五层电梯的PLC控制.doc

甘肃畜牧职业技术学院课 程 设 计 说 明 书 课程设计名称： 题 目： 五层电梯PLC控制 学 生 姓 名： 杨重宝 张博祥 专 业： 机电一体化 学 号： 指 导 教 师： 杨志辉 日期：2013年10月18日31目 录目 录1毕业论文（设计）任务书3开题报告4一、目的和意义：4二、国内外现状和发展趋势：4三、内容、途径及方法：5四、思路：5五、参考文献：5六、步骤与进度：5七、协作单位：6摘 要7关键字8第一章.绪论91.1 电梯控制技术的发展状况91.2 课题来源及意义91.3 FX2N-48MR可编程控制器的介绍101.4 PLC的工作原理10第二章 电梯的组成系统及功能122.1 电梯的整体结构122.2 电梯工作原理122.3电梯的电力拖动系统132.4 PLC控制电梯的输入、输出部分132.5 电梯的运行功能142.6 硬件系统（I/O）端口描述15第三章. 电梯软件系统的设计173.1层楼信号的控制173.2轿厢内楼层选择的控制173.3电梯上、下行呼叫的控制183.4电梯上、下选向的控制193.5 电梯楼层号的数码管显示203.6电梯主程序梯形图21第四章.总 结22参考文献23致 谢24附录1：电梯模拟结构25附录2：电梯主程序26毕业论文（设计）任务书学生姓名何先明专业班级电气自动化技术0702班指导教师李先山论文题目五层电梯的PLC控制研究的目标、内容及方法目标：用PLC控制五层电梯内容：（1） 可以实现上行呼叫与下行呼叫，可以实现轿厢内的任意选层。（2） 要具备轿厢所在楼层的显示。（3） 任意层有呼叫时都可实现呼叫显示及应答。（4） 具备紧急停车及报警。方法：（1） 软件，硬件配合完成该控制系统。（2） 理论联系实际，以实物作为参考物。分阶段完成的工作（1）查资料，列举方案 13年09月下旬（2）实验验证阶段 13年10月上旬（3）硬件装配并验证 13年10月下旬（4）编写软件并调试 13年11月上旬（5）准备毕业论文书写，答辩 13年11月下旬系（部）主 任意 见开题报告一、目的和意义： 研究目的设计一个用PLC编程语言控制的五层楼电梯。程序实现五层电梯上行呼叫与下行呼叫，实现轿厢内任意选层。具备轿厢所在楼层的显示。通过对五层电梯的编程的设计、安装与调试，熟练掌握各种PLC程序编程方法、调试方法、以及各种电路的接线，熟悉PLC软件编程的操作方法等知识。通过对系统设计结果的理论分析，加强理论联系实际的工作能力，对加强PLC编程控制电路原理与技术方法的掌握，得到全面的、系统的训练，为今后从事本专业工作奠定坚实的技术基础。 研究意义五层楼PLC编程控制系统是一个典型的PLC编程控制系统，过去电梯的电器控制系统采用的是继电接触器控制系统。由于系统点触多，工作可靠性差，事故率高，所以人们又研制了单片机控制系统。但是，单片机控制系统抗干扰能力差。三菱可编程控制器是日本三菱公司研制的一种新型可编程控制器，它具有工作可靠，功能强，存储容量大，编程方便，输出端可直接驱动2A的继电器或接触器的线圈，抗干扰能力强等优点。因此，它能够满足电梯对电气控制系统的要求。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。二、国内外现状和发展趋势：电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。1889年，美国奥迪斯升降机公司推出的世界上第一部以电动机为动力的升降机，同年在纽约市的马累特大厦安装成功。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯控制系统提出了更高的要求。传统的电梯运行逻辑控制系统采用继电器逻辑控制线路。这种控制线目前，由可编程序控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。总之， PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。三、内容、途径及方法：研究内容：（1）可以实现上行呼叫与下行呼叫，可以实现轿厢内的任意选层。（2）要具备轿厢所在楼层的显示。（3）任意层有呼叫时都可实现呼叫显示及应答。（4）具备紧急停车及报警。研究途径： （1）软件硬件配合完成该控制系统。（2）理论联系实际，以实物作为参考物。四、思路：通过辅助继电器M和时间继电器T对各层的选择呼叫进行分类控制。同时控制轿厢内指令信号的登记、记忆与消除，厅外召唤信号的登记、记忆与消除，顺向和反向运行等。五、参考文献：1.张成.机电一体化设计手册M.江苏科学技术出版社.19962.周君.电梯结构原理与安装维修M.机械工业出版社.19983.王兆义.小型可编程控制器实用技术M.机械工业出版社.19974.万太福.可编程控制器及其应用M.重庆大学出版社.19945.陈立定.电气控制与可编程控制器M.华南理工大学出版社.200l6.