基于PLC控制的四层 电梯设计研究.docx
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毕业论文（设计）
PLC四层电梯设计
杨鹏
指导老师：
五考彖
班级：
高财机电072
系（部）：
机电工程条
专业：
机电技木■用
答辩时间：
海,5
基于PLC控制的四层电梯设计
摘要
PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。
它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。
随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。
电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。
PLC在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。
由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。
在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对的控制。
本文主要讨论研究利用PLC对电梯进行控制的问题。
关键词：
PLC；电梯控制；西门子;升降
ABSTRACT
PLC（programmablecontroller）takesoneindustrialcontrolmicrocomputer,itisconvenientbyitsprogramming,simplicityofoperatoritsmeritsandsoonhighcontrollability,obtainedthewidespreadapplicationparticularlyintheindustrialproductionprocess.Itappliesthelargescaleintegratedcircuit,theminiaturemachinetechnologyandthemechanicsofcommunicationdevelopmentachievement,formedgraduallyhadmanykindsofmeritsandminiature,medium,large-scale,theultra-largetypeandsooneachkindofspecification'sserialproducts,appliedtomonitorsbetweencomputer'smanycontroldomainfromtheblack-whitecontrolsystem.Alongwithsociety'sunceasingdevelopment,thebuildingisgettinghigherandhigher,buttheelevatorbecamethehigh-levelbuildingtotheequipment.Theelevatorfromthehandleswitchoperationelevator,thepush-buttoncontrolelevatordevelopstopresent'sgroupcontrolelevator,hasmadetheindeliblecontributionforhigh-leveltransportation.PLCmainlymanifestsintheelevatorcuingcontrol'sapplicationinitslogicalswitchcontrolfunction.BecausePLChasthelogicoperation,countingandfixedtimeaswellasdatafeedsoutputfunction.Intheelevatorrisesandfallsintheprocess,eachlogicalswitchcontrolandthePLCverygoodunion,verygoodhaverealizedtothefluctuationthecontrol.
ThisarticlemaindiscussionstudiesusesSimensintheS7-200PLCtocarryonthecontroltoelevator'sfluctuation,formstheliftcontrolsystem.
目录
摘要 1
1. 1电梯硬件的分析 4
1. 1.1电梯的组成 4
1. 1.2电梯的工作原理 5
1.2电梯控制方法的分析 5
1.3整体设计流程的确定 7
2可编程控制器的机型选 7
2. 1可编程控制器控制系统的I/O点数估算 7
2. 1.1控制电磁阀等所需的I/O点数 7
2. 1.2控制交流电机所需的I/O点数 7
2. 1.3控制直流电动机所需的I/O点数 7
2.2内存的估计 8
2.2.1内存利用率的说明 8
2.2.2开关量输入输出的点数的确定 8
2.2.3模拟量输入输出的总点数的确定 8
2.2.4程序编写质量的计算 8
2.3响应时间的分析 8
2.4输入输出模块的选择 9
2.5机型的确定 9
3硬件设计 10
3. 1硬件配置简介 10
3. 2输入/输出的分配 10
3. 2.1输入 10
3. 2.2输出 11
4软件设计 12
4. 1梯形图 12
5程序调试、运行 14
