四层电梯模型PLC控制系统设计

电气控制技术课程设计阐明书四层电梯模型PLC控制系统设计学生姓名：李平专业：电气工程及其自动化班级：1303班学号：指导教师雷军职称高级实验师完毕时间：6月湖南工学院电气控制技术课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化指导教师雷军学生姓名李平课题名称四层电梯模型PLC控制系统设计内容及任务一、目的设计一种基于PLC的四层电梯控制系统。二、任务根据控制规定，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行四层电梯的控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。重要内容涉及：1.设计该系统电气控制硬件系统；2．PLC选择及I/O及其它PLC元器件分派。3．选择电器元件，编制元件目录表。4．设计该系统PLC控制梯形图。5．用计算机绘制PLC控制电路图。6．进行系统调试，实现四层电梯的控制规定。7.编写设计阐明书。三、规定1、电梯模型电梯的上、下行由一台直流电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。直流电动机参数：36ZY，额定功率６W，额定电压DC24V。2、轿厢开门、关门用批示灯显示；3、电梯运行时，厅门和轿厢门都不能开门。电梯手动开门与关门按钮不起作用；开门之后不能行车，有门连锁保护。4、电梯上行时，下行召唤无效；电梯下行时，上行召唤无效。5、楼层呼喊按钮及电梯内按钮按下，电梯未达成对应楼层或未得到对应的响应时，对应批示灯始终接通批示。响应之后，能自动将召唤指令消除(召唤指令的记忆与消除)；6、电梯运行时，电梯达成停在各楼层时，电梯开门与关门动作可由电梯手动开门与关门按钮控制，也可延时自动控制，开门10秒后自动关门，开门3秒后电梯可上或下运行。7、厅外有批示电梯运行方向和所在位置的批示信号。8、电梯拖动电动机控制电路有如短路保护、正反转互锁等常规电气保护方法。重要参考资料[1]史国生主编，电气控制与可编程控制器技术［M］。北京：化学工业出版社，。[2]于广庆主编，可编程控制器原理及系统设计［M］。北京：清华大学出版社，。[3]吴启红主编，变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书（第二版）［M］。北京：机械工业出版社，。[4]史国生，鞠勇。电气控制与可编程控制器技术实训教程［M］。北京：化学工业出版社，。[5]于晓云，许连阁。可编程控制技术应用—项目化教程［M］。北京：化学工业出版社，。[6]廖常初。PLC编程及应用[M]。北京：机械工业出版社，。[7]胡学林。可编程控制器应用技术[M]。北京：高等教育出版社，。[8]三菱FX系列可编程序控制器编程手册[M]。三菱公司编，。[9]三菱可编程序控制器应用101例[M]。三菱公司编,1994年。[10]史宜巧，孙业明，景绍学。PLC技术及应用项目教程［M］。北京：机械工业出版社，。教研室意见教研室主任：（签字）年月日目录TOC\o"1-3"\h\uHYPERLINK摘要 -1-HYPERLINK1概述 -2-HYPERLINK1.1电梯发展状况及发展趋势 -2-HYPERLINK2总体方案设计 -4-HYPERLINK2.1四层电梯控制系统分析 -4-HYPERLINK3PLC机型的选择 -6-HYPERLINK3.1PLC的I／O点数估算 -6-HYPERLINK3.2输入输出模块的选择 -6-HYPERLINK3.3机型的拟定 -6-HYPERLINK4硬件设计 -8-HYPERLINK4.1四层电梯主电路设计 -8-HYPERLINK4.2输入输出分派表 -9-HYPERLINK4.3PLC接线图 -9-HYPERLINK5软件设计 -10-HYPERLINK5.1设计规定 -10-HYPERLINK5.2程序流程图 -10-HYPERLINK5.3程序语句 -12-HYPERLINK5.3.1复位程序段 -12-HYPERLINK5.3.2顾客输入输出程序段 -14-HYPERLINK5.3.2电梯空闲状态程序段 -15-HYPERLINK5.3.3电梯上下行主程序段 -15-HYPERLINK5.3.4开关门子程序 -16-HYPERLINK5.3.4去除标记子程序 -17-HYPERLINK5.3.5设定上下行近来目的层子程序 -18-HYPERLINK设计总结 -20-HYPERLINK致谢 -21-HYPERLINK参考文献 -22-摘要课题四层电梯模型PLC控制系统设计，大致可分为电气控制硬件系统设计、PLC选择及I/O分派、系统PLC控制梯形图设计及其仿真、；采用三菱FX2N-PLC实现对电梯的控制,实现课题的控制规定，设计思路是采用模块化程序设计。