电梯课程设计

1、 基于PLC的电梯控制系统设计第一章 概述1. 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

2、定，轿厢得以准确停靠。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。2. 及目的设计内容 设计一个基于FX2N-64PLC的四层电梯的控制系统设计，要求根据PLC对电梯的开关信号的输入输出进行处理，实现对电梯上行下行的自动控制，并且能够实时根据电梯运行位置调节电梯运行速度，确定电梯运行状态；设计并画出电梯控制系统的时序图，编制梯形图程序和对应的指令表程序。第二章 PLC的介绍及选择1. PLC的介绍PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其

3、内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。2. PLC的基本结构三菱FX系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗叫法分别为继电器、计时器、计数器等，但它们与真实的元件有很大的差别，一般称之为“软继电器”。这些编程用的继电器，它们的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题；触点没有数量限制、没有机械损耗和电腐蚀等问题。它在不同的指令操作下，汽工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可

4、以做脉冲数字元件使用。一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等FX系列PLC梯形图中的编程元件的名称由字母和数字组成，它们分别表示元件的类型和元件号，例如Y10、M129。输入继电器和输出继电器的原件号用八进制数表示，八进制数只有07这8个数字符号，遵循“逢8进1”的运算规则。3. PLC的选择因为电梯是双向运行的，所以PLC须具有可逆计数器。并且可编程控制器必须具有高数计数器。所以，选择了三菱FX2N系列的FX2N-64。第三章 主题方案设计1.硬件方案设计1.

5、1 电梯工作流程电梯在逻辑控制程序操控下往复运行,其循环过程为: 指令登记, 判断电梯的运行方向；起动运行,在运行途中实现顺向截梯、厅呼梯信号和轿内选择指令的记忆等操作. 到达选层层战后,换速平层并消号,并完成开、 关门操作等。PLC 程序采用模块化设计实现上述功能,其结构清晰、便于调试, 如轿厢内外指令的登记与消号自动定向、 选层换速、 顺向截梯及层楼数指示等模块。模块间不完全独立,它们之间存在着有机联系通过修改 PLC 控制程序可实现多种电梯运行方式。电梯运行循环过程为：选层自动定向起动运行快慢速切换平层制动停车开门关门。 大致可将软件的设计分为以下几个大部分：开关门环节、楼层显示环节（七

6、段码显示）、轿内呼叫信号的登记与消除环节、厅外呼叫信号的登记与消除环节、定向环节、启动环节、制动环节。1.2 I/O地址分配(1)输入信号 输入的信号 名称 信号的编码 SB1 一层内呼信号 X1 SB2二层内呼信号X2SB3三层内呼信号X3SB4四层内呼信号X4SB5手动开门X5SB6手动关门X6SB7一层外呼上X7SB8二层外呼上X10SB9二层外呼下X11SB10三层外呼上X12SB11三层外呼下X13SB12四层外呼下X14SQ1一楼下平层X15SQ2二楼上平层X16SQ3二楼下平层X17SQ4三楼上平层X20SQ5三楼下平层X21SQ6四楼下平层X22SL1开门到位X23SL2关门到

7、位X24 S1开门感应信号X25（2）输出信号 输出的信号 名称 信号编码 HL1一楼内呼显示Y1HL2二楼内呼显示Y2HL3三楼内呼显示Y3HL4四楼内呼显示Y4HL5上行显示Y5HL6下行显示Y6七段码a七段码a显示Y7七段码b七段码b显示Y10七段码c七段码c显示Y11七段码d七段码d显示Y12七段码e七段码e显示Y13七段码f七段码f显示Y14七段码g七段码g显示Y15KM1上行（电机正转）Y16KM2下行（电机反转）Y17KM3电机高速Y20 KM4 电机低速 Y21KM5抱闸Y22KM6开门输出Y23KM7关门输出Y24KM8电机制动Y25HL7一层上行外呼显示Y26HL8二层上行

