毕业设计（论文）-基于plc的小区五层电梯控制系统设计.doc

基于plc的电梯系统的设计摘要:随着科技的发展，可编程控制器（plc）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。电梯控制要求接入设备使用简便，对应系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。通过plc对程序设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯的电梯运行的舒适感。本文针对以上优点，对电梯运行进行了设计，使其达到了比较理想的控制效果。关键词: plc; 电梯; 控制系统; 设计 the design of elevator control system based on plcabstract：with the development of science technology ,programmable logic controller (plc) because of stable and reliable, simple structure, low cost, easy to learn, powerful and easy to use has become the most widely used general-purpose industrial control devices, contemporary, one of the main pillars of industrial automation. elevator control requires access device easy to use, the corresponding system configuration programming simple, with user-friendly man-machine interface, with the application database, to speed up programming and debugging speed. through the plc to the program design to improve the elevator level of control, and improved elevator running comfort. this contention of the above advantages, the elevator operation has been designed so that it reached a relatively satisfactory control effectkey words: plc； elevator； control system； design0引言可编程控制器（plc）是以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的崭新的工业自动控制装置。plc以基本代替传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域，它已跃居工业自动化三大支柱的首位。plc控制系统的硬件是由微处理器（cpu）、存储器（rom和ram）、输入/输出（i/o）单元、电源单元及外围设备等组成硬件结构。系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。20世纪60年代末，为了克服传统继电器的种种应用上的缺点，人们研制出了一种先进的自动控制设备plc，由于plc具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。现在plc作为用于工业生产过程控制的专用计算机，与商家、家用的微机不同，由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和工作运行的连续性，使设计上有许多特点。（1）可靠性高，抗干扰能力强；（2）接口模块功能强、品种多；（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；（4）编程方法简单、直观；（5）系统的设计/安装、调试工作量少；（6）维修工作量小、维护方便；1 电梯控制系统总体设计1.1电梯控制系统的构成图1.1电梯控制系统原理图电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及 plc 单元构成，由如图1.1所示，plc用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。1.2变频调速回路变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成.三相电源 r、s、t 经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端为两相电接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。变频器输入信号为：上、下行方向指令，低速、高速、检修速度编码指令。1.3输入输出回路输入输出单元为 plc 的 i/o 接口部分，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器、检修、消防、泊梯、称重等单元构成。