PLC控制电梯毕业论文

目 录摘 要.1Abstract.2第 1 章 绪论 .21.1 本课题的研究目的及意义.31.2 PLC 在电梯系统的应用现状与发展趋势 .41.3 本课题主要研究内容.4第 2 章 基于 PLC 的四层电梯系统硬件设计 .52.1 PLC 的选择及设计 .52.1.1 PLC 简介 .52.1.2 PLC 的选择 .52.1.3 PLC 的输入 /输出分配表及接线图 .62.2 传感器的选择.82.2.1 称重式传感器.82.2.2 红外传感器.8第 3 章 基于 PLC 控制的四层电梯系统程序设计 .103.1 四层电梯系统的控制要求.103.2 四层电梯的系统流程图.113.3 四层电梯的系统程序分析.113.4 程序调试以及结果.18第 4 章 总结与展望.214.1 总结.214.2 展望.22参考文献.22致 谢 .23附 录 .24南京师范大学电气与自动化工程学院毕业设计论文1摘 要随着科学技术的发展，近年来我国的电梯生产技术得到了迅速发展，一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。随着国民经济的飞速发展, 现代化程度日益提高,高层建筑愈来愈多, 电梯也随之增多, 电梯产品在人们物质文化生活中的地位得到了提高,成为重要的运输设备之一。本文首先介绍了 PLC 在电梯系统的应用现状和发展趋势，其次根据输入输出选择三菱 FX2N48MR 型号的 PLC 以及称重传感器 ECW-P1 和感应人员出入的红外传感器AS612 并给出了 I/O 分配表以及接线图，然后根据控制要求以及单体呼叫的优先度给出了流程图并设计了 PLC 程序，经过调试，该程序能实现四层电梯的正常运作，表明了该程序的有效性。最后对电梯进行进一步的展望，希望能在电梯内增加紧急呼救功能，火灾等一系列突发状况的报警功能，能让人们坐电梯更安全，更舒适。关键词： PLC 电梯 传感器 控制系统 南京师范大学电气与自动化工程学院毕业设计论文2AbstractWith the development of science and technology, in recent years, Chinas elevator production technology has been rapid development, some of the elevator factory is also in the continuous improvement of the design, modification process. Elevator as an important means of transportation of high buildings and peoples work and life increasingly close contact. With the rapid development of national economy, the level of modernization is increasing, more and more high-rise buildings, the elevator is also increasing, elevator products in peoples material and cultural life status has been improved, become one of the important transport equipment.This paper first introduces the application status and development trend of PLC in the elevator system, and then according to the input and output of FX2N48MR model PLC and sensor ECW-P1 and sensor access infrared sensor AS612 and gives the I/O distribution table and wiring diagram, and then according to the control requirements and the priority of the monomer call gives the flow chart and design PLC program, after debugging, the elevator can be the normal operation of the four elevator, indicates the effectiveness of the program.Finally hope to increase the emergency function in the elevator, a series of fire and other emergency alarm function, can make people more safe and comfortable to take the elevator.Key words : PLC elevator sensor control system 南京师范大学电气与自动化工程学院毕业设计论文3第 1 章 绪论1.1 课题研究目的和意义自 1889 年美国奥迪斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；而且作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程控制器既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质性能。因此，PLC 在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用 1。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC 在工业控制领域内得到十分广泛地应用。PLC 是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储 用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯；百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯。在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样，成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前 236 年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出人力驱动的卷筒式卷扬机。1858 年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而有在英国出现水压梯。1889 年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949 年出现了群控电梯,首批 46 台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955 年出现了小型计算机控制电梯。1962 年美国出现了速度达 8 米/秒的超高速电梯。1963 年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971 年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976 年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期 13。电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。