四層電梯模型PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 電氣控制技術(shù)課程設(shè)計說明書 四層電梯模型PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 李 平 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 1303班 學(xué) 號： 1330140313 指導(dǎo)教師 雷軍 職稱 高級實驗師 完成時間： 2016年6月 湖南工學(xué)院電氣控制技術(shù)課程設(shè)計課題任務(wù)書學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)：電氣工程及其自動化 指導(dǎo)教師雷軍學(xué)生姓名李平課題名稱四層電梯模型PLC控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容及任務(wù)一、目標 設(shè)計一個基于PLC的四層電梯控制系統(tǒng)。二、任務(wù)根據(jù)控制要求，明確設(shè)計任務(wù)，擬定設(shè)計方案與進度計劃，運用所學(xué)的理論知識，進行四層電梯的控制原理設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計，提高理論知識工

2、程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內(nèi)容包括：1. 設(shè)計該系統(tǒng)電氣控制硬件系統(tǒng)；2PLC選擇及I/O及其它PLC元器件分配。3選擇電器元件，編制元件目錄表。 4設(shè)計該系統(tǒng)PLC控制梯形圖。5用計算機繪制PLC控制電路圖。6進行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)四層電梯的控制要求。7. 編寫設(shè)計說明書。三、要求1、電梯模型電梯的上、下行由一臺直流電動機拖動，電動機正轉(zhuǎn)為電梯上升，反轉(zhuǎn)為下降。直流電動機參數(shù)：36ZY，額定功率W，額定電壓DC 24V。2、轎廂開門、關(guān)門用指示燈顯示；3、電梯運行時，廳門和轎廂門都不能開門。電梯手動開門與關(guān)門按鈕不起作用；開門之后不能行車，有門連鎖保護。4、電梯上行

3、時，下行召喚無效；電梯下行時，上行召喚無效。5、樓層呼叫按鈕及電梯內(nèi)按鈕按下，電梯未達到相應(yīng)樓層或未得到相應(yīng)的響應(yīng)時，相應(yīng)指示燈一直接通指示。響應(yīng)之后，能自動將召喚指令消除(召喚指令的記憶與消除)；6、電梯運行時，電梯到達停在各樓層時，電梯開門與關(guān)門動作可由電梯手動開門與關(guān)門按鈕控制，也可延時自動控制，開門10秒后自動關(guān)門，開門3秒后電梯可上或下運行。7、廳外有指示電梯運行方向和所在位置的指示信號。 8、電梯拖動電動機控制電路有如短路保護、正反轉(zhuǎn)互鎖等常規(guī)電氣保護措施。主要參考資料1史國生主編，電氣控制與可編程控制器技術(shù)M。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012。2于廣慶主編，可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)

4、計M。北京：清華大學(xué)出版社，2004。3 吳啟紅主編，變頻器、可編程控制器及觸摸屏綜合應(yīng)用技術(shù)實操指導(dǎo)書（第二版）M。北京：機械工業(yè)出版社，2010。4 史國生，鞠勇。電氣控制與可編程控制器技術(shù)實訓(xùn)教程M。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010。5 于曉云，許連閣。可編程控制技術(shù)應(yīng)用項目化教程M。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011。 6 廖常初。PLC編程及應(yīng)用M。北京：機械工業(yè)出版社，2005年。7 胡學(xué)林?？删幊炭刂破鲬?yīng)用技術(shù)M。北京：高等教育出版社，2001年。8 三菱FX系列可編程序控制器編程手冊M。三菱公司編，2001年。9 三菱可編程序控制器應(yīng)用101例M。三菱公司編, 1994年。10 史宜

5、巧，孫業(yè)明，景紹學(xué)。PLC技術(shù)及應(yīng)用項目教程M。北京：機械工業(yè)出版社，2009。教研室意見 教研室主任：（簽字）年 月 日目 錄摘 要- 1 -1 概述- 2 -1.1電梯發(fā)展狀況及發(fā)展趨勢- 2 -2總體方案設(shè)計- 4 -2.1四層電梯控制系統(tǒng)分析- 4 -3 PLC機型的選擇- 6 -3.1 PLC的IO點數(shù)估算- 6 -3.2 輸入輸出模塊的選擇- 6 -3.3 機型的確定- 6 -4 硬件設(shè)計- 8 -4.1四層電梯主電路設(shè)計- 8 -4.2 輸入輸出分配表- 9 -4.3 PLC接線圖- 9 -5 軟件設(shè)計- 10 -5.1 設(shè)計要求- 10 -5.2 程序流程圖- 10 -5.3

