基于FX2N64M的五层轿厢式.docx
《基于FX2N64M的五层轿厢式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于FX2N64M的五层轿厢式.docx（52页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
基于FX2N64M的五层轿厢式
毕业设计说明书（论文）
题目:
基于FX2N-64M的五层轿厢式
电梯电气控制系统设计
毕业设计说明书（论文）中文摘要
随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。
电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。
为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，设计了一套以PLC为核心控制器的电梯自动控制系统，用来取代以往的较复杂的继电器—接触器控制。
系统的核心部分（控制部分）使用了日本三菱公司生产的FX2N-64型PLC，因为在核心控制部分采用的是软件程序控制，从而在保证电梯正常运行这个要求的情况下，大大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容易性，同时还克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素，取得了良好的预期效果。
关键词电梯PLC梯形图
毕业设计说明书（论文）外文摘要
TitleBasedFX2N-64Mfivelayerofbridgetypeelevatorelectricalcontrolsystemdesign
Abstract
Alongwiththedevelopmentofmoderncity,thekeyfiguresconstructandincreasedaybyday,theelevatorbecomesthemeansoftransportationtoolofpeopledailylifeessentialtohave.ThequalityoftheelevatorfunctionmoreandmoreshowsZhaototheinfluencethatpeoplelive,thereforehastomakegreateffortthefunctionofraisingtheelevatorsystem,assuranceelevatorofmovementsinceefficientlyeconomyenergyagainsafetycredibility.
Forraisingthecredibilityoftheautomaticcontrolsystemandtheworkefficiencyoftheequipments,designedasetofelevatorthattakesPLCascorecontrollertoautomaticallycontrolsystem,usedtoreplaceformerlyandalittlebitcomplicatedlyaftertheelectricappliances-contactmachinecontrol.Thecorepart（controlpart）ofsystemusedtheFX2typeNs-64sthattheJapaneseMitsubishicompanyproducesPLC,becausewhattocontrolapartadoptionisasoftwareprocedureinthecorecontrol,thusconsumedlyraisedelevatorbreakdowncheckandtheconvenienceandeasyformaintainingstillovercametomovetooperatesomeartificialinterferencefactorsbroughtinthemeantimewhilepromisingthecircumstancethatelevatorcirculatesthisrequestasusualandobtainedgoodexpectationeffect.
KeywordsElevatorPLCLadderDiagram
目次
1引言1
1.1课题的研究背景及意义1
1.2电梯简介2
1.3电梯的结构4
1.4电梯的工作原理5
2可编程控制器6
2.1可编程控制器简介6
2.2可编程控制器的特点6
2.3常用PLC介绍8
2.4PLC的设计步骤8
3控制系统总体设计方案11
3.1设计任务11
3.2整体思想11
3.3设计方案选择12
3.4硬件总体设计12
3.5软件总体设计12
4系统的硬件设计14
4.1主要器件选型14
4.2硬件电路设计16
5系统的软件设计20
5.1电梯运动流程图20
5.2总梯形图22
结论23
致谢24
参考文献25
附录A26
附录B27
附录C28
1引言
1.1课题的研究背景及意义
电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。
随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求[1]。
电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。
而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。
事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。
在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。
然而只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。
目前，由可编程序控制器（PLC）和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。
采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向[2]。
