基于PLC控制的五层电梯系统设计.doc

1 基于 PLC 控制的五层电梯系统设计 2 目录 第一章 绪论 2 1 1 引言 2 1 2 可编程控制器的特点 2 1 3 PLC 的应用领域 3 1 4 PLC 的设计步骤 3 1 4 1 硬件设计 3 1 4 2 软件设计 3 第二章 电梯控制的原理与实现 4 2 1 电梯控制系统构成 4 2 2 电梯的工作原理及功能要求 4 2 2 1 变频调速回路 4 2 2 2 输入输出回路 5 第三章 电梯控制系统设计 6 3 1 控制系统硬件设计 6 3 2 输入输出点分配 6 3 3 控制系统程序设计 7 3 3 1 电梯初始化 8 3 3 2 指层控制 8 3 3 3 开关门控制 10 3 3 4 轿内指令控制 11 3 3 5 厅外呼叫控制 12 3 3 6 电梯的选层上 下行控制 13 3 3 7 电梯的运行控制 14 3 3 8 抱闸 泊梯 超重控制 17 第四章 系统整体调试 18 4 1 硬件安装 18 4 2 软件调试 18 结束语 19 参考文献 20 3 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 引言引言 可编程控制器 PLC 是以微处理器为核心 将自动控制技术 计算机技术 和通信技术融为一体而发展起来的崭新的工业自动控制装置 PLC 以基本代替 传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域 它已跃居工业自动化三 大支柱的首位 PLC 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 21 2 可编程控制器的特点可编程控制器的特点 20 世纪 60 年代末 为了克服传统继电器的种种应用上的缺点 人们研制出 了一种先进的自动控制设备 PLC 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 接口模块功能强 品种多 4 3 硬件配套齐全 用户使用方便 适应性强 4 编程方法简单 直观 5 系统的设计 安装 调试工作量少 6 维修工作量小 维护方便 7 体积小 耗能低 重量轻 1 31 3 PLCPLC 的应用领域的应用领域 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 1 开关量逻辑控制 2 运动控制 3 闭环过程控制 4 数据处理 5 通信联网 1 41 4 PLCPLC 的设计步骤的设计步骤 开发应用 PLC 的设计任务分为硬件和软件设计两部分 1 4 11 4 1 硬件设计硬件设计 硬件设计主要包括 1 确定安排 PLC 的输入 输出点 2 设计外围电路 包括主电路 3 选购 PLC 并进行现场安装接线等内容 1 4 21 4 2 软件设计软件设计 大多数用梯形图和指令程序 主要包括 1 设计控制流程 根据工艺要求先画出工作循环 如有必要再画详细的状 态流程图 2 根据工作循环图 画出虚拟的电路图 继电器梯形图 3 按梯形图编写指令程序表 4 系统调试 根据设计要求 对程序进行调试和修改 必要时还可对硬件 进行修改 直到符合要求为止 5 第二章第二章 电梯控制的原理与实现电梯控制的原理与实现 2 1 电梯控制系统构成电梯控制系统构成 电梯控制系统主要由变频调速主回路 输入输出单元以及 PLC 单元构成 由如图 2 所示 PLC 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 安全保护等指令信号进行 管理和控制功能 图 2 电梯控制系统原理图 2 2 电梯的工作原理及功能要求电梯的工作原理及功能要求 2 2 1 变频调速回路变频调速回路 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 6 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 检修速度编码指令 2 2 2 输入输出回路输入输出回路 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 安 全保护继电器 检修 消防 泊梯 称重等单元构成 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 安全回路 通常包括轿内急停开关 轿顶内 急停开关 安全钳开关 限速器断绳开关 限速器超速开关 底坑急停开关 相序保护继电器 上下限极限开关等 检修 消防和泊梯 检修 消防和泊梯 为电梯的三种运行方式 