【《电梯控制系统的硬件和软件设计案例》7500字】

电梯控制系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u5582电梯控制系统的硬件和软件设计案例 1268811电梯控制系统硬件设计 1165491.1PLC的选择 1165561.1.1I/O点的计算 1316631.1.2PLC型号选择 2270261.2电机控制电路 247531.3电梯控制功能及操作说明 344271.4变频器的介绍 4294191.5变频器的选择与参数设置 550742电梯控制系统软件设计 85712.1I/O分配 872522.1.1PLC输入地址 8215002.1.2PLC输出地址 8146852.2梯形图软件设计与分析 9188443仿真调试 23264783.1编辑软件介绍 23131123.2仿真过程简述 25279733.3程序设计思路 27325893.4组态画面设计 28326023.5组态调试 311电梯控制系统硬件设计1.1PLC的选择1.1.1I/O点的计算PLC输入，输出点计算应根据本专题实际进行计算。如果在一些需要远距离传输的地方采用这种通讯方式的话，就会产生一定的延时问题，这就是我们通常所说的延迟抖动。首先，手先我们输入信号是呼叫信号、轿厢内的信号。在电梯中使用呼叫信号是比较方便的。呼叫信号共有4层按键，第一层和第四层只有一个，另2层为2层。在电梯控制系统中，呼叫信号是通过电梯控制室内的三个按键来控制的。因此，呼叫按钮单个要有六个输入端子。如果电梯在运行中发生故障时，乘客就会发出“您好”的声音来请求服务人员进行维修，这就是轿厢内信号。内选信号以开门为主，关门为辅、还包括一至四层的选择按钮。在电梯里如果要想控制楼层或运行方向等信息都可以通过这些输入信号来实现。因此，轿厢内的选信号要有六个输入信号。其输出信号包括这些内容：楼层指示灯，安全指示灯、外上下左右操作指示灯、电梯内选择信号指示灯。在电梯运行时，我们需要对各个楼层进行操作。楼层指示灯对应4层所需的4种输出。内部上运行指示灯是用来控制轿厢内乘客乘坐，防止乘客在上升或下降时发生意外。所述安全指示灯由警报灯，超重指示灯组成。电梯内选则是针对电梯内部故障发出相应的报警声音，同时显示出当前楼层情况。外部上下左右的运行指示灯，除了1楼、4楼各有1只外，其余需2只，共计6只。所述内选信号指示灯包括开关门2个、电梯上下2台、楼层选择指示灯4盏，共计8盏。所有的输入端口均连接到电源上，而所有的输出都与外设相连。因此总共需要20个的产出。在设计时，我们把每个输入的开关量都进行了合理分配。输入输出共需32个I/O口。1.1.2PLC型号选择在PLC的选型中主要考虑了以下几个简单灵巧易操作的问题、程序简单，易学、能方便地进行人机界面的表达设计、通常研究最深的机型。应具有通用性，各机型PLC均可使用同一装置而不需改变参数及装置；要方便灵活，编程容易，使用简便，操作人员无需掌握专业的编程技术。它应该是简单而有效的，故障少，费用低廉；软件编程时要尽量使用通用器件，避免采用专用芯片。从程序编写的角度讲，应该直截了当，一目了然，能很简单地调试修改；功能上也要多样化。程序编程语言简单明了，为了能够便于修改；能够无需增加其他设备就能方便的与PC机相连接展示设计；软件界面美观简洁，可以让使用者更加直观的看到所需要控制的对象以及控制目标等等。结合平时在校所学课程中对三菱的PLC进行了基本说明。故在此本课题的控制器最终选择三菱FX2N系列PLC，由于要使用32个I/O，最后还是选择了FX2N-48MR。