三菱PLC四层电梯控制系统设计讲诉

1、目录内容摘要(2)第一章 电梯概述 (3)1.1电梯的组成(3)1.2电梯的工作原理(4)第二章 电梯控制系统的控制分析 (5)2.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题 (5)2.2 PLC 及在电梯控制中的应用特点(5)第三章 可编程控制器的机型选择(7)3.1 PLC的I / 0点数估算 (7)3.2 响应时间(7)3.3 输入输出模块的选择(7)3.4 机型的确定(7)第四章硬件设计( 9)4.1 四层电梯主电路设计( 9)4.2 输入输出分配表(10)4.3 PLC 接线图(11)第五章 软件设计( 12)5.1 程序流程图(12)5.2 程序语句(13)第六章 程序调试、运行( 23

2、)6.1 程序调试(23)6.2 程序最终运行情况( 23)6.3 PLC 控制系统的外部干扰(23)第七章 总结( 24)7.1 心得体会( 24)7.2 致谢(24)参考文献( 25)三菱PLC四层电梯控制系统内容摘要 随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得 到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广。而电梯作为 现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，电梯得 到了快速发展。近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展。一些电梯厂也在不断改进设 计、修改工艺。更新换代生产更新型的电梯，电梯主要分为机械系统与控

3、制系统两大部份， 随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化， 交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路 控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制 方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有 较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。 而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛 用于

4、传统继电器控制系统的技术改造。本毕业设计是以四层电梯为控制对象，用PLC实现对电梯的控制。本毕业设计的任务是用可编程控制器（PLC ）控制四层电梯，实现所有的控制要求，设计思路是采用随机逻辑控 制原理，根据电梯自身的控制规律，响应随机的外部呼叫信号，设计分析、讨论了用FX2N型PLC控制电梯模型的程序设计的整个过程，并主要阐述了三个方面：系统的控制要求、系 统配置、软件设计。关键词：三菱PLC四层电梯电气控制线路第一章电梯概述1.1电梯的组成电梯是机电合一的大型复杂产品，机械部分相当于人的躯体，电器部分相当于人的神经。 机与电的高度合一，使电梯成了现代科学技术的综和产品。对于电梯的结构而言，传

5、统的方法是分为机械部分和电气部分，但以功能系统来描述，则更能反映电梯的特点。下面简单介绍电 梯机械部分的结构，四层电梯平面图如图1-1所示。1. 曳引系统：曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢 丝绳、导向轮、反绳轮组成。2导向系统：导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升 降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。3轿厢：轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。图1-1四层电梯平面图4.门系统:门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁 装置组成

6、。5.重量平衡系统：系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在 限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。6电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供 电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。7电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装 置，位置显示装置，控制屏（柜），平层装置，选层器等组成。8安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、缓冲 器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位

7、开关装置组成。1.2电梯的工作原理曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变 速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动， 达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降 运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转， 在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入 轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装 置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠

8、。 电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随 时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。电梯在各服务层站设有层门、轿厢运行方向指示灯、数学显示轿厢、运行位置指层器和 召唤电梯按钮。电梯召唤按钮使用时，上楼按上方向按钮，下楼掀按下方向按钮。轿厢到达时，层楼方向指示即显示轿厢的运动方向，乘客判断欲往方向和确定电梯正常 后进入轿厢，注意门扇的关闭，勿在层门口与轿厢门口对接处逗留。轿厢内有位置显示器、操纵盘及开关门按钮和层楼选层按钮。进入轿厢后，掀按欲往层 楼的选层按钮。若要轿厢门立即关闭，可掀按关门按钮。轿厢层楼位置指示灯显示抵达层楼 并待

9、轿厢门开启后即可离开。第二章 电梯控制系统的控制分析2.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题2.1.1电梯继电器控制系统的优点1. 所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技 术人员和技术工人所掌握。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，价格较便宜。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。2.1.2电梯继电器控制系统存在的问题1. 系统触点繁多、接线线路复杂，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

10、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. 电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。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忧。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。2.2 PLC及在电梯控制中的应用特点2.2.1 PLC的特点PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机

11、控制方式。PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU乍为字处理器，实现通道（字）的运算和数据存储，另外还有位 处理器，进行点运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活 性强等特点。1. 可靠性：对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。(1) PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的 维修简单，维修时间短。(2) PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊 断和信息保护及恢复等，使可靠性提高。(3) PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发 生操作的错误。(

12、4) PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单 的编程语言和更可靠的硬件。(5) 在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件 ：采用 先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器 内容的保护等。(6) PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波；软件自诊断；简化编程语言等。1. 易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面：(1) 操作方便对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。(2) 编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。(3) 维修方便PLC具有的自诊