PLC 作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。高校中关于 PLC 教学实验的中等模型较少，为此，自行设计并制作了专用 4 层集选电梯。此电梯模型所采用的类型为三菱 FX2C。PLC 程序设计采用模块化编程思想，即根南京师范大学电气与自动化工程学院毕业设计论文4据各功能实现的条件及原则设计各个功能模块。设计的程序要求完成电梯自动运行功能如：内选外召唤信号的登记、消号、到层自动开门、延时自动运行等。合理分配轿厢内指令的执行和厅外召唤的应答。1.2 PLC 在电梯系统的应用现状与发展趋势随着我国经济的发展，城市中涌现出越来越多的高层建筑，而与之配套的电梯已成为人们日常生活中不可缺少的工具。同时，由于城市老龄化问题日益突出，多层建筑同样也有使用电梯的要求。而目前，国内中小电梯厂商大多采用继电器控制或微机控制方法实现对电梯的控制，前者硬布线的逻辑控制方式具有原理简单、直观等特点，但通用性差，逻辑系统由许多触点组成，接线复杂、故障率高、设备庞大，现已慢慢淡出市场；后者在工业控制系统中的应用十分广泛，在电梯控制上取代传统的继电器控制方式慢慢受到人们的重视。根据电梯的功能要求，微机控制电梯的方式主要分为 4 种：单微机控制方式，双微机控制方式，三微机控制方式，群控电梯的微机控制方式。单微机控制方式又分为2 种，即单板机控制方式和单片机控制方式；双微机控制方式由控制系统 CPU 和拖动系统 CPU 以及部分继电器组成整个电梯的控制系统，可以实现起制动闭环、稳速开环控制，也可以实现全闭环控制；三微机控制方式也称为多微机控制方式，以上海三菱的 VFCL 系统为例，它采用三个 CPU 来控制电梯，整个系统由三部分组成：DR-CPU驱动部分、CC-CPU 控制和管理部分、 ST-CPU 串行传部分， VFCL 系统的驱动部分采用 VVVF 方式对曳引机进行速度控制，控制部分主要对选层器、速度图形和安全检查电路三方面进行控制；群控方式使用的微机数量根据方式的不同也有所不同。但是由于微机控制的可靠性不高，容易发生故障，从而使电梯难以达到用户希望的安全、稳定、可靠等要求 2。PLC 自问世以来，以其高可靠的特点在工业自动化领域获得广泛的应用。近年来，随着超大规模集成电路技术和通信技术的进步，PLC 的性价比逐年提高，使用 PLC 控制电梯，是一种投资小、见效快、可靠性高的好方法 2。1.3 论文的主要研究内容随着国民经济的飞速发展, 现代化程度日益提高,高层建筑愈来愈多, 电梯也随之增多, 电梯产品在人们物质文化生活中的地位得到了提高,成为重要的运输设备之一。国内传统的电梯控制是由继电器、接触器构成。它不仅存在着可靠性差、成本高、故障率高等缺点,而且在层数增加时,配线变化给制造及安装带来诸多不便。由此可见，研究一种新的电梯控制系统具有十分重要的意义。基于此，我们提出了本次设计：PLC在电梯控制系统中的应用。本设计主要以 PLC 作为工具对升降电梯的各种操作进行控制。通过编写程序，对电梯的升降动作进行模拟仿真。此电梯模型所采用的类型为三菱 FX2C。PLC 程序设计采用模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则设计各个功能模块。设计的程序要求完成电梯自动运行功能如：内选外召唤信号的登记、消号、到层自动开门、延时自动运行等。合理分配轿厢内指令的执行和厅外召唤的应答。本设计与实际相结合，南京师范大学电气与自动化工程学院毕业设计论文5现实意义很强。为此，自行设计并制作了专用 4 层集选电梯。南京师范大学电气与自动化工程学院毕业设计论文6第 2 章 基于 PLC 的四层电梯的硬件设计2.1 PLC 的选择与设计2.1.1 PLC 的简介可编程控制器是 60 年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器。以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。提出 PLC 概念的是美国通用汽车公司。PLC 的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内,使控制器和被控对象连接方便。 70 年代中期以后，PLC 已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的 PLC 已不再是仅有逻辑(Logic)判断功能，还同时具有数据处理、PID 调节和数据通信功能。国际电工委员会(IEC) 颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了如下的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。可靠性高，抗干扰能力强；编程直观、简单；适应性好；功能完善，接口功能强。2.1.2 PLC 选择在 PLC 系统设计时，确定控制方案之后，下一步工作就是 PLC 工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定 PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。1输入输出（I/O）点数的估算I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加南京师范大学电气与自动化工程学院毕业设计论文710%20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商 PLC 的产品特点，对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法故本课题的 I/O点数为输入 23 点，输出 26 点。2存储器容量的估算程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量 I/O 点数的 1015 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数（16 位为一个字），另外再按此数的 25%考虑余量。因此本课题的 PLC 内存容量选择应能存储 2000 条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。3控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。根据本课题所设计的自动门控制的需要，主要介绍以下几种功能的选择。（1）控制功能PLC 主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高 PLC的处理速度和节省存储器容量。（2）编程功能离线编程方式：PLC 和编程器公用一个 CPU，编程器在编程模式时，CPU 只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU 和编程器有各自的 CPU，主机 CPU 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。（3）诊断功能PLC 的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对 PLC 内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对 PLC 的 CPU 与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。PLC 的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。4机型的选择目前，国内众多的生产厂家生产了多种系列功能各异的 PLC 产品，使用户眼花缭乱、无所适从。通过对输入/输出点的选择、对存储容量的选择、对 I/O 响应时间的选择以及输出负载的特点选型的分许。我们决定使用我们学校已经有的三菱公司生产的 FX2N