8、外呼显示Y27HL9二层下行外呼显示Y30HL10三层上行外呼显示Y31HL11HL12 三层下行外呼显示四层下行外呼显示 Y32Y33 （3）定时器和中间继电器的编号和功能 编号 名称和作用T1开门到位计时（15s后自动关门）T2制动计时（制动1s后抱闸）T3抱闸计时（抱闸1s后开门）T4 低速计时（低速1s后转为高速）M1轿厢在一楼中间继电器M2轿厢在二楼中间继电器M3轿厢在三楼中间继电器M4轿厢在四楼中间继电器M5开门中间继电器M6关门中间继电器M7一楼内呼信号保持中间继电器M8二楼内呼信号保持中间继电器M9三楼内呼信号保持中间继电器M10四楼内呼信号保持中间继电器M11一楼上外呼信号保

9、持中间继电器M12二楼上外呼信号保持中间继电器M13二楼下外呼信号保持中间继电器M14三楼上外呼信号保持中间继电器M15三楼下外呼信号保持中间继电器M16四楼下外呼信号保持中间继电器M17上行显示中间继电器M18下行显示中间继电器M19上行部分中间继电器（保证呼叫信号先内后外）M20下行部分中间继电器（保证呼叫信号先内后外）M21上行输出中间继电器M22下行输出中间继电器M23电机低速中间继电器M24电机高速中间继电器M25电机制动中间继电器M26抱闸中间继电器M27采集抱闸瞬间信号中间继电器M28抱闸延时开门中间继电器M29制动辅助中间继电器1 M30 制动辅助中间继电器2M31开门辅助中间

10、继电器1（解决双线圈）M32开门辅助中间继电器2（解决双线圈） M33 关门辅助中间继电器1（解决双线圈） M34关门辅助中间继电器2（解决双线圈）1.3 PLC I/O硬件连接图 抱闸输出和制动输出分别接KM5和KM8，继电器KM5和KM8分别控制制动器的抱闸和制动。当KM8接通时，制动器开始制动，按程序设计，制动1s后KM5接通，制动器实施抱闸，使轿厢保持静止，位置不变。1.4主电路电器原理图电气主接线图中有两个电机，一个为曳引机的牵引电机，为交流异步电机；另一个为开关门电机，为直流电机。KM1与KM2的切换，可以实现异步电机的正反转，即控制电梯的上下行。当KM4闭合时，定子绕组接成三角形

11、接法，电梯低速运行；当KM3闭合时，定子绕组接成双星形接法，电梯高速运行。KM6与KM7的切换，可以实现直流电机的正反转，即控制电梯的开关门。电梯的制动靠制动器来实现。制动器就是刹车，是使机械中的运动件停止或减速的机械零件，是电梯重要的安全装置，它的安全、可靠是保证电梯安全运行的重要因素之一。2.软件方案设计2.1内呼信号的登记与消除 内呼信号由轿厢内的选层按钮产生，内呼信号被登记后，要由程序完成保持，直至电梯到达内选确定的楼层后信号才被消除。内呼信号被保持的阶段，内呼信号输出要一直导通，即内呼显示灯要一直亮。 内呼信号的消除条件是：电梯到达所选楼层，且电梯牵引电机抱闸停转。由此条件可知，若乘

12、客进入轿厢内呼当前楼层，内呼信号是不会被登记的2.2外呼信号的登记与消除外呼信号的登记与消除环节类似于内呼，都经过登记-保持-消除三个步骤。虽然电梯运行过程中要碰到很多的情况，比如，电梯在三楼正上行，此时二楼和五楼同时外呼，虽然外呼信号都要被登记和保持，但是并不影响电梯的正常运行，因为定向环节会确定电梯的运行方向，如此一来，虽然外呼信号都被登记，但有一些不会对电梯的运转产生影响。外呼信号的消除条件亦是：电梯到达所选楼层，且电梯牵引电机抱闸停转。同样电梯在某层停转，乘客外呼本层，外呼信号不会被登记。但是若电梯在某层停用，即不运转，也没有内外呼，此时虽然外呼信号不能被登记，但是轿厢的门会自动打开，