13、断功能对维修人员维修技能的要求降低。2. 灵活性，PLC的灵活性表现在以下几个方面：(1) 编程的灵活性。(2) 扩展的灵活性。(3) 操作的灵活性。2.2.2 PLC控制电梯的优点1. 在电梯控制中采用了 PLC，用软件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，方便地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。综上所述，PLC控制的优点远远多于传统的继电器控制方

14、式，本设计主要采用了三菱PLC对四层电梯的控制第三章可编程控制器的机型选择3.1 PLC的I /0点数估算根据被控对象对PLC控制系统的技术指标和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据 此确定PLC的I /0点数。在估算系统的I /0点数和种类时，要全面考虑输入、输出信号的 个数，I/0信号类型，电流、电压等级，是否有其他特殊控制要求等因素。以上统计的数据 是一台PLC完成系统功能所必须满足的，但具体要确定I /0点数时则要按实际I /0点数,再向上附加20%15%的备用量。根据机型的选择，再对被控对象进行I /0点数的估算，根据被控对象I /O信号的点数，考虑留有15%20%的备用量以调整和

15、扩充。估算出被控 对象的I /0点总数，就可根据此点数选择相当的 PLC3.2响应时间扫描周期和响应时间必须认真考虑。可编程序控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠 的接收持续时间小于扫描周期的输入信号。例如：某PLC产品检测系统，其有效检测宽度为5cm若产品传送速度为50m/min,为了确保不会漏检经过的产品，要求可编程控制器的扫 描周期不能大于产品通过检测的时间间隔 60ms3.3输入输出模块的选择来自现场的设备按钮、限位开关、行程开关等的电平信号并将其转换为机器内部电平信 号，模块类型为直流和交流两种。根据设备与模块之间的远近程度选择电压的大小，一般5V、12V、24V属低电平，传输距离不

16、宜太远，例如 5V的输入模块最远不能超过10m，也就是说， 距离较远的设备选用较高电压的模拟比较可靠。另外，高密度的输入模块如32点、64点，同时接通点数取决于输入电压和环境温度。一般讲，同时接通点数不得超过60%系统的稳定性，必须考虑门槛电平（接通电平与关断电平之差）的大小。门槛电平值越大， 抗干扰能力越强，传输距离也就越远。输出模块的任务是将机器内部电平信号转换为外部的控制信号。频繁、电感性、低功率 因数的负载，推荐使用晶闸管输出模块，但缺点是模块价格高，过载能力差。输出模块优点 是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜，缺点是寿命短，响应速度慢。输出模块的 电流值必须大于负载电流的额定

17、值。3.4机型的确定3.4.1 FX2N-64MR 技术指标合计总数64点，32点输入，DC24V 32点继电器输出；尺寸（mm： 182X 87X 90。342 FX2N-64MR系列PLC的功能1. 高性能CPU电源 输入输出三为一体。对6种基本单元，可以以最小8点为单位连接输入输出扩 展设备，最大可以扩展输入输出 256点。2. 高速运算基本指令：0.08卩s/指令，应用指令：100卩s/指令3. 安心、宽裕的存储器规格内置8000步RAM存储器。安装存储盒后，最大可以扩展到 16000步。4. 丰富的软元件范围辅助继电器：3072点，定时器：256点，计数器：235点数据寄存器：800

18、0点根据PLC机型选择的基本原则，及设计所需要的I/O点数，本毕业设计中选择了三菱公 司FX2N-64M系列的PLC第四章硬件设计4.1四层电梯主电路设计在三菱PLC控制系统中，电梯的所有动力均有电动机提供。上下行电动机为电梯上下行提供动力。开关门电动机控制电梯门的开与关。整个系统共需M1、M2两台电动机。主电路如图4-1所示。图4-1主电路在实际运行中，过负载、欠电压、断相等因素都可能造成电动机超过其负载，即广义上的超载。电动机的短时超载是允许的，但如果长时间运行将会毁坏电动机。因此需采取保护 措施，目前比较常用的是热继电器。在其工作过程中，可能出现短时间大电流的超载，热继 电器无法起到有效

19、的保护作用，可在电路中安装熔断器对其进行保护。各电动机使用交流接 触器控制。其中接触器 KM1、KM2 KM3 KM4分别控制电动机M1的上下行、电动机 M2的门 开关。FR1 FR2为M1、M2提供过负载保护。FU1、FU2为M1、M2提供短路保护。上下行电 动机M1选用 Y100L2-4，容量为1.5kW。门电动机M1为Y100L-6，容量为1.5kW。两台电动 机的电流分别为Ii= P =一=32.6 AV3U iCOS&3 辺 380V x 0.7I 2 =-2=1.5kW=3.26 A43U 2COS J3 x380V x 0.7接触器按实际电流的1.5倍到2倍选择,所以接触器的额定