5. 1正常情况下程序调试 14
5.2过程分析 14
5.2.1用指示灯来模拟电梯的运行过程 14
6总结 25
参考文献 26
致谢 27
1.1电梯硬件的分析
1. 1.1电梯的组成
（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机、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） 轿厢
轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。
轿厢由轿厢架和轿厢体组成。
（4） 门系统
门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。
门系统由轿厢门，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。
1.1.2电梯的工作原理
曳引绳两端分别连着轿厢和对重，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，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。
常闭块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，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楼层位置。
安全装置保证电梯运行安全。
1.2电梯控制方法的分析
随着科学技术的发展、近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展。
目前电梯控制系统主要有三种控制方式：
继电路控制系统（“早期安装的电梯多位继电器控制系统）、PLC控制系统、微机控制系统。
继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。
微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。
而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造
目前国内七八十年代安装的许多电梯电气部分用继电器接触器控制系统，线路复杂，接线多，故障率高，维修保养难，许多已处于闲置状态，其拽引系统多采用交流双速电机系统换速，效率低，调速性能指标较差，严重影响电梯运行质量。
由于这些电梯交流调压调速系统，交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适感较差，交流调压调速系统属能耗型调速的机械部分无大问题，为节约资金，大部分老式电梯用户希望对电梯的电气控制系统进行改造，提高电梯的运行性能。
因此对电梯控制技术进行研究，寻找适合我国老式电梯的改造方法具有十分重要的意义
电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。
PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之
自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。
并形成了一系列的定型产品。
在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。
1.3整体设计流程的确定
综上所述，本设计就以PLC作为工具对升降电梯的各种操作进行控制。
以上已对四层电梯的硬件部分作了分析，看需要什么样的开关，电机，信号灯等。
然后，画出它的控制面板图，再根据控制面板图估计一下I/。
点数，这样可以确定所选机型，然后在软件设计，写出流程图，梯形图，写出语句。
最后是进行调试，看看此程序是否可行。
2可编程控制器的机型选
2.1可编程控制器控制系统的I/O点数估算
2. 1.1控制电磁阀等所需的I/O点数
有电磁阀的动作原理可知，一个单线圈电磁阀用可编程控制器时需两个输入及一个输出；一个双线圈电磁阀需三个输入及两个输出；-个比例式电磁阀需三个输入及五个输出。
一个按钮需一个输入；一个光电开关要占用一个或两个输入点；一个信号占用一个输出点；而波段开关，有几个波段就占用几个输入点；一般情况，各种位置开关都要占用两个输入点。
根据上面所述原理分析，本设计用到十个按钮，需要十个输入点。
四个位置按钮，需要八个输入点。
十六个信号灯，需要十六个输出点。
2.1.2控制交流电机所需的I/O点数
根据具体情况，本设计可以不用到交流电机，所以，可以不算上交流电机的I/O点数。
2.1.3控制直流电动机所需的I/O点数
本设计是对电梯的控制，所以，我们根据情况可知，要控制电梯的上升木口下降，需要一个可逆运行的直流电机。
这样，我们需要九个输入点和六个输出点。
2.2内存的估计
用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：
内存利用率；开关量输入输出点数；模拟量输入输出点数；用户的编程水平。
2.2.1内存利用率的说明
我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为利用率。
2.2.2开关量输入输出的点数的确定
一般系统中，开关量输入和开关量输出的比为6：
4O这方面的经
