六层双部并联电梯的plc设计大学毕设论文文档格式.docx
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4．调试程序，使其够达到控制要求。
5．MCGS组态作为上位机，做电梯的监控系统，做到能够控制和故障报警。
1.3本设计主要的要求及内容
1.3.1系统设计的主要要求——下位机部分
1．数码管显示楼层数；
电梯由乘客控制执行，轿内优先；
内部选择信息和内外部呼叫信息都具有记忆功能，如果该请求已经得到执行择信号会自动消除；
从站的外部呼叫信号都要返回主站进行询问，由主站决定由从站响应还是从站响应；
运行到要去的楼层后，电梯门自动打开，这时也可以在电梯门内和门内外手动操作；
厢体有重量传感器，当感知重量超出设定值时，声卡发出蜂鸣声报警同时电梯不关门不运行；
我们如果改变PWM0和PWM1的设定值就能改变电梯上下行和开关门的动作速率；
假设轿厢已经到达了目标平层的位置，电梯会执行开门操作同时灭掉该层的呼叫请求指示灯；
启动初执行初始化操作，如果门处于打开状态则先执行关门动作；
如果箱体没停在平层位置，则上行到邻近的楼层位置；
由外呼叫信号而引起的开关门时，按下呼叫按钮（不论内外呼叫），轿厢门都不关门，厢内的灯开关可以控制灯的亮灭。
2．用步进电机来实现电梯的上升和下降。
1.3.2系统的设计的上位机部分
1．界面方面：
采用MCGS组态监控，实现电梯的模拟演示。
各个楼层呼叫和电梯的位置能实时显示，出现故障能及时报警并存盘。
2．内容方面：
既能根据组态界面又能根据外部按钮控制电梯运行，如果电梯的运转出现问题时能立即停车并发出警报，组态界面会出现提示信息。
3．安全性方面：
组态界面设立用户名和密码验证方式，防止非法用户登录和越权操作。
1.3.3设计步骤
1．进行各种元器件的选择；
2．PLC选型连接线路及I/O分配；
3．编写下位机程序，下载调试；
4．编写上位机MCGS组态程序，连接调试。
1.4本章小结
本章主要介绍了本设计主要的结构，从电梯的历史出发，讲述了本电梯设计思路和系统的设计方案，主要部分地系统是如何组成的以及各部分设计的内容和控制规定，结尾处简述了一下该课题设计的步骤和实施内容。
2变频器的原理与应用
2.1变频器
2.1.1变频器的原理
这里有两大类变频器：
间接方式与直接方式的变频器。
间接变频器先把工频交流电源整流成大小可控的直流电源，再经过逆变整流器转换成频率可变的交流，因为如此又称之为交—直—交变频器；
直接方式的变频器就是把常用的交流直接转换成频率可变的交流，因此又叫做交—交变频器。
本文所用三菱通用FR-D700型变频器（原理如图2.1）也属于这一类。
图2.1 交-直-交变频器结构图
2.1.2变频器的选型
交流调速系统的设计要在保证系统指标的前提下，应该使系统结构简单、维护工作量小、成本低、技术成熟的目标来实现系统的最佳配置。
参照过往经验可根据下面的原则来设计以确保该设计的高性价比：
1．调速装置按负载类型选择。
通常希望负载变化时速度变化小，系统工作稳定，静态速度误差小，机械特性硬。
2．考虑调速经济性，优先考虑设备投资。
由于电梯对安全性，可靠性要求较高，因而本课题选择三菱通用FR-D700型变频器。
2.2变频调速系统控制
利用FR-D700型变频器的变频调速系统框图如图2.2所示。
图2.2变频调速的系统框图
2.3本章小结
本章主要的介绍变频调速的相关技术知识和变频器的选择，还有变频调速总体控制系统的结构，为设计下一步步骤奠定了良好的理论准备。
关于变频调速的优点这里就不在鳌述。
3系统控制方案的设计及概述（下位机部分）
3.1PLC应用及其原理
3.1.1PLC应用及其工作原理
PLC是数字控制的电子系统的一种，微处理器是其核心，把计算机、自动控制、数字技术和网络通信技术有效的结合了起来，大部分用在环境恶劣的工业控制环境。
PLC是可编程的逻辑存储器在控制器中的应用，在内部用来存储程序，运行运算逻辑、定时、算术和计数等操作适应用户的指令，适用于用户和控制过程，并且经由模拟式或者数字式输入/输出管控各种机械及生产过程，在实时性、信号处理时间、速度、可靠性、编程方便性、系统配置等方面有明显的独特优势；
由于控制系统采用了模块化的结构，所以性价比高，维修方便，安装简单。
