基于三菱FX2N系列PLC的六層電梯控制

成都工業(yè)學院畢業(yè)設計〔論文〕設計〔論文〕題目：基于三菱FX2N系列PLC的六層電梯控制系統設計系部名稱：專業(yè)：班級：學生姓名：學號：指導教師：二O一四年月摘要隨著現代城市的開展，高層建筑日益增多，電梯成為人們日常生活必不可少的代步工具。電梯性能的好壞對人們生活的影響越來越顯著，因此必須努力提高電梯系統的性能，保證電梯的運行即高效節(jié)能又平安可靠。傳統的電梯控制系統采用的是繼電器邏輯控制電路，這種控制易出故障，維護不便，運行壽命短，占地空間大，正逐步被淘汰。為了提高自動控制系統的可靠性和設備的工作效率，設計了一套以PLC為核心控制器的電梯自動控制系統，用來取代以往的較復雜的繼電器—接觸器控制。系統的核心局部〔控制局部〕使用了日本三菱公司生產的FX2N-80型PLC，因為在核心控制局部采用的是軟件程序控制，從而在保證電梯正常運行這個要求的情況下，大大的提高了電梯故障檢查與維修的方便性和容易性，同時還克服了手動操作所帶來的一些人為干擾因素，取得了良好的預期效果。關鍵詞：電梯PLC梯形圖AbstractWiththedevelopmentofmoderncities,anincreasingnumberofhigh-risebuilding,elevatorbecomeanindispensablemeansoftransportofdailylife.Thequalityoftheliftperformanceoftheimpactonpeople'slivesbecomingmoreandmoreobvious,itmuststrivetoimprovetheperformanceofelevatorsystems,andensuretheoperationoftheliftissafe,reliableandenergyefficient.Thetraditionalelevatorcontrolsystemuseslogicoftherelaytocontrolcircuit,thiskindofcontrolseasilytobecrash,maintainsinconveniently,themovementlifeisshort,andthatoccupyingalargeareaofspace,itbeingeliminatedgradually.Forraisingthecredibilityoftheautomaticcontrolsystemandtheworkefficiencyoftheequipments,designasetoftakePLCasthecorecontrolleroftheelevatorautocontrolsystem,usingtoreplaceformermorecomplicatedofafterelectricappliances-thecontactmachinecontrol.Thecorepart(controlpart)ofthesystemusedaJapaneseMitsubishicompanytoproduceoftheFX2N-80typePLCisthesoftwareprocedurecontrolinthecorebecauseofwhattocontrolthepartadoption,thusBepromisingtheelevatorcirculatesnormallyunderthecircumstanceof[with]thisrequest,raisedelevatortobreakdowncheckandtheconvenienceandeasyformaintainconsumedly,stillovercametomoveanoperationsomeartificialinterferencefactorsbringinthemeantime,obtainthegoodresults.KeyWords:Elevator,PLC,LadderDiagr目錄摘要IAbstractII目錄III第1章緒論11.1電梯繼電器控制系統的特點及存在問題2電梯繼電器控制系統的優(yōu)點2電梯繼電器控制系統存在的問題21.2PLC及其在電梯控制中的應用特點3PLC的特點31.2.2PLC控制電梯的優(yōu)點31.3課題的提出 41.4課題的主要討論內容 51.5電梯的功能要求 10第2章三菱FX2N系列可編程序控制器介紹 102.1三菱FX2NPLC的主要特點 102.2.1三菱FX2NPLC的主要結構 102.2.2三菱FX2NPLC的主要特點 102.2.3PLC的性能指標和分類 102.2可編程序控制器的工作方式 112.3可編程控制器的編程語言 11第3章電梯設備和電梯開展動態(tài)103.1電梯的出現及開展113.2電梯設備113.2.1電梯的分類 113.2.2電梯的主要組成局部 113.2.3電梯的平安保護裝置 123.2.4電梯的開展與展望 13第4章PLC的選擇及電梯的運動控制134.1可編程控制器〔PLC〕的選型144.2門機電路、抱閘電路及平安運行電路144.3電梯的主要電氣設備154.4電梯運動過程分析154.4.1電梯的開關門環(huán)節(jié) 154.4.2外呼信號的登記與消除環(huán)節(jié) 164.4.3電梯的定向環(huán)節(jié) 164.4.4樓層顯示 174.5PLC的輸入與輸出174.5.1PLC控制系統的I/O點數計算 174.5.2PLC的輸入與輸出口設計 18第5章程序的調試與仿真235.1調試程序235.2模擬仿真24結論27參考文獻28附件一：電梯運行流程圖29附件一：梯形圖30第1章緒論近年來我國的經濟飛速開展，人民生活水平的迅速梯高，工作居住條件得到了巨大的改善。