_教学用四层电梯模型机PLC控制系统的设计与实现

1、 (编号:2012GH571660 摘要:介绍了教学用四层电梯模型机,使用三菱 PLC 作为核心控制单元来完成电梯相应功能。重点介绍了电梯模型机的硬件、软件设计以及调试运行情况。所研制的电梯模型机具有效果直观,可操作性强等优点,克服了传统的教学模型功能单一、仅能 够以演示为主的局限性,不仅适合高职院校教、学、做一体化的教学模式,同时也为电梯从业人员的岗前培训提供了便利,不 仅具有一定的实用性,还具有一定的推广价值。 关键词:电梯模型机; PLC 控制系统;设计与实现 中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号:1009-9492(2014 06-0056-03The Design and I

2、mplementation of Four-Layer Elevator Model MachinePLC Control System in TeachingWANG Zhi-gang(Zhongshan Torch Polytechnic , Zhongshan528436, China Abstract:This paper introduces a set of four-layer elevator model machine by independent research and development based on MitsubishiPLC , and it mainly

3、introduces the hardware and software design as well as the test and operation of the elevator model machine. The developed elevator model machine has advantages of intuitive effect and strong operability , and overcomes the limitations of traditional teaching model which has single function and can

4、only give priority to demo. It not only is suitable for the teaching model of Integration ofteaching in higher vocational colleges , but also provides convenient for the pre-service training of the elevator personnel , and has certain practicality and popularization value.Key words:elevator model ma

5、chine ; control system of PLC ; design and implementation教学用四层电梯模型机 PLC 控制系统的设计与实现*王志刚(中山火炬职业技术学院, 广东中山528436DOI:10. 3969/j. issn. 1009-9492. 2014. 06. 0150引言中国电梯行业业内的 2012年统计数据显示, 全国电梯从业人员的缺口在 50万以上,严重时多 达百万,而且从业人员整体素质低下,无证上岗 现象严重。为了提高电梯的安全性、可靠性,满 足广大电梯企业对安装、维保人员的市场需求, 解决从业人员专业技术水平及业务能力低下、人 员匮乏的现状,

6、进而培养出高素质的电梯从业工 程技术人才,我们开发了教学用四层电梯模型机。开发本电梯模型机的目的基于以下几点:(1 实现教学用四层电梯模型机的自动化控 制;(2 掌握 PLC 控制系统的软硬件设计以及调 试的方法;(3 促使学生理论与实践深度融合,提高学 生的动手操作能力。1控制系统的硬件设计1.1模型机的组成电梯模型机主要包括机房、控制柜、井道、 厅门及轿厢五个部分 1-2。(1 控 制 柜 部 分 由 总 电 源 、 PLC 、 控 制 电 源、变频器等组成;(2 机房部分由电磁制动器、曳引机、限速 器等组成;(3 轿厢部分由轿厢、导靴、安全钳、平层 装置、轿厢内指导灯、轿厢照明等组成。(

7、4 井道部分由导轨、缓冲器、限速器、极 限开关、平层感应器、限速器等组成; (5 厅门部分由厅门、上下呼按钮、楼层显 示装置等组成。整个模型机安置在面积为 40cm×30cm 的底 板上,电气控制部分安装在控制柜内,电梯模型 机的各项性能指标通过 PLC 来实现,其重量约为50kg ,高度约为 150cm 。1.2模型机主要功能介绍模型机可实现的主要功能如下 1:(1 确定电梯上行或下行的运行方向;(2 记忆并响应上行或下行的呼梯信号;(3 顺向呼梯信号优先响应,到达指定楼层 后,呼梯信号解除;(4 电梯到达所指定的楼层时,所在楼层的 指示灯将闪烁 3s ,梯门处于开启状态;(5 不

