电梯PLC控制系统设计

防 灾 科 技 学 院 毕 业 设 计 题 目 电梯 制系统设计 学生姓名 王中榆 学 号 085031101 系 别 防灾仪器系 专 业 电气工程及其自动化 班 级 0850311 开题时间 2011 年 12 月 20 日 答辩时间 2012 年 6 月 11 日 指导教师 李立新 职 称 讲师 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 1 电梯 制系统 设计 作 者 王中榆 指导教师 李立新 摘 要 从第一次工业革命开始 ， 为人类提供方便的东西出现得越来越多 ， 电梯 就是其中之一。 电梯 的高档、 新奇、灵活 、 方便等深受广大 人们 的 青睐。 为此，本文 阐述 了 可编程序控制器 电梯控制中的应用 ， 主要介绍了一个 5 层楼的 梯控制系统的总体设计方案、设计过程以及所选用的 型号、电梯控制的梯形图，并给出了程序流程图，在分析、处理逻辑关系之后，提出了程。 关键词： 电梯 ;系 统控制 ;可编程序控制器 ;梯形图 I is of of is by of LC in a s s of LC s of LC is 目 录 引言 . 1 . 2 梯分类及世界电梯之最 . 2 梯的分类 . 2 界电梯之最 . 2 梯的功能分析 . 2 梯控制系统系统设计的基本思路 . 2 制系统 . 3 编程序控制器 . 3 述和 型 . 3 编程序控制系统设计原则及步骤 . 8 序设 计以及说明 . 9 3 程序调试和结果分析 . 18 序调试 . 18 备知识 . 18 程序调试结果 . 18 行结果 . 19 结论 . 19 致谢 . 20 参考文献 . 21 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 1 引言 电梯是 一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称扶梯 。 1854 年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙 格雷夫斯 奥的斯第一次向世人展示了他的发明历史上第一部 安全升降梯。从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。 150 年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。 从电梯的产生到现在， 电梯控制系统主要有三种 基本 控制方式 ： 继电器控制、 微机控制 和 制 ，其中继电器控制系统具有 线路直观、维修方便、成本脚底等优点，同时也具有 故障率高、可靠性差、接线复杂、通用性差等缺点 ，所以使用率的较低 。 1976 年微机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个 崭新 的发展时期。微机控制具有控制系统体积减小、节能、可靠性提高，尤 其是对群控、通讯等复杂电梯控制功能更具优越性，因此，微机控制系统多用于性能要求较高 较 高档 的 客梯中。 当然微机控制也有其缺点，那就是 微机控制系统 的 抗干扰能力弱，而 制系统运行可靠，编程简单，维修方便，抗干扰性强，已成为目前电梯系统中使用最多的控制方式 1。 一种可编程序的 控制 器，在其内部执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程的设备。 伴 随着 时间的推移以及 微电子 技术和计算机技术的迅猛发展， 1969 年的第一代经历的三次变革。现在的 多地 融入了计算机的功能，不仅能 够 实现逻辑控制， 而且 具有了数据处理、通信 和 网络等功能。它具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域 2。 本课题的核心问题有两个：一是运行效率、平层精度和安全性的要求；二是 于第一个问题，通过选择合适的 行合理的设计和编程便可解决。本人选取的 日本松下公司的 编程序控制器。第二个问题 ，根据电梯要实现的功能以及 顺序执行程序的特点，编写 序主要是采取模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则编写各个功能模块来实现。 