13、这是由开门环节决定的。2.3开门控制开门环节应该满足如下几点要求：（一）按下轿厢内的手动开门按钮，开门输出；（二）电梯到所选楼层（外呼和内呼），平层抱闸后自动开门；（三）电梯在某层停用，本层外呼，开门输出。开门环节的梯形图如图3-2所示。为满足以上要求，设计中加入了中间继电器M31（开门辅助继电器1）和M32（开门辅助继电器2），此中间继电器的另外一个功能是避免了双线圈。其中平层抱闸开门输出的启动条件是抱闸至电机停转，所以加了计时器T3，令抱闸后1s开门，此处的时间设为1s并无确实依据，显示中，要根据实际情况设置此时间。开门输出断开的条件是开门到位，当门完全打开，开门到位触点接通，利用开门到位

14、信号，把开门输出断开，开关门直流电机停转。手动开门X5,平层感应信号，抱闸信号M27，本层外呼信号都可以触发开门信号Y23。抱闸信号延时1s后开门输出。2.4关门控制关门环节应该满足的要求：（一）轿厢内按下手动关门按钮，关门输出；（二）开门到位15s后自动关门。同开门环节，为满足上述条件，设置了中间继电器M33（关门辅助继电器1）和M34（关门辅助继电器2），同时避免了双线圈的出现。其中T1是开门到位计时器，当开门到位15s后，自动输出关门。关门输出的关断条件是关门到位，即关门输出时开关门直流电机运转，当关门到位，关门到位触点接通，关门输出被关断，开关门直流电机停转。手动关门X6，开门到位X2

15、3可以触发关门信号。开门到位15s后关门输出。2.5 楼层显示环节 楼层的登记与消除部分和楼层显示部分组成了完整的楼层显示环节。楼层显示用七段码显示。其中一、二、三、四楼显示分别是：bc段、abdeg段、abcdg段和bcfg段。楼层确定由M1、M2、M3和M4登记和保持。其中七段码的输出分别为：Y7、Y10、Y11、Y12、Y13、Y14和Y15。+代表或的关系，通过元件的并联实现；·代表与的关系，通过元件的串联实现。M1、M2、M3、M4和七段码的逻辑关系是: ； ； ； 。 电梯开始时默认位置是一层，一层显示灯Y10、Y11亮，当电梯运行时，直到碰到平层信号显示灯才改变。当电梯

16、位于某一层时，指层感应器产生该楼层的信号，以控制指层灯的状态离开该层时，该层楼信号应被新的层楼信号（上一层或下一层）所取代。楼层显示环节应该满足的条件是：（一）轿厢不运行时，七段码要显示所在楼层；（二）轿厢运行时，电梯在两层之间运行时要正确显示所在楼层，如从一楼上行，首先要碰到一楼下平层感应触点，虽然此触点被接通，但电梯仍在一楼，所以显示楼层要显示一楼；直至二楼上平层感应触点接通，显示变为二楼。其余楼层以此类推。 楼层的登记与消除梯形图 楼层显示的梯形图2.6 定向环节（1）定上行环节上行要满足的条件：（一）电梯在一楼，楼上只要有外呼，或有内呼，电梯就上行。（二）轿厢在二楼及以上楼层时，上级楼

17、层有外呼，且外呼满足此时运行方向条件，则上行。（三）定向时，内呼信号的优先级要高于外呼信号。为了确定内呼信号的优先级高于外呼信号，设置了中间继电器，通过对的置位和复位以确保内呼信号的高优先级。上下行显示由轿厢内和门厅外的上下行显示灯显示。当上行和下行条件同时满足时，定向环节会由惯性原则确定方向，即当同时满足上行和下行条件时，由此时电梯的运行状况决定；若此时电机上行，则定向为上行；若此时为下行，则定向为下行；若此时电机停转，则由定向信号被登记的时间先后决定。所谓电梯的方向控制环节，是根据电梯轿厢内乘客欲往层楼的位置信号或各层楼大厅乘客的召唤信号位置与电梯所处层楼的位置信号进行比较：凡是在电梯位置

