(论文)基于PLC控制的五层电梯系统

1、第一章绪论引言可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术 和通信技术融为一体而发展起来的崭新的工业自动控制装置。PLC以基本代替传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域，它已跃居工业自动化三大支柱的首位。PLC控制系统的硬件是由微处理器（CPU）、存储器（ROM和RAM）、输 入/输出（I/O）单元、电源单元及外围设备等组成硬件结构如图 1所示。系统的 规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。*1图1 PLC硬件结构可编程控制器的特点20世纪60年代末，为了克服传统继电器的种种应用上的缺点，人们研制出 了一种先进的自动控制设备 PLC,由于PLC具有优良的技术性

2、能，因此它一问 世就很快得到了推广应用。现在PLC作为用于工业生产过程控制的专用计算机， 与商家、家用的微机不同，由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和工作运 行的连续性，使其在设计上有许多特点。（1）可靠性高，抗干扰能力强；（2）接口模块功能强、品种多；硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；编程方法简单、直观；系统的设计/安装、调试工作量少；维修工作量小、维护方便；体积小、耗能低、重量轻。PLC 的应用领域目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：开关量逻辑控制运动控制闭环过程控制数

3、据处理通信联网PLC 的设计步骤开发应用PLC 的设计任务分为硬件和软件设计两部分。硬件设计硬件设计主要包括：确定安排PLC 的输入、输出点；设计外围电路，包括主电路；选购PLC 并进行现场安装接线等内容。软件设计大多数用梯形图和指令程序，主要包括：设计控制流程，根据工艺要求先画出工作循环，如有必要再画详细的状态流程图；根据工作循环图，画出虚拟的电路图继电器梯形图；按梯形图编写指令程序表；系统调试：根据设计要求，对程序进行调试和修改，必要时还可对硬件进行修改，直到符合要求为止。第二章电梯控制的原理与实现1电梯控制系统构成电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及PLC单元构成，由如图2

4、所示，PLC用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动， 加减速，停止, 运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和 控制功能。用丫酒明战ictrAJM相4u时 市在e同HPLCl.fj候触器但M排期 I曲 Ml Vii A聃内稗嗅股鞫川信号图2电梯控制系统原理图2电梯的工作原理及功能要求2. 1变频调速回路变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成 三相电源R、S、T经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端 为两相电接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向， 变频器将实际

5、速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率及电压， 使电梯的实际速度跟 随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。变频器输入信号为：上、 下行方向指令，低速、高速、检修速度编码指令。2. 2输入输出回路输入输出单元为PLC的I/O接口部分，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、 楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全 保护继电器、检修、消防、泊梯、称重等单元构成。(1)输入单元为：厅外呼叫单元，用来对各层站的厅外召唤信号进行登记、记忆和消除；轿箱 内选层单元，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示；开关门按钮，输入PLC 控制轿门的开闭(厅门也同时动作

6、)；上下平层装置，用来保证电梯轿箱在各层 停靠时准确平层；上下限强迫换速开关， 用于保护电梯的高速运行安全，避免电 梯出现冲顶或蹲底事故，当电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上下限强迫换速 开关打板，信号输入 PLC, PLC发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置； 门锁装置(或轿门和厅门联锁保护装置)，轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正 常起动运行的前提；安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、安全 钳开关、限速器断绝开关、限速器超速开关、底坑急停开关、相序保护继电器、 上下限极限开关等；检修、消防和泊梯，检修、消防和泊梯为电梯的三种运行方 式，检修运行为电梯检修时的慢速运行方式， 消防

7、运行有消防返回基站和消防员 专用两种运行状态，泊梯状态，消除内选和外呼信号，自动返回泊梯层、关门并 断电；称重单元，用来检测轿厢负荷，判断电梯处于欠载、满载或超载状态，然 后输出数字信号给PLC,根据负载情况进行起动力矩补偿，使电梯运行平稳。(2)输出单元为：楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、层楼指示灯以及报站钟 等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式， 本系统为 七段码显示方式；开关门单元，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭， 在自 动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，完成开关门动作。第三章电梯控制系统设计1控制系统硬件设计本实验有32个输入信

8、号，32个输出信号及现有设备，所以选用FX264MR 的PLC,由于现有材料所以选 OMRON的3G2JV变频器和两相交流电机。来完 成实验。PLC控制器、变频器和电动机的接线及原理图如附图 （1）所示。3. 2输入输出点分配输入信号输出信号名称代号编号名称代号编号安全回路K6X000电梯上行UPY000零速输入K0X001电梯下行DOWNY001脉冲输入P K1X002电梯快行FASTY002轿内电锁K2X003电梯慢行SLOWY003红外传感器K3X004检修速度JXY004关门力限开关r K4X005七段码AY005超重K5X006BY006上限强制减速SQ0X007CY007一楼指令P