電梯作為建筑物內的垂直交通運輸工具，與人們的生活息息相關。傳統的電梯曳引電動機采用接觸器來實現電動機工作狀態(tài)的改變，另外，傳統的電梯控制系統由繼電器接觸器控制邏輯組成，存在著電氣元件多、功能弱、電氣故障頻繁，可靠性差和工作壽命短等缺陷?？删幊炭刂破鳌睵LC〕是根據順序邏輯控制的需要而開展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應用而設計的數字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制代替。同時，由于電機交流變頻調速技術的開展，電梯的拖動方式已由原來直流調速逐漸過渡到了交流變頻調速，不僅能滿足乘客的舒適感和保證平穩(wěn)的精度，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減小運行費用。因此，PLC控制技術加變頻調速已成為現代電梯行列的一個熱點。PLC控制是指電梯信號控制由PLC及其軟件來實現，該控制系統的核心為PLC。其次課題開發(fā)的主要任務和內容是：建立“PLC控制的電梯系統〞的總體框架；信號控制系統利用PLC集中處理電梯運行方式、平安保護信號、內指令信號、外召喚信號、井道信號、門區(qū)信號、開關門及限位信號等信號，并顯示電梯所到樓層、運行方向及呼梯應答等，實現開關門控制；拖動控制系統中曳引機的啟動、運行、制動停止，包括正反轉信號及多種速度信號，經PLC運算、判斷后通過電機來實現。到達的要求是：通過深入的理論研究和編程實踐，全面認真的完成上述幾個內容。本課題的核心問題有兩個：一是運行效率、平層精度和平安性的要求；二是PLC實現電梯信號控制及其軟件開發(fā)。對于第一個問題，通過選擇適宜的PLC，進行合理的設計和編程便可以實現。本人選擇的PLC是日本三菱公司的FX2N－80型可編程控制器。第二個問題，根據電梯所要實現的功能以及PLC的順序執(zhí)行程序的特點，編寫PLC程序主要是采取模塊化編程思想，即根據各功能實現的條件及原那么編寫各個功能模塊來實現。1.1電梯繼電器控制系統的特點及存在問題1.1.1電梯繼電器控制系統的優(yōu)點所有控制功能及信號處理均由硬件實現，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術人員和技術工人所掌握。系統的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術和特殊的工具、儀器。大局部電器均為常用控制電器，更換方便，價格廉價。多年來我國一直生產這類電梯，技術成熟，已形成系列化產品，技術資料圖紙齊全，熟悉掌握的人員較多?！菜误w小四固定值20磅〕1.1.2電梯繼電器控制系統存在的問題系統觸點繁多接線線路復雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。普通控制電器及硬件接線方法難以實現較復雜的控制功能，使系統的控制功能不易增加，技術水平難以提高。電磁機構及觸點動作速度比擬慢，機械和電磁慣性大，系統控制精度難以提高。系統結構龐大，能耗較高，機械動作噪音大。由于線路復雜，易出現故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高；而且檢查故障困難，費時費工。電梯繼電器控制系統故障率高，大大降低了電梯的可靠性和平安性，經常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚擾。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現人身事故。1.2PLC及其在電梯控制中的應用特點1.2.1PLC的特點PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，實質上屬于計算機控制方式。PLC與普通微機一樣。以通用或專用CPU作為字處理器，實現字運算和數據存儲，另外還有位處理器〔布爾處理器〕，進行點〔位〕運算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修。編程簡單、靈活性強等特點?？煽啃詫删S修的產品，可靠性包括產品的有效性和可維修性?！?〕PLC不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統的維修簡單，維修時間短?！?〕PLC采用了一系列可靠性設計的方法進行設計，例如，冗余設計，斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復等，提高了MTTF〔平均無故障時間〕，使可靠性提高?！?〕PLC有較高的易操作性，具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發(fā)生操作的錯誤?！?〕PLC是為工業(yè)生產過程控制而專門設計的控制裝置，它具有比通用計算機更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程錯誤率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設計的硬件使可靠性大大提高?！?〕在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先進的工藝制造流水線制造；對干擾的屏蔽、隔離和濾波等；對電源的斷電保護；對存儲器內容的保護等?！?〕PLC的軟件方面，也采取了一系列提高系統可靠性的措施。