1.3.1输入单元厅外呼叫单元，用来对各层站的厅外召唤信号进行登记、记忆和消除；轿箱内选层单元，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示；开关门按钮，输入 plc 控制轿门的开闭（厅门也同时动作）；上下平层装置，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层；上下限强迫换速开关，用于保护电梯的高速运行安全，避免电梯出现冲顶或蹲底事故，当电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上下限强迫换速开关打板，信号输入 plc，plc 发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置；门锁装置（或轿门和厅门联锁保护装置），轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、安全钳开关、限速器断绳开关、限速器超速开关、底坑急停开关、相序保护继电器、上下限极限开关等；检修、消防和泊梯，检修、消防和泊梯为电梯的三种运行方式，检修运行为电梯检修时的慢速运行方式，消防运行有消防返回基站和消防员专用两种运行状态，泊梯状态，消除内选和外呼信号，自动返回泊梯层、关门并断电；称重单元，用来检测轿厢负荷，判断电梯处于欠载、满载或超载状态，然后输出数字信号给 plc，根据负载情况进行起动力矩补偿，使电梯运行平稳。1.3.2输出单元楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、层楼指示灯以及报站钟等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式，本系统为七段码显示方式；开关门单元，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，plc给出相关指令，完成开关门动作。142 控制系统硬件设计2.1输入输出点分配本设计有32个输入信号，32个输出信号及现有设备，所以选用fx264mr的plc，由于现有材料所以选omron的3g2jv变频器和两相交流电机。plc控制器、变频器和电动机的接线及原理图。i/o分配如表2.1：表2.1 i/o口分配输入信号输出信号名称代号编号名称代号编号安全回路k6x000电梯上行upy000零速输入k0x001电梯下行downy001脉冲输入k1x002电梯快行fasty002轿内电锁k2x003电梯慢行slowy003红外传感器k3x004检修速度jxy004关门力限开关k4x005七段码ay005超重k5x006by006上限强制减速sq0x007cy007一楼指令sb1x010dy010二楼指令sb2x011ey011三楼指令sb3x012fy012四楼指令sb4x013gy013五楼指令sb5x014关门催促铃声ke1y014基站到位开关sq4x015厅门关km2y015一楼上呼sb6x016厅门开km3y016一楼下呼sb7x017厅内指示灯e1y017二楼上呼sb8x020厅内指示灯e2y020二楼下呼sb9x021厅内指示灯e3y021三楼上呼sb10x022厅内指示灯e4y022三楼下呼sb11x023厅内指示灯e5y023四楼上呼sb12x024上呼灯e6y024四楼下呼sb13x025上呼灯e7y025五楼上呼sb14x026上呼灯e8y026五楼下呼sb15x027上呼灯e9y027厅门开sb16x030下呼灯e10y030厅门关sb17x031下呼灯e11y031厅门开到位sq1x032下呼灯e12y032厅门关到位sq2x033下呼灯e13y033检修开关sb18x034超重铃声km4y034检修上sb19x035抱闸信号km5y035检修下sb20x036上行指示灯e14y036下限强制减速sq3x037下行指示灯e15y0373控制系统软件设计3.1电梯初始化根据电梯的工作原理与功能要求以及输入/输出点的地址分配表，来绘制电梯的程序流程图。和设计电梯的程序梯形图。电梯程序流程图为图3.1。梯形图分成：初始化、指层控制、开关门控制、轿内呼叫与标记控制、厅外呼叫与标记控制、电梯上下行选择与指示控制、电梯的运行控制来编写与调试。最后在组合调试:电梯复位、装入数据、安全回路。图3.1电梯程序流程图3.2指层控制指层控制梯形图如图3.2所示。本程序以1楼为基站，脉冲数为0。d200、d202、d204、d206、d208分别存放1/f5/f的脉冲数0、600、1200、1800、2400。c242为内部高速计数器，d250存放减速脉冲数50，m1m5为楼层继电器。当轿箱位于某一层时，应产生位于该层的楼层信号，以控制楼层显示器显示楼层处的位置，离开该层时，该信号被新的楼层信号取代。图4.3指层控制梯形图图3.2 指层控制梯形图3.3开关门控制3.3.1开门控制手动开关门时，当电梯运行到位后，按下sb16，x030闭合，m50置位，y016得电，电动机正转，开门。开门到位，开门到位行程开关sq1动作，x032闭合，m50复位，y016失电，开门过程结束。当在关门过程中，按下sb16，停止关门，并开门。自动开关门时，当电梯运行到位后，电梯停止，t0开始定时，延时2s后，t0触电闭合，m50置位，开门。