零部件就基本確定了，而電氣控制系統(tǒng)則有比較大的選擇范圍，必須根據(jù)電梯安裝使用地點、乘載對象進行認真選擇，才能最大限度地發(fā)揮電梯的使用效益。電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能、自動化程度和運行可靠性。隨著

8、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)引進工作的進一步開展，電氣控制系統(tǒng)發(fā)展換代迅速。繼電器控制系統(tǒng)的電梯故障率高，大大降低了電梯的運行可靠性和安全性，所以基本上已經(jīng)被淘汰。而plc 以其體積小、功能強、故障率低、壽命長、噪聲低、維護保養(yǎng)簡便、修改邏輯靈活、程序容易編制，易聯(lián)成控制網(wǎng)絡(luò)等諸多優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。1.4 plc與電梯的結(jié)合自80年代后期plc引入我國電梯行業(yè)以來，由plc組成的電梯控制系統(tǒng)被許多電梯制造廠家普遍采用。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中，plc系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。 電梯控制系統(tǒng)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行是乘客的舒適感有著重要影響，而

9、邏輯控制部分則是電梯安全可靠運行的關(guān)鍵。為了改善電梯的舒適感和運行的可靠性，現(xiàn)在都改為用plc來控制電梯的運行，這樣大大提高了電梯的性能。 plc是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)與自動化技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制器。它具有可靠性高、適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的高溫、沖擊和振動等惡劣環(huán)境的特點，已成為解決自動控制問題的最有效工具，是當前先進工業(yè)自動化的二大支柱之一。plc用于電梯控制的優(yōu)點：(1) 在電梯控制中采用了plc，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。(2) 去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。(3) plc可實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。(

10、4) plc可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。(5) 用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。(6) 更改控制方案時不需改動硬件接線。第二章 方案設(shè)計2.1 整體方案設(shè)計電梯plc的控制系主要由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成。電梯信號控制基本由plc軟件實現(xiàn)。電梯信號控制系統(tǒng)如圖2.1所示，輸入到plc的控制信號有:運行方式選擇、運行控制、轎內(nèi)指令、層站召喚、安全保護信息、開關(guān)門及限位信號等。圖2.1 電梯信號控制系統(tǒng)2.2理想的電梯功能電梯三種工作方式乘客模式、消防模式、司機模式。1乘客模式是指由乘客自己操縱電梯，這種電梯具有集選控制功能。具有以下特點：（1）電

11、梯開門關(guān)門，上/下客時間均由定時器定時；（2）只要電梯門關(guān)閉后自動定向。2消防模式是指大樓發(fā)生火災(zāi)時，電梯運行控制的一種特殊工作方式。具有以下特點：（1）正在運行的電梯控制系統(tǒng)一旦收到消防信號，不會響應(yīng)任何信號，只會返回底層并開門；（2）電梯返回底樓并在底樓開門后，電梯處于消防工作狀態(tài)，此時不響應(yīng)外部召喚信號，只響應(yīng)消防員的內(nèi)部指令信號以及開關(guān)門信號。3司機模式是指由專職司機操縱電梯運行。具有以下特點：（1）電梯上行下行啟動由司機決定；（2）電梯開門、關(guān)門時間由司機控制；（3）電梯是否直駛（不再響應(yīng)外召喚）由司機決定。 其它功能：吹風機通風；到站訊號指示（鐘鳴）；開門保持時間調(diào)節(jié)功能，自動開關(guān)

12、門；故障自動檢測、存儲，顯示功能；同層呼叫重開門裝置；應(yīng)急照明裝備；火警緊急返回/消防操作功能；防搗亂功能；指定樓層不?？抗δ?；滿載直駛；2.3實際的電梯功能由于下文所說的硬件設(shè)備的原因（包括傳感器的缺失，i/o點數(shù)的限制等），我們組所設(shè)計的電梯只包含了原先設(shè)想的功能中的一部分：1. 兩種模式：乘客模式和消防模式；2. 基本的外部召喚，內(nèi)部指令，電梯的上下運行功能；3. 開門保持時間調(diào)節(jié)，自動開關(guān)門功能（該功能不是一個簡單的開關(guān)門功能。它可以保證第一次自動開門時手動的關(guān)門按鈕沒有用；第一次自動開門后以及門完全閉合前的無限開關(guān)門；門完全閉合后開門按鈕無效等。）4. 吹風機通風（有人的時候自動通風

