四層電梯實驗控制及監(jiān)控系統(tǒng)的設計

1、目目 錄錄 一一 緒緒 論論 .1 1.1 課題的意義.1 1.2 電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1 1.3 設計的主要工作.2 二二 電梯模型機械部分設計電梯模型機械部分設計 .3 2.1 電梯結(jié)構(gòu)及驅(qū)動方式的選擇.3 2.1.1 拽引驅(qū)動.3 2.1.2 卷筒驅(qū)動.3 2.1.3 其他驅(qū)動方式.3 2.2 電梯模型外觀的設計.5 2.3 電梯模型主要機械零件的選擇和設計.5 2.3.1 電梯井道的設計.5 2.3.2 轎廂的設計.5 2.3.3 滑輪組件選用.5 2.3.4 其他一些結(jié)構(gòu)的選擇.6 2.3.5 對以上零部件進行校核.6 三三 控制系統(tǒng)硬件設計控制系統(tǒng)硬件設計 .8

2、 3.1 控制系統(tǒng)硬件選型.8 3.1.1 PLC 控制電梯的優(yōu)點.8 3.1.2 電梯選層開關的選型.8 3.1.3PLC 的選擇.9 3.2PLC 的 I/O 點分配和控制回路的設計.10 3.2.1PLC 的 I/O 點的分配.10 3.2.2 控制框圖介紹.11 四四 電梯控制系統(tǒng)的軟件設計電梯控制系統(tǒng)的軟件設計 .15 4.1 召梯信號的登記和響應程序的設計.15 4.2 電梯的減速與停車.16 4.3 電梯上下行控制程序的設計.17 五五 電梯監(jiān)控系統(tǒng)的設計電梯監(jiān)控系統(tǒng)的設計 .19 5.1 監(jiān)控系統(tǒng)硬件的選型.20 5.1.1MD204L 可編程文本顯示編輯器有以下特點.20 5

3、.1.2MD204L 可編程文本顯示編輯器的基本參數(shù).20 5.2 監(jiān)控軟件的設計.21 5.2.1 編輯用戶畫面.21 5.2.2 制作基本畫面.22 5.3 MD204L 文本編輯器與 PLC 之間的通訊 .24 總總 結(jié)結(jié) .26 致致 謝謝 .28 參考文獻參考文獻 .29 一 緒 論 1.11.1 課題的意義課題的意義 目前國內(nèi)高校在 PLC 課程教學中普遍面臨問題是教學設備落后，PLC 課程是一門實 踐性很強的專業(yè)課程，課程的開設有三分之一到二分之一的課時是實驗課，但在實驗 室做該課程的實驗又有其局限性，一般的 PLC 實驗臺，配備的是一臺 PLC 基本單元， 若干實驗掛件，要實現(xiàn)

4、的控制不但受掛件的限制，還受基本單元的功能的限制，如何 在有限的實驗條件下，讓學生把握好 PLC 的應用，是擺在我們面前的課題。此次的設 計的目的是研制一臺可供學生自主設計、開發(fā)有關電梯 PLC 控制方面試驗的四層電梯 PLC 控制試驗裝置，且能對實驗運行進行監(jiān)測。既可以檢查實驗設計的正確性，又具有 仿真效果使其更貼近工程實際，增加學生進行課外科技研究的興趣。 可編程控制器（PLC）是機電類專業(yè)的一門實踐性很強的專業(yè)課，日益受到人們的 重視。四層電梯實驗控制及監(jiān)控系統(tǒng)的設計和研制，使學生對 PLC 在工程實際中的應 用有了更好的理解，并能將學生平時所學的理論更好的聯(lián)系實際，大大提高了學生學 習

5、的主動性。同時它的設計和研制對實驗室建設、實驗手段的進一步完善、突出實踐 性教學環(huán)節(jié)，特別是體現(xiàn)機與電結(jié)合的特色和培養(yǎng)高素質(zhì)的工程人才，具有重要的現(xiàn) 實意義。 1.21.2 電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢與國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)所用的電梯，有一半以上采用陳舊的繼電器控制方式。傳統(tǒng)的電梯自 動控制系統(tǒng)有繼電器接觸器控制邏輯組成，由于繼電器、接觸器是有觸點的電氣 元件，體積龐大，使用壽命有限，弧光放電嚴重，導致整個控制系統(tǒng)存在故障多、可 靠性低、工作壽命短等缺陷?？删幊炭刂破鳎≒LC）是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機， 具有許多明顯的特點。PLC 是微機技術為核心，

6、綜合了計算機、自動化和通信技術發(fā)展 起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。它既有傳統(tǒng)繼電器接觸工致的優(yōu)點，又有功能齊 全，靈活性，通用性強的特點，以及功能強大、可靠性高、編程簡單、使用方便以及 體積小、功耗低等突出的優(yōu)越性，并在很大范圍內(nèi)代替了繼電器接觸控制，使用 PLC 進行電梯的電氣控制是必然的趨勢。因此，進行此次設計基于 PLC 的電梯控制系 統(tǒng)設計。具有非常重要的實際意義。 電梯控制系統(tǒng)是根據(jù)外部信號以及自身控制規(guī)律運行的，而呼叫是隨機的，電梯 實際上是一個人機交換式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或一般邏輯控制都不能滿足控 制要求，而是采用隨機的邏輯方式控制的。由于可編程控制器（PLC）具有編程