验公司是根据开关量输入、开关量输出的总点数给出的。
所需内存字数二开关量（输入+输出）总点数*10
2.2.3模拟量输入输出的总点数的确定
只有模拟量输入时：
内存字数二模拟量点数*100
模拟量输入输出同时存在：
内存拟量字数*200
2.2.4程序编写质量的计算
经验计算公式：
总存储器字数二（开关量输入点数+开关量输出点数）*10+模拟量点数*150。
然后按计算存储器字数的25%考虑裕量。
2.3响应时间的分析
可编程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。
系统响应时间是指输入信号产生时刻与由此而使输出信号状态发生变化时刻的时间间隔。
系统响应时间=输入滤波时间+输出滤波时间+扫描周期。
2.4输入输出模块的选择
可编程控制器输入模块是检测并转换来自现场设备（按钮、限位开关、接近开关等）的高电平信号为机器内部电平信号，模型类型分直流5、12、24、48、60V几种;交流115V和220V两种。
模块输出的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信
号。
输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共段所允许通过的电流值。
输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。
2.5机型的确定
综上所述，根据具体情况，我们选择三菱的FX系列。
输入输出点数为34点，电机20点，考虑10%到15%的I/O裕量，我们选择FX2N-64MR这种型号。
3硬件设计
3.1硬件配置简介
PLC产品出现以来，它以面向工业控制的鲜明特点，普遍受到电器控制领域的欢迎。
特别是中小容量PLC成功取代了传统的继电控制系统，使得控制系统的可靠性大大提高。
目前各国生产的PLC品种繁多，发展速度快。
3.2输入/输出的分配
3.2.1输入
表5.6输入
序
号
名称
输入
点
序
号
名称
输入
点
0
四层内选按钮
S4
X000
7
一层上呼按钮U1
X007
1
三层内选按钮
X001
8
二层上呼按钮U2
X010
S3
2
二层内选按钮
S2
X002
9
三层上呼按钮U3
X011
3
一层内选按钮
S1
X003
10
一层行程开关
SQ1
X012
4
四层下呼按钮
D4
X004
11
二层行程开关
SQ2
X013
5
三层下呼按钮
D3
X005
12
三层行程开关
SQ3
X014
6
二层下呼按钮
D2
X006
13
四层行程开关
SQ4
X015
3.2.2输出
表5.7输出
序
号
名称
输出
点
序
号
名称
输出
点
0
四层指示L4
Y000
8
二层内选指示
SEL2
Y010
1
三层指示L3
Y001
9
一层内选指示
SEL1
you
2
二层指示L2
Y002
10
一层上呼指示
UP1
Y012
3
一层指示L1
Y003
11
二层上呼指示
UP2
Y013
4
轿箱下降指示
DOWN
Y004
12
三层上呼指示
UP3
Y014
5
轿箱上升指示UP
Y005
13
二层下呼指示
DN2
Y015
6
四层内选指示
SL4
Y006
14
三层下呼指示
DN3
Y016
7
三层内选指示
SL3
Y007
15
四层下呼指示
DN4
Y017
4软件设计
4.1梯形图
5程序调试、运行
通过手动编程器输入PLC,在操作中主要是熟悉FX系列可编程控制的功能、指令代码。
将编程器插在基本单元上，将基本单元与编程器置于编程状态，然后消除用户程序存储器，输入控制程序。
5.1正常情况下程序调试
先按I/O接口图接好线，输入正常情况下的程序指令，启动运行。
5.2过程分析
电梯在一、二、三、四层楼分别设置一个行程开关，在轿箱内设置四个楼层内选按钮。
在行程开关SQLSQ2、SQ3、SQ4都断开的情况下，呼叫不起作用。
5.2.1用指示灯来模拟电梯的运行过程
（1）从一层到二层：
接通X012即接通SQ1,表示轿箱原停楼层1,按S2,即X002接通一下，表示呼叫楼层2,则Y010接通，二层内选指示灯SEL2亮，Y005接通，表示电梯上升。
断开SQ1,一层指示灯L1亮，过2秒后，一层指示灯L1灭、二层指示灯L2亮。
直至SQ2接通，Y010断开（二层内选指示灯SEL2灭），Y005断开（表示电梯上升停止），二层指示灯L2灭，电梯到达二层。
在轿箱原停楼层为1时，按U2,电梯运行过程同上。
（2）从一层到三层：
接通X012即接通SQ1,表示轿箱原停楼层1,按S3,即X001接通一下，表示呼叫楼层3,则Y007接通，三层内选指示灯SEL3亮，Y005接通，表示电梯上升。
断开SQ1,一层指示灯L1亮，过2秒后，一层指小灯L1灭、二层指小灯L2亮；过2秒后，二层指不灯L2灭、三层指示灯L3亮。
直至SQ3接通，Y007断开（三层内选指示灯SEL3灭,Y005断开（表示电梯上升停止），三层指示灯L3灭，电梯到达三层。
在轿箱原停楼层为1时，按U3,电梯运行过程同上。
（3） 从一层到四层：
接通X012即接通SQ1,表示轿箱原停楼层1,按S4,即X002接通一下，表示呼叫楼层4,则Y006接通，四层内选指示灯SEL4亮，Y005接通，表示电梯上升。
断开
SQ1,一层指示灯L1亮，过2秒后，一层指示灯L1灭、二层指示灯L2亮；过2秒后，二层指不灯L2灭、三层指不灯L3亮；过2秒后，三层指示灯L3灭、四层指示灯L4亮。
