自动电梯的PLC控制设计论文(word格式)

1、北京邮电大学世纪学院毕业设计(论文)题 目 自动电梯的PLC控制设计 学 号 09050324 学生姓名 专业名称 机械工程及自动化 所在系（院） 电子与自动化系 指导教师 李亮之 2013年 6 月 8 日北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）诚信声明本人声明所呈交的毕业设计（论文），题目 是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名： 日期： 毕业设

2、计（论文）使用权的说明本人完全了解北京邮电大学世纪学院有关保管、使用论文的规定，其中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存论文；学校可允许论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内容。本人签名： 日期： 指导教师签名： 日期： 题目 自动电梯的PLC控制设计 摘要随着社会经济的不断发展，楼房越来越高，电梯成为了高层楼房的必须设备。国内传统的电梯是由继电器控制。它不仅存在着可靠性差、成本高、故障率高等缺点，而且在层数增加时，配线变化会给制造及安装带来诸多不变。PLC控制电

3、梯方法的出现，很好地解决了以上的不足。本文首先对电梯和PLC控制的特点进行了简要的介绍。并以四层电梯PLC控制系统的设计为例，对I/O点数的分配与估计、PLC的选型、电梯运动流程的规划、梯形图的绘制等进行了详细阐述。最后通过模拟调试，成功验证了程序的可行性，实现了电梯运行中的自动选向，开关门控制，自动达层，呼叫记忆等功能。关键词 PLC 电梯 梯形图 控制系统 自动选向Title The escalator PLC control design Abstract With the constant development of social economy, the buildings bec

4、ome higher and higher，and the elevator has already been the necessary equipment of the high-story buildings. In China, the traditional elevator is controlled by relay. It not only has the poor of reliability, high cost and high failure rate, but also inconvenient to manufacture and installation, bec

5、ause of the distribution changing when the layers increase. As the method of PLC control for elevators appeared, the shortcomings above have been solved perfectly. In this paper, a brief introduction of the elevator and PLC control system was given first. Then a PLC control system for a four-story e

6、levator was designed as an example to describe how to estimate the number of the I/O points and distribute them, how to choose a PLC, plan the movement of the elevator, draw a ladder diagram in detail. Finally, the feasibility of the control system was verified by debugging on an OMRON PLC. It was c

7、ertified that the elevator with the PLC control system has all the functions expected. Such as: selecting the directions and making the door switch automatically, automatic landing, call memory etc. Keywords PLC elevator ladder diagram control system目录1.绪论11.1课题研究目的和意义11.2 PLC在电梯系统的应用现状与发展趋势21.3可编程控

8、制器的特点41.4 PLC的用途61.5 PLC的工作原理71.6论文的主要研究内容82.系统原理及方案设计92.1电梯控制系统92.2电力拖动系统102.3电梯的工作原理102.4设计思想112.5楼层显示系统方案设计122.6电梯的安全保护装置133.硬件设计143.1控制器机型的选择143.2输入/输出点分配：153.3 PLC I/O接线图173.4四层电梯曳引电机及门电机电路图183.5 PLC的输出接口电路194.软件设计214.1系统结构框图214.2电梯开关门流程图224.3电梯上升下降流程图234.4梯形图255.电梯PLC的调试305.1模拟调试305.2调试图30结 论3

9、5致谢36参考文献37附录38IV北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）1.绪论1.1课题研究目的和意义自1889年美国奥迪斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；而且作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程控制器既保留了继电器控制

10、系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质性能。因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用1。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC在工业控制领域内得到十分广泛地应用。PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储 用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯；百货大楼和宾馆需要

11、有客梯,自动扶梯。在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样，成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前236年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出人力驱动的卷筒式卷扬机。1858年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而有在英国出现水压梯。1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯,首批46台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955年出现

12、了小型计算机控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期13。电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。此电梯模型所采用的类型为欧姆龙CP1