PLC主要由CPU、存储器、I/O接口、电源以及通信接口等几大部分组合而成，如图3.1所表示的是PLC的基本构成。
图3.1PLC基本构成
1．CPU可以说为PLC的控制核心，其囊括了微处理器和接口控制电路，像数字运算、逻辑运算、协调系统内部各部分的工作等功能可以轻易实现。
电路接口用作微处理器与主机内部的其他单元联系的纽带，匹配信号、缓冲数据、管理中断还有选择单元等为其主要性能。
2．存储用户程序和系统程序是存储器的功能，能够分作程序系统存储器与程序用户存储器。
3．I/O单元是PLC的CPU和现场输入/输出部件或其它外部设备之间的接口部件。
I/O模块作为PLC与工业现场联系的桥梁，被控对象或生产过程的各个参数经由I/O接口能检测到。
I/O单元主要有的类型：
输入/输出的数字量，输入/输出的模拟量。
4．两个PLC之间、PLC和远程I/O之间、PLC和计算机及其与其他智能的设备之间的通信经过通信接口实现，能把PLC用于点与点通信连接或接入以太网等。
5．作为为PLC提供电源的电源部分，大多采用开关电源，因为开关电源输入宽范围的电压，良好的抗干扰性，体积小。
循环扫描为PLC工作的方式，如图3.2所示的是对其内部的各种任务按顺序的进行查询、判断和执行和工作的过程。
图3.2工作过程（PLC）
3.2系统硬件设计
3.2.1系统的外观
1．该尺寸外形789毫米（长）×
656毫米（宽）×
2216毫米（高），结构为方柱形，楼层为六层。
2．框架的模型几乎都是用铝合金材质。
每个楼层外部都有一个数码管和一个指示运行方向的箭头。
3．由于大部分电线布于卡槽内，显得整齐工整。
4．由于这个小的电梯轿厢模型模拟真实实物，乘客进不去，所以用外部无线遥控模拟内部乘客的真实呼叫。
3.2.2运动系统
这个系统中，以主电梯为例，用一个收变频器控制的交流电动机控制电梯的升降，用一个小的直流电动机控制电梯门的开关。
1．升降运动系统
升降电动机位于电梯模型的顶部并配合有小滑轮（5个），钢丝绳贯穿于其间，钢丝绳两端分别连接着轿厢和配重，通过交流电机控制钢丝绳来拉动厢体的上下运动。
交流电机通过三菱变频器采用了PWM调制脉宽的方法来控制升降速度，使得电梯升降速度可调成为可能。
通过PLC编程把PWM信号脉冲经由输出口Q0.0和Q0.1来输出。
我们能够变更Q0.0控制电机的上升下降。
变更Q0.1的值控制开关门的调速。
在每个楼层上都装有限位器，用来采集平层信号。
如果厢体经过到此楼层时限位器接受到信号动作，平层限位信号就会传到PLC中。
2．门拖地系统
电梯的门由两部分构成：
厅门和轿厢门。
其中外门由厢体门带动它执行开关门。
轿厢门有两个限位传感器，检测门是否开关到位，只有轿厢门处于关闭状态下电梯才能上下运动。
轿厢门上有防夹人开关，当夹人开关处于接通状态下时电梯门重新打开。
在轿厢的内部有一个开关式的传感器模拟超重状态，当开关式传感器接通时电梯门重新打开或者不关门，与此同时，电梯发出蜂鸣声，提示乘客电梯已经超重。
3．主PLC对应接口表
外一楼上呼叫I0.0
外二楼下呼叫I0.1
外二楼上呼叫I0.2
外三楼下呼叫I0.3
外三楼上呼叫I0.4
外四楼下呼叫I0.5
外四楼上呼叫I0.7
外五楼下呼叫I1.0
外五楼上呼叫I1.1
外六楼下呼叫I1.2
内一楼呼叫I1.3
内二楼呼叫I1.4
内三楼呼叫I1.5
内四楼呼叫I2.0
内五楼呼叫I2.1
内六楼呼叫I2.2
一楼限位信号I2.3
二楼限位信号I2.4
三楼限位信号I2.5
四楼限位信号I2.6
五楼限位信号I2.7
六楼限位信号I3.0
选择1开关I3.1
选择2开关I3.2
遥控开门信号I3.3
遥控关门信号I3.4
遥控灯控制I3.5
开门限位信号I3.6
关门限位信号I3.7
内一楼呼叫保M1.0
内二楼呼叫保M1.1
内三楼呼叫保M1.2
内四楼呼叫保M1.3
内五楼呼叫保M1.4
内六楼呼叫保M1.5
上下电机PWMQ0.0
关门电机PWMQ0.1
上行控制Q0.2
下行控制Q0.3
开门控制Q0.4
关门控制Q0.5
灯控制Q0.6
一楼上呼叫灯Q0.7
二楼下呼叫灯Q1.0
二楼上呼叫灯Q1.1
三楼下呼叫灯Q2.0
三楼上呼叫灯Q2.1
四楼下呼叫灯Q2.2