根据电梯的控制规律，程序设计可分为下列几个模块:电梯复位、电梯参数初始化、顾客输入(按键检测)、系统状态确认、上行主程序、下行主程序;涉及到的子程序块:电梯开关门子程序、去除标记子程序、电梯空闲状态解决子程序、设定上行目的子程序、设定下行目的子程序。电机采用的是36ZY,额定功率6W，额定电压DC24V。软件程序使用GX-Developer仿真，使用Visvo绘制硬件PLC控制电路图。核心词：梯形图;模块化;硬件控制原理图1概述我国的电梯生产技术得到了快速发展。某些电梯厂也在不停改善设计、修改工艺。更新换代生产更新型的电梯，电梯重要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是现在电梯拖动的重要发展方向。现在电梯控制系统重要有三种控制方式：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故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，现在已逐步被裁减。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功效，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，普通维修人员难以掌握其维修技术等缺点。而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为现在在电梯控制系统中使用最多的控制方式，现在也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。1.2PLC及在电梯控制中的应用特点1.2.1PLC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控制普通含有可靠性高、易操作、维修、编程简朴、灵活性强等特点。1.可靠性:对可维修的产品，可靠性涉及产品的有效性和可维修性。(1)PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简朴，维修时间短。(2)PLC采用了一系列可靠性设计的办法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊疗和信息保护及恢复等，使可靠性提高。(3)PLC有较高的易操作性，它含有编程简朴，操作方便，维修容易等特点，普通不易发生操作的错误。(4)PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它含有比通用计算机控制更简朴的编程语言和更可靠的硬件。(5)在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的方法。例如，采用可靠性的元件:采用先进的工艺制造流水线制造;对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;对电源的断电保护;对存储器内容的保护等。(6)PLC的软件方面，也采用了一系列提高系统可靠性的方法。例如，采用软件滤波;软件自诊疗;简化编程语言等。1.易操作性，PLC的易操作性体现在下列几个方面:(1)操作方便对PLC的操作涉及程序输入和程序更改的操作。(2)编程方便PLC有多个程序设计语言可供使用。(3)维修方便PLC含有的自诊疗功效对维修人员维修技能的规定减少。2.灵活性，PLC的灵活性体现在下列几个方面:(1)编程的灵活性。(2)扩展的灵活性。(3)操作的灵活性。1.2.2PLC控制电梯的优点1.在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。2.去掉了选层器及大部分继电器，控制系统构造简朴，外部线路简化。3.PLC可实现多个复杂的控制系统，方便地增加或变化控制功效。4.PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。5.用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。6.更改控制方案时不需改动硬件接线。总而言之，PLC控制的优点远远多于传统的继电器控制方式，课题重要采用了三菱PLC对四层电梯的控制。