基于PLC的六层电梯控制设计

基于PLC的六层电梯控制目录1.前言2 1.1 课题的主要讨论内容4 1.2 PLC及其在电梯控制中的应用特点5 1.3 课题的提出5 1.4 电梯的功能要求52.三菱FX2N系列可编程序控制器介绍53.设计的主要内容6 3.1 电梯的主要电气设备5 3.2 输入输出设计6 3.3 算法说明8 3.4 程序中相关中间继电器的说明9 3.5梯形图的设计10 3.6 梯形图程序12 3.7 电梯模拟调试及安装174.总结18致 谢19参考文献201.前 言1.1 课题的主要讨论内容我的课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）改造在用电梯自动控制系统。由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。1.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点1.1.1 PLC 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。1、可靠性（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，（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。（6） PLC 的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。2、易操作性（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。3、灵活性（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。1.3 课题的提出PLC以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。在电梯业也是如此，目前国内 7080 年代安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多，故障率高，系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大，严重地影响电梯运行质量。应对这些电梯进行更新和改造。但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难，所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。近年来，采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯，取得了良好效果。利用 PLC 和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。1.4 电梯的功能要求（1）电梯运行到指定位置后应具有手动或自动开/关门的功能。（2）利用指示灯显示电梯轿厢外的呼唤信号、电梯轿厢内的指令信号和电梯的到达信号。（3）能自动判断电梯的运行方向，并发出响应的指示信号。（4）电梯的上行下行有一台交流双速电机牵引。电机正传，电梯上升；电机反转，电梯下降。（5）电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。电机正传，轿厢门打开；电机反转，轿厢门关闭。（6）每一层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮；轿厢内的层面指令按（7）电梯启动、运行、到站实现速度的调节。（8）运行时，厅门和轿厢都不能开门。开门之后不能运行，有门连锁保护。平层时可自动开门、手动开门，夹人时自动开门。 2.三菱FX2N 系列可编程序控制器介绍1. 三菱FX2N PLC的主要特点：1)集成型高性能。CPU、电源、输入输出三为一体。 对6种基本单元，可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。 2)高速运算 3)安全、宽裕的存储器规格 4)丰富的软元件范围 5)除了具有输入输出16256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。 6)面向海外的产品适合各种安全规格。2. PLC的性能指标和分类1) PLC的主要性能指标(1)输入输出点数（IO点数）l (2)存储容量l (3)扫描速度l (4)功能扩展能力l (5)指令系统2) PLC的分类通常，PLC产品可按结构形式、控制规模等进行分类。按结构形式不同, 可以分为整体式和模块式两类。按控制规模大小、则可以分为小型、中型和大型PLC三种类型。3. PLC系统的组成PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似。PLC也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。1) PLC的硬件结构一套PLC系统在硬件上由基本单元（包含中央处理单元、存储器、输入输出接口、内部电源）、IO扩展单元及外部设备组成。2) PLC的软件PLC的软件系统指PLC所使用的各种程序的集合，它由系统程序（系统软件）和用户程序（应用软件）组成。