PLC六層電梯設(shè)計(jì)

1、蘇州托普信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文題 目 六層電梯PLC控制系統(tǒng) 專 業(yè) 機(jī)械制造與自動(dòng)化 學(xué)生姓名 苗蘇豪 學(xué) 號(hào) 1305300215 班 級(jí) 機(jī)械1302 指導(dǎo)教師 孫敏 摘要本設(shè)計(jì)通過(guò)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，采用歐姆龍公司的PLC編程程序控制方式，提出了六層電梯的PLC控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)過(guò)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(hào)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

2、率高、可靠性差、安裝調(diào)試周期長(zhǎng)、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、經(jīng)濟(jì)、方便、舒適。關(guān)鍵詞：電梯、PLC、梯形圖目 錄摘要2引言4任務(wù)書51 可編程控制器簡(jiǎn)介62.1 PLC的結(jié)構(gòu)及各部分的作用62.2 PLC的工作原理82.3 PLC的編程語(yǔ)言92.4 梯形圖設(shè)計(jì)規(guī)則93 六層電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)103.1 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)103.2 控制思路103.3 需求分析123.4 硬件設(shè)計(jì)123.5 邏輯分析143.6 程序設(shè)計(jì)143.7 程序說(shuō)明174實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析18參考文獻(xiàn)20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

3、人們的日常生活密不可分。它是采用電力拖動(dòng)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(jiǎn)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(wèn)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(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)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(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動(dòng)控制則由變頻器來(lái)完成；第二種控制方式用可編程控制器

4、（PLC）取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制。從控制方式和性能上來(lái)說(shuō)，這兩種方法并沒(méi)有太大的區(qū)別。但是相對(duì)于微機(jī)，利用PLC設(shè)計(jì)的電梯控制系統(tǒng)，有成本低、體積小等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。所以，利用PLC設(shè)計(jì)電梯控制系統(tǒng)，必然是商家最喜歡的選擇。任務(wù)書1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠肞LC構(gòu)成電梯自控系統(tǒng)。2、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （1）當(dāng)轎廂停于1層或2層或3層或4層，或者5層時(shí)，按PB6按鈕呼梯（6層呼），則轎廂上升至LS6（6層）停。 （2）當(dāng)轎廂停于6層或5層或4層或3層，或者2層時(shí)，按PB1按鈕呼梯（1層呼），則轎廂下降至LS1（1層）停。 （3）當(dāng)轎廂停于1層，若按PB2按鈕呼梯，則轎廂上升至LS2停，若按PB3按鈕呼梯，則轎廂上升至L

5、S3停。 （4）當(dāng)轎廂停于6層，若按PB5按鈕呼梯，則轎廂下降至LS5停，若按PB4按鈕呼梯，則轎廂下降至LS4停。 （5）當(dāng)轎廂停于1層，而PB2、PB3、PB4、PB5、PB6按鈕均有人呼梯時(shí)，轎廂上升至LS2暫停4s后繼續(xù)上升至LS3，暫停4s后繼續(xù)上升至LS4，暫停4s后繼續(xù)上升至LS5，暫停4s后繼續(xù)上升至LS6停止。（6）當(dāng)轎廂停于6層，而PB5、PB4、PB3、PB2、PB1按鈕均有人呼梯時(shí)，轎廂下降至LS5暫停4s后繼續(xù)下降至LS4，暫停4s后繼續(xù)下降至LS3，暫停4s后繼續(xù)下降至LS2，暫停4s后繼續(xù)下降至LS1停止。 （7）轎廂在樓層間運(yùn)行時(shí)間超過(guò)12s，電梯停止運(yùn)行。 （

