五层电梯plc设计.doc

课程设计（论文） 题 目：PLC控制变频器调速系统设计与调试子 题：五层模型电梯PLC控制系统设计专 业： 自动化 指导教师： 学生姓名： 班级学号： 2010 年 7 月1日目 录目录-1课程任务书-2一、 绪论-3二、 设计目标-4三、 控制要求-4四、 设备选型论述-6五、 总体方案设计-8六、 硬件设计-9七、 设计-12八、 参考文献-18九、设计总结-19附录：电梯控制系统梯形图总图-20大连工业大学课程设计（论文）任务书专 业自动化班 级学号07316姓名王华题 目课题1：PLC控制变频器调速系统设计与调试子 题五层模型电梯PLC控制系统设计指导教师答疑教师设计时间2010年6月27 日至 2010 年 7月 3日 共 1 周设计要求设计（论文）的任务和基本要求，包括设计任务、查阅文献、方案设计、说明书（计算、图纸、撰写内容及规范等）、工作量等内容。设计要求：1、 设计出一套完整的PLC控制变频调速系统设计与调试系统。2、 完成PLC控制系统硬件系统流程图、接线图、工艺循环表、主电路图及其有关图纸（B5 AUTO CAD 3张）。3、 完成PLC控制系统梯形图软件的编制任务(T型图与助记符至少30行)。4、 在有条件情况下，通过试验调试初步验证其程序的正确性。写出调试报告。5、 完成控制系统设计说明书（报告）一份（不少于20页）。6、 参考文献至少10篇。指导教师签字： 系（教研室）主任签字：年 月 日一 绪论随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已和人们的日常生活密不可分。电梯现在已经广泛的被应用于高层住宅、大型公共建筑、工厂仓库等场所，这样节省了人力和时间，从而提高了工作效率。作为自动化专业的学生，在学习了继电控制及PLC的基础上，借助其他专业课的辅助，熟悉电梯的工作原理及其控制系统的工作原理，更深刻的认识、理解PLC的工作原理与现实意义。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：开关量逻辑控制，运动控制，闭环过程控制，数据处理，通信联网。影响电梯质量好坏的重要因数就是它的控制系统。传统的电梯自动控制：一是由继电器接触器进行控制，其缺点是触点多，接线复杂，故障率高，可靠性差，维护工作量大；二是由微机控制，其缺点是系统抗干扰能力弱；而本次课程设计则是采用PLC来实现对五层电梯的控制。采用PLC组成的控制系统能很好的解决上述问题：（1）用软件来实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高； （2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化； （3）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便增加或改变控制功能； （4）PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修； （5）用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率； （6）更改控制方案时不需改动硬件接线。这些均远远强于传统电梯的控制，使电梯的运行更加快捷、方便、安全。现在已成为目前电梯系统中使用最多的控制方式。因为时间有限、个人能力及专业水平有限，所以这次所设计的五层电梯控制只是对模型电梯的控制，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、轿箱内操作等指令信号进行管理和控制功能，不包括安全保护装置单元的设计。二 设计目标在学习PLC的基本原理与基本指令的基础上，掌握电气控制与PLC在工业控制中的应用与设计方法，既而通过设计由PLC控制的电梯控制系统，来实现五层模型电梯的无误操作运行：1)自动响应各个层楼召唤的信号(含上召唤和下召唤)；2)自动响应轿厢服务指令信号；3)自动完成轿厢层楼位置显示(二进制方式)；4)自动显示电梯运行方向；5)具有电梯直达功能和反向最远停站功能；三 控制要求 1.系统应具备:有司机、无司机、消防（本次不考虑）三种工作模式.2.系统应具备下列几项控制功能：1)自动响应层楼召唤信号(含上召唤和下召唤)2)自动响应轿厢服务指令信号3)自动完成轿厢层楼位置显示(二进制方式)4)自动显示电梯运行方向5)具有电梯直达功能和反向最远停站功能；3.系统提供的输入控制信号：AYS向上行驶按钮AYX向下行驶按钮YSJ有冼司机选择开关1YC一楼行程开关2YC二楼行程开关3YC三楼行程开关4YC四楼行程开关5YC五楼行程开关A1J一楼指令按钮A2J二楼指令按钮A3J三楼指令按钮A4J四楼指令按钮A5J五楼指令按钮AJ指令专用开关(直驶)ZXF置消防开关AlS一楼上召唤按钮A2S二楼上召唤按钮A2X二楼下召唤按钮A3S三楼上召唤按钮A3X三楼下召唤按钮A4S四楼上召唤按钮A4X四楼下召唤按钮A5X五楼下召唤按钮4.