基于三菱plc控制的五層電梯設(shè)計(jì)

畢業(yè)綜合訓(xùn)練課題名稱基于三菱PLC控制的五層電梯設(shè)計(jì)學(xué)院信息工程學(xué)院專業(yè)機(jī)電一體化班級(jí)11機(jī)電2班姓名林希君學(xué)號(hào)111105020132指導(dǎo)老師王蓓江西科技學(xué)院0畢業(yè)綜合訓(xùn)練任務(wù)書學(xué)院信息工程學(xué)院專業(yè)機(jī)電一體化年級(jí)2011級(jí)班級(jí)11機(jī)電2班姓名林希君起止日期201392820131225題目基于PLC控制的五層電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)1畢業(yè)綜合訓(xùn)練任務(wù)及要求（根據(jù)題目性質(zhì)對(duì)學(xué)生提出具體要求）分析電梯的使用環(huán)境及客戶要求，確定控制系統(tǒng)的硬件配置。根據(jù)電梯的軟件控制系統(tǒng)，我們對(duì)可編程控制器控制電梯的核心控制部件可編程控制器的軟件資源進(jìn)行資源分配。利用電氣控制實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有電梯模型、PLC試驗(yàn)臺(tái)編制梯形圖并且動(dòng)手調(diào)試，包括接線，使系統(tǒng)能正常運(yùn)行。系統(tǒng)應(yīng)能完成下列幾項(xiàng)控制功能（1）自動(dòng)響應(yīng)樓層召喚信號(hào)（含上召喚、下召喚）（2）自動(dòng)響應(yīng)轎廂指令服務(wù)信號(hào)。（3）自動(dòng)完成轎廂樓層位置顯示。（4）自動(dòng)顯示電梯運(yùn)行方向2畢業(yè)綜合訓(xùn)練的原始資料及依據(jù)（包括做調(diào)研的背景，研究條件、應(yīng)用環(huán)境等）高層建筑已經(jīng)成為現(xiàn)代城市標(biāo)志的今天，電梯作為垂直運(yùn)輸工具，承擔(dān)著大量的輸送任務(wù)，其作用在建筑業(yè)里至關(guān)重要，電梯也成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚墓ぞ?。將可編程序控制器PLC應(yīng)用于五層電梯進(jìn)行邏輯控制，通過(guò)合理的選擇和設(shè)計(jì)，不但提高了電梯可靠性、可維護(hù)性以及靈活性，同時(shí)延長(zhǎng)了使用壽命，縮短了電梯的開發(fā)周期，并提高了電梯的控制水平，改善了電梯運(yùn)行的舒適感，使電梯達(dá)到了較為理想的控制效果。3主要參考資料、文獻(xiàn)（1）PLC原理與應(yīng)用，俞國(guó)亮，清華大學(xué)出版社，2005（2）變頻器應(yīng)用與實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)，王兆義，高等教育出版社，2005（3）PLC、變頻器在電梯中的應(yīng)用，王少華，電氣技術(shù)，2007（4）電梯控制技術(shù)，劉載文、李毫升、鐘亞林，電子工業(yè)出版社，1996（5）三凌GXDEVELOPERVER8操作手冊(cè)，三凌機(jī)電，2005（6）OMRON3G3JV用戶手冊(cè)，歐姆龍（中國(guó)）有限公司，2002（7）電氣控制與PLC，曹金福，化學(xué)工業(yè)出版社，2010指導(dǎo)教師王蓓2013年11月日1指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)建議成績(jī)優(yōu)良中及格不及格指導(dǎo)教師簽字年月日最終評(píng)定成績(jī)優(yōu)良中及格不及格院長(zhǎng)簽章年月日2目錄一、緒論4（一）引言4（二）可編程控制器的特點(diǎn)4（三）PLC的應(yīng)用領(lǐng)域4（四）硬件設(shè)計(jì)5（五）軟件設(shè)計(jì)5二、電梯控制的原理與實(shí)現(xiàn)5（一）電梯控制系統(tǒng)構(gòu)成5（二）變頻調(diào)速回路5（三）輸入輸出回路5三、電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)7（一）控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)7（二）輸入輸出點(diǎn)分配7（三）控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)8（四）電梯初始化8（五）指層控制8（六）開關(guān)門控制91、開門控制92、關(guān)門控制11（七）轎內(nèi)指令控制12（八）廳外呼叫控制12（九）電梯的選層上、下行控制14（十）電梯的運(yùn)行控制15（十一）抱閘、泊梯、超重控制16四、系統(tǒng)整體調(diào)試18（一）硬件安裝18（二）軟件調(diào)試18五、總結(jié)18參考文獻(xiàn)203一、緒論（一）引言可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，將自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體而發(fā)展起來(lái)的嶄新的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。