五层楼房电梯PLC控制系统设计.doc

【有全套CAD图】需完整CAD+说明书请联系QQ1175231241 海量毕业设计 课程设计，承接定制、更多设计请移步：本科毕业设计论文 题 目: 五层楼房电梯PLC控制系统设计 专业名称 自动化 学生姓名 牛帅 指导教师 金文凯 毕业时间 2014年6月 更多设计请移步：咨询毕业设计任务书一 题目 五层楼房电梯PLC控制系统设计二 指导思想和目的要求 通过毕业设计使学生对所学自动化基本知识和理论加深理解，掌握PLC控制系统设计的基本方法，培养独立开展设计工作的能力。要求在毕业设计中： 1. 分析现代化高层建筑智能控制对电梯系统的要求，研究电梯系统控制要 求、特点及PLC控制系统设计方法，设计五层楼房电梯PLC控制系统， 实现要求的主要功能，达到要求的主要技术指标； 2. 开展电梯PLC控制系统方案论证，分析设计要求和需求，提出电梯PLC 控制系统方案； 3. 可编程序控制器选型，建立输入输出分配表； 4. 编制电梯控制程序；5. 系统调试，验证设计； 6. 撰写毕业设计论文。三. 主要技术指标 1. 楼高五层； 2. 采用欧姆龙系列产品； 3. 具有开启、停车、上行、下行等运行功能； 4. 调试模型电梯实现规定动作。四. 进度和要求 1. 1-3周：收集查阅资料； 2. 4-6周：完成总体方案设计； 3. 7-8周：完成系统分析和控制器硬件选择，编制输入输出分配表； 4. 9-11周：编制电梯控制程序，调试模型电梯，完成验证及修改； 5. 12-13周：完成毕业设计论文。五、主要参考书及参考资料1程子华、刘小明. PLC原理与编程实例分析第二版M. 国防工业出版 社,2010.4.2王冬青、顶锋. 欧姆龙CP1系列PLC原理与应用M.电子工业出版社,2011.10.3王冬青、谭春. 欧姆龙CP1HPLC原理及其应用M.电子工业出版社,2011.10.4徐世许、宫淑贞、彭涛. 可编程控制器应用指南M. 人民邮电出版社,2009.4 5林育兹、鲍平. 可编程控制器过程控制技术M. 机械工业出版社，2005.46吴亦锋.可编程控制器原理与应用速成M.福建科学技术出版社，2005.47蔡杏山.零起步轻松学欧姆龙PLC技术M.人民邮电出版社，2011.18魏得仙.可编程序控制器原理与应用M.中国水利水电水出版社,2010.49岳庆来.电梯现代智能控制技术M.机械工业出版社,2009.410樊金荣.欧姆龙CJ1系列PLC原理与应用M.北京:机械工业出版社,2009,343-350.11王卫星.可编程控制器原理及应用M.北京：中国水利水电出版社 2002,154-16312OMRON.CP1E CPU Unit Operation Manual,200913OMRON.WS02-CXPC-V9 CX-Programmer 9 Operation Manual,201014 /jwc.学生 牛帅 指导教师 金 文 凯 系主任 III摘 要 电梯作为当今社会最重要的运输工具之一，在众多建筑物尤其是高层建筑物上已经成为了必不可少的交通设备。传统的电梯控制系统多采用继电控制的方式，由于其使用较多的时间继电器和中间继电器且需要占用较大的机房面积、运行故障率高、控制方式单一、检修难度大，因而已逐渐被PLC控制的方式所取代，与继电器控制的特点不同，可编程控制器（PLC）具有可靠性高、功能强大、检修方便等特点，在目前的电梯控制系统中得到了广泛的应用。因而为了提高电梯自动控制系统的可靠性、安全性、功能强大性，设计以PLC为控制核心的电梯控制系统具有很重要的现实意义。同时PLC电梯控制系统的设计也是PLC在工业自动化应用中的一个典型实例，具有其固有的学术意义。本文在阐述电梯主电路、控制系统的结构、主要的电气设备、PLC控制电梯的方法和优点以及可编程控制器的结构和工作原理的基础上，针对5层5站电梯，以欧姆龙CPIH系列型号为CP1H-XA40DR-A的PLC为控制核心，进行五层五站电梯PLC控制系统的设计。包括PLC电梯控制系统方案的论证、分析和提出及硬件电路的设计，并且编制了包括电梯的楼层显示模块、轿内和厅外召唤的登记与消号模块、电梯自动定向模块、电梯自动及手动开关门运行模块、电梯上下行控制模块、电梯停车制动模块的控制程序。最后结合北京理工达盛科技有限公司提供的型号为PLC-M-I的电梯模型进行了控制方案、控制程序的验证、调试、修改。通过验证可知本次设计所得到的控制方案是可行的，具体能够实现电梯的楼层显示、轿内与各层厅站呼梯指令的记录与消除、运行方向和停靠的层站的自动控制、稳定运行、停层和自动或手动开关门等基本功能。此外本次设计所得到的电梯控制系统可以被用于实际电梯控制中在实现电梯工作的基本功能同时也能够实现PLC电梯控制系统检修方便、故障率低、运行成本低、安全性高、控制功能强大等特点。