直至SQ4接通，Y006断开（四层内选指示灯SEL4灭），Y005断开（表示电梯上升停止），四层指示灯L4灭，电梯到达四层。
在轿箱原停楼层为1时，按D4,电梯运行过程同上。
（4） 从二层到三层：
接通X013即接通SQ2,表示轿箱原停楼层2,按S3,即X001接通一下，表示呼叫楼层3,则Y007接通，三层内选指示灯SEL3亮，Y005接通，表示电梯上升。
断开SQ2,二层指示灯L2亮，过2秒后，二层指示灯L2灭、三层指示灯L3亮。
直至SQ3接通，Y007断开（四层内选指示灯SEL4灭,Y005断开（表示电梯上升停止），三层指示灯L3灭，电梯到达三层。
在轿箱原停楼层为2时，按U3,电梯运行过程同上。
（5） 二层到四层：
接通X013即接通SQ2,表示轿箱原停楼层2,按S4,即X000接通一下，表示呼叫楼层4,则Y006接通，四层内选指示灯SEL4亮，Y005接通，表示电梯上升。
断开SQ2,二层指示灯L2亮，过2秒后，二层指小灯L2灭、三层指不灯L3亮；过2秒后，三层指不灯L3灭、四层指示灯L4亮。
直至SQ4接通，Y006断开（四层内选指示灯SEL4灭），Y005断开（表示电梯上升停止），四层指示灯L4灭，电梯到达四层。
在轿箱原停楼层为2时，按D4,电梯运行过程同上。
（6） 从三层到四层：
接通X014即接通SQ3,表示轿箱原停楼层3,按S4,即X000接通一下，表示呼叫楼层4,则Y006接通，四层内选指示灯SEL4亮，Y005接通，表不电梯上升。
断开SQ3,三层指不灯L3亮，过2秒后，三层指示灯L3灭、四层指示灯L4亮。
直至SQ4接通，丫006断开（四层内选指示灯SEL4灭，Y005断开（表示电梯上升停止），四层指示灯L4灭，电梯到达四层。
在轿箱原停楼层为3时，按D4,电梯运行过程同上。
（7）四层到三层：
接通X015即接通SQ4,表示轿箱原停楼层4,按S3,即X001接通一下，表示呼叫楼层3,则Y007接通，三层内选指示灯SEL3亮，Y004接通，表示电梯下降。
断开SQ4,四层指示灯L4亮，过2秒后，四层指示灯L4灭、三层指示灯L3亮。
直至SQ3接通，Y007断开（三层内选指示灯SEL3灭），Y004断开（表示电梯下降停止），三层指示灯L3灭，电梯到达三层。
在轿箱原停楼层为4时，按D3,电梯运行过程同上。
（8） 四层到二层：
接通X015即接通SQ4,表示轿箱原停楼层4,按S2,即X002接通一下，表示呼叫楼层2,则Y010接通，二层内选指示灯SEL2亮，Y004接通，表示电梯下降。
断开SQ4,四层指示灯L4亮，过2秒后，四层指小灯L4灭、三层指不灯L3亮，过2秒后，三层指不灯L3灭、二层指示灯L2亮。
直至SQ2接通，Y010断开（二层内选指示灯SEL2灭），Y004断开（表示电梯下降停止），二层指示灯L2灭，电梯到达二层。
在轿箱原停楼层为4时，按D2,电梯运行过程同上。
（9） 从四层到一层：
接通X015即接通SQ4,表示轿箱原停楼层4,按S1,即X003接通一下，表示呼叫楼层1,则Y011接通，一层内选指示灯SEL1亮，Y004接通，表示电梯下降。
断开SQ4,四层指示灯L4亮，过2秒后，四层指示灯L4灭、三层指示灯L3；过2秒后，三层指示灯L3灭、二层指示灯L2亮；过2秒后，二层指示灯L2灭、一层指示灯L1亮。
直至SQ1接通，Y011断开（一层内选指示灯SEL1灭），Y004断开（表示电梯下降停止），一层指示灯L1灭，电梯到达一层。
在轿箱原停楼层为4时，按U1,电梯运行过程同上。
（10） 三层到二层：
接通X014即接通SQ3,表示轿箱原停楼层3,按S2,即X002接通一下，表示呼叫楼层2,则Y010接通，二层内选指示灯SEL2亮，Y004接通，表示电梯下降。
断开SQ3,三层指示灯L3亮，过2秒后，三层指示灯L3灭、二层指示灯L2亮。
直至SQ2接通，Y010断开（二层内选指示灯SEL2灭，Y004断开（表示电梯下降停止），二层指示灯L2灭，电梯到达二层。
在轿箱原停楼层为3时，按D2,电梯运行过程同上。
（11） 三层到一层：
接通X014即接通SQ3,表示轿箱原停楼层3,按S1,即X003接通一下，表示呼叫楼层1,则Y011接通，一层内选指示灯SEL1亮，Y004接通，表示电梯下降。
断开SQ3,三层指示灯L3亮，过2秒后，三层指示灯L3灭、二层指示灯L2亮；过2秒后，二层指示灯L2灭、一层指示灯L1亮。
直至SQ1接通，Y011断开（一层内选指示灯SEL1灭），Y004断开（表示电梯下降停止）,一层指示灯L1灭，电梯到达一层。
在轿箱原停楼层为3时，按U1,电梯运行过程同上。
（12）从二层到一层：
接通X013即接通SQ2,表示轿箱原停楼层2,按S1,即X003接通一下，表示呼叫楼层1,则Y011接通，一层内选指示灯SEL1亮，Y004接通，表示电梯下降。
断开SQ2,二层指示灯L2亮，过2秒后，二层指示灯L2灭、一层指示灯L1亮。
直至SQ1接通，Y011断开（一层内选指示灯SEL1灭,Y004断开（表示电梯下降停止），一层指示灯L1灭，电梯到达一层。
在轿箱原停楼层为2时，按U1,电梯运行过程同上。
（13） 从一层到二、三、四层：
接通X012即接通SQ1,表示轿箱原停楼层1,按S2、S3、S4,即XOOO、X001、X002接通一下，表示呼叫楼层为2、3、4,则Y010、Y006、Y007接通，二层内选指示灯SEL2
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