6、8）當(dāng)轎廂在上升（下降）途中，任何反方向下降（上升）的按鈕呼梯均無(wú)效，樓層指示燈亮表征有該層的信號(hào)請(qǐng)求，燈滅表征該樓層請(qǐng)求信號(hào)消除。 指示燈“”亮表示電梯上升。指示燈“”亮表示電梯下降。1. 可編程控制器簡(jiǎn)介可編程控制器是60年代末在美國(guó)首先出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)叫可編程控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用來(lái)取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。PLC的基本設(shè)計(jì)思想是反映計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)

7、展，到70年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的PLC已不再是邏輯判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程控制器對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，是一種無(wú)觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此可在初步設(shè)計(jì)階段選用可編程控制器，在實(shí)施階段再確定工藝過(guò)程。另一方面，從制造生產(chǎn)可編

8、程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問(wèn)世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。得到了廣泛的應(yīng)用。2.1 PLC的結(jié)構(gòu)及各部分的作用可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)。通常由中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、輸出輸出單元（I/O）、電源和編程器等幾個(gè)部分組成。其結(jié)構(gòu)圖如圖1：圖1 PLC的結(jié)構(gòu)圖2.1.1 中央處理單元（CPU）CPU作為整個(gè)PLC的核心，起著總指揮的作用。CPU一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個(gè)集成電路

9、的芯片上。CPU通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路連接。CPU的功能有以下一些：從存儲(chǔ)器中讀取指令，執(zhí)行指令，取下一條指令，處理中斷。2.1.2 存儲(chǔ)器（RAM、ROM）存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器；存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器；存放工作數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。常用的存儲(chǔ)器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一種可進(jìn)行讀寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器存放用戶程序，生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)，存放在RAM中的用戶程序可方便地修改。RAM存儲(chǔ)器是一種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池做備用電源。掉電時(shí)

10、，可有效地保持存儲(chǔ)的信息。EPROM、EEPROM都是只讀存儲(chǔ)器。用這些類型存儲(chǔ)器固化系統(tǒng)管理程序和應(yīng)用程序。2.1.3 輸入輸出單元（I/O單元）I/O單元實(shí)際上是PLC與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)的接口部件。I/O單元有良好的電隔離和濾波作用。接到PLC輸入接口的輸入器件是各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。PLC的各輸出控制器往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交流和直流型，高電壓型和低電壓型，電壓型和電流型。2.1.4 電源PLC電源單元包括系統(tǒng)的電源及備用電池，電源單元的作用是把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。PLC內(nèi)有一個(gè)穩(wěn)壓電源用于對(duì)PLC的CPU單元和I/O單元供電。2.1.5 編程器編

11、程器是PLC的最重要外圍設(shè)備。利用編輯器將用戶程序送入PLC的存儲(chǔ)器，還可以有用編輯器檢查程序，修改程序，監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。除此以外，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖?，即可用個(gè)人計(jì)算機(jī)對(duì)PLC編程。利用微機(jī)作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。2.2 PLC的工作原理PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回到第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。PLC的掃描過(guò)程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。全過(guò)程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。當(dāng)PLC處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)

12、等內(nèi)容。在PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。掃描圖如圖2：圖22.3 PLC的編程語(yǔ)言2.3.1 梯形圖梯形圖沿襲了繼電器控制電路的形式，它是在電路控制系統(tǒng)中常用的繼電器、接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化了符號(hào)演變來(lái)的，形象、直觀、實(shí)用。梯形圖的設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下三點(diǎn)：（一）梯形圖按從左到右、從上到下的順序排列。每一邏輯行起始于左母線，然后是觸點(diǎn)的串、并聯(lián)接，最后是線圈與右母線相聯(lián)。（二）梯形圖中每個(gè)梯級(jí)流過(guò)的不是物理電流，而是“概念電流”，從左流向右，其兩端沒(méi)有電源。這個(gè)“概念電流”只是形象地描述用戶程序執(zhí)行中應(yīng)滿足線圈接通的條件。（三）輸入繼電

