电梯控制课程设计.doc

湖北理工学院 课程设计电梯控制摘要本次设计，在三菱FX0N-40MR基础上，完成了四层电梯的控制。控制电梯运行方面的程序分为三个部分即：上升过程，下降过程，静止过程（待命阶段）。在程序中设置了上升下降标置位，方便分情况控制。增设了一个数据寄存器D2，用以存放最远呼叫层数，并通过最远呼叫层与即时楼层的关系来控制电梯运行方向。通过电梯运行方向、呼叫楼层和即时楼层的关系设定呼叫权利，不符合条件的呼叫无效。最后调试时本程序在能够很好的完成电梯基础控制，不仅可以显示即时楼层，到达呼叫楼层时有铃声提示，更重要的是它有记忆呼叫楼层的功能，使得电梯的适用能力更强，应用范围更广。关键字：三菱FX0N-40MR、四层电梯控制、最远呼叫层、即时楼层。目录1. 前言12. PLC简介及其工作原理12.1 PLC简介12.2 PLC的基本组成12.3 PLC的工作原理23.电梯控制方案选择与硬件电路设计23.1 电梯规则23.2方案论证与选择33.3 硬件电路的设计33.4. I/O口分配44.软件设计44.1 程序流程图44.2 局部程序详细分析54.2.1 电梯初始化程序的设计54.2.2 楼层显示程序及楼层提示程序的设计54.2.3 电梯呼叫与响应逻辑的设计65. 调试运行结果96. 设计小结107.参考文献10附录111. 前言随着人口的增加，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，建筑业的迅速发殿，大批的高楼大厦拔地而起，十几层到几十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅比比皆是。伴随建筑业发展，为建筑内供上下交通运输的电梯工业也在不断的发展着。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吕的地位将和汽车一样，成为重要的运输设备之一。作为现代高层建筑胡垂直运输工具，都市人们的日常生活已经越来越离不开它。城市高速发展，高楼大厦处处可见，而高楼的主要工具都是电梯，所以接角电梯的人也越来越多，且随时影响人们的工作、生活和学习，所以设计电梯很有意义。传统断电器电梯控制系统，由于继电器本身的机械和电磁惯性大，大大的降低了电梯系统的可靠性和安全性。为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，现在的电梯由传统的继电器控制方式逐渐被PLC所代替，使得PLC在电梯设计方面，有非常广泛的应用。因此进行电梯的PLC控制系统的设计，可以推动电梯行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用 ，具有一定的经济和理论研究的价值。2. PLC简介及其工作原理2.1 PLC简介可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。可编程控制器是专为在工业环境下应用而设计的工业计算机，其出现后受到普遍重视，发展也十分迅速，在工业自动控制系统中占有极其重要的地位。它与现有的各种控制方式相比，具有很多优点，诸如：可靠性强；控制程序可变，具有很好的柔性；编程方法简单易学；功能强，性价比高；体积小，重量轻，能耗低等等。2.2 PLC的基本组成中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢，它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。存储器：存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。I/O接口电路：PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。另外，PLC系统还包含电源及其它设备，其中包括编程设备，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况等。2.3 PLC的工作原理PLC实行循环扫描的工作方式，CUP按分时操作方式来顺序处理各项任务。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 仔用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。3.电梯控制方案选择与硬件电路设计3.1 电梯规则由于硬件的限制，电梯设计的最高层为4层。（1） 当电梯静止时（不工作，等待呼叫），任何层呼叫均能响应。（2） 当电梯上升时，呼叫楼层高于即时楼层，电梯可以响应呼叫。但呼叫楼层在即时楼层下时，则不能响应呼叫。（3） 当电梯下降时，呼叫楼层低于即时楼层，电梯可以响应呼叫。但呼叫楼层在即时楼层上时，则不能响应呼叫。（4） 电梯响应呼叫，到达相应楼层时，铃声响3s提醒乘客电梯到达目的地，并且在该处停止10s。然后接着到达其它响应楼层。（5） 同时电梯有记忆呼叫功能。（6） 数码管显示即时楼层。3.2方案论证与选择方案一： 使用基本指令编程通过查阅参考资料及网上的资料，发现大多数电梯控制使用大量基本指令通过经验法运用逻辑关系编写电梯的控制程序。