关键词：电梯，控制系统，可编程控制器(PLC)，电梯模型AbstractNow elevator has become one of the most important transport tools. For many buildings, large buildings specially, elevator has become a necessary device. Most of conditional elevators controlled by relay control system,because of many time relays and middle relays need to be used and this way must occupy large room and poor function. So the control system of elevator is developed from the initial relay control system to the microcomputer control. The programmable logic controller has already become the core of the elevator microcomputer control system because of its high reliability and formidable function.So to improve elevator automatic control systemresponsibility and security ,designing an elevator control system by programmable logic controller has important significance.At the same time ,as a typical case of programmable logic controller in industrial ,it also has important academic significance. This article gives the account of the elevators structure and the working principle of the programmable logic controllerAim at the elevator of five floors and five stations，the writer designed an elevator control system by the use of OMRON CP1H-XA40DR-A programmable logical controller. The writer design the elevator control modules such as the module of shown layer,the module of register and cancel the instructions from the cabin,the module of register and cancel the instructions from the station hall,the module of choose station and direction,the module of door movement,the module of elevator operation,and so on. Then the writer verify and modify by use of elevator model called PLC-M-I from BEIJING . Finally,we can prove this control project is responsible . These module achieve the functions :fingering out the location of the cabin，registering the instructions from the cabin and the station hall,choosing the direction and the station of elevator follow these instructions，operating elevator and door automatically，and others. In additionThe control system from this design can be used in reality and can realize basic function of elevator. At the same time it also possesses feature of stable and safe and feature rich.Keywords: Elevator, Programmable logic