基于PLC的四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計范文僅供參考

1、摘 要電梯作為現(xiàn)代高層建筑的垂直交通工具，與人們的生活緊密相關(guān)，隨著人們對電梯運行安全性、高效性、舒適性等要求的不斷提高，電梯得到快速發(fā)展。其拖動技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制。電梯采用了PLC控制，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化，可方便的增加或改變控制功能，也可以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。而電動機交流變頻器調(diào)速技術(shù)是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種主要手段。變頻器調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動性能、高效率、高功率因素和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍

2、及其它許多優(yōu)點而獲國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。因此，PLC控制技術(shù)加變頻器調(diào)速技術(shù)已成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。本設(shè)計考慮到載客電梯的實際操作功能，又兼顧載電梯控制中具有遞推功能，所設(shè)計的控制系統(tǒng)針對的是四層電梯。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)，由變頻器實現(xiàn)對電梯的拖動調(diào)速，使PLC與調(diào)速拖動裝置相結(jié)合，構(gòu)成PLC集選控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了電梯的各種控制功能，提高了電梯運行的可靠性，降低了故障率。關(guān)鍵字：目 錄引言31.緒論41.1本課題設(shè)計的背景41.2 本課題設(shè)計的內(nèi)容61.3本課題設(shè)計的目的和意義62.系統(tǒng)控制方案的確定72.1電梯的概述72.2 采用PLC控制電梯的優(yōu)點82.3 系統(tǒng)設(shè)計的基

3、本步驟92.4 系統(tǒng)控制方案102.5 電梯控制系統(tǒng)的原理圖133.系統(tǒng)硬件設(shè)計133.1可編程控制器(PLC)的選型133.1.1 PLC概述133.1.2 PLC的選型143.2 變頻器的選型173.3 電機的選型173.4 PLC外部電路的設(shè)計183.5 硬件接線圖193.6 I/O分配表214系統(tǒng)軟件設(shè)計224.1 PLC梯形圖概述224.2 SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件的操作方法234.3 系統(tǒng)工作過程分析234.4控制系統(tǒng)程序設(shè)計244.4.1 開關(guān)門控制及保護安全保護244.4.2 電梯的內(nèi)指令外召喚信號的登記消除及顯示回路274.4.3 呼梯鈴控制與故障報警27電梯

4、的消防運行回路285.結(jié)論29致謝30參考文獻30附圖31引言伴隨著工廠自動化程度的提高，PLC可編程控制器在工廠中的應(yīng)用也越來越廣泛，而且?guī)缀跎婕暗焦S的各個方面，包括供電，生產(chǎn)，物料管理，運輸?shù)鹊取１疚闹荚谕ㄟ^實現(xiàn)自動抓取控制系統(tǒng)這樣一個典型的實例，來展現(xiàn)PLC在自動化生產(chǎn)中的應(yīng)用，同時利用這個典型的應(yīng)用只要稍加變化就可以擴展為其他控制系統(tǒng)。采用可編程控制器來實現(xiàn)電梯的控制對于提高電梯運行的穩(wěn)定性、降低電梯控制系統(tǒng)的成本以及縮短電梯系統(tǒng)的開發(fā)周期都具有實際意義。通過本課題的研究，可以在一定程度上推動電梯相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，拓展PLC在自動化行業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域，具有一定的經(jīng)濟和理論意義。1.緒論1.

5、1本課題設(shè)計的背景1968年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司為滿足市場需求，適應(yīng)汽車生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，將汽車的生產(chǎn)方式由大批量、少品種轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨?、多品種。為此要解決因汽車不斷改型而重新設(shè)計汽車裝配線上各種繼電器的控制線路問題，要尋求一種比繼電器更可靠，響應(yīng)速度更快，功能更強大的通用工業(yè)控制器。于是可編程控制器應(yīng)運而生，1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出世界上第一臺可編程控制器，從此，PLC開始活躍于控制領(lǐng)域。而且其影響也越來越大，應(yīng)用也越來越廣泛。70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計算機的迅猛發(fā)展，使PLC從開關(guān)量的邏輯控制擴展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制域，真正成為一種電子計算機工業(yè)控制裝

6、置，故稱為可編程控制器，簡稱PC（programmable controller）.但由于PC容易與個人計算機（programmable computer）相混淆，故人們?nèi)粤晳T地用PLC作為可編程器的縮寫。1985年國際電工委員會（IEC）對PLC的定義如下：可編程控制器是一種進行數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)控制器，它采用了可以編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程。PLC是繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在數(shù)學處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢。繼電器在控制系