7、軟件采 用易學易懂的梯形圖語言、控制靈活方便、抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等特點。所 以國內(nèi)外許多電梯制造商正在推廣應用 PLC 控制方案?；?PLC 的電梯控制系統(tǒng)易于 安裝和使用，有高級的診斷功能，從長遠角度看，PLC 控制系統(tǒng)維護成本低。另外 PLC 也正向微型化，網(wǎng)絡化和開放性方向發(fā)展。由此可見以 PLC 控制技術為基礎的控制系 統(tǒng)是目前及未來一段時間電梯設計的主流。 同時隨著電力電子技術、微電子技術和計算機控制技術的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào) 速技術迅速發(fā)展。電動機交流變頻調(diào)速技術是當今節(jié)電、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善環(huán)境、 推動技術進步的一種主要手段。電梯的變速拖動方式己由直流調(diào)速逐漸過渡到交流

8、變 頻調(diào)速。交流變頻調(diào)速是通過調(diào)節(jié)電機定子繞組供電電壓的幅值及頻率來調(diào)速的。它 通過電壓、電流、速度信號反饋，采用矢量控制技術對交流電動機進行精確調(diào)節(jié)，使 運行效率大大提高，運行性能更加完善。變頻調(diào)速電梯以其優(yōu)越的調(diào)速性能、顯著的 節(jié)能效果，能夠為乘客提供一個快速、平層準確、運行安全、乘坐舒適、噪音低的乘 坐環(huán)境。因此，目前交流變頻調(diào)速已經(jīng)取代其他調(diào)速方式，成為電梯拖動控制的主流 方式 當電梯在運行中突然出現(xiàn)故障時，物管人員與電梯維修人員不能及時發(fā)現(xiàn)，給被 關在電梯里的乘客的身心健康造成很大的影響。電梯困人故障一直困擾著物管公司與 電梯維修公司。由于物管公司與電梯維修公司對管轄的電梯的實時信息

9、了解不多，不 利于設備的維護與保養(yǎng)，并且影響電梯的運行壽命。 電梯監(jiān)控是一種較新的服務概念，它為電梯維修保養(yǎng)單位和電梯使用單位對電梯 的管理提供了一種強有力的手段。電梯監(jiān)控系統(tǒng)對采集到的電梯數(shù)據(jù)進行處理，可以 提供電梯運行狀態(tài)(使用頻率、故障次數(shù)及故障類型)的統(tǒng)計與分析，實現(xiàn)故障的早期 預告、故障診斷及處理。 1.31.3 設計的主要工作設計的主要工作 設計的主要工作是設計一臺四層電梯試驗控制裝置及監(jiān)控系統(tǒng)，包括（電梯模型 的機械結(jié)構(gòu)設計，電梯 PLC 控制部分的設計和電梯監(jiān)控系統(tǒng)的設計） 二 電梯模型機械部分設計 2.12.1 電梯結(jié)構(gòu)及驅(qū)動方式的選擇電梯結(jié)構(gòu)及驅(qū)動方式的選擇 根據(jù)電梯使用的

10、不同要求，電梯的驅(qū)動可采用曳引驅(qū)動，液壓驅(qū)動，卷筒驅(qū)動， 及齒輪齒條，螺桿驅(qū)動等方式。 2.1.12.1.1 拽引驅(qū)動拽引驅(qū)動 曳引驅(qū)動是采用曳引輪作為驅(qū)動部件。鋼絲繩懸掛在曳引輪上，一端懸吊轎箱，另 一端懸吊對重裝置，由鋼絲繩和曳引輪之間的摩擦產(chǎn)生曳引力驅(qū)動轎廂作上下運行。 2.1.22.1.2 卷筒驅(qū)動卷筒驅(qū)動 早期電梯的驅(qū)動，除了液壓驅(qū)動之外都是卷筒驅(qū)動。這種卷筒驅(qū)動常用兩組懸掛的 鋼絲繩，每組鋼絲繩的一端固定在卷筒上，另一端與轎箱或?qū)χ叵噙B。一組鋼線繩按 順時針方向繞在卷筒上，而另一組鋼絲繩按反時針方向繞在卷筒上。因此，當一組鋼 絲繩繞出卷筒時，另一組鋼絲繩繞入卷筒。 卷筒驅(qū)動電梯主要

11、有以下幾方面的問題： 1. 提升高度低 2. 額定載重低 3. 電梯行程不同，必須配用不同的卷筒 4. 導軌承受的側(cè)向力大 5. 鋼絲繩有過繞和反繞的危險 6. 能耗大 2.1.32.1.3 其他驅(qū)動方式其他驅(qū)動方式 1. 液壓驅(qū)動 液壓電梯是通過液壓動力源，把油壓入油缸使柱塞作直線運動，直接或通過鋼絲 繩間接地使轎廂運動的電梯。 2. 螺桿式驅(qū)動 將直頂式電梯的柱塞加工成矩形螺紋，再將帶有推力軸承的大螺母安裝于油缸頂， 然后通過電機經(jīng)減速機（或皮帶）帶動螺母旋轉(zhuǎn)，從而使螺桿頂升轎廂上升或下降的 電梯。 3. 齒輪齒條式驅(qū)動 將導軌加工成齒條，轎廂裝上與齒條嚙合的齒輪，電動機帶動齒輪旋轉(zhuǎn)使轎廂

