PLC电梯控制.docx
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PLC电梯控制
目录
第1章PLC的简介1
1.1PLC的由来1
1.2PLC的功能特点2
1.3PLC的分类、应用及发展4
1.4PLC的工作原理以及结构图5
1.5PLC控制电梯的优点6
1.6PLC控制系统设计原则与思路6
第2章电梯的概述8
2.1电梯信号控制系统发展的现状8
2.2电梯结构8
2.3电梯的安全保护装置8
2.4电梯轿厢工作原理9
2.5电梯的控制要求及示意图10
第3章硬件设计11
3.1PLC选型11
3.2干簧感应器的工作原理12
3.3井道信号系统的设计12
3.4电梯控制系统的设计13
第4章软件设计14
4.1FX2N系统的基本逻辑指令14
4.2程序流程图15
4.3梯形图16
4.4程序调试19
第5章致谢
第1章PLC的简介
1.1PLC的由来
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。
当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。
随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。
为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：
1、编程方便，现场可修改程序；
2、维修方便，采用模块化结构；
3、可靠性高于继电器控制装置；
4、体积小于继电器控制装置；
5、数据可直接送入管理计算机；
6、成本可与继电器控制装置竞争；
7、输入可以是交流115V；
8、输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；
9、在扩展时，原系统只要很小变更；
10、用户程序存储器容量至少能扩展到4K。
1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。
这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。
到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。
这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。
1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。
1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。
我国从1974年开始研制。
于1977年开始工业应用。
1.2PLC的功能特点
1.2.1PLC的基本功能
PLC系统一般由以下基本功能构成：
·多种控制功能·数据采集、存储与处理功能·通信联网功能·输入/输出接口调理功能·人机界面功能·编程、调试功能
1、控制功能逻辑控制：
PLC具有与、或、非、异或和触发器等逻辑运算功能，可以代替继电器进行开关量控制。
定时控制：
它为用户提供了若干个电子定时器，用户可自行设定：
接通延时、关断延时和定时脉冲等方式。
计数控制：
用脉冲控制可以实现加、减计数模式，可以连接码盘进行位置检测。
顺序控制：
在前道工序完成之后，就转入下一道工序，使一台PLC可作为多部步进控制器使用。
2、数据采集、存储与处理功能数学运算功能：
基本算术：
加、减、乘、除。
扩展算术：
平方根、三角函数和浮点运算。
比较：
大于、小于和等于。
数据处理：
选择、组织、规格化、移动和先入先出。
模拟数据处理：
PID、积分和滤波。
3、输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。
位数和精度可以根据用户要求选择。
具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。
4、通信、联网功能现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。
通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。
如西门子S7-200的Profibus现场总线口，其通信速率可以达到12Mbps。
在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。
通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。
5、人机界面功能提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。
允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整。
实现人机界面功能的手段：
从基层的操作者屏幕文字显示，到单机的CRT显示与键盘操作和用通信处理器、专用处理器、个人计算机、工业计算机的分散和集中操作与监视系统。
6、编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。
1.2.2PLC的特点
PLC是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。
（1）可靠性高，抗干扰能力强
为了限制故障的发生或者在发生故障时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，各PC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PC具有了很强的抗干扰能力。
通用性强，控制程序可变，使用方便
（2）PLC品种齐全
PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。
用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。
因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。
（3）功能强，适应面广
现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。
既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。
（4）编程简单，容易掌握
目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。
既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。
PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。
与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。
（5）减少了控制系统的设计及施工的工作量
由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。
同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。
并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。
6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便
PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。
并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
1.3PLC的分类、应用及发展
1.3.1PLC的分类
PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。
对PLC的分类可以根据结构、功能的差异等进行大致分类。