6、程序語句- 12 -5.3.1復(fù)位程序段- 12 -5.3.2用戶輸入輸出程序段- 14 -5.3.2電梯空閑狀態(tài)程序段- 15 -5.3.3電梯上下行主程序段- 15 -5.3.4開關(guān)門子程序- 16 -5.3.4清除標記子程序- 17 -5.3.5設(shè)定上下行最近目標層子程序- 18 -設(shè)計總結(jié)- 20 -致 謝- 21 -參考文獻- 22 -摘 要課題四層電梯模型PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，大致可分為電氣控制硬件系統(tǒng)設(shè)計、PLC選擇及I/O分配、系統(tǒng)PLC控制梯形圖設(shè)計及其仿真、；采用三菱FX2N-PLC實現(xiàn)對電梯的控制,實現(xiàn)課題的控制要求，設(shè)計思路是采用模塊化程序設(shè)計。根據(jù)電梯的控制規(guī)律，程序設(shè)

7、計可分為以下幾種模塊:電梯復(fù)位、電梯參數(shù)初始化、用戶輸入(按鍵檢測)、系統(tǒng)狀態(tài)確認、上行主程序、下行主程序;涉及到的子程序塊:電梯開關(guān)門子程序、清除標記子程序、電梯空閑狀態(tài)處理子程序、設(shè)定上行目標子程序、設(shè)定下行目標子程序。電機采用的是36ZY,額定功率6W，額定電壓DC24V。軟件程序使用GX-Developer仿真，使用Visvo繪制硬件PLC控制電路圖。關(guān)鍵詞：梯形圖;模塊化;硬件控制原理圖- 2 -1 概述 我國的電梯生產(chǎn)技術(shù)得到了迅速發(fā)展。一些電梯廠也在不斷改進設(shè)計、修改工藝。更新?lián)Q代生產(chǎn)更新型的電梯，電梯主要分為機械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)兩大部份，隨著自動控制理論與微電子技術(shù)的發(fā)展，電梯的

8、拖動方式與控制手段均發(fā)生了很大的變化，交流調(diào)速是當前電梯拖動的主要發(fā)展方向。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電路控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點，目前已逐漸被淘汰。微機控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷。而PLC控制系統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強,設(shè)計和調(diào)試周期較短等優(yōu)點，倍受人們重視等優(yōu)點，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。1.2 PLC及在電梯控制中的應(yīng)用特點1.

9、2.1 PLC的特點PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，實質(zhì)上屬于計算機控制方式。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點。1.可靠性:對可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。(1)PLC不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。(2)PLC采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進行設(shè)計，例如，冗余設(shè)計，斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復(fù)等，使可靠性提高。(3)PLC有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發(fā)生操作的錯誤。(4)PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比

10、通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。(5)在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件:采用先進的工藝制造流水線制造;對干擾的屏蔽、隔離和濾波等;對電源的斷電保護;對存儲器內(nèi)容的保護等。(6)PLC的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波;軟件自診斷;簡化編程語言等。1.易操作性，PLC的易操作性表現(xiàn)在下列幾個方面:(1)操作方便對PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。(2)編程方便PLC有多種程序設(shè)計語言可供使用。(3)維修方便PLC具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。2.靈活性，PLC的靈活性表現(xiàn)在以下幾個方面:

11、(1)編程的靈活性。(2)擴展的靈活性。(3)操作的靈活性。1.2.2 PLC控制電梯的優(yōu)點1.在電梯控制中采用了PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。2.去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。3.PLC可實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。4.PLC可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。5.用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。6.更改控制方案時不需改動硬件接線。綜上所述，PLC控制的優(yōu)點遠遠多于傳統(tǒng)的繼電器控制方式，課題主要采用了三菱PLC對四層電梯的控制。2總體方案設(shè)計2.1四層電梯控制系統(tǒng)分析 對于電梯的結(jié)構(gòu)而