1.2电机控制电路根据题目实际，设计了主电路，一，安全措施线路上的开关后要接熔断器，以防线路过大而损坏电气设备；如果将电梯轿厢安装好，则可以通过控制电机来实现对电梯速度及位置的精确控制，并能使其具有一定的自保护功能。线路末尾接热继电器，以避免线路过载对电气设备的损坏。同时还考虑到电气线路上的短路故障和漏电保护问题。二是考虑逻辑电路到猪电路的控制，见图3-1。主程序是根据猪栏上各个设备的工作状态来判断其是否处于正常状态，如果不处于正常状态则由人机对话模块发出指令使电机停止运行或启动，从而达到自动控制。PLC执行逻辑运算的输出是由主电路直接完成的。图3-1电机控制电路图1.3电梯控制功能及操作说明按照所设计功能的7大控制需求，可通过和配置采用人机界面来检测该功能能否完成。（1）第一次功能验证操作流程如下，4楼叫电梯。若不进行判断就会停止轿厢上升，这时内选信号已经被确认，电梯开始下行了，但没有进入到指定位置。这时电梯向上，多选内选信号中任一层，若电梯上行尚未通过的一层达到时，则停止。那么这个时候电梯已经到了三层了，内选信号有个二楼那个电梯就是不往下移动，继续先在4楼进行通话。（2）第二种功能验证非常简单，电梯位于一楼的初始状态下。当有人从二楼向一楼呼叫电梯的时候，电梯没有下降。有的人内挑4楼，电梯往上走。三楼有叫往下的，然后电梯经过三楼也不停。（3）不管是按下内选信号还是呼叫信号，电梯实施后其均应被排除，相应的指示灯也会被扑灭。（4）当人们用电梯时，对于电梯运行状态施加指示灯进行指示，按下内选信号所在层、行车方向，楼层位置等、呼叫上行下行相应指示灯均应亮起。（5）电梯位于底部三层，自动关门与手动关门都要往上走，然后第3层上行通话可以开启电梯门，往下叫无法让电梯门开着。（6）上客后要等候内选的讯号，例如原楼层逗留10s。若超过此时间，呼叫信号将被优先选择。（7）电梯移动的过程中，无论是我手动开门或是呼叫信号，电梯门始终无法被开启。然后电梯门开了，就动不了了。1.4变频器的介绍变频器主要完成电机控制工作，本实用新型能够对电机进行调速、可根据电机供电要求实现电流滤波，交直流转换。在变频技术中，最常用和应用最广的就是交-直-交变换技术。其中主要也属于可通过电子绕组所提供电力的变化来改变电机转速的方法。所以说变频器在工业生产中应用广泛。实际上变频器就是将工频电源转换为其它各种频率交流电。从使用的角度对变频器进行判别：专用及通用变频器、单相变频器，三相变频器等等。变频器在电动机上应用是非常广泛的。将电机与变频器配合时，可变化电压也可变化其频率。变频器的主要组成：整流器：主要把所得工频电压通过二极管转换成直流电压输出，另一种方法采用晶体管变流器。平波回路：当电源通过整流器时，其内部有六倍于电流脉动电压，若为所用逆变器，还会引起电源电压变化。当电压波动较大时就会产生很大的危害，甚至损坏设备。电压变化过大，无法达到正常使用要求，因此需要滤波，通常用电感或电容滤波。逆变器：就是把直流功率变化为所需交流功率而输出三相交流电。图3-2是变频器的工作原理图。图3-2变频器工作原理图在图上可以清晰的看到变频器的组成，上方是它的主电路、下方是它的控制电路、中间则是它的CPU。1.5变频器的选择与参数设置变频器选型与本专题相结合，应做到经济实用，还需要综合考虑机械负载，调速范围等特点、静态速度的精度等来选取。本文以实际工程为背景对交流电机变频调速系统在工业中的应用做了分析研究。本选题思考如下：（1）变频器电压应与电机匹配，同样，其额定电压也与负载匹配。