检修运行为电梯检修时的慢速运行方式 消防运行有 消防返回基站和消防员专用两种运行状态 泊梯状态 消除内选和外呼信号 自动返回泊梯层 关门并断电 称重单元 用来检测轿厢负荷 判断电梯处于 欠载 满载或超载状态 然后输出数字信号给 PLC 根据负载情况进行起动力 矩补偿 使电梯运行平稳 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 7 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 第三章第三章 电梯控制系统设计电梯控制系统设计 3 1 控制系统硬件设计控制系统硬件设计 本实验有 32 个输入信号 32 个输出信号及现有设备 所以选用 FX2 64MR 的 PLC 由于现有材料所以选 OMRON 的 3G2JV 变频器和两相交流电机 来完成实验 PLC 控制器 变频器和电动机的接线及原理图如附图 1 所示 3 2 输入输出点分配输入输出点分配 输入信号输出信号 名称代号编号名称代号编号 安全回路 K6X000 电梯上行 UPY000 零速输入 K0X001 电梯下行 DOWNY001 脉冲输入 K1X002 电梯快行 FASTY002 轿内电锁 K2X003 电梯慢行 SLOWY003 红外传感器 K3X004 检修速度 JXY004 关门力限开关 K4X005AY005 超 重 K5X006BY006 上限强制减速 SQ0X007CY007 一楼指令 SB1X010DY010 二楼指令 SB2X011EY011 三楼指令 SB3X012FY012 四楼指令 SB4X013 七段码 GY013 五楼指令 SB5X014 关门催促铃声 KE1Y014 基站到位开关 SQ4X015 厅门关 KM2Y015 一楼上呼 SB6X016 厅门开 KM3Y016 一楼下呼 SB7X017 厅内指示灯 E1Y017 二楼上呼 SB8X020 厅内指示灯 E2Y020 二楼下呼 SB9X021 厅内指示灯 E3Y021 三楼上呼 SB10X022 厅内指示灯 E4Y022 三楼下呼 SB11X023 厅内指示灯 E5Y023 四楼上呼 SB12X024 上呼灯 E6Y024 四楼下呼 SB13X025 上呼灯 E7Y025 五楼上呼 SB14X026 上呼灯 E8Y026 五楼下呼 SB15X027 上呼灯 E9Y027 厅门开 SB16X030 下呼灯 E10Y030 厅门关 SB17X031 下呼灯 E11Y031 厅门开到位 SQ1X032 下呼灯 E12Y032 8 厅门关到位 SQ2X033 下呼灯 E13Y033 检修开关 SB18X034 超重铃声 KM4Y034 检修上 SB19X035 抱闸信号 KM5Y035 检修下 SB20X036 上行指示灯 E14Y036 下限强制减速 SQ3X037 下行指示灯 E15Y037 表 1 I O 分配表 3 3 控制系统程序设计控制系统程序设计 根据电梯的工作原理与功能要求以及输入 输出点的地址分配表 来绘制电 梯的程序流程图 和设计电梯的程序梯形图 电梯程序流程图为图 3 梯形图 分成 初始化 指层控制 开关门控制 轿内呼叫与标记控制 厅外呼叫与标 记控制 电梯上下行选择与指示控制 电梯的运行控制来编写与调试 最后在 组合调试 9 图 3 电梯程序流程图 3 3 1 电梯初始化电梯初始化 电梯复位 装入数据 安全回路等 3 3 2 指层控制指层控制 指层控制梯形图如图 3 1 所示 本程序以 1 楼为基站 脉冲数为 0 D200 D202 D204 D206 D208 分别存放 1 F 5 F 的脉冲数 0 600 1200 1800 2400 实验用实际具体而定 C242 为内部高速计数器 D250 存放减速脉冲数 50 M1 M5 为楼层继电器 当轿箱位于某一层时 应 产生位于该层的楼层信号 以控制楼层显示器显示楼层处的位置 离开该层时 该信号应被新的楼层信号 上一层或下一层 取代 11 12 3 3 3 开关门控制开关门控制 1 开门控制 手动开关门时 当电梯运行到位后 按下 SB16 X030 闭合 M50 置位 Y016 得电 电动机正转 开门 开门到位 开门到位行程开关 SQ1 动作 X032 闭合 M50 复位 Y016 失电 开门过程结束 当在关门过程中 按下 SB16 停止关门 并开门 自动开关门时 当电梯运行到位后 电梯停止 T0 开始定时 延时 2S 后 T0 触电闭合 M50 置位 开门 2 关门控制 手动关门时 当按下 SB17 X031 闭合 M51 置位 Y015 得电 电动机反 转 关门 关门到位 