基于PLC的五層電梯控制系統(tǒng)研究

1、黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)論文PAGE 黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文基于PLC的五層電梯控制系統(tǒng)研究姓 名： X X X 指導(dǎo)教師： XXXXXXXXX 專 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 班 級(jí)： 1 1 2 2013年11月10日目 錄摘 要1前 言21 PLC五層電梯的設(shè)計(jì)方案32 電梯系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)32.1 電梯控制的要求32.1.1電梯轎廂的控制要求32.1.2電梯門的控制要求32.2 電梯模型結(jié)構(gòu)42.2.1 電梯層門42.2.2 電梯轎廂內(nèi)控制屏43 電梯PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)43.1 PLC I/O地址分配53.1.1 輸入信號(hào)的確定53.1.2 輸出信號(hào)的確定53.2 P

2、LC I/O硬件連接圖53.3 PLC五層電梯控制系統(tǒng)基本功能梯形圖分析6結(jié) 論17參考文獻(xiàn)18致 謝19PAGE 19黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)論文PAGE 1基于PLC的五層電梯控制系統(tǒng)研究摘 要： 本文主要研究利用三菱FX2N-48的PLC對(duì)電梯的升降進(jìn)行控制，形成電梯控制系統(tǒng)。介紹了電梯控制系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理, 并重點(diǎn)闡述了PLC 在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。電梯進(jìn)入人們的生活已經(jīng)160年一個(gè)半世紀(jì)的風(fēng)風(fēng)雨雨，翻天覆地是歷史的變遷，永恒的是電梯提升人類生活質(zhì)量的承諾。電梯作為高層建筑物的重要交通工具與人們的工作和生活日益緊密聯(lián)系。PLC作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術(shù)先

3、進(jìn)性，在電梯控制中得到廣泛應(yīng)用，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計(jì)算機(jī)控制的一個(gè)重要方向，成為當(dāng)前電梯控制和技術(shù)改造的熱點(diǎn)之一。關(guān)鍵詞：PLC，變頻器，電梯，控制系統(tǒng) 前 言我設(shè)計(jì)的電梯控制系統(tǒng)是根據(jù)市場(chǎng)需求設(shè)計(jì)的，隨著中國(guó)的發(fā)展。人均占有的面積再減少，住房的壓力在加大，國(guó)家加強(qiáng)了占地面積的使用，例如周口已經(jīng)不再批準(zhǔn)建低層住房樓。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、近年來(lái)，我國(guó)的電梯生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。一些電梯廠也在不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)、修改工藝。更新?lián)Q代生產(chǎn)更新型的電梯，電梯主要分為機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)兩大部份，隨著自動(dòng)控制理論與微電子技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動(dòng)方式與控制手段均發(fā)生了很大的變化，交流調(diào)速是當(dāng)前電

4、梯拖動(dòng)的主要發(fā)展方向。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電路控制系統(tǒng)(“早期安裝的電梯多位繼電器控制系統(tǒng))、PLC控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點(diǎn)，目前已逐漸被淘汰。微機(jī)控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強(qiáng)的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷。而PLC控制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng),設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)，倍受人們重視等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。下面就是用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯控制的具體過(guò)程。1 PLC五層電

5、梯的設(shè)計(jì)方案電梯系統(tǒng)的I/O口分配：電梯由安裝在各樓層門口的上升、下降請(qǐng)求按鈕進(jìn)行升降操作，操作內(nèi)容為電梯運(yùn)行方向。轎廂內(nèi)設(shè)有樓層內(nèi)選按鈕：第一層內(nèi)部請(qǐng)求按鈕X21，第二層內(nèi)部請(qǐng)求按鈕X20，第三層內(nèi)部請(qǐng)求按鈕X17，第四層內(nèi)部請(qǐng)求按鈕X16，第五層內(nèi)部請(qǐng)求按鈕X15，第一層內(nèi)部請(qǐng)求按鈕X14。用以選擇需?？康臉菍?。X0、X1、X2、X3、X4分別為第五層至第一層到達(dá)信號(hào)。Y0、Y1、Y2、Y3、Y4分別為第五、四、三、二、一層到達(dá)指示燈。Y11、Y12分別為第四層請(qǐng)求上、下指示燈，Y13、Y14分別為第三層請(qǐng)求上、下指示燈，Y15、Y16分別為第二層請(qǐng)求上、下指示燈。X5為第五層請(qǐng)求下信號(hào)，