controller, Control system, Elevator model目 录第一章 绪论81.1 电梯的概述及PLC控制电梯的优点81.1.1 电梯的概述81.1.2 PLC控制电梯的优点101.2 国内外电梯发展的现状111.3 课题研究的背景及意义131.3.1课题研究的背景131.3.2 课题研究的意义141.4 设计任务分析151.4.1 设计任务的主要要求151.4.2 设计的主要内容15第二章 PLC的概述及电梯结构和控制原理的分析172.1 PLC的概述172.1.1 PLC的定义172.1.2 PLC的组成172.1.3 PLC的特点192.1.4 PLC的工作原理及编程语言202.2 电梯的组成结构222.3 电梯的控制原理分析25第三章 电梯控制系统的总体方案与硬件部分的设计273.1 总体方案的比较与确定273.1.1总体方案的比较27 3.1.2 总体方案的确定273.2 PLC选型及输入输出电路的设计293.2.1 系统I/O容量的估算293.2.2 PLC的选型293.2.3 输入输出电路设计32第四章 电梯控制系统的程序设计344.1 各环节控制要求的说明344.2 I/O分配表及梯形图编制37第五章 实物的运行与调试415.1 电梯模型的介绍与其控制程序的编制415.1.1 电梯模型组成415.1.2 电梯模型各端口含义的测试425.1.3 电梯模型各端口含义的测试结果435.1.4 电梯模型控制程序的编制435.2 PLC与电梯模型的线路连接445.3 联机调试455.4 调试结果分析48第六章 全文总结49参考文献50致谢51毕业设计小结52附录153附录255附录368VIII第一章 绪论1.1 电梯的概述及PLC控制电梯的优点1.1.1 电梯的概述1. 电梯的起源电梯是服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在垂直的倾斜角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构型式便于乘客出入或装卸货物。它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。 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站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。这就是人类历史上第一部安全升降梯。2. 电梯的分类 目前电梯的基本分类方法大致如下：（1).按用途分为：乘客电梯、载货电梯两类；(2).安驱动方式分为：交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、螺杆式电梯五类；（3).按速度分为：低速梯（速度低于1m/s）、中速梯（速度在1-2m/s之间）、高速梯（速度大于2m/s）、超高速梯（速度在5m/s以上）（3).按操控方式分为：手柄操控式、按钮式、信号控制式、集选控制式、群控式。此外按电梯轿厢的尺寸大小可以分为：大型式、小型式。3. 电梯的主要参数（1） 额定载重量（kg）：制造和设计规定的电梯载重量。（2）轿厢尺寸（mm）：宽深高。（3）轿厢形式：有单或双面开门及其它特殊要求等。（4）轿门形式：有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中分门等。（5）开门宽度（mm）：轿厢门和厅门完全开启的净宽度。（6）开门方向：人在厅外面对厅门，门向左方向的为左开门，门向右方向开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门，也称为中分门。（7）曳引方式：常用的有半绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。半绕2：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。全绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。（8）额定速度（m/s）：制造和设计所规定的电梯运行速度。（9）电气控制系统：包括控制方式、拖动系统的形式等。如交流电机拖动或直流电机拖动，轿内按钮控制或集选控制等。（10）停层站数（站）：凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。（11）提升高度（mm）：由底层端站楼面至层顶端站楼面之间的垂直距离。（12）顶层高度（mm）:由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之的垂直距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。（13）底坑深度（mm）：由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离。