9、 SB1X010DY010二楼指令1 SB2X011EY011三楼指令SB3X012FY012四楼指令r SB4X013GY013五楼指令1 SB5X014关门催促铃声KE1Y014基站到位开关SQ4X015厅门关KM2Y015一楼上呼r SB6X016厅门开KM3Y016一楼下呼SB7X017厅内指示灯1E1Y017二楼上呼SB8X020厅内指示灯2E2Y020二楼下呼r SB9X021厅内指示灯3E3Y021三楼上呼SB10X022厅内指示灯4E4Y022三楼下呼SB11X023厅内指示灯5E5Y023四楼上呼SB12X024上呼灯1E6Y024四楼下呼r SB13X025上呼灯2E7Y0

10、25五楼上呼SB14X026上呼灯3E8Y026五楼下呼r SB15X027上呼灯4E9Y027厅门开r SB16X030下呼灯2E10Y030厅门关SB17X031下呼灯3E11Y031厅门开到位r SQ1X032下呼灯4E12Y032厅门关到位r SQ2X033下呼灯5E13Y033检修开关SB18X034超重铃声KM4Y034检修上SB19X035抱闸信号KM5Y035检修下SB20X036上行指示灯E14Y036下限强制减速SQ3X037下行指示灯E15Y037表1 I/O分配表3控制系统程序设计根据电梯的工作原理与功能要求以及输入/输出点的地址分配表，来绘制电 梯的程序流程图。和设计

11、电梯的程序梯形图。电梯程序流程图为图3。梯形图分成：初始化、指层控制、开关门控制、轿内呼叫与标记控制、厅外呼叫与标记控 制、电梯上下行选择与指示控制、电梯的运行控制来编写与调试。最后在组合调 试。I、巴梯曲百I一 也代，上山电梯%严运亘J-於电年是速1楼房检测i f kY- H.L： A停山J图3电梯程序流程图3.3.1电梯初始化电梯复位、装入数据、安全回路等。M90C2 TOC o 1-5 h z . | ZRSTMQM433zrstyoaoY037DMOVKOD300DMOVK6QQD202DMOVK120CD2O4DMOVK1800D2O6DMOVKHOODSOXOOO一| I （苗伯。

12、 1X003H P-A 一3. 3. 2指层控制指层控制梯形图如图3.1所示。本程序以1楼为基站，脉冲数为0。D200、 D202、D204、D206、D208 分别存放 1/F5/F 的脉冲数 0、600、1200、1800、 2400 （实验用实际具体而定）。C242为内部高速计数器，D250存放减速脉冲数 50, M1M5为楼层继电器。当轿箱位于某一层时，应产生位于该层的楼层信号， 以控制楼层显示器显示楼层处的位置，离开该层时，该信号应被新的楼层信号（上 一层或下一层）取代。Y0011 L/ M8242?I 1M8000K26000| I( C24271 IIOAOD 0200D2500

13、500DZCP D200D300C242M200DSUB 口之口工D25O68DADD 0202D250jD30*DZCP 0302iD304C242M210口 302D304C242M210TDSUBD204D250D306_FDADD020402500308rozcpD3060308C242M220_rOSUBD2060250D310_FDADDD206D250D312rozcpD3100312C242M230tosub02500314rozcp0314D208C242M240M210 I ISETM11 1M211 I IrRSTMl1 1rgFTM2M201 I IrRSTM21 1M

14、221I 1M221-I I-SETM3M211 | ITRSTM31 1M231I 1M231-I I-SETM4M221 I ITRSTM41 1M241I 1JM241| I_rsETM51 1M231 I ITRSTM51 1MlM4Y005 Y006M2Y007Y010M4*MlM2MlM4M3M5Y011(VO1SY0133. 3开关门控制(1)开门控制手动开关门时，当电梯运行到位后，按下 SB16, X030闭合，M50置位， Y016得电，电动机正转，开门。开门到位，开门到位行程开关SQ1动作，X032闭合，M50复位，Y016失电，开门过程结束。当在关门过程中，按下 SB16

15、,停 止关门，并开门。自动开关门时，当电梯运行到位后，电梯停止，T0开始定时，延时2s后，T0触电闭合，M50置位，开门。(2)关门控制手动关门时，当按下SB17, X031闭合，M51置位，Y015得电，电动机反 转，关门。关门到位，关门到位行程开关SQ2动作，X033闭合，M51复位，Y015 失电，关门过程结束。在开门过程中，按下 SB17,停止开门，并关门。自动关门时，定时器T1控制。当电梯开门到位后，X031闭合，T1定时5s 后，M51置位，关门。但在关门时，有客人经过红外线遮蔽，停止关门，遮蔽 结束，继续关门。当关门过程受到压力，关门力限K4闭合，M50置位，开门。IM* *口

16、TOC o 1-5 h z I IrsET皿501-I I-TOT I_-T I RSTM5OJ1 |fSETMl 与 3I I-MOOK2O_I ICTO口I I-CVO1GJX034 XO3O-I I1 I1XO31I M12O1 1 Tkp|；SETMSI丁1I H乂口含鼻1 |RSTJX。令-I IXOO5XO343. 3. 7电梯的运行控制电梯的运行由变频器控制，一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、 匀速运行到减速停车的过程。为使乘客拥有良好的舒适感，电梯采用S型速度曲 线，转换成频率曲线如图4所示。图4电梯的运行曲线当PLC发出正转M100置位（或反转M101置位）即M120