6、X6、X7分別為第四層上、下請(qǐng)求信號(hào)，X10、X11分別第三層請(qǐng)求上、下信號(hào)，X12、X13分別為第二層上、下請(qǐng)求信號(hào)，X14為第一層請(qǐng)求上信號(hào)。X22為開門請(qǐng)求信號(hào),X23為關(guān)門請(qǐng)求信號(hào)。Y5為電梯開門蜂鳴器,Y6為電梯升，Y7為電梯降（它與Y6同為1的時(shí)候?yàn)殡娞萁担?。電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括：電梯的初始化設(shè)置、電梯的升降、電梯的開關(guān)門、電梯的樓層選擇與應(yīng)答、電梯的樓層指示等。電梯的初始化設(shè)置分為兩種情況：一種是電梯在本層有內(nèi)外請(qǐng)求時(shí)，本層有反應(yīng)，動(dòng)作完成后返回初始態(tài)；另一種時(shí)電梯在本層有內(nèi)外請(qǐng)求，本層無(wú)反應(yīng)，返回初始態(tài)。電梯的升降系統(tǒng)應(yīng)滿足：當(dāng)外部有內(nèi)部請(qǐng)求，有樓層上升或者下降請(qǐng)求時(shí)，電梯升或者

7、降。電梯在上升過(guò)程中，如果有下降請(qǐng)求，電梯無(wú)應(yīng)答繼續(xù)上升，在上升過(guò)程中如果中間樓層有請(qǐng)求，電梯到達(dá)有請(qǐng)求的中間樓層延時(shí)2S開門，如果沒有到時(shí)間，可以手動(dòng)開門，此時(shí)開門蜂鳴器發(fā)出聲音并開門，電梯關(guān)門后繼續(xù)上升。電梯下降過(guò)程與電梯上升過(guò)程相似。電梯的樓層選擇與應(yīng)答選擇遵循：當(dāng)電梯有樓層上升或者下降請(qǐng)求時(shí)，電梯應(yīng)答，并執(zhí)行上升或者下降，當(dāng)電梯在上升過(guò)程中，如果有比當(dāng)前樓層低的樓層請(qǐng)求時(shí)，電梯無(wú)反應(yīng)；當(dāng)電梯有比當(dāng)前樓層高的中間樓層請(qǐng)求時(shí)，電梯相應(yīng)請(qǐng)求，在請(qǐng)求的樓層停泊，關(guān)門后繼續(xù)執(zhí)行上升到指示的比當(dāng)前層高的樓層。電梯在上升或者下降的過(guò)程中，每層應(yīng)有樓層到達(dá)指示燈，當(dāng)電梯到達(dá)某一樓層時(shí)，電梯樓層指示燈亮

8、，電梯離開時(shí)該樓層指示燈暗。2 電梯系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 電梯控制的要求2.1.1電梯轎廂的控制要求(1)選向：根據(jù)電梯各層內(nèi)選外呼信號(hào)的先后和停止時(shí)轎箱所在的樓曾位置決定電梯的運(yùn)行方向。(2)樓層位置的指示：選用LED數(shù)碼管顯示的方法。2.1.2電梯門的控制要求要求當(dāng)電梯平層的時(shí)候，電梯門自動(dòng)打開，經(jīng)過(guò)5秒鐘后電梯門自動(dòng)關(guān)上。如果遇到有人在門中間的情況，電梯會(huì)因?yàn)闄C(jī)械安全觸板開關(guān)的作用而自動(dòng)開門，也可以手動(dòng)控制開門和關(guān)門。2.2 電梯模型結(jié)構(gòu)2.2.1 電梯層門電梯層門是為了確保乘客安全，而在各層樓的?？空?，通向井道的入口處，設(shè)置供司機(jī)、乘用人員和貨物等出入的門（如圖1）。圖1 電梯層門示意

9、圖54321電梯層門旁裝有消防按鈕、上行召喚按鈕和下行召喚按鈕（最底層只有上行召喚按鈕、最高層只有下行召喚按鈕）,并有召喚登記指示燈。層門上方裝有LED數(shù)碼管，用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。呼梯按鈕按下時(shí)，相應(yīng)的按鈕變成青綠色，表示該呼梯按鈕已按下。電梯樓層顯示采用二極管顯示，圖中顯示電梯目前處于三樓的位置。電梯運(yùn)行方向用紅色箭頭表示，圖中箭頭向上表示電梯正處于上行狀態(tài)中。2.2.2 電梯轎廂內(nèi)控制屏轎廂內(nèi)控制屏示意圖（如圖2）所示。其中包括上行、下行顯示及LED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按鈕。此外，還有手動(dòng)開門和關(guān)門按鈕，以滿足乘客的需求。

