【《基于PLC电梯控制系统的设计》7400字（论文）】

基于PLC电梯控制系统的设计摘要随着社会的发展，建筑物急剧增加，人们对于电梯也提出了更高的要求，建筑楼层有所增加，电梯这类科技产品，也要不断的在进行完善与创新，才能够满足越来越多人对理想生活的追求。以及电梯系统的更新设计，控制系统是产品研发与操作的中心，保证了电梯的正常工作。该系统的设计重点是电梯，通过分析电梯原理、动作流程设计等一系列硬件和软件设计，实现电梯自动化控制。该系统以可编程控制器为控制单元，对电梯控制系统进行控制，实现自动控制。根据PLC的设计思想，设计了电梯控制系统的工艺要求，并确定了控制方案，以此为基础，完成了设备选型设计以及硬件I/O分配设计。根据外在输入，输出及电路要求，分析程序设计过程。关键词：PLC；电梯；硬件设计；软件设计目录9855第1章引言 14160第2章电梯控制系统的总体设计 144922.1本设计中电梯控制系统的总体结构 15582.2控制方案的选择 25532.2.1单片机系统方案 2159412.2.2可编程控制器系统方案 31832.2.3电梯的工作原理 351832.2.4继电器控制 4193262.2.5控制系统选择 422862.2.6系统的硬件设计思路 4156252.3控制方案的确定 522954第4章电梯控制系统的软件设计 677744.1梯形图软件设计与分析 6287154.2I/O分配设计 830694.3程序流程功能图设计 9291934.4电梯控制的上位机界面设计 113019第5章结论 1512676参考文献 17第1章引言目前的解决方案有微机控制系统和PLC控制系统两种方法。微机控制系统虽较完整的性能，但是它对使用环境要求较高，价格昂贵。PLC及其控制系统设备的工业环境适应性要求很之强，它需要能经常在极为复杂变化的各种工业环境状态下正常可靠安全地正常工作下去；其语言编程比较简单，PLC系统最基本常用到的一种编程语言是梯形图逻辑语言，这种编程语言很形象易学且清晰直观，容易快速应用并且掌握，不需要专门基础的计算机知识；PLC的体积小，重量轻，便于安装。一般PLC都具有故障自检诊断、故障自检报警、故障种类显示功能等功能。相较于微机控制系统，显然PLC控制系统才是最优的选择。因此,PLC可编程控制的电梯系统已将成为今后现代高速电梯行列内的新一个竞争热点第2章电梯控制系统的总体设计2.1本设计中电梯控制系统的总体结构在工业自动化技术蓬勃发展的今天，电梯在控制技术上有一个从继电器控制系统到PLC控制系统一体化的发展历程。它和其他类型的电梯控制系统一样,PLC电梯控制系统分为信号控制系统与拖动控制系统两个部分。本文电梯控制系统采用六层六站电梯PLC控制系统为例，图2,速度调整装置及主拖动系统的设计等等。系统控制的核心是PLC主机和操作盘及呼叫梯盘、升降通道和安全保护的信号经PLC输入接口送PLC,再由软件程序控制，将信号送到牵引系，在令人满意的电梯有起动加速，制动减速、上下左右的操作等作用。图2.1电梯PLC控制系统的总体结构图该系统使用轿厢外召唤的方式、轿厢采用按钮控制方式自动控制制形式，电梯通过装在轿厢上的指令按钮进行运行，它的运行内容是反应，轿厢内是根据分层指令开始电梯的意思，使得电梯达到目标楼层。电梯的上，下行均采用交流电动机供电，电动机在转动，电梯在升高。可以达到电动机反转，电梯下降的目的、电梯开始提速，平稳运行、制动减速和其他调速。电梯轿厢门的动力来自另一个直流电动机，电梯正转时轿厢门开启，电动机倒转使轿厢门闭合，每层电梯上都有呼叫按钮、轿厢内门的按钮、轿厢内门的按钮。