基于PLC的电梯控制系统专科毕业设计

1、江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计专科毕业设计（论文）设计题目： 基于PLC的电梯控制系统 系 部： 电气工程系 专 业： 船舶电气 班 级： 船电091303 姓 名： 陈习柱 学 号： 093908130303 指导教师： 袁金泉 职 称： 副教授 2012年6月 南京摘 要 21世纪是一个高速发展的时代，时代在进步，社会在发展。农村城市化的程度越来越高，伴随而来的是高层建筑的不断增加，建筑的高度越来越高，电梯已经成为人们生活中不可或缺的设施，对电梯的安全性和稳定性要求也越来越严格。我们设计出以PLC为核心控制器的电梯控制系统代替过去的继电器接触器控制系统，以增强自动控制系统的安

2、全性和稳定性。随着电梯的普及以及它的不可缺少性，我们很有必要对电梯控制系统作更多的认识和研究。在本设计中，使用了三菱FX2N系列的可编程控制器(FX2N-232-BD)，设计出一套能实现四层电梯的正常功能的PLC程序。为了实现电梯的安全监控，使用Visual Basic 6.0进行设计来模拟电梯的操作界面来完成对电梯系统的监控。关键词：电梯 PLC 梯形图 VB Abstract Twenty-first Century was an era of rapid development, in the era of progress, social development. The rural

3、city of degree is more and more high, is accompanied by the increasing high-rise buildings, building height is more and more high, the elevator has become the people to live an indispensable facility, on the elevator safety and stability requirements are also more stringent. We design a PLC as the c

4、ore controller of the elevator control system instead of the relay contactor control system - automatic control system, in order to enhance the safety and stability of. With the popularization of elevator and its indispensable, it is necessary for us to the elevator control system for greater awaren

5、ess and research.In my design, the use of Mitsubishi FX2N series programmable controller, designed to achieve a set of four elevator in the normal function of the PLC program. In order to achieve elevator safety monitoring, the use of Visual Basic 6 was designed to simulate the elevator operation in

6、terface to the completion of the elevator control system.Keywords: Lift PLC Ladder-diagram VB目 录1 绪 论11.1 本设计的国内外现状11.2 本设计的目的及研究意义21.3 本设计的研究方案及预期效果32 电梯的介绍32.1 电梯的分类32.1.1 按用途分类32.1.2 按速度分类42.1.3 按驱动方式分类42.1.4 按操纵控制方式分类42.2 电梯的结构53 三棱FX2N系列可编程序控制器介绍53.1 可编程序控制器的基本认识53.1.1 PLC系统的基本结构53.1.2 三菱FX2N P

7、LC的主要特点53.2 PLC的特点63.3 电梯继电器控制系统的特点及存在问题63.3.1 电梯继电器控制系统的优点63.3.2 电梯继电器控制系统存在的问题63.4 PLC控制电梯的优点64 通过Visual Basic 6.0创建电梯控制系统的仿真64.1 功能要求65 电梯PLC程序的设计75.1 电梯的控制要求75.2 I/O接口分布75.3 电梯的控制流程图9结 论17致 谢18参 考 文 献191 绪 论 随着我国经济的飞速发展，计算机技术也不断在发展，自动控制化程度越来越高，然而电梯已经成了高层建筑必不可少的交通工具和我们的日常生活紧密联系，为了满足人们对电梯性能的高要求，电梯

8、也很快的得到了发展和改进。在此之前的传统电梯是靠接触器来改变电动机的工作状态的，并且传统电梯系统是由继电器和接触器来控制的，当中存在很多不足，元件复杂、功能不够强大，而且很容易发生故障，目前根本无法满足人们的日常需要。可编程控制器（PLC）是依据顺序逻辑控制而发展起来的，它是专为工业化应用而设计出来的数字运算操作的电子装置，因为它的优点十分突出，所以电梯的PLC控制已经逐渐取代了继电器控制。同时，随着电动机交流变频调速的技术不断发展，电梯的交流变频调速已经渐渐取代了原有的直流变频调速。这样不仅可以提高电梯的稳定性，还能节省能耗，从而大大地降低了电梯的成本。因此，PLC控制技术配合交流变频调速已

9、经成为目前电梯行业的一个热点。本次设计的名称“基于PLC的电梯控制系统”，并且阐述如下：PLC控制指电梯的信号控制PLC来实现系统工作的，此控制系统的核心是PLC。本课题的主要功能和内容是：建立PLC控制系统的基本框架，信号控制系统利用PLC来处理电梯的运行方式、开关门信号、运行方向以及显示楼层等，实现对电梯的全面控制；通过VB来创建电梯控制系统的仿真界面，将PLC程序和人机界面连接，从而实现对电梯的全面监控。1.1 本设计的国内外现状PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通信技术而形成的一代新型工业控制装置，已广泛应用于钢铁、石油、电力、机械制造、交通运