（2）从安全角度出发，变频器过载能力不如电机，因此变频器额定电流一定要为电机额定电流的1.1-1.5倍。（3）除电压，频率外、负载等选用变频器进行设计，同时也要考虑变频器和电机配合得好坏。必须确保电机能很好地工作。本项目选用FR-A740变频器，由于其兼容性很好，支持各种通讯协议，例如Profibus-DP和Modbus。变频器具有出厂设定参数值，参数设置对于变频器来说是非常重要的。如果参数设置不当或没有设定好，将会直接影响到系统运行性能和使用寿命。设定不良的参数会造成产品不符合要求，不能起动，制动不成功，甚至会造成变频器对内部各功能模块造成破坏和伤害。如果参数不合适的话，也容易出现故障而影响整个系统正常运行。因此，多数情况下，当参数设置，均先还原出厂设置，再进行启动均时间，上限频率的设定、下限频率的修正等等。本文就以变频器为例介绍如何通过参数表来设定变频器相关参数。图3-3为变频器的控制面板，面板上按键说明及功能可在上面查看。图3-3变频器控制面板变频器按键的功能都显示在图上了，但是显示的有部分没有说明，见表3-1。表3-1变频器功能表对完变频器面板各功能进行了描述，以下是参数设定。电梯采用变频器的目的，主要是为了使乘客乘得舒适，效率提高。如果想提高舒适度，就要考虑到速度这个因素了。然后从舒适感方面来说，电梯运行速度自然需要进行调整，当速度环节比例系数小一点，积分常数大一点。另外就是如何使电梯平稳运转。效率这块，自然就涉及到速度了，可利用工频开快车爬的时候低一点。也有许多参数均需按电机名牌及电网电压投入，在开设时首先恢复出厂设许多参数均为设定，参数如表3-2。表3-2变频器开关设置2电梯控制系统软件设计2.1I/O分配2.1.1PLC输入地址输入信号点数和输出信号点数的确定是PLC控制系统选用那种型号的PLC最主要的依据，为此，整理了所有的输入点数和输出点数，本次设计的控制系统一个有二十三个输入信号和二十四个输出信号，所以选用FX2N48MRPLC。输入信号有：行程开关信号，指令按钮信号，召唤按钮信号，消防开关信号等。如表4-1所示。表4-1输入地址分配表2.1.2PLC输出地址输出信号有：楼层显示，继电器等。表4-2所示。表4-2输入地址分配表2.2梯形图软件设计与分析编写程序时，先从我国信号灯显示入手，内选指示灯判定条件那么必须如果相应内选按钮选中才会点亮，并且指示灯也有操作完成复位等功能因此要加上限制条件，即相应楼层指示灯经常关闭一个开关，各层内选择指示灯的程序编制，如图4-1所示。如果需要改变电梯运行状态的话就必须要把原来的控制方式改成新的控制方式，这样才能让电梯更好地运行。图中，我们利用互锁关系来亮灭内选指示灯。图4-1楼层指示灯控制外部呼叫显示指示灯显示，与内选判断原则相同。当所有层都有灯的时候我们就可以打开相应层内选指示灯程序来实现自动切换照明模式，这样就不用频繁地更换灯组了，节省了时间而且还提高了效率。其中，所述第一判断元素为所述外部呼叫按钮的按压；二是对指示灯复位情况进行判断；第三个则是内部指示灯亮了或者没有灯了，这就需要通过比较来判定电梯是否处于上行状态或向下状态。第三种，因为电梯位于一楼的时候，只会有一种运动，即上升，亦即初始位，而且在别的楼层就是有上、下两个动作因此要加判断电梯是否上、下行时要复位对应的上、下行呼叫按钮指示灯，如图4-2。图4-2呼叫灯复位图4-2用于判断电梯上下相应楼层的中间寄存器，由某些判断而输出。当外部呼叫按钮被按下时，指示灯将亮起，表示内部有外呼或内话请求，如果没有的话，则不发出任何指示信号。