8、仅具有上限位及下限位保护功能,还 具有互锁功能,使电梯运行平稳、高效;(6 可以显示呼梯信号及电梯所处楼层。 电梯模型机采用常使用的曳引式电梯结构。 其滑轮组由两个动滑轮和一个定滑轮组成,可以 减小所需的牵引力,拖动电机为电压为 AC380V 、 功率为 120W 。其结构与实际电梯基本相同,其 功能与实际电梯的基本一致。模型机的大部分部 件均是采用透明材料制成,这就有利于观察电梯 的内部结构,运行过程中的每一个动作看起来都 非常直观;可以很直观地了解并掌握电梯的基本 结构、动作原理 2-4。1.3I/O分配模型机选用三菱 FX2n-64MR 作为电梯的控制 单元,其输入点数与输出点数均为 3

9、2个。模型机 具有上限开关、下限开关、开门限位、关门限 位、上下呼梯等 25个输入信号;抱闸继电器、开 门继电器、关门继电器、楼层指示灯、牵引电机 正转及反转等 23个输出信号。输入点分配详情见 表 1,输出点分配详情见表 2。2控制系统软件设计PLC 电梯控制系统的关键环节软件设计部 分。在进行软件设计时,要本着功能完善、程序 设计简单、易读、易改的原则 4-6。利用 PLC 的各 种指令进一步优化编写的程序,尽可能缩短控制 系统程序扫描时间,进而保证电梯运行精度。控 制系统设计流程图详情见图 1。根据电梯的控制要求,电梯总是按照一定的 程序重复地进行上下行、开关门动作。其过程 为:给出上呼

10、或下呼信号,判断电梯运行方向, 启动运行,到达层站时执行开门、关门。其工作 原理图详情见图 2,根据电梯模型控制系统的功 能,进而编制出满足模型机相关功能的梯形图。 输入信号门区开关上限位开关下限位开关上强换开关下强换开关开门限位关门限位锁梯信号超载信号一层上呼按钮二层上呼按钮三层上呼按钮二层下呼按钮输入点X1X2X3X4X5X6X7X10X11X12X13X14输入信号三层下呼按钮四层下呼按钮机房检修机房满上机房慢下抱闸继电器接点门锁继电器急停继电器满载开关速度给定转换开关变频器故障点输出输出接触器回馈信号输入点 X16 X17 X20 X21 X22 X23 X24 X25 X26 X27

11、 X30 X31表 1输入点分配表输入信号输入接触器关门继电器开门继电器抱闸继电器数码管 A 段数码管 B 段数码管 C 段数码管 D 段数码管 E 段数码管 F 段数码管 G 段上方向灯输入点Y4Y5Y6Y7Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16输入信号下方向灯一层上呼灯二层上呼灯三层上呼灯二层下呼灯三层下呼灯四层下呼灯变频器上行信号变频器下行信号速度 1速度 2输入点 Y20 Y21 Y22 Y23 Y24 Y25 Y30 Y31 Y32 Y33表 2输出点分配表 3模型机的工作过程模型机的轿箱通过交流电机来拖动,交流电 机的额定电压为 380V 。电梯轿箱的上升与下降分 别用 Y30

12、及 Y31来控制。在 PLC 编程时, Y30与 Y31进行互锁,是为了防止意外而造成电源短路。模型机控制系统作为一个人机交互式的系 统,在运行过程中存在很多不确定因素。这就需 要在能够实现电梯的基本控制功能的基础上,根 据不确定的输入信号以及电梯所处于的状态控制 电梯的运行。当控制系统工作时, PLC 根据接收 到轿厢和厅门控制系统的功能信号、楼层的呼叫 信号以及井道与变频器的状态信号,经过程序的 判断、运算,进而实现电梯运行的控制。 PLC 根据控制系统的要求,向变频器发出上行下行信 号、启动信号、加 /减速运行信号以及制动停梯信 号。由变频器按照一定的控制规律、控制算法进 而来控制电机,

13、进而完成电梯的工作全过程 4-7。4控制系统的调试及运行情况4.1控制系统的调试针对一个 PLC 控制系统,首先要对其功能进 行设计,就是根据被控对象工艺要求,明确控制 系统需要完成什么样的工作,完成工作需要什么 样的条件。其次,要对 PLC 控制系统进行功能分 析,进而提出 PLC 控制系统的规模、结构形式、 I/O 点数、控制信号的种类等。最后根据控制系统 的分析结果,确定 PLC 控制系统所需要的机型以 及系统的具体配置 5-8。调试步骤:(1 在总装调试前,用户要把编写的程序进 行模拟调试,模拟调试无误后,把 PLC 接到控制 系统里进行总装调试;(2 PLC 的外部硬件接线检查,确保