12、升 降的電梯。這種驅(qū)動型式主要用于建筑施工電梯上。 4. 直線電機驅(qū)動 直線電機驅(qū)動的電梯，其動力源是直線電機，1990 年 4 月第一臺使用直線電機驅(qū) 動的電梯在日本使用。 直線電機用于電梯是電梯驅(qū)動的重大改革，它與傳統(tǒng)的驅(qū)動方式相比，具有結(jié)構(gòu) 簡單，占用空間少，節(jié)能，可靠性高等特點。 因為是電梯試驗模型所以電梯采用常見的拽引式結(jié)構(gòu)驅(qū)動 。并選用 TDY 永磁同步 低速電動機。 外形尺寸如下圖： 其基本參數(shù)如下： 型號： 55TDY 額定電壓：220V 轉(zhuǎn)速： 60R/MIN 最大轉(zhuǎn)矩：440mN.m 額定轉(zhuǎn)矩：350mN.m 啟動轉(zhuǎn)矩：220mN.m 重量： 0.7Kg 2.22.2 電梯

13、模型外觀的設計電梯模型外觀的設計 電梯模型由 PLC、鋁合金立柱、透明有機玻璃板、印刷電路面板等組成，整個模型 安置在一個的底板上，電梯部分固定在底板的左端，PLC 固定在底板的中部，監(jiān)控的觸 摸屏放置在最右端，電梯與 PLC 通過排線連接，模型的總高度約為 65cm。 為了更好地展現(xiàn)電梯內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電梯的運行狀況，除了正面是印刷電路板，其它 幾個面均采用透明的有機玻璃板制成，使得電梯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一目了然;電梯模型具備了 實際電梯的基本功能，可以把此模型看作是小型化了的真實電梯。 由于電梯尺寸較小，各電子元器件之間采用傳統(tǒng)的導線連接方式是比較困難的、 而且容易出差錯，所以采用印刷電路板取代傳統(tǒng)導線

14、連接方式，也就是，模型的正面 使用了一整塊印刷電路板，轎廂的正面也使用了一整塊印刷電路板，兩塊印刷電路板 之間的信號通過排線連接，所有的呼梯按鍵以及指示燈均焊接在電路板上，這樣不但 解決了模型的電氣連接問題，而且提高了模型的可靠性，模型也顯得較為整潔美觀。 2.32.3 電梯模型主要機械零件的選擇和設計電梯模型主要機械零件的選擇和設計 2.3.12.3.1 電梯井道的設計電梯井道的設計 電梯的井道采用四根鋁合金立柱構(gòu)成 ，鋁合金的截面為 20mm20mm 正方形，高為 650mm。采用了內(nèi)六角緊固螺釘豎直的固定在底板上。 2.3.22.3.2 轎廂的設計轎廂的設計 轎廂設計為 110mm95m

15、m80mm 鐵盒。 其具體形狀如下圖： 2.3.32.3.3 滑輪組件選用滑輪組件選用 滑輪組采用下圖結(jié)構(gòu)： 滑輪直徑為 48mm，由鋁合金鑄成?；喖転楦?61mm，長 30mm，寬 15mm 材質(zhì)也是 鋁合金。固定轎廂和滑輪架所用的螺栓為 GB 2.3.42.3.4 其他一些結(jié)構(gòu)的選擇其他一些結(jié)構(gòu)的選擇 對于卷筒的設計，根據(jù)電梯的運行距離計算得到的。電梯總高 65mm 加上滑輪組和 轎廂的高度電梯從一樓運行到四樓的總距離為 40cm 左右。所以卷筒要卷吊繩的長度為 80cm，現(xiàn)定卷筒的直徑為 3cm，計算出卷筒的長度為 36mm 加上吊繩槽之間的間距和邊 緣長度則卷筒的實際長度為 52mm

16、。 機構(gòu)如下圖： 電梯的外殼除正面印刷電路板外其他三面均選用有機玻璃，用內(nèi)六角緊固螺釘固 與四根立柱上。螺釘選擇 GB 由于是電梯模型的設計吊繩的承重比較輕，所以選用了直徑為 4mm 的滌綸絞制繩， 其極限拉力為 0.25T,使用拉力為 0.05T。 2.3.52.3.5 對以上零部件進行校核對以上零部件進行校核 1.吊繩的強度校核： 在設計中吊繩所承受的重量為 K. K=（轎廂的重量+滑輪組的重量+連接螺栓的重量）/2 轎廂的重量=(5mm110mm80mm+95mm80mm3mm4)7.8 kg/ 3 10 3 m 1.06kg 滑輪組的重量 =(15mm61mm5mm2+30mm15mm

17、5mm+3.142.5mm2.5mm50mm+3.1424mm 24mm16mm)2.7 kg/ 3 10 3 m 0.1126kg 連接螺栓的重量=2.5mm2.5mm3.1425mm7.8 kg/ 3 10 3 m 0.004kg K=1.1766/2=0.5883kg 所選吊繩的使用拉力為 0.05T 大于 0.5883kg 故吊繩安全。 2.電動起啟動轉(zhuǎn)矩的校核： 有 1 吊繩所承受的重量為 0.5883kg，則可得卷筒所受的力為： 0.5883kg10N/kg5.9N 換算到電機上的轉(zhuǎn)矩為：5.9N0.015m=0.0885N.m=88.5mN.m 而所選的 TDY 永磁同步低速電動

18、機的啟動轉(zhuǎn)矩為 220mN.m 大于 88.5mN.m 所以電動 機可以滿足改機構(gòu)的啟動轉(zhuǎn)矩要求。 3.用同上的方法校核四根鋁合金立柱的強度 四根立柱所承受的力主要是:電動機組和其他輔助元件的重力約為 20N,則每個立柱 所要承受的重力為 20N/4=5N 根據(jù)公式： MP 2 5 12.5 0.02 FN A 鋁壓 用上述的方法對滑輪組和其他的部件進行校核均符合要求。 具體裝配見后附裝配圖。 三 控制系統(tǒng)硬件設計 3.13.1 控制系統(tǒng)硬件選型控制系統(tǒng)硬件選型 這項工作在電梯設計中是非常重要的環(huán)節(jié)，如果選型得當，不僅可以保證電梯運 行的質(zhì)量，而且還可以提高電梯系統(tǒng)的運行性能。硬件選型主要是

