《基于PLC的多層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【論文】3300字》

基于PLC的多層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)TOC\o"1-3"\h\u26752第一章系統(tǒng)概述 1315431.1電梯的組成及分類(lèi) 1190031.2功能需求分析 1178901.3控制方案的確定 224134第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4252822.1PLC的選型 423880一、PLC選型 417144二、I/O的分配 42702三、PLC外部接線圖 583322.2變頻器的選型 621574第三章系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 8256403.1程序流程功能圖設(shè)計(jì) 8201613.2程序的設(shè)計(jì) 911752結(jié)束語(yǔ) 1716752參考文獻(xiàn) 181206附錄 20第一章系統(tǒng)概述1.1電梯的組成及分類(lèi)現(xiàn)代電梯，按照設(shè)計(jì)的國(guó)家電梯標(biāo)準(zhǔn)，主要由曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、對(duì)重裝置、上下行導(dǎo)軌、安全保護(hù)裝置、轎廂裝置以及電氣控制系統(tǒng)等組成。曳引機(jī)的主要作用是通過(guò)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轎廂上行和下行，是電梯的動(dòng)力部分。對(duì)重裝置是電梯的必不可少部分，主要平衡轎廂。導(dǎo)軌是轎廂的移動(dòng)軌跡，轎廂移動(dòng)通過(guò)導(dǎo)軌進(jìn)行上移和下移。在每個(gè)電梯中，往往需要安裝安全防護(hù)檢測(cè)裝置和保護(hù)裝置，比如上行限位開(kāi)關(guān)、下行限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)平層限位開(kāi)關(guān)失效后，需要通過(guò)上行或下行限位開(kāi)關(guān)，緊急停止設(shè)備；對(duì)防夾傳感器進(jìn)行安裝，主要目的是防止乘客在電梯關(guān)門(mén)狀態(tài)下進(jìn)入電梯，對(duì)乘客造成的傷害，當(dāng)電梯發(fā)生意外墜落過(guò)程中，通過(guò)失重傳感器檢測(cè)，并且輸出剎車(chē)系統(tǒng)，將電梯抱閘，防止造成重大事故。當(dāng)電梯超重后，由超重傳感器發(fā)出信號(hào)，表示當(dāng)前電梯超重，需要減重才能繼續(xù)運(yùn)行。按照現(xiàn)代電梯的分類(lèi)，主要分為高速電梯、中速電梯和低速電梯，高速電梯的運(yùn)行速度大于二米每秒，而中速電梯的運(yùn)行速度為一米到兩米之間每秒，低速電梯的速度為小于一米每秒。1.2功能需求分析五層電梯設(shè)計(jì)，按照電梯的基本工藝要求，進(jìn)行自動(dòng)控制，在實(shí)現(xiàn)電梯上行、下行以及開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)控制。具體的功能需求如下：（1）電梯分為外呼按鈕和內(nèi)呼按鈕，外呼按鈕除過(guò)一層為上行按鈕、五層為下行按鈕之外，其他樓層分別有上行按鈕和下行按鈕；內(nèi)呼按鈕為樓層選擇按鈕，當(dāng)乘客進(jìn)入電梯，通過(guò)內(nèi)呼按鈕進(jìn)行選擇目標(biāo)樓層，電梯根據(jù)目標(biāo)樓層指令，開(kāi)始執(zhí)行上行或下行動(dòng)作。（2）當(dāng)電梯上行或下行時(shí)，對(duì)反向的主令信號(hào)將不接受。在反方向的外呼按鈕輸入時(shí)，在沒(méi)有其他內(nèi)呼輸入的情況下，就對(duì)反方向的外呼按鈕進(jìn)行響應(yīng)。并且電梯設(shè)計(jì)必須要有最遠(yuǎn)反向外呼相應(yīng)功能。（3）電梯每個(gè)樓層有平層檢測(cè)傳感器，當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)樓層時(shí)，該平層傳感器動(dòng)作，電梯停止運(yùn)行，并停在目標(biāo)樓層，并且自動(dòng)開(kāi)門(mén)，當(dāng)延時(shí)一段時(shí)間，將自動(dòng)關(guān)門(mén)。（4）對(duì)開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)通過(guò)限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè)是否開(kāi)門(mén)到位或關(guān)門(mén)到位。當(dāng)關(guān)門(mén)到位，電梯才能執(zhí)行上行或下行動(dòng)作，如果在關(guān)門(mén)過(guò)程中，突然有乘客進(jìn)入電梯，防夾傳感器響應(yīng)信號(hào)，將重新開(kāi)門(mén)，以免乘客被門(mén)夾傷。