电梯的运行速度越快，底坑一般越深。（14）井道深度（mm）：由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之间的垂直距离。（15）井道尺寸（mm）：宽深。4.电梯主要的性能指标（1）安全性 电梯的安全与设计、制造、安装调试及检修各环节都有密切联系，任何一个环节出了问题，都可能造成不安全的隐患，以致造成事故。（2）可靠性 电梯的可靠性很重要，如果一部电梯工作起来经常出故障，就会影响人们正常的生产与生活，给人们造成很大的不便。要想提高可靠性，首先应提高构成电梯的各个零部件的可靠性，只有每个零部件都是可靠的，整个电梯才能是可靠的。（3）停站的准确性 停站准确性又称平层准确度，平层精度。GB/t10058-1997电梯技术条件对轿厢的平层准确度规定如下：电梯类型额定速度（m/s）平层准确度（m/s）交流双速电梯0.25或0.5 15 0.75或1.0 30交直流快速电梯1.52.0 15交直流高速电梯2.0 5电梯轿厢的平层准确度与电梯的额定速度，电梯的负载情况有密切关系。负载重，则惯性大，提速高惯性也大。（4）振动、噪声及电磁干扰 现代电梯是为乘客创造舒适的生活和工作环境。因侧要求电梯运行平稳，安静，无电磁干扰。（5）舒适感和快速感 电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必不可少的，快速可以节省时间，对于快节奏的现代生活是很重要的。但是加速度和减速度的过分增大的不合理变化又会造成乘客的不适感。因此在电梯设计时就要兼顾快速性和舒适感这两个互相矛盾的因素。（6）节能 在对宾馆、写字楼等高层建筑的用电情况调查统计中，电梯用电量占总用电量的17%-25%以上，仅次于空调用电量，高于照明、供水等的用电量。合理的选择拖动方式，以达到节能的目的1.1.2 PLC控制电梯的优点1.功能强大 以可编程控制器为控制核心对电梯进行控制，通过用户程序的编写来规定更种运行功能，结合PLC的控制功能强的特点，可以方便的增加或修改电梯的运行功能，实现各种复杂控制动作。2. 结构简单故障率低传统的继电控制电梯主要由控制电路和主电路两部分组成，而大部分的时间继电器和中间继电器主要集中在控制电路部分，这样导致就控制电路部分的接线复杂，维修难度大。更重要的是大量继电器的使用加之触点容易烧坏磨损，使整个继电控制系统的故障率增加。相反使用PLC控制电梯，电梯的控制电路部分可以由PLC来代替，可以省去大量继电器的使用，同时结合PLC与外部设备连接方便的特点使得整个系统的接线简单明了。3. 精准性高 继电控制所使用的电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高 。相反PLC控制电梯的控制动作由PLC内部CPU结合用户程序和开关量的输入给出，一般CPU的处理速度是相当高的（PLC可以采用双CPU来提高指令执行的速度），因而PLC的使用时的电梯控制系统的精准性大大提高。除此之外，PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，从而使得电梯控制系统的设计和调试周期缩短、能耗费用降低。目前PLC控制方式已成为在电梯控制系统中使用最多的控制方式。1.2 国内外电梯发展的现状在经济不断发展、科学技术不断更新的今天，楼的高度已和经济发展以同样的速度成长起来了。作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活中的重要组成部分。一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。十一届三中全会以来我国国民经济以较高的速度持续增长，城市化水平也不断提高。这从客观上导致了我国电梯行业的呈现了一片繁荣的景象，今天我国已经成为全球最大的电梯市场。我国电梯需求总量呈上升趋势，而且这种趋势没有丝毫减缓的迹象。从1949年建国以来全国共生产安装了6l万多台电梯。尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均1000人有l台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加70万台，到那时候，全国在用电梯将达到130多万台。与此同时我国也成为全球电梯制造中心，近年来我国电梯的出口年均增长率将保持在35%以上,电梯行业也逐步成为国内比较重要的行业。中国电梯协会预测,未来五年内我国垂直电梯和扶梯市场国内市场和出口市场将分别占整个全球市场的1/2和1/3,我国在今后相当长的时间内仍将是全球最大的电梯市场,年产值超千亿元,电梯市场可谓是前景广阔。 据统计2008年,我国电梯产量超过21万台,年增幅超过20%,产量超过了全世界电梯年产量的50%。国务院特种设备安全监察条例规定,特种设备的强制报废制度也为我国电梯改造市场带来了新的机遇。