三菱PLC四层电梯控制讲解.docx
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三菱PLC四层电梯控制讲解
电气与电子信息工程学院
《电气控制与PLC实训》
设计报告
名称：
三菱PLC四层电梯控制
专业名称：
电气工程及其自动化
班级：
2222级
学 号：
************
********************************************
指导教师：
111111、333333
设计时间：
22222.4.28-222222.5.11
设计地点：
PLC实验室
电气控制与PLC实训成绩评定表
姓名
学号
专业班级
电气工程及其自动化班
题目：
三菱PLC四层电梯控制
答辩记录：
1、该电梯系统是怎样实现上下行的？
答：
当电梯停于某楼层时，此时若有呼梯信号，当呼梯信号所在楼层大于现在所在的楼层时，则电梯上行；反之，若呼梯信号所在楼层小于现在所在楼层时，则电梯下行。
2、该电梯系统是怎么实现楼层的优先选择的？
答：
当电梯在上行或下行的过程中，有多个呼梯信号同时被选择时，则电梯首先响应同向外呼信号或内呼信号，响应完毕后或在轿厢前方再无同向信号，若有反向外呼信号，则轿厢行至最远反向外呼信号所在楼层。
成绩评定及依据：
1.考勤情况（10%）：
2.设计调试情况（30%）：
3.设计答辩（20%）：
4.设计报告（完成情况、报告规范性等情况40%）：
最终评定成绩（以分数和优、良、中、及格、不及格评定）：
指导教师签字：
设计任务书
2013～2014学年第2学期
学生姓名：
专业班级：
电气工程及其自动化班指导教师：
工作部门：
电气与电子信息工程学院
一、设计题目
课题1：
.电动机的综合控制方向
课题2：
竟猜抢答系统的设计方向
课题3：
交通灯控制方向
课题4：
电梯控制方向
课题5：
喷泉或彩灯控制方向
二、设计内容（含技术指标）
1、用PLC实现四台以上电动机综合控制，要求模拟实际的工况，包括电机的顺序控制、电机的连锁和互锁控制，电机间的逻辑联系应具有一定的复杂程度，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。
2、用PLC实验装置设计竟猜抢答系统，要求不少于5组，有必要的组号显示、记时显示和模拟记分系统，有优先抢答功能，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。
3、用PLC实现各种路口的交通信号灯控制，要求与实际交通灯工作情况基本相符，具有必要显示和通过外部设备进行设定功能，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。
4、用PLC实现电梯控制，要求与实际基本相符，电梯层数不少于4层，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。
5、用PLC实现喷泉控制，要求花样不少于6种，能自动循环、单循环、和手动控制，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。
6、同组同学要求不能完全重复，必须有自己的亮点，对思路新颖的、和用到更多功能指令的有加分。
7、所有小组均应在开题的过程中，由指导老师对与题目相关的具体的设计控制要求进行审核。
三、设计进度安排
序号
内容
学时安排（天）
1
选题、讲解设计要求、查资料；
1
2
方案论证、说题及硬件选型和设计
2
3
软件设计
2
4
程序及系统调试
3
5
绘制图纸、撰写和打印设计报告
1
6
设计答辩
1
合计
10
设计指导答辩地点：
K3——PLC实验室
四、基本要求
设计报告：
不少于5000字，Ａ４幅面，统一复印封面。
1封面、设计任务书
2目录
1）方案选择，方案论证（综述、任务详解及设计思路，PLC选型等）
2）系统硬件设计（系统功能及原理、系统组成框图、器件选择、电路原理图、I/O分配及接线）
3）系统软件设计（各软件模块的功能，梯形图及说明）
4）系统调试（调试步骤、方法及调试过程中的问题及如何解决等）
5）结果分析及展望（最后的结果成功点和不足之处、总结及改进等）
3附录---参考文献
五、设计考核办法与成绩评定
根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩按得分0～100分，可分为优、良、中、及格、不及格五等。
评定项目
基本内涵
分值
设计考勤
考勤、自行设计、按进度完成任务等情况
10
设计调试
软硬件调试过程及完成情况
30
设计答辩
回答问题等情况
20
设计报告
完成情况、报告规范性、创新性、雷同率等情况
40
90～100分：
优；80～89分：
良；70～79分：
中；60～69分，及格；60分以下：
不及格
六、参考资料
[1]李仁主编，电气控制，北京：
机械工业出版社，2000
[2]陈立定等主编，电气控制与可编程控制器，广州：
华南理工大学出版社，2001
[3]王仁祥主编，常用低压电器原理及其控制技术，北京：
机械工业出版社，2002
[4]郑萍主编，现代电气控制技术，重庆：
重庆大学出版社，2001
[5]佟为明等编，低压电器继电器及其控制系统，哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社，2000
[6]王海，李洪奎，刘晓。
基于PLC的多轴控制研究[J]。
机械工程学报,2008, 6（4）:
470-472.
