基于plc三层电梯控制设计.doc

1 课课 程程 设设 计计 题题 目：目： 三层货用电梯控制三层货用电梯控制 姓姓 名名: 黄哥黄哥 呵呵呵呵 班班 级级: 学学 号号: 指指 导导 教教 师：师： 所所 在在 院院 系：系： 机械系机械系 完完 成成 日日 期：期： 20102010 年年 7 7 月月 1414 日日 答答 辩辩 日日 期：期： 20102010 年年 7 7 月月 1515 日日 2 摘要摘要 本论文阐述了可编程控制器 PLC 在电梯控制系统中的应用，介绍了 3 层 货用电梯的 PLC 控制系统的总体设计方案、设计过程、组成，列出了具体的主 要硬件电路、I/O 分配表、电梯的控制梯形图及指令表。在分析处理随机信号逻 辑关系的基础上，指出了 PLC 的编程方法， 设计了一套完整的电梯控制系统方案。 关键字：关键字：PLC 电梯控制电梯控制 程序设计程序设计 梯形图梯形图 3 目录目录 摘要摘要 .2 第第 1 1 章、概述章、概述 .4 11 电梯的控制系统及特点.4 12 方案的确定.6 1.3 控制要求分析.6 第第 2 2 章、输入输出信号分析章、输入输出信号分析 .8 2.1 电梯输入信号及其意义.8 2.2 电梯输出信号及其意义：.9 第第 3 3 章、硬件设计章、硬件设计 .10 3.1 输入输出端子分配.10 3.2 选型.11 3.3 硬件/接线图.11 第第 4 章、软件设计章、软件设计 .13 第第 5 5 章、总结章、总结 .24 致谢致谢 .25 参考文献：参考文献： .25 4 第第 1 1 章、概述章、概述 随着人口的增加，科学技术日新月异地发展，人们物质文化生活水平的逐 步提高，建筑业得以迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起，十几层至几十层的 宾馆、饭店、办公楼、住宅楼鳞次栉比。伴随建筑业的发展，为建筑内提供上 下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。电梯已不仅是一种生产环节中 的重要设备，更是一种工作和生活中的必需设备，完全可以预想到，随着社会 的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将和汽车一样，成为重要的运 输设备之一。 1 11 1 电梯的控制系统及特点电梯的控制系统及特点 对于电梯的控制，可选用继电器控制系统、微机控制系统、可编程控制器 (即 PLC)系统来完成 ，但三者各有自己的特点。 继电器控制系统 在工农业、交通运输业等部门中，使用着各种各样的生产机械，它们大都 以电动机作为动力进行拖动。电动机是通过某种自动控制方式来进行控制的， 最常见的是继电器控制方式。其作用是:实现对电力拖动系统的启动、调速、反 转和制动等运行性能的控制；实现对拖动控制系统的保护，满足生产工艺的要 求；实现生产过程自动化。 在电梯的控制中，继电器控制系统有以下优点： （1） 、所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路简单，电路图较直观形象， 易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人掌握。 （2） 、系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。 （3） 、大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。 （4） 、多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资 料图纸齐全，熟悉掌握的人员较多。 