按照以上的電梯功能要求，對(duì)五層電梯進(jìn)行控制方案的選擇，并完成硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，通過(guò)上位機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)五層電梯的控制功能。1.3控制方案的確定本設(shè)計(jì)采用可編程控制器對(duì)多層電梯進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)曳引機(jī)和門(mén)電機(jī)，達(dá)到節(jié)能控制和調(diào)速的功能，通過(guò)變頻器的電位器調(diào)節(jié)輸入0-10V模擬量信號(hào)，進(jìn)行速度給定控制，通過(guò)變頻器加速減速時(shí)間控制，使電梯達(dá)到舒適度的要求。按照工藝的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)輸入部分主要包括內(nèi)呼按鈕輸入、外呼按鈕輸入、平層檢測(cè)輸入、限位開(kāi)關(guān)輸入等；系統(tǒng)輸出部分主要包括電梯的上行輸出和下行輸出、開(kāi)門(mén)輸出和關(guān)門(mén)輸出、樓層指示輸出、上呼指示輸出、下呼指示輸出、內(nèi)呼指示輸出。并且通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行電梯當(dāng)前狀態(tài)監(jiān)控，通過(guò)仿真調(diào)試，達(dá)到本設(shè)計(jì)的方案控制。按照該控制方案，本設(shè)計(jì)的控制方案如圖2-1設(shè)計(jì)。圖1-1系統(tǒng)控制方案框圖

第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1PLC的選型一、PLC選型首先是我們的輸入信號(hào)有呼叫信號(hào)、轎廂內(nèi)部信號(hào)。呼叫信號(hào)有五層的按鈕，其中第一層和第五層只有一個(gè)，其它三層分別有兩個(gè)。所以呼叫按鈕一個(gè)需要8個(gè)輸入端子。內(nèi)選信號(hào)主要由開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、還有一到五層選擇按鈕組成。所以轎廂內(nèi)選信號(hào)需要8個(gè)輸入信號(hào)組成。它的輸出信號(hào)主要由這幾個(gè)方面組成：樓層指示燈、安全指示燈、外部上下運(yùn)行指示燈、電梯內(nèi)選信號(hào)指示燈。樓層指示燈分別對(duì)應(yīng)著五層需要五個(gè)輸出。安全指示燈包括警報(bào)燈和超重指示燈。外部上下運(yùn)行指示燈除一樓和五樓各一個(gè)，其它需要兩個(gè)，共8個(gè)。內(nèi)選信號(hào)指示燈由開(kāi)關(guān)門(mén)兩個(gè)、電梯上下行兩個(gè)、樓層選擇指示燈五個(gè)共9個(gè)。所以共需25個(gè)輸出。輸入輸出一共需要41個(gè)I/O口。在PLC選型方面主要考慮以下幾點(diǎn)簡(jiǎn)單靈巧容易上手、程序簡(jiǎn)易方便學(xué)習(xí)、能夠方便使用人機(jī)界面表達(dá)設(shè)計(jì)、平時(shí)學(xué)習(xí)最深刻的型號(hào)。故在此控制器最終選擇三菱FX2N系列PLC，因?yàn)橐玫?1個(gè)I/O口，最終選擇FX2N-48MR。二、I/O的分配本次課題共需32個(gè)I/O口，以下表格是詳細(xì)的分配。表2-1PLC接線分配表輸入輸出外層1樓上行按鈕X0一樓指示燈Y0外層2樓下行按鈕X1二樓指示燈Y1外層2樓上行按鈕X2三樓指示燈Y2外層3樓下行按鈕X3四樓指示燈Y3外層3樓上行按鈕X4五樓指示燈Y4外層4樓下行按鈕X5警報(bào)指示燈Y5外層4樓上行按鈕X6外層1樓上行指示燈Y6外層5樓下行按鈕X7外層2樓下行指示燈Y7內(nèi)選開(kāi)門(mén)按鈕X10外層2樓上行指示燈Y8內(nèi)選關(guān)門(mén)按鈕X11外層3樓下行指示燈Y9內(nèi)選一樓按鈕X12外層3樓上行指示燈Y10內(nèi)選二樓按鈕X13外層4樓下行指示燈Y11內(nèi)選三樓按鈕X14外層4樓上行指示燈Y12內(nèi)選四樓按鈕X15外層5樓下行指示燈Y13內(nèi)選五樓按鈕X16開(kāi)門(mén)指示燈Y16關(guān)門(mén)指示燈Y17上行指示燈Y20下行指示燈Y21內(nèi)顯一層指示燈Y22內(nèi)顯二層指示燈Y23內(nèi)顯三層指示燈Y24內(nèi)顯四層指示燈Y25內(nèi)顯五層指示燈Y26超載指示燈Y27三、PLC外部接線圖根據(jù)課題實(shí)際安排，進(jìn)行PLC外部接線。如圖2-1所示：圖2-1PLC接線圖2.2變頻器的選型變頻器作為工業(yè)應(yīng)用常用的驅(qū)動(dòng)單元，通過(guò)變頻控制技術(shù)以及現(xiàn)代微電子應(yīng)用技術(shù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作電動(dòng)機(jī)進(jìn)行頻率、轉(zhuǎn)矩控制的電力設(shè)備。變頻器的分類(lèi)主要包括高壓大功率變頻器和低壓小功率變頻器，常用變頻器的工作電源使用工頻交流電源。按照資料查詢(xún)，電梯的曳引機(jī)，按照載重1000KG、運(yùn)行速度1.75m/s考慮計(jì)算，曳引機(jī)的功率如下計(jì)算：按照以上計(jì)算，曳引機(jī)計(jì)算功率為20.580KW，需要選擇變頻器為22KW。