按国外电梯使用寿命惯例,一般日本系列电梯设计寿命为15年,欧美电梯设计寿命为25年,中国电梯的保有量已经超过100万台,专家预计今后每年大修改造以及已有建筑加装电梯的市场容量将保持在12万台以上。值得注意的一点是，我国电梯产业集群效应初显、自主品牌加速崛起 自上世纪90年代起,大量民营企业开始介入电梯行业,从为外资企业做配套或者与外资企业合资开始,在生产过程中不断学习和消化技术,借鉴外资企业带来的国际化技术标准、安装维保体系、管理模式等,自主品牌电梯在技术、质量、管理、服务上快速步入了国际化行列,逐步发展到目前占有一定的市场份额,开始打破了外资品牌的垄断地位,涌现出如康力电梯股份有限公司、江南嘉捷电梯股份有限公司、苏州市申龙电梯有限公司等自主品牌企业。从产业布局上看,我国电梯整机及零部件的制造基本集中在长三角、珠三角地区,其中长三角地区电梯生产总量占全国的60%以上。另外我国的一些自主品牌也在加速崛起，最有代表性的是康力电梯，2005年至2008连续四年成为自主品牌销售额第一，被中国电梯协会誉为“中国电梯业的希望和骄傲”。 再看国际状况，当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。世界上有名的几家电梯公司，诸如：美国奥的斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51”。其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成为电梯家族中新的组成部分。人们的追求并没有就此停止下来，仍在不断地进行研究改进，近年来人们对绿色电梯进行了研究，国外对绿色电梯的研究做得比较出色的可能要数Peters了，他专门就绿色电梯进行研究。当然，他的研究是从电梯对环境影响的角度进行的。Peters在其研究中认为，目前的电梯在整个电梯生命周期里，对环境占主导影响的因素有：不可再生资源的消耗、产生废弃物和为生产满足曳引电梯的电力而产生的二氧化碳。同时他还认为，目前电力是不可持续的并对环境有损害，作为在地球上有责任的人，我们应当减少能源消耗，寻找可持续发展的能源。Peters并没有给绿色电梯下定义，但他认为，绿色电梯应从以下四方面考虑：(1)选择驱动电梯的更有效能源；(2)减小惯性和其他阻力；(3)有效的电梯轿厢照明；(4)优化计划，包括可到达的楼层和避免电梯容积过大。总之对现代化电梯性能的衡量，主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。此外，对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应要求。随着时代的发展，对人在与外界隔离封闭的电梯轿厢内，心理上的压抑感和恐惧感也有所考虑。因此，提倡对电梯进行豪华性装修，比如：轿厢内用镜面不锈钢装潢、在观光电梯井道设置宇宙空间或深海景象，进而主张电梯、扶梯应与大自然相协调，在扶梯的周围种植花草；在轿厢壁和顶棚装饰某些图案甚至是有变化的图案，并且在色彩调配上要令人赏心悦目；在轿厢内播放优美的音乐，用以减少烦躁；在轿厢内播放电视节目，乘客可收看天气预报、新闻等。1.3 课题研究的背景及意义1.3.1课题研究的背景 随着生产的发展和经济的崛起，电梯作为一种重要的交通工具越来越接近我们的生活和工作。当今社会随着建筑物规模迅速扩大以及楼层的增加，人们对电梯控制系统的可靠新、安全性以及电梯的调速精度、调速范围的要求也在不断地提高。对于现代化高层建筑智能控制电梯而言，不仅要求机械传动和电气控制的可靠性同时对电梯平层制动及启动加速时的舒适感也有十分高的要求。首先来说可靠性，不同于传统的继电控制的方式现代高层建筑智能控制电梯采用PLC控制的方式，在可靠性和安全性上有了长足的提高。自1969年针对工业自动控制的特点和需要而设计的第一台PLC问世以来，迄今己有近40年的历史，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易，从而在应用于电梯控制系统时使电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，从而现代智能控制的电梯的可靠性和安全性有了重要的保证。而对于舒适感来说，由于PLC的引入使得整个控制系统易于与传感器相连，结合梯形图指令可以很好的提高电梯的平层和启动时的舒适感。具体来说现代电梯引入了平层装置，该装置由隔磁铁板和上、下平层感应器组成，上行时上平层感应器首先插入隔磁铁板，发出减速信号，此时系统同时执行梯形图中相应的减速指令，电梯开始减速，至下平层感应器时，发出停层信号，同时执行梯形图中的停层指令，这样就实现了一个减速平层过程。启动过程与之类似，不同的是启动是一个缓慢加速过程。总之现代电梯基本可以保证人们乘坐电梯时的舒适感。不可否认电梯的继电控制系统是复杂的，引入PLC作为控制器使的整个控制系统变得明了易懂，但是同时PLC作为一种智能化控制器，为电梯控制系统的发展提供了更为广阔的空间。