19、PLC、變頻器以及編 碼器的選型。對與本模型的設計主要是 PLC 和接近開關的選型。 3.1.13.1.1 PLCPLC 控制電梯的優(yōu)點控制電梯的優(yōu)點 PLC 是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，是一種工業(yè)控制用的專用 計算機 1.PLC 控制電梯的優(yōu)點 由于 PLC 中的內(nèi)部輔助繼電器及保持繼電器等實際上是 PLC 的內(nèi)存工作單 元，使用次數(shù)不受限制，因此，它比繼電器控制有著明顯的優(yōu)越性，運行壽命更長， 工作更加可靠安全，自動化水平更高。 PLC 控制有其它設備無法比擬的優(yōu)點: 1)可靠性高，抗干擾性能強 2)編程簡單，當電梯功能、層數(shù)發(fā)生變化時，無需增減繼電器和大量的電路; 3)

20、功能完善，適應性強; 4)使用簡單，調(diào)試維修方便; 5)體積小、重量輕、功耗低。 3.1.23.1.2 電梯選層開關的選型電梯選層開關的選型 電梯運行過程中，如何檢測轎廂所處的樓層位置，是電梯正常運行的首要問 題，是正確定向和選層換速的必要前提。電梯 PLC 控制系統(tǒng)一般不使用機械選層器， 目前使用的位置檢測元件主要方法有以下兩種: 1)干簧管磁感應器 這種檢測方法直觀、簡單，由于每層需要一個磁感應器，當樓層較高時，會占用 PLC 太多的輸入點。 2)旋轉(zhuǎn)編碼器 PLC 有高速脈沖計數(shù)功能，計數(shù)準確，使用方便，因此在電梯 PLC 控制系統(tǒng)中，可 以用編碼器測取電梯運行過程中的準確位置，編碼器可

21、以直接與 PLC 的高速脈沖輸入 端相連，并使用 PLC 內(nèi)置的 24V 直流電源，硬件連接可謂簡單方便。用旋轉(zhuǎn)編碼器檢 測轎廂位置精度高、誤差小、安全可靠。 由于本設計是電梯模型設計，模型的整體體積太小所以每層盡安裝一個接近開關 用于選層。 本設計選用圓柱型接近傳感器 PR 系列的 PR(T)18-8DC 傳感器作為選層的接近開關。 其外形如下圖： 基本參數(shù)為： 檢測距離： 8mm10% 標準檢測物：25mm25mm1mm（鐵） 電源： 24VDC（1530）VDC 應答頻率： 200HZ 設定距離： 05.6mm 3.1.3PLC3.1.3PLC 的選擇的選擇 綜合考慮性能價格比和可靠性后

22、，本設計選擇了日本三菱公司生產(chǎn)的 FX2N 系列的 FX2N-48MR PLC 輸入點： 24，24 繼電器輸出 三菱的 FX2N 系列具有以下幾方面的優(yōu)點: 1) 其體積小，節(jié)省安裝空間 2) 其功能強，具有高速計數(shù)器，可作為定位控制的標準硬件使用;在指令方面， 編碼、譯碼、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、可逆計數(shù)等功能 3) 采用整體式箱體結(jié)構(gòu)，其價格便宜，可靠性高 3.2PLC3.2PLC 的的 I/OI/O 點分配和控制回路的設計點分配和控制回路的設計 電梯的 PLC 控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣，主要由信號控制系統(tǒng)和拖動控 制系統(tǒng)兩部分組成。主要硬件包括 PLC、機械系統(tǒng)、轎廂操縱廂、廳外呼梯、主

23、拖動系 統(tǒng)等。系統(tǒng)控制核心為 PLC，操縱廂、呼梯系統(tǒng)、井道及安全保護信號通過 PLC 輸人接 口送入 PLC，經(jīng)過 PLC 內(nèi)部的邏輯運算后，向拖動系統(tǒng)和門機控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號。 3.2.1PLC3.2.1PLC 的的 I/OI/O 點的分配點的分配 所選用的 PLC 是三菱 FX 系列的 FX2N-48MR。 其具體的輸入輸出點地址分配如下圖： 3.2.23.2.2 控制框圖介紹控制框圖介紹 控制框圖主要是介紹整合系統(tǒng)的控制過程,具體如下圖所示： 電機的正反轉(zhuǎn)和停止均用 YTD202A 多功能永磁低速同步電機控制器進行控制。該控 制器的功能和使用方法如下： 功能:8 種電機控制程序,9

24、個控制參數(shù)設置,5 個外線功能接口。 1.電機調(diào)速及正反轉(zhuǎn)控制：0-5V 電壓與數(shù)值兩種方式控制三檔速度設定; 2.左右位置糾偏/正反轉(zhuǎn)控制：0-5V 電壓與數(shù)值調(diào)速,單/雙探頭定位; 3.單次往復/正反轉(zhuǎn)控制：0-5V 電壓與數(shù)值調(diào)速,單/雙探頭定位; 4.循環(huán)往復/正反轉(zhuǎn)控制：0-5V 電壓與數(shù)值調(diào)速,雙探頭定位; 5.測速往復/設定長度控制：狀態(tài)輸出/電壓與數(shù)值調(diào)速/脈沖測速正反雙向運行。 6.測距定長運行：狀態(tài)/電壓與數(shù)值調(diào)速/正反雙向運行;測距長度為設定長度的 100% 7.設定長度單次進退/往復運行：復位時測距停止運行；測距長度為設定長度的 200% 8.單脈沖信號控制測距進退/往