7、統(tǒng)中主要起兩種作用：（1）邏輯運算（2）弱電控制強電。PLC是集自動控制技術(shù)，計算機技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位?？删幊炭刂破?，簡稱PLC。它在集成電路、計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的的一中新型工業(yè)控制設(shè)備。 具有1.可靠性高、抗干擾能力強 2.設(shè)計、安裝容易，維護工作量少 4.功能強、通用性好 5.開發(fā)周期短，成功率高 6.體積小，重量輕、功耗底等特點。具有功能強、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動化控制的各個領(lǐng)域，并已成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的支柱產(chǎn)品。與繼電接觸器系統(tǒng)相比

8、系統(tǒng)更加可靠；占位空間比繼電接觸器控制系統(tǒng)?。粌r格上能與繼電接觸器控制系統(tǒng)競爭；易于在現(xiàn)場變更程序；便于使用、維護、維修；能直接推動電磁閥、觸器與于之相當?shù)膱?zhí)行機構(gòu)；能向中央執(zhí)行機構(gòu)；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。因此，進行電梯的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，可以推動電梯行業(yè)的發(fā)展，擴大PLC在自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究的價值。1.2 本課題設(shè)計的內(nèi)容本設(shè)計將在以下幾個方面對機械手的控制系統(tǒng)進行研究和論證。1電梯類型的選擇。綜合電梯的類別和各類的特點和要求，在本課題中主要研究四層電梯上下行控制，開、關(guān)門控制、內(nèi)外呼叫控制。2電梯硬件系統(tǒng)的設(shè)計。本課題設(shè)計的電梯要求運行迅速準確度

9、高，在電梯的格層檢測系統(tǒng)中選用用在工業(yè)自動控制上大量運用的具有檢測精度高、壽命長、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運用感應(yīng)器的開關(guān)量信號輸入給PLC來實現(xiàn)PLC對電梯的控制。由于本課題的具體需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮了電梯的經(jīng)濟實用、穩(wěn)定的需要。3.電梯控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計。在本設(shè)計中選用了目前運用最多的PLC編程語言梯形圖，梯形圖的編程能直觀明了的設(shè)計出機械手控制的要求，梯形圖的編寫運用SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件，此軟件支持全部的三菱FX系列的PLC，并且具有強大的診斷功能，能更快的查找出故障的原因，從而大大縮短了維修時間。1.3本課題設(shè)計的目的和意義 隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，微

10、電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展電梯也已成為人類現(xiàn)代生活廣泛使用的人員運輸工具。隨著人們對電梯運行安全性、高效性、舒適性等要求的提高，電梯得到了快速發(fā)展，其拖動技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）因為穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、簡單易學、功能強大和使用方便已經(jīng)成為應(yīng)用面最廣、最廣泛的通用工業(yè)控制裝置，成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。電梯控制要求接入設(shè)備使用簡便，對應(yīng)于系統(tǒng)組態(tài)的編程簡單，具有人性化的人機界面，配備應(yīng)用程序庫，加快編程和調(diào)試速度。通過PLC對程序設(shè)計，提高了電梯的控制水平，并改善了電梯運行的舒適感。

11、因此PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，非常有實際價值。2.系統(tǒng)控制方案的確定2.1電梯的概述電梯是電動機為動力的垂直升降機，裝有箱狀吊艙，用于多層建筑乘人或載運貨物的機械設(shè)備。隨著城市的發(fā)展，高層建筑的增多，電梯的應(yīng)用也越來越廣泛，分類也隨之增多。如按照電梯的用途可分為以下幾類：1、乘客電梯，為運送乘客設(shè)計的電梯，要求有完善的安全設(shè)施以及一定的室內(nèi)裝飾。2、載貨電梯，主要為運送貨物而設(shè)計，通常有人伴隨的電梯。3、，廂壁透明，供乘客觀光用的電梯。4、車輛電梯，用作裝運車輛的電梯。5、船舶電梯，船舶上使用的電梯。6、建筑施工電梯，建筑施工與維修用的電梯。7、其它類型的電梯，除上述常用電梯外，還

12、有些特殊用途的電梯，如冷庫電梯、防爆電梯、礦井電梯、電站電梯、消防員用電梯等。2.2 采用PLC控制電梯的優(yōu)點1、控制方式上看：電器控制硬接線，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能很是困難；而plc軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。2、工作方式上看：電器控制并行工作，而plc串行工作，不受制約。3、控制速度上看：電器控制速度慢，觸點易抖動；而plc通過半導(dǎo)體來控制，速度很快，無觸點，顧而無抖動一說。4、定時、記數(shù)看：電器控制定時精度不高，容易受環(huán)境溫度變化影響，且無記數(shù)功能；plc時鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時范圍寬；有記數(shù)功能。5、可靠、維護看：電器控制觸點多，會產(chǎn)生機械磨