13、H程序设计采用模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则设计各个功能模块。设计的程序要求完成电梯自动运行功能如：内选外召唤信号的登记、消号、到层自动开门，合理分配轿厢内指令的执行和外召唤的应答。 1.2PLC在电梯系统的应用现状与发展趋势随着我国经济的发展，城市中涌现出越来越多的高层建筑，而与之配套的电梯已成为人们日常生活中不可缺少的工具。同时，由于城市老龄化问题日益突出，多层建筑同样也有使用电梯的要求。而目前，国内中小电梯厂商大多采用继电器控制或微机控制方法实现对电梯的控制，前者硬布线的逻辑控制方式具有原理简单、直观等特点，但通用性差，逻辑系统由许多触点组成，接线复杂、故障率高、设备庞大，

14、现已慢慢淡出市场；后者在工业控制系统中的应用十分广泛，在电梯控制上取代传统的继电器控制方式慢慢受到人们的重视。根据电梯的功能要求，微机控制电梯的方式主要分为4种：单微机控制方式，双微机控制方式，三微机控制方式，群控电梯的微机控制方式。单微机控制方式又分为2种，即单板机控制方式和单片机控制方式；双微机控制方式由控制系统CPU和拖动系统CPU以及部分继电器组成整个电梯的控制系统，可以实现起制动闭环、稳速开环控制，也可以实现全闭环控制；三微机控制方式也称为多微机控制方式，控制部分主要对选层器、速度图形和安全检查电路三方面进行控制；群控方式使用的微机数量根据方式的不同也有所不同。但是由于微机控制的可靠

15、性不高，容易发生故障，从而使电梯难以达到用户希望的安全、稳定、可靠等要求9。PLC自问世以来，以其高可靠的特点在工业自动化领域获得广泛的应用。近年来，随着超大规模集成电路技术和通信技术的进步，PLC的性价比逐年提高，使用PLC控制电梯，是一种投资小、见效快、可靠性高的好方法2。第一台可编程控制器的设计规范是美国通用公司提出的。当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后，美国

16、数字设备公司（DEC）于1969年研制成第一台PLC，型号为PDP-14，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了PLC的新纪元。第一台PLC具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。这些控制器易于安装，占用空间小，可重复使用。尽管控制器编程有些琐碎，但它具有公共的工厂标准梯形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。在短时间内，PLC在其他工业部门也得到应用。到70年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用PLC代替继电器控制设备，迈出了其实用化阶段的第一步。70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位微处理器和位片处理器相继问世，使可编程控制技

17、术产生了飞跃。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制、提高了运算速度，扩大了输入输出规模。在这个时期，日本、原西德和法国相继研制出了自己的PLC，我国在1974年也开始研制。70年代由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列化产品。这是面向工程技术人员的编程语言发展成熟，出现了工艺人员使用的图形语言。在功能上，PLC可以代替某些模拟控制装置和小型机DDC系统。进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产生，可诊断自身故障及机器故障。这些改进使PLC符合今天

18、对高质量高产出的要求。尽管PLC功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点。1.3可编程控制器的特点PLC的性能特点(1)硬件的可靠性PLC是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的，一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中5。在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固，简化安装，使它易于抗振动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如，在输入/输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，用提高了抗干扰性能；各个I/O端口都除采用了常

19、规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。由于PLC本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上。(2) 编程简单，使用方便用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前打多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传

20、统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这是微不足道的。(3) 接线简单，通用性好PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线

21、网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于是用。(4)可连接为控制网络系统PLC可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为5002500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为1M10Mbps，传输距离为5001000m，网上结点可达1024个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而

22、组成控制范围很大的局部网络。(5) 易于安装，便于维护PLC安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到PLC系统的情况下，PLC小的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有器

23、件都是固态的，维护时只需更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，就能指示器是否正常工作，借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。PLC的这些及其他特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，向其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。1.4PLC的用途PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降,使PLC的成本下降,同时又由于PLC的功能大大增强,使PLC 的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机

24、械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业6。PLC的应用通常可分为五种类型：（1）顺序控制 这是PLC应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。（2）运动控制 PLC制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。在多数情况下，PLC把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更低