例如，采用軟件濾波等；軟件自診斷；簡化編程語言等。2．易操作性PLC的易操作性表現在以下幾個方面：〔1〕操作方便PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數PLC采用編程器進行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對大中型的PLC，編程器采用了CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據所需要的地址編號或接點號進行搜索或順序尋找，然后進行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上顯示?！?〕編程方便PLC有多種程序設計語言可供使用。對電氣技術人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。采用布爾助記符編程語言，十分有助于編程人員的編程?！?〕維修方便PLC具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求減低。當系統發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。3．靈活性PLC的靈活性表現在以下幾個方面：〔1〕編程的靈活性。PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便、應用面拓展?！?〕擴展的靈活性。PLC的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可根據應用的規(guī)模不同，即可進行容量的擴展、功能的擴展、應用和控制范圍的擴展?！?〕操作的靈活性。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易1.2.2PLC控制電梯的優(yōu)點在電梯控制中采用了PLC，用軟件實現對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。去掉了選層器及大局部繼電器，控制系統結構簡單，外部線路簡化。PLC可實現各種復雜的控制系統，方便地增加或改變控制功能。PLC可進行故障自動檢測報警顯示，提高運行平安性，并便于檢修。用于群控調配和管理，并提高電梯運行效率。更改控制方案時不需改動硬件接線。在電梯控制中采用了PLC，用軟件實現對電梯運行的自動控制，可大大的提高。去掉了選層器及大局部繼電器，控制系統結構簡單，外部線路簡化。PLC可實現各種復雜的控制系統，方便地增加或改變控制功能。PLC可進行故障自動檢測報警顯示，提高運行平安性，并便于檢修。用于群控調配和管理，并提高電梯運行效率。更改控制方案時不需改動硬件接線。1.3課題的提出PLC以其優(yōu)越的性能，在很多領域中得到了廣泛的應用。在電梯業(yè)也是如此，目前國內70～80年代安裝完成的電梯絕大局部是繼電器控制，線路復雜，節(jié)點接線多，故障率高，系統結構龐大，能耗較高，機械動作噪音大，嚴重地影響電梯運行質量。應對這些電梯進行更新和改造。但是更新需要大量資金，對使用單位來說有一定困難，所以對電梯進行局部改造是經濟的、實際的。近年來，采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控制器〔PLC〕來控制電梯，取得了良好效果。利用PLC和變頻器對舊電梯進行改造，不但可以增加電梯的舒適感、平安性、可靠性，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減少運行費用。1.4課題的主要討論內容課題所研究的內容主要是用可編程控制器〔PLC〕改造在用電梯自動控制系統。由于大局部老式電梯的電控系統可靠性欠佳，用戶尋求對電梯的電控系統進行改造，以節(jié)約資金。因此，對電梯控制技術進行研究，找出一條適合國產老式電梯的改造之路，并進而提高國產電梯的技術水平和質量，具有十分重要的意義。針對老式電梯采用的繼電器邏輯控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強、故障率低、可靠性高的可編程控制器〔PLC〕來控制電梯。論文的主要內容如下：首先對電梯系統及可編程控制器〔PLC〕作了比擬全面的總結和介紹。接著闡述了電梯控制系統的分類及特點，電梯的控制系統分為調速和信號控制兩大局部。確定了系統的總體結構，由PLC來實現電梯信號控制，有雙速電機實現調速，完成了電機和可編程控制器〔PLC〕的選擇。然后是系統硬件開發(fā)，完成了PLC的選型、I/O點數分配與PLC的連接。在分析了電梯系統的軟件設計方法根底上，設計出了軟件流程圖，提出了模塊化編程思想，介紹了控制系統的流程。編寫出控制程序，最后結合程序對改造后的電梯系統進行模擬調試仿真。1.4電梯的功能要求1. 電梯運行到指定位置后應具有手動或自動開/關門的功能。2. 利用指示燈顯示電梯轎廂外的呼喚信號、電梯轎廂內的指令信號和電梯的到達信號。3. 能自動判斷電梯的運行方向，并發(fā)出響應的指示信號。4. 電梯的上行下行有一臺交流雙速電機牽引。電機正傳，電梯上升；電梯反轉，電梯下降。5. 電梯轎廂門由另一臺小功率電機驅動。電機正傳，轎廂門翻開；電機反轉，轎廂門關閉。6. 每一層樓設有呼叫按鈕；轎廂內設有開關轎廂門按鈕；轎廂內的層面指令按7. 電梯啟動、運行、到站實現速度的調節(jié)。8. 行車時，廳門和轎廂都不能開門。開門之后不能行車，有門連鎖保護。平層時可自動開門、手動開門，夾人時自動開門。