17、置位，Y002导通，高速运行，变频器从0Hz到50hz开始启动，启动时间为3S,然后维持50Hz运行。当换速信号到时，PLC撤消高速信号Y002断开，同时输出爬行信号Y003 导通，爬行频率为6Hz。从50Hz下降至ij 6Hz在3s内完成。当到达6Hz速度时， 就以此速度爬行。当平层信号（M301-M341）到时，撤消正转（或反转）及爬 行信号，变频器从6Hz减速到0。在整个运行过程中，变频器的零速输入点X001 及异常输出点X003都是断开的，运行速度减为0时，；零速输入点闭合，通过 PLC发出电动机抱闸和自动开门信号。当变频器出现异常时，X003导通，电梯无法运行。按下检修键SB19后，

18、只能以检修速度运行。按下检修上行SB22时，Y002、 YOO就合，以检修速度（10Hz）上行，松开按键，立即停止。同理，按下检修 下行SB20时，Y002、Y003闭合，以检修速度（10Hz）下行，松开按键，立即停止。由于材料限制，本实验用 OMRON, 3G3JV小型变频器，两相交流电动机实际根据需要所定。变频器的参数设置为表 2。n021控制电路的端口区控制运行n050可以反转n0950电机运行的最图频率（Hz）n140电机运行的最低频率（Hz）n163斜坡上升时间（S）n173斜城下降时间（S）n202S形加减时间为0.5Sn2250设置固有频率f=50Hz （高速运行）端口 S3n2

19、36设置固有频率f=6Hz （爬行运行）端口 S4n2410设置固有频率f=10Hz （检修运行）端口 S5n362反转与停止 输入端口为S2N376多段速指令1输入端口为S3n387多段速指令2输入端口为S4n398多段速指令3输入端口为S5N403零速输出ON:：赛速中SO:为止转与停止端口表2变频器参数设置JM12QM101 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document T I1 4M120M81T I4007T 1I I-M80SET(RSTMSIX03* XO35 M3ST F1 I*03*X036 XO35T I1 IM100M101 MSO

20、X015 T11Y002：MStMSt（丫。gYOOOY004YOO1Y004K3000T11YOO1M1203. 3. 8抱闸、泊梯、超重控制当变频器输入零速信号后，X001常开闭合，输出Y035常开闭合，抱闸闭 合。电梯运行时，零速输入停止，X001断开，则Y035常开断开，轿箱运行。消防与泊梯，按下SB14, X026导通，电梯返回基站。基站到，X015常闭 断开，电梯停止。超重时，X006常闭闭合，电梯不能启动，并鸣锢（Y034常开闭合）。X001(V035T IX026M015T Ii-d-M$011 IM30M120Y001NQQ6 工1 Jl和拓KR _三 H；齿小门5 ooe

21、OO 70051007JLT-.砧4)r.0 10o 1 0w 工1b6 SM-L_O 1 1O H 1朱_ 7_0 120 130 12_ Q 1 3电怫上行电梯F行快速慢速检修速度变频器S1S2S3S4S5SCMAMBMC脉冲反馈)/ 轿MMy 脓冲编码器 1KmlKm2Km3呼R喃,r J层拈g-SC：021021指Snifl口 NNONNJ P4 令EbK_xr_ _02383Sbti口N4ONIFh心CJN 5n5叫1cr员鬻A 6CDEFG口N 了027030030Q3 Q010320320 3 303人Q34334035035096口乌a03 7037C 口 MCOMEU?K5图

22、（1） PLC控制电梯接线及原理图附录二 PLC控制电梯总梯形图05二；60632502O263ThRCTWlHIACkOfZRSTYOOOW37rnmvKDD 200KSOOD2O2nW廿K1200D2O4_TDr)廿K1SO0D2O6pWK24OO0206：Xi)0JO1 3K)Of.O产 L 4nXLI3.XK-41WB24ZK2fi000(广 242rij AT)h0200D25ODSOOrin-7,fTp存 rwin，no广立3 立p?no_e eenwiqns? wininih.rni Anrinmr冲n!?*inavidiDZr-FD3D20304C242|1Op 写口BD2O4p2oP3QI5；fDATiD0204D25OD3O6fnZjCFDTljcRC受也 2y2ClRD SUBD2O6D25OD31OpJABDD2O6D25O0312rwjLnnjiiinn?ii今中1ETED2OHD25OD314二U*1so2QpJZCFD314D2O6CW.W&!门r“NTill U .一1 Twrth t*L街i r sht. 1Lm a-M?*FRSTJrN；J11 ipwa am一1 卜 ) ) 1卜卜1 266268271273276278280283285287290295299