18、信号上方向的轿内或层楼厅外召唤信号，则电梯定上行方向；凡在其下方向的，则定下行方向。电梯的定向输出控制轿厢牵引电机的正反转来实现上下行，即上行时牵引电机正转，下行时牵引电机反转。定向输出信号的消除条件是：电梯到达某个楼层停层后关门输出。比如电梯在二楼登记上行信号，要求在三楼停层，此时电梯上行，在二楼登记的上行信号保持到电梯在三楼停层再关门。此时在二楼登记的上行信号被消除，定向程序重新执行，重新判断电梯的运行方向。（2）定下行环节下行要满足的条件：（一）电梯在四楼，楼上只要有外呼，或有内呼，电梯就上行。（二）轿厢在三楼及以下楼层时，下级楼层有外呼，且外呼满足此时运行方向条件，则下行。（三）定向时

19、，内呼信号的优先级要高于外呼信号。 2.7启动环节电梯的启动条件是：轿厢门关好，定向完成以及牵引电机停转。启动条件满足，牵引电机开始低速启动，低速启动后1s电梯进入高速平稳运行阶段。当电梯上行或者下行，同时关门到位X24输出，电梯启动环节就执行。直到碰到平层信号，启动环节一直在执行，先执行低速Y21，再转为高速Y20。低速启动信号由高速信号Y20断开，高速运行信号由制动信号M25断开。电机的高低速运行的实现，在程序控制的基础上，由外部电机的接线完成。电梯启动平稳运行后进入制动环节。 2.8 制动环节制动环节程序设计时也分上行制动和下行制动，最后把两块整合，即为完整的制动环节程序。上行制动有如下

20、几种情况：（一）电梯正上行，内选m楼（上级楼层），m层上平层触点接通，牵引电机开始制动；（二）电梯在m层定上行，n层有外上呼（n>m），n层上平层触点接通，牵引电机开始制动；（三）电梯上行，目标层为m层，此时m以上楼层均无内外呼信号，m层有外下呼信号，当m层上平层触点接通，牵引电机开始制动；（四）电梯行上至四楼必制动。下行制动类似，特殊情况：下行至一楼必制动。制动信号Y25由平层感应触点触发，上行由上平层感应触点触发，轿厢碰到上平层感应触点到电梯停层位置还有一段距离，此程序中设置了制动后1s抱闸，制动时间结束，抱闸开始，轿厢正好达到停层位置。制动信号Y25由抱闸输出信号M26断开，即抱闸

21、信号产生的同时，制动信号被断开。其间制动信号一直保持，电机一直在制动状态。在程序控制的基础上，牵引电机的制动由外部电机的接线完成。 2.9 抱闸环节 引电机制动后电机抱闸，抱闸信号Y22由制动计时器T2产生，制动后1s触发抱闸信号。牵引电机抱闸后抱闸信号一直保持，下次启动的中间继电器M23关断抱闸信号。抱闸信号的保持是为了防止轿厢停层时下坠，故在轿厢停止运行的时间内，抱闸信号一直存在。第四章 仿真调试本次设计使用组态软件来模拟四层电梯的运行，组态软件是数据采集监控系统SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)的软件平台工具，是工业应用软件的一

22、个组成部分。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。 下面是模拟的结果： 主界面 上行至四楼 下行至一楼第五章 总结与老式电梯传动控制系统相比，基于PLC的电梯传动控制系统充分利用PLC的功能，速度给定及波形均由软件产生，系统结构简单，体积小，操作更方便，更灵活。在科学技术发展的推动下，电梯技术将产生各种新的变化，新的功能。展望未来，超高层建筑物的出现将需要发展更高

23、的运行速度的电梯，电梯工业产品将更加五彩缤纷。超高速电梯、无机房电梯、磁悬浮电梯、无绳电梯、“绿色电梯”等电梯将会出现，它们必将会给我们的生活带来更方便的服务。现代电梯技术的发展，不仅代表着科学技术的飞速发展，同时也标志着人类生活走向现代和文明。通过这次比较完整的电梯控制系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富。这是我们都希望看到的，也正是我们进行课程设计的目的所在。附