[7]杨东, 黄永红, 张新华, 吉敬华. 用PLC基本指令实现自动运动定位控制的研究[J]. 微计算机信息, 2010, 26（2-1）:
62-64。
[8]秦琴，王忠庆.。
利用PLC的高速计数功能实现轴的精确定位控制.。
电气技术。
2009（3）。
[9]陈婵娟, 薛恺. 基于PLC的步进电动机单双轴运动控制的实现. 机械设计与制造. 2009（3）。
[10]杨涛, 王启江等。
基于PLC绕线机控制系统设计[J]。
组合机床与自动化加工技术， 2005（8）：
58-59。
教研室主任：
2222年2月22日
一、方案选择及论证
1.1综述
随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。
电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。
实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。
目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。
从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。
国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。
1.2设计任务及要求
通过软硬件的设计，系统需完成以下要求：
（1）接收并登记电梯在楼层以外的所有指令信号、呼梯信号，给予登记并输出登记信号。
（2）根据最早登记的信号，自动判断电梯是上行还是下行，这种逻辑判断称为电梯的定向。
电梯的定向根据首先登记信号的性质可分为两种。
一种是指令定向，指令定向是把指令指出的目的地与当前电梯位置比较得出“上行”或“下行”结论。
例如，电梯在二楼，指令为一楼则向下行；指令为四楼则向上行。
第二种是呼梯定向，呼梯定向是根据呼梯信号的来源位置与当前电梯位置比较，得出“上行”或“下行”结论。
例如，电梯在二楼，三楼乘客要向下，则按AX3，此时电梯的运行应该是向上到三楼接乘客，所以电梯应向上。
（3）电梯接收到多个信号时，采用首个信号定向，同向信号先执行，一个方向任务全部执行完后再换向。
例如，电梯在三楼，依次输入二楼指令信号、四楼指令信号、一楼指令信号。
如用信号排队方式，则电梯下行至二楼→上行至四楼→下行至一楼。
而用同向先执行方式，则为电梯下行至二楼→下行至一楼→上行至四楼。
显然，第二种方式往返路程短，因而效率高。
（4）具有同向截车功能。
例如，电梯在一楼，指令为四楼则上行，上行中三楼有呼梯信号，如果该呼梯信号为呼梯向上（K5），则当电梯到达三楼时停站顺路载客；如果呼梯信号为呼梯向下（K4），则不能停站，而是先到四楼后再返回到三楼停站。
（5）一个方向的任务执行完要换向时，依据最远站换向原则。
例如，电梯在一楼根据二楼指令向上，此时三楼、四楼分别有呼梯向下信号。
电梯到达二楼停站，下客后继续向上。
如果到三楼停站换向，则四楼的要求不能兼顾，如果到四楼停站换向，则到三楼可顺向截车。
1.3设计思路
1.3.1电梯输入信号及其意义
（1）位置信号
位置信号由安装于电梯停靠位置的4个传感器SQ1～SQ4产生。
平时为OFF，当电梯运行到该位置时ON。
（2）指令信号
指令信号有4个，分别由“一至四”（K7～K10）4个指令按钮产生。
按某按钮，表示电梯内乘客欲往相应楼层。
（3）呼梯信号
呼梯信号有6个，分别由K1～K6个呼梯按钮产生。
按呼梯按钮，表示电梯外乘客欲乘电梯。
例如，按K3则表示二楼乘客欲往上，按K4则表示三楼乘客欲往下。
1.3.2电梯输出信号及其意义
（1）运行方向信号
运行方向信号有两个，由两个箭头指示灯组成，显示电梯运行方向。
（2）指令登记信号
指令登记信号有4个，分别由L11～L14个指示灯组成，表示相应的指令信号已被接受（登记）。
指令执行完后，信号消失（消号）。
例如，电梯在二楼，按“三”表示电梯内乘客欲往三楼，则L12亮表示该要求已被接受。
电梯向上运行到三楼停靠，此时L12灭。
（3）呼梯登记信号
呼梯登记信号有6个，分别由L1～L6个指示灯组成，其意义与上述指令登记信号相类似。
1.4可编程控制器的机型选择
1.4.1PLC的I／O点数估算