1.按I/O点数分类
PLC按其I/O点数多少一般可分为以下4类。
（1）微型PLCI/O点数小于64点的PLC为超小型或微型PLC。
（2）小型PLCI/O点数为256点以下，用户程序存储容量小于8KB的为小型PLC。
（3）中型PLCI/O点数在512～2048点之间的为中型PLC。
（4）大型PLCI/O点数为2048点以上的为大型PLC。
2.按结构分类
PLC按其结构可分为整体式、模块式及叠装式3种。
1）整体式PLC将CPU、I/O单元、电源、通信等部件集成到一个机壳内的称为整体式PLC。
2）模块式PLC模块式PLC是将PLC的每个工作单元都制成独立的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。
3）叠装式PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。
3.按功能分类
根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档3类。
1）低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。
主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。
2）中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量I/O、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。
有些还可增设中断控制、PID（比例、积分、微分控制）控制等功能，以适用于复杂控制系统。
3）高档PLC除具有中档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、函数、表格、CRT可编程控制器原理与应用显示、打印和更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。
1.3.2PLC的应用
可编程控制器在国内外广泛应用于钢铁、石化、机械制造、汽车装配、电力、轻纺、电子信息产业等各行各业。
1.3.3PLC的发展
随着PLC的推广、应用，它在现代工业中的地位已十分重要。
为了占领市场，赢得尽可能大的市场份额，各大公司都在原有PLC产品的基础上，努力地开发新产品，推进新的发展。
这些发展主要侧重于两个方面；一个是向着网络化、大型化、高可靠型、多功能方向发展：
另一个则是向着小型化、低成本、简单易用方向发展。
1.4PLC的工作原理以及结构图
1.4.1PLC的工作原理
PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式
PLC具有微机许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。
微机一般采用等待命令的工作方式。
PLC则采用循环扫描工作的方式。
在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。
如此周而不断循环。
每一个循环称为一个扫描周期。
一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。
所谓I/O刷新即对PLC的输入进行依次读取，将输入端各变量的状态从新读入PLC中存入内部寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O（输出）刷新”。
由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，则本次输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。
由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。
扫描的长短主要受PLC的运算速度，程序长度和每条指令占用时间长短影响。
1.4.2PLC的结构
（1）硬件系统设备：
中央处理器、存储器、输入/输出口、通信接口、编程器和电源部分。
（2）软件系统：
指管理、控制、使用PLC，确定PLC正常工作的一整套程序。
图1.1PLC结构图
1.5PLC控制电梯的优点
（1）用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高
（2）控制系统结构简单，外部线路简化
（3）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便增加或改变控制功能。
（4）PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。
（5）更改控制方案时不需改动硬件接线。
1.6PLC控制系统设计原则与思路
1.6.1PLC控制系统设计基本原则
（1）最大限度地满足被控对象的控制要求
（2）保证PLC控制系统安全可靠
（3）力求简单、经济、使用及维修方便
（4）适应发展的需要
1.6.2PLC控制系统设计思路
本设计以PLC作为工具对三层电梯的各种操作进行控制。
PLC控制系统设计一般分为以下步骤：
（1）熟悉被控对象，制定控制方案
（2）确定I/O点数
（3）选择PLC机型
（4）选择输入、输出设备，分配PLC的I/O地址
（5）程序设计（包括梯形图的绘制）
（6）系统调试
（7）编制相关技术文件
图1.2设计思路流程图
第2章电梯的概述
2.1电梯信号控制系统发展的现状
近年来，我过的电梯生产技术得到了迅速的发展，一些电梯厂也在不断改进。
更新换代生产更新新型的电梯。
继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。
但是，进入90年代，随着科技的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求提高，继电器控制的弱点就很明显的可以看出来。
可编程控制器最早是根据顺序逻辑控制的要求而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。
鉴于种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已经渐渐被PLC控制所替代。
同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已经由原来直流调速渐渐过度到了交流变频调速。
因此，PLC控制技术加变频调速技术已成为现代电行业的一个热点。
2.2电梯结构
1曳引系统曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。
曳引系统主要由曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮组成。
2导向系统导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。
导向系统主要由导轨,导靴和导轨架组成。
3轿箱轿箱是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。
轿箱由轿箱架和轿箱体组成。
4门系统门系统的主要功能是封住层站入口和轿箱入口。
门系统由轿箱门、层门、开门机、门锁装置组成。
5重量平衡系统系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。
系统主要由对重和重量补偿装置组成。
6电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。
电力拖动系统由曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、电动机调速装置等组成。
7电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。
电气控制系统主要由操纵装置、位置显示装置、控制屏（柜）、平层装置、选层器等组成.