20、电流值为60A和6A,额定电 压为380V,4.2输入输出分配表表4-1为该课题的输入输出分配表。输入信号有：内呼信号4个，外呼信号6个，开关门信号2个，轿厢平层信号4个，开 关门限位2个，上下极限位2个，共计20个。输出信号有：内呼信号指示4个，外呼信号指示6个，轿厢上下行2个，轿厢上下行指 示2个，门电机开关2个，轿厢所在楼层指示6个，共计23个。表4-1输入输出分配表输入输出01层内呼X001层内呼指示Y012层内呼X112层内呼指示Y123层内呼X223层内呼指示Y234层内呼X334层内呼指示Y341层外呼上X441层外呼上指示Y452层外呼下X552层外呼下指示Y562层外呼上X6

21、62层外呼上指示Y673层外呼下X773层外呼下指示Y783层外呼上X1083层外呼上指示Y1094层外呼下X1194层外呼上指示Y1110开门开关X1210电梯上行KM1Y1211关门开关X1311电梯下行KM2Y13121层平层X1412门电机开KM3Y14132层平层X1513门电机关KM4Y15143层平层X1614电梯上行指示Y16154层平层X1715电梯下行指示Y1716开门限位X2016楼层指示Y20 Y2617关门限位X211718上极限位X221819下极限位X23194.3 PLC接线图图4-2为PLC输入输出接线图。XOO旷X023为输入信号，YOOOY026为输出信号

22、，其中 丫02旷YO26分别按顺序接数码管的AG显示轿厢所在楼层。输入端的公共端 COM接地，输 出端的公共端COM接+24V电源。FX.64MR1B1SBESB3SB4SE5SB6SB7SB8SB9SB10SB1SB12SB13SB14SB15SB16SB17SB18SB19SB2O0123 斗 LD67W111 E1 1415161720212223 XX xxxx xxxxx XXXXXXXXXCDM12斗论Y26CDMEO 1己34267101112131415161720 YY yyc图4-2 PLC输入输出接线图第五章软件设计5.1程序流程图图5-1为该课题整个程序的流程图。图5-

23、1程序流程图假设电梯停于一楼，则 DO中的值为1。此时如果按下三楼向上按钮，则 D9中赋值为3。 然后就将D9中的值与DO中的值相比较，显然D9大于DO,电梯上行。如果在上行过程中如 果按下二楼向上按钮，则先停于二楼，再上行至三楼。如果在上行过程中按下二楼向下按钮， 由于是反向信号，所以电梯先去三楼，所有的上行信号均响应以后再响应下行信号。如果按 下四楼向下按钮，贝皿梯完成其他外呼向上信号以后就上行至四楼。电梯到达四楼后，如果 同时按下一楼向上按钮、二楼向上按钮、三楼向上按钮，则轿厢首先下行至一楼响应最远反 向呼信号。然后再上行至二楼、三楼。5.2程序语句521外部信号输入存储程序1. 内呼信

24、号输入及存储程序以一楼内呼为例，按下X000按钮，则丫000被接通并保持，直到电梯到达一楼时利用 X014 常闭触点断开Y00Q在按下X000的同时D1赋值为1,从而实现存储功能。当丫000失电时， D1和M0 M1 M2被清零。2. 外呼信号输入及存储程序以二楼向上外呼信号为例，如果电梯不在二楼，此时按下X006, D7赋值为2, M106得电并保持。如果此时电梯为下行，则 M106 Y017常开闭合，丫006得电并且在电梯下降过程中 一直保持。如果电梯处于上行阶段，则 M106 Y016常开闭合，丫006得电并保持，直到电梯 上行到二楼时失电。丫006失电时，D7和M18 M19 M20被

25、清零。3. 轿厢停于某层时，所在楼层存于 D0并用数码管显示程序轿厢停于某层时，该楼层平层开关被接通，为D0赋予对应的值。4. 比较判断轿厢上下行程序按下某楼层按钮则将该按钮所对应的数据寄存器中的值与轿厢所在楼层数据寄存器D0中的值进行比较，从而可以判断上下行。判断上下行程序：当D1到D10中任一数据寄存器中的值大于D0中的值，则轿厢上行；当D1到D10中任一数据寄存器中的值小于 D0中的值，贝U 轿厢下行。如果当D1到D10中任一数据寄存器中的值既有大于 D0的，又有小于D0的，则轿 厢上下行以第一次按下按钮所对应的数据寄存器中的值与D0的比较结果而得。5. 开关门程序电梯未平层时，M30得