系统需要输出的开关控制信号:KM开门显示GM关门显示MGB关闭显示DCS上行显示DCX下行显示S上行继电器(控制电动机正转)X下行继电器(控制电动机反转)YX运行显示A LED七段显示器a段发光二极管B LED七段显示器b段发光二极管C LED七段显示器c段发光二极管D LED七段显示器d段发光二极管E LED七段显示器e段发光二极管F LED七段显示器f段发光二极管G LED七段显示器g段发光二极管1DJA一楼指令信号登记显示2DJA二楼指令信号登记显示3DJA三楼指令信号登记显示4DJA四楼指令信号登记显示5DJA五楼指令信号登记显示1DAS一楼上召唤信号登记显示2DAS二楼上召唤信号登记显示2DAX二楼下召唤信号登记显示3DAS三楼上召唤信号登记显示3DAX三楼下召唤信号登记显示4DAS四楼上召唤信号登记显示4DAX四楼下召唤信号登记显示5DAX五楼下召唤信号登记显示四 设备选型论述1 系统硬件选型a) PLC机型：OMRON-CJ1G-HPLC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如图1所示。系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。图1 PLC硬件结构1) 主机主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，另一类是用户程序及数据存储器。2) 输入/输出（I/O）接口I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出点数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。3) 电源图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。4) 编程编程是PLC利用外部设备，用户用来输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。通过专用的PC/PPI电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的软件进行电脑编程和监控。5) 输入/输出扩展单元I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出点数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。6) 外部设备接口此接口可将变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。b)变频调速器：OMRON-3G3RV变频器c)0.5KW三相交流异步电动机电机d)实验箱若干台2 系统软件选型OMRON-CX-Programmer软件利用PLC中的编程器编写梯形图来实现控制系统，梯形图在编写时需要注意以下几点：(1)触点的安排梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。(2)串、并联的处理在有几个串联回路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。在有几个并联回路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。(3)线圈的安排不能将触点画在线圈右边，只能在触点的右边接线圈。(4)不准双线圈输出如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。这时前面的输出无效，只有最后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。(5)重新编排电路如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等效电路，然后再进行编程就比较容易。(6)编程顺序对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段，每一段从最左边触点开始，由上之下向右进行编程，再把程序逐段连接起来。五 总体方案设计方案总体设计如图2所示：图2 系统总图六、 硬件设计1变频调速回路设计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、高速编码指令。