三層電梯控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 目 錄 1.摘要.2 1.緒論.3 1.課程設(shè)計(jì)目的.5 2.課程設(shè)計(jì)題目和要求.5 2.1 設(shè)計(jì)題目 .5 2.2 控制要求 .5 3.可編程控制器的特點(diǎn).5 4.設(shè)計(jì)內(nèi)容.7 4.1 plc 的構(gòu)成 .7 4.2 電梯模型 plc 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).8 4.3 i/o 地址分配 .9 4.4 i/o 接線圖 .10 4.5 電梯的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .11 4.5.1 電梯控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 .12 4.5.2 電梯操作方式 .13 4.5.3 控制系統(tǒng)流程圖 .15 4.6 控制系統(tǒng)梯形圖 .16 參考書目.17 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 201

2、2 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 摘 要 可編程控制器是以微處理器為核心，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制和通信技術(shù) 發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置，經(jīng)過 30 多年的發(fā)展在工業(yè)生產(chǎn)中獲得 的了極其廣泛的應(yīng)用。目前，可編程控制成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中極為重要、應(yīng) 用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化三大支柱(可編程控制器、機(jī)器人、計(jì)算 機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造)的首位。其應(yīng)用的深度和廣度成為衡量一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化 程度高低的標(biāo)志。 可編程控制器的定義 早期的可編程控制器主要是用來替可變橫控制器（programmable controller）縮寫為 pc。為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)的 pc（personal computer）

3、相區(qū) 別。有時(shí)在 pc 中人為的加上 l 而寫成 plc. 自 1969 年第一臺(tái)可編程控制器面試以來，經(jīng)歷了 30 多年的發(fā)展可編程控制 器已成為一種最重要，最普及、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制器，可以說只有可編 程控制器才是真正的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)初期可編程控制器只是用于邏輯控制器用 于代替繼電器控制盤，但現(xiàn)在可編程控制器已進(jìn)入過程控制、位置控制等場(chǎng)合 的所有控制領(lǐng)域現(xiàn)在可編程控制器繼續(xù)保留了原來邏輯控制器的所有優(yōu)點(diǎn)，同 時(shí)它吸收和發(fā)展了其他控制器（過程儀表、計(jì)算機(jī)、集散系統(tǒng)、分散系統(tǒng)等） 的優(yōu)點(diǎn)。在許多場(chǎng)合只需可編程控制器即可構(gòu)成包括邏輯控制、過程控制、數(shù) 據(jù)采集及控制和圖形工作站的經(jīng)濟(jì)合算、體積

4、小巧，設(shè)計(jì)調(diào)試方便的綜合控制 關(guān)鍵詞：plc 、電梯控制 、程序設(shè)計(jì) 、梯形圖 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 緒 論 0.1 選題背景 隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經(jīng)濟(jì)和生 活中有著廣泛的應(yīng)用。電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人們的 日常生活密不可分，廣泛的應(yīng)用于高層住宅，大型公共建筑，工廠倉庫等場(chǎng) 所，節(jié)省了人力和時(shí)間，提高了工作效率。 電梯作為現(xiàn)代化的產(chǎn)物，早在上個(gè)世紀(jì)就進(jìn)入了我們的生活之中。大 規(guī)模的經(jīng)濟(jì)建設(shè)尤其是蓬勃發(fā)展的房地產(chǎn)業(yè)給國內(nèi)電梯行業(yè)開拓了更為廣 闊的市場(chǎng)。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)高速發(fā)展，我國電梯需求量越來越大。由 此，一

5、個(gè)更為龐大的電梯市場(chǎng)已經(jīng)在國內(nèi)轟然形成。我國以前主要都是依 靠國外的進(jìn)口技術(shù)，本國的電梯廠商主要都是依靠為進(jìn)口電梯作銷售代理 或者售后維修進(jìn)行經(jīng)營。但是隨著技術(shù)的革新和與國外的交流，當(dāng)今經(jīng)濟(jì) 建設(shè)需求的各類電梯，幾乎全部都可以在中國生產(chǎn)。電梯生產(chǎn)作為一門國 家的新興產(chǎn)業(yè)，它這種能有減少人口膨脹對(duì)環(huán)境所造成的巨大壓力的特性， 注定了其在中國具有一片光明的前景。 國內(nèi)電梯的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量和制造成本有很強(qiáng)的國際競(jìng)爭(zhēng)力。關(guān) 稅的降低使國外電梯產(chǎn)品的進(jìn)口量有可能增長，但同時(shí)也給國產(chǎn)電梯以及 零部件的出口提供了機(jī)會(huì)；我國電梯市場(chǎng)是很大的市場(chǎng)，也是很挑剔的市 場(chǎng)。隨著我國城市化、城鎮(zhèn)化和村鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的