这种方法传统可靠，有较为完整的逻辑，编写时需要较强的逻辑。方案二：使用功能指令及数据寄存器编程在了解了电梯控制的逻辑关系后，我认为通过比较指令和传送指令能够很好的实现电梯的控制要求。使用传送指令将当前楼层很呼叫楼层的层数传送给数据寄存器，通过比较指令比较后就可控制电梯上升，下降，停止，楼层提示及楼层显示。这种方法需要对功能指令有一定的了解，在编写过程中也会遇到更多问题。比较了方案一很方案二后，发现方案一编写四层电梯太繁杂，很多功能不太好实现。而方案二使用了功能指令，设计思路较方案一更清晰，所以选择了方案二。3.3 硬件电路的设计图1 硬件电路图3.4. I/O口分配本次设计的电梯输入24点，输出13点，根据PLC选择的原则，我们选择了三菱FX0N-40MR。三菱FX0N-40MR有24个输入，16个输出，在本设计中完全够用。表1 PLC的I/O分配 输入（X）一楼到四楼位置开关X0-X5一楼到四楼内部呼叫按钮X10-X15一楼到三楼外部上升呼叫按钮X20-X22二楼到四楼外部上升呼叫按钮X25,X26,X27输出（Y）上升Y0下降Y2蜂鸣器Y4八段码显示Y10-Y174.软件设计4.1 程序流程图图2 程序流程图4.2 局部程序详细分析4.2.1 电梯初始化程序的设计图3 电梯初始化程序 电梯初始化程序的梯形图如上，PLC启动后M11接通，通过M11控制电梯下降，直到碰到一楼的行程开关X0后停止。该程序段可让电梯启动时复位到一楼。4.2.2 楼层显示程序及楼层提示程序的设计 1. 楼层显示程序图4楼层显示程序楼层显示程序的梯形图如上，当某一楼的行程开关接通，则执行传送指令驱动Y10-Y17八段码显示。该程序段可显示电梯当前所在楼层数。楼层与八段码的对应关系如下：1H00062H005B3H004F4H00662楼层提示程序图5 楼层提示程序楼层提示程序的梯形图如上，当电梯停止时M12接通，M12接通使M120接通一个扫描周期，驱动Y4，Y4自锁，蜂鸣器开始响，定时器T0开始计时，一秒后T0动作，断开Y4。蜂鸣器叫1秒。该程序段的功能是在电梯停止时使蜂鸣器叫1秒。起到提醒作用。4.2.3 电梯呼叫与响应逻辑的设计1.上升标志位图6 上升标志位程序上升下降标志位的梯形图及指令表如上，Y0为上升输出，Y2为下降输出，D0为当前楼层，D2为最远的呼叫楼层。当Y0接通，电梯上升，M0接通并自锁，此时若电梯停在中间的某一呼叫层，M0依然是接通的，只有当电梯到达最远的呼叫层时，此时D1=D2，通过比较指令M21接通，驱动M24，M24常闭开关断开，M0被断开。下降时同理。所以当电梯上升且没到达最高层时，M0一直是接通的，即M0是上升标志位。同理，M1是下降标志位。2. 判断当前楼层程序段图7 判断当前楼层程序梯形图如上，D0为当前楼层，当D0=1，M201接通，从而驱动M203，同理得对应关系：2-M213，3-M223，4-M233，5-M243，6-M253。3.上升下降呼叫程序上升图8 上升呼叫程序下降 图9 下降呼叫程序梯形图如上，当电梯上升到3楼，D0=3，根据判断楼层的程序段，辅助继电器M223接通，则M223常闭断开，则1楼2楼3楼的呼叫开关无法接通辅助继电器M101,M102,M103,呼叫无效。若按下4,5,6楼的呼叫开关，对应的辅助继电器M接通并自锁。呼叫过程即完成。下降时同理。该程序段可完成电梯在上升时只响应电梯上面楼层的呼叫；电梯在下降时只响应电梯下面楼层的呼叫记忆有效的呼叫信号。4.停止程序段图10 停止程序梯形图如上，若上升时5楼有呼叫信号，即M104一直是接通的，当到达5楼，行程开关X4接通M12接通并自锁，定时器T1定时10秒，通过M12的常闭开关将上升或下降的输出断开，即可完成在5楼停止的要求，并且当上升到5楼时，M243接通，在上升呼叫程序中，M243的常闭开关断开，M104被断开，呼叫信号被消除。下降时同理。该程序段可完成：在有效呼叫层停10。电梯运行途中，优先响应近层的呼。到达呼叫楼层后消除该楼层呼。5. 调试运行结果经过调试，本程序能够很好的完成电梯的基本功能。在PLC上电时，在开机脉冲的作用下，电梯能够自动复位到一楼。在电梯运行过程中，数码管能够准确的显示即时楼层。到达呼叫楼层时，电梯会自动停止10s，并伴随蜂鸣器1s的铃声提示。10s后电梯自动运行，响应其它呼叫层。在电梯上升（下降）过程中，能够响应同方向并大于（小于）即时楼层的楼层呼叫。在电梯静止时（待命过程中），任何楼层呼叫均可响应。虽然基本功能很好的实现了，但是某些地方仍然显得有些不灵活。例如：在些过程中，电梯无法实现轿内命令优先的功能；在电梯待命时，无法记忆多层的呼叫，只能响应最后的呼叫（初步分析是由于设置静止待命过程时将呼叫楼层D1送给最远呼叫层D2，致使后面的呼叫将前一呼叫的值覆盖，只能响应最后的呼叫）。所以将程序修改如下，由于时间原因，并没有试验。图11 修改后的程序6. 设计小结在此次课程设计之前，做实验时并没有认真去思考PLC输入输出端口接线以及其更多的含义。只是对着实验报告，用编程器输入已给的程序，然后再看下结果是不是满足题目的要求，态度好点儿的时候就大略的