可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。
自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世以来，迄今己30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。
它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。
用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践。
而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。
这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。
可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。
PLC现已成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD／CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。
PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。
总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。
PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。
因此，它已经成为电梯运行中的关键技术[3]。
1.2电梯简介
1.2.1电梯的起源
追溯电梯的起源，在我国及国外都能找到其雏形。
如我国公元前1700多年出现的桔槔，是一种用于提水的升降装置。
公元前1100多年出现的轱辘，是一种用于提水或升举重物的升降装置。
在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：
即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。
早期的升降工具基本以人力为动力。
1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。
19世纪初，在欧美开始用蒸汽机作为升降工具的动力。
1845年，第一台液压驱动升降机研制成功，液压驱动的介质是水。
尽管升降工具被一代代富有革新精神的工程师们进行不断改进，然而被工业界普遍认可的升降机仍未出现，直到1852年世界第一台安全升降机诞生。
1852年，美国纽约杨克斯的机械工程师奥的斯先生发明了世界第1台安全升降机。
1857年3年23日，奥的斯公司在纽约为一座专营法国瓷器和玻璃器皿的商店安装了世界上第一台客运升降机。
1862年，奥的斯公司采用单独蒸汽机控制的升降机问世。
1878年，奥的斯公司在纽约百老汇大街155号安装了第1台水压式乘客升降机。
1889年12月，奥的斯公司在纽约的第玛瑞斯特大楼成功安装了1台直接连接式升降机。
这是以直流电动机为动力的世界第1台电力驱动升降机，从此诞生了名副其实的电梯[4]。
1.2.2电梯的发展
如今，电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的交通工具，随着时代的发展，科技的进步，人们对电梯在运行时的平稳性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能提出了更高的要求。
电梯今后的发展将主要呈现以下趋势:
（1）超高速电梯。
随着人们生活节奏的加快，高层建筑的增加，全功能的塔式建筑将会促使超高速电梯继续成为研究方向，5m/s以上运行速度的超高速电梯，成为人们关注的重点和市场发展的新趋向。
（2）大型超载重电梯用导轨。
随着大型公共场所、购物场所等公用建筑的增加，大型超载重电梯的运用日益广泛，对于垂直电梯、自动扶梯的载重量和运行平稳性提出了新的要求。
（3）新型自动扶梯导轨。
随着社会进步、城市化水平的提高以及越来越多的国家逐渐步入老龄化社会，各国政府对人文关怀日益重视，促使城市公共设施对自动扶梯和自动人行道的需求加速增长。
为实现公共场所的无障碍通行，大量的体育场馆、地铁、机场、商场、写字楼、宾馆等需要加装自动扶梯和自动人行道。
（4）无机房电梯导轨。
对于高度在20层以下的民用建筑，可以通过改变曳引机的安装方式去除电梯机房的设计，从而降低建筑总高度、保持整体造型、节省建筑成本。
此外，人们要求电梯节能、电磁兼容性强、噪声低、长寿命、采用绿色装潢材料、与建筑物协调等，甚至有人设想在大楼顶部的机房利用太阳能作为电梯驱动补充能源等等，而这些都会对电梯导轨的运行技术不断提出新的要求[5]。
1.2.3电梯的分类
目前，电梯行业及社会上对电梯的分类大致有以下几种：
（1）按用途分：
乘客电梯、载货电梯、客货电梯、病床电梯、住宅电梯、杂物电梯、观光电梯、其他专用电梯。
（2）按额定速度分：
低速梯，常指低于1.00m/s速度的电梯；中速梯，常指速度1.00～2.00m/s的电梯。
高速梯，常指速度大于2.00m/s的电梯。
超高速梯，速度超过5.00m/s的电梯。
（3）按拖动方式分：
交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条式电梯、螺旋式电梯。
（4）按控制方式分：
手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、向下集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、智能控制电梯。
其他分类方式还有：
按电梯有无司机分类等[6]。
1.3电梯的结构
电梯主要由曳引系统、轿厢、重量平衡系统、导轨、门系统、安全保护系统、电力拖动和电气控制系统等部件组成。
曳引系统的主要功能是输出与传递动力，拖动电梯运行。
曳引系统主要由曳引电动机、减速机、曳引轮和电磁抱闸组成。
曳引电动机也称主电机，通常采用交流电动机，目前大多采用变频器对其进行速度和转矩控制。
轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。
轿厢在井道中沿着导轨作升降运动。