6、加快，尤其是西部大開 發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，住宅建設(shè)勢(shì)頭不減，住宅電梯的需求量繼續(xù)看好；電梯是 一種售后服務(wù)工作量特別大的機(jī)電產(chǎn)品，其使用可靠性不但取決于產(chǎn)品的 制造與安裝，而且更大程度上取決于完善的維修與保養(yǎng)。為了更好地適應(yīng) 市場(chǎng)要求，電梯企業(yè)目前應(yīng)該注意進(jìn)一步遵守市場(chǎng)行為規(guī)范，努力培育自 主開發(fā)能力，組建完善的維修保養(yǎng)和售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，不斷提高國產(chǎn)電梯和 民族品牌的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 0.2 方案的比較和論證 影響電梯質(zhì)量好壞的關(guān)鍵是它的控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的電梯自動(dòng)控制一是 由繼電器接觸器進(jìn)行控制，其缺點(diǎn)是觸點(diǎn)多，接線復(fù)雜，故障率高， 可靠性差，維護(hù)工作

7、量大，二是有微機(jī)控制，其缺點(diǎn)是系統(tǒng)抗干擾能力弱， 而采用 plc 組成的控制系統(tǒng)很好的解決了上述問題，它工作可靠性高，靈 活性好，通用性高，編程簡(jiǎn)單，使用方便，而且它的抗干擾能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于 傳統(tǒng)電梯的，它使電梯的運(yùn)行更加安全，方便。已成為目前電梯系統(tǒng)中使 用最多的控制方式。 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 1 課程設(shè)計(jì)題目和要求 （1）通過對(duì)工程實(shí)例的模擬，熟練的掌握 plc 的編程和程序調(diào)試方法。 （2）進(jìn)一步熟悉 plc 的 i/o 連接。 （3）熟悉三層樓電梯采用轎廂內(nèi)外按鈕的編程方法。 2.課程設(shè)計(jì)題目和要求 2.1 設(shè)計(jì)題目 三層電梯控制系統(tǒng) 2.2 控制要求

8、電梯由安裝在各樓層廳門口的上升和下降呼叫按鈕進(jìn)行呼叫操作，其操縱內(nèi) 容為電梯運(yùn)行方向。電梯轎廂內(nèi)設(shè)有樓層內(nèi)選按鈕 s1s3，用以選擇需停靠 的樓層。l1 為一層指示，l2 為二層指示，l3 為三層指示，sq1sq3 為到位 行程開關(guān)。電梯上升途中只響應(yīng)上升呼叫，下降途中只響應(yīng)下降呼叫，任何 反方向的呼叫均無效。 具有數(shù)據(jù)處理、調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。 3. 可編程控制器的特點(diǎn) 3.1 可編程控制器的特點(diǎn) 1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 現(xiàn)代 plc 采用了集成度很高的微電子器件，大量的開關(guān)動(dòng)作 由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，其可靠程度是使用機(jī)械觸點(diǎn)的繼 電器所無法比較的。為了保證 plc 能在惡劣的工業(yè)

9、環(huán)境下可靠工 作，在其設(shè)計(jì)好制造過程中采取了一系列硬件和軟件主面的抗干 擾措施。 硬件主面采取的主要措施有： 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 1、隔離-plc 的輸入、輸出接口電路一般都采用光電耦合器來 傳遞信號(hào)，這種光電隔措施使外部電路與 plc 內(nèi)部之間完全避免 了電的聯(lián)系，有效 的抑制了外部的干擾源對(duì) plc 的影響，還可 防止外部強(qiáng)電竄入內(nèi)部 cpu。 2、濾波-在 plc 電路電源和輸入、輸出（i/o）電路中設(shè)置 多種濾波電 路，可有效抑制高頻干擾信號(hào)。 3、在 plc 內(nèi)部對(duì) cpu 供電電源采取屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措 施，防止干擾信號(hào)通過供電電源進(jìn)入 plc