12、言,傳統(tǒng)的方法是分為機械部分和電氣部分,下面梯機械部分的結(jié)構(gòu),四層電梯平面圖如圖1-1所示。圖1-1 四層電梯平面圖 課題研究的電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對電梯的運行實行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏(柜)、平層裝置等組成。電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)對電梯運動的控制，同時完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。電梯在各服務(wù)層站設(shè)有層門、轎廂運行方向指示燈、數(shù)學(xué)顯示轎廂、運行位置指層器和召喚電梯按鈕。電梯召喚按鈕使用時，上樓按上方向按鈕，下樓按下方向按鈕。轎廂到達時，層樓方向指示即顯示轎廂的運動方向，乘客判斷欲往方向和確定電正常后進入轎

13、廂，轎廂內(nèi)有位置顯示器、操縱盤及開關(guān)門按鈕和層樓選層按鈕。課題是以四層電梯為控制對象，用PLC實現(xiàn)對電梯的控制。課題的任務(wù)是用可編程控制器（PLC）控制四層電梯，實現(xiàn)所有的控制要求，設(shè)計思路是采用隨機邏輯控制原理，根據(jù)電梯自身的控制規(guī)律，響應(yīng)隨機的外部呼叫信號，設(shè)計分析、討論了用FX2N型PLC控制電梯模型的程序設(shè)計的整個過程,并主要闡述了三個方面：系統(tǒng)的控制要求、系統(tǒng)配置、軟件設(shè)計。3 PLC機型的選擇3.1 PLC的IO點數(shù)估算 主要的信號輸入硬件有3個上行按鈕和3下行按鈕、4個廂內(nèi)樓層按鈕，2個手動開關(guān)門按鈕，2個啟動停止按鈕，2個上下平層限位開關(guān)，2個上下減速限位開關(guān)，2個上下減速接近

14、開關(guān)，2個上下平層接近開關(guān)，共22個輸入信號。主要的輸出信號有：樓層指示燈占7個輸出，2個電梯上下行指示燈，6個樓層上下行指示燈，廂內(nèi)樓層指示燈4個，電梯開關(guān)門指示燈2個，電機正反轉(zhuǎn)，減速占3個輸出，共19個輸出信號。輸入輸出總共占41個點。再留有10%的余量，可選輸入輸共64個點的PLC。按照（輸入+輸出） *（10或11或12）的原則估計程序總共500步左右。3.2 輸入輸出模塊的選擇 來自現(xiàn)場的設(shè)備按鈕、限位開關(guān)、行程開關(guān)等的電平信號并將其轉(zhuǎn)換為機器內(nèi)部電平信號，模塊類型為直流和交流兩種。根據(jù)設(shè)備與模塊之間的遠近程度選擇電壓的大小，一般5V、12V、24V屬低電平，傳輸距離不宜太遠，例如

15、5V的輸入模塊最遠不能超過l0m，也就是說，距離較遠的設(shè)備選用較高電壓的模擬比較可靠。另外，高密度的輸入模塊如32點、64點，同時接通點數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般講，同時接通點數(shù)不得超過60%。 輸出模塊的任務(wù)是將機器內(nèi)部電平信號轉(zhuǎn)換為外部的控制信號。輸出模塊的電流值必須大于負載電流的額定值。3.3 機型的確定（1） FX2N-64MR技術(shù)指標 合計總數(shù)64點，32點輸入，DC24V，32點繼電器輸出；（2） FX2N-64MR系列PLC的功能1. 高速運算 基本指令：0.08s/指令，應(yīng)用指令：100s/指令2. 存儲器規(guī)格 內(nèi)置8000步RAM存儲器。3. 軟元件范圍 輔助繼電器：3

16、072點，定時器：256點，計數(shù)器：235點；數(shù)據(jù)寄存器：8000點 根據(jù)PLC機型選擇的基本原則，及設(shè)計所需要的I/O點數(shù)41個，程序500步左右，選擇了三菱公司FX2N-64MR系列的PLC。4 硬件設(shè)計4.1四層電梯主電路設(shè)計 在三菱控制系統(tǒng)中，電梯的所有動力均有電動機提供。上下行電動機為電梯上下行提供動力。開關(guān)門電動機控制電梯門的開與關(guān)。整個系統(tǒng)共需 M1、M2兩臺電動機。主電路如圖4-1所示。圖4-1 主電路在實際運行中，過負載、欠電壓、斷相等因素都可能造成電動機超過其負載，即廣義上的超載。電動機的短時超載是允許的，但如果長時間運行將會毀壞電動機。因此需采取保護措施，目前比較常用的是