系统程序：包括监控程序、输入译码程序及诊断程序等。用户程序是用户根据控制要求，用PLC的编程语言（如梯形图）编制的应用程序。3.设计的主要内容3.1电梯的主要电气设备（1） 牵引电动机 齿轮牵引机为电梯的提升机构。 （2）自动门机 用来完成电梯的开门与关门。电梯的门分为厅门（每层站一个）与轿门（只有一个）。（3）层楼指示灯 层楼指示灯也叫层显，安装在每层站厅门的上方和轿箱内轿门的上方，用以指示电梯的运行方向及电梯所处的位置。（4）呼梯盒 用以产生呼叫信号。常安装在厅门外，离地面一米左右的墙壁上。（5）操纵箱 操纵箱安装在轿箱内，供乘客对电梯发布动作命令。其上面设有与电梯层站数相同的内选层按钮。（6）平层及开门装置 该装置如图所示。由平层感应器及楼层感应器组成。上行时，上磁铁板先触发楼层感应器，发出减速停车信号，电梯开始减速，至平层感应器触发时，发出开门及停车信号，电动机停转，抱闸抱死。下行时，下磁铁板出发楼层感应器，发出减速停车信号，电梯开始减速，至平层感应器触发时，发出开门及停车信号。（7）轿厢位置检测装置俗称选层器，它检测电梯轿厢运行状态，所处位置，及时向控制系统发出所需要的信号。 电梯的平层、停层装置示意图3.2输入输出设计元件符号名称及作用输入元件符号名称及作用输出KA1门锁X000KM1上行Y000SA1-1自动X001KM2下行Y001SA1-2检修X002KM3高速Y002SB1开门X003KM4低速Y003SB2关门X004KM5启动加速Y004SB3上行启动X005KM6-KM8制动减速Y005Y007SB4下行启动X006KM9开门Y010SQ5基站开关X007KM10关门Y011SQ6开门到位开关X0101HL-5HL1-5层楼层指示Y014Y017,Y020SQ7关门到位开关X0116HL-7HL上行和下行指示Y021,Y022SQ17上限位开关X012HL1-HL5内选记忆指示Y023Y027SQ18下限位开关X013HL81楼外呼记忆灯Y030SB5-SB91-5楼内选X014X017,X020HL92楼上呼记忆灯Y0311KR-5KR1-5层感应器X021X025HL102楼下呼记忆灯Y0326KR上平层感应器X036HL113楼上呼记忆灯Y0337KR下平层感应器X037HL123楼下呼记忆灯Y0348KR关门感应器Y000HL134楼上呼记忆灯Y035SB106楼内选X044HL144楼下呼记忆灯Y036HL155楼下呼记忆灯Y0371SB1-5SB11-5楼上行外呼X026,X027,X031HL165楼上呼记忆灯Y042X033,X041HL176楼下呼记忆灯Y0432SB2-6SB22-6楼下行外呼X030,X032,X034HL186层层楼指示灯Y040X035,X042HL196层内选记忆灯Y041综合考虑输入输出要求，估计需要PLC输入输出点73左右。因此，采用三菱FX2N-80可编程控制器完成本次设计。其输入输出接口电路如图所示。3.3算法说明 上电程序的基本控制流程如图4-5所示。（其中不包括检修及司机开关电梯环节，只是电梯运行的基本流程图）。NNYNNYNYYY 停止是否停止运行 关门 电梯启动 延时 开门 电梯制动 平层信号是否目标层目标层与本层是否同层 电梯运行 电梯选向确认本层与目标层是否轿厢呼叫是否厅外呼叫初始化等待 3.4程序中相关中间继电器的说明元件符号名称及作用元件符号名称及作用M100开门辅助继电器M1301层上行辅助继电器M101关门辅助继电器M1312层上行辅助继电器M102自动运行时开门禁止M1322层下行辅助继电器M103定上行辅助继电器M1333层上行辅助继电器M104定下行辅助继电器M1343层下行辅助继电器M105停车辅助继电器M1354层上行辅助继电器M106制动过程辅助继电器M1364层下行辅助继电器M107停层辅助继电器M1375层下行辅助继电器M1101楼楼层信号辅助继电器M141上平层感应辅助继电器M1112楼楼层信号辅助继电器M142下平层感应辅助继电器M1123楼楼层信号辅助继电器M143、M144上行辅助继电器M1134楼楼层信号辅助继电器M145、M146下行辅助继电器M1145楼楼层信号辅助继电器M1501楼停车辅助继电器M120内选1层辅助继电器M1512楼停车辅助继电器M121内选2层辅助继电器M1523楼停车辅助继电器M122内选3层辅助继电器M1534楼停车辅助继电器M123内选4层辅助继电器M1545楼停车辅助继电器M124内选5层辅助继电器T50停层时间计时T51 启动延时T52-T54减速延时M140平层开门M1156楼楼层信号辅助继电器M125内选6层辅助继电器M1605层上行辅助继电器M1616层下行辅助继电器M1556楼停车辅助继电器3.5梯形图的设计我把梯形图的设计分成了7个环节进行。1.开关门环节电梯的开关门，存在以下几种情况：（1）电梯投入运行前的开门。此时电梯位于基站，将开关梯钥匙插入SA2内旋转至开梯位置，则电梯应自动开门。乘客或司机进入轿厢，选层后电梯自动运行。（2）电梯检修时的开关门。检修状态下，开关门均为手动状态，由开关门按钮SB1、SB2实施开门与关门。（3）梯自动运行停层时的开门。电梯在平层时至平层位置，M140接通，电梯应开始开门。（4）电梯关门过程中的重新开门。在电梯关门的过程中，若有人或物夹在两门的中间，需重新开门。