25、，速度更快，操作方便。（3）闭环过程控制 PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模块的提供使PLC具有闭环控制功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某一个变量出现偏差时,PID控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定值上。（4）数据处理 在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递

26、，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC设备使用。美国GE公司的CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC。预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。（5）通信和联网 为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。1.5PLC的工作原理PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用循环

27、扫描工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O(输出) 刷新”。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，

28、则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数：一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。应对响应时间作出精

29、确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。1.6论文的主要研究内容随着国民经济的飞速发展, 现代化程度日益提高,高层建筑愈来愈多, 电梯也随之增多, 电梯产品在人们物质文化生活中的地位得到了提高,成为重要的运输设备之一。国内传统的电梯控制是由继电器、接触器构成。它不仅存在着可靠性差、成本高、故障率高等缺点,而且在层数增加时,配线变化给制造及安装带来诸多不便。由此可见，研究一种新的电梯控制系统具有十分重要的意义。基于此，我们提出了本次设计：PLC在电梯控制系统中的应用。本设计主要以PLC作为工具对升降电梯的各种操作进行控制。通过编写程序，对电梯的升降

30、动作进行模拟仿真。此电梯模型所采用的类型为欧姆龙CP1H程序设计采用模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则设计各个功能模块。设计的程序要求完成电梯自动运行功能如：内选外召唤信号的登记、消号、到层自动开门、延时自动运行等。合理分配轿厢内指令的执行和厅外召唤的应答。2.系统原理及方案设计系统控制核心为plc主机，通过plc输入接口送入plc. 由存储器的plc 软件运算处理，然后经输出接口分别向指层器及召唤指示灯等发出显示信号，向主拖动系统发出控制信号。具体的电梯控制信号原理如图2-1所示。图2-1电梯PLC信号控制系统框图2.1电梯控制系统1.电梯的结构电梯是机电合一的大型复杂产品，机械部

31、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。(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。(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

32、门机，门锁装置组成。(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)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。由限速器，安全钳，缓冲器，端站保护装置组成。2.2电力拖动系统电梯主拖动类型有直流电动机拖动、交流电动机拖动、直流GM（即发电机电动机组供电）拖动、晶闸管供电（SCRM）的直流拖动和交流双速电动机拖动、交流调压调速（AVCC）拖动、交流变频调速（VVVF）等。因直流电梯的拖动电动机有电刷和换相器，可靠性低，维护量较大，现已被交流调速电梯所取代。为了

33、得到较好的舒适感，要求曳引电动机在选定的调速方式下，电动机的输出转矩总能达到负载转矩的要求4。考虑到电压的波动、导轨不够平直造成的运动阻力增大等因素，电动机转矩还应有一定的裕度，我选用交流电动机拖动即三相异步电动机。2.3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

34、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。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。2.4设计思想 1.PLC控制系统设计的基本原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：1)最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，

35、是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。2)保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3)力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设

36、备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4)适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。2.5楼层显示系统方案设计1）当103.01，103.01为高电平时，数码管bc段得电，七段数码显示管层数为1。2）当103

37、.00,103.01,103.06,103.04,103.03为高电平时，数码管abged得电，七段数码显示管层数为2。3）当103.00,103.01,103.06,103.02,103.03为高电平时，数码管abcgd得电，七段数码显示管层数为3。4）当103.05,103.06,103.01,103.02为高电平时，数码管fgbc得电，七段数码管显示管层数为4。具体接线图如图2-5所示： 图2-5 7段数码管显示电路2.6电梯的安全保护装置(1)电磁制动器，装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。(2)强迫减速开关，其分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端

38、站换速未减速时，轿厢上的撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。(3)限位开关，当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车，并报警。(4)行程极限保护开关，当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。(5)急停按钮，装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。(6)厅门开关，每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯启动;在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。(7)关门安全开关，常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，SB15为高电平。门电机停止关门，