2总体方案设计2.1四层电梯控制系统分析对于电梯的构造而言,传统的办法是分为机械部分和电气部分,下面梯机械部分的构造,四层电梯平面图如图1-1所示。图1-1四层电梯平面图课题研究的电气控制系统的重要功效是对电梯的运行实施操纵和控制。电气控制系统重要由操纵装置、位置显示装置、控制屏(柜)、平层装置等构成。电气控制系统实现对电梯运动的控制，同时完毕选层、平层、测速、照明工作。批示呼喊系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。电梯在各服务层站设有层门、轿厢运行方向批示灯、数学显示轿厢、运行位置指层器和召唤电梯按钮。电梯召唤按钮使用时，上楼按上方向按钮，下楼按下方向按钮。轿厢达成时，层楼方向批示即显示轿厢的运动方向，乘客判断欲往方向和拟定电正常后进入轿厢，轿厢内有位置显示屏、操纵盘及开关门按钮和层楼选层按钮。课题是以四层电梯为控制对象，用PLC实现对电梯的控制。课题的任务是用可编程控制器（PLC）控制四层电梯，实现全部的控制规定，设计思路是采用随机逻辑控制原理，根据电梯本身的控制规律，响应随机的外部呼喊信号，设计分析、讨论了用FX2N型PLC控制电梯模型的程序设计的整个过程,并重要叙述了三个方面：系统的控制规定、系统配备、软件设计。3PLC机型的选择3.1PLC的I／O点数估算重要的信号输入硬件有3个上行按钮和3下行按钮、4个厢内楼层按钮，2个手动开关门按钮，2个启动停止按钮，2个上下平层限位开关，2个上下减速限位开关，2个上下减速靠近开关，2个上下平层靠近开关，共22个输入信号。重要的输出信号有：楼层批示灯占7个输出，2个电梯上下行批示灯，6个楼层上下行批示灯，厢内楼层批示灯4个，电梯开关门批示灯2个，电机正反转，减速占3个输出，共19个输出信号。输入输出总共占41个点。再留有10%的余量，可选输入输共64个点的PLC。按照（输入+输出）*（10或11或12）的原则预计程序总共500步左右。3.2输入输出模块的选择来自现场的设备按钮、限位开关、行程开关等的电平信号并将其转换为机器内部电平信号，模块类型为直流和交流两种。根据设备与模块之间的远近程度选择电压的大小，普通5V、12V、24V属低电平，传输距离不适宜太远，例如5V的输入模块最远不能超出l0m，也就是说，距离较远的设备选用较高电压的模拟比较可靠。另外，高密度的输入模块如32点、64点，同时接通点数取决于输入电压和环境温度。普通讲，同时接通点数不得超出60%。输出模块的任务是将机器内部电平信号转换为外部的控制信号。输出模块的电流值必须不不大于负载电流的额定值。3.3机型的拟定（1）FX2N-64MR技术指标累计总数64点，32点输入，DC24V，32点继电器输出；（2）FX2N-64MR系列PLC的功效高速运算基本指令：0.08μs/指令，应用指令：100μs/指令存储器规格内置8000步RAM存储器。软元件范畴辅助继电器：3072点，定时器：256点，计数器：235点；数据寄存器：8000点根据PLC机型选择的基本原则，及设计所需要的I/O点数41个，程序500步左右，选择了三菱公司FX2N-64MR系列的PLC。

4硬件设计4.1四层电梯主电路设计在三菱ＰＬＣ控制系统中，电梯的全部动力都有电动机提供。上下行电动机为电梯上下行提供动力。开关门电动机控制电梯门的开与关。整个系统共需M1、M2两台电动机。主电路如图4-1所示。 图4-1主电路在实际运行中，过负载、欠电压、断相等因素都可能造成电动机超出其负载，即广义上的超载。电动机的短时超载是允许的，但如果长时间运行将会毁坏电动机。因此需采用保护方法，现在比较惯用的是热继电器。在其工作过程中，可能出现短时间大电流的超载，热继电器无法起到有效的保护作用，可在电路中安装熔断器对其进行保护。各电动机使用接触器控制。其中接触器KM1、KM2、KM3、KM4分别控制电动机M1的上下行、电动机M2的门开关。FR1、FR2为M1、M2提供过负载保护。FU1、FU2为M1、M2提供短路保护。4.2输入输出分派表表4-1系统I/0分派表输入对应的辅助继电器对应的输出1一楼上行按钮X60M601层外呼上批示Y502二楼下行按钮X61M612层外呼下批示Y513二楼上行按钮X62M622层外呼上批示Y524三楼下行按钮X63M633层外呼下批示Y535三楼上行按钮X64M643层外呼上批示Y546四楼下行按钮X65M654层外呼下批示Y557厢内一楼按钮66M661层内呼批示Y568厢内二楼按钮X67M672层内呼批示Y579厢内三楼按钮X70M703层内呼批示Y6010厢内四楼按钮X71M714层内呼批示Y6111厢内开门按钮X72M72电梯开门批示Y6212厢内关门按钮X73M73电梯关门批示Y634.3PLC接线图图4-2为PLC输入输出接线图。X50～X73为输入信号，Y000～Y026为输出信号，其中Y020～Y026分别按次序接数码管的A～G显示轿厢所在楼层。输入端的公共端COMI接地，输出端的公共端COMⅡ接+24V电源。图4-2PLC输入输出接线图