井道侧壁对应各楼层的相应位置装有减速、平层的遮磁板，以便发送减速、停车信号。
在井道中还设有各层的楼层编码开关的磁块，用做楼层指示信号。
轿厢内门的操作盘上设有选层按钮及相应的指示灯，还有开/关门按钮等各种显示电梯运行状态的指示灯。
门系统由轿厢门、层门、开门机、门锁装置组成。
轿厢门的上方装有开门机，开门机由一台小电动机驱动来实现开/关门动作。
在井道对应各楼层候梯厅一侧开有厅门，厅门平时是关闭的，只有当轿厢停稳在该层时，厅门被轿门的联动机构带动一起打开或关闭。
在各层厅门的一侧面装有呼梯按钮和楼层显示装置，呼梯按钮通常有上行呼梯、下行呼梯各一个（最底层只有上行呼梯按钮、最高层只有下行呼梯按钮）。
按钮内（有时在按钮旁）装有呼梯相应指示灯，该灯亮表示呼梯信号被控制系统登记。
楼层显示装置有时也设在厅门上方。
电气控制系统由PLC、变频器、交流电动机、输入/输出电器部件和控制屏等组成，主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制[7]。
1.4电梯的工作原理
曳引绳两端分别连着轿厢与对重（又称配重），缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。
固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中产生偏斜或摆动。
常闭式制动器在电动机工作时间松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。
轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少发动机功率。
补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。
电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层工作。
指示呼叫系统随时显示轿厢的于东方向和所在楼层位置。
系统由曳引机构，开、关门机构，轿厢、控制系统等组成。
曳引系统的主要功能是输出和传递动力，使电梯运行。
门系统的功能是封住层站入口和轿厢入口，而轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的主要工作部分[8]。
图1.1电梯控制系统硬件结构框图
2可编程控制器
2.1可编程控制器简介
可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的崭新的工业自动控制装置。
PLC以基本代替传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域，它已跃居工业自动化三大支柱的首位。
PLC控制系统的硬件是由微处理器（CPU）、存储器（ROM和RAM）、输入/输出（I/O）单元、电源单元及外围设备等组成硬件结构如图2.1所示。
系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小[9]。
图2.1硬件结构图
2.2可编程控制器的特点
PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。
PLC与普通微机一样。
以通用或专用CPU作为字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。
PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修。
编程简单、灵活性强等特点。
2.2.1可靠性
对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。
（1）PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。
（2）PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTTF（平均无故障时间），使可靠性提高。
（3）PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。
（4）PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机更简单的编程语言和更可靠的硬件。
采用了精简化的编程语言，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。
（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；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器内容的保护等。
（6）PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。
例如，采用软件滤波等；软件自诊断；简化编程语言等。
2.2.2易操作性
PLC的易操作性表现在下列几个方面：
（1）操作方便
PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。
大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。
编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。
更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。
更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。
（2）编程方便
PLC有多种程序设计语言可供使用。
对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。
采用布尔助记符编程语言，十分有助于编程人员的编程。
（3）维修方便
PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求减低。
当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。
2.2.3灵活性
PLC的灵活性表现在以下几个方面：