10、输及文化娱乐等各个行业，PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可用于各种规模的工业控制场合。近年来PLC的功能模块大量出现，使PLC参与到了位置控制、计算机数控、温度控制等各种工业控制中。加上PLC通讯能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。PLC由其具有的高可靠性、强抗干扰能力、丰富的I/O接口模块、编程简单易学和安装简单等优点成为了现代工控领域运用极为广泛的工控产品。PLC不断发展，向微型化和专业化方向发展；向大型化、高速度、高性能方向发展。以PLC为核心，向下延伸至I/O、现场设备、步进伺服系统，向上扩展到人机界面、图形监控软件等，用

11、通信联网来解决联接，远程服务的实现，使得硬件的调试，技术的服务可以远距离实现，从而能很大程度地提高PLC的使用效率。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，取代传统的继电器控制方式越来越受到人们的重视。使用微型计算机控制，它成本低，体积小，可靠性高，使用寿命长，简化了安装调试工作，使得电梯控制系统体积减小，节省能源、可靠性提高。可编程使灵活性增大。更突出的优点是微型计算机具有算术运算功能和灵活的逻辑运算功能，因此可以实现更完善的自动控制。另外，用可编程序控制器取代继电器控制系统的机型对单梯进行控制还是有前途的。有些生产企业开发了紧急供电装置

12、、防火厅门、地震控制、自检测以及语言合成等电梯新功能；对机械系统采用了新结构、新材料、新技术和新工艺。目前国内与国外相比，虽然技术水平上还存在一定的差距，但是国内电梯技术正以迅猛的发展速度赶超世界先进水平。世界上有名的几家电梯公司，诸如：美国奥的斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51”。其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成走电梯家族中新的组成部分。1.2 本设计的目的及研究意义目的：本课题的目的是完成一个四层无司机的电梯控制系统，该系

13、统以三菱FX2N PLC为核心，通过编写的程序实现对电梯的控制。同时通过VB设计出一个可视的控制器界面，从而可以对PLC进行全面的监控和参数修改，最终实现FX2N PLC对整个电梯系统的全面控制。此外还增加了一些安全保护功能，提高了电梯的可靠性。研究意义：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，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，在许多交通设备中，电梯是自动化程度最高的先进设备的一种。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。目前电梯控制系统主要有三种控

14、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其故障率高、控制方式不灵活、可靠性差以及消耗功率大等缺点，目前已经逐渐被淘汰。微机控制系统虽然在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗干扰性差，系统设计比较复杂，一般的维修人员也难于掌握它的维修技术等缺陷。而PLC控制系统由于其运行可靠性很高，抗干扰性强, 维修方便，设计和调试周期较短等优点，目前已成为在电梯控制系统中使用最多的控制方式，同时也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。1.3 本设计的研究方案及预期效果首先，要进行PLC的选型，根据I/O输入输出点的数量选择了FX2N-232-BD模块，熟悉电梯的PLC控制部分，

15、分别对电梯的轿内指令、楼层位置指示、平层换速控制、厅外召唤指令、开门控制等控制进行程序编程。同时也要考虑到电梯的安全性保护。在本设计中主要考虑的是电气安全保护系统，在程序设计中要体现出来。其次，运用编程软件VB 6.0 编辑PC机的控制界面，设计出电梯的状态显示图。通过电脑控制界面的信号的输入，改变PLC程序当中的参数，并达到相应的运行状态，通过PC机的控制界面显示出来，从而达到对PLC程序的监控和显示，最终控制电梯的运行。预期效果： PC机成功显示电梯的结构图，从键盘输入参数时，PLC程序中相应的量会改变，并且实施相应的动作，电梯的一系列的动作都会在电脑屏幕上显示出来。当出现失压、欠压、过载

16、、越程等不安全现象时相应的保护装置就会启动。将设置的量通过键盘传输给PLC，再从PLC将数据采集并显示出来，以达到对电梯系统进行监控。2 电梯的介绍2.1 电梯的分类2.1.1 按用途分类（1）乘客电梯：为了运送乘客而设计的电梯（2）医用电梯：为了运送病床而设计的电梯，轿厢长而窄。（3）载货电梯：为运送货物而设计,一般有人伴随的电梯。（4）杂物电梯：为图书馆、饭店运送图书、文件等设计的电梯。（5）车辆电梯：装运车辆的电梯。（6）观光电梯：轿厢壁透明，给乘客观光使用的电梯。（7）船舶电梯：在船上使用的电梯。（8）其它类型的电梯：除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、矿井电梯、消防电