方案选择是通过多种方案的比较和对照，完成电梯控制系统中控制方法的选择。 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 2 梯 分类及世界电梯之最 梯的分类 从 电梯 的 运行速度来分 ， 电梯可分为低速电梯（ 1m/s 以下）、快速电梯（ 12m/s ）和高速电梯（ 25m/s）、超高速电梯（ 5m/s 以上）。 从电梯的用途来分，电梯可分为乘客电梯、载货电梯、医用电梯、杂物电梯、观光电梯、建筑施工 电梯、其他类型的电梯。 界电梯之最 最快 韩国现代电梯公司开发出时速 里世界最快电梯。 最大 日本大阪，三菱电机全球最大的电梯，如果按 65单人体重计算，它可以一次运载 80 名人员同时上下楼。 最小 中国按照 1:20 的比例缩小制造的“袖珍电梯”，原理和操作就跟真的电梯一样。主要是为学生的学习与研究服务。 最长 迪拜塔共有 57 部电梯，运输长度世界第一，分别安装在塔内的不同地区，访客、住户、上班族、饭店客人各使用不同电梯。位于塔中央的主电梯高 504 米，上升高度也是世界第一，超越台北 101 大楼电梯的 448 米记录，几乎是纽约帝国大厦电梯（ 381米）的 3。 梯 的功能分析 1. 电梯 有 5 层楼 ，分别 1F 5F。 2. 电梯共有 3 中运行方式 ，分别为 上行、下行和停止 。 3如 运行途中遇呼梯信号时，顺向截车，反向不截车。 4 内选信号、呼梯信号具有记忆功能，执行后解除。 5 内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层具有指示灯。 6 停层时延时 1s 后自动开门或手动开门。 7 行车时不能手动开门，开门时不能行车。 8 正常工作状态下，工作电压均为 24 梯控制系统 系统设 计的基本思路 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 3 序不必一口气完成，可以分步进行设计。 序设计思路如下： 编写 开、关门 限制时间 程序， 作开、关门的计时 ， 编写 各楼层呼梯 程序，能 识别 各 楼层的呼梯需要 ， 编写指示灯程序，自动判断 呼叫楼层点亮相应指示灯， 编写 截车 程序，当 有截车信号 时， 根据运动方向判断是否截车 ， 编写 上、下行 程序，作指示 电梯的运动趋势，编写 无呼叫 计时程序，用以在无呼叫时 ，让电梯出于待机状态。 各步程序的编写都是基于上一步完成的程序上，最后修善可得完整的控制程序。 制 系统 编程序控制器 述 和 型 概论 一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 有 编程简单，维护方便、接线简单，成本降低、可靠性高，抗干扰能力强、模块 化组合，灵活方便、维修便利，施工周期缩短、通信功能强，高度网络化 等特点 4。 基本功能 (1)(2)计数控制功能 (3)(4) 与 D/A 转换功能 (5)(6)(7)本结构和原理 用了典型的计算机结构，主要是由 专门设计的输入/输出接口电路组成 5。 内部 结构如图 辑结构如图 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 4 图 部结构图 图 辑 结构图 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 5 用循环扫描的工作方式，从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后返回第一条指令，如此周而复始不断循环。 性能指标 目前市场上各厂家的 品的技术性能不同，且各有特色，但其主要性能通常是由以下几种指标进行综合描述。 (1) 点数 I/O 点数指 部输入、输出端子数，这是 重要的一项技术指标。 (2)扫描速度一般以执行 1000 步指令所需要的时间来衡量，单位 步。 (3)在 ，程序 指令是按“步”而论，一“步”占一个地址单元，一个地址单元占用 2B。 (4)这是衡量 件功能强弱的主要指标， 有的指令种类及条数越多，则其软件功能越强，编程越灵活，越方便。 (5)有很多“辅助寄存器”、“引索寄存器”、“通用寄存器”、“专用寄存器”等内部寄存器，可给用户提供很多特殊功能，并简化整个系统的程序设计。 (6)高级模块的配置反映了 能的强弱，是衡量 品档次高低的一个重要标志。 分类 (1)（超小型、小型、中型、大型、超大型）； (2)体式、模块式、板式）； (3)档机、中档机、高档机）。 6 应用 (1) (2) (3)(4) 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 6 (5) 发展方向 展的一个方向是向着大型化、复杂化、高功能化、多层分布式工厂全自动网络化方向发展；另一个方向是朝着小型化、超小型化方向发展。 7. 型 (1). 视图 状态指示见表 1） 表 1） 发光二极管 发光二极管的状态与当前运行状态 运行（绿色） 在运行模式下灯亮，表明程序正在执行 在强制输入或输出模式下，灯闪烁 编程（绿色） 在编程模式下灯亮，表明运行已经停止 在强制输入或输出模式下，灯闪烁 错误或报警（红色） 当自诊断功能检测到错误时，灯就会闪烁 当出现硬件故障或是由于编程使计算机停滞，灯就会亮 模式动作见表 2） 表 2）模式选择开关 操作模式 开关位置 操作模式 运行（向上） 进入运行模式，执行程序并开始操作 编程（向下） 进入编程模式，操作停止，通过编程软件可以编程 引脚定义 见表 3） 表 3） 编程口各脚定义 引脚号 信号 简写 信号方向 1 地信号 2 发送信号 元外设 3 接受信号 元外设 4 未使用 5 +5V +5V 单元外设 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 7 . 通信状态指示灯 通信状态指示灯意义见表 4） 表 4）通信状态指示灯状态 通信状态 发送数据监控 当有数据正在传送时，灯闪烁 当没有数据传送时，灯熄灭 R 接受数据监控 当有数据正在接收时，灯闪烁 当没有数据接收时，灯熄灭 发送数据监控 当有数据正在传送时，灯闪烁 当没有数据传送时，灯熄灭 R 接受数据监控 当有数据正在接收时，灯闪烁 当没有数据接收时，灯熄灭 输出连接器 (2). 视 图 连接杆 (3). 点 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 8 编程序控制系统设计原则及步骤 任何一种电气控制系统都是为了实现被控制对象（生产设备活生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计 制系统时，应 主要 遵循以下 几个 原则： (1)保证能满足控制对象的工艺要求，能 按照工艺流程准确而且可靠的工作。 (2)系统构成应力求简单、实用，系统易操作、调整，检修方便。 (3)设计合理、经济，能发挥 制的有点。 (4)适应发展的需要 6。 制系统的设计方法和传统的继电器 接触器控制系统的设计相比较，组建的选择代替了原来的器件选择，原来的逻辑电路设计被程序设计所代替。一个 制系统的设计步骤大体如图 示。 (1)工艺分析 。 (2)机型选择 。 选择机型时切记出现“大材小用”和“小马拉大车”的现象。 点 数确定 ：根据控制系统所需要的开关量、模拟量的 I/O 点数，选择 I/O 点数和种类。 用户程序所需要的内存容量主要与系统的 I/O 点数、控制要求、编程者的编程水平有关。 调查现场的温度和湿度、 架的抗冲击和振动能力、电磁干扰、 有无腐蚀性气体和过量粉尘、供电情况。 (3)硬件设计 ：包括外部电路的设计、绘制单装配图和总接线图、设计组件装配图和接线图以及 安装和配线等。 (4)程序设计 ：根据控制要求，把工艺流程图转换成梯形图。 (5)程序初调 。 (6)联机调试 。 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 9 图 制系统设计步骤流程图 序设计以及说明 编程工作方式 不同类型的 有相应的编辑器，但是编程原理都是大同小异。程序编辑和调试操作的过程如图 1）所示， F 系列 本单元 具 有运行和停止两种 状态 。编程时基本单元置于停止 状态 ；而 统处于工作运行或对程序执行情况监视时，基本单元（主机）应置于运行 状态 。 但 有的 把其公共端子 运行端子 是停止 状态 ，即相当于把基本单元置于 置。编程时，必须使主机处于停止 状态 ，同时把编程 器置于 “程位置。 形图程序设计 梯形图是用的最 广泛 的 形 程序编辑 语言。 