1.3.2 课题研究的意义1. 工程意义目前国内 7080 年代安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多，故障率高，系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大，严重地影响电梯运行的质量。应对这些电梯进行更新和改造。但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难，所以对电梯进行局部改造是经济的、可行的。近年来，采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯，取得了良好效果。利用 PLC 和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。2. 学术意义PLC在电梯控制中的应用是PLC实施电气控制的一个典型案例，PLC的引入使复杂的电梯控制系统变得简单明了，但可编程控制器作为一种智能化的控制器，将其引入电梯控制系统中，为电梯的智能化、功能更加多样化提供广阔的发展空间。3. 学习意义电梯作为一种重要的垂直交通运输设备，又是比较复杂的机、电结合成一体的大型工业产品，既有完善的机械专用构造，又有复杂的电气控制部分。将PLC应用于电梯控制系统中，很好的体现了PLC的特点。以PLC控制电梯作为一个教学案例，可以提高学习者对可编程控制器的工作原理、特点、组成以及对外控制方式的认识。1.4 设计任务分析1.4.1 设计任务的主要要求在分析现代化高层建筑智能控制对电梯系统的要求、研究电梯系统控制要求、特点及PLC控制系统设计方法的基础上，设计五层楼房电梯PLC控制系统，实现要求的主要功能，达到要求的主要技术指标；主要的技术指标包括：（1）要求楼高五层；（2）可编程控制器采用欧姆龙CP1H系列；（3）设计所得的控制系统应能够实现五层五站电梯的基本运行功能，包括：电梯的稳定上下行、制动、楼层显示、内外呼梯信号的登记与消除等；（4）将设计所得的控制系统应用于PLC-M-I电梯模型应能够实现规定的控制动作。1.4.2 设计的主要内容1.分析现代化高层建筑智能控制对电梯系统的要求，研究电梯系统控制要求、特点及PLC控制系统设计方法。主要通过查阅相关资料分析当前对高层建筑电梯控制系统的要求，引出本次电梯控制系统设计的方向。之后分析PLC电梯控制系统的组成结构、控制方法，从而得出设计五层五站PLC电梯控制系统的理论基础。2.开展电梯PLC控制系统方案论证，分析设计要求和需求，提出电梯PLC控制系统方案。根据设计要求确定总体控制方案，由于设计要求使用欧姆龙CP1H系列的可编程控制器，所以控制系统的硬件组成应以由欧姆龙CP1H系列PLC为核心展开，输入按钮（包括呼梯按钮、开关门按钮）和楼层感应器组成输入回路，所有的指示灯以及上下行接触器、停层制动接触器组成输出回路，绘制输入输出接线图同时估计输入输出容量。软件方面根据控制要求结合欧姆龙PLC规定的编程规程进行各控制模块的编程，最后将各模块的程序综合起来。3. 可编程序控制器选型，建立输入输出分配表。根据输入输出容量，进行欧姆龙PLC的型号的选择，欧姆龙CP1H系列各型号PLC输入输出点数可以通过查阅相关手册，最终确定型号。同时进行I/O分配表的建立，以为程序编写做准备。4. 编制电梯控制程序。首先要确定各模块的控制算法和各模块实现的控制目标，同时确定各模块之间的联系。在此基础上梯形图语言的编写，具体包括以下模块：（1）开关门模块、（2）呼梯信号的产生与消除、（3）电梯定向环节、（4）稳定上下运行模块、（5）制动模块、（6）上电后的初始化模块。5.系统调试，验证设计。 主要结合给定的电梯模型PLC-M-I进行控制系统的调试和验证，最终完善系统的设计。 第二章 PLC的概述及电梯结构和控制原理的分析2.1 PLC的概述2.1.1 PLC的定义可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。因而在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一。 由于PLC在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。在二十世纪七十年代PLC问世后，由美国电气制造商协会(National Electric Manufacturer Association-EMA)对PLC下过如下的定义：PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。