25、復運行：電壓與數(shù)值調(diào)速;測距長度為設定長度的 200%。 主要技術指標: 1.額定電壓與電流: 單相 AC150-250V; 額定電流: 1.5A; 最大電流: 2A； 2.配套電機: 220V 三相 TDY 全系列永磁低速同步電機 (推薦使用)； 220V 單相 TDY 全系列永磁低速同步電機 (不需外接移相電阻和電容)； 也可以用于 220V 三相 300W 以下永磁中高速同步電機的變頻調(diào)速； 3.矢量模式正常速度控制:速度 0-100%,精度 0.19(同步轉(zhuǎn)速 55r/min)或 0.38 度 (110r/min)； 步進模式超高速度控制:速度 50-300%,精度 0.57(轉(zhuǎn)速 5

26、5r/min)或 1.15 度 (110r/min)； 4.安裝尺寸：面板 60mm*155mm；安裝開孔尺寸為 45mm*140mm；嵌入深度 120mm； 安裝螺絲孔直徑 4.5mm；安裝螺絲孔位置為 50mm145mm; 體積： 155mm(H) 60mm(W) 140(D)； 5.工作環(huán)境：溫度-3060； 電機控制器程序指令表。 控制器正面如上圖。 常用接口說明 接口 8 控制電源地 GND； 接口 7 輸出+12V 電源,電流小于 100ma； 接口 6 輸出+5V 電源,電流小于 50ma； 接口 5 調(diào)速 0-5V 電平,輸入阻抗50k； 接口 4.3.2.1 均接有 20k

27、上拉電阻,斷開時為 5V 高電平,功能見前頁設置表； 接口 1 接地時或低電平,電機斷電停轉(zhuǎn)； 接口 5.4.3.2.1 輸入接口耐壓60V； 調(diào)速控制有數(shù)值與外接 0-5V 電壓設定兩種方式(相對值大者控制),控制器使用時 請?zhí)貏e注意! 電機輸出功率是憑據(jù)所接電機額定功率的百分比設置的. 正常速度應采用矢量驅(qū)動模式,高于正常速度時應采用步進驅(qū)動模式； 對換電機 U/V/W 接線中任意兩根接線可改變旋轉(zhuǎn)方向； SET 按鈕設置 9 個電機運行參數(shù):操作參數(shù)將自動存儲并顯示最后一次操作； C01:選擇步進電機運行控制程序(6 選一)； C02:步進電機驅(qū)動器控制方式(1c 為 Cw/Dir 單脈

28、沖,2c 為 Cw/Ccw 雙脈沖)； C03:步進電機加減速度參數(shù)(1-100d,推薦值為 10d)； C04:設置步進電機最高速度(0-100.0u,電機最高速度以每秒 5 周為好)； C05:設置步進電機最低速度(0-100.0u,推薦值為 60-90u,正常工作數(shù)值盡可能 高)； C06:定長運行時設置運行起動方式( 為電平下降延起動/ 為電平上升延起動)； C07:設置步進電機單步長度(0.0001mm-6.5000mm)； C08:數(shù)值調(diào)速時設置步進電機速度值(0-99.9u)； Good:控制器程序運行;電機停止時按 Set 鍵進入?yún)?shù)設置 UP 增加按鈕/DOWN 減少按鈕:電

29、機運行時數(shù)值調(diào)速數(shù)值不存儲;電機停止時數(shù)值 速數(shù)值存儲； 對于本設計參數(shù)設置:c01=1A；c03=10；c04=95u； C05=50u；good 進入工作程 序； 驅(qū)動方式:矢量驅(qū)動. 具體的連線見后附接線圖。 四 電梯控制系統(tǒng)的軟件設計 在編寫電梯控制系統(tǒng)軟件之前，首先要制訂 PLC 的 I/O 點和內(nèi)部繼電器的分配方案， 并做好系統(tǒng)的需求分析。 本設計將軟件的編寫分為以下幾個主要模塊: 1)召梯信號的登記和響應 2)電梯的減速與停車 3)電梯的定向 4)電梯的樓層停控制 這幾個程序模塊組成了電梯的運行程序的主框架。 4.14.1 召梯信號的登記和響應程序的設計召梯信號的登記和響應程序的

30、設計 以“一樓上呼信號（輸入點 X10）”為例。當 X10 有信號輸入，線圈 Y10 接通并自 鎖，從而記憶住此呼梯信號，并使“一樓上呼指示燈”亮，直到響應結(jié)束。 具體的梯形圖如下： 這樣一樓上呼叫信號就被登記。 “一樓上呼信號 X10”的響應處理。當轎廂到達一層時，一樓接近開關動作，使 X4 接通，進一步使得 M110 動作并自鎖，導致上圖中 Y10 斷開， “一樓上呼指示燈”滅， 即“一樓上呼信號”被響應。通過一個定時器（T20）實現(xiàn)樓層指示燈亮 5s，而 M310 給電機一個滿速信號使電機變?yōu)槁?，實現(xiàn)穩(wěn)步停轎。 具體的梯形圖如下所示： 這樣一樓上呼叫的信號就被響應了。以此方法類推可以得