梯形图如图3.3.1：图3.3.1开门控制梯形图3.3.2关门控制手动关门时，当按下sb17，x031闭合，m51置位，y015得电，电动机反转，关门。关门到位，关门到位行程开关sq2动作，x033闭合，m51复位，y015失电，关门过程结束。在开门过程中，按下sb17，停止开门，并关门。自动关门时，定时器t1控制。当电梯开门到位后，x031闭合，t1定时5s后，m51置位，关门。但在关门时，有客人经过红外线遮蔽，停止关门，遮蔽结束，继续关门。当关门过程受到压力，关门力限k4闭合，m50置位，开门。梯形图如图3.3.2：图3.3.2关门控制梯形图3.4 轿内指令控制当轿内按下sb1、sb2、sb3、sb4、sb5后，按键标记，对应指示灯e8e12亮。到电梯到达指定层后，动作取消，指示灯灭。在检修时，按键不标记。安全回路在整个工作过程中为常开（x000），只有出现不安全情况时才导通，电梯停止工作。梯形图如图3.4：图3.4轿内指令控制梯形图3.5 厅外呼叫控制当按下对应的呼叫键sb6sb17时，按键标记，对应指示灯e13e20亮。到电梯到达标记层时，动作取消，指示等灭。在检修时，按键不标记。梯形图如图3.5：图3.5厅外呼叫控制梯形图3.6 电梯的选层上、下行控制当电梯得到轿内指令或厅外呼叫指令时，分析对应层与电梯所在位置，判断是上行（m100置位）还是下行（m101置位）。m100置位时，y000接通，电梯上行；m101置位时，y001接通，电梯下行。梯形图如图3.6：图3.6电梯的选层控制梯形图3.7 电梯的运行控制电梯的运行由变频器控制，一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。为使乘客拥有良好的舒适感，电梯采用s型速度曲线，转换成频率曲线如图3.7.1所示：图3.7.1电梯的运行曲线当plc发出正转m100置位（或反转m101置位）即m120置位，y002导通，高速运行，变频器从0hz到50hz开始启动，启动时间为3s，然后维持50hz运行。当换速信号到时，plc撤消高速信号y002断开，同时输出爬行信号y003导通，爬行频率为6hz。从50hz下降到6hz在3s内完成。当到达6hz速度时，就以此速度爬行。当平层信号（m301m341）到时，撤消正转（或反转）及爬行信号，变频器从6hz减速到0。在整个运行过程中，变频器的零速输入点x001及异常输出点x003都是断开的，运行速度减为0时，；零速输入点闭合，通过plc发出电动机抱闸和自动开门信号。当变频器出现异常时，x003导无法运行。按下检修键sb19后，只能以检修速度运行。按下检修上行sb22时，y002、yoo3闭合，以检修速度（10hz）上行，松开按键，立即停止。同理，按下检修下行sb20时，y002、y003闭合，以检修速度(10hz)下行，松开按键，立即停止。由于材料限制，本实验用omron，3g3jv小型变频器，两相交流电动机。实际根据需要所定。变频器的参数设置为表3.7，梯形图如图3.7.2：表3.7变频器的参数设置n021控制电路的端口区控制运行n050可以反转n0950电机运行的最高频率（hz)n140电机运行的最低频率（hz)n163斜坡上升时间（s）n173斜坡下降时间（s）n202s形加减时间为0.5sn2250设置固有频率f=50hz（高速运行）端口s3n236设置固有频率f=6hz （爬行运行）端口s4n2410设置固有频率f=10hz （检修运行）端口s5n362反转与停止 输入端口为s2n376多段速指令1 输入端口为s3n387多段速指令2 输入端口为s4n398多段速指令3 输入端口为s5n403零速输出 on：零速中s0：为正转与停止端口图3.7.2电梯的运行控制梯形图3.8 抱闸、泊梯、超重控制当变频器输入零速信号后，x001常开闭合，输出y035常开闭合，抱闸闭合。电梯运行时，零速输入停止，x001断开，则y035常开断开，轿箱运行。消防与泊梯，按下sb14，x026导通，电梯返回基站。基站到，x015常闭断开，电梯停止。超重时，x006常闭闭合，电梯不能启动，并鸣镝（y034常开闭合）。梯形图如图3.8：图3.8抱闸、泊梯、超重控制梯形图4软件调试首先在环境下打开和软件，向软件中输入程序，待程序输入完毕将其变换后写入中。写入完毕后，打开菜单栏中在线一项的监控，就实现了对过程的监控功能。根据实验要求，动作相应开关，模拟电梯控制系统的工作过程。在实验过程中要注意观察各种指示灯、及程序运行的变化过程。若输入的程序有问题，可在菜单栏编辑一项中选择写入模式，待程序返回写入状态后，对程序进行修改，经变换后再写入中调试。4.1.1程序的软件模拟运行plc的程序传输当写完梯形图，最后写上end语句，必须进行程序转在图5.2的箭头所示位置。在程序的转换中，如果程序有错，它会显示，也可以通过菜单“工具”查询查询的正确性。写完梯形图后，在菜单上选择“在线”，选中“写入plc(w)”；可看出，在执行读取及写入前必须选中main、plc参数，否则不能执行对程序的读取、写入，然后点击“执行”按钮。4.1.2程序仿真的运行程序传输完后，在菜单上点击工具“程序检查”或者点击菜单界面上的图标“程序检查”，点击程序检查“执行”检查程序。程序检查完以后点击“梯形图逻辑测试起动/结束”。4.2程序调试程序写入完成后，点击ladder logic test tool“继电器内存监视”。“继电器内存监视”运行以后，会弹出“时序图”界面，点击时序图中“监控停止”按钮。继续点击输入输出，可以观测时序图的变化，也可以在梯形图中观测常开常闭按钮，以及辅助继电器的高低电平动作