1987年2月国际电工委员会（International Electro technical Commission,IEC ）发布了可编程控制器标准草案第三稿，其中对PLC定义如下：可编程控制器是一种数字运算操作电子系统，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、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字、模拟的输入、输出，控制各类机械和生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。综上所述，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它有与其他顺序控制装置不同的特点。2.1.2 PLC的组成 PLC的型号、规格繁多。但主要由中央处理单元CPU、存储器、输入、输出、扩展口等部分组成如图2-1。1.中央处理单元CPUCPU是PLC的核心，其主要作用是：（1）接收从用户计算机或编程器输入的用户程序，并存入程序存储器中；（2）扫描并采集现场输入的开关状态和实时数据，并将其存入相应的数据寄存器；（3）进行逻辑运算和算术运算，并产生相应的控制信号去控制输出电路，实现程序规定的各种操作，并将执行结果送至输出端，以驱动PLC的外部负载；（4）通过故障自诊断程序，诊断PLC的各种运行错误以及PLC的内部电路和电源的故障，并通显示器显示相应的错误信息。2.存储器 PLC的存储器用来存放程序和数据，程序分为系统程序和用户程序。(1)系统程序存储器 该存储器存放系统程序(系统软件)。系统程序是PLC生产厂家所编写适用其CPU的程序，它是决定性能的关键。系统程序包括监控程序、解释程序、故障自诊断程序、标准子程序库及其他各种管理程序等。一般都固化在ROM或EPROM中，用户不能直接存取。系统程序用来管理、协调PLC各部分的工作，翻译、解释用户程序，进行故障诊断等。(2)用户程序存储器 该存储器用于存放用户程序。用户程序是用户为解决实际问题并根据PLC的指令系统而编制的程序，它通过计算机或编程器输入，经CPU存放入用户存程序储器。用户程序存储器和数据存储器固化在随机存储器的RAM中。(3)输入、输出单元输入输出接口是CPU与工业现场装置之间的连接部分，是PLC的重要组成部分。与微机的I/O接口工作于弱电的情况不同，PLC的I/O接口是按强电要求设计的，即其输入接口可以接受强电信号，其输出接口可以直接和强电设备相连接。对于小型PLC，厂家通常将I/O部分装在PLC的本体部分，而对于中、大型PLC，各厂家通常都将I/O部分做成可供选取、扩充的模块组件，用户可根据自己的需要选取不同功能、不同点数的I/O组件来组成自己的控制系统。为便于检查，每个I/O点都接有指示灯，某点接通时，相应的指示灯发光指示。用户可以方便地检查各点的通断状态。其中输入单元包括：输入接口电路、输入状态寄存器；输出单元包括：输出状态寄存器、输出锁存器、输出接口电路、功率驱动电路。（4）扩展单元 当主机上的I/O点数或类型不能够满足用户的要求时，主机可以通过I/O扩展端口连接基本的单元来增加I/O点数。另外I/O扩展口还可以连接各种特殊功能的扩展单元从而实现特殊的控制要求。2.1.3 PLC的特点1. 控制功能强PLC所采用的CPU一般是具有较强位处理功能的位处理机，为了增强其复杂的控制功能和通信联等管理功能，可采用双CPU的运行方式，使其功能得到极大的加强。2. 可靠性好从国内外使用PLC的实际情况来看，平均无故障率可以达到几万甚至几十万小时以上，这都源于以下原因。首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固，简化安装，使它易于抗振动冲击。同时，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如，在I/O电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，方便接地，又提高了抗干扰性能；各个I/O端口除采用了常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。3. 编程语言简单易学PLC采用梯形图编程语言，与早期的继电器控制图非常相似，非常清晰直观，了解机电控制的电气人员很容易学会。4. 适用于恶劣的工业环境 PLC采用封装的方式，适合于各种振动、腐蚀、污染、有毒气体等应用场合。5. PLC与外部设备连接方便 PLC采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，不同端子适合不同功能。例如，PLC的输入接口可以直接与各种设备（如按钮、传感器）连接，输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器、电磁阀等强电电气设备相连接，且接线简单、方便。6.易于扩展 通过增加扩展架使PLC可用于控制几个I/O点到几百个I/O点的控制系统。7. 性价比高和其他的控制方式相比，PLC控制系统的设计周期短。可以在实验室进行模拟调试，从而使现场的工作量大大减少，省时省力。本次设计便是一个很好的例子。