10、3 電梯PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)圖 圖2 轎廂內(nèi)控制屏示意3.1 PLC I/O地址分配根據(jù)電梯操作的工藝過(guò)程及對(duì)控制系統(tǒng)的要求，首先歸納本系統(tǒng)中所有輸入信號(hào)和輸出信號(hào)；然后根據(jù)PLC的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)進(jìn)行I/O地址分配，使每個(gè)輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)部的輸入繼電器，每個(gè)輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)PLC內(nèi)部的輸出繼電器。3.1.1 輸入信號(hào)的確定先考察電梯轎廂內(nèi)的操作。操作面板上應(yīng)有各層的選層指令按鈕，5層共有5個(gè)。還有手動(dòng)開門和關(guān)門按鈕2個(gè)。各樓層乘客召喚時(shí)，除底層和頂層只有一個(gè)召喚按鈕，其它各層均設(shè)上下兩個(gè)召喚按鈕，5層共需8個(gè)輸入按鈕。5層電梯需5個(gè)行程開關(guān)來(lái)控制是否到了某一層，因此需5點(diǎn)輸入?？偣?0個(gè)輸

11、入點(diǎn)，見表1。表1 輸入I/O口名稱輸入點(diǎn)名稱輸入點(diǎn)第五層到達(dá)信號(hào)X00第二層請(qǐng)求上X12第四層到達(dá)信號(hào)X01第二層請(qǐng)求下X13第三層到達(dá)信號(hào)X02第一層請(qǐng)求上X14第二層到達(dá)信號(hào)X03第五層內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)X15第一層到達(dá)信號(hào)X04第四層內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)X16第五層請(qǐng)求下X05第三層內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)X17第四層請(qǐng)求上X06第二層內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)X20第四層請(qǐng)求下X07第一層內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)X21第三層請(qǐng)求上X10開門請(qǐng)求信號(hào)X22第三層請(qǐng)求下X11關(guān)門請(qǐng)求信號(hào)X233.1.2 輸出信號(hào)的確定各樓層乘客召喚時(shí)，按下的呼梯按鈕需顯示，所以有8個(gè)輸出點(diǎn)。開門、關(guān)門輸出各1個(gè)。樓層到達(dá)指示信號(hào)顯示5個(gè)，電梯升、下指示輸

12、出各1個(gè)，共16個(gè)，見表2。表.2輸出信號(hào)地址分配表名稱輸入點(diǎn)名稱輸入點(diǎn)第五層到達(dá)指示燈Y00電梯降Y07第四層到達(dá)指示燈Y01第四層請(qǐng)求上指示燈Y11第三層到達(dá)指示燈Y02第四層請(qǐng)求下指示燈Y12第二層到達(dá)指示燈Y03第三層請(qǐng)求上指示燈Y13第一層到達(dá)指示燈Y04第三層請(qǐng)求下指示燈Y14電梯開門Y05第二層請(qǐng)求上指示燈Y15電梯升Y06第二層請(qǐng)求下指示燈Y163.2 PLC I/O硬件連接圖根據(jù)上面I/O地址分配的分析和第四章關(guān)于中PLC選型的要求，本設(shè)計(jì)采用三菱公司的PLC，型號(hào)為FX2N-48，輸入輸出節(jié)點(diǎn)各為24個(gè)。該P(yáng)LC既能滿足輸入輸出節(jié)點(diǎn)的需求，而且還留有一定的冗余量，為以后電梯

13、系統(tǒng)的擴(kuò)展提供方便，具體的硬件連接圖（如圖3）。圖3 硬件連接圖3.3 PLC五層電梯控制系統(tǒng)基本功能梯形圖分析（1）電梯的初始化設(shè)置當(dāng)乘客在本層時(shí)有內(nèi)部和外部信號(hào)請(qǐng)求時(shí)，電梯定時(shí)開關(guān)門，動(dòng)作完成后，即返回初始態(tài)。當(dāng)電梯在本層并且外部請(qǐng)求無(wú)動(dòng)作時(shí)也會(huì)返回初始態(tài)。電梯的初始化設(shè)置（如圖4）所示：圖4 電梯的初始化設(shè)置梯形圖（2）開關(guān)門控制本設(shè)計(jì)考慮以下4種開門的條件，只要滿足其中之一，那么電梯門就將自動(dòng)或手動(dòng)開啟。（1）電梯自動(dòng)運(yùn)行停層時(shí)的開門。電梯在運(yùn)行到指定樓層時(shí)，電梯到預(yù)定的開門、關(guān)門時(shí)間應(yīng)開始開門。（2）電梯關(guān)門過(guò)程中有請(qǐng)求重新開門。（3）手動(dòng)重新開門。有時(shí)電梯外乘客未進(jìn)入電梯，而電梯卻