PLC以基本代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制而廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，它已躍居工業(yè)自動(dòng)化三大支柱的首位。PLC控制系統(tǒng)的硬件是由微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（ROM和RAM）、輸入/輸出（I/O）單元、電源單元及外圍設(shè)備等組成硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)的規(guī)模可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要而定，可大可小。圖1PLC硬件結(jié)構(gòu)（二）可編程控制器的特點(diǎn)20世紀(jì)60年代末，為了克服傳統(tǒng)繼電器的種種應(yīng)用上的缺點(diǎn)，人們研制出了一種先進(jìn)的自動(dòng)控制設(shè)備PLC，由于PLC具有優(yōu)良的技術(shù)性能，因此它一問(wèn)世就很快得到了推廣應(yīng)用。現(xiàn)在PLC作為用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的專用計(jì)算機(jī)，與商家、家用的微機(jī)不同，由于控制對(duì)象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和工作運(yùn)行的連續(xù)性，使其在設(shè)計(jì)上有許多特點(diǎn)。1、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；2、接口模塊功能強(qiáng)、品種多；3、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)；4、編程方法簡(jiǎn)單、直觀；5、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)/安裝、調(diào)試工作量少；6、維修工作量小、維護(hù)方便；7、體積小、耗能低、重量輕。（三）PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類41、開關(guān)量邏輯控制2、運(yùn)動(dòng)控制3、閉環(huán)過(guò)程控制4、數(shù)據(jù)處理5、通信聯(lián)網(wǎng)（四）硬件設(shè)計(jì)1、硬件設(shè)計(jì)主要包括2、確定安排PLC的輸入、輸出點(diǎn)；3、設(shè)計(jì)外圍電路，包括主電路；4、選購(gòu)PLC并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝接線等內(nèi)容。（五）軟件設(shè)計(jì)1、大多數(shù)用梯形圖和指令程序，主要包括2、設(shè)計(jì)控制流程，根據(jù)工藝要求先畫出工作循環(huán)，如有必要再畫詳細(xì)的狀態(tài)流程圖；3、根據(jù)工作循環(huán)圖，畫出虛擬的電路圖繼電器梯形圖；4、按梯形圖編寫指令程序表；5、系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，必要時(shí)還可對(duì)硬件進(jìn)行修改，直到符合要求為止。二、電梯控制的原理與實(shí)現(xiàn)（一）電梯控制系統(tǒng)構(gòu)成電梯控制系統(tǒng)主要由變頻調(diào)速主回路、輸入輸出單元以及PLC單元構(gòu)成，由如圖2所示，PLC用來(lái)完成對(duì)電梯曳引電機(jī)及開關(guān)門機(jī)的起動(dòng)，加減速，停止，運(yùn)行方向，樓層顯示，層站召喚，轎箱內(nèi)操作，安全保護(hù)等指令信號(hào)進(jìn)行管理和控制功能。