8安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。
由限速器、安全钳、缓冲器、端站保护装置组成。
以上内容简单了解就行。
2.3电梯的安全保护装置
1）电磁制动器装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。
2）强迫减速开关其分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上的撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。
3）限位开关当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。
4）行程极限保护开关当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。
5）急停按钮装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。
6）厅门开关每个厅门都装有门锁开关。
仅当厅门关上才允许电梯启动;在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。
7）关门安全开关常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。
8）超载开关当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。
9）其它的开关安全窗开关，钢带轮的断带开关等。
2.4电梯轿箱的工作原理
曳引绳两端分别连者轿箱和对重（又称配重），缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过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进道墙上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运动中偏斜或摆动。
常闭式制动器在电动机工作时松闸，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，拱人员和货物出入。
轿厢是运载乘客或其他载荷的厢体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。
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、测速、照明工作。
指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在搂层位置。
安全装置保证电梯运行安全。
2.5电梯的控制要求及示意图
1）开始时，电梯处于任意一层。
2）当有外呼电梯信号到来是，轿厢响应该呼梯信号，达到该楼层时，轿厢停止运行，（轿厢门打开，延时3秒后自动关门）
3）当有内呼电梯信号到来是，轿厢响应该呼梯信号，达到该楼层时，轿厢停止运行，（轿厢门打开，延时3秒后自动关门）
4）在电梯轿厢运行过程中，即轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼信号均不响应，但如果反方向外呼梯信号前方再无其他内、外呼梯信号时，则电梯响应该外呼梯信号。
例如，电梯轿厢在一楼，将要运行到三楼，在次过程中可以响应二层向上的外呼梯信号，但不响应二层向下的外呼梯信号。
当到达二层，如果三层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应二层向下外呼梯信号。
否则，电梯将继续运行至三楼，然后向下运行响应二层向下外呼梯信号。
5）电梯具有最远反向外呼梯功能。
例如，电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下呼梯，三层向下呼梯则电梯轿厢先去三楼响应三层向下外呼梯信号。
6）电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。
平层且电梯轿厢停止运行后，按开门按钮轿厢开门，按关门按钮轿厢关门。
图2.1电梯示意图
第3章硬件设计
3.1PLC选型
（1）输入/输出点的估算
输入点有：
层门按钮4个，桥厢内按钮6个，楼层感应器3个，桥厢门限开关2个，平层限位1个，障碍检测光点传感器1个，门锁开关3个一起20个。
输出点有：
桥厢内指令灯3个，层门召唤按钮指令灯4个，楼层显示用七段码显示器引脚7个，开关门电动机驱动线圈2个，电梯上下行方向灯2个，上下行接触器2个一起18个。
I/O总点数38个。
（2）可编程控制器机型的选择