39、反向开门，延时重新开门。(8)超载开关，当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行，报警铃触点SB14为高电平，报警铃响。(9)其它的开关，安全窗开关，钢带轮的断带开关等。3.硬件设计3.1控制器机型的选择为了完成设定的控制任务,主要根据电梯控制方式与输入/输出点数和占用内存的多少来确定PLC的机型。本系统为四电梯,采用集选控制方式。所需输入/输出点数与内存容量估算如下:1输入/输出点的估算：采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上召唤按钮SB1和向上呼叫指示灯HL9，2层有上召唤按钮SB2和向上呼叫指示灯HL10，2

40、层向下召唤按钮SB3和2层向下召唤按钮HL11，3层有向上呼叫按钮SB4和3层向上呼叫指示灯HL12，3层有向下呼叫按钮SB5和3层向下呼叫指示灯HL13，4层有向下召唤按钮SB6和4层向下呼叫指示灯HL14,电梯轿厢内14层每层有一个按钮，共4个，14层到达指示灯有4个，轿厢内指示灯有4个，上行方向指示灯HL15，下行方向指示灯HL16，电梯开门和关门分别通过电磁铁KM3和KM4控制，关门到位由行程开关SQ6检测，开门到位由行程开关SQ5检测。报警电铃HL17，七段显示器放光二极管有7个，电梯上升极限位SQ7，电梯下降极限位SQ8，超重信号SB13，警报器按钮SB14，激光传感器SB15，轿

41、厢上行和下行由接触器KM1和KM2控制，并有上行记忆和下行记忆两路指示灯。输入点共有25个，输出点共有28个,总共53个。2. 内存容量的估算用户控制程序所需内存容量与内存利用率、输入/输出点数、用户的程序编写水平等因素有关。因此,在用户程序编写前只能根据输入/输出点数、控制系统的复杂程度进行估算。本系统有开关量I/O总点数有53个，模拟量I/O数为0个。利用估算PLC内存总容量的计算公式:所需总内存字数=开关量I/O总点数×(1015)+模拟量I/O总点数×(150250)再按30%左右预留余量。估算本系统需要约1K字节的内存容量。综合I/O点数以及内存容量，CP1H-X

42、40DT-D 40点CPU单元,24输入16点晶体管输出，输出点数为2416，以及扩展PLC型号为CP1W-40EDT 扩展I/O单元 40点 24点输入16点晶体管输出，由于CP1H中的100CH/101CH的高位08-15可作为内部辅助继电器使用，所以CP1H-X40DT-D中的输出点100.08作为扩展口使用，足以满足要求。3.2输入/输出点分配：I/O分配：输入电器输入端地址输出电器输出端地址一楼上召唤按钮SB10.00一楼到达指示灯HL1100.00二楼上召唤按钮SB20.01二楼到达指示灯HL2100.01二楼下召唤按钮SB30.02三楼到达

43、指示灯HL3100.02三楼上召唤按钮SB40.03四楼到达指示灯HL4100.03三楼下召唤按钮SB50.04一层轿厢内指示灯HL5100.04四楼下召唤按钮SB60.05二层轿厢内指示灯HL6100.05轿厢内开门按钮SB70.06三层轿厢内指示灯HL7100.06轿厢内关门按钮SB80.07四层轿厢内指示灯HL8100.07轿厢内一楼按钮SB90.08一层向上呼叫指示灯HL9101.00轿厢内二楼按钮SB100.09二层向上呼叫指示灯HL10101.01轿厢内三楼按钮SB110.10二层行下呼叫指示灯HL11101.02轿厢内四楼按钮SB120.11三层向上呼叫指示灯HL12101.03

44、一楼限位开关SQ11.00三层向下呼叫指示灯HL13101.04二楼限位开关SQ21.01四层向下呼叫指示灯HL14101.05三楼限位开关SQ31.02上行方向指示灯HL15101.06四楼限位开关SQ41.03下行方向指示灯HL16101.07轿厢开门到位开关SQ51.04电梯上行接触器KM1102.00轿厢关门到位开关SQ61.05电梯下行接触器KM2102.01电梯上下行过载保护FR11.06电梯门开接触器KM3102.02电梯门开关过载保护FR21.07电梯门关接触器KM4102.03电梯上升极限位SQ72.00报警电铃HL17102.04电梯下降极限位SQ82.01七段显示器 a