（二）變頻調(diào)速回路變頻調(diào)速主回路由三相交流輸入、變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)、曳引機(jī)和制動(dòng)單元構(gòu)成三相電源R、S、T經(jīng)接線端子進(jìn)入變頻器為其主回路和控制回路供電，輸出端為兩相電接電動(dòng)機(jī)的快速繞組，外接制動(dòng)單元減少了制動(dòng)時(shí)間，加快制動(dòng)過(guò)程。旋轉(zhuǎn)編碼器用來(lái)檢測(cè)電梯的運(yùn)行速度和運(yùn)行方向，變頻器將實(shí)際速度與變頻器內(nèi)部的給定速度相比較，從而調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率及電壓，使電梯的實(shí)際速度跟隨變頻器內(nèi)部的給定速度，達(dá)到調(diào)節(jié)電梯速度的目的。變頻器輸入信號(hào)為上、下行方向指令，低速、高速、檢修速度編碼指令。（三）輸入輸出回路輸入輸出單元為PLC的I/O接口部分，主要由廳外呼叫、轎箱內(nèi)選層、樓層及方向指示、開關(guān)門、井道內(nèi)的上下平層、上下強(qiáng)迫換速開關(guān)、門鎖、安全保護(hù)繼電器、檢5修、消防、泊梯、稱重等單元構(gòu)成。1、輸入單元為廳外呼叫單元，用來(lái)對(duì)各層站的廳外召喚信號(hào)進(jìn)行登記、記憶和消除；轎箱內(nèi)選層單元，負(fù)責(zé)對(duì)預(yù)選樓層指令的登記、消除和指示；開關(guān)門按鈕，輸入PLC控制轎門的開閉（廳門也同時(shí)動(dòng)作）；上下平層裝置，用來(lái)保證電梯轎箱在各層?？繒r(shí)準(zhǔn)確平層；上下限強(qiáng)迫換速開關(guān)，用于保護(hù)電梯的高速運(yùn)行安全，避免電梯出現(xiàn)沖頂或蹲底事故，當(dāng)電梯到達(dá)上下端站時(shí)，裝在轎廂邊的上下限強(qiáng)迫換速開關(guān)打板，信號(hào)輸入PLC，PLC發(fā)出換速信號(hào)強(qiáng)迫電梯減速運(yùn)行到平層位置；門鎖裝置（或轎門和廳門聯(lián)鎖保護(hù)裝置），轎門閉合和各廳門閉合上鎖是電梯正常起動(dòng)運(yùn)行的前提；安全回路，通常包括轎內(nèi)急停開關(guān)、轎頂內(nèi)急停開關(guān)、安全鉗開關(guān)、限速器斷繩開關(guān)、限速器超速開關(guān)、底坑急停開關(guān)、相序保護(hù)繼電器、上下限極限開關(guān)等；檢修、消防和泊梯，檢修、消防和泊梯為電梯的三種運(yùn)行方式，檢修運(yùn)行為電梯檢修時(shí)的慢速運(yùn)行方式，消防運(yùn)行有消防返回基站和消防員專用兩種運(yùn)行狀態(tài)，泊梯狀態(tài)，消除內(nèi)選和外呼信號(hào)，自動(dòng)返回泊梯層、關(guān)門并斷電；稱重單元，用來(lái)檢測(cè)轎廂負(fù)荷，判斷電梯處于欠載、滿載或超載狀態(tài)，然后輸出數(shù)字信號(hào)給PLC，根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行起動(dòng)力矩補(bǔ)償，使電梯運(yùn)行平穩(wěn)。2、輸出單元為樓層及方向指示單元，包括電梯上下行方向指示燈、層樓指示燈以及報(bào)站鐘等，目前的方向及層樓指示燈主要有七段碼顯示方式和點(diǎn)陣顯示方式，本系統(tǒng)為七段碼顯示方式；開關(guān)門單元，用于控制電梯的廳門和轎門的打開和關(guān)閉，在自動(dòng)定向完成或電梯平穩(wěn)停靠后，PLC給出相關(guān)指令，完成開關(guān)門動(dòng)作。6圖2電梯控制系統(tǒng)原理圖7三、電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)有32個(gè)輸入信號(hào)，32個(gè)輸出信號(hào)及現(xiàn)有設(shè)備，所以選用FX264MR的PLC，由于現(xiàn)有材料所以選OMRON的3G2JV變頻器和兩相交流電機(jī)。來(lái)完成實(shí)驗(yàn)。PLC控制器、變頻器和電動(dòng)機(jī)的接線及原理圖如附錄一所示。