电梯厅外，每层均设有数码管显示设备，电梯运行方向指示灯及其他设备。2.2控制方案的选择控制系统选择与设计要依据电梯控制系统设计需求进行。在控制系统的选型中，对使用环境进行分析是很有必要的、系统的性能要求及费用。系统设计平稳可控，现场工作环境较好，提升之后，还有提升的余地。控制系统选择在很大程度上影响着系统稳定性、功能完善，操控方便，为以后该系统的完善与提升提供空间，还利于系统完善与提升。除此之外，成本控制系统设计还关系到课题设计研究时间，接着对一般控制系统进行了利弊分析和对比，选择合适的控制系统等。2.2.1单片机系统方案PLC的工作模式有工作模式和停机模式。若在终止状态，则只有两种处理流程：内部和通讯；在工作的时候，它的工作模式是重复的。一旦收到第一条命令，就会按照一定的顺序进行相应的处理，直到整个过程结束。然后再进行一次，如此反复。PLC在运行时，除内部和通讯信息外，还包括输入、输出、执行。执行程序一般由三个阶段组成：取样、执行和更新。另外，PLC在运行中也能自动进行故障诊断，并能完成对终端设备的数据传递。另外，PLC的程序在运行时，采用了中央控制的输入和输出，即使出现了异常的信号，也不会对存储器造成任何的影响。首先对微处理器的硬件电路进行了详细的设计，并对其进行了软件设计。尤其是在R&D电路板的设计上要慎重。如果您的疏忽，可能导致线路板的品质出现问题，因此，如果MCU在研发中，如果现场测试流程出现了很大的改变，那么MCU厂商很可能会放弃电路板的设计。在软件设计的时候，如果有一个固定的记忆体，那么更改是非常困难的。另外，MCU系统必须具备很好的抗干扰性，但扩展性差，不适应恶劣的工作环境，后期难以改善。所以，要按照系统的设计需求，对其进行改造，留出一定的发展空间，使其不能满足系统的技术需求，从而不能满足软件的需求。2.2.2可编程控制器系统方案可编程序控制器是针对当前工业控制环境，尤其是计算机、通讯等技术发展的需要而研制的。可编程控制器在PLC（PLC）的设计中得到了广泛的应用。基于该扩展模块，可编程控制器（PLC）可以根据实际情况和功能进行选择。比如，在实际应用中，需要进行模拟和仿真控制的选择。确保按照预定的通讯线路选择合适的通讯设备。根据PLC的品牌及型号，进行软件的设计及选用。研究、开发和设计一般都是用来进行数学运算的。在编程之后，您可以从编程的线缆中下载该软件。如果没有改变“过程”域，那么就修改这个过程，然后增加一个功能。二次开采的研究比较简单，要求设备布置以保证外部剩余的投入和产出，从而更方便地进行后续的改造和现代化。由于PLC在工程上的广泛使用，因此，本文以PLC为控制单元，并将其用于实际系统的设计。为了进行控制系统的设计，对已有的系统参数进行监测、记录、查询和修改，必须将其显示在上位计算机的人机接口中，通过人机接口来了解目前的运行状况，查询有关的资料。PC与PLC之间采用通信协议进行通信。PLC在实际应用中具有很强的抗干扰性。本论文所采用的三菱fx-2n型可编程控制器，能够在30个小时内不间断地工作。同时，该PLC还具备故障显示、报警等功能，节约了运行周期，减少了后期维修工作的困难。与传统的继电器比较，PLC采用集中式运算逻辑，可减少元件数目，减少电路及电路。PLC在速度、液位、温度等方面有着广泛的应用。与其它装置的人机接口，使得整个系统具有较强的可操作性。由于PLC具有体积小、占地少等优点，所以可以节省能源、时间和电能。2.2.3电梯的工作原理电梯采用钢丝绳，导轮和减速器、制动器等组成，电梯是靠摩擦上下移动的。