31、到各個樓層呼叫信號的 登記和響應。 4.24.2 電梯的減速與停車電梯的減速與停車 電梯在運行的過程中在遇到響應信號的時候應先減速緩慢的停車，減少速度沖擊， 使乘客感覺舒適。 （1） （2） （3） 在 4.1 中介紹的一樓上呼叫響應梯形圖中可看到有 M310 和 M410 兩個中間繼電器， M310 是用來實現(xiàn)電梯的減速和停車的。上圖（1）表示當有樓層響應信號時讓 Y17 有輸 出信號，Y17 連接電機控制器使電動機轉(zhuǎn)為慢速。圖（3）則表示在電機有慢速信號以 后再運行 1.5 秒是轎廂平層，然后圖（2）Y18 輸出信號使電機停轉(zhuǎn)。 M410 是用來控制摟層停止和開關門的時間指示燈的。由于本設

32、計是實驗模型，整體 的體積較小機械結(jié)構(gòu)中沒有設計電梯門，所以用一個指示燈來亮 5 秒表示電梯門的開 關。M310 是用來實現(xiàn)電梯的減速和停車。 具體的梯形圖如下： Y004 的輸出控制一樓的指示燈，M410 和 M416 分別是電梯響應一樓上呼叫和電梯轎 廂內(nèi)呼叫時控制實現(xiàn)電梯開關門指示燈的中間繼電器。以此程序類推可等到各個樓層 的控制程序。 4.34.3 電梯上下行控制程序的設計電梯上下行控制程序的設計 根據(jù)各呼梯信號的先后次序以及轎廂所在樓層位置，決定電梯的運行方向。當電 梯運行方向確定后，電梯在上升運行中，只響應大于等于當前樓層的內(nèi)呼和上升外呼 信號;在下降運行中，只響應小于等于當前樓層

33、的內(nèi)呼和下降外呼信號。 下圖是電梯上升運行控制的梯形圖，用輔助繼電器 M204、M205、M206 和 M207 記 憶轎廂所在的樓層位置，用 Y13 和 M130 記憶電梯正向和反向運行狀態(tài)。用相應的輸出 繼電器記憶、指示相應的輸入信號，例如，按下“二樓上呼信號”按鍵，即，輸入端 X11 有輸入，用輸出繼電器 Y11 記憶此輸入信號，輸出點 Y11 使相應的二極管發(fā)光，用 來指示有“二樓上呼信號”。 當轎廂在一樓位置，M204 通電，M205、M206 和 M207 斷電，此時轎廂外呼梯信號 X16、X15、X14、X12、X11 以及轎廂內(nèi)呼梯信號 X3、X2、X1 都有可能產(chǎn)生上升運行狀

34、 態(tài);相似地，當轎廂在二樓位置，M205 通電，M204、M206 和 M207 斷電，此時轎廂外呼 梯信號 X16、X15、X12 以及轎廂內(nèi)呼梯信號 X3、X2 都有可能產(chǎn)生上升運行狀態(tài);當轎 廂在三樓位置，M206 通電，M204、M205 和 M207 斷電，此時轎廂外呼梯信號 X16 以及 轎廂內(nèi)呼梯信號 X3 都有可能產(chǎn)生上升運行狀態(tài)。如下圖所示，輸出點 Y 均被自鎖，所 以一旦產(chǎn)生上升運行狀態(tài)（Y13 通電），那么只有當所有上樓呼梯信號被響應后，才能 解除上升運行狀態(tài)（Y13 斷電）。 電梯下降運行控制原理與上升運行控制類似。 完整程序見后附梯形圖。 五 電梯監(jiān)控系統(tǒng)的設計 電梯

35、在運行中的故障主要分為：電梯的機械故障和電梯的電器故障。對與電梯的監(jiān) 控思路，本設計主要利用 PLC 的自監(jiān)控能力，用組態(tài)軟件通過與 PLC 通訊實時檢測 PLC 運行過程中內(nèi)部繼電器的狀態(tài)來實現(xiàn)報警。 具體的程序如下： 當 M131 得電表示電機有正傳或反轉(zhuǎn)信號，M132 表示電梯離開或到達某層當 M132 得 電時表示轎廂已離開某層處于運行中，同時各個樓層的接近開關無信號則 T31 得電經(jīng) 過 10 秒 M133 得電實現(xiàn)報警。同時 M133 使電機停機。 另外在電梯的頂部裝了一個限位開關，防止電梯運行過程中出現(xiàn)失控現(xiàn)象。 當限位開關 X13 有信號，則 M134 得電，實現(xiàn)報警同時 M1

36、34 使電機停機。 對與電機方面，用在電機連線中加入一熱繼電器實現(xiàn)對電機的過載、缺相、欠壓等 保護。 5.15.1 監(jiān)控系統(tǒng)硬件的選型監(jiān)控系統(tǒng)硬件的選型 現(xiàn)有的 PLC 監(jiān)控形式大概有：PC 機上位監(jiān)控、工控組態(tài)王監(jiān)控、PLC 及觸摸屏監(jiān) 控等. 本設計用 MD204L 可編程文本顯示器來是現(xiàn)監(jiān)控功能。MD204L 是一個小型的人機界 面，主要與各種 PLC（或帶通訊口的智能控制器）配合使用，以文字或指示燈形式監(jiān)視、 修改 PLC 內(nèi)部寄存器或繼電器的數(shù)值及狀態(tài)，從而使操作人員能夠自如地控制機器設 備。 5.1.1MD204L5.1.1MD204L 可編程文本顯示編輯器有以下特點可編程文本顯示