尽管继电器控制系统有以上很多优点，但电梯继电器控制系统仍存在许多问题， 5 主要有： （1） 、系统触点繁多，接线复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而 故障率较高。 （2） 、普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控 制功能不易增加，技术水平难以提高。 （3） 、由于采用固定接线形式，通用性和灵活性较差，不易改变。 （4） 、系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。 （5） 、由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高，而且检 查故障困难，费时费工。 电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成 停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成 电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。 微机控制系统 随着计算机技术的发展，微型计算机在工业控制系统中得到了广泛的应用。 在电梯控制上采用微型计算机控制方式越来越受到人们的重视。微机的功能很 多，在电梯的控制上主要作用是：取代全部或部分的继电器；取代传统选层方 法，结合光电编码器实现了数字选层；实现复杂的调配管理。 微机控制系统用于电梯的控制中，有许多优点，如下所示： （1） 、采用无触点逻辑线路，以提高系统的可靠性，降低维修费用，提高产品 质量。 （2） 、可改变控制程序，灵活性大；可适应各种不同的要求，实现控制自动化。 （3） 、可实现故障显示及记录，使维修简便，减少故障时间，提高运行效率。 （4） 、微机控制装置体积小，可减少控制装置占地面积。 （5） 、用微机实现群控管理，合理调配电梯运行效率，节约能源。 采用微机控制系统，电梯附加功能的实现，主要依靠软件来实现，这就要求工 作人员对程序的掌握很熟悉，而这恰恰是我国的薄弱之处。 可编程控制器系统可编程控制器系统 在当今时代由于工业自动化程度的不断提高对自动化控制的要求也日趋增 6 加，PLC 则能在很大程度上很广的范围内实现自动化控制。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，使其在设计上有许多特点。 （1） 、可靠性高，抗干扰能力强； （2） 、编程方法简单、直观； （3） 、体积小、耗能低、重量轻； （4） 、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强； （5） 、控制程序可变，具有良好的柔性； （6） 、维修工作量小、维护方便； （7） 、接口模块功能强、品种多。 1 12 2 方案的确定方案的确定 对于电梯的各种控制系统，它们各有千秋。经过多方面的考虑，我选择用 可编程控制器来完成本次课程设计三层货用电梯的控制。 1.31.3 控制要求分析控制要求分析 本次货用电梯的控制要求有： （1） 、一台电动机控制上升和下降； （2） 、有厅外上/下呼叫按钮； （3） 、电梯到位后有手动或自动开关门功能； （4） 、电梯内有楼层指令键；开关门按键； （5） 、电梯内外有方向指示灯及电梯当前层号指示灯； （6） 、电梯有超重铃声； （7） 、有呼叫指令登记信号； （8） 、当电梯停止工作时，电梯位于基层一楼； （9） 、有检修电路； 7 （10） 、据轿厢所处位置及目标楼层，判定轿厢运行方向，将轿厢停在选定 的楼层上； （11） 、根据楼层的呼叫，顺路停车；电梯接收到多个信号时，采用首个信 号定向，同向信号先执行，一个方向任务全部执行完后再换向。 