17、梯等。2.1.2 按速度分类（1）低速梯：一般指低于1.00m/s速度的电梯。（2）速梯：一般指速度在1.002.00m/s的电梯。（3）高速梯：一般指速度大于2.00m/s的电梯。（4）超高速：一般速度超过5.00m/s的电梯。2.1.3 按驱动方式分类（1）直流电梯：用直流电动机驱动的电梯。（2）交流电梯：用交流感应电动机驱动的电梯。（3）齿轮齿条电梯：将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。（4）液压电梯：一般使用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。2.1.4 按操纵控制方式分类（1）手柄开关操纵：电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电

18、梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。（2）按钮控制电梯：是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。（3）信号控制电梯：这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。（4）集选控制电梯：是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。（5）并联控制电梯：23台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。（6）群控电梯：是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群

19、的程序控制、梯群智能控制等形式。2.2 电梯的结构电梯是机电一体化产品，其机械部分好比是人的躯体。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。目前电梯大多数为电力拖动，钢丝绳曳引式结构，其机械部分轿厢和门系统，由曳引系统，导向系统，平衡系统以及安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护装置等组成。3 三棱FX2N系列可编程序控制器介绍3.1 可编程序控制器的基本认识3.1.1 PLC系统的基本结构 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：结构图2-1所示 图3-1 PLC结构图(1)电源 (2)中央处理

20、单元(CPU) (3)存储器 （4）输入输出接口电路 3.1.2 三菱FX2N PLC的主要特点（1）高速运算（2）集成型高性能。CPU、电源、输入输出三为一体。 （3）安全、宽裕的存储器规格 （4）丰富的软元件范围 （5）除了具有输入输出16256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。 3.2 PLC的特点PLC 是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC 与普通微机一样。以通用或专用 CPU 作为字处理器，实现字运算和数据存储。PLC 控制一般具有可靠性高、灵活性强、易操作等特点。（1）可靠性 ：指品的有效性和可维修性。（2）灵活性 ：编程灵活性和操

21、作灵活性。（3）易操作性 ：操作方便和维修方便。3.3 电梯继电器控制系统的特点及存在问题3.3.1 电梯继电器控制系统的优点（1）保养、维修以及故障维修一般技术员都能完成无需高技术和精密仪器。（2） 大部分电器均为常用控制电器，购买和更换方便。（3）技术已经很成熟，并且资料图纸齐全，熟悉掌握的人员也比较多。3.3.2 电梯继电器控制系统存在的问题（1）整个系统的触点多,并且线路复杂,很容易出现故障,且难于修理。（2）电磁机构及触点动作速度比较慢，导致系统精度不高。（3）系统结构庞大，能耗较高。3.4 PLC控制电梯的优点（1）传统的继电器大大减少，控制系统结构简单，外部线路也极大地简化。（2

22、） PLC 可以实现很多复杂的系统，更改控制要求也很简单快捷。（3） PLC能够实现自我故障检测和显示，提高了运行安全性。4 通过Visual Basic 6.0创建电梯控制系统的仿真4.1 功能要求在窗体界面里设置命令按钮，用于电梯内外部按钮的控制；标签控件，就是在窗体上显示文字说明，改变其颜色就可以显示电梯运行状态。当按下控制面板上的命令按钮时，PLC中的按钮信号就会动作，然后将动作结果反馈给VB，相应的用于显示的控件就会显示出不同的颜色，以显示电梯的运行状态，实现对电梯控制系统的实时监控。5 电梯PLC程序的设计5.1 电梯的控制要求（1）每层楼都有召唤按钮SB1、SB2、SB3、SB4

23、，和楼层磁感应位置开关。（2）电梯在运行时，任何反方向呼叫都被视为无效。（3）轿厢位置用七段数码管显示，上下行用上下箭头指示灯显示。（4）响应呼叫信号以后，相应得呼叫指示灯亮，当电梯到达该层时灯灭。5.2 I/O接口分布表 5-1 PLC输入接口接点分布输入接点功能辅助继电器X000一楼呼叫按钮M0X001二楼呼叫按钮M1X002三楼呼叫按钮M2X003四楼呼叫按钮M3X004开门按钮X005关门按钮X010一楼上按钮M10X011二楼下按钮M11X012二楼上按钮M12X013三楼下按钮M13X014三楼上按钮M14X015四楼下按钮M15X016开门限位信号X017关门限位信号X020下底

24、限位信号X021一楼平层限位信号X022二楼平层限位信号X023三楼平层限位信号X024四楼平层限位信号X025上顶限位信号表 5-2 PLC输出接口接点分布输出接点功能Y010一楼呼叫显示Y011二楼呼叫显示Y012三楼呼叫显示Y013四楼呼叫显示Y016轿厢开Y017轿厢关Y000一楼上行显示Y001二楼下行显示Y002二楼上行显示Y003三楼下行显示Y004三楼上行显示Y005四楼下行显示Y020数码管脚Y021数码管脚Y022数码管脚Y023数码管脚Y024数码管脚Y025数码管脚Y026数码管脚Y027数码管脚Y014轿厢上行控制Y015轿厢下行控制Y024轿厢上行显示Y025轿厢下