2 输入输出回路设计输入输出单元为 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、门锁等单元构成。（1）输入单元为：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；（2）输出单元为：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。本次课程设计的控制要求只考虑了电梯的正常运行，即对各个楼层的呼叫能做出正确的反应，实现基本的功能，所以所要达到的动作要求如表一所示：表一：状态选择表动作厅外指示灯一楼一楼上召唤按钮A1SE6亮二楼二楼下召唤按钮A2XE10亮二楼上召唤按钮A2SE7亮三楼三楼下召唤按钮A3XE11亮三楼上召唤按钮A3SE8亮四楼四楼下召唤按钮A4XE12亮四楼上召唤按钮A4SE9亮五楼五楼下召唤按钮A5XE13亮轿内一楼指令按钮E1亮二楼指令按钮E2亮三楼指令按钮E3亮四楼指令按钮E4亮五楼指令按钮E5亮电梯上行E14亮电梯下行E15亮系统的PLC接线图设计如图3所示:CJ1G-H图3电梯控制系统PLC接线图七 软件设计 具体设计思路为：1 当按所有按钮时，对应的指示灯能对应显示亮；2 当电梯停于低于5楼时，按A5J，则电梯上升到5YC停止;3 当电梯停于五楼、四楼、三楼或二楼时，按A1J，则电梯下降到1YC停止；4 当电梯停于一楼，按A2J，则电梯上升到2YC停止；5 当电梯停于五楼，按A2J，则电梯下降到2YC停止；6 当电梯停于一楼，而二、三、四、五楼均有人呼叫时，电梯上升到2YC时停5秒，然后继续上升到3YC停5秒，继续上升到4YC停5秒，最后上升到5YC停止；7 当电梯停于三楼，而一楼、二楼均有人呼叫时，电梯下降到2YC时停5秒，然后继续下降到1YC停止；8 当电梯上升途中，任何反方向的下降信号无效；9 当电梯下降途中，任何反方向的上升呼叫无效；10 每层之间电梯运行时间为10秒；11 电梯可以实现直达功能，直达范围一楼至五楼，当电梯直行时，途中任何选层信号无效；12 选择一楼为基站层13 电梯可以到达的反向最远停站分别为一楼和五楼；根据电梯的控制要求，分析得出电梯控制系统的流程图如下图4所示：图 4 电梯控制系统流程图表二：I/O地址表输入信号输出信号名称代号地址号名称代号地址号一楼上呼A1S0.00电梯上行AYS2.00二楼上呼A2S0.01电梯下行AYX2.01二楼下呼A2X0.02电梯直行AJ2.02三楼上呼A3S0.03七段码A2.03三楼下呼A3X0.04B2.04四楼上呼A4S0.05C2.05四楼下呼A4X0.06D2.06五楼下呼A5X0.07E2.07一楼行程开关1YC0.08F2.08二楼行程开关2YC0.09G2.09三楼行程开关3YC0.10厅门开显示KMXS3.00四楼行程开关4YC0.11厅门关显示GMXS3.01五楼行程开关5YC0.12厅内指示灯E13.02厅门开到位SQ01.00厅内指示灯E23.03厅门关到位SQ11.01厅内指示灯E33.04下限强制减速SQ21.02厅内指示灯E43.05基站到位开关SQ31.03厅内指示灯E53.06上限强制减速SQ41.04上呼灯E63.07厅门开KM1.05上呼灯E73.08厅门关GM1.06上呼灯E83.09一楼指令按钮AJ11.07上呼灯E93.10二楼指令按钮AJ21.08下呼灯E103.11三楼指令按钮AJ31.09下呼灯E113.12四楼指令按钮AJ41.10下呼灯E123.13五楼指令按钮AJ51.11下呼灯E133.14电梯直行ZX1.12上行指示灯E143.15下行指示灯E152.11门关闭显示MGB2.10梯形图设计如图5所示：（a） 厅外呼叫显示设计图5-a 厅外呼叫显示梯形图 如上图所示，通过各个楼层的行程开关量来控制清除呼唤显示登记。（b）轿内指示灯显示设计图5-b 厅内显示设计如上图所示通过各个楼层的行程开关控制清除轿厢内指示灯登记记录(c)电梯运行设计图5-c 电梯运行控制系统梯形图八 参考文献1 祖龙起 继电控制及可编程序控制器应用技术 大连工业大学 20092 俞国亮 PLC 原理与应用 清华大学出版社 2005 3 王少华 PLC、变频器在电梯中的应用 电气技术 20074 刘载文、李毫升、钟亚林 电梯控制技术 电子工业出版社 19965 OMRON3G3JV用户手册 欧姆龙（中国）有限公司 20026张进秋 可编程控制器原理及应用实例 机械工业出版社 20037邓则名 电器与可编程控制器应用技术 机械工业出版社 19978刘剑 电梯电气设计 中国电力出版社 2006 9贾德胜 PLC应用开发实用子程序 人民邮电出版社 2006 10胡学林 可编程控制器教程（实训篇） 电子工业出版社 2004 11高钦和 可编程控制器应用技术与设计实