（1）编程的灵活性。
PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。
编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。
（2）扩展的灵活性。
PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。
它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。
（3）操作的灵活性。
操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。
顺序控制系统是应用十分广泛的一种工业控制系统，在机电一体化领域，主要用于自动化机器操作和制造过程控制[10]。
2.3常用PLC介绍
可编程序控制器的产品类型很多，不同厂家、不同系列、不同型号的PLC，功能和结构有所不同，但工作原理和组成基本相同。
目前常用的PLC主要由欧美和日本生产，典型代表为德国西门子（Siemens）公司的S7系列，美国通用电气（GE）的Fanuc系列、日本三菱（Mitsubishi）公司FX系列。
欧姆龙（OMRON）公司的C系列以及松下电工PF1系列等等。
本次设计使用的是三菱公司的FX2N-64M[11]。
2.4PLC的设计步骤
开发应用PLC的设计任务分为硬件和软件设计两部分。
2.4.1硬件设计
图2.1为典型PLC控制系统的硬件组成图。
PLC控制系统的硬件是由PLC，输入/输出（I/O）电路及外围设备等组成的。
系统规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。
下面对构成控制系统的主要部分简要介绍。
（1）主控模块除了早期生产的整体式PLC（PLC的各个不见都在同一机壳内）外，目前市场多数的PLC都已采用模块化的结构（PLC的各个部件独立封装，称之为模块）。
在PLC中各个模块均通过系统总线相互连接起来构成一个系统。
在这个系统中最核心的模块是主控模块（也称CPU），它包括：
CPU，存储器，通信接口等部分。
（2）输入/输出模块PLC的控制对象是工业生产过程，它与工业生产过程的联系是通过I/O模块实现的。
生产过程有许多控制变量，如温度，压力，液位，速度，电压，开关量，继电器状态等，因此，需要有相应的I/O模块作为CPU与工业生产现场的桥梁。
且这些模块应具有较好的抗干扰能力。
目前，生产厂家已开发出各种型号的模块供用户选择。
对于输入/输出模块有：
数字量输入/输出模块，开关量输入/输出模块，模拟量输入/输出模块，交流新号输入/输出模块，220V交流输入/输出模块。
还有智能模块，它本身带CPU，存储器和监控系统，可独立完成各种运算。
智能模块的种类很多，如高速计数模块，PID调节的模拟量控制模块，阀门控制模块，智能存储模块和智能I/O模块。
（3）电源模块该模块将交流电源转换成供CPU存储器所需的直流电源，是整个PLC系统的能源供给中心。
它的好坏直接影响到PLC的功能和可靠性。
目前，大多数PLC采用高质量的开关式稳压电源，与普通电源相比，PLC的电源工作稳定性好，抗干扰能力也强。
有些机器的电源除了供内部电路使用外，还向外提供24VDC的稳压电源，用于外部传感器的需要，这样就避免了因外部电源不合格而引起的外部故障。
（4）I/O电路PLC的基本功能就是控制，它采集被控对象的各种信号。
经过PLC处理后，通过执行装置实现控制。
输入电路就是被控对象（需要进行控制的机器，设备和生产过程）进行检测，采集，转换和输入。
另外，安装在控制台上的按钮，开关等也可以向PLC送控制指令。
输出电路的功能就是接受PLC输出的控制信号，对被控对象执行控制任务[12]。
2.4.2软件设计
PLC控制系统的软件主要是系统软件，应用软件，编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。
（1）PLC系统软件与工作过程PLC系统软件是PLC工作所必须的软件。
在系统软件的支持PLC对用户程序进行逐条的解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。
PLC的这种工作方式就称之为循环扫描。
（2）应用软件PLC控制系统的应用软件是指为完成PLC实际控制任务而编制的各种软件。
随着PLC应用领域范围的不断扩大，应用水平的提高，PLC应用软件也大大丰富起来了。
PLC应用软件与一般计算机信息处理软件相比，有很大不同，PLC应用软件有以下几个特点：
①应用软件设计必须与生产工艺紧密结合。
生产工艺要求不同，控制的功能也就要求不同，即使是相同的生产过程，由于各种设备的工艺参数不一样，控制实现的方式也不一样。
所以程序设计人员必须深入现场，严格遵守生产工艺的具体要求来设计应用程序。
②应用软件与硬件紧密相关。
软件设计人员不能抛开硬件配置和系统孤立地考虑软件设计。
设计必须根据硬件系统，接口的实际情况进行相应的程序设计。
③PLC应用软件的设计需要计算机，自动控制技术甚至网络通信技术等多种知识。
特别是PLC网络的出现，PLC控制系统不再是一个单独的装置。
在控制系统中，可能包括有多台不同型号的PLC，计算机，外围设备等。
因此在进行软件设计时，实现和处理某种控制功能都离不开计算机，自动控制和通信技术。
因此，应用程序中不仅有PLC程序，还有计算机程序和通信网络程序等。
（3）编程语言及编程支持工具软件PLC有多种编程语言：
梯形图语言，助记符语言，逻辑功能图语言，布尔代数语言和某些高级语言（Basic，C语言等）。
但使用广泛的还是梯形图语言和助记符语言。
现在世界上各个PLC生产厂家都研制了自己的PLC编程支持工具软件和监控组态软件。
用户可以根据自己的需要利用这些软件来改善软件的开发环境，提高编程效率[13]。
3控制系统总体设计方案
3.1设计任务
此次设计所涉及的电梯共有五层，电梯的每一层面均有升降及轿厢所在楼层的指示灯显示；每层的楼厅均有输入（分上行和下行）按钮召唤电梯。
工作中的电梯主要对各种呼梯信号和当时的运行状态进行综合分析，再确定下一个工作状态，要求具有自动选向、顺向截梯、反向保号，外呼记忆，自动开/关门状态，停梯消号，自动达层等功能。
电梯的上/下行由一台电动机M1拖动，电动机M1正转（KM1）为电梯上升，反转（KM2）
升级会员 