第2章三菱FX2N系列可編程序控制器介紹2.1可編程控制器的根底認識2.1.1三菱FX2NPLC的主要結構可編程邏輯控制器實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構根本上與微型計算機相同，根本構成為：1. 電源可編程邏輯控制器的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去2. 中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區(qū)或數據存放器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出存放器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構成冗余系統，或采用三CPU的表決式系統。這樣，即使某個CPU出現故障，整個系統仍能正常運行。3. 存儲器存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。4. 輸入輸出接口電路〔1〕 現場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現場控制的接口界面的輸入通道。〔2〕 現場輸出接口電路由輸出數據存放器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現場輸出接口電路向現場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。5. 功能模塊如計數、定位等功能模塊。6. 通信模塊2.1.2三菱FX2NPLC的主要特點1. 集成型高性能。CPU、電源、輸入輸出三為一體。2. 對6種根本單元，可以以最小8點為單元連接輸入輸出擴展設備，最大可以擴展輸入輸出256點。3. 高速運算〔1〕 根本指令：0.08μs／指令〔2〕 應用指令：1.52～幾百μs／指令4. 平安、寬裕的存儲器規(guī)格〔1〕 內置8000步RAM存貯器〔2〕 安裝存儲盒后，最大可以擴展到16000步。5. 豐富的軟元件范圍〔1〕 輔助繼電器：3072點，定時器：256點，計數：235點〔2〕 數據存放器；8000點6. 除了具有輸入輸出16～256點的一般速途，還有模擬量控制、定位控制等特殊控制。7. 面向海外的產品適合各種平安規(guī)格為大量實際應用而開發(fā)的特殊功能：開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要模擬I／O，高速計數器。對每一個FX2N主單元可配置總計達8個特殊功能模塊。2.1.3PLC的性能指標和分類1. PLC的主要性能指標(1)輸入／輸出點數〔I／O點數〕I／O點數是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數的總和。它標志著可以接多少個開關、按鈕和可以控制多少個負載。(2)存儲容量存儲容量是指可編程序控制器內部用于存放用戶程序的存儲器容量，一般以步為單位，二進制16位即一個字為一步。(3)掃描速度一般以執(zhí)行1000步指令所需時間來衡量，單位為ms/k步，也有以執(zhí)行一步指令所需時間來計算的，單位用μs/步。(4)功能擴展能力可編程序控制器除了主模塊之外，通常都可配備一些可擴展模塊，以適應各種特殊應用的需要，如A／D模塊、D／A模塊、位置控制模塊等。(5)指令系統指令系統是指一臺可編程序控制器指令的總和，它是衡量可編程序控制器功能強弱的主要指標。2.PLC的分類通常，PLC產品可按結構形式、控制規(guī)模等進行分類。按結構形式不同,可以分為整體式和模塊式兩類。按控制規(guī)模大小、那么可以分為小型、中型和大型PLC三種類型。開始內部處理開始內部處理通信處理RUN方式？輸入掃描程序執(zhí)行輸出處理NY1.PLC的掃描工作方式可編程序控制器在進入RUN狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描工作。從第一條指令開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按程序存儲的地址號遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結束。然后再從頭開始掃描，并周而復始地重復進行?？删幊绦蚩刂破鞴ぷ鲿r的掃描過程如圖2-1所示，包括五個階段：內部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC完成一次掃描過程所需的時間稱為掃描周期。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關。2.PLC的程序執(zhí)行過程圖2-1PLC的掃描過程PLC的程序的執(zhí)行過程一般可分輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個主要階段，如圖2-2所示。輸入端子輸入端子輸入映象存放器輸出映像存放器輸出鎖存器輸出端子輸入……….輸出程序執(zhí)行階段輸入采樣階段輸出刷新階段X001Y001Y001M1讀讀①②③④⑤圖2-1PLC的掃描過程3.PLC的掃描周期在PLC的實際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設〔如編程器、上位計算機〕通信等處理。即一個掃描周期還應包含自診斷及與外設通信等時間。4.PLC的I／O響應時間PLC采用集中I／O刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像存放器區(qū)的內容也不會改變，還會影響本次循環(huán)的掃描結果。