电梯复位判断，如2楼向上外呼，则符合复位条件的病例为2例：首先，电梯在向上；或者第二是电梯是下行的。二是电梯往下走但确保电梯只下2楼，不会往下。这是因为如果电梯向上运行时没有遇到其他楼层上的外呼会被排除在外。因此，其判定条件限制的根据主要是第2条，当运动方向与外呼方向反向时，加外呼楼层下没有到达信号。这条原则适用于所有楼层，但对于不同高度的电梯可以有所差异。第四个层次是一个特殊的存在，就像第一层，只会往下走，则其可复位的判断标准是电梯只需上下左右移动。程序如图4-2。图4-3电梯复位控制每层呼车指示灯及复位功能完成，现将电梯运行过程中的步骤介绍如下。如果电梯运行时没有出现这种错误状态，则该输入为正确值，否则为错误值。1到2、1到3/1到4、2到3、2到4、3到4的电梯属于上行电梯；同理4到1、2、3，3到2、1，2到1属于下行。这也就是为什么电梯能按时间顺序依次上升或下降的原因所在。上，下行均需具备电梯位于相应楼层这一基本条件，在此情况下，电梯也可以分为3种情况来使电梯行驶至相应楼层。第一内选择信号；二，外呼顺向信号；第三是反向信号，即没有选择任何信号。其三，外呼逆向信号，但是逆向信号还有满足电梯不在其它信号的运动中。如果要想让电梯能够正常运行的话，必须要设置好上行和下行两种信号。还要用指示灯指示电梯上，下行运动状态，正好加入上、下程序段。上行程序如图4-4，下行如图4-5所示。图4-4电梯上行程序控制图4-5电梯下行程序控制在每个循环中，我们需要在中间寄存器复位，电梯移动动作中，清零下开关门数据寄存器。如果你想知道哪个层的电梯可以按顺序运行的话，就必须先把这个梯形图读出来。在此，我们直接使用一条ZRST复位、MOV写入的命令，如图4-6所示。图4-6寄存器复位判断电梯是否开门选项，是否设置时间，电梯开门，首先要想到的是安全。电梯停了之后才会打开车门，电梯关了门，直接操作不允许半途而废。在规定时间段内不允许乘客自行进出轿厢。当电梯运行到指定楼层时，可以开门、手动开门、自动开门。如图4-7。图4-7电梯开关门控制电梯时间设置是开门6s，关门3s。同时可以手动关门，并将寄存器判断结果输出，如图4-8。图4-8电梯手动开门自动开门的判断依据，如图4-9。图4-9电梯自动开门最后用MOV指令将我们的中间寄存器运算结果直接写入到对应的输出端口，如图4-10。图4-10电梯运行控制3仿真调试3.1编辑软件介绍三菱FX2N—PLC通常采用编辑软件GXwork2，该编辑软件支持三菱PLCQ系列、L系列、FX系列等产品，同时与其它三菱编程软件兼容，该编辑软件较老版本三菱编辑软件有所改进，从简单工程到结构工程两大编程方式都可以实现，并且对大多数编辑语言都支持，足见GXwork1编辑软件性能之强。GXwork2具有以下功能：①软件通用化，可把三菱全线产品PLC转制成GPPQ、GPPA等格式文件；②利用Windows优势，可实现Excel、Word等语言文字复制粘贴；③程序标准化让软件更加便捷；④可简单设置与其它网站联动，因联动对象规定为图形化，在搭建复杂系统时也可简单设置；⑤可采用多种方式与PLCCPU进行联动。丰富调试功能：可调试编辑程序，给出出错原因及出错位置，等同于仿真软件。本文将介绍GXWork2这代编辑软件在我公司的应用情况。与其它编译编译软件如国内汇川PLC软件编程器STEP7-Micro-WIN2.0相比；GXwork2编辑软件具有最佳大优势：该编辑软件自带仿真系统即无需与PLC相连就能实现仿真；高达其它编译软件所不具备的特点。