10、 內(nèi)部，另外各個(gè)輸入、 輸出（i/o）接口電路的電源彼此獨(dú)立，以避免電源之間的互相干 擾。 4、內(nèi)部設(shè)置連鎖、環(huán)境檢測(cè)和診斷等電路，一旦發(fā)生故障， 立即報(bào)警。 5、 外部采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，一適應(yīng)惡 劣的工作環(huán)境。 在軟件方面采取的主要措施有：在軟件方面采取的主要措施有： 1、設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序，每次掃描都對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)、用戶 程序、工作環(huán)境和故障進(jìn)行檢測(cè)和診斷，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，立即自動(dòng) 做出相應(yīng)的處理，以適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。 2、對(duì)用戶程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備，以保障停電后有相 關(guān)狀態(tài)及信息人不會(huì)因此而丟失。 采用以上抗干擾措施后，一般 plc 的抗干擾強(qiáng)度可達(dá)峰值 1000v

11、，脈寬 10us，其平均無故障時(shí)間可高達(dá) 3050 萬小時(shí)以 上。 2、編程簡(jiǎn)單易學(xué) plc 采用與繼電器控制線路圖非常接近的梯形圖作為編程語 言，它既有繼電器電路清晰直觀的特點(diǎn)，又充分考慮到電氣工人 和技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣，對(duì)于使用者來說，幾乎不需要專門的計(jì) 算機(jī)知識(shí)，因此，易學(xué)易懂，程序改變也容易修改。 3、功能完善，適應(yīng)性強(qiáng) 目前 plc 產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化和模塊化，不僅具有邏輯 運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有 a/d、d/a 轉(zhuǎn)換、 算術(shù)運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)過程監(jiān)控等功能。它能根 據(jù)實(shí)際需要，方便靈活的組裝成大小各異，功能不一的控制系統(tǒng)： 即可控制一臺(tái)單機(jī)、一條生

12、產(chǎn)線、也可以控制一個(gè)機(jī)群，多條生 產(chǎn)線，既可以現(xiàn)場(chǎng)控制，也可以遠(yuǎn)程控制。 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如交流和直流、開關(guān)量或模擬量、 電流或電壓、脈沖或電位、強(qiáng)電或弱電等，plc 都有相應(yīng)的 i/o 接口模 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制器件和設(shè)備直接連接，用戶可以根據(jù)需要 方便進(jìn)行配置，組裝使用，緊湊的控制系統(tǒng)。 4、使用簡(jiǎn)單，調(diào)試維修方便 plc 的接線極其方便，只需將產(chǎn)生的輸入信號(hào)設(shè)備（按鈕、開關(guān) 等）與 plc 的輸入端子連接，將接受輸出信號(hào)的被控設(shè)備（如接 觸器、電磁閥等）與的輸出端子連接，僅用螺絲刀即可完成全部 接線工作。 plc 的用戶程序可

13、在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用開關(guān)來模 擬。輸出信號(hào)可以觀察 plc 的發(fā)光二極管。調(diào)試后再將 plc 在現(xiàn) 場(chǎng)安裝調(diào)試，調(diào)試工作量要比繼電器控制系統(tǒng)少的多。plc 的故障 率很低，并且有完善的自診斷功能和運(yùn)行故障指示裝置。一旦發(fā)生 故障，可以通過 plc 機(jī)上各種發(fā)光二極管的亮滅狀態(tài)迅速查明原 因，排除故障。 5、體積小、重量輕、功耗低 4.設(shè)計(jì)內(nèi)容 4.1 plc 的構(gòu)成 根據(jù)物理結(jié)構(gòu)形式不同，plc 分為整體式和組合式（模塊式）兩種。整體式 plc 是將 cpu 板、i/o 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等組裝在一個(gè)箱體內(nèi)構(gòu)成主機(jī)。 組合式 plc 是將 cpu 模塊、i/o 模塊、內(nèi)存、電源