輸出信號的變化滯后于輸入信號的變化，這產生了PLC的輸入輸出響應滯后現象，最大滯后時間為2-3個掃描周期。2.3PLC的編程語言PLC的用戶程序，是設計人員根據控制系統的工藝控制要求，通過PLC編程語言的編制標準，按照實際需要使用的功能來設計的。只要用戶能夠掌握某種標準編程語言，就能夠使用PLC在控制系統中，實現各種自動化控制功能。根據國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標準〔IEC1131-3〕，PLC有五種標準編程語言：梯形圖語言〔LD〕、指令表語言〔IL〕、功能模塊語言〔FBD〕、順序功能流程圖語言〔SFC〕、結構文化本語言〔ST〕。梯形圖語言梯形圖語言是PLC程序設計中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種編程語言。由于電氣設計人員對繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語言得到了廣泛的歡送和應用。梯形圖編程語言的特點是：與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性；與原有繼電器控制相一致，電氣設計人員易于掌握。梯形圖編程語言與原有的繼電器控制的不同點是，梯形圖中的能流不是實際意義的電流，內部的繼電器也不是實際存在的繼電器，應用時，需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對待。指令表語言指令表編程語言是與匯編語言類似的一種助記符編程語言，和匯編語言一樣由操作碼和操作數組成。在無計算機的情況下，適合采用PLC手持編程器對用戶程序進行編制。同時，指令表編程語言與梯形圖編程語言圖一一對應，在PLC編程軟件下可以相互轉換。指令表表編程語言的特點是：采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無計算機的場合進行編程設計；與梯形圖有一一對應關系。其特點與梯形圖語言根本一致。功能模塊圖語言功能模塊圖語言是與數字邏輯電路類似的一種PLC編程語言。采用功能模塊圖的形式來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。功能模塊圖編程語言的特點：功能模塊圖程序設計語言的特點是：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡單容易；功能模塊是用圖形的形式表達功能，直觀性強，對于具有數字邏輯電路根底的設計人員很容易掌握的編程；對規(guī)模大、控制邏輯關系復雜的控制系統，由于功能模塊圖能夠清楚表達功能關系，使編程調試時間大大減少。順序功能流程圖語言順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設計的編程語言。編程時將順序流程動作的過程分成步和轉換條件，根據轉移條件對控制系統的功能流程順序進行分配，一步一步的按照順序動作。每一步代表一個控制功能任務，用方框表示。在方框內含有用于完成相應控制功能任務的梯形圖邏輯。這種編程語言使程序結構清晰，易于閱讀及維護，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調試時間。用于系統的規(guī)模校大，程序關系較復雜的場合。順序功能流程圖編程語言的特點：以功能為主線，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對用戶程序理解；防止梯形圖或其他語言不能順序動作的缺陷，同時也防止了用梯形圖語言對順序動作編程時，由于機械互鎖造成用戶程序結構復雜、難以理解的缺陷；用戶程序掃描時間也大大縮短。本畢業(yè)設計中主要使用梯形圖語言。第3章電梯設備及電梯開展動態(tài)3.1電梯的出現及開展1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙·格雷夫斯·奧的斯第一次向世人展示了他的創(chuàng)造歷史上第一部平安升降梯。從那以后，升降梯在世界范圍內得到了廣泛應用。以奧的斯的名字而命名的電梯公司也開始了她輝煌的旅程。150年以來，她已經開展成為世界、亞洲和中國領先的電梯公司。自從我國實行改革開放政策以來，全國各地高層建筑不斷涌現，作為高樓的垂直交通工具―電梯，其需求量日益增長。各種類型、規(guī)格繁多的電梯已在高樓內投入運行。為了確保電梯正常運行、平安使用，必須要了解電梯、熟悉電梯、管理電梯、維護好電梯。20世紀初，美國出現了曳引式電梯，其結構如圖1-1所示，從圖中可見，鋼絲繩懸掛在曳引輪上，一端與轎廂連接，而另一端與對重連接，隨曳引輪的轉動，靠鋼絲繩與曳引輪槽之間的摩擦力使轎廂與對重作一升一降的相反運動。顯然，鋼絲繩不用纏繞，因此鋼絲繩的長度和股數均不受限，當然轎廂的載重以及提升高度就得到了提高，從而滿足了人們對電梯的使用需求。因此，近一百年來，曳引式電梯一直受到重視，并開展沿用至今在后來的幾十年里，電梯的自動平層控制系統以及1—轎廂2—曳引輪3—對重通過變換電動機極數的調速方法來調整電梯的運行速度的技術相繼研制成功，1933年世界上第一臺運行速度為6m/s的電梯被安裝在美國紐約的帝國大廈。第二次世界大戰(zhàn)后，建筑業(yè)的開展促使電梯進入了頂峰開展時期，代表新技術的電子技術被廣泛應用于電梯領域的同時，陸續(xù)出現了群控電梯、超高速電梯、交流變頻變壓調速電梯。隨著電力電子技術的開展，晶閘管變流裝置越來越多地用于電梯系統，使電梯的拖動系統簡化，性能提高。