5软件设计5.1设计规定1、轿厢开门、关门用批示灯显示；2、电梯运行时，厅门和轿厢门都不能开门。电梯手动开门与关门按钮不起作用；开门之后不能行车，有门连锁保护。3、电梯上行时，下行召唤无效；电梯下行时，上行召唤无效。4、楼层呼喊按钮及电梯内按钮按下，电梯未达成对应楼层或未得到对应的响应时，对应批示灯始终接通批示。响应之后，能自动将召唤指令消除(召唤指令的记忆与消除)；5、电梯运行时，电梯达成停在各楼层时，电梯开门与关门动作可由电梯手动开门与关门按钮控制，也可延时自动控制，开门10秒后自动关门，开门3秒后电梯可上或下运行。6、厅外有批示电梯运行方向和所在位置的批示信号。8、电梯拖动电动机控制电路有如短路保护、正反转互锁等常规电气保护方法。5.2程序流程图电梯复位程序用于系统上电后把轿厢位置复位到第一层；输入程序和状态输出程序用于顾客输入后立刻保持顾客的选择方便背面程序判断；轿厢开关门程序控制轿厢的开关门；设定上行目的程序和设定下行目的程序是用来拟定上下行过程中的下一种目的楼层,只在上下行及电梯空闲状态的时候调用,如果没有下一种目的,就设定电梯为空闲状态。流程图见下页。图5-1程序流程图5.3程序语句5.3.1复位程序段复位程序段的作用：不管电梯在什么位置，都要让电梯停在一楼；代码M80是人工设立的常闭触点，M9在常开状态下才能够执行这段程序。M4是执行电梯逆转并设定M5用以检测电梯与否碰到下行减速限位开关；若碰到，电梯停止逆转，开始正转，碰到上行减速靠近开关时，再逆转，由于一楼没有上行减速开关，因此碰到的是二楼的上行减速开关，直到碰到一楼的下行减速靠近开关，开始减速，碰到下行平层靠近开关，电梯停靠在了一楼。

5.3.2电梯参数初始化程序段表4-2初始值定义表元件名含义初始值D100电梯现在位置1D101电梯上行近来目的楼层1D102电梯下行近来目的楼层1M101电梯上行标志0M102电梯下行标志0M103电梯空闲标志1M104电梯开门标志0M105电梯关门标志0M106电梯开门完毕标志0M107电梯关门完毕标志0复位程序以下：只有复位程序执行后才能够执行初始化。复位成功后M9置1，而M0是电梯启动标志，初始化后在启动前完毕；X024和X025是电梯启动和停止按钮，运用主控指令实现对整个程序的控制。5.3.2顾客输入输出程序段M72和M73分别是开关门标志对应的辅助继电器，只有在代表正反转输出为0，时才允许执行开关门，若开门状态M72接通先取消关门状态的M73，Y066（关门驱动输出）开门完毕标志位M106复位；若M73接通，状况类似。5.3.2电梯空闲状态程序段电梯空闲时调空闲状态解决程序，来判断与否有键被按下，并判断出电梯运行方向，目的楼层去除电梯所在层的呼喊统计，程序以下。5.3.3电梯上下行主程序段上下行主程序功效是：在电梯上行时，没有进入减速之前，需要不停的调设定电梯上行的近来一种目的楼层的子程序，来变化目的楼层。每通过一次上行或下行减速靠近开关，就代表电梯上了一层楼，即D100加1，然后D100和D102(上行近来的目的楼层)或者D101（下行近来的目的楼层）比较，不等就继续让电梯上行或下行，反之相等，就停靠。5.3.4开关门子程序在电梯开门标志M104置位，M106复位下就执行开门程序，只有当X003（开门限位开关）接通，M106置位；关门判断和开门类似。5.3.4去除标记子程序在子程序开头，把电梯现在层数保存在变址寄存器V中并使用跳转指令CJ跳到P80V标注程序段直到执行到CJP99或SRET。5.3.5设定上下行近来目的层子程序把电梯现在位置保存到变址寄存器V中，然后根据V，使用跳转指令跳到对应程序段来设定上行或下行的近来目的楼层。设计总结本次课题设计，运用可编程控制器PLC控制四层电梯升降，优点：含有接线简朴，编程直观，扩展容易。缺点本次编程中未加入电梯安全保护程序，检测故障程序和报警程序，以及故障出现后故障解决程序。由于自己初次接触电梯的设计，对电梯的硬件构成还是理解的不充足，远远未达成现实中实际需要的规定，只是满足了本次课题的规定。四层电梯控制系统的设计让我理解了PLC梯形图，指令表，外部接线图有了更加好的理解，有诸多设计理念来源于实际，从中找到对的的设计办法。规定团体完毕，因此碰到问题规定和同窗互相交流互相讨论。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们能够尽量的统一思