FX2，FX1，FX2C是高性能小型可编程控制器，FX0S，FX0N，FX2N是微型可编程控制器。
他们都体积比较小，但功能强大，内置高速记数器，外观，高度，深度都差不多，但性价比有很大的差别。
FX0S的功能简单，价格便宜，可以用于小型开关量的控制系统，FX0N可用于控制要求较高的中小型控制系统，FX2N的功能最强，可用于控制要求很高的控制系统。
根据I/O的点数要求，还要方便以后的扩展，以及指令执行速度，所以选用三菱公司的FX2N系列的FX2N-48MR。
程序容量8K字节。
也给以后功能扩展留下了足够的空间。
（3）输入/输出点的分配
表3-1输入/输出点的分配
输入信号
输入点
输出信号
输出点
桥厢内楼层指令
X0-X2
桥厢内指令灯
Y0-Y2
开关门指令
X3-X4
门厅指令灯
Y3-Y6
开关门限位开关
X5-X6
楼层1显示
Y10
楼层感应器
X10-X12
楼层2显示
Y11
门厅指令
X13-X16
楼层3显示
Y12
平层限位开关
X17
开关门
Y13-Y14
障碍检测光点传感器
X20
上下行
Y15-Y16
门琐
X21-X23
上下方向灯
Y20-Y21
3.2干簧感应器的工作原理
1干簧管
2常闭触点
3转换触点
4常开触点
5永久磁铁
6隔磁板
图3.1干簧感应器
干簧感应器如图3.1所示，在U行槽两侧分别放置永久磁铁和干簧管。
当没有隔磁板插入U形槽时，在磁场的作用下常闭触点2，3闭合，将隔磁板插入U行槽时永久磁铁磁场经空气气隙和隔磁板构成闭合磁路，于是在簧片弹性作用下，触点2，3断开，常开触点3，4闭合。
这样可以根据电梯的控制要求，可以将感应器安装在桥箱的顶部，将隔磁板固定在井道所需位置的导轨上（对某种井道信号的产生，如：
楼层信号有时候需要将感应器安装在井道所需的特定位置的导轨上，将隔磁板固定在桥箱上）。
3.3井道信号系统的设计
1电梯位置的确定与显示
轿厢中的乘客以及门厅中等待乘坐电梯的人都需要知道电梯的当前位置，电梯确定是否能够应答的召唤指令以及什么时候减速平层制动着都需要知道电梯的当前准确位置。
一般的电梯系统的位置信号都是靠设置在井道中的位置开关来实现的，如我们上边说到的干簧感应器，就是比较可靠，性能比较好的一种。
在井道中对应每一楼层的适当位置都安装在一个干簧感应器时，该干簧管的常闭触点接通，表示电梯已经到达该楼层，并置位相应的状态继电器，直到隔磁板插入另外一个楼层的干簧感应器。
2桥箱的平层如停车
轿厢运行后需要确定在那一层站停车，平层既是指停车时桥箱的底与门厅地面相平齐，平层停车需过程需要在桥箱底与停车楼层相平之前就开始，先是减速，然后才开始制动，减小冲击，提高平层的准确性以及乘客的舒适感。
本系统的平层信号是由平层感应器发出的。
上平层感应器和下平层感应器都安装在电梯桥箱的顶上，隔磁板安装在井道壁上。
在上行中，上平层感应器首先插入隔磁板，发出减速信号，电梯开始减速，直到下平层感应器插入隔磁板的时候，说名电梯已经准确平层，发出停车信号，电动机停转，抱死，并发出开门信号。
在电梯下行的过程中井道信号的获得过程与此正好相反。
3.4电梯控制系统的设计
本控制系统是采用变频器和三菱FX2N-80MR型PLC组成的电梯控制系统，电气控制硬件图如图3.2，它由曳引电机、门电机、变频器、可编程控制器PLC及其他电气元件构成。
电路的逻辑部分由PLC来实现，PLC接受来自现场的呼叫、转速、楼层、位置等信号。
发给调速系统的速度信号、门机的开关门信号、楼层显示及呼叫显示信号。
图3.2电梯控制系统
第4章软件设计
4.1FX2N系统的基本逻辑指令
基本逻辑指令是PLC中最基本的编程语言，掌握了它也就初步掌握了PLC的使用方法，各种型号的PLC的基本逻辑指令都大同小异，现在我们针对FX2N系列，学习其指令的功能和使用方法。
一、输入输出指令（LD/LDI/OUT）
下面把LD/LDI/OUT三条指令的功能、梯形图表示形式、操作文件以列表的形式加
以说明：
符号功能梯形图表示操作元件
LD（取）常开触点与母线相连X，Y，M，T，C，S
LDI（取反）常闭触点与母线相连X，Y，M，T，C，S
OUT（输出）线圈驱动Y，M，T，C，S，F
LD与LDI指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。
OUT指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。
输出指令用于并行输出，能连续使用多次。
二、触点串联指令（AND/ANDI）、并联指令（OR/ORI）
符号功能梯形图表示操作元件
AND（与）常开触点串联连接X，Y，M，T，C，S
ANDI（与非）常闭触点串联连接X，Y，M，T，
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