刘载文.电梯控制技术M.北京.电子工业出版社.1996六、步骤与进度：. 查资料，列举方案 09月下旬. 方案验证阶段 10月上旬. 系统调试验证阶段 10月下旬. 编写软件并调试 11月上旬. 准备毕业论文书写、答辩 11月下旬七、协作单位：学院PLC实验室。所要解决本课题的主要问题是：基于PLC的五层楼编程控制的开发和仿真，以及PLC的设计、制作和调试。摘 要电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。由于传统的电梯运行控制系统采用的是继电器逻辑控制线路。采用这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。从技术发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。本题目将可编程序控制器(PLC)应用于5层电梯控制系统的设计，大大提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，延长了使用寿命，同时缩短了电梯的开发周期。介绍了三菱公司FX2N-48MR系列可编程控制器在电梯控制系统中的应用，给出了可编程控制器控制电梯系统的硬件组成和软件设计。程序主要实现门外呼叫信号，轿厢内选层信号和停层信号的登记与消除。使得电梯的可靠性和效率大为提高，有广阔的发展前景。Abstract Elevator high-rise building is an indispensable means of transport in the vertical direction. As the traditional operation of the elevator control system is used in relay logic control circuits. This control line, there is a failure easy to maintain inconvenience, a shorter operational life, space, and other major shortcomings. From a technical point of view of development, this system will be gradually phased out. This article PLC (PLC)-5 applies to the elevator control system design, greatly enhanced the reliability of the elevator, maintainability, as well as the flexibility to extend the useful life of the elevator at the same time shorten the development cycle. Mitsubishi introduced the series FX2N-48MR PLC in the elevator control system, gives the PLC elevator control system hardware and software design. The main switch doors procedures to achieve control, call sign outside, inside the car to stop and call sign of the signal layer and the elimination of registration. Elevator makes the reliability and efficiency greatly improved, there are broad prospects for development.关键字PLC； 电梯控制； 程序设计Key Words: PLC; Elevator Control; Program design第一章.绪论1.1 电梯控制技术的发展状况电梯雏形是公元前1115年至1079年之间我国劳动人民发明的辘轳。1852年，世界上第一台电梯诞生了。在德国柏林，人们制成人类历史上最早也是最简单的电梯用电动机拖动提升带动一只木匣子，也就是最原始的轿厢上下运行，既没有导轨，也没有任何安全装置。该电梯用来运送粮食与其他物料。以后，在美国出现了以蒸汽机为动力的客梯，成功地将蒸汽机技术应用于垂直输送工具。但是，根本问题是这些升降梯没有安全装置。纵观电梯的发展，电梯控制技术大体可分为八个发展阶段：司机控制（手柄开关控制）、按钮控制、微驱动平层控制、集选控制、交流双速控制、直流变压调速控制、交流调速控制和电脑控制。