关门到位行程开关 SQ2 动作 X033 闭合 M51 复位 Y015 失电 关门过程结束 在开门过程中 按下 SB17 停止开门 并关门 自动关门时 定时器 T1 控制 当电梯开门到位后 X031 闭合 T1 定时 5S 后 M51 置位 关门 但在关门时 有客人经过红外线遮蔽 停止关门 遮 蔽结束 继续关门 当关门过程受到压力 关门力限 K4 闭合 M50 置位 开 13 门 3 3 4 轿内指令控制轿内指令控制 当轿内按下 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 后 按键标记 对应指示灯 E8 E12 亮 到电梯到达指定层后 动作取消 指示灯灭 在检修时 按键不标记 安全回路在整个工作过程中为常开 X000 只有出现不安全情况时才导通 则电梯停止工作 14 3 3 5 厅外呼叫控制厅外呼叫控制 当按下对应的呼叫键 SB6 SB17 时 按键标记 对应指示灯 E13 E20 亮 到电梯到达标记层时 动作取消 指示等灭 在检修时 按键不标记 15 3 3 6 电梯的选层上 下行控制电梯的选层上 下行控制 当电梯得到轿内指令或厅外呼叫指令时 分析对应层与电梯所在位置 判 断是上行 M100 置位 还是下行 M101 置位 M100 置位时 Y000 接通 电梯上行 M101 置位时 Y001 接通 电梯下行 16 3 3 7 电梯的运行控制电梯的运行控制 电梯的运行由变频器控制 一次完整的运行过程 就是曳引电动机从起动 匀速运行到减速停车的过程 为使乘客拥有良好的舒适感 电梯采用 S 型速度 曲线 转换成频率曲线如图 4 所示 图 4 电梯的运行曲线 17 当 PLC 发出正转 M100 置位 或反转 M101 置位 即 M120 置位 Y002 导 通 高速运行 变频器从 0Hz 到 50hz 开始启动 启动时间为 3S 然后维持 50Hz 运行 当换速信号到时 PLC 撤消高速信号 Y002 断开 同时输出爬行信 号 Y003 导通 爬行频率为 6Hz 从 50Hz 下降到 6Hz 在 3S 内完成 当到达 6Hz 速度时 就以此速度爬行 当平层信号 M301 M341 到时 撤消正转 或反转 及爬行信号 变频器从 6Hz 减速到 0 在整个运行过程中 变频器 的零速输入点 X001 及异常输出点 X003 都是断开的 运行速度减为 0 时 零 速输入点闭合 通过 PLC 发出电动机抱闸和自动开门信号 当变频器出现异常 时 X003 导通 电梯无法运行 按下检修键 SB19 后 只能以检修速度运行 按下检修上行 SB22 时 Y002 YOO3 闭合 以检修速度 10Hz 上行 松开按键 立即停止 同理 按下检修下行 SB20 时 Y002 Y003 闭合 以检修速度 10Hz 下行 松开按键 立即停止 由于材料限制 本实验用 OMRON 3G3JV 小型变频器 两相交流电动机 实际根据需要所定 变频器的参数设置为表 2 n021 控制电路的端口区控制运行 n050 可以反转 n0950 电机运行的最高频率 Hz n140 电机运行的最低频率 Hz n163 斜坡上升时间 S n173 斜坡下降时间 S n202 S 形加减时间为 0 5S n2250 设置固有频率 f 50Hz 高速运行 端口 S3 n236 设置固有频率 f 6Hz 爬行运行 端口 S4 n2410 设置固有频率 f 10Hz 检修运行 端口 S5 n362 反转与停止 输入端口为 S2 N376 多段速指令 1 输入端口为 S3 n387 多段速指令 2 输入端口为 S4 18 n398 多段速指令 3 输入端口为 S5 N403 零速输出 ON 零速中 S0 为正转与停止端口 表 2 变频器参数设置 19 3 3 8 抱闸 泊梯 超重控制抱闸 泊梯 超重控制 当变频器输入零速信号后 X001 常开闭合 输出 Y035 常开闭合 抱闸闭 合 电梯运行时 零速输入停止 X001 断开 则 Y035 常开断开 轿箱运行 消防与泊梯 按下 SB14 X026 导通 电梯返回基站 基站到 X015 常闭 断开 电梯停止 超重时 X006 常闭闭合 电梯不能启动 并鸣镝 Y034 常开闭合 20 第四章第四章 系统整体调试系统整体调试 4 1 硬件安装硬件安装 该实验需要 系列 实训装置 20 手持编程器或个人 计算机 编程线缆 编 程环境 五层电梯 系统实验板 连接导线等 首先 将 控制模板接到 24 的电源上 用 编程线 缆 一方接 一方接电脑 当控制程序写入 后 用连接导线将 与电梯控制系统实验板连接起来 调节一切正常后 通电进行仿真 4 2 软件调试软件调