14、模塊分別作成相應(yīng)的電路板 或模板，各模板可以插在帶有總線的底版上。plc 是采用“順序掃描，不斷循 環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。 4.2 電梯模型 plc 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 由于電梯的運(yùn)行是根據(jù)樓層和轎廂的呼叫信號(hào)、行程信號(hào)進(jìn)行控制，而樓層和 轎廂的呼叫是隨機(jī)的，因此，系統(tǒng)控制采用隨機(jī)邏輯控制。即在以順序邏輯控 制實(shí)現(xiàn)電梯的基本控制要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)隨機(jī)的輸入信號(hào)，以及電梯的相應(yīng) 狀態(tài)適時(shí)的控制電梯的運(yùn)行。另外，轎廂的位置是由脈沖編碼器的脈沖數(shù)確定， 并送 plc 的計(jì)數(shù)器來進(jìn)行控制。同時(shí)，每層樓設(shè)置一個(gè)接近開關(guān)用于檢測(cè)系統(tǒng) 的樓層信號(hào)。為便于觀察，對(duì)電梯的運(yùn)行方向以及電梯所在的樓層進(jìn)行顯示， 采用 l

15、ed 和發(fā)光管顯示，而對(duì)樓層和轎廂的呼叫信號(hào)以指示燈顯示(開關(guān)上帶有 指示燈)。為了提高電梯的運(yùn)行效率和平層的精度，系統(tǒng)要求 plc 能對(duì)轎廂的加、 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 減速以及制動(dòng)進(jìn)行有效的控制。根據(jù)轎廂的實(shí)際位置以及交流調(diào)速系統(tǒng)的控制 算法來實(shí)現(xiàn)。為了電梯的運(yùn)行安全，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置可靠的故障保護(hù)和相應(yīng)的顯示。 根據(jù)電梯所處的位置和運(yùn)行方向，在編程中，采用了四個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，即上行 優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、上行次優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、下行優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、下行次優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。其中， 上行優(yōu)先級(jí)隊(duì)列為電梯向上運(yùn)行時(shí)，在電梯所處位置以上樓層所發(fā)出的向上運(yùn) 行的呼叫信號(hào)，該呼叫信號(hào)所對(duì)應(yīng)的樓層所具

16、有的脈沖數(shù)存放的寄存器所構(gòu)成 的陣列。上行次優(yōu)先級(jí)隊(duì)列為電梯向上運(yùn)行時(shí)，在電梯所處位置以下樓層所發(fā) 出的向上運(yùn)行的呼叫信號(hào)，該呼叫信號(hào)所對(duì)應(yīng)的樓層所具有的脈沖數(shù)存放的寄 存器所構(gòu)成的隊(duì)列。控制系統(tǒng)在電梯運(yùn)行中實(shí)時(shí)排列的四個(gè)優(yōu)先級(jí)陳列，為實(shí) 現(xiàn)隨機(jī)邏輯控制提供了基礎(chǔ)。 當(dāng)電梯以某一運(yùn)行方向接近某樓層的減速位置時(shí)，判別該樓層是否有同向的呼 叫信號(hào)(上行呼叫標(biāo)志寄存器、下行呼叫標(biāo)志寄存器、有呼叫請(qǐng)求時(shí)，相應(yīng)寄存 器為 l，否則為 0)，如有，將相應(yīng)的寄存器的脈沖數(shù)與比較寄存器進(jìn)行比較， 如相同，則在該樓層減速停車：如果不相同，則將該寄存器數(shù)據(jù)送入比較寄存 器，并將原比較寄存器數(shù)據(jù)保存，執(zhí)行該樓層的減

17、速停車。該動(dòng)作完畢后，將 被保存的數(shù)據(jù)重新送入比較寄存器，以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)邏輯控制。系統(tǒng)還利用行程判 斷樓層，并轉(zhuǎn)化成 bcd 碼輸出，通過硬件接口電路以 led 顯示。 4.3 i/o 地址分配 i/o 分配表如表 3-3 所示 輸入輸出 輸入繼 電器 電路元 件 作用輸出繼電器電路元件作用 x000sb1 開門按鈕 y01km1 開門繼電器 x001sb2 關(guān)門按鈕 y02km2 關(guān)門繼電器 x002sq1 開門行程開關(guān) y03km3 上行繼電器 x003sq2 關(guān)門行程開關(guān) y04km4 下行繼電器 x004sq3 向上運(yùn)行轉(zhuǎn)換開 關(guān) y05km5 快速繼電器 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012