电梯靠众多的安全设施来确保电梯的正常工作，例如导轨确保电梯的安全运行，以免在运行过程中发生偏转，抖动等现象。由于电梯复用，电动机用电减少，电梯负荷减轻，即便电梯存在运行，失电等情况，都可以及时确保乘客安全。以上对电梯运行原理作一简述，但是在这次的主题上，电梯控制体系与一般电梯要求相同。由于电梯控制系统在电梯向前推进方面也得到了较大提升，因此现在的电梯都有继电器控制（因使用较少，面临关闭）、可编程控制（PLC,适用于恶劣环境下的采用）、三个方面采用单片机控制（现代普遍使用）。2.2.4继电器控制在电梯控制系统中，采用继电器进行控制。为了实现最基础的逻辑运算，保护继电器的正常开启和关闭。由于其依靠最简单的变化来实现逻辑操作，因此，在电路逻辑操作中，它比电子指令更为重要。它的特征是由硬件来完成所有的逻辑函数，所以操作起来比较简单和直观。他们采用了电子控制部件，可以很便宜地买到全部部件。不需要专门的工具就可以进行零件的维修和安装。系统越来越健全，越来越多元化。但是，由于继电器及控制系统的不完善，会造成继电器、控制系统等诸多问题。有时候，需要更多的时间来维持。由于在逻辑电路的运算中，采用的继电器数量较多，通讯手段也比较复杂，因此很难进行其它功能的优化。在逻辑处理中，由于器件的机械移动，会产生相应的反应和滞后。不同的机器同时工作，必然会发出很大的噪声，从而影响到使用者的舒适。总而言之，我们了解到，老的继电器有许多缺陷，必须经常进行维修。电梯的故障率很高，很难清理，使人感到舒适。2.2.5控制系统选择我们经过对各种途径利弊的分析，现根据题目及本校条件选定。文章从实际需求出发，依据PLC对PLC的合理选型方法，是本项目研究的主要途径。2.2.6系统的硬件设计思路在电气电梯控制系统的图纸设计中，有必要对PLC控制系统电气设计标准图纸进行研究并熟练掌握，熟悉有关图纸、电气部件连接方法及标志，硬件设计,PLC布线等、统计与输入输出的分配。基于此情况，认为对电梯控制系统进行更新与完善，要留有余地。外部正负转换线，属于变频器连接设备。逆变器为外部驱动器。转换器以外部模拟为速度决定方法。输入模拟量为0V,相应的频率为0Hz。输入10V模拟信号后，相应于50Hz频率。变压器采用V/F控制。须按参数设定符合V/F控制方式。2.3控制方案的确定本设计将PLC应用于电梯的设计中，采用变频控制主电机和电梯门，达到节能调速的目的，压控输入0~10V模拟信号，通过变频控制控制一定的速度，缩短时间，使电梯满足舒适性要求。根据设计过程，检测系统的输入模块为平层，内部输入为外部输入，输出系统包括电梯升降、门开关和内部呼叫命令；此外，电梯的运行状态由上位机监控，本设计的控制系统通过仿真测试完成。参照控制图，本次设计的控制图如下：图2.4系统控制方案框图就目前而言，电梯的控制系统分为三大类：微机智能控制系统，继电器自动控制系统，plc智能控制系统。过去老式的许多电梯，都采用继电器接触器控制系统，现在都已经基本没有了，源于这种控制系统存在许多缺点：运行时噪音大，控制线路复杂，系统故障频发，电能消耗大。微机控制系统具有较高的控制性能，相较于前者，它在系统维修方面，变频交流电系统控制方面，节能方面，抗干扰信号方面等都有大幅度的提高。但是微机系统并不适合用于电梯控制系统，其一，它价格昂贵；其二，需要用到微型计算机；其三，系统编程复杂；其四，对使用环境要求高。显然，plc控制系统才是最合适的选择。