（二）輸入輸出點(diǎn)分配輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱代號(hào)編號(hào)名稱代號(hào)編號(hào)安全回路K6X000電梯上行UPY000零速輸入K0X001電梯下行DOWNY001脈沖輸入K1X002電梯快行FASTY002轎內(nèi)電鎖K2X003電梯慢行SLOWY003紅外傳感器K3X004檢修速度JXY004關(guān)門力限開關(guān)K4X005AY005超重K5X006BY006上限強(qiáng)制減速SQ0X007CY007一樓指令SB1X010DY010二樓指令SB2X011EY011三樓指令SB3X012FY012四樓指令SB4X013七段碼GY013五樓指令SB5X014關(guān)門催促鈴聲KE1Y014基站到位開關(guān)SQ4X015廳門關(guān)KM2Y015一樓上呼SB6X016廳門開KM3Y016一樓下呼SB7X017廳內(nèi)指示燈E1Y017二樓上呼SB8X020廳內(nèi)指示燈E2Y020二樓下呼SB9X021廳內(nèi)指示燈E3Y021三樓上呼SB10X022廳內(nèi)指示燈E4Y022三樓下呼SB11X023廳內(nèi)指示燈E5Y023四樓上呼SB12X024上呼燈E6Y024四樓下呼SB13X025上呼燈E7Y025五樓上呼SB14X026上呼燈E8Y026五樓下呼SB15X027上呼燈E9Y027廳門開SB16X030下呼燈E10Y030廳門關(guān)SB17X031下呼燈E11Y031廳門開到位SQ1X032下呼燈E12Y032廳門關(guān)到位SQ2X033下呼燈E13Y033檢修開關(guān)SB18X034超重鈴聲KM4Y034檢修上SB19X035抱閘信號(hào)KM5Y035檢修下SB20X036上行指示燈E14Y036下限強(qiáng)制減速SQ3X037下行指示燈E15Y037表1I/O分配表8（三）控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)根據(jù)電梯的工作原理與功能要求以及輸入/輸出點(diǎn)的地址分配表，來(lái)繪制電梯的程序流程圖。和設(shè)計(jì)電梯的程序梯形圖。電梯程序流程圖為圖3。梯形圖分成初始化、指層控制、開關(guān)門控制、轎內(nèi)呼叫與標(biāo)記控制、廳外呼叫與標(biāo)記控制、電梯上下行選擇與指示控制、電梯的運(yùn)行控制來(lái)編寫與調(diào)試。最后在組合調(diào)試。圖3電梯程序流程圖（四）電梯初始化電梯復(fù)位、裝入數(shù)據(jù)、安全回路等（如圖4）。（五）指層控制指層控制梯形圖如圖5所示。本程序以1樓為基站，脈沖數(shù)為0。D200、D202、D204、D206、D208分別存放1/F5/F的脈沖數(shù)0、600、1200、1800、2400（實(shí)驗(yàn)用實(shí)際具體而定）。C242為內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器，D250存放減速脈沖數(shù)50，M1M5為樓層繼電器。當(dāng)轎箱位于某一層時(shí)，應(yīng)產(chǎn)生位于該層的樓層信號(hào)，以控制樓層顯示器顯示樓層處的位置，離開該層時(shí)，該信號(hào)應(yīng)被新的樓層信號(hào)9（上一層或下一層）取代。圖4（六）開關(guān)門控制1、開門控制手動(dòng)開門時(shí)，當(dāng)電梯運(yùn)行到位后，按下SB16，X030閉合，M50置位，Y016得電，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，開門。開門到位，開門到位行程開關(guān)SQ1動(dòng)作，X032閉合，M50復(fù)位，Y016失電，開門過(guò)程結(jié)束。當(dāng)在關(guān)門過(guò)程中，按下SB16，停止關(guān)門，并開門。自動(dòng)開門時(shí)，當(dāng)電梯運(yùn)行到位后，電梯停止，T0開始定時(shí)，延時(shí)2S后，T0觸電閉合，M50置位，開門。如圖6所示。10圖5112、關(guān)門控制手動(dòng)關(guān)門時(shí)，當(dāng)按下SB17，X031閉合，M51置位，Y015得電，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，關(guān)門。關(guān)門到位，關(guān)門到位行程開關(guān)SQ2動(dòng)作，X033閉合，M51復(fù)位，Y015失電，關(guān)門過(guò)程結(jié)束。在開門過(guò)程中，按下SB17，停止開門，并關(guān)門。自動(dòng)關(guān)門時(shí)，定時(shí)器T1控制。當(dāng)電梯開門到位后，X031閉合，T1定時(shí)5S后，M51置位，關(guān)門。但在關(guān)門時(shí)，有客人經(jīng)過(guò)紅外線遮蔽，停止關(guān)門，遮蔽結(jié)束，繼續(xù)關(guān)門。當(dāng)關(guān)門過(guò)程受到壓力，關(guān)門力限K4閉合，M50置位，開門。如圖6所示。圖612（七）轎內(nèi)指令控制當(dāng)轎內(nèi)按下SB1、SB2、SB3、SB4、SB5后，按鍵標(biāo)記，對(duì)應(yīng)指示燈E8E12亮。到電梯到達(dá)指定層后，動(dòng)作取消，指示燈滅。在檢修時(shí)，按鍵不標(biāo)記。