根据被控对象对PLC控制系统的技术指标和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定PLC的I／O点数。
在估算系统的I／O点数和种类时，要全面考虑输入、输出信号的个数，I／O信号类型（数字量／模拟量），电流、电压等级，是否有其他特殊控制要求等因素。
以上统计的数据是一台PLC完成系统功能所必须满足的，但具体要确定I／0点数时则要按实际I／0点数，再向上附加20％～15％的备用量。
根据机型的选择，再对被控对象进行I／0点数的估算，根据被控对象I／O信号的点数，考虑留有15％～20％的备用量以调整和扩充。
估算出被控对象的I／0点总数，就可根据此点数选择相当的PLC。
I／0点数是衡量PLC规模大小的重要指标，选择相应规模的PLC需要留有余量。
1.4.2响应时间
扫描周期和响应时间必须认真考虑。
可编程序控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠的接收持续时间小于扫描周期的输入信号。
1.4.3输入输出模块的选择
来自现场的设备按钮、限位开关、行程开关等的电平信号并将其转换为机器内部电平信号，模块类型为直流和交流两种。
根据设备与模块之间的远近程度选择电压的大小，一般5V、12V、24V属低电平，传输距离不宜太远。
另外，高密度的输入模块如32点、64点，同时接通点数取决于输入电压和环境温度。
一般讲，同时接通点数不得超过60%。
系统的稳定性，必须考虑门槛电平（接通电平与关断电平之差）的大小。
门槛电平值越大，抗干扰能力越强，传输距离也就越远。
输出模块的任务是将机器内部电平信号转换为外部的控制信号。
频繁、电感性、低功率因数的负载，推荐使用晶闸管输出模块，但缺点是模块价格高，过载能力差。
输出模块优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜，缺点是寿命短，响应速度慢。
输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。
1.4.4机型的确定
三菱公司的FX0N-40MR-001系列的PLC具有24点输入/16点输出，输出端接24V直流电源，而且能够满足本设计的所有技术指标及设计要求，因此选择该型号的PLC。
1.5控制电路系统设计
图1-1系统主电路图
1、三相异步电动机的选取
JO2-41-4：
额定功率5.5KW，额定电流11A，额定转速1440r/min，功率因0.88，堵转电流7.0A。
2、熔断器的选择
使用220V三相交流电源供电，则：
I（fu）=I（n）（1.5-2.5），取I（fu）=22A
产品型号：
3NA38142C；适用于交流50Hz，额定电压交流380、500V，额定电流35A的配电线路中，作过载和短路保护。
3、热继电器的选择
电动机在启动瞬间和短时过载启动瞬间电流为（5-6）倍的I（n）。
一般情况下热继电器的整定值得选取电动机的额定电流的（0.95-1.05）倍的I（n）。
使用时，热继电器的旋钮应调到该额定值，否则起不到保护作用。
选择型号：
TM30-100W，额定电流16A—100A，额定电压小于690V以下的电机。
4、交流接触器的选择
接触器是一种能频繁接通和断开远距离用电设备主电路及其他大电容用电贿赂的自动控制电器，它分为直流和交流两类。
控制对象主要是电动机、电炉、电焊机、电容器等。
交流接触器主要由电磁机构、触头系统、灭弧装置等组成。
产品型号：
CJX2系列，额定电流40A，额定电压220V。
二、系统硬件设计
2.1电梯模型介绍
该装置由底座、立柱及面板、主电路板等组成。
底座背部设有电源插座及保险管座，保险管规格为250V1A。
电源开关设置在底座上面。
本装置电源为交流220V50HZ。
轿厢在模型的左侧，由小型直流电机来控制它的上升和下降，轿厢门模拟在装置的右上方，可进行开门和关门控制。
面板上的输入信号端子有内选按钮信号、外选按钮信号、平层、限位信号、厢门限位信号及公共端I等共计24个，控制时应分别与PLC主机输入端连接，公共端I与主机输入COM点连接。
面板上的输出信号端子有外呼指示灯、轿厢上升下降控制、内选指示灯、厢门控制，公共端Ⅱ等共计18个，控制时应分别与PLC主机输出端连接，公共端Ⅱ与主机输出COM连接。