17、熱繼電器。在其工作過程中，可能出現(xiàn)短時間大電流的超載，熱繼電器無法起到有效的保護作用，可在電路中安裝熔斷器對其進行保護。 各電動機使用接觸器控制。其中接觸器 KM1、KM2、KM3、KM4分別控制電動機M1的上下行、電動機M2的門開關(guān)。FR1、FR2為 M1、M2提供過負載保護。FU1、FU2為 M1、M2提供短路保護。 4.2 輸入輸出分配表表 4-1 系統(tǒng)I/0分配表輸入 對應(yīng)的輔助繼電器對應(yīng)的輸出1一樓上行按鈕 X60M601層外呼上指示 Y502二樓下行按鈕 X61M612層外呼下指示 Y513二樓上行按鈕 X62M622層外呼上指示 Y524三樓下行按鈕 X63M633層外呼下指示

18、Y535三樓上行按鈕 X64M643層外呼上指示 Y546四樓下行按鈕 X65M654層外呼下指示 Y557廂內(nèi)一樓按鈕 66M661層內(nèi)呼指示 Y568廂內(nèi)二樓按鈕 X67M672層內(nèi)呼指示 Y579廂內(nèi)三樓按鈕 X70M703層內(nèi)呼指示 Y60 10廂內(nèi)四樓按鈕 X71 M71 4層內(nèi)呼指示 Y61 11廂內(nèi)開門按鈕 X72 M72 電梯開門指示 Y62 12 廂內(nèi)關(guān)門按鈕 X73 M73電梯關(guān)門指示 Y634.3 PLC接線圖圖4-2為PLC輸入輸出接線圖。X50X73為輸入信號，Y000Y026為輸出信號，其中Y020Y026分別按順序接數(shù)碼管的AG顯示轎廂所在樓層。輸入端的公共端CO

19、MI接地，輸出端的公共端COM接+24V電源。圖4-2 PLC輸入輸出接線圖5 軟件設(shè)計5.1 設(shè)計要求1、轎廂開門、關(guān)門用指示燈顯示；2、電梯運行時，廳門和轎廂門都不能開門。電梯手動開門與關(guān)門按鈕不起作用；開門之后不能行車，有門連鎖保護。3、電梯上行時，下行召喚無效；電梯下行時，上行召喚無效。4、樓層呼叫按鈕及電梯內(nèi)按鈕按下，電梯未達到相應(yīng)樓層或未得到相應(yīng)的響應(yīng)時，相應(yīng)指示燈一直接通指示。響應(yīng)之后，能自動將召喚指令消除(召喚指令的記憶與消除)；5、電梯運行時，電梯到達停在各樓層時，電梯開門與關(guān)門動作可由電梯手動開門與關(guān)門按鈕控制，也可延時自動控制，開門10秒后自動關(guān)門，開門3秒后電梯可上或下

20、運行。6、廳外有指示電梯運行方向和所在位置的指示信號。8、電梯拖動電動機控制電路有如短路保護、正反轉(zhuǎn)互鎖等常規(guī)電氣保護措施。5.2 程序流程圖電梯復(fù)位程序用于系統(tǒng)上電后把轎廂位置復(fù)位到第一層；輸入程序和狀態(tài)輸出程序用于用戶輸入后馬上保持用戶的選擇以便后面程序判斷；轎廂開關(guān)門程序控制轎廂的開關(guān)門；設(shè)定上行目標程序和設(shè)定下行目標程序是用來確定上下行過程中的下一個目標樓層,只在上下行及電梯空閑狀態(tài)的時候調(diào)用,如果沒有下一個目標,就設(shè)定電梯為空閑狀態(tài)。流程圖見下頁。圖5-1 程序流程圖5.3 程序語句5.3.1復(fù)位程序段復(fù)位程序段的作用：不管電梯在什么位置，都要讓電梯停在一樓；代碼M80是人工設(shè)置的常