13、損和電弧燒傷，接線也多，可靠、維護性能差；plc無觸點，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護方便。2.3 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟在電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要要考慮以下幾點：1.深入了解和分析電梯的工藝條件和控制要求。2.確定I/O設(shè)備。根據(jù)機械手控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈等。3.根據(jù)I/O點數(shù)選擇合適的PLC類型。4.分配I/O點，分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。5.設(shè)計電梯系統(tǒng)的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完

14、整的梯形圖程序，這是整個電梯系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。6.將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。7.電梯整體調(diào)試，在PLC軟硬件設(shè)計和現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，調(diào)試種發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排除，直至調(diào)試成功。2.4 系統(tǒng)控制方案圖 21 速度運行曲線2.5 圖2-2 電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1可編程控制器(PLC)的選型3.1.1 PLC概述可編程控制器，英文稱Programmable Controller，簡稱PLC，本課題中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內(nèi)存中的程序

15、，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負載的控制。PLC有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能：邏輯處理功能；數(shù)據(jù)運算功能；準確定時功能；高速計數(shù)功能；中斷處理（可以實現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能；程序與數(shù)據(jù)存儲功能；聯(lián)網(wǎng)通信功能；自檢測、自診斷功能?？梢哉f，凡普通小型計算機能實現(xiàn)的功能，PLC幾乎也都可以做到。像PLC這樣。集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時，也為自動門行業(yè)的遠程化

16、、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。3.1.2 PLC的選型。因此本課題的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲2000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間?？刂乒δ芫幊坦δ軝C型的選擇3.2 變頻器的選型3.3 電機的選型電梯曳引電機特點電梯是典型的位能性負載，根據(jù)電梯的工作特性，電動機應(yīng)有如下性質(zhì)：（1） 能頻繁地起動和制動,起動電流較?。?） 電動機運行噪聲低,電動機散熱好 此外，曳引電動機具備兩個軸伸端：其一端為傳動端與減速器耦合，另一端為非傳動端，通常裝有飛輪。用于增加運動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。改散起動過程乘坐舒適感，并兼作盤車手輪?？紤]以上各種因素，本設(shè)計選用J250系列永磁無齒曳引機圖3-2。3

17、.4 PLC外部電路的設(shè)計圖3-3 報警系統(tǒng)接線圖圖3-5 七段顯示器的結(jié)構(gòu)圖3-4七段顯示器的結(jié)構(gòu)3.5 硬件接線圖系統(tǒng)的硬件連接圖即PLC和系統(tǒng)中各個硬件的連線。具體的如圖35所示： 圖3-5硬件接線圖3.6 I/O分配表輸入：序號輸入說明序號輸入說明1X0開門按鈕11X124樓按鈕2X1關(guān)門按鈕12X131樓下限位開關(guān)3X2慢上按鈕13X142樓上限位開關(guān)4X3慢下按鈕14X152樓下限位開關(guān)5X4自動手動轉(zhuǎn)換開關(guān)15X163樓上限位開關(guān)6X5急停按鈕16X173樓下限位開關(guān)7X6警鈴按鈕17X204樓上限位開關(guān)8X71樓按鈕18X21門開到位9X102樓按鈕19X22門關(guān)到位10X11

18、3樓按鈕20X23進出門感應(yīng)器輸出：序號輸出說明序號輸出說明1Y0開門10Y11下降指示燈2Y1關(guān)門11Y121樓指示燈3Y2上升12Y132樓指示燈4Y3下降13Y143樓指示燈5Y4中速14Y154樓指示燈6Y5慢速15Y161樓按鈕燈7Y6報警鈴聲16Y172樓按鈕燈8Y7到層提示音17Y203樓按鈕燈9Y10上升指示燈18Y214樓按鈕燈4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 PLC梯形圖概述梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計稱為編

19、程。根據(jù)梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進行的。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時外部輸入觸點的狀態(tài)來進行的。4.2 SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件的操作方法SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件，具體的操作方法如下：1打開SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件，之后點擊，在下拉菜單欄里點擊“新文件(N)”，再選擇，確定打開后就可以繪制梯形圖編本課題的程序。SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件的功能圖在繪制梯形

20、圖中選擇需要的輸入元件，完成對梯形圖的繪制。完成樂對梯形圖的繪制后，在軟件的菜單欄中點擊，并在下拉菜單中的“寄存器(R).數(shù)據(jù)傳送”的子欄中選擇“寫出”，將程序編入三菱4.3 16確認運行結(jié)束則停止運行4.4控制系統(tǒng)程序設(shè)計4.4.1 開關(guān)門控制及保護安全保護開關(guān)門控制程序是按照雙開門有/無司機控制來設(shè)計的。主要完成電梯的手動開門、無司機狀態(tài)下的本層開門、電梯運行到達目的層站時的自動開門、手動關(guān)門、無司機狀態(tài)下的自動延時關(guān)門、基站外啟動時的開關(guān)門等功能。1、本層開門本層開門是指電梯在停車狀態(tài)和非檢修（有/無司機）條件下，當轎廂所在層樓有上召喚且沒有定下方向，或有下召喚而沒有定上方向時，電梯自動