37、編輯器有以下特點 1.通過編輯軟件 TP200 在計算機上制作畫面，自由輸入漢字及設定 PLC 地址，使用 串口通訊下載畫面。 2.通訊協(xié)議和畫面數(shù)據(jù)一同下載到顯示器，無須 PLC 編寫通訊程序。 3.對應幾種廣泛，包括，西門子、三凌、歐姆龍、松下、施耐德、永宏、LG、臺達、 AB 等主流 PLC，包括 Modbus RTU、自由通訊等通用協(xié)議、以及應用于 KINCO 伺服驅(qū)動 的 ECOSTEP 協(xié)議。 4.具有密碼保護功能 5.具有警報列表功能，逐行實時顯示當前報警信息。 6.具有可選的具有時鐘模塊的型號，可以提供實時時鐘。 7.20 個按鍵可被定義成功能鍵，有數(shù)值輸入小鍵盤，造作簡單，可

38、替代部分控制柜 上機械按鈕。 8.自由選擇通訊方式，RS232/RS422/RS485 任選。 9.帶背光 STN 液晶顯示，可顯示 24 個英文字符4 行，即 12 個漢字4 行。 10.顯示器前表面符合 IP65 構(gòu)造，防水、防油。 5.1.2MD204L5.1.2MD204L 可編程文本顯示編輯器的基本參數(shù)可編程文本顯示編輯器的基本參數(shù) 輸入電壓： DC12VDC24V 功耗： 低于 4W（TYP2.0W） 允許瞬時停電： 小于 20ms 耐電壓： AC1000V10Ma（1 分鐘信號于地間） 絕緣阻抗： DC500V約 10M（信號與地間） 使用時環(huán)境要求： 操作溫度： 0-50 保存

39、溫度： -10-60 環(huán)境濕度： 20-85（無凝露） 耐震動： 10-25Hz(X,Y,Z 方向各 30 分鐘 2G) 抗干擾： 電壓噪聲：1000Vpp 周圍空氣： 無腐蝕性氣體 本設計主要使用 MD204L 顯示器的監(jiān)視功能。 5.25.2 監(jiān)控軟件的設計監(jiān)控軟件的設計 TP200V4.0.0 是可編程文本顯示器 MD204L V4 專用的組態(tài)軟件，運行于 WINDOWS98/2000/XP 之下。本設計使用 TP200 進行監(jiān)控軟件的設計。 5.2.15.2.1 編輯用戶畫面編輯用戶畫面 1.創(chuàng)建工程，運行 TP200 軟件并新建工程后，屏幕顯示畫面編輯器： 編輯器的頂部是菜單和工具條

40、；左側(cè)表格內(nèi)容是畫圖號以及畫圖描述。 按 鍵或擊活文件-新建工程命令，屏幕中彈出 PLC 機型選擇對話框： 在這個窗口選擇了正確的 PLC、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗位。根據(jù)顯示器通 訊對象，選擇 PLC 機型。TP200 下載畫面時，將指定的 PLC 通訊協(xié)議和畫面數(shù)據(jù)一同傳 送 MD204L 顯示器，顯示器工作時，通過此協(xié)議和 PLC 通訊。 5.2.25.2.2 制作基本畫面制作基本畫面 首先進入系統(tǒng)初始畫面（缺省為 1 好畫面）的編輯狀態(tài)。界面的右下邊是編輯畫面 （1 號畫面）的屬性，每幅畫都有屬性，包括三項內(nèi)容： 1畫面描述，描述畫面的性質(zhì)，便于設計者管理，只有提示作用，亦可不用填

41、寫。 本設計將 1 號畫面做為主菜單 2.按鍵至畫面號，在此攔填寫 0 表示按下此鍵畫面跳轉(zhuǎn)至 0 號畫面。 3.按鍵至畫面號，在此攔填寫 2 表示按下此鍵畫面跳轉(zhuǎn)至 2 號畫面。 在顯示器運行時，按ESC鍵、鍵或鍵是最簡潔的切換畫面的方法。除此 之外，通過設置功能鍵也能實現(xiàn)畫面跳轉(zhuǎn)。 在使用的過程特別注意： 1.如果當前畫面的鍵或鍵設定成功能鍵，則畫面屬性中跳轉(zhuǎn)畫面參數(shù)不 起作用。 2.如果鍵或鍵指定畫面不存在，則實際跳轉(zhuǎn)畫面號依次向上或向下順延。 3.如果畫面中包含數(shù)據(jù)設定部件，在數(shù)據(jù)設定過程中，鍵或鍵完成數(shù)值 加減功能，退出后恢復。 具體如下圖： 上圖為監(jiān)控畫面的初始畫面，由于本設計為實

42、驗模型的設計所以監(jiān)控界面比較簡單。 2 號畫面如下： 本設計的報警列表如下： 在電梯的運行過程中如果上述的 M133 或 M134 得電，在監(jiān)控顯示器將顯示：10 秒無 樓層信號或上限位開關動作，提示操作者及時的找出電梯故障。 編輯完畫面以后用通訊電纜將計算機 9 針 RS232 串口和 MD204L 的 9 針串口連接起 來，確認 MD204L 已加上+24V 電源。按鍵，開始下在數(shù)據(jù)，出現(xiàn)下在畫面數(shù)據(jù)提示 窗，提示下載進度。 畫面?zhèn)魉徒Y(jié)束后，彈出對話窗，表示工程畫面已經(jīng)全部傳送。 5.35.3 MD204LMD204L 文本編輯器與文本編輯器與 PLCPLC 之間的通訊之間的通訊 MD20