13、器用于接收外部的輸入信號(hào)，而不能由PLC內(nèi)部其它繼電器的觸點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)。因此，梯形圖中只出現(xiàn)輸入繼電器的觸點(diǎn)，而不出現(xiàn)其線圈。輸出繼電器輸出程序執(zhí)行結(jié)果給外部輸出設(shè)備，當(dāng)梯形圖中的輸出繼電器線圈得電時(shí),就有信號(hào)輸出，但不是直接驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備，而要通過(guò)輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實(shí)現(xiàn)。輸出繼電器的觸點(diǎn)可供內(nèi)部編程使用。2.3.2 助記符指令語(yǔ)句表示一種與計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言相類似的助記符編程方式，但比匯編語(yǔ)言易懂易學(xué)。一條指令語(yǔ)句是由步序、指令語(yǔ)和作用器件編號(hào)三部分組成。24 梯形圖設(shè)計(jì)規(guī)則2.4.1 觸點(diǎn)的安排梯形圖的觸點(diǎn)應(yīng)畫在水平線上，不能畫在垂直分支上。2.4.2 串、并聯(lián)的處理在有幾個(gè)串聯(lián)回

14、路相并聯(lián)時(shí)，應(yīng)將觸點(diǎn)最多的那個(gè)串聯(lián)回路放在梯形圖最上面。在有幾個(gè)并聯(lián)圖回路相串聯(lián)時(shí)，應(yīng)將觸點(diǎn)最多的并聯(lián)回路放在梯形圖的最左面。2.4.3 線圈的安排不能將觸點(diǎn)畫在線圈右邊，只能在觸點(diǎn)的右邊接線圈。2.4.4 不準(zhǔn)雙線圈輸出如果在同一程序中同一元件的線圈使用兩次或多次，則稱為雙線圈輸出。這時(shí)前面的輸出無(wú)效，只有最后一次才有效，所以不應(yīng)出現(xiàn)雙線圈輸出。2.4.5 重新編排電路如果電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可重復(fù)使用一些觸點(diǎn)畫出它的等效電路，然后再進(jìn)行編程就比較容易。2.4.6 編程順序?qū)?fù)雜的程序可先將程序分成幾個(gè)簡(jiǎn)單的程序段，每一段從最左邊觸點(diǎn)開始，由上之下向右進(jìn)行編程，再把程序逐段連接起來(lái)。3 六層電

15、梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 根據(jù)對(duì)任務(wù)書的分析，控制要求共4個(gè)：（1）通過(guò)簡(jiǎn)單的呼叫和樓層檢測(cè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的控制；（2）電梯在運(yùn)行過(guò)程中，反向的請(qǐng)求信號(hào)無(wú)效；（3）當(dāng)電梯到達(dá)呼叫層時(shí)，呼叫請(qǐng)求信號(hào)取消。如果還有其他層的呼叫請(qǐng)求信號(hào)，電梯在該層停留4秒后，繼續(xù)運(yùn)行；（4）電梯在樓層間運(yùn)行時(shí)間超過(guò)12秒時(shí)，電梯停止運(yùn)行。32控制思路 電梯系統(tǒng)電氣部分的主要組成就是電機(jī)拖動(dòng)，若想對(duì)電梯實(shí)現(xiàn)控制，首先要知道電梯的位置，其次配合樓層的呼叫請(qǐng)求信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)該電梯控制的任務(wù)。從任務(wù)書中可知，輸入信號(hào)只有兩種，外加內(nèi)部輔助繼電器的信號(hào)傳遞，就能完成本任務(wù)，其工作流程圖如圖3-1.圖3-13.3需