21、開門，電梯本層開門的條件也可簡化為：在停車狀態(tài)下，當轎廂所在層樓有廳外召喚時，電梯自動開門2開門控制及安全保護開門到位后，若沒有碰到開門限位開關(guān)，或限位開關(guān)失靈，則由于開門繼電器吸合，門電機會發(fā)生堵轉(zhuǎn)，時間一長電機可能燒毀。為此，設(shè)計了門電機保護程序，當開門動作時間超過正常開門時間23S后，通過定時器計時自動斷開開門信號，停止開門。如果沒有外界開門信號，即X3和M70為OFF，其閉點為ON，則定時器T0開始計時，當計時時間到，如限位開關(guān)仍未動作，則通過T0閉點斷開Y2，停止開門，并由T0開點使定時器自鎖，Y2維持OFF。當有開門信號時，X3或M70為ON，其閉點OFF，定時器復(fù)位，T0閉點為O

22、N，可再次進行開門控制。3關(guān)門控制關(guān)門的條件有以下幾種：停車狀態(tài)下按關(guān)門按鈕、無司機狀態(tài)下自動關(guān)門、時間到、鎖梯時鑰匙開關(guān)斷開。停止關(guān)門或不關(guān)門的條件：關(guān)門到位碰到關(guān)門限位開關(guān)、有開門信號、開門繼電器吸合、超載開關(guān)動作。在關(guān)門梯形圖中也設(shè)置了關(guān)門安全保護，因為關(guān)門限位開關(guān)若不動作或靈，同樣容易將電機燒毀。與開門過程保護一樣，可在開始關(guān)門后通過定器計時，超過正常關(guān)門時間，自動停止關(guān)門，以保護電機。4.4.2 電梯的內(nèi)指令外召喚信號的登記消除及顯示回路1）內(nèi)指令信號處理內(nèi)指令信號的處理包括信號的登記、顯示基本層（停車）消息。信號的登記采用自鎖原理，不論電梯上行或下行，當轎廂運行至有內(nèi)指令的梯層時，

23、均要換速停車，并消除登記信號，不需反射信號。2）外召喚信號處理廳外召喚信號同樣需要進行登記，顯示本層停車信號，此外還具有反向運行保號功能。4.4.3 呼梯鈴控制與故障報警在司機運行方式下X4為ON，當有廳外召喚時，蜂鳴器發(fā)出聲音向司機提示有呼梯信號。當某層站有上召喚或下召喚信號時，均使Y7為ON，由站點輸出接通呼梯鈴。當PLC備用電池電壓過低時，特殊功能繼電器M8005為ON，利用M8011使蜂鳴器發(fā)出周期為0.01S的報警聲；按下警鈴時利用M8012產(chǎn)生周期為0.1S的報警聲；超載時，利用PLC的特殊功能繼電器M8013，使蜂鳴器發(fā)生周期為1S的報警聲。圖4-2呼梯鈴控制與故障報警圖4-2呼

24、梯鈴控制與故障報警4.4.4電梯的消防運行回路電梯的消防運行包括兩種狀態(tài)：消防返基站和消防員專用。1）消防自動返回下基站當接通消防開關(guān)X20為ON，并由其產(chǎn)生一個上升微分信號M80，該信號用于將所有內(nèi)選外呼消號。當電梯正在上行時，Y0為ON，由M67立即發(fā)出消防強迫換速信號，就近平層，在停車后自動使內(nèi)選一層信號M10為ON；如電梯處于停車狀態(tài)或正在下行，自動消號后，電梯也將自動內(nèi)選一層返回基站。2）消防員專用電梯自動返回下基站停車后，M0為ON，并使開門信號Y2為ON，則消防員專用信號M85接通，并自保。同時切斷消防上行強迫換速Y4和自動內(nèi)選一層M10程序，在消防員專用狀態(tài)下，恢復(fù)內(nèi)選功能。由消防員內(nèi)選關(guān)門后，電梯只按內(nèi)選指令正常運行換速平層停車，且在每次運行停止，由M83發(fā)出下降沿微分信號，用于每次運行停車后消除所有登記信號。如需再次運行，必須再次選擇內(nèi)指令信號。 5.結(jié) 論本系統(tǒng)主要以PLC為核心，利用PLC的強大的控制功能，實現(xiàn)了利用可編程控制器控制電梯的功能，具有接線簡單、編程直觀、擴展容易等特點。當電梯的功能增加時，硬件接線上只需增加行程開關(guān)輸入信號。原來的接線不需改變，軟件上只需增加相應(yīng)程序以及輸出的功能，要改動的地方也較少。調(diào)試結(jié)果