8 第第 2 2 章、输入输出信号分析章、输入输出信号分析 2.12.1 电梯输入信号及其意义电梯输入信号及其意义 厅外呼梯信号 厅外呼梯信号有 个，分别由 SB1SB4 四个呼梯按钮产生。按呼梯按 钮，表示电梯外乘客欲乘电梯。SB1 为一层上升呼叫按钮，SB2 为二层上升呼 叫按钮，SB3 为二层下降呼叫按钮，SB4 为三层下降呼叫按钮。 轿厢内楼层指令信号 轿厢内楼层指令信号有 3 个，分别由 SB5SB7 三个指令按钮产生。SB5 为一楼轿厢内楼层指令按钮，SB6 为二楼轿厢内楼层指令按钮，SB7 为三楼轿 厢内楼层指令按钮。按某按钮，表示电梯内乘客欲往相应楼层 。 开关门信号 开关门信号由开关门按钮产生，开门按钮为 SB8，关门按钮为 SB9。 位置信号 位置信号由安装于电梯停靠位置的个行程开关 SQ1SQ产生。平时为 OFF，当电梯运行到该位置时为 ON。SQ1 为一层到位行程开关，SQ2 为二层到 位行程开关，SQ3 为三层到位行程开关。 检修信号 该信号由检修开关 SB10 产生，表示电梯出现故障时，按检修按钮，电梯 进入检修状态。 电梯载重超重检测 该信号用来检测轿厢负荷，判断电梯是否处于超重状态；由电梯载重超限 检测压力继电器 KP 产生。 电动机过载保护热继电器 电动机过载保护，由热继电器 FR 产生。 总停开关 当电梯不需要工作或出现紧急情况时按下总停按钮 SB11 可使电梯回到基 层，即一楼。 9 开关门到位检测信号 该信号由安装在电梯门上的两个行程开关 SQ4 和 SQ5 产生，平时为 OFF，门位于该位置时为 ON；其中 SQ4 为开门到位行程开关，SQ5 为关门到 位行程开关。 2.22.2 电梯输出信号及其意义：电梯输出信号及其意义： 电梯的上行和下行 电梯的上下行由控制电梯正反转的两接触器控制，KM1 为电动机正转接触 器控制电梯上行，KM2 为电动机反转接触器，控制电梯下行。 指令登记信号 指令登记信号有 个，分别由 HLHL三个指示灯组成，表示相应 的指令信号已被接受（登记） 。指令执行完后，信号消失（消号） 。例如，电梯 在二楼，按“三”表示电梯内乘客欲往三楼，则 HL7 亮表示该要求已被接受。 电梯向上运行到三楼停靠，此时 HL7 灭。 呼梯登记信号 呼梯登记信号有个，分别由 HL1HL四个指示灯组成，其意义与上 述指令登记信号相类似。 运行方向信号 运行方向信号有两个，由两个箭头指示灯组成，显示电梯运行方向。HL8 表示电梯上升方向，HL9 表示电梯下降方向。 楼层数显信号 该信号表示电梯目前所在的楼层位置。由七段数码显示构成， LEDaLEDg 分别代表各段笔划。 电梯超重报警电铃 该信号表示电梯目前所承受的负载已超过了所规定的负载值，需减轻货物 重量后电梯才正常运行。由警铃 HA 发生。 10 第 3 章、硬件设计 3.13.1 输入输出端子分配输入输出端子分配 由输入输出信号的分析及意义可得 PLC 输入输出端子分配如下表所示： 输入/输出端子 输入信号输出信号 名称代号 编号名称代号编号 一层厅外上升呼梯 按钮 SB1 X000 电动机正转接触 器 KM1Y000 二层厅外上升呼梯 按钮 SB2 X001 电动机反转接触 器 KM2Y001 二层厅外下降呼梯 按钮 SB3 X002 一层上呼指令 登记 HL1Y002 三层厅外下降呼梯 按钮 SB4 X003 二层上呼指令 登记 HL2Y003 轿厢内一楼楼层指 令按钮 SB5 X004 二层下呼指令 登记 HL3Y004 轿厢内二楼楼层指 令按钮 SB6 X005 三层下呼指令 登记 HL4Y005 轿厢内三楼楼层指 令按钮 SB7 X006 一楼指令登记HL5Y006 开门按钮SB8X007二楼指令登记HL6Y007 关门按钮SB9X010三楼指令登记HL7Y010 一层到位行程开关SQ1X011电梯开门电磁铁YA1Y011 二层到位行程开关SQ2X012电梯关门电磁铁YA2Y012 三层到位行程开关SQ3 X013 