同時交流調壓調速系統的研制和開發(fā)，使交流電梯的調速性能有了明顯的改善。進入20世紀80年代，通過控制電動機定子供電電壓與頻率電梯運行速度的調壓調頻技術研制成功，出現了交流變壓變頻〔VVVF〕調速電梯，開拓了電梯拖動的新領域。1993年，日本生產了12.5m/s的世界高速交流變壓變頻調速電梯，結束了直流電梯獨占高速領域的歷史。電梯開展的今天，在使用需求和新技術應用方面都進入到全面開展時期，隨著智能化、信息化建筑的興起與完善，要求電梯不只是完成垂直運輸的根本功能，還應以人為本提高舒適度，從電梯運行的控制智能化角度考慮，電梯的優(yōu)質效勞不再是單一的“時間最短〞問題，而是采用模糊理論、神經網絡、專家系統等方法，以期實現單梯與群控管理的最正確模式。合理的配置與使用遠程監(jiān)控與故障診斷、節(jié)能以及減少環(huán)境污染等。本文中著重研究電梯的升降控制邏輯，不著重主電動機的升降速度以及電梯的平安保護措施3.2電梯設備3.2.1電梯的分類按速度分類低速電梯1m/s以下高速電梯2-3m/s超高速電梯3-10m/s按用途分類乘客電梯住宅電梯觀光電梯載貨電梯客貨兩用電梯車輛電梯其他電梯按拖動方式分類交流電梯直流電梯液壓電梯齒輪齒條電梯螺桿式電梯按有無司機分類有司機電梯無司機電梯有/無司機電梯按控制方式分類手柄操縱控制電梯按鈕控制電梯信號控制電梯集選控制電梯群控電梯按曳引機結構分類有齒曳引機電梯無齒曳引機電梯3.2.2電梯的主要組成局部曳引局部：通常有曳引機和曳引鋼絲繩組成。電動機帶動曳引機旋轉使轎廂上下運動。轎廂和廳門：轎廂由轎架，轎底，轎壁和轎門組成；廳門一般有封閉式、中分式、雙折中分式和直分式等。電器設備及控制裝置：有曳引機，選層器傳動及控制柜、轎廂操縱盤、呼梯按鈕和廳外指示器組成。其它裝置：對重裝置、補償裝置等3.2.3電梯的平安保護裝置電磁制動器：裝于曳引機軸上，一般采用直流電磁制動器，啟動時通電松閘，停層后斷電制動。強迫減速開關：分別裝于井道的頂部和底部，當轎廂駛過端站換速未減速時，轎廂上撞塊就觸動此開關，通過電器傳動控制裝置，使電動機強迫減速。限位開關：當轎廂經過端站平層位置后仍未停車，此限位開關立即動作，切斷電源并制動，強迫停車。行程極限保護開關：當限位開關不起作用，轎廂經過端站時，此開關動作。急停按鈕：裝于轎廂司機操縱盤上，發(fā)生異常情況時，按此按鈕切斷電源，電磁制動器制動，電梯緊急停車。廳門開關：每個廳門都裝有門鎖開關。僅當廳門關上才允許電梯啟動；在運行中如出現廳門開關斷開，電梯立即停車。關門平安開關：常見的是裝于轎廂門邊的平安觸板，在關門過程中如平安觸板碰到乘客時，發(fā)出信號，門電機停止關門，反向開門，延時重新開門，此外還有紅外線開關等。超載開關：當超載時轎底下降開關動作，電梯不能關門和運行。其它的開關：平安窗開關，鋼帶輪的斷帶開關等。3.2.5電梯開展展望結構不斷緊湊化，體積不斷輕型化、小巧化。隨著新技術、新結構、新材料、新工藝的開展，電梯的機械系統結構簡單化、體積小型化、材料輕型化、工藝先進化、外觀漂亮化。同時，無機房電梯在新世紀將會有較大速度開展。技術含量更高，性能更好。電梯行業(yè)技術開展非常迅速，幾年前推出的具有先進性能、高舒適性的VVVF電梯，如今已成為電梯行業(yè)的標準配置，因為永磁同步無齒輪曳引機具有更節(jié)能、更潔凈、更平安、更安靜、更經濟的特點，所以永磁同步曳引機逐步成為新型曳引機的主流；由于永磁技術的先進性，將來很有可能取代VVVF技術。另外，網絡控制和智能群控系統以其控制的先進性、快速性、準確性和可靠性亦是電梯的開展潮流。安裝更方便、更快捷高效、平安、可重復使用的無腳手架安裝，將是高層電梯安裝的主要方式，隨著技術的開發(fā)、應用，電梯的硬件系統給安裝帶來更大的方便，使電梯安裝更快、效率更高。此外，電梯的雙向平安裝置、無底坑、無線控制、綠色環(huán)保——平安、環(huán)保、節(jié)能、舒適，也將是未來電梯的重要開展方向。程序的根本控制流程如圖4-5所示?！财渲胁话z修及司機開關電梯環(huán)節(jié)，只是電梯運行的根本流程圖〕第4章PLC的選擇及電梯的運動控制4.1可編程控制器〔PLC〕的選型考慮到本次設計的電梯系統有六層，且開關量居多，模擬量較少；對于開關量控制為主的系統而言，一般PLC的響應速度足以滿足控制的要求，在小型PLC中整體式比模塊式的價格廉價，體積也小，綜合考慮后，系統選擇了日本三菱公司生產的FX2N系列PLC。FX2N系統PLC具有以下幾方面的優(yōu)點：FX2N配置靈活，除主機單元外，還可擴展I/O模塊，A/D模塊，D/A模塊和其它特殊功能模塊。FX2N指令功能豐富，有各種指令107條，且指令執(zhí)行速度快。FX2N可用內部輔助繼電器M，狀態(tài)繼電器S，定時器T，存放器D，計數器C的功能和數量滿足了系統控制要求的需要。FX2N的編程可用編程器，也可以在PC機上使用三菱公司的專用編程軟件包MELSOFT系列的GXDeveloper來進行。編程語言可用梯形圖或指令表。尤其是可用PC機對系統實時進行監(jiān)控。為調試和維護提供了極大的方便。4-1門機、抱閘運行電路圖4.2門機電路、抱閘電路及平安運行電路圖4-1為電梯的門機、抱閘及平安運行電路。門電動機為他勵直流電動機，可由KM3、KM4控制其正反轉。KM3接通時，電阻R2與電動機電樞并聯，電流由電樞左端流向右端，電動機正轉實現開門，KM4接通時，電動機將反轉，實現關門。當電梯上下運行時，抱閘應翻開，其線圈KM5應通電。電梯停止運行時，抱閘應抱死，其線圈應斷電。將所有廳、轎門開關串聯在一起，控制關門繼電器KM4，實現全部門關閉后電梯才能運行的控制。