四楼上呼叫灯Q2.3
五楼下呼叫灯Q2.4
五楼上呼叫灯Q2.5
六楼下呼叫灯Q2.6
数码管1Q3.3
数码管2Q3.4
数码管4Q3.5
数码管8Q3.6
加减速用1M3.0
加减速用2M3.1
加减速用3VB10
开门允许M0.2
开关门过程M0.3
开门信号M0.4
开门保持M0.5
开门后延时M0.6
关门保持M0.7
组态王关门M4.3
开门前等待T37
开门后等待T38
错误记忆VB0
上下行速度VW2
开关门速度VW4
上行允许V40.0
下行允许V40.1
电梯楼层数VB41
一楼上呼叫V42.0主站的上下请求
二楼下呼叫V42.1
二楼上呼叫V42.2
三楼下呼叫V42.3
三楼上呼叫V42.4
四楼下呼叫V42.5
四楼上呼叫V42.6
五楼下呼叫V42.7
五楼上呼叫V43.0
六楼下呼叫V43.1
一楼上V44.0由主站执行上下电梯
二楼下V44.1
二楼上V44.2
三楼下V44.3
三楼上V44.4
四楼下V44.5
四楼上V44.6
五楼下V44.7
五楼上V45.0
六楼下V45.1
开关门变量VB50
从一楼上呼叫灯V17.0从站的灯
从二楼下呼叫灯V17.1
从二楼上呼叫灯V17.2
从三楼下呼叫灯V17.3
从三楼上呼叫灯V17.4
从四楼下呼叫灯V17.5
从四楼上呼叫灯V17.6
从五楼下呼叫灯V17.7
从五楼上呼叫灯V18.0
从六楼下呼叫灯V18.1
从一楼限位信号V19.0
从二楼限位信号V19.1
从三楼限位信号V19.2
从四楼限位信号V19.3
从五楼限位信号V19.4
从六楼限位信号V19.5
从上行允许V20.0
从下行允许V20.1
从电梯楼层数VB21
从一楼上请求V22.0
从二楼下请求V22.1
从二楼上请求V22.2
从三楼下请求V22.3
从三楼上请求V22.4
从四楼下请求V22.5
从四楼上请求V22.6
从五楼下请求V22.7
从五楼上请求V23.0
从六楼下请求V23.1
从一楼上执行V24.0
从二楼下执行V24.1
从二楼上执行V24.2
从三楼下执行V24.3
从三楼上执行V24.4
从四楼下执行V24.5
从四楼上执行V24.6
从五楼下执行V24.7
从五楼上执行V25.0
从六楼下执行V25.1
从一楼上V26.0主站的命令。
v26.0=1表示
从二楼下V26.1由从站完成一楼上的任务
从二楼上V26.2
从三楼下V26.3
从三楼上V26.4
从四楼下V26.5主站写。
从四楼上V26.6
从五楼下V26.7其他信号的作用类推。
从五楼上V27.0
从六楼下V27.1
从一楼上灯V28.0主站的命令。
v26.0=1和v26.0=0分别表示
从二楼下灯V28.1从站的外一楼上呼叫按钮的灯亮和灭的命令。
从二楼上灯V28.2
从三楼下灯V28.3
从三楼上灯V28.4主站写。
从四楼下灯V28.5
从四楼上灯V28.6其他信号的作用类推。
从五楼下灯V28.7
从五楼上灯V29.0
从六楼下灯V29.1
图3.3PLC的硬件接线图
3.3软件设计
3.3.1系统的工作原理介绍
六层双部并联电梯是建立在单台电梯控制系统基础上的，于是在设计电梯的算法时首先会想到以单台电梯的控制逻辑为根本。
在设计程序时要充分地考虑系统的要求，合理地分配请求信号。
六层双部并联电梯运行不能和单部电梯运行逻辑相冲突，结合程序编写的逻辑，我们把六层双部并联电梯的算法进行了如下的运行设计：
六层双部并联电梯控制系统的整体工作逻辑框图如图3.5所示。
图3.4工作原理图
3.3.2系统功能实现分析与介绍
3.3.2.1主PLC
1．在PLC程序里面需要在主程序里面写入如图3.1所示的程序与从站通讯。
通讯前，首先要检查两个PLC之间的RS485通讯线是否连接完好（我开始通讯连接的时候就有一个根线断了），确认连接完好后再设置通讯协议要求的波特率，把拨码器上的开关拨到设定值上，接下来要把两个PLC的运行方式拨到STOP状态下或者调试状态下。
一切准备就绪后，就开始程序的编程和状态的设置了。
不过，在程序运行前，一定要再次检查硬件运行是否流畅，是否有螺丝松动，限位器或开关的位置是否合适，插销与相应的缝隙是否在一条线上等等。
因为程序一旦运行，很容易造成电梯模型的损坏，徒增了一些不必要的损失。