使用时首先将模型与PLC主机输入、输出端口连接好，检查无误后，接通电源，模型处于待机状态，启动PLC运行程序，按动模型选层的内呼或外呼按钮，若PLC运行程序编制正确的话，电梯模型将按内、外呼按钮指令正常运行。
2.2输入输出分配表
输入信号有：
内呼信号4个，外呼信号6个，开关门信号2个，轿厢平层信号4个共计14个。
输出信号有：
内呼信号指示4个，外呼信号指示6个，轿厢上下行2个，轿厢上下行指示2个，门电机开关2个，共计16个。
输入
输出
X000
一楼位置开关SQ1
Y000
上行指示
X001
二楼位置开关SQ2
Y001
下行指示
X002
三楼位置开关SQ3
Y002
上行驱动
X003
四楼位置开关SQ4
Y003
下行驱动
X004
一楼指令开关K10
Y004
一楼指令登记
X005
二楼指令开关K9
Y005
二楼指令登记
X006
三楼指令开关K8
Y006
三楼指令登记
X007
四楼指令开关K7
Y007
四楼指令登记
X010
一楼上行按钮K1
Y010
一楼上行呼梯登记
X011
二楼上行按钮K3
Y011
二楼上行呼梯登记
X012
三楼上行按钮K5
Y012
三楼上行呼梯登记
X013
二楼下行按钮K2
Y013
二楼下行呼梯登记
X014
三楼下行按钮K4
Y014
三楼下行呼梯登记
X015
四楼下行按钮K6
Y015
四楼下行呼梯登记
Y016
开门模拟
Y017
开门模拟
表2-1四层电梯控制I/O分配表
2.3PLC接线图
图3-2为PLC输入输出接线图。
X000～X015为输入信号，Y000～Y017为输出信号，其中输入端的公共端COMI接地，输出端的公共端COMⅡ接+24V电源。
图2-1PLC接线图
三、系统软件设计
3.1程序流程图
假设电梯停于一楼，此时如果按下三楼向上按钮，电梯上行。
如果在上行过程中如果按下二楼向上按钮，则先停于二楼，再上行至三楼。
如果在上行过程中按下二楼向下按钮，由于是反向信号，所以电梯先去三楼，所有的上行信号均响应以后再响应下行信号。
如果按下四楼向下按钮，则电梯完成其他外呼向上信号以后就上行至四楼。
电梯到达四楼后，如果同时按下一楼向上按钮、二楼向上按钮、三楼向上按钮，则轿厢首先下行至一楼响应最远反向呼信号。
然后再上行至二楼、三楼。
图3-1系统程序流程图
3.2梯形图
3.2.1外召唤信号登记及消除
图3-2外召唤信号登记及消除梯形图
3.2.2内指令信号登记及消除
点动内呼按钮，信号登记显示，到层信号取消。
本系统设一楼为基站，两分钟内无任何操作，电梯自动返回一楼。
图3-3内指令信号登记及消除梯形图
3.2.3电梯的平层信号处理
图3-4电梯的平层信号处理梯形图
3.2.4选层定向及反向截梯
1、
轿厢上行
图3-5轿厢上行梯形图
2、轿厢下行
图3-6轿厢下行梯形图
3.2.5内指令外召唤信号的保持
轿厢的内呼指令与外召唤指令保持信号，用于在有乘坐需要的楼层停车，并自动或手动执行开关门操作。
开关门执行一次之后，信号取消。
使电梯能够继续响应其他乘坐信号。
图3-7内指令外召唤信号的保持梯形图
3.2.6各楼层停车信号
图3-8各楼层停车信号梯形图
3.2.7自动及手动开关门
如梯形图所示，电梯到层停车后，延时2s开门，5s后自动关门，并设有手动开门按扭和关门按钮，可实现即时开关门。
图3-9自动及手动开关门梯形图
四、系统调试
4.1系统调试
设计一个PLC应用系统，关键要解决的第一个问题是进行PLC应用系统的功能设计，即根据受控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。
第二个问题是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式、控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。
第三个问题是根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置。
调试步骤：
（1）模拟调试。
用户编写的程序在总装调试前要进行模拟调试，检查程序无误后可把PLC接到系统里进行总装调试。
（2）PLC的外部接线检查，外部接线一定要准确无误。
如果用户程序还没有送到机器里去，可用自行编写的试验程序对外部接线做扫描通电检查，查找接线故障。
（3）将主电路断开，进行预调，确认接线无误后再接主电路。
（4）将模拟调好的程序送入用户存储器进行总调试，直到各部分的功能均正常，并能