14、接线正 确;(3 将模拟调好的用户程序下载到用户存储 器中进行调试,确保 PLC 控制系统各部分的功能 均达到既定的要求,并能协调一致,成为一个完 整 PLC 控制系统;(4 如果调试结果达不到控制系统的要求, 可通过调整硬件以及软件的方法进行优化;(5 调试完成后,将 程序固化在 EPROM 内。 4.2控制系统的运行情况(1 按下呼叫按钮, PLC 检测到上呼信号或下 呼信号以后,便会控制轿 厢运行到所指定楼层。电 梯上升过程中, PLC 只执 行上行信号,不执行下行 信号,并且只保持上行指 示灯点亮,反之亦然。(2 如果同时按下多 层 反 向 外 呼 信 号 按 钮 , 则 轿 厢 将

15、优 先 运 行 到 最 远 端 发 出 的 反 向 外 呼 信 号 所 在 的 楼 层 , 然 后 再 按顺序执行其他楼层发出 图 1设计流程图图 2模型机的工作原理图(上接第 58页 3结论(1 通过在站内铺设高电阻率结构的砾石路面的方法 (厚度不小于 200mm ,地表电阻率可达 到 2500 m ,接触电压势允许值为 1012.49V ,远大于铺设砾石前的接触电势允许值及最近一次 实测的接触电势最大值 367.54V 。(2 利用 2020年系统远景规划数据进行校 验得知,当 220kV 母线发生单相接地故障时最 大 接 触 电 压 为 767.4V , 小 于 接 触 电 压 允 许

16、值 (详见表 3 ,保证了变电站内巡视及维护人员的 安全。参考文献 :1DL/T621-1997.交流电气装置的接地 S .2GB 50065-2011. 交流电气装 置 的 接 地 设 计 规 范S .3水利电力西北设计院 . 电力工程电气设计手册:电气 一次部分 K . 北京:中 国电路出版社, 1989. 作者简介:单蒙,女, 1982年生,内蒙古赤峰人,硕士,工程师。研究领域:电力设 计。(编辑:王智圣 表 2接触电压计算结果表表 3接触电压校验结果表 的外呼信号。(3 轿厢平层后开门,延时 5s 后自动关门。 (4 在上升或下降过程中,开门、关门按钮 将处于无效状态。在开门、关门以及

17、 5s 延时时间 内,轿厢即不能上升也不能下降。(5 轿厢当前所在的楼层用七段数码管显 示,上行与下行用指示灯来指示。(6 经过验证,模型机运行情况良好、达到 预期效果。5结语此教学用四层电梯模型机具有效果直观,可操作性强等优点,选用功能较强的 PLC 作为模型 机的控制单元,符合我国当前中低速电梯控制系 统的实际情况,非常适合电梯从业人员岗前培 训,也可以满足高职院校教、学、做一体化的教 学模式。由于所具有的功能与现实生活中所使用 的电梯基本一致,工作人员可以不在施工现场, 而提前编制出符合要求的控制程序,进而提高电 梯调试效率。模型机可以在不同的方式下运行, 实现电梯的相关功能,克服了传统

18、的教学模型功 能单一、仅能够以演示为主的局限性,为教学和 科研提供了优质的实验平台,具有一定的实用价值与推广价值。参考文献:1史先传 . 基于 PLC 控制的小型电梯模型的研制 J .微计算机信息, 2008(13 :59-61.2刘明 . 四层电梯教学模型 PLC 控制系统的设计 J .中小企业管理与科技, 2009(03 :165-166. 3潘先荣 . 基于 S7-200PLC 控制的四层电梯模型设计J . 工业控制计算机, 2013(01 :95-97.4魏佳,闫挺 . 6层电梯模型控制系统的 PLC 设计与调试J . 科技信息, 2011(22 :240-241.5王宏,王子成,崔光照 . 基于组态软件的 PLC 电梯控制 和 仿 真 研 究 J . 制 造 业 自