25、行显示Y020数码管脚5.3 电梯的控制流程图图 5-1 电梯的控制流程图5.4 PL程序设计（1） 内指令呼叫及消除图 5-2内指令呼叫及消除指令该程序段是电梯一到四层的内呼按钮呼叫并且延时后指令消除的指令，当按下二楼按钮X001时会触动相应的辅助继电器，同时进行了呼叫保持。在有按钮按下的情况下，当楼层达到二楼时，二楼的楼层限位信号X022动作，在两者同时接通的情况下，延时3秒，3秒之后信号消除。其他的楼层也是同样的道理。 （2）外指令呼叫及消除图 5-3外指令呼叫及消除（3）平层信号的处理图 5-4平层信号的处理该程序段是进行平层信号的处理，也是开关门状态的确定前提。四层电梯结构比较简单，

26、所以在这里将每一层的情况具体化。因为开门情况会出现在上行或下行过程中，所以在这里将过程分为上行过程和下行过程，分别设置了上、下行的辅助继电器M31和M32，这也是执行的前提条件。将上下过程分开来，电梯在上行过程中并不受下行按钮呼叫的影响，从而实现了反向呼叫无效的目的。当电梯处于一楼时，有上层平层呼叫信号时，M31（上行辅助继电器）触发或者当电梯处于四楼时，有下层平层呼叫信号，M32（下行辅助继电器）触发或者平层限位信号触发或者有开关门的信号时，则辅助继电器M130（电梯处于平层信号）被触发。（4）开关门程序图 5-5开关门程序这个程序为开关门的子程序。当M130被触发时，执行此子程序。Y014

27、（电梯上行控制）和Y015（电梯下行控制）断开，M4（开门辅助继电器）触发，呼叫保持，Y016（轿厢门开控制）运行，延时3S后，Y017（厢门关）运行，并且延时3S后，M130复位。（5）电梯上行执行程序图 5-6电梯上行执行程序这是一个电梯向上运行的程序，在这个程序里给出了呼叫楼层信号的确定。由于四层电梯相对较简单，所以在这里没有用程序模块化的结构思想，而是将电梯所处每一层的可能呼叫动作比较清楚的显示出来。当电梯处于第一层时，第一层的平层辅助继电器M21便会动作，这也是上层电梯呼叫的一个先决条件。电梯上行的情况依次为：二楼上行呼叫、三楼上行呼叫、三楼下行呼叫、四楼下行呼叫、二楼下行呼叫、二楼

28、内呼、三楼内呼和四楼内呼。执行上行的条件还有X017动作即轿箱门是关着的，X025闭合，即未到达上顶限位信号，这也是电梯保护措施的一种。还有轿箱非处于平层，当轿箱处于平层时，M130动作，轿箱则执行开关门的程序，所以M130必须是闭合的。当上述条件都满足时，轿箱的控制输出则为上行即Y014动作，同时上行辅助继电器M31动作，下行辅助M32复位。电梯执行上行程序。这仅以电梯处于第一层为例，当电梯处于二、三、四层时，依次同理可得出相应的结果。（6）电梯下行执行程序图 5-7电梯下行执行程序(7) 电梯上行目标确定图 5-8电梯上行目标确定这段程序的目的是确定在上行过程当中，楼层呼叫信号确 定当上行

29、辅助继电器M31动作时，电梯处于上行过程中，电梯处于当前楼层以下的楼层呼叫或者处于该层楼以上的下行呼叫都是无效的，上M22即二楼上呼叫时，二楼以上的所有呼叫信号，当中有一个动作时，则会触发辅助继电器M36；三楼上呼叫前提下，其以上信号呼叫也会触发M36。这样对于楼层的呼叫信号有一个先后的处理顺序。在电梯下行的执行程序中，有一个条件是M36断开，说明电梯下行过程中，对于某一楼层的上面信号呼叫是无效的。（8） 电梯下行目标确定图 5-9电梯下行目标确定（9） 呼叫信号的显示图 5-10一楼呼叫信号的显示图 5-11 电梯上行和下行的显示图 5-12楼层数的数码显示结 论受到客观条件的制约，只能在实验室对电梯的控制程序进行模拟调试。实际的输入、反馈信号用按钮或开关来模拟，用 PLC输出端的发光二极管来显示负载的状态，调试时，按照电梯的运行条件，输入信号，观察输出是否正确，同时可通过编程器监控内部各点状态，在输入端接上手动按钮而在 PLC 的输出指示灯上看输出。如按下 X001是二层楼