24、录：指令表 0 LD X007 1 AND M1 2 LD X010 3 OR X011 4 AND M2 5 ORB5+ 6 LD X012 7 OR X013 8 AND M3 9 ORB 10 LD X014 11 AND M4 12 ORB 13 OR X005 14 OR X026 15 OR M31 16 ANI X023 17 OUT M31 18 LD M27 19 OR M28 20 ANI X023 21 OUT M28 22 OUT T3 K10 25 LD T3 26 OUT M32 27 LD M31 28 OR M32 29 OUT Y023 30 LD X006

25、31 OR M33 32 ANI X024 33 OUT M33 34 LD X023 35 OR M6 36 ANI X024 37 OUT M6 38 OUT T1 K150 41 LD T1 42 ANI X024 43 OUT M34 44 LD M33 45 OR M34 46 ANI Y023 47 OUT Y024 48 LDI M2 49 ANI X020 50 ANI M3 51 ANI X016 52 ANI X022 53 ANI M4 54 OUT M1 55 LD X016 56 OR X017 57 OR M2 58 ANI X021 59 ANI X022 60

26、ANI X015 61 ANI X020 62 OUT M2 63 LD X020 64 OR X021 65 OR M3 66 ANI X015 67 ANI X016 68 ANI X017 69 ANI X022 70 OUT M3 71 LD X022 72 OR M4 73 ANI X015 74 ANI X016 75 ANI X021 76 ANI X017 77 ANI X020 78 OUT M4 79 LD M2 80 OR M3 81 ANI M1 82 ANI M4 83 OUT Y007 84 LD M1 85 OR M2 86 OR M3 87 OR M4 88 O

27、UT Y010 89 LD M1 90 OR M3 91 OR M4 92 ANI M2 93 OUT Y011 94 LD M2 95 OR M3 96 ANI M1 97 ANI M4 98 OUT Y012 99 LD M2 100 ANI M1 101 ANI M3 102 ANI M4 103 OUT Y013 104 LD M4 105 ANI M1 106 ANI M2 107 ANI M3 108 OUT Y014 109 LD M2 110 OR M3 111 OR M4 112 ANI M1 113 OUT Y015 114 LD X001 115 OR M7 116 LD

28、I M1 117 ORI M26 118 ANB 119 OUT M7 120 LD X002 121 OR M8 122 LDI M2 123 ORI M26 124 ANB 125 OUT M8 126 LD X003 127 OR M9 128 LDI M3 129 ORI M26 130 ANB 131 OUT M9 132 LD X004 133 OR M10 134 LDI M4 135 ORI M26 136 ANB 137 OUT M10 138 LD M7 139 OUT Y001 140 LD M8 141 OUT Y002 142 LD M9 143 OUT Y003 1

29、44 LD M10 145 OUT Y004 146 LD X007 147 OR M11 148 LDI M1 149 ORI M26 150 ANB 151 OUT M11 152 LD X010 153 OR M12 154 LDI M2 155 ORI M26 156 ANB 157 OUT M12 158 LD X011 159 OR M13 160 LDI M2 161 ORI M26 162 ANB 163 OUT M13 164 LD X012 165 OR M14 166 LDI M3 167 ORI M26 168 ANB 169 OUT M14 170 LD X013 1

30、71 OR M15 172 LDI M3 173 ORI M26 174 ANB 175 OUT M15 176 LD X014 177 OR M16 178 LDI M4 179 ORI M26 180 ANB 181 OUT M16 182 LD M11 183 OUT Y026 184 LD M12 185 OUT Y027 186 LD M13 187 OUT Y030 188 LD M14 189 OUT Y031 190 LD M15 191 OUT Y032 192 LD M16 193 OUT Y033 194 LD M8 195 OR M11 196 OR M12 197 O

31、R M13 198 ANI M2 199 OR M9 200 OR M14 201 OR M15 202 ANI M3 203 OR M10 204 OR M16 205 ANI M4 206 ANI M18 207 OUT M17 208 LD M17 209 SET M19 210 LD Y023 211 RST M19 212 LD M17 213 OR M19 214 OUT M21 215 LD M21 216 OUT Y005 217 OUT Y016 218 LD M9 219 OR M14 220 OR M15 221 OR M16 222 ANI M3 223 OR M8 224 OR M12 225 OR M13 226 ANI M2 227 OR M7 228 OR M11 229 ANI M1 230 AN