而目前，电梯控制技术正向高性能方向发展。就现在来说，控制技术向高性能发展的电梯主要有：可控硅供电直流高速电梯，交流调速电梯，VVVF控制的交流高速电梯，电脑控制电梯。我国的电梯事业也从无到有。解放前，我国没有电梯制造业，只有美国奥迪斯在我国设有维修点。当时，我国约有2000台电梯。1932年在上海大新公司安装的两台单人自动扶梯是我国最早使用的自动扶梯，也是当时全国仅有的两台自动扶梯。新中国成立后，首先建立了上海电梯厂，开始生产电梯。以后，随着电梯行业的发展，我国有14家电梯厂能生产客梯、货梯、医用梯及杂务梯。1959年，上海电梯厂生产了我国第一批双人自动扶梯，用于北京新火车站。1976年，上海电梯厂生产了我国第一批100m长的自动人行道，用于首都机场。电梯行业蓬勃发展是在党的十一届三中全会以后。目前我国已有电梯生产厂200余家，可以生产各种类型的电梯。通过引进国外先进技术，成立多家合资企业：如中国迅达、上海三菱、天津奥的斯等电梯公司，使我国的电梯制造技术大大提高，在控制技术和驱动技术方面都达到了国际先进水平。我国电梯制造业40余年走完了国外100余年的路程。 1.2 课题来源及意义电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。1889年，美国奥迪斯升降机公司推出的世界上第一部以电动机为动力的升降机，同年在纽约市的马累特大厦安装成功。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯控制系统提出了更高的要求。传统的电梯运行逻辑控制系统采用继电器逻辑控制线路。这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。从技术发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。目前，由可编程序控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。总之，电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应电梯控制的要求和发展，与PLC相比较，存在着质的差别。电梯使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的电梯控制系统，而现在，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。1.3 FX2N-48MR可编程控制器的介绍FX2N-48MR可编程控制器是48点I/O板式小型可编程控制器，是带有48路I/O、4路AD、2路DA、RS232C通信接口、扩展接口的一体化小型可编程控制器，可灵活运用在各种工业自动控制场合。1.4 PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。它一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。第二章 电梯的组成系统及功能2.1 电梯的整体结构召唤厢及指层器控制柜曳引钢丝绳轿门曳引机限速器轿厢架轿厢体导轨对重缓冲器厅门随行电缆限速器涨紧图2-1电梯的一般整体结构主要由：控制柜、曳引钢丝绳、轿门、随行电缆、厅门、曳引机、限速器、轿厢体、轿厢架、导轨、对重、缓冲器、召唤厢及指层器等组成。整体结构图如2-1图所示：2.2 电梯工作原理曳引驱动是轿厢和对重装置利用曳引轮通过钢丝绳连接，由钢丝绳和曳引轮绳槽之间的摩擦力驱动轿厢和对重上下运行。这种力称为曳引力，这种驱动形式的电梯称为曳引电梯。如下图2-2所示：图2-22.3电梯的电力拖动系统本设计电梯的电力拖动系统流程图如下2-3图所示：2.4 PLC控制电梯的输入、输出部分PLC输出（0）端子输入（I端子召唤指示指令指示层楼指示报警器召唤按钮指令按钮图2-4电梯的PLC控制主要是由PLC的CPU控制其输入与输出，输入主要有召唤按钮、指令按钮等，输出主要有召唤按钮、指令按钮、层楼指示、报警器等，其整体控制结构图如2-4图所示：2.5 电梯的运行功能一楼去五楼，去四楼，去三楼，去二楼，去二三楼，去二四楼，去二五楼，去三四楼，去三五楼，去四五楼，去二三四五楼，去二三四楼，去二三五楼，去三四五楼，去二四五楼。二楼去一楼，去三四五楼，去三四楼，去三五楼，去四五楼。三楼去一楼，去二楼，去二三楼，去四楼，去五楼，去四五楼。四楼去五楼，去一楼，去二楼，去三楼，去一二楼，去一三楼，去二三楼，去一二三楼。五楼去一楼，去二楼，去三楼，去四楼，去一二楼，去一三楼，去一四楼，去二三楼，去二四楼，去三四楼，去二三四楼，去一二三楼，去一二四楼，去一三四楼，去一二三四楼。上行过程中不能应答下行呼叫，下行过程中不能应答上行呼叫。