將平安窗開關、平安鉗開關、限速器開關、轎內急停開關、上下強迫停止開關、基站開關梯開關以及熱繼電器觸點FR1、FR2串聯在一起，構成平安回路，控制平安運行繼電器KA2，用KA2的觸點控制PLC的RUN口，只有當該KA2吸合時，才允許PLC處于運行狀態(tài)。這樣可以節(jié)省PLC的輸入口，又可以實現在多種緊急情況下的立即停車。4.3電梯的主要電氣設備牽引電動機齒輪牽引機為電梯的提升機構。主要由驅動電動機，電磁制動器〔也稱電器包閘〕，減速器牽引輪組成。自動門機用來完成電梯的開門與關門。電梯的門分為廳門〔每層站一個〕與轎門〔只有一個〕。只有當電梯?？吭谀硨诱緯r，此層廳門才允許開啟〔由門機拖動轎門，轎門帶動廳門完成〕；也只有當廳門，轎門全部關閉后才允許啟動運行。層樓指示燈層樓指示燈也叫層顯，安裝在每層站廳門的上方和轎箱內轎門的上方，用以指示電梯的運行方向及電梯所處的位置。過去常由低壓燈泡構成，現多由LED組成，且與呼梯盒做成一體結構。呼梯盒用以產生呼叫信號。常安裝在廳門外，離地面一米左右的墻壁上?；九c底站只有一只按鈕，中間層站由上呼叫與下呼叫兩個按鈕組成操縱箱操縱箱安裝在轎箱內，供乘客對電梯發(fā)布動作命令。其上面設有與電梯層站數相同的內選層按鈕。平層及開門裝置該裝置如圖4-2所示。由平層感應器及樓層感應器組成。上行時，上磁鐵板先觸發(fā)樓層感應器，發(fā)出減速停車信號，電梯開始減速，至平層感應器觸發(fā)時，發(fā)出開門及停車信號，電動機停轉，抱閘抱死。下行時，下磁鐵板出發(fā)樓層感應器，發(fā)出減速停車信號，電梯開始減速，至平層感應器觸發(fā)時，發(fā)出開門及停車信號。轎廂位置檢測裝置俗稱選層器，它檢測電梯轎廂運行狀態(tài)，所處位置，及時向控制系統發(fā)出所需要的信號。其主要功能是：根據登記的內選與外呼信號和轎廂的位置關系，確定運行方向；當電梯將要到達所需停站的樓層時，給曳引電動機減速信號，使其換速；當平層停車后，發(fā)出信號以消去已應答的選層、呼梯信號，并指示轎廂當前位置，選層器種類較多，通常分為三大類，即機械選層器、繼電器選層器和微機選層器。其中機械選層器與繼電器選層器將隨著繼電器控制電梯的逐步淘汰而淘汰。由于本畢業(yè)設計是六層電梯的控制應選用感應器檢測轎廂位置。圖4-2電梯的平層、停層裝置示意圖4.4電梯運動過程分析4.4.1電梯的開關門環(huán)節(jié)電梯自動運行停層時的開門。電梯在停層時，至平層位置，繼電器M227-M232接通，電梯開門計時繼電器T0開始計時。手動開門。開關門均為手動狀態(tài)，由開關門按鈕X30和X31實施開門與關門。呼梯開門。電梯到達某層站后，如果沒有人繼續(xù)使用電梯，電梯將?？吭谠搶诱敬僭O有人在該層站呼梯，電梯將首先開門，以滿足用梯的要求。假設其他層站有人呼梯，電梯將首先定向，并起動運行，到達呼梯層時再開門，此時的開門按自動運行停層開門處理。電梯停用后的關門。此時電梯到達基站，人員離開轎廂，電梯自動延遲5秒關門。電梯自動運行時的關門。停站時間繼電器T0延時結束后，電梯自動關門。停站時間未到，可通過關門按鈕實現提前關門。4.4.2外呼信號的登記與消除環(huán)節(jié)人員在轎廂門外呼梯時，X1-X12輸入外呼信號，呼梯信號應被接收和記憶在繼電器M100-M109中。當電梯到達該樓層，且定向方向與目的地方向一致時(基層與頂層除外)，呼梯要求已滿足，呼梯信號應被消除。按下外呼按鈕時，相對應的外呼輔助繼電器M100-M109Q接通，外呼按鈕下的指示燈Y6-Y17會點亮，表示呼梯要求已被電梯接收并記憶。而該信號的消除環(huán)節(jié)是由當層平層信號的動斷觸點與運行方向信號的動斷并聯構成。這樣安排是前邊提到過的電梯運行中只響應同時同向呼梯的原那么決定的。即電梯運行方向與呼梯目的的地方向一致且到達呼梯樓層時，平層感應器X21-X26被觸發(fā)，電梯將停止，呼梯要求已滿足，呼梯信號被消除，指示燈Y6-Y17中與之相應的指示燈會熄滅。電梯運行方向與呼梯目的地方向相反時，如電梯從一樓向上運行(上行)而呼梯要求從二樓向下，假設有去三樓以上的內選層要求及外呼梯要求，電梯到達二樓時(無二樓上行要求)依然停梯，但不會下降到一樓，只有當上升到二樓以上的呼叫信號都滿足，并消除時，才會顯示下降信息。4.4.3電梯的定向環(huán)節(jié)在自動運行狀態(tài)下，電梯首先應確定方向，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)，接收到內選和外呼信號時，應將電梯所處的位置與內選和外呼信號進行比擬，確定是上行還是下行。一旦電梯定向后，內選與外呼對電梯進行順向運行的要求沒有滿足的情況下，定向信號不能消除。檢修狀態(tài)下運行方向直接由上行和下行起動按鈕確定，不需定向。梯形圖中M121及M122分別為定上行及定下行中間繼電器，它們線圈的工作條件觸點塊由內外呼信號及電梯位置信號組成。電梯的定向是由最初的呼梯信號決定的，一旦確定，只有順向的所以呼梯信號滿足后才會停止定向。如電梯從一樓向上運行(上行)而呼梯要求從二樓向下，假設有去三樓以上的內選層要求及外呼梯要求，電梯到達二樓時(無二樓上行要求)依然停梯，但不會下降到一樓，會一直上升，只有當上升到二樓以上的呼叫信號都滿足，并消除時，才會開始準備下降，但此時需要再次輸入呼叫信息。4.4.4樓層顯示PLC輸出端直接與七段數碼管連接，無需外部硬件譯碼器，由PLC軟件進行七段譯碼，直接驅動數碼管顯示樓層。PLC的輸入與輸出PLC控制系統的I/O點數計算根據電梯控制的特點，輸入信號應該包括以下幾個局部：轎廂內及各層門廳外呼按鈕主要是轎廂內的樓層選擇數字鍵1~6，各層門廳外呼按鈕，除一層只設置上升按鈕，六層只設置下降按鈕外，其他層均設置上升和下降兩個按鈕。