13、，沒人的時候自動關(guān)掉）；5. 自動照明功能（有人的時候自動照明，沒人的時候自動關(guān)燈）；6. 火警緊急返回/消防操作功能。第三章 硬件設(shè)計3.1理想的電梯模型1.電梯模型的主體結(jié)構(gòu)與控制柜圖33-1 為五層電梯的簡化模型和控制柜示意圖。電梯主體包括升降電機、轎廂、滑輪、鋼絲繩、行程開關(guān)等。升降電機為交流可逆22電動（）機，轎廂套11在鋼絲繩上，電機帶動鋼絲繩正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時，轎廂對應(yīng)上升或下降。每層樓均安裝行程開關(guān)，利用機械碰撞，給出各樓層的樓層信號。圖3-1 五層電梯的簡化模型和控制柜示意圖電梯控制柜是電梯電氣控制系統(tǒng)完成各種主要任務(wù)，實現(xiàn)各種性能的中心。主要包括fx2n-80mr plc、繼電器

14、/接觸器、顯示部分、開關(guān)電源。led 顯示部分主要包括轎廂運行方向顯示、樓層顯示。2.電梯層門電梯層門是為了確保安全，而在各層樓的?？空?，通向井道的入口處，設(shè)置供司機、乘用人員和貨物等出入的門。圖3-2 為電梯層門示意圖。電梯層門旁裝有消防按鈕、上召喚按鈕和下召喚按鈕（最底層只有上召喚按鈕、最高層只有下召喚按鈕）,并有召喚登記指示燈。層門上方裝有l(wèi)ed 數(shù)碼管，以顯示轎廂所在層樓位置，另外還有轎廂上行和下行指示燈。圖3-2 電梯層門示意圖3.轎廂內(nèi)控制屏轎廂內(nèi)控制屏示意圖如圖3-3 所示。其中包括上行、下行顯示及l(fā)ed 層樓位置的顯示。另外還有1 樓5樓的指令按鈕及登記顯示和有司機無司機的選擇

15、按鈕。此外，還有消防按鈕。圖3-3 轎廂內(nèi)控制屏示意圖3.2 實際的電梯模型由于實驗條件的限制，我們不可能拿真的電梯去實驗，所以最終我們使用的是實驗臺上由開關(guān)、按鈕和燈組成的電梯模型。如下圖所示：第四章 軟件設(shè)計4.1 plc控制系統(tǒng)從圖中可知控制一臺電梯正常工作，主要需要如下信號：層樓信號、指令信號、召喚信號和消防信號。行程開關(guān)的層樓信號進行層樓定位并參與自動定向，同時顯示所在層樓位置。來自內(nèi)部的指令信號和來自外部的召喚信號分別進行指令登記和召喚登記，同時進行信號登記顯示。這兩種信號也參與自動定向，和層樓信號一同對電梯進行運行控制，包括開關(guān)門、上下行和停站。當來自層面的火警開關(guān)發(fā)出消防控制信

16、號時，立即消除指令登記和召喚登記，直接控制電梯下行至底樓并開門。電梯在1樓4.2電梯選向流程圖2、3、4樓有信號 y y 電梯上升n停止n電梯在2樓 y 3、4樓有信號y n電梯上升1樓有信號n nn 電梯下降停止電梯在3樓 n y 4樓有信號y電梯上升 n 1、2樓有信號y電梯下降n 停止電梯在4樓 n y1、2、3樓有信號n y電梯下降n停止4.3 plc i/o口分配plc 電梯控制系統(tǒng)的控制核心是plc。哪些信號需要輸入plc，plc 需要輸出哪些信號，以及采用何種編程方式都需要仔細推敲。輸入輸出點的確定是設(shè)計整個控制系統(tǒng)的首要問題，決定系統(tǒng)的程序及硬件線路的方案。1. plc輸入口的

17、分配序號名稱輸入點序號名稱輸入點1四層內(nèi)選按鈕s4x0110一層上呼按鈕u3x142三層內(nèi)選按鈕s3x0211四層行程開關(guān)sq1x163二層內(nèi)選按鈕s2x0312三層行程開關(guān)sq2x174一層內(nèi)選按鈕s1x0413二層行程開關(guān)sq3x205四層下呼按鈕d4x0614一層行程開關(guān)sq4x216三層下呼按鈕d3x0715消防開關(guān)x157二層下呼按鈕d2x1016開門x228三層上呼按鈕u1x1217關(guān)門x239二層上呼按鈕u2x1318復(fù)位x242. plc輸出口的分配序號名稱輸入點序號名稱輸入點1四層指示l4y0113二層上呼按鈕up2y152三層指示l3y0214三層上呼按鈕up3y163二層