协调一致成为一个完整的整体控制为止。
（5）如果调试达不到指标要求，可对硬件、软件调整，一般只对软件作调整。
（6）全部调试结束以后，将程序固化在EPROM盒中保存。
4.2调试过程中出现的问题及解决办法
（1）出现的问题：
在课程设计初期阶段，我根据控制要求逐个编程实现，当程序编写到第四个要求（即方向判别）的时候，我感觉编程初期设计思路的错误，需要在原来的程序中再加入方向判别。
解决的办法：
编写程序应该先统观全局，先根据整体要求想出设计思路，然后再逐一实现各功能块程序。
也就是说编程需要先从上往下分析编程要求，再从下往上编写程序。
（2）出现的问题：
在编写第四个控制要求时需要有方向的判别，如果某一楼层向上向下按钮都被按下，电梯在某一方向运行时，反向信号也被清除。
这样就达不到同向运行时不响应反向信号的要求。
解决的办法：
在程序中利用Y002和Y003将同向信号与反向信号进行了区分
4.3程序最终调试运行情况
（1）按下呼叫按钮，电梯在检测到外呼或者内呼信号以后，便会运行到指定楼层。
上升过程中，只执行上行信号，下行信号不执行且只保持相应指示灯点亮，反之亦然。
（2）若同时按下多层反向外呼按钮，则轿厢首先运行最远的反向外呼信号所在的楼层，然后再顺序执行其他的外呼信号。
（3）平层后开门，直至碰到开门到位行程开关，再经过5S的延时后自动关门。
在此过程中可以按轿厢内的开门开关或关门开关进行开关门。
（4）在上升或下降过程中，开关门按钮无效。
在开关门和5S延时过程中，轿厢不能上升和下降。
（5）用指示灯指示上行还是下行。
五、结果分析及展望
通过本次课程设计，我完成了电梯控制的要求，如方向判断，半途截梯，开关门等功能，但设计仍存在不足之处，比如乘客在乘坐电梯的过程中不知道在几层等等，应该进行改进，可以加上数码管显示，进行显示电梯所在楼层，使电梯的使用更方便乘客。
总之，经过两个星期的研究工作，通过在书店、图书馆以及互联网查阅相关资料，了解了电梯的起源和发展过程，并且加深了对电梯运行过程、控制系统的认识，熟悉了可编程控制器在电梯控制系统中的运用。
并且，使我将原来所学的知识系统化、理论化、实用化，对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力又有了提高。
通过这次设计，我还认识到无论做什么，都需要踏实，勤奋，严谨的工作态度，这对我以后的工作将会产生深渊的影响。
本次设计达到了预定的设计目的。
利用可编程控制器以及电动机控制技术，充分利用了数字化电子控制技术，通过合理的设别选型、软件设计，提高了电梯运行的可靠性和运行效率，使电梯结构紧凑、噪音降低、维修简单、故障率低，改善了电梯运行的舒适感，并节约了电能，具有一定的经济效益和社会效益。
附录
参考文献
[1]李仁主编，电气控制，北京：
机械工业出版社，2000
[2]陈立定等主编，电气控制与可编程控制器，广州：
华南理工大学出版社，2001
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机械工业出版社，2002
[4]郑萍主编，现代电气控制技术，重庆：
重庆大学出版社，2001
[5]佟为明等编，低压电器继电器及其控制系统，哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社，2000
[6]王海，李洪奎，刘晓。
基于PLC的多轴控制研究[J]。
机械工程学报,2008,6（4）:
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[7]杨东,黄永红,张新华,吉敬华.用PLC基本指令实现自动运动定位控制的研究[J].微计算机信息,2010,26（2-1）:
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利用PLC的高速计数功能实现轴的精确定位控制.。
电气技术。
2009（3）。
[9]陈婵娟,薛恺.基于PLC的步进电动机单双轴运动控制的实现.机械设计与制造.2009（3）
[10]杨涛,王启江等。
基于PLC绕线机控制系统设计[J]。
组合机床与自动化加工技术，2005（8）：
58-59。
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