上行指示灯HL8Y013 检修开关SB10X014下行指示灯HL9Y014 电梯载重超重检测KP X015 电梯超重报警电 铃 HAY015 电动机过载保护热 继电器 FR X016 AY016 总停开关SB11X017BY017 开门到位行程开关SQ4X020CY020 关门到位行程开关SQ5X021DY021 EY022 FY023 七段码 GY024 11 3.23.2 选型选型 由输入输出端子分配表知：输入信号有个，考虑到有 15%的备 用点，即(1+15%)=20.7，取整为 21 因此共需 21 个输入点；输出信号有 21 个，考虑到有 15%的备用点，即 21(1+15%)=24.15，取整为 25,从经济角度 考虑可选用 FX2N-48MR-001 型号的 PLC 芯片。 3.33.3 硬件硬件/ /接线图接线图 硬件/接线图如下所示： 12 硬件/接线图 13 第第 4 章、软件设计章、软件设计 梯形图及原理分析梯形图及原理分析 1） 、开关门控制开关门控制 开关门控制过程如下： 开门控制 电梯停止运行后，按开门按钮 SB8，X007 接通，Y011 得电，开门电磁铁 吸合直至门完全打开，完成手动开门控制；电梯停止运行时，某楼层行程开关 触点闭合，若 5 秒后开门按钮仍不动作，则定时器 T0 线圈得电，使 Y011 得电， 开门电磁铁吸合直至门完全打开，完成自动开门控制；且优先响应手动开门控 制。M1 为电梯运行检测，由于 M1 常闭触点的接入，开门动作必须是在电梯完 全停止的状态下进行。 关门控制 按关门按钮 SB9，Y012 得电，关门电磁铁吸合，门完全关闭时，关门到位 行程开关闭合，X021 常闭触点断开，Y012 失电，完成手动关门控制； 开关门控制子程序梯形图如下所示： 由梯形图可得指令表如下所示： 14 2)、电梯运行控制、电梯运行控制 电梯的运行有楼层层内指令和厅外呼叫指令，控制过程分别说明如下： 楼层层内指令 （1） 、电梯停在一楼时，一层到位行程开关闭合，X011 接通。按下二层指令按 钮，X005 闭合，Y000 线圈得电并且自锁，电动机正转接触器接通，控制电梯 上行，上升至二楼时电梯停止运行，到达了目的地；若按下三层指令按钮， X006 接通，Y000 线圈得电并且自锁，电动机正转接触器接通，控制电梯上行， 上升至三楼时电梯停止运行，到达了目的地。 （2） 、电梯停于二楼时，二层到位行程开关闭合，X012 接通。按下三层指令按 钮，X006 闭合，Y000 线圈得电并且自锁，电动机正转接触器接通，控制电梯 上行，上升至三楼时电梯停止运行，到达了目的地；若按下一层指令按钮， X004 接通，Y001 线圈得电并且自锁，电动机反转接触器接通，控制电梯下行， 15 下降至一楼时电梯停止运行，到达了目的地。 （3） 、电梯停于三楼时，三层到位行程开关闭合，X013 接通。若按下二层指令 按钮，X005 接通，Y001 线圈得电并且自锁，电动机反转接触器接通，控制电 梯下行，下降至二楼时电梯停止运行，到达了目的地。若按下一层指令按钮， X004 接通，Y001 线圈得电并且自锁，电动机反转接触器接通，控制电梯下行， 下降至一楼时电梯停止运行，到达了目的地。 厅外呼叫指令 Y002 接通，一楼上升呼叫指示灯 HL1 点亮；Y003 接通，二楼上升呼叫指 示灯 HL2 点亮；Y004 接通，二楼下降指示灯 HL3 点亮；Y005 接通，三楼下 降指示灯 HL4 点亮。 （1） 、电梯停于一楼时，一层到位行程开关闭合，X011 接通。若有二楼上升呼 叫信号，Y003 接通，Y000 线圈得电并且自锁，电动机正转接触器接通，控制 电梯上行，上升至二楼时电梯停止运行，到达了目的地；若有三层下降呼叫信 号，Y005 接通，Y000 线圈得电并且自锁，电动机正转接触器接通，控制电梯 上行，上升至三楼时电梯停止运行，到达了目的地。 （2） 、电梯停于二楼时，二层到位行程开关闭合，X012 接通。若有三层下降呼 叫信号，Y005 接通，Y000 线圈得电并且自锁，电动机正转接触器接通，控制 电梯上行，上升至三楼时电梯停止运行，到达了目的地；若有一楼上升呼叫信 号，Y002 接通，Y001 线圈得电并且自锁，电动机反转接触器接通，控制电梯 下降，下降至一楼时电梯停止运行，到达了目的地。 （3） 、电梯停于三楼时，三层到位行程开关闭合，X013 接通。若有二楼下降呼 叫信号，Y004 接通，Y001 线圈得电并且自锁，电动机反转接触器接通，控制 电梯下降，下降至二楼时电梯停止运行，到达了目的地。若有一楼上升呼叫信 号，Y002 接通，Y001 线圈得电并且自锁，电动机反转接触器接通，控制电梯 下降，下降至一楼时电梯停止运行，到达了目的地。 无论是楼层指令信号还是厅外呼叫信号，都必须在电梯关门到位、非超重状态 下才有效，由辅助继电器 M4 控制。 电梯运行控制梯形图如下所示： 16 由梯形图可得指令表如下： 17 18 3 3） 、楼层显示控制、楼层显示控制 控制过程说明如下：X011、X012、X013 为个楼层行程开关，M1 为运行检测， 电梯运行时，M1 得电。 19 当电梯到达一层且停止时，X011 接通，Y017 和 Y020 得电，接通七段数码 管的 B 和 C，显示一层，且电梯运行过程中，由于 M1 常闭触点的存在不显示楼 层。 同理，当电梯到达二层且停止时，由七段数码管显示二层；当电梯到达三 楼且停止时，由数码管显示三层。 楼层显示控制子程序梯形图如下： 由梯形图得指令表如下： 20 4 4） 、运行方向控制、运行方向控制 控制过程说明如下： 当 Y000 接通时，电动机正转接触器接通，电梯上升运行，辅助继电器 M2 线圈得电，常开触点闭合，Y013 得电，上升运行方向指示灯 HL8 点亮；当 Y001 接通时，电动机反转接触器接通，电梯下降运行，辅助继电器 M3 线圈得电，相 应的常开触点闭合，Y014 得电，下降运行方向指示灯 HL9 点亮。 运行方向控制子程序梯形图如下所示： 由梯形图得指令表如下： 21 5 5） 、呼叫指令登记控制、呼叫指令登记控制 控制过程如下： 按一楼上升呼叫按钮 SB1，X000 接通，Y002 得电并且自锁，一楼上升呼叫 指示灯 HL1 点亮，直至电梯门完全打开才熄灭（X020）为开门到位行程开关） ； 按二上升呼叫按钮 SB2,，X001 接通，Y003 得电并且自锁，二楼上升呼叫 指示灯 HL2 点亮，直至电梯门完全打开才熄灭； 按二楼上升呼叫按钮 SB3，X002 接通，Y004 得电并且自锁，二楼下降呼叫 指示灯 HL3 点亮，直至电梯门完全打开才熄灭； 按三楼下降呼叫按钮 SB4，X003 接通，Y005 得电并且自锁，三楼下降呼叫 指示灯 HL4 点亮，直至电梯门完全打开才熄灭。 呼叫指令显示控制子程序梯形图如下： 22 由梯形图得指令表如下： 6） 、电梯的停止控制、电梯的停止控制 电梯停止工作时，使其回到原位 一楼 按下总停按钮 SB11，X017 接通，线圈得电并且自锁。若电梯正在向 上运行，M2 接通，Y000 得电自锁，上升至二楼或三楼时停止运行，此时 M2 常闭触点接通，Y001 得电自锁，控制电梯下降运行，到一楼时停止运行；若电 梯正在往下运行中，M3 接通，Y001 得电且自锁，到达一楼时停止运行。 由于定时器 T2 的存在，各楼层间电梯运行 10 秒后仍在运行，则视为故障， 此时会接通 M5，使电梯回到一楼。 当按下检修开关 SB10 时，X014 接通，M5 得电，控制电梯回到一楼。 梯形图如下所示： 23 由梯形图得指令表如下： 24 7） 、超重报警控制、超重报警控制 超重报警信号是由安装在轿厢内的压力传感器产生，当电梯内的载重超过规定 的值时，KP 接通，X015 接通，Y015 得电，警铃报警。 警铃报