想想，如果这部电梯如果载着乘客，发生硬件问题对乘客的生命危险是相当大的。
以此，务必要再次检查硬件的连接及完好性。
图3.1与从站通讯
2．主站有请求时判断给主站还是从站如图3.2。
通过设计的最优运行方式响应乘客的呼叫，其实这也是六层双部并联电梯设计的复杂处，也是其特色所在。
不仅使乘客的等待时间大大缩短，也使电梯功耗降低，效率提高，可靠性增强。
图3.2判断是主/从站
3．开门关门控制开关门过程置位，则开门。
开门后，在自然状态下经过2秒延时后关门。
第一次上电时，如果门在开启的状态下则先自动关门。
碰到关门限位器后，内存的开关门状态复位，即不允许开关门。
在从PLC程序里面也要设置相应的设置，如图3.3。
图3.3关门控制
4．上下行PWM和开关门PWM，如图3.4
图3.4上下行速度控制
5．电梯下行到一层时，下行过程复位，开关门过程置位，一层上行呼叫灯灭，内一层呼叫保持复位，上行允许置位。
如果满足上行条件，则上行。
如图3.5
6．电梯下行到二层时，如果二层下行呼叫灯亮或内二层呼叫保持置位，则二层下行呼叫灯灭，内二层呼叫保持复位，并且开关门过程置位。
如果满足下行条件，则下行。
如果不满足下行条件，且二层上行呼叫灯亮，则二层上行呼叫灯灭，并且开关门过程置位。
如果不满足下行条件而且开关门过程复位，则置上行允许置位。
如图3.6
图3.5判断一层上下行条件
图3.6判断二层上下行条件
7．数码管显示轿厢的楼层数。
控制轿箱内灯亮灭。
如图3.7
图3.7数码管显示
8．开关门请求。
如图3.8所示，当电梯到达目的楼层或乘客请求的平层时，系统会自动打开轿厢门，接触到限位开关时停止，厢体门经过2秒延时进行关门动作；
当超重开关处于接通状态下时，电梯不关门；
当同层由请求时，电梯重新开门。
图3.8电梯开关门判断
9．当电梯没有上下请求信号,在平层位置时遥控开门信号可以使电梯开门。
如图3.9
图3.9平层时内呼轿厢门开关判断
10．有内呼叫信号，该内呼叫保持置位。
对于内呼叫请求电梯优先执行。
如图3.10
图3.10内呼叫保持
11．灯灭且从站无上下任务则从站的灯灭。
如图3.11
图3.11从站灯控制
12．灯灭时（表示主站完成上下电梯任务），请求清零。
如图3.12所示。
灯的亮灭表示乘客外部呼叫请求，乘客按下按钮时灯亮；
同时，也可由MCGS组态的控制画面来操作控制外部请求，也可以控制灯的亮灭。
由组态控制内部变量同样经由PLC程序执行。
图3.12灯灭请求清零
3.4本章小结
本章主要介绍系统中下位机PLC的部分，简单介绍了硬件的选型、I/0的配置、硬件接线图、主电路和硬件安全的保护的措施，详细的分析系统的工作的原理、系统能够实现的各项功能。
PLC控制器部分是整个控制系统的核心，与上位机MCGS组态是结合可形成一个实用的一体化嵌入式工业控制系统。
4MCGS组态的设计及概述（上位机部分）
4.1MCGS组态概述
4.1.1绪言
MCGS组态是操作人员和机器设备之间的双向沟通的桥梁，用户可以自由地组合文字、数字、按钮、图形等来处理或者监控管理和应对各种可能发生变化信息的多功能显示屏幕。
由于计算机技术的强大功能，把它用于工业控制中将会大大降低成本、具有丰富的可用资源、开发容易等优点。
可是如果要把计算机和当代的种种工业控制设备连接起来仍需要编写大量的各种程序、画面显示、处理数据等各种应用程序，对于现场的工程师来说，能完成如此的任务会使效率很低，还有会影响他们对控制任务自身的重视，因此在这个大环境下组态软件应运而生。
4.1.2MCGS通用组态的特点
MCGS组态软件具有可视化简单而又灵活的操作界面，良好的并行处理性能，丰富、形象的多媒体画面，开放式的结构，能够获取广泛的数据和处理强大的数据性能，完善的安全保护方式，连接网络的功能强劲，报警功能具有多样化，使得复杂的运行流程便于控制等。
4.1.3MCGS组态界面介绍
运行组态，点击新建工程，就会弹出一个界面，界面的显示的图像如图4.1所示。
图4.1软件框架图
4.2组态MCGS与西门子PLC200的通信
1.首先是通过点击设备窗口—设备工具箱—设备管理，添加通信串口父设备
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