梯形图语言是在传统 的 电器控制系统中 最 常用 最基本 的继电器、接触器等图形表达符号的基础上 转变 而来的。它与电器防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 10 的 控制线路图相似 。 继承了传统 的 电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算和输入输出，具有 很 直观、形象、实用 等优 点。 所以 ，这种编程语言为广大 的 电气技术人员所 熟悉 ，是应用最广泛的 程序编辑 语言，是 首选 编程语言 6。 图 1）程序编辑和调试操作过程 软件系统的 整体设计方案为，对电梯的运行状态控制进行分类：下行、上行、停止以及各个指示灯的控制。电梯控制系统程序流程图如图 2）所示。 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 11 图 2）电梯控制程序流程图分析 五层电梯：轿厢内有 5 个层选开关，开门、关门开关，轿厢外一、五楼各有一个层选开关，二、三、四层各有两个层选开关，另外有 5 个平层开关、两个轿厢行程限位开关、两个轿厢门行程限位开关。 方向优先原则：当电梯正在运行时，轿厢两侧都有呼叫信号，优先响应与运动方向相同的呼叫信号，存储与运动方向相反的呼叫信号，待电梯反向运 行时，再依次响应反方向的呼叫信号。时间优先原则：当电梯停于某一层时，轿厢两侧都有呼叫信号，优先响应先按的外部呼叫信号。内呼优先外呼原则：当电梯停于某一层时，优先响应内部呼叫，应，再响应外部呼叫。 楼层的外呼开关也是开门开关，到达呼叫楼层后自动开门 5 秒，然后自动关门。 总开关打开时可执行上述功能；关闭时，不响应新的呼叫（无论内呼、外呼），在响应完当前呼叫信号后回到一楼。 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 12 5. I/O 点定义 I/O 点定义如表 I 口 信号 O 口 五层内呼 层内灯 层内呼 层内灯 层内呼 层内灯 层内呼 层内灯 层内呼 层内灯 层平层 层外灯上 层平层 层外灯下 层平层 层外灯上 层平层 层外灯下 层平层 层外灯上 行限制 层外灯下 行限制 层外灯上 呼开门 层外灯下 呼关门 梯上行 门限制 门限制 层外上呼 梯下行 层外下呼 层外上呼 层外下呼 电机开 层外上呼 层外下呼 层外上呼 电机关 层外下呼 灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 13 此处为程序的开、关门的限制时间，当电梯到达指定楼层后接触到楼层限位开关自动响应开门信号， 5 接通，电梯开门。门打开之后有 5 秒的开门等待时间，当定时器 5 秒后 通自动关门，门完全关闭 后关门限位 动显示关门信号。具体程序如图 3）所示。 图 3）开、关门限制时间程序 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 14 当电梯 有人发出呼叫信号后，电梯随即响应并到达指定楼层。 6、 别为电梯 一、二（下、上）、三（下、上）、四（下、上）、五层 的外呼信号 ； 别为电梯五、四、三、二、一层的内呼信号， 当 应时，电梯到达一层自动开门，然后关门到达指定的楼层，经过 示灯 给电梯内部的人看，以防坐错楼层。 具体程序如图 4）所示。 图 4）各楼层呼梯程序 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 15 当电梯内外有人按楼层呼梯按钮时，相应的指示灯点亮。如当 应且 响应时， 通一层外呼向上指示灯点亮。具体程序如图 5）所示。 图 5） 指示灯程序 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 16 电梯具有平层限位的能力，当电梯到达某一层时电梯门会自动打开或关闭，此时，一、二、三、四 、五 层的开关按钮 根据每层的需要做出相应的选择。外呼梯信号的锁定与清除：只要某一楼层有外呼梯信号，那么该呼梯信号就需要被锁定。当电梯运行方向与呼梯方向相同，那么就需要响应该 信号；如果运行方向与呼梯信号相反，那么就需要等待电梯轿厢运行回来再响应呼梯信号。