安全回路在整個(gè)工作過(guò)程中為常開（X000），只有出現(xiàn)不安全情況時(shí)才導(dǎo)通，則電梯停止工作。如圖7所示。圖7（八）廳外呼叫控制當(dāng)按下對(duì)應(yīng)的呼叫鍵SB6SB17時(shí)，按鍵標(biāo)記，對(duì)應(yīng)指示燈E13E20亮。到電梯到13達(dá)標(biāo)記層時(shí)，動(dòng)作取消，指示等滅。在檢修時(shí)，按鍵不標(biāo)記。如圖8所示。14圖8（九）電梯的選層上、下行控制當(dāng)電梯得到轎內(nèi)指令或廳外呼叫指令時(shí)，分析對(duì)應(yīng)層與電梯所在位置，判斷是上行（M100置位）還是下行（M101置位）。M100置位時(shí)，Y000接通，電梯上行；M101置位時(shí)，Y001接通，電梯下行。如圖9所示。15圖9（十）電梯的運(yùn)行控制電梯的運(yùn)行由變頻器控制，一次完整的運(yùn)行過(guò)程，就是曳引電動(dòng)機(jī)從起動(dòng)、勻速運(yùn)行到減速停車的過(guò)程。為使乘客擁有良好的舒適感，電梯采用S型速度曲線，轉(zhuǎn)換成頻率曲線如圖10所示。圖10電梯的運(yùn)行路線當(dāng)PLC發(fā)出正轉(zhuǎn)M100置位（或反轉(zhuǎn)M101置位）即M120置位，Y002導(dǎo)通，高速運(yùn)行，變頻器從0HZ到50HZ開始啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間為3S，然后維持50HZ運(yùn)行。當(dāng)換速信號(hào)到時(shí)，PLC撤消高速信號(hào)Y002斷開，同時(shí)輸出爬行信號(hào)Y003導(dǎo)通，爬行頻率為6HZ。從50HZ下降到6HZ在3S內(nèi)完成。當(dāng)?shù)竭_(dá)6HZ速度時(shí)，就以此速度爬行。當(dāng)平層信號(hào)（M301M341）到時(shí)，撤消正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）及爬行信號(hào)，變頻器從6HZ減速到0。在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，變頻器的零速輸入點(diǎn)X001及異常輸出點(diǎn)X003都是斷開的，運(yùn)行速度減為0時(shí)，；零速輸入點(diǎn)閉合，通過(guò)PLC發(fā)出電動(dòng)機(jī)抱閘和自動(dòng)開門信號(hào)。當(dāng)變頻器出現(xiàn)異常時(shí)，X003導(dǎo)通，電梯無(wú)法運(yùn)行。按下檢修鍵SB19后，只能以檢修速度運(yùn)行。按下檢修上行SB22時(shí)，Y002、YOO3閉合，以檢修速度（10HZ）上行，松開按鍵，立即停止。同理，按下檢修下行SB20時(shí)，Y002、Y003閉合，以檢修速度10HZ下行，松開按鍵，立即停止。由于材料限制，本實(shí)驗(yàn)用OMRON，3G3JV小型變頻器，兩相交流電動(dòng)機(jī)。實(shí)際根據(jù)需要所定。變頻器的參數(shù)設(shè)置為表2。N021控制電路的端口區(qū)控制運(yùn)行N050可以反轉(zhuǎn)N0950電機(jī)運(yùn)行的最高頻率（HZN140電機(jī)運(yùn)行的最低頻率（HZN163斜坡上升時(shí)間（S）N173斜坡下降時(shí)間（S）16N202S形加減時(shí)間為05SN2250設(shè)置固有頻率F50HZ（高速運(yùn)行）端口S3N236設(shè)置固有頻率F6HZ（爬行運(yùn)行）端口S4N2410設(shè)置固有頻率F10HZ（檢修運(yùn)行）端口S5N362反轉(zhuǎn)與停止輸入端口為S2N376多段速指令1輸入端口為S3N387多段速指令2輸入端口為S4N398多段速指令3輸入端口為S5N403零速輸出ON零速中S0為正轉(zhuǎn)與停止端口表2變頻器參數(shù)設(shè)置電梯的運(yùn)行控制程序圖如圖11所示。（十一）抱閘、泊梯、超重控制當(dāng)變頻器輸入零速信號(hào)后，X001常開閉合，輸出Y035常開閉合，抱閘閉合。電梯運(yùn)行時(shí)，零速輸入停止，X001斷開，則Y035常開斷開，轎箱運(yùn)行。消防與泊梯，按下SB14，X026導(dǎo)通，電梯返回基站?；镜剑琗015常閉斷開，電梯停止。超重時(shí)，X006常閉閉合，電梯不能啟動(dòng)，并鳴鏑（Y034常開閉合）。程序圖如圖12所示。17圖1118圖12四、系統(tǒng)整體調(diào)試（一）硬件安裝該實(shí)驗(yàn)需要系列實(shí)訓(xùn)裝置、20手持編程器或個(gè)人計(jì)算機(jī)（）、編程線纜、/編程環(huán)境