2.6 硬件系统（I/O）端口描述端口描述按表1和图2所示：名称输入点名称输出点五层内选择按钮S5X000五层指示灯L5Y000四层内选择按钮S4X001四层指示灯L4Y001三层内选择按钮S3X002三层指示灯L3Y002二层内选择按钮S2X003二层指示灯L2Y003一层内选择按钮S1X004一层指示灯L1Y004五层下呼按钮D5X005轿厢下降指示DOWNY005四层下呼按钮D4X006轿厢上升指示UPY006三层下呼按钮D3X007五层内选指示SL5Y007二层下呼按钮D2X010四层内选指示SL4Y010一层上呼按钮U1X011三层内选指示SL3Y011二层上呼按钮U2X012二层内选指示SL2Y012三层上呼按钮U3X013一层内选指示SL1Y013四层上呼按钮U4X014一层上行呼叫指示UP1Y014一层行程开关SQ1X015二层上行呼叫指示UP2Y015二层行程开关SQ2X016三层上行呼叫指示UP3Y016三层行程开关SQ3X017四层上行呼叫指示UP4Y017四层行程开关SQ4X020二层下行呼叫指示DN2Y020五层行程开关SQ5X021三层下行呼叫指示DN3Y021四层下行呼叫指示DN4Y022五层下行呼叫指示DN5Y023表1FX2N48MR图22.7电梯的模拟结构图由于论文正文的篇幅有限，所以电梯的模拟结构图见附录1所示：第三章. 电梯软件系统的设计电梯在一，二，三，四，五层楼分别设置一个行程开关，在轿厢内设置五个楼层的内选按钮，在行程开关SQ1，SQ2，SQ3，SQ4，SQ5都断开的情况下，呼叫不起作用。3.1层楼信号的控制层楼信号控制的过程：在层楼的控制过程中，每层都有一个行程开关，即SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5,当按下一楼的行程开关SQ1时在楼层显示的数码管上显示1，或者一楼的楼层指示灯点亮，同样当按下二楼、三楼、四楼、五楼的行程开关SQ2、SQ3、SQ4、SQ5时在数码管上显示相对应的楼层号，或者与其相对应的楼层指示灯点亮。 层楼信号梯形图如下图3-1所示：图3-13.2轿厢内楼层选择的控制轿厢内楼层选择的控制过程：在轿厢内楼层选择的控制过程中，轿厢内对每层都有一个选层开关。即S5、S4、S3、S2、S1,当按下某一个楼层选项按钮时，则所选楼层对应的厢内楼层指示灯点亮。轿厢内楼层选择的梯形图如下图3-2所示：图3-23.3电梯上、下行呼叫的控制 电梯方向控制的原则.轿内优先于厅外信号而定向。.电梯要保持最远层楼召唤信号的方向运行。.在司机操作时，电梯要有“强迫换向”功能。.电梯要有检修选向功能电梯上、下行呼叫控制的过程：在电梯上、下行呼叫的控制过程中，电梯除底层（一层）有上行呼叫和最高层（五层）有下行呼叫按钮外，其余每层都有上、下行的呼叫按钮，即U1、U2、U3、U4为上行呼叫按钮，D5、D4、D3、D2为下行呼叫按钮，假如按下上行呼叫的某一按钮时，则所对应的上行呼叫指示灯点亮，且电梯上行。如若按下下行呼叫的某一按钮时，则所对应的下行呼叫指示灯点亮，电梯便下行。上行控制梯形图如下图3-3a所示：图3-3a(4)下行控制梯形图如下图3-3b所示:图3-3b3.4电梯上、下选向的控制 电梯上、下选向的控制过程：在电梯上、下选向控制的过程中，电梯按上、下呼叫请求的先后顺序和单向运行完成后再执行反向运行的原则进行上、下选向，当输出常开触电Y7、Y10、Y11、Y12、Y15、Y16、Y17、Y20、Y21、Y22、Y23中的任一个触点带电闭合， 则线圈Y6得电，电梯的上行指示灯点亮，如若Y10、Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16、Y17、Y20、Y21、Y22中任一常开触点得电闭合，则线圈Y5得电，电梯的下行指示灯点亮。上选向控制梯形图如下图3-4a所示：图3-4a下选向控制梯形图乳下图3-4b所示：图3-4b3.5 电梯楼层号的数码管显示电梯楼层号数码管显示的控制过程：在电梯楼层号数码管显示控制的过程中，电梯每层都有一个行程开关（SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5），当其中某一层的行程开关闭合时便在数码管上显示相应的楼层号。电梯楼层号的数码管显示梯形图如下图3-5所示：图3-53.6电梯主程序梯形图由于论文的正文篇幅有限，所以电梯的主程序梯形见附录2所示：第四章.总 结本次设计我们以小型客运电梯为主要研究对象，采用可编程控制器对电梯系统进行控制。主要包括硬件和软件两大部分，程序主要包括控制轿厢内指令信号的登记、记忆与消除，厅外召唤信号的登记、记忆与消除，选层定向，顺向和反向运行等。在两个月设计的时间里，首先使我对PLC的编程和控制技术有了很大程度的提高，开始时李老师给了我们关于五层电梯的参考文献，我们通过参考文献和李老师不断反复的讲述和演练一步一步进行程序的编写和修改.及模拟。在编写程序的过程中我们遇到了：1. 电梯系统没有开关门，在多层选择中，中间层轿厢