14、在關(guān)門過(guò)程中，這時(shí)箱內(nèi)的人可以手動(dòng)控制開門，讓電梯外的乘客進(jìn)入。（4）呼梯開門。電梯到達(dá)某層站后，如果沒有人繼續(xù)使用電梯，電梯將停靠在該層站待命，若有人在該層站呼梯，電梯將首先開門，以滿足用梯的要求。若其他層站有人呼梯，電梯將首先定向，并起動(dòng)運(yùn)行，到達(dá)呼梯樓層時(shí)再開門，此時(shí)的開門按停層開門處理。開關(guān)門環(huán)節(jié)梯形圖（如圖5）：圖5 開關(guān)門控制環(huán)節(jié)梯形圖（3） 樓層信號(hào)的顯示當(dāng)電梯在運(yùn)行過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)地顯示出電梯箱體所在的位置或樓層，那樣無(wú)論是電梯內(nèi)的乘客還是樓廳外等待電梯的乘客都能及時(shí)了解到電梯的運(yùn)行狀態(tài)，所以本設(shè)計(jì)中加入了樓層信號(hào)的顯示模塊。當(dāng)電梯位于某一樓層時(shí)，該樓層的觸點(diǎn)產(chǎn)生該樓層的信號(hào)，

15、以控制指層燈的狀態(tài)，而離開該樓層并到達(dá)另一樓層時(shí)，該樓層的信號(hào)應(yīng)被新的樓層信號(hào)所取代，相應(yīng)的指示燈狀態(tài)也發(fā)生變化。例如電梯第四層請(qǐng)求下指示和電梯第四層到達(dá)顯示（如圖6）：圖6 樓層信號(hào)顯示環(huán)節(jié)梯形圖在本設(shè)計(jì)中沒有使用PLC輸出字型碼，字型碼是靠外部電路提供，PLC只是將外部電路與LED顯示器連接起來(lái)，從而使字型碼在LED顯示器中顯示出來(lái)。（4）電梯的定向環(huán)節(jié)在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，電梯首先應(yīng)確定運(yùn)行方向，也即定向。電梯的定向只有兩種情況，即上行和下行。電梯處于待命狀態(tài)，接到內(nèi)選或外呼信號(hào)時(shí)，首先應(yīng)將電梯所處的位置與內(nèi)選和外呼信號(hào)進(jìn)行比較，確定是上行還是下行,原則如下：召喚或指令要到的層樓 轎廂目前所

16、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(wú)法定向一旦電梯定向后，內(nèi)選或外呼信號(hào)對(duì)電梯運(yùn)行方向的要求沒有滿足的情況下，定向信號(hào)不能消除。（5）電梯定向（上行）環(huán)節(jié)在本設(shè)計(jì)中定向上行采用高層決定電梯運(yùn)行方向的原則，即當(dāng)召喚或指令要到的層樓 轎廂目前所在層樓，電梯就上行。只要有高于轎廂目前所在層樓信號(hào)請(qǐng)求，電梯就已定向?yàn)樯闲校瑹o(wú)論其他樓層的呼梯信號(hào)時(shí)什么樣的。假設(shè)電梯在第一層，第五層有上呼請(qǐng)求，梯形圖（如圖7）所示：圖7 電梯從第五層到第一層的梯形圖（6）電梯定向（下行）環(huán)節(jié)在本設(shè)計(jì)中定向下行采用低層決定電梯運(yùn)行方向的原則，即當(dāng)召喚或指

17、令要到的層樓 轎廂目前所在層樓，電梯就上行。只要有低于轎廂目前所在層樓信號(hào)請(qǐng)求，電梯就已定向?yàn)橄滦?，無(wú)論其他樓層的呼梯信號(hào)時(shí)什么樣的。假設(shè)電梯在第五層，第一層有上呼請(qǐng)求，梯形圖（如圖8）：圖8電梯從第五層到第一層的梯形圖結(jié) 論采用可編程控制器（PLC）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， 由于控制器采用PLC并利用串行通信技術(shù), 簡(jiǎn)化了系統(tǒng)布線, 維護(hù)方便, 大大提高了系統(tǒng)的可靠性和技術(shù)性能。在本次論文中本人對(duì)三菱PLCFX2N-48也有了更進(jìn)一步的了解。通過(guò)這次比較完整的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過(guò)對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富。參考文獻(xiàn)1 林春方.可編程控制器原理及其應(yīng)用.上海:上海交通大學(xué)出版社M,2004.2 張福恩, 等. 交流調(diào)速電梯原理、設(shè)計(jì)及安裝維修 M . 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1991.3 常斗南, 等. 可編程控制器原理、應(yīng)用及實(shí)驗(yàn)M . 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1998.4王海瑞,張勇.計(jì)算機(jī)與PLC