16、求分析 這個(gè)任務(wù)是實(shí)現(xiàn)六層電梯的換向控制，設(shè)計(jì)中只對(duì)這一控制功能必需的信號(hào)進(jìn)行設(shè)置。主要是完成對(duì)PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)的確定。3.3.1 對(duì)PLC的輸入設(shè)置：（1）各樓層間的呼叫請(qǐng)求按鈕從任務(wù)書可見，每層的請(qǐng)求信號(hào)按鈕，從PB1到PB6，分別用做1層到6層的呼梯信號(hào)。（2）電梯運(yùn)行位置的檢測(cè)為確保電梯的正常停止或運(yùn)行，在各層設(shè)置了位置檢測(cè)元件，當(dāng)電梯運(yùn)行到該層時(shí)，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)元件給出信號(hào)，送到PLC，進(jìn)行控制。因?yàn)椴皇乾F(xiàn)實(shí)中，所以這里不具備，就以手動(dòng)輸入來(lái)確定，當(dāng)撥碼開關(guān)打上去，表示電梯在該層，撥碼開關(guān)打下去表示電梯離開該層。每層一個(gè)開關(guān)，共六個(gè)。所以輸入點(diǎn)數(shù)共12個(gè)。3.3.2 對(duì)PLC的輸出設(shè)

17、置： 對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制的輸出，就是正向控制表示電梯上升和反向控制表示電梯下降，用2個(gè)輸出口。針對(duì)學(xué)校的PLC操作臺(tái)，用指示燈表示。然后還有對(duì)樓層呼梯信號(hào)的顯示，每層一個(gè)，共六個(gè)指示燈。具體的電梯控制速度等其他任務(wù)根據(jù)實(shí)際要求情況的不同而不同。 3.4 硬件設(shè)計(jì)：（1）輸出開關(guān)控制電機(jī)正反的 連接方式如圖3-2.（2）通過(guò)對(duì)PLC的點(diǎn)數(shù)分析，我們可以選用20點(diǎn)的PLC（12輸入-8輸出），可以得出PLC的具體按鈕配置示意圖如圖3-3。（3）PLC端口點(diǎn)數(shù)位子的I/O分 配表如圖3-4.圖3-2 圖3-3輸 入00000 一樓呼梯按鈕輸 入00001 一樓位置檢測(cè)00002 二樓呼梯按鈕00003

18、二樓位置檢測(cè)00004 三樓呼梯按鈕00005 三樓位置檢測(cè)00006 四樓呼梯按鈕00007 四樓位置檢測(cè)00008 五樓呼梯按鈕00009 五樓位置檢測(cè)00010 六樓呼梯按鈕00011 六樓位置檢測(cè)輸 出10000 一樓指示燈輸 出10003 四樓指示燈10001 二樓指示燈10004 五樓指示燈10002 三樓指示燈10005 六樓指示燈10006 上升指示燈10007 下降指示燈圖3-43.5邏輯分析本設(shè)計(jì)的中，共4種邏輯：（1）如果電梯位置檢測(cè)一直沒(méi)有信號(hào)到來(lái)，則說(shuō)明電梯在樓層間，這時(shí)用一個(gè)定時(shí)器開始12秒計(jì)時(shí)，時(shí)間到，停止電梯運(yùn)行。（2）如果來(lái)了一個(gè)呼叫請(qǐng)求信號(hào)，則相應(yīng)的請(qǐng)求指示燈亮（自保持），當(dāng)?shù)竭_(dá)相應(yīng)樓層（產(chǎn)生電梯位置檢測(cè)信號(hào)），指示燈滅。如果還有請(qǐng)求信號(hào)（配合下降沿微分指令），啟動(dòng)定時(shí)器4秒，產(chǎn)生4秒的閃爍信號(hào)，繼續(xù)運(yùn)行。 （3）如果電梯上升，則下降請(qǐng)求信號(hào)無(wú)效（通過(guò)上升和下降信號(hào)的互鎖）（4）如果呼叫請(qǐng)求信號(hào)沒(méi)有在電梯位置的下方，則電梯運(yùn)行方向?yàn)樯仙?，反之下降?.6程序設(shè)計(jì)3.7程序說(shuō)明：程序中，當(dāng)有呼梯信號(hào)來(lái)時(shí)，PLC進(jìn)行判斷電梯的位