2.1.4 PLC的工作原理及编程语言1.PLC的工作原理 PLC的基本工作如下：(1)输入现场信息：在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态；(2)执行程序：顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状念和指令内容进行逻辑或算术运算；(3)输出控制信号：根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。 上述过程执行完后，又重新开始也即是循环扫描的方式，反复地执行。每执行一遍所需要的时间称为一个扫描周期。PLC的扫描周期通常为几十毫秒。为了提高工作的可靠性，及时接收外来的控制命令，PLC在每次扫描期内，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的通信。当诊断无误或诊断结果处理后PLC才可以继续进行扫描。具体工作方式如图2-2所示。上电内部处理通信处理RUN方式？输入扫描执行程序输出处理NY图2-2 PLC工作原理图2.PLC的编程语言可编程控制器通过程序对系统进行控制，各种机型的PLC都有其自己的编程语言，其中最常用的编程语言包括梯形图（LD）、功能块图（FB）、顺序功能块图（SFC）、语句表（IL）、结构文本（ST）。由于本次设计主要用到梯形图语言，因此在下文中着重介绍梯形图语言。梯形图语言是一种图形语言，是若干图形符号的组合，其可以视为继电器控制电路的直观再现，如图2-3是一个继电控制电路和其对应的梯形图，但二者有着本质的区别，梯形图中的元件是PLC内部的编程软元件，而继电器控制电路中的元件是实物，在运行的过程中有实在的电流通过。SB2SB1 KM100.000.010.00KM100.00图2-3 梯形图与继电控制电路图的对比图 梯形图作为一种重要的编程语言有以下规则：（1）梯形图由多个梯级组成，每个梯级从左至右，从上至下排列；（2）梯形图各梯级由输入条件和输出结果组成；（3）一个梯级分为多个支路，每个支路可以有多个输入条件，但只能有一个输出结果；（4）每个梯级始于左母线，止于输出结果，右母线可以忽略；（5）输入条件安排在左侧，输出结果安排在右侧。2.2 电梯的组成结构如图2-4所示电梯的组成结构，从大的方面来说电梯可以分为机械传动和电气控制两大部分。电梯的机械传动系统由曳引系统、轿厢和对重装置、门系统、机械安全保护系统等组成。电梯的牵引系统是由曳引机、牵引钢丝绳、导向轮等组成, 牵引系统的功能是输出与传递动力,使电梯运行。轿厢和对重装置是用于运送乘客或货物的电梯组件。常见的电梯门是轨道式滑动门，轨道式滑动门在客梯常用中分式门及旁开式门。轿厢运行中无论何种原因使轿厢发生超速,甚至坠落的危险状况而所有其它安全保护装置均未起作用的情况下,则可以依靠限速器、安全钳(轿厢在运行途中)和缓冲器(轿厢到达终端位置)的作用可使轿厢停住而不致使乘客和设备受到伤害,现代电梯均有这些机械安全装置。电梯的电气控制部分主要包括外部呼梯盒、内部选层操作箱、平层感应装置、楼层显示装置、自动门机、曳引电动机等组成。电梯呼梯盒呼梯盒用以在每层站召唤电梯，通常安装在电梯厅门外，除基站与顶层外，每层均有上下两个呼梯按钮，例如本次设计的五层电梯，在一楼和五楼分别有一个上呼梯按钮和一个下呼梯按钮，其他楼层同时具备上下两个呼梯按钮。此外呼梯按钮具有记忆指示灯，只有当呼梯要求满足记忆指示灯才会熄灭。图2-4 电梯组成结构图内部选层操作箱操作箱安装在轿箱内，供乘客对电梯发布动作命令。其上面设有与电梯层站数相同的内选层按钮。以及开门关门按钮，急停按钮等。其中各楼层按钮类似于呼梯按钮，带有记忆指示灯。如图2-5所示为电梯的平层感应示意图，该部分装置是决定一个电梯舒适程度的重要组成部分，该装置主要由上下平层感应器和磁铁板组成。上行时上平层感应器插入隔磁铁板，发出减速信号，开始减速，当电梯继续上行到下平层感应器插入隔磁铁板时，PLC发出停层信号，电机停转，机械抱闸，同时延时发出开门信号。下行与之类似。楼层显示装置简称层图2-5 电梯平层感应示意图显，安装在每层站厅门的上方和轿箱内轿门的上方，用以指示电梯的运行方向及电梯所处的位置。过去常由低压灯泡构成，现多由LED组成，且与呼梯盒做成一体结构,本次设计中的电梯模型的层显用楼层感应指示灯代替。曳引电动机既是电梯机械传动部分的主要传动设备，同时也是电气控制部分的重要组成部分，电梯的运行、制动、变速最终均需要曳引电动机来实现。通常电梯的曳引电动机由双速笼型异步电动机来充当，本次设计中的电梯模型的曳引机为永磁直流电动机。自动门机用于完成电梯的开门与关门，电梯的门有厅门和轿门之分，只有当电梯停靠在某一站时，该站的厅门才可以打开（由电机拖动轿门，轿门带动厅门完成）；只有当轿门和厅门全部关闭后才允许启动运行（检修状态时，可以在不关门的状态下运行）一般自动门机由一个它励直流电动机结合电阻、电抗、行程开关等电气设备组成。2.3 电梯的控制原理分析宏观分析来看，一个完整的电梯的工作电路必然是由