21、閉觸點，M9在常開狀態(tài)下才可以執(zhí)行這段程序。M4是執(zhí)行電梯逆轉(zhuǎn)并設(shè)定M5用以檢測電梯是否遇到下行減速限位開關(guān)；若遇到，電梯停止逆轉(zhuǎn)，開始正轉(zhuǎn)，遇到上行減速接近開關(guān)時，再逆轉(zhuǎn)，由于一樓沒有上行減速開關(guān)，所以碰到的是二樓的上行減速開關(guān)，直到碰到一樓的下行減速接近開關(guān)，開始減速，碰到下行平層接近開關(guān)，電梯?？吭诹艘粯恰?.3.2電梯參數(shù)初始化程序段表 4-2 初始值定義表元件名含義初始值D100電梯當前位置1D101電梯上行最近目標樓層1D102電梯下行最近目標樓層1M101電梯上行標志0M102電梯下行標志0M103電梯空閑標志1M104電梯開門標志0M105電梯關(guān)門標志0M106電梯開門完畢標志

22、0M107電梯關(guān)門完畢標志0復(fù)位程序如下： 只有復(fù)位程序執(zhí)行后才可以執(zhí)行初始化。復(fù)位成功后M9置1，而M0是電梯啟動標志，初始化后在啟動前完成；X024和X025是電梯啟動和停止按鈕，運用主控指令實現(xiàn)對整個程序的控制。5.3.2用戶輸入輸出程序段M72和M73分別是開關(guān)門標志對應(yīng)的輔助繼電器，只有在代表正反轉(zhuǎn)輸出為0，時才允許執(zhí)行開關(guān)門，若開門狀態(tài)M72接通先取消關(guān)門狀態(tài)的M73，Y066（關(guān)門驅(qū)動輸出）開門完畢標志位M106復(fù)位；若M73接通，情況類似。5.3.2電梯空閑狀態(tài)程序段電梯空閑時調(diào)空閑狀態(tài)處理程序，來判斷是否有鍵被按下，并判斷出電梯運行方向，目標樓層清除電梯所在層的呼叫記錄，程序

23、如下。5.3.3電梯上下行主程序段- 31 -上下行主程序功能是：在電梯上行時，沒有進入減速之前，需要不斷的調(diào)設(shè)定電梯上行的最近一個目標樓層的子程序，來改變目標樓層。每經(jīng)過一次上行或下行減速接近開關(guān)，就代表電梯上了一層樓，即D100加1，然后D100和D102(上行最近的目標樓層)或者D101（下行最近的目標樓層）比較，不等就繼續(xù)讓電梯上行或下行，反之相等，就?？?。5.3.4開關(guān)門子程序在電梯開門標志M104置位，M106復(fù)位下就執(zhí)行開門程序，只有當X003（開門限位開關(guān)）接通，M106置位；關(guān)門判斷和開門類似。5.3.4清除標記子程序在子程序開頭，把電梯當前層數(shù)保存在變址寄存器V中并使用跳轉(zhuǎn)

24、指令CJ跳到P80V標注程序段直到執(zhí)行到CJP99或SRET。5.3.5設(shè)定上下行最近目標層子程序把電梯當前位置保存到變址寄存器V中，然后根據(jù)V，使用跳轉(zhuǎn)指令跳到相應(yīng)程序段來設(shè)定上行或下行的最近目標樓層。設(shè)計總結(jié)此次課題設(shè)計，利用可編程控制器PLC控制四層電梯升降，優(yōu)點：具有接線簡單，編程直觀，擴展容易。缺點此次編程中未加入電梯安全保護程序，檢測故障程序和報警程序，以及故障出現(xiàn)后故障處理程序。由于自己初次接觸電梯的設(shè)計，對電梯的硬件組成還是了解的不充分，遠遠未達到現(xiàn)實中實際需要的要求，只是滿足了本次課題的要求。四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計讓我了解了PLC梯形圖，指令表，外部接線圖有了更好的了解，有很多設(shè)計理念來源于實際，從中找到正確的設(shè)計方法。要求團隊完成， 所以遇到問題要求和同學(xué)互相交流互相討論。我們在做課程設(shè)計的過程中要不停的討論問題，這樣， 我們可以盡可能的統(tǒng)一思想，這樣就不會使自己在做的過程中沒有方向，并且這樣也是為了方便左后設(shè)計合在一起，討論不僅是一些思想的問題，還可以