plc是在微型计算机的基础上开发而来，由于借鉴了微型计算机的技术及原理，所以plc可以代替微型计算机使用，并逐渐成为工业控制系统的首选。Plc控制系统有很多的优点：控制系统性能完善，体积小，安装十分方便，系统控制非常精准等。电梯的电动机拖动系统种类有很多种：交流单相双开环电机变频闭环降压调速拖动系统,交流永磁型变频同步机调速拖动系统,直流电机自动调压拖动系统,交流三相双速电机的变频闭环自动调压和自动调速拖动系统。电力拖动系统的作用是将电能转化为机械能，为电梯运行提供动力。其中，直流电机电力拖动系统由于：结构复杂，空间利用率低，保养维护难，现在已经被市场淘汰。现在磁同步机拖动系统才是电梯行业的主要发展方向，这种拖动系统因为引入了永磁体技术，做到了省油，机械结构简单，传动效率高等。曳引电动机，楼层位置指示，位置显示装置，控制柜等装置构成了电梯的电气控制系统。因为变频交流电系统中包含了大量的电气元件，所以它是控制系统中最重要的一部分，也决定这电梯能否正常运行。电气控制系统通过对曳引电动机的控制，让曳引电动机实现启动、停止、正反转变化，从而控制电梯的运行。第3章电梯控制系统的软件设计3.1梯形图软件设计与分析（1）召唤信号的记录和消除过程如有人按下所在楼层按钮，电梯会立即接受和记录到此召唤信号，并控制电梯运行到信号发出的楼层。当电梯按控制程序完成运行时，及电梯到达所选楼层，就马上消除此楼层的信号。比如，有人在五楼按下楼层按钮，x26上电接通，五楼召唤信号记录；当电梯运行到五楼时，m47失电断开，此召唤信号消除。如图所示。图4.1一到五楼的召唤信号的记录和消除梯形图（2）指令信号的记录和消除过程指令信号的记录和消除过程和召唤信号的过程基本一样，同样是需要有人按下楼层按钮，实现指令信号的输入，控制电梯运行，当电梯到达楼层后消除此指令信号。如图4.2所示图4.2所有指令信号的记录和消除梯形图（3）关门和开门过程电梯开门和关门的时间有定时器控制，具体控制控制过程，如图4.3所示。图4.3关门和开门过程梯形图（4）消防控制过程消防安全是电梯安全最重要的一部分，除了电梯里面应该配有消防器材，在控制程序中也必须有消防控制程序。如果突发事件，消防控制程序能完全控制电梯的运行，实现安全保障。本次程序设计的消防程如图4.4所示。图4.4消防控制过程梯形图3.2I/O分配设计电梯系统里面的I/O配置设计显示在下表中：表4-1I/O分配设计表功能I点地址功能O点地址一层内呼I0.0一层内呼指示Q0.0二层内呼I0.1二层内呼指示Q0.1三层内呼I0.2三层内呼指示Q0.2四层内呼I0.3四层内呼指示Q0.3内呼I0.4内呼指示Q0.4一层外呼上I0.5一层外呼上指示Q0.5二层外呼下I0.6二层外乎下指示Q0.6二层外呼上I0.7二层外呼上指示Q0.7三层外呼下I1.0三层外呼下指示Q1.0三层外呼上I1.1三层外呼上指示Q1.1四层外呼下I1.2四层外乎上指示Q1.2四层外呼上I1.3四层外呼下指示Q1.3外呼下I1.4外乎下指示Q1.4开门开关I1.5电梯上行输出Q1.5关门开关I1.6电梯下行输出Q1.6一层平层I1.7门电机开Q1.7二层平层I2.0门电机关Q2.0三层平层I2.1电梯上行指示Q2.1四层平层I2.2电梯下行指示Q2.2平层I2.3一层指示Q2.5开门限位I2.4二层指示Q2.6关门限位I2.5三层指示Q2.7电梯上升极限位I2.6四层指示Q3.0电梯下降极限位I2.7指示Q3.13.3程序流程功能图设计设计了电梯上，下行控制程序。设定电梯在N（N=1,2,3,4,5）楼停留,所述M层接收所述信号，且所述M大于所述N，电梯在向上运行；当M的比值为N时，电梯在向下运行。