如果电梯轿厢在运行过程中有多个反方向呼梯信号同时存在，例如在电梯向上运行的过程中同时存在有 2层向下呼梯信号、 3 层向下呼梯信号、 4 层向下呼梯信号 、 5 层向下呼梯信号，那么就要优先响应最远的反方向呼梯信号，即 5 层向下呼梯信号，然后电梯轿厢转为向下运行，依次响应其余的呼梯信号（此时其余的呼梯信号已经变为同向呼梯信号） ；反之，在电梯向下运行的过程中同时存在有 1 层向上呼梯信号、 2 层向上呼梯信号、 3 层向上呼梯信号、 4 层向上呼梯信号，那么就要优 先响应最远的反方向呼梯信号，即 1 层向上呼梯信号，然后 电梯轿厢转为向下运行，依次响应其余的呼梯信号（此时其余的呼梯信号已经变为同向呼梯信号） 。 如果电梯轿厢在上运行过程中，到达某一层遇到反方向呼梯信号，并且该楼层前方没有其他的任何呼梯信号，那么就需要开门响应该呼梯信号。 具体程序如图 6）所示。 图 6）截车程序 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 17 当截车方式确定以后， 只要有任何内、外呼梯信号，电梯运行方向就应该显示出来，并且电梯轿厢门关闭，那么电梯就可以上下运行了。 电梯的上行与下行由 输出显示，它的控制由电梯的内 呼开关和外呼来控制。 电梯按其响应趋势来控制电梯的上下行，当遇到上限位或下限位、电梯门开等均应该停止运行。 具体程序如图 7）所示。 图 7）上、下行程序 当电梯无呼叫信号且在停止状态下，电梯将进入待机状态。具体程序如图 8）所示。 图 8） 无呼叫计时程序 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 18 3 程序调试和 结果分析 序调试 备知识 程序编写完后，不要忙于下载，要先 “程序核对 ” 和 “总体检查 ”。 “程序核对”是将当前处于活动状态的编辑画面中的程序与 机内、或其他编辑窗口内的程序进行比较对照，检查二者是否一致。核对时，按照系统寄存器、程序大小、程序代码的顺序进行。 “总体检查”就是检查 机内的程序。在发现错误时，显示错误信息，便于程序修改。“总体检查”应在 “在线 ”状态下、 编程（ 式下进行。编辑画面中所显示的程序与 身所存储的程序有可能不同，因此一般先进行“程序核对”，再执行“总体检查”。 时器指令、微分指令、数据传输指令等 能 索引寄存器是一个 16 位的寄存器，它的存在使 编程更 为灵活和方便。 索引寄存器的个数视 型而定，具体见表 示。 表 同机型的索引寄存器 机型 个数 索引寄存器的编号 4 14 个，其中前两个 应 的 在在线菜单下打开数据监控画面， 线状态下点击数据位置就会跳出动态写入数据对话框。写入数据后点击“ 据就写入相应的寄存器中了。 程序调试结果 在经过多次调 试与修改之后，本程序的错误率为 0。 本程序调试结果如图 示。 防灾科技学院毕业设计 (论文、综合实践报告） 19 图 总体检查结果 行结果 （ 1）最低楼层和最高楼层（例如最低楼层），不论是外呼梯信号还是内呼梯信号，只要电梯轿厢到达该楼层，就一定 会 打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。 （ 2）所有楼层的内呼梯信号，只要电梯轿厢到达该楼层，就一定 会 打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。 （ 3）所有与电梯轿厢运行方向相同的外呼梯信号，只要电梯轿厢到达该楼层，就一定 会 打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。 （ 4）所有与电梯轿厢运行方向相反的外呼梯信号 ，只要其前方没有任何内、外呼梯信号，那么电梯轿厢到达该楼层，就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。 （ 5） 电梯轿厢门在打开的过程中有人按下了关门按钮，电梯轿厢开门驱动继电器就 会 释放。电梯的关门控制位当有人按下关门按钮，或者电梯轿厢门打开一段时间后，电梯轿厢门就 会 关闭。在电梯轿厢关门控制过程中，如果有人按下了开门按钮，或者关门已经完成，或者电梯轿厢门是安全的，电梯轿厢都 会 开门响应。 结论 本设计完成后得出如下结论，可编程序逻辑控制器