18、指示l2y0315四層下呼按鈕dn4y214一層指示l1y0416三層下呼按鈕dn3y225轎廂下降指示downy0517二層下呼按鈕dn2y236轎廂上升指示upy0618消防指示燈y007四層內(nèi)選指示sl4y1019開門指示y248三層內(nèi)選指示sl3y1120關(guān)門指示y259二層內(nèi)選指示sl2y1221門閉合y2610一層內(nèi)選指示sl1y1322門未閉合y2711一層上呼按鈕up1y1423照明指示燈y201224通風指示燈y173. 輔助繼電器分配序號名稱繼電器序號名稱繼電器1清一樓上召喚mo16電梯位于四樓m232清二樓上召喚m117無上召喚m253清三樓上召喚m218無下召喚m264

19、清二樓下召喚m319無內(nèi)部指令m275清三樓下召喚m420m25+m26+m27m286清四樓下召喚m521只有一樓上召喚m407消防狀態(tài)且到過一樓開過門m622只有二樓上召喚m418m6/乘客狀態(tài)m723只有三樓上召喚m429清一樓指令m1024只有二樓上召喚m4310清二樓指令m1125只有三樓上召喚m4411清三樓指令m1226只有四樓上召喚m4412清四樓指令m1327用于自動關(guān)門計時m3013電梯位于一樓m2028用于第一次開門計時m3114電梯位于二樓m2115電梯位于三樓m224.4基本功能梯形圖分析1. 外部召喚信號登記響應(yīng)及清除功能位于層樓面的乘客欲前往任意一層樓，可通過按下

20、電梯層門旁的上下召喚按喚來召喚電梯。當電梯到達乘客所召喚的那一層樓面時，立即清除該召喚信號。2. 內(nèi)部指令信號登記響應(yīng)及清除功能當乘客消防人員進入到電梯轎廂中時，就要用到廂內(nèi)的指令按鈕。電梯到達乘客所要去的那一層樓面時，立即清除該指令登記信號。3. 自動定向功能電梯的換向即改變電梯的運行方向，實際就是改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向。電梯在無司機工作狀態(tài)下，由程序決定上行或下行。當電梯發(fā)出召喚信號或指令信號時，plc 自動根據(jù)轎廂目前所在層樓位置，來判定是上行還是下行。若：召喚或指令要到的層樓轎廂目前所在層樓電梯上行召喚或指令要到的層樓轎廂目前所在層樓電梯下行召喚或指令要到的層樓轎廂目前所在層樓無法定向下

21、圖為電梯自動定向功能梯形圖。乘客工作狀態(tài)下，當三樓有指令信號y011或上下召喚信號y016、y022發(fā)出時，plc 首先判斷轎廂當前是否在三樓，如果就在三樓，則轎廂在三樓的常閉m22變常開，線圈y005、y006都不得電，電梯既不上行也不下行。如果電梯在一樓或二樓，則轎廂在三樓、四樓的常閉觸點m22、m23不得電，仍為常閉，且在非消防狀態(tài)下，x015常閉得電，則線圈y006得電，電梯定向為上行。如果電梯在四樓，則轎廂在一樓、二樓、三樓的常閉觸點m20、m21、m22不得電，仍為常閉，則線圈y005得電，電梯定向為下行。消防工作狀態(tài)下，常閉x015變常開，電梯停止上行；常開x015變常閉，線圈y

22、005線圈，電梯下行到底樓開門。當電梯消防時到達底樓且開過門后m6常閉變常開，電梯不再下行。除此之外，上行y006和下行y005互鎖，而且當門未閉合（即y026常開觸點斷開）時，電梯既不能上行，也不能下行。4. 自動/手動開關(guān)門功能下圖為自動/手動開關(guān)門功能梯形圖。（1）開門功能以二樓為例，乘客運行狀態(tài)下，當之前有人按過二樓的上呼，下呼或者內(nèi)選按鈕并且電梯在二樓停下時，y015、y023或者y012會產(chǎn)生一個下降沿，從而使y024得電即自動電梯開門。如果電梯處于不運行狀態(tài)（即m28常開觸點斷開）且停在二樓，同時二樓有人按了上呼或下呼，那么門就自動打開。 在消防運行狀態(tài)下，xo15 常開觸點閉合，常閉觸點斷開，所以電梯的所有外部召喚按鈕都無效，不能使電梯自動開門。同時，在電梯未到過一樓且開過門即常開m6為斷開時，電梯的所有內(nèi)部指令按鈕也都無效，但當電梯到過一樓且開過門即常開m6為閉合時，電梯的所有內(nèi)部指令按鈕就會再次變得有效。如果電梯第一次到達一樓且 除此之外，只有當電梯不處于上升或下降狀態(tài)下（即電梯停在四個樓層中的一個）時，內(nèi)部的開門按鈕才有效。（2）關(guān)門功能當開門后，會將y026置0（表示門處于未閉合狀態(tài)）,將m30以及m31置1。m31和m30得