通過(guò)對(duì)變頻器的原理及應(yīng)用分析，按照本設(shè)計(jì)的要求，對(duì)變頻器采用外部端子輸入啟?？刂?，并且通過(guò)電流模擬量信號(hào)進(jìn)行變頻器的調(diào)速控制，負(fù)載類(lèi)型為一般負(fù)載，安裝的電壓等級(jí)為AC380V，系統(tǒng)使用現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境良好，按照此應(yīng)用要求和范圍，MM440變頻器按照本設(shè)計(jì)的工作要求，選用的變頻器額定輸入電壓為AC400V，額定電流為43A，頻率調(diào)節(jié)范圍為0-1000HZ，冷卻方式為風(fēng)扇冷卻，安裝方式為壁掛式安裝，控制方式為V/F電壓頻率控制，通過(guò)外部端子進(jìn)行變頻器的啟?？刂?，通過(guò)模擬量進(jìn)行變頻器的速度調(diào)節(jié)。圖2-2MM440變頻器示意圖

第三章系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)3.1程序流程功能圖設(shè)計(jì)對(duì)于五層電梯上下行控制流程圖設(shè)計(jì)。假設(shè)電梯停在N（N=1，2，3，4，5）樓，M樓有信號(hào)，M＞N時(shí)，電梯上行；M＜N時(shí)，電梯下行。如下圖所示。圖3-1電梯上下行控制流程圖對(duì)于電梯上下行控制流程，當(dāng)電梯運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)反向的輸入外呼將不接受該指令，如果沒(méi)有內(nèi)呼信號(hào)輸入，當(dāng)其他反向輸入外呼信號(hào)，將進(jìn)行響應(yīng)。通過(guò)該流程圖可知，電梯具有最遠(yuǎn)反向的響應(yīng)功能，當(dāng)電梯在某一層時(shí)，如果該上層的外呼下信號(hào)都有輸入時(shí)，將響應(yīng)最遠(yuǎn)的外呼下信號(hào)；同理，當(dāng)電梯在某一層時(shí)，如果該下層信號(hào)外呼上信號(hào)都有輸入時(shí)，將響應(yīng)最遠(yuǎn)的外呼上信號(hào)。對(duì)于該最遠(yuǎn)反向響應(yīng)的功能，如下流程圖所示。圖3-2電梯最遠(yuǎn)反向響應(yīng)流程圖對(duì)于電梯的開(kāi)關(guān)門(mén)控制，當(dāng)電梯到達(dá)某一目標(biāo)樓層時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出開(kāi)門(mén)輸出的信號(hào)，電梯門(mén)開(kāi)始打開(kāi)，當(dāng)碰觸開(kāi)門(mén)限位時(shí)，電梯門(mén)停止，并且進(jìn)行延時(shí)，當(dāng)延時(shí)時(shí)間到后，如果沒(méi)人進(jìn)入電梯，將自動(dòng)關(guān)門(mén)。當(dāng)碰觸到關(guān)門(mén)限位后，電梯門(mén)將停止。當(dāng)電梯門(mén)在關(guān)門(mén)狀態(tài)時(shí)，如果有乘客進(jìn)入電梯，將立即打開(kāi)電梯門(mén)，并重新延時(shí)，當(dāng)延時(shí)時(shí)間到后，如果沒(méi)人進(jìn)入電梯，將自動(dòng)關(guān)門(mén)。圖3-3電梯開(kāi)關(guān)門(mén)流程圖3.2程序的設(shè)計(jì)采用STEP7-Micro/win作為編程軟件，根據(jù)電梯控制系統(tǒng)的控制要求設(shè)計(jì)情況及PLC控制系統(tǒng)I/O的分配情況，進(jìn)行程序編寫(xiě)。在設(shè)計(jì)中，按照需要實(shí)現(xiàn)的程序條例清晰，方便編寫(xiě)，也便于調(diào)試。梯形圖及注釋如下：結(jié)束語(yǔ)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的多層電梯控制系統(tǒng)，主要的工藝為進(jìn)行開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)、上行下行以及防護(hù)功能設(shè)計(jì)等。選擇三菱FX2N-48MR可編程控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)光電開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、外呼按鈕、內(nèi)呼按鈕等進(jìn)行輸入和輸出設(shè)計(jì)。按照多層電梯的設(shè)計(jì)方案，硬件設(shè)計(jì)采用AC220V電源輸入，對(duì)可編程控制器進(jìn)行了輸入接口和輸出接口的設(shè)計(jì)。在軟件流程設(shè)計(jì)中，詳細(xì)分析電梯的程序流程，按照此程序流程，對(duì)多層電梯的軟件按照程序流程的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行各種電梯控制的條件判斷和輸出執(zhí)行。滿(mǎn)足了系統(tǒng)的功能。

參考文獻(xiàn)（1）廖常初.PLC