一共需要16個輸入。位置信號位置信號由安裝于各樓層的電梯停靠位置的6個傳感器產生。平時為常開，當電梯運行到平層時關閉。需要6個輸入?？刂瓶傞_關，1個輸入電梯門控制信號大局部電梯都具有開門、關門按鈕，以方便手動開關門。一共需要2個輸入。模擬電梯到位按鈕由于需要模擬仿真，所以本設計設置了到位按鈕。電梯一共四層，所以設置了6個到位按鈕，一共需要6個輸入。綜上所述，共需要輸入點27個。輸出信號應該包括：內呼指示信號內呼指示信號有六個，分別用來表示1~6層樓層內呼的指令被接受，并在內呼指令完成后，信號消失。外呼指示信號外呼指示信號共有六個，分別用來表示1~6層樓層外呼的指令被接受，并在外呼指令完成后，信號消失。電梯轎廂上下行，電梯上下行指示信號，共四個。門電機開關指示，共需兩個輸出點。綜上所述，共需要輸出點22個。PLC的輸入輸出接口的設計結合三菱FX2N-80MR-D型號PLC，設計出圖4-3所示的輸入輸出接線圖。輸入接口X01-X32結合了內外呼輸入按鈕，平層感應信號輸入，開關門輸入按鈕和其他輸入信號。輸出接口結合了開關門指示信號，樓層指示等指示信號。圖4-3PLC輸入輸出接線圖表4-1電梯電氣元件表元件符號名稱及作用元件符號名稱及作用KM1上行接觸器HL17開門指示燈KM2下行接觸器HL18關門指示燈KM3開門接觸器HL11樓外呼記憶燈KM4關門接觸器HL22樓上呼記憶燈KM5抱閘接觸器HL32樓下呼記憶燈SB11樓上外呼HL43樓上呼記憶燈SB22樓上外呼HL53樓下呼記憶燈SB32樓下外呼HL64樓上呼記憶燈SB43樓上外呼HL74樓下呼記憶燈SB53樓下外呼HL85樓上呼記憶燈SB64樓上外呼HL95樓下呼記憶燈SB74樓下外呼HL106樓下呼記憶燈SB85樓上外呼HL111樓內呼記憶燈SB95樓下外呼HL122樓內呼記憶燈SB106樓下外呼HL133樓內呼記憶燈SB111樓內呼HL144樓內呼記憶燈SB122樓內呼HL155樓內呼記憶燈SB133樓內呼HL166樓內呼記憶燈SB144樓內呼HL19上行指示燈SB155樓內呼HL20下行指示燈SB166樓內呼DPY-aLED層顯示a段SQ上下限位開關DPY-bLED層顯示b段SB31轎廂內開門DPY-cLED層顯示c段SB32轎廂內關門DPY-dLED層顯示d段FR熱繼電器DPY-eLED層顯示e段DPY-fLED層顯示f段DPY-gLED層顯示g段表4-2PLC的輸入、輸出點分配表輸入X輸出Y01層外呼上X0010抱閘Y00012層外呼上X0021上行Y00122層外呼下X0032下行Y00233層外呼上X0043開門Y00343層外呼下X0054關門Y00454層外呼上X0065KV線圈故障Y00564層外呼下X00761層外呼上指示Y00675層外呼上X01072層外呼上指示Y00785層外呼下X01182層外呼下指示Y01096層外呼下X01293層外呼上指示Y011101層內呼X013103層外呼下指示Y012112層內呼X014114層外呼上指示Y013123層內呼X015124層外呼下指示Y014134層內呼X016135層外呼上指示Y015145層內呼X017145層外呼下指示Y016156層內呼X020156層外呼下指示Y017161層平層信號X021161層內呼指示Y020172層平層信號X022172層內呼指示Y021183層平層信號X023183層內呼指示Y022194層平層信號X024194層內呼指示Y023205層平層信號X025205層內呼指示Y024216層平層信號X026216層內呼指示Y02522上下限位X02722開門指示Y02623轎廂內開門按鈕X3023關門指示Y02724轎廂內關門按鈕X3124上行指示Y03025熱繼電器X3225下行指示Y03126LED樓層顯示aY03227bY03328cY03429dY03530eY03631fY03732hY040表4-3內部繼電器點對應信號功能點對應信號M1001樓上升外呼按鈕用，用于記憶外呼按鈕呼梯信號，平層解除M111上升綜合信號M1012樓上升M112M1022樓下降M113M1033樓上升M114M1043樓下降M115M1054樓上升M116下降綜合信號M1064樓下降M117M1075樓上升M118M1085樓下降M119M1096樓下降M120M5011樓平層信號平層用，用以記憶平層信號，到達其他平層時解除M121上升記憶信號M5022樓平層信號M122下降記憶信號M5033樓平層信號M2271層有效開門信號M5044樓平層信號M2282層有效開門信號M5055樓平層信號M2293層有效開門信號M5066樓平層信號M2304層有效開門信號M201內呼去1樓用于要到達的樓層，平層時解除M2315層有效開門信號M202內呼去2樓M2326層有效開門信號M203內呼去3樓M240已正常關門信號M204內呼去4樓M2411層手動開門M205內呼去5樓M2422層手動開門M206內呼去6樓M2433層手動開門M2111樓上升開關門時有效外呼M2444層手動開門M2122樓上升M2455層手動開門M2132樓下降M2466層手動開門M2143樓上升M247手動開門信號綜合M2153樓下降T0關門時間M2164樓上升T1開門時間M2174樓下降T3運行后不在平層時間M2185樓上升T4沒有呼叫會基站時間M2195樓下降M2206樓下降M221內呼去1樓開關門有效內呼M222內呼去2樓M223內呼去3樓M224內呼去4樓M225內呼去5樓M226內呼去6樓第5章程序的調試與仿真5.1調試程序程序的調試與仿真都GXDesignere2和GTSimulator2觸摸屏系列仿真軟件上進行。如右圖所示，翻開GXDeveloper編程軟件，翻開之前已繪制的電梯PLC控制梯形圖程序，如左