因为无需使用另一种模拟软件，所以可实现在程序编辑后立即进行模拟，并可立即检查使用者编辑出的程序有无错误以及是否能够达到使用者要求的控制效果。因为它在设计时就考虑到了用户的需求，所以在功能上做得很完善。它不仅能够实现所有的基本要求，而且还具有很强的灵活性。另外它还有一个优势就是使用方便。GXwork2编辑软件就是因为有这样一个优势，让他他能够实现在任何时间、任何地点都能够编写程序，同时还能够对程序进行模拟，给程序编辑人员、工业维修人员都带来了极大的便利，还能够节约大量的时间，同时还能够提升工业生产效率。见图5-1。图5-1PLC的编辑主界面示意图GXworks2的主界面包括：菜单栏，新建工程，仿真系统，程序编辑区，工具栏，工程区等。（1）菜单栏窗口菜单可以打开多个窗口，同时在窗口之间切换；工具菜单提供编程所需要的所有的编辑指令；帮助菜单提供编程指令的使用方法，协助用户编程。（2）工具栏将一些经常使用的编辑命令集中起来，形成工具栏，为用户提供简单的鼠标操作。如果在工具栏中没有要使用的指令，就需要点击菜单栏中的工具菜单，去寻找相关指令，工具菜单包含了所后的编辑指令。（3）程序编辑区程序编辑区将是用户编辑程序的地方，需要注意的是，程序编辑区是有范围的。所以在使用的过程中，如果程序超过了编辑范围，就需要将程序进行转换和编译，用鼠标单击菜单栏上的“转换/编辑”，会弹出转换选项，再单击此次选项，即可再次编译。也可使用键盘快捷命令“F4”。（4）工程区此区域包含了PLC的全部参数和全部的软件注释，以及程序部件和软件存储器的显示。（5）仿真系统调用仿真系统，可以多编辑的程序进行仿真模拟，从而判断程序是否完整无误，并将仿真的结果显示在显示区中。3.2仿真过程简述前面介绍三菱GXworks2这款编辑的时候就提到了它的仿真系统，由于自带仿真系统，所以仿真非常的方便，下面简单的介绍一下他的反仿真过程。（1）打开这个软件，点击菜单栏中的“工程”选项，会出现一个选项界面，在点击新建工程。如图5-2所示。图5-2新建工程示意图（2）点击新建工程，就会弹出一个窗口，上面有四个选项需要填：选用你所使用的PLC型号和机型；在选择使用简单工程还是机构化工程；在选择使用的程序编辑语言；最后点击“确定”。如图5-3所示。图5-3新建工程示意图（3）程序的仿真启动，点击菜单栏中的“调试”选项，在弹出窗口选择“模拟开始/停止”选项，仿真系统就会模拟PLC的输入输出过程。如图5-4所示。图5-4仿真启动示意图（4）程序开始模拟运行后，会在界面的左上角弹出一个窗口，在这个窗口中点击“run”，程序就启动仿真运行；点击“stop”，程序就停止仿真运行。如图5-5所示。图5-5仿真运行示意图（5）程序的调试。现点击程序中输入信号地址，在点击菜单栏中“调试”选项，在下拉框“当前值更改”。如图5-6所示。图5-6程序调试示意图在此马上就会弹出一个当前值的修改窗口，再点击窗口中的“ON”和“OFF”选项，就可以进行对程序的调试。如图5-7所示。图5-7程序调试示意图3.3程序设计思路设计程序时，主要考虑本人能够控制要求完成，还有就是我们安全再者就是工艺上的需求。这种编程方法简单方便，可以在短时间内学会并且很快就能应用到实际中去。因此综合这些本项目程序设计思路为：（1）电梯内选择及外呼指示灯指示及复位；（2）编辑电梯复位判断工况；（3）电梯上下移动并指示上，下行指示灯；（4）电梯开关门设计及时间设置；（5）向相应I/O口输出全部运行结果。3.4组态画面设计组态王制作项目大致分五大环节：（1）画面设计：为人界界面设计了