目前大多数电梯采用光幕或机械安全触板进行检测，自动发送重新开门信号，已达到重新开门的目的。（5）呼梯开门。电梯到达某层站后，如果没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。若其他层站有人呼梯，电梯将首先定向，并启动运行，到达呼梯楼层时再开门，此时的开门按停层开门处理。 （6）电梯停后的关门。此时电梯到达基站，司机或乘客离开轿厢，电梯自动关门，司机将开、关梯钥匙插入SA2，旋转到关梯位置，电梯的安全回路被切断，PLC停止运行，电梯被关闭。（7）电梯自动运行时的关门。停站时间继电器T50延时结束时，电梯应自动关门。停站时间未到时，可通过关门按钮实现提前关门。2.层楼信号的产生与清除环节 当电梯位于某一层时，指层感应器产生楼层信号，以控制指层灯的状态，离开该层时，该楼层信号应被新的楼层信号所取代。3停层信号的登记与消除环节 乘客或司机通过对轿厢内操作盘上1-6层选层按钮的操作，可以选择欲去的楼层。选层信号被登记后，选层按钮下的指示灯亮。当电梯到达所选的楼层后，停层信号即被消除，指示灯也应熄灭。4外呼信号的登记与消除环节乘客或司机在厅门外呼梯时，呼梯信号应被接收和记忆。当电梯到达该层，且定向方向与目的地方向一致时（基层和顶层除外），呼梯要求已满足，呼梯信号应被消除。按下外呼按钮时，相对应的外呼辅助继电器接通，外呼钮下的指示灯亮，表示呼梯要求已被电梯接收并记忆。该信号的消除环节是由当层信号的动断触点与运行方向的动断并联构成的（M103为上行辅助继电器，M104为下行辅助继电器）。这样可以使电梯运行方向与呼梯目的方向一致且到达呼梯楼层时，电梯将停止，呼梯要求已满足，呼梯信号被消除。电梯的运行方向与呼梯目的方向相反时，如电梯从一楼向上运行，而呼梯要求从二楼向下，若有去三楼以上的内选层要求及外呼梯要求，电梯到达二楼时不停梯，呼梯要求没有满足，呼梯信号不能消除；若三楼以上无用梯要求，电梯将停在二楼，但呼梯信号不能立即消除，待乘客进入轿厢选层后，电梯定向下，则二楼下呼梯信号已满足，呼梯信号被消除。5电梯的定向环节在自动运行状态下，电梯应首先确定运行方向，也即定向。电梯的定向只有两种情况，即上行和下行。电梯处于待命状态，接受到内选和外呼信号时，应将电梯所处的位置与内选和外呼信号进行比较，确定是上行还是下行。一旦电梯定向后，内选与外呼对电梯进行顺向运行的要求没有满足的情况下，定向信号不能消除。检修状态下运行方向直接由上行和下行启动按钮确定，不需定向。梯形图中M103及M104分别为定上行及定下行辅助继电器，它们线圈的工作条件触电块由内外呼信号及电梯位置信号组成。M103及M104在电梯上行及下行的全过程中，存在不能全程接通的情况，如上行至6楼时，一旦6楼层楼继电器M115接通时，M103则立即断开，而此时的电梯仍处于上行状态，至6楼平层位置时才能停止。为解决这一问题，引入M143-M146，使上行与下行继电器接通时间延长至上行及下行的全过程。若不使用M143-M146，可能会发生下述情况：4楼向上的外呼信号（不存在其他外呼及内选信号），使电梯上行，电梯至4 楼位置，M133使M103断开，从电梯至4楼位置到电梯停层开门，乘客进行轿厢内选6层之间的时间内，1、2、3楼的外呼及内选层信号可以使电梯在未完成4楼向上的运动之前定下行方向。6. 自动运行时启动加速和稳定运行环节电梯启动的条件：运行方向已确实，门已关好。7.停车制动环节电梯在停车制动之前，应首先确定其停层信号，即确实要停靠的楼层，应根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿厢内选层信号比较后得出。梯形图中各层的停车触发信号在下行下呼，上行上呼及内选层信号存在时产生，这些都是符合前边所谈到的停车原则的。当存在触发信号电梯又运行到当层时产生停车信号。停车信号M105梯形图支路中M103、M104动断触点的作用是为了解决呼梯方向与电梯运行方向相反时的停车问题（如二楼向下的外呼信号，使电梯从一楼向上运行时，M151不会被触发，至二楼位置时，靠M103、M104的动断触点使M105接通）而设置的。而停车信号的消除是停车时间到，T50为停层时间定时器。3.6梯形图设计3.7电梯模拟调试及安装由于客观条件的限制，软硬件开发只能在实验室对电梯程序进行模拟调试。实际输入信号及反馈信号用按钮或开关模拟，输出不用接负载，可由 PLC输出端的发光二极管显示负载状态，模拟调试时，按电梯的运行条件，依次设置输入信号，并观察输出正确与否，同时可通过编程器监控内部各点状态，在输入端接上手动按钮而在 PLC 的输出指示灯上看输出，输入信号完全靠手动来控制。如按下 X020是五层楼内呼，如此时电梯不在五层，则对应输出指示灯亮，然后依次通过手动来控制接近开关按钮，到第五层时输出指示灯灭，其它层楼的运行模拟调试同理。4.总结通过在图书馆、互联网上查阅有关资料，了解了电梯的起源和发展过程，并且加深了对电梯的运行过程、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。虽然在开始阶段感到很困难，但坚持下来却感觉并不难。并且在所学知识的基础上利用已有的电梯控制系统的设计，尝试了对电梯控制系统的研究。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产生深远的影响。设计达到了预定的设计目的，利用可编程控制器（P