45、段发光二极管LEDa103.00超重SB132.02七段显示器 b 段发光二极管LEDb103.01警报器按钮SB142.03七段显示器 c 段发光二极管LEDc103.02红外传感器SB152.04七段显示器 d 段发光二极管LEDd103.03七段显示器 e 段发光二极管LEDe103.04七段显示器 f 段发光二极管LEDf103.05七段显示器 g 段发光二极管LEDg103.063.3PLC I/O接线图：图3-3 I/O接线图3.4四层电梯曳引电机及门电机电路图根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图3-4所示。图中M1，M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1KM4通

46、过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，其中KM1控制电梯的上行运动，KM2控制电梯的下行运动，KM3控制电梯门开启，KM4控制电梯门关闭，从而进行对整个电梯的控制。FR1，FR2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。其中M1电动机选用Y132M-4三相异步电动机，功率7.5KW，电压380V，转速1440r/min ，M2电动机选用Y112M-4三相异步电动机，功率4KW，电压380V，转速1440r/min 。交流接触器KM1KM4型号为CJQ-20，电压为380V，电流20A。FR1,FR2选用JR2-1，热元件电流15.4A。图3-

47、4 电气控制系统主回路原理图3.5PLC的输出接口电路(1)输出接口电路 PLC的输出方式有三种：一是继电器方式，；二是晶体管方式；三是晶闸管方式。这三种PLC输出模块所接的外部负载也各不相同，继电器输出可以是交流负载或直流负载，晶闸管输出仅是交流负载；晶体管输出仅是直流负载；其接口电路分别如图3-5所示。 图3-5 PLC的输出接口电路（a）继电器方式输出 （b）晶体管方式输出 （c）晶闸管方式输出a.继电器方式输出电路形式外接电源既可以是直流，也可以是交流。PLC继电器输出电路形式允许负载一般是AC250V/50V以下，负载电流可达2A，容量可达80100VA（电压×电

48、流），因此，PLC的输出一般不宜直接驱动大电流负载（一般通过一个小负载来驱动大负载，如PLC的输出可以接一个电流比较小的中间继电器，再由中间继电器触点驱动大负载，如接触器线圈等）。  PLC继电器输出电路的形式继电器触点的使用寿命也有限制（一般数十万次左右，根据负载而定，如连接感性负载时的寿命要小于阻性负载）。此外，继电器输出的响应时间也比较慢（10ms）左右，因此，在要求快速响应的场合不适合使用此种类型的电路输出形式。当连接感性负载时，为了延长继电器触点的使用寿命，对于外接直流电源时的情况，通常应在负载两端加过电压抑制二极管；对于交流负载，应在负载两端加RC抑制器。b.晶

49、体管输出电路：  晶体管输出电路形式相比于继电器输出响应快（一般在0.2ms以下），适用于要求快速响应的场合；由于晶体管是无机械触点，因此比继电器输出电路形式的寿命长。晶体管输出型电路的外接电源只能是直接电源，这是其应用局限的一方面。另外，晶体管输出驱动能力要小于继电器输出，允许负载电压一般为DC5V30V，允许负载电流为0.2A0.5A。这两点的使用晶体管输出电路形式时要注意。c.双向晶闸管输出电路：   双向晶闸管输出电路只能驱动交流负载，响应速度也比继电器输出电路形式要快，寿命要长。双向晶闸管输出的驱动能力要比继电器输出的要小，允许负载电压一般为A