18、屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 x005sq4 向下運(yùn)行轉(zhuǎn)換開 關(guān) y06km6 加速繼電器 x006sl1 紅外傳感器（左）y06 km7 慢行繼電器 x007sl2 紅外傳感器（右）y07 hl1 上行方向燈 x010k 門鎖輸入信號(hào) y08hl2 下行方向燈 x011sq5 一層接近開關(guān) y09hl3 一層指示燈 x012sq6 二層接近開關(guān) y10hl4 二層指示燈 x013sq7 三層接近開關(guān) y11hl5 三層指示燈 x014sb3 一層箱指令按鈕 y12hl6 一層箱指令 指示燈 x015sb4 二層箱指令按鈕 y13hl7 二層箱指令 指示燈 x016sb5 三層箱指令按鈕 y14hl

19、8 三層箱指令 指示燈 x017sb6 一樓向上呼叫按 鈕 y15hl9 一層向上呼 叫燈 x020sb7 二樓向上呼叫按 鈕 y16hl10 二層向上呼 叫燈 x021sb8 二樓向下呼叫按 鈕 y17hl11 二層向下呼 叫燈 x022sb9 三樓向下呼叫按 鈕 y18hl12 三層向下呼 叫燈 x023sq8 一樓下接近開關(guān) x024sq9 二樓上接近開關(guān) x025sq10 三樓上接近開關(guān) x026sq11 二樓下接近開關(guān) 表 3-3 i/o 分配表 4.4 i/o 接線圖 電梯控制系統(tǒng) i/o 接線圖如圖 3-4 所示 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 3-

20、4 電梯的 plc 控制的輸入/輸出接線圖 4.5 電梯的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.5.1 電梯控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 (1)一臺(tái)電機(jī)控制上升和下降 (2)各層設(shè)上/下呼叫開關(guān)(最頂層與起始層只設(shè)一只) (3)電梯到位后具有手動(dòng)或自動(dòng)開門關(guān)門功能 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 (4)電梯內(nèi)設(shè)有層樓指令鍵，開關(guān)門按鍵，警鈴風(fēng)扇及照明按鍵 (5)電梯內(nèi)外設(shè)有方向指示燈及電梯當(dāng)前層號(hào)指示燈 (6)待客自動(dòng)開門，當(dāng)電梯在某層停梯待客時(shí)，按下層外召喚按鈕，應(yīng)能自動(dòng)開 門迎客 (7)自動(dòng)關(guān)門與提早關(guān)門.在一般情況下，電梯停站 4-6 秒應(yīng)能自動(dòng)關(guān)門;在延時(shí) 時(shí)間內(nèi)，若按下關(guān)門按鈕，門將不經(jīng)延時(shí)提前實(shí)現(xiàn)關(guān)門動(dòng)作. (8)按鈕開門。在開關(guān)過程中或門關(guān)閉后，電梯啟動(dòng)前，按下操縱盤上開關(guān)按鈕， 門將打開。 (9)內(nèi)指令記憶。當(dāng)轎廂內(nèi)操縱盤上有多個(gè)選層指令時(shí)，電梯應(yīng)能按順序自動(dòng)停 靠車門，并能至調(diào)定時(shí)間，自動(dòng)確定運(yùn)行方向。 (10)自動(dòng)定向。當(dāng)轎廂內(nèi)操縱盤上，選層指令相對(duì)與電梯位置具有不同方向時(shí)， 電梯應(yīng)能按先入為主的原則，自動(dòng)確定運(yùn)行方向。 (11)呼梯記憶與順向截停。電梯在運(yùn)行中應(yīng)能記憶層外的呼梯信號(hào)，對(duì)符合運(yùn) 行方向的召喚，應(yīng)能自動(dòng)逐一?？繎?yīng)答。 (12)自動(dòng)換向。當(dāng)電梯完成全部順向指令后，應(yīng)能自動(dòng)換向，應(yīng)答相反方向的 信號(hào)。 (13)自動(dòng)關(guān)門待客。當(dāng)完成全部轎廂內(nèi)指