具体如下图所示。图4-5电梯上下行控制流程图关于电梯上下行的控制程序，电梯在运行时，不接受反方向指示，如果没有内呼信号，只在反向指令时给以回应。由此流程图可以找到，电梯具有反应首先相反的功能，电梯停在某一层，如果该高层在接收下行信号时，将响应最远距离的外在下方信号；同样，电梯位于某一层时也是如此，如果在这下一层有向上命令给，将响应第一个上行信号。有关该响应的最远反向功能，请看下图。图4-6电梯最远反向响应流程图电梯开关门的控制方面，电梯到达某一层目标时，该系统将发送开门信号，电梯门才能打开，接触开门限位时，电梯门就停了，且时间延迟，到达时间后，如果没有人坐电梯就自己关门。接触关门开关后，电梯门将停闭。电梯门闭合时，如果有旅客用电梯，将立即打开电梯门，并且再延时一次，在到达延时时间后，如果没有人坐电梯就自己关门。图4-7电梯开关门流程图3.4电梯控制的上位机界面设计本设计正在针对电梯进行组态王的执行设计，按照组态王的设计过程及要求打开工程管理器来搭建工程，具体情况如下图所示：图4-8工程管理器建设项目时，需要给项目取名，设置项目之储存地址。系统设计中包括开发与操作，开发就是设计一个项目的图片，变量等等。在操作上，注重系统的实现，凭借运行软件，可以对系统当前工作状态。就可以把新的工程建设好，具体如下图所示。图4-9项目建立对话框项目称谓及储存地址设置完成后，则可以在工程上进行驱动组态设计，主要对项目串口进行设计，靠设置串口来设置通讯波的频率，地址等信息。如下图所示，本次设计采用波特率为9600，使用了RS232通讯。图4-10串口设置对话框在设置通讯驱动后，则需要增加驱动，本设计的搭建基于西门子S7-200机型驱动，设置被驱动地址及相应通信参数，具体如下图所示。图4-11驱动程序建立对话框驱动步骤结束后，下一步将进行工程设计，一，参考系统工艺需求，完成设计可视化工作，去设计新变量，当变量设计完成后，涉及I/O整数,I/O离散的问题。在设计变量上，应根据项目的实际情况，设置初始及限制参数。如果不需要别的条件，默认就足够了。具体如下图所示。图4-12变量设置对话框按照添加变量过程，并结合系统设计需要，对添加变量进行了设计，具体添加效果如下图所示。图4-13变量列表图增加变量结束后，以下为设计系统可视化画面，画面设计要求尽可能多地展示当前系统的状态及参数设定。依赖工具箱来添加并改变所有的物体，根据地点进行设计。指示灯，数据显示等等均属为画面设计之内容。具体如下图所示。图4-14画面设计图增加变量结束后，以下为设计系统可视化画面，画面设计要求尽可能多地展示当前系统的状态及参数设定。具体如下图所示。图4-15动画设计对话框第4章结论本论文主要是根据电梯有关内容进行研究，电梯主机与门电机之间进行变频操控，设计时满足上，下行及开关门要求，本项目旨在把握电梯工艺需求，针对该系统，对变频电路与PLC电路进行了设计，凭借程序功能剖析，实现控制电梯要求。（1）当硬件设施型号选定后，重点对可编程控制器进行了详细介绍，靠I/O运算及对比筛选，选用与该系统一致的可编程控制器，对变频器及传感器进行了介绍与选择，基于这一前提，对系统进行了总体设计，决定输出与输入，分析了硬件操控思路及有关需求。（2）硬件设计时，需参考系统整体方案进行硬件分析，着重设计了主电路实现部分电路图以及另一个电路图，等等。根据设计要求，针对电路图安全性问题，设计了相应保护功能。（3）在对该系统进行了软件设计时，首先，对该系统输入输出点进