50、C85242V；单点输出电流为0.2A0.5A，当多点共用公共端时，每点的输出电流应减小（如单点驱动能力为0.3A的双向晶闸管输出，在4点共用公共端时，最大允许输出为0.8A/4点）。为了保护晶闸管，通常在PLC内部电路晶闸管的两端并接RC阻容吸收元件（一般为0.015uF/22左右）和压敏电阻，因此在晶闸管关断时，PLC的输出仍然有12mA的开路漏电流，这就可能导致一些小型继电器在PLC输出OFF时无法关断的情况。对于电阻负载而言，继电器输出的PLC每点电流为为2A，个别型号的PLC每点负载电流高达810A，晶闸管和晶体管输出型PLC负载电流一般在0.30.5A。在本设备中，由于不需要高负载

51、，属于高频场合，所以选用晶体管输出电路模式。本设计用的PLC CP1H-X40DT-D芯片具有晶体管输出功能，所以无需外接其他电路。4.软件设计4.1系统结构框图按下电梯启动按钮，电梯开始运行，判断电梯是否为极限位，如果是极限位，电梯发出报警信号，如果不是，电梯正常运行，其中极限位有上极限位和下极限位，起安全保护作用。具体示意如下图4-1所示。 4.2电梯开关门流程图电梯的开关门由行程开关和呼叫信号来控制，例如：当电梯在3楼，那么3楼的行程开关闭合，如果3楼有向下呼叫或者选层，那么电梯停止并开门。如果没有，那么电梯不开门。继续上升或下降，具体示意如图4-2所示：4.3电梯上升下降流程图电梯上行

52、a.当电梯停于1楼（1F）或2F、3F时，4楼呼叫，则上行到4楼碰到行程开关后停止。b.电梯停于1F或2F，3F呼叫，则上行，碰到3楼行程开关后停止。c.电梯停于1F，2F呼叫，则上行，碰到2F行程开关后停止。    d.电梯停于1F，2F，3F同时呼叫，则电梯上行到2F后，停5S，继续上行到3F后停止。    e电梯停于1F，3F、4F同时呼叫，电梯上行到3楼，停5秒，继续上行到4楼停止。    f.电梯停于1楼，2楼、4楼同时呼叫电梯上行到2楼，停5秒，继续上行到4楼停止。  &#

53、160; g.电梯停于1楼，2、3、4楼同时呼叫电梯上行到2楼，停5秒，继续上行到3楼，停5秒，再继续上行到4楼停止。    h.电梯停于2楼，3、4楼同时呼叫，电梯上行到3楼，停5秒，继续上行到4楼停止。电梯下行a.电梯停于4楼或3楼或2楼，1楼呼叫，电梯下行到1楼停止。b.电梯停于4楼或3楼，2楼呼叫，电梯下行到2楼停止c.电梯停于4楼，3楼呼叫，电梯下行到3楼停止。d.电梯停于4楼，3楼、2楼同时呼叫，电梯下行到3楼，停5秒，继续下行到2楼停止。    f.电梯停于4楼，2楼、1楼同时呼叫，电梯下行到2楼，停5秒，继续

54、下行到1楼停止。    g.电梯停于4楼，3楼、2楼、1楼同时呼叫，电梯下行到3楼，停5秒，继续下行到2楼，停5秒，再到1楼停止。具体示意如图4-3所示：图4-3 电梯上升下降流程图4.4梯形图电梯控制系统实现的功能电梯的控制系统实现如下功能：1)行车方向由内选信号决定,顺向优先执行； 2)行车途中如遇呼梯信号时,顺向截车,反向不截车； 3)内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除； 4)内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示；5)停层时可延时自动开门、手动开门、(关门过程中)本层顺向呼梯开门； 6)无内选时延时5s自动关门，但不能自动行车； 7)行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。具体程序如下列图示所示： 4-4程序梯形图4-4 程序梯形图续4-4 程序梯形图续4-4 程序梯形图续4-4 程序梯形图续5.电梯PLC的调试5.1模拟调试模拟调试可以在输入端接上手动按钮，而在PLC的输出指示灯上看输出。这种调试比较抽象，输入信号完全靠手动来控制。如按下SB11是三层内呼，如此时电梯不在三层，则对应输出指示灯亮，然后依次通过手动来控制接近开关按钮，到第三层时电动机停转，输出指示灯灭。其它层的运行模拟调试同理。5.2调试图