43、4L 目前可以和三凌 FX 全系列 PLC 通訊，通訊口為 PLC 編程口或 FX2N422BD 模塊。 如果顯示器和 PLC 始終不能正常通訊，請檢查以下項目： 1. 工程選擇的 PLC 機型和實際連接的 PLC 機型是否相符。 2. 工程中訪問的 PLC 寄存器或者線圈地址是否越界。 3. PLC 局號是否正確。 4. 是否連接通訊電纜 5. 通訊電纜連接是否正確。 6. PLC 通訊參數(shù)設置是否正確。 7. PLC 和顯示器是否已加上電源。 總 結(jié) 本設計研制了一套基于三菱 PLC 控制的四層樓電梯模型試驗臺，介紹了電梯模型 的總體結(jié)構(gòu)和基本功能，同時也介紹了電梯模型基本功能的 PLC

44、編程實現(xiàn)。所研制的 電梯模型具有體積小、重量輕、制作成本低、可現(xiàn)場編程等特點。本電梯模型實驗臺 可用于 PLC 教學實驗，同時還設計有對電梯運行過程的監(jiān)控系統(tǒng)。 本實驗臺所能完成的實驗有： 1. 四層電梯的 PLC 控制實驗。 2. PLC 控制電梯的監(jiān)控實驗。 3. PLC 實際編程實驗。 現(xiàn)具體對四層電梯的 PLC 控制實驗進行一下分析: 第一步，檢查試驗臺的連線情況，保證設備安全和實驗人員安全。 第二步，對試驗裝置檢查完畢后，熟悉試驗臺。 第三步，參照試驗臺的上按鈕的信息提示操作，完成自己想要實驗的目的。（如： 現(xiàn)在轎廂在四樓，則試驗臺在通電后四樓樓層接近開關指示燈亮，在此情況下如果按

45、一樓上呼叫按鈕，則一樓上呼叫信號指示燈亮，電梯開始全速下行，離開四樓時四樓 樓層接近開關指示燈滅，在經(jīng)過各個樓層時各個樓層接近開關指示燈亮一下，當轎廂 到達一樓時一樓接近開關指示燈亮并動作，同時一樓樓層門信號指示燈亮 5 秒表示電 梯門開關，電機慢速運行 1.8 秒使轎廂與樓層下平層后停止。在此時如果沒有其他信 號則轎廂停在一樓，一樓樓層接近開關指示燈亮。）在實驗的過程中可根據(jù)實驗者要 求和所要的達到的目的自行進行隨意的組合實驗，也可自主開發(fā)新的實驗。 本設計同時還可以對 PLC 控制電梯進行監(jiān)控實驗： 前面步驟如上，現(xiàn)以電梯失控為例：簡單介紹實驗過程，因為本實驗臺有自帶的 監(jiān)控界面所以操作比

46、較簡單，在運行了所有程序后，可以用以鐵塊讓上限位開關動作， 則在 PLC 中會有一個中間繼電器得電，同時 MD204L 文本顯示器會檢測到該繼電器動作， 則發(fā)出警報聲并在面板上顯示上限位開關動作，其他的監(jiān)控功能詳見說明書。在實驗 的具體過程中可根據(jù)實驗者要求和所要的達到的目的自行進行隨意的組合實驗，也可 自主開發(fā)新的實驗。 本設計的目標基本實現(xiàn)，但是在與真實電梯還有差距，由于試驗臺模型整體體積 較小，本設計的電梯機械結(jié)構(gòu)簡單，對電梯門的開關控制只用了一個指示燈顯示，而 沒有真正開關門動作。本設計中的電梯模型與其它現(xiàn)有的電梯模型相比，創(chuàng)新之處在： 用印刷電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的導線連接，不但減小了電梯模型

47、的體積，而且提高了可靠性。 致 謝 經(jīng)過兩個多月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢 業(yè)設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導， 以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝 我的導師黃崇莉老師。黃老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從查 閱資料到設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中 都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是黃老師仍然細心地糾正圖紙中 的錯誤。除了敬佩黃老師的專業(yè)水平外，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠 學習的榜樣，并將積極影響我今后的

48、學習和工作。 其次要感謝我的同學對我無私的幫 助，特別是在軟件的使用方面，正因為如此我才能順利的完成設計。我要感謝我的學 校陜西理工學院，是它給我們提供了優(yōu)良的學習環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我 授過課的每一位老師，是你們教會我專業(yè)知識。在此，我再說一次謝謝！謝謝大家！ ！。 參考文獻參考文獻 1 鐘肇新,彭侃. 可編程控制器原理及應用 . 廣州:華南理工大學出版社,1991. 2 艾輝. 基于組態(tài)軟件的電梯監(jiān)控系統(tǒng)的研究. 中國電梯, 2005 (15). 3梁延東.電梯控制技術.北京.中國建筑工業(yè)出版社，1997 4 程周.電氣控制與PLC原理及應用.北京.電子工業(yè)出版社，2004 5

49、孫竹梅，陳鳳蘭.PLC電梯控制試驗的設計與開發(fā).太原.太原科技，2008年第2期 6 楊軍,王云東,陳國玉.電梯近程監(jiān)控系統(tǒng)的設計.鄭州.鄭州紡織工學院報，2001年3月， 第12卷第1期 7 師素文，張廣紅.機械工程與自動化.2006年4月，第2期 8 吳作明. 工控組態(tài)軟件與PLC應用技術，北京. 北京航空航天大學出版社，2007 9 鄧星鐘等.機電傳動控制（第四版）.湖北.華中科技大學出版社，2007 10 賈德勝等. PLC 應用開發(fā)實用子程序.北京.人民郵電出版社,2006 11 洪志育.三菱 FX2n 系列微型可編程控制器使用手冊.機械工業(yè)出版社，2004 12 廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應用.重慶:重慶大學出版社，2001 13 Al-Karadsheh, E., Sourell, H., & Krause, R. (2002). Precision irrigation: New strategy irrigation water management. Conference on International Research on Food Security,