26、电，此时手动开关门按钮 X012和X013按下均无效，M31和M32不 得电。电梯平层时，M33得电，轿厢门打开，延时3S后，自动关闭。程序中C0 C1的重要作用：在程序中CO C1的作用是保证每次平层时只有一次开关门，防止轿厢一直上升或下降而不执行平层开关门程序，同时也防止电梯一直处于开关门状态。电梯平层以后，按下开门按钮或者开门限位开关被触发则CO得电；按下关门按钮或者关门限位开关被触发并且CO得电时，C1得电。在电梯上升或降价过程中即电梯未平层时 CO清零。当电梯平层并且CO被清零时，C1清 零。程序运行时，首先开关门一次，所以 CO C1得电。6. 轿厢上行程序在比较判断出轿厢上行以后

27、，执行以下程序。首先是内呼信号，如果电梯在一楼，按下X001则M3接通，此时C1是接通的，所以M40得电并自锁直到轿厢在二楼平层时失电。如果 电梯在一楼或二楼，按下 X002则M6接通，M41得电并自锁直到轿厢到达三楼时失电。如果 电梯在一楼、二楼或三楼，按下 X003则M9接通，M42得电并自锁直到轿厢到达四楼时失电。 外呼信号上行与内呼信号上行原理相同，只是加上外呼信号之后，需要给外呼信号和内呼信 号之间加上互锁。至于最远反向呼功能：如果电梯在一楼，按下二楼向下X005,则M72得电， 电梯上行；如果再按下X007，则M72失电，M71得电，电梯到二楼不停下继续上行；如果再 按下X011,

28、则M71失电，M70得电，电梯直接运行至四楼。需要注意的是：在最远反向呼程序里需要加入内呼信号和外呼信号的互锁，整体设计梯形图如图5-2所示。Wt33KQM 02xm73W2KO0388MW4TP99YCOiI卜X017-KKQM9kl014lrtH7N1Q4404D5 M104 V001 jnsX005卜MOV1291E1I9t2022 OSM10SY1G05II-M1Q5HFyioosHF005X006-IPM1061卜M106Tl-YWEl-W06*D0TN1D7YO07M107VOO?YWTX01CT卜WOI卜M108vtnoXQ15TO17T卜YO18T FMID!KOOSM15M1

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31、功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。第二个问题 是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式、控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。第三个问题是根据系统分析的结果，具体的确定 PLC的机型和系统的具体配置，总装调试步骤：1. 模拟调试。用户编写的程序在总装调试前要进行模拟调试，检查程序无误后可把PLC接到系统里进行总装调试。2. PLC的外部接线检查，外部接线一定要准确无误。如果用户程序还没有送到机器里去， 可用自行编写的试验程序对外部接线做扫描通电检查，查找接线故障。3将主电路断开，进行预调，确认接线无误后再接主电路。4将模拟调好的程

32、序送入用户存储器进行总调试，直到各部分的功能均正常，并能协调 一致成为一个完整的整体控制为止。5.如果调试达不到指标要求，可对硬件、软件调整，一般只对软件作调整。5.全部调试结束以后，将程序固化在 EPRO盒中保存。6.2程序最终运行情况1. 按下呼叫按钮，电梯在检测到外呼或者内呼信号以后，便会运行到指定楼层。上升过 程中，只执行上行信号，下行信号不执行且只保持相应指示灯点亮，反之亦然。2. 若同时按下多层反向外呼按钮，则轿厢首先运行最远的反向外呼信号所在的楼层，然 后再顺序执行其他的外呼信号。3. 平层后开门，直至碰到开门到位行程开关，再经过3S的延时后自动关门。在此过程中可以按轿厢内的开门

33、开关或关门开关进行开关门。4. 在上升或下降过程中，开关门按钮无效。在开关门，轿厢不能上升和下降。5. 用数码管显示轿厢当前所在的楼层，用指示灯指示上行还是下行。6.3 PLC控制系统的外部干扰1. 控制系统供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。2. 其他设备或空中强电场通过分布电容的耦合窜入控制系统引起的干扰。3. 邻近的大容量电气设备起动和停机时，因电磁感应引起的干扰。经过上机调试，梯形图和指令表符合本设计的要求。第七章总结7.1心得体会通过这次对四层电梯PLC控制的毕业设计，让我了解了 PLC梯形图，指令表，外部接线 图有了更好的了解，有很多设计理念来源于实际，从中找到正确的设计方法。本次毕业设计是要求团队完成， 所以遇到问题要求和同学互相交流互相讨论。 我们在做课程设