基于PLC的电梯控制

西北工业大学明德学院本科毕业设计论文0摘 要 随着社会和科学技术的发展，在现代社会中，电梯已经成为不可缺少的运输设备。由可编程控制器控制的电梯运行系统，正以飞快的速度发展着。本次设计结合欧姆龙 CP1H 系列 PLC 完成,并运用组态王 6.53 进行动态仿真。其中涉及 PLC 的工作原理、功能特点、发展及趋势、PLC 控制电梯的软、硬件设计。各种指令及内存单元分配，I/O 分配，模块化程序设计，逻辑控制等一系列专业知识。在结合了示意图、指令表和程序流程图的基础之上设计了电梯的控制梯形图。最后运用 CX-Programmer7.3 实现程序运行，并结合组态王6.53 实现动态画面效果。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，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，也可以使电梯运行更加安全、方便、舒适。关键词：PLC，可编程控制器，电梯，欧姆龙西北工业大学明德学院本科毕业设计论文1ABSTRACTWith the development of society and science technology, the elevator has became to be an indispensable transportation equipment. Controlled by programmable controller of the elevator operation system is developing at a fast pace. The design combined with Omron CPIH series PLC, and dynamic simulation using the Kingview 6.53, which involved in three-layer of the elevators PLC characteristic, function, development trend, PLC control software and hardware. It is also include distribution of all instructions and memory unit, allocation of I/O, modular program design, logic control and a series of professional knowledge. The elevator control ladder diagram is proposed on the base of the diagram, the instruction list and program flow chart. Finally, using CX-Programmer7.3 implementation program to run, and combining with Kingview 6.53 for dynamic picture.PLC control of elevator is in high reliability, easy maintenance and has short development cycle, the elevator operation is more reliable，has become to be the most currently used in the elevator control system control mode, which can also makes the elevator running more safe, convenient and comfortable.KEYWORDS: PLC，Programmable Controller ，elevator，Omron西北工业大学明德学院本科毕业设计论文2目 录第一章 绪论 .51.1 电梯的起源、发展、分类及主要参数 .51.2 PLC 定义及基本结构 .111.3 PLC 工作原理和功能特点 .121.4 任务设计综述 .14第二章 电梯的控制要求 .162.1 电梯设计要求 .162.2 三层电梯工作示意图及机箱界面图 .162.3 PLC 选型规则及型号选择 .172.4 PLC 外部接线图 .222.5 电机的选型 .23第三章 电梯的程序设计 .243.1 电梯控制系统流程图 .243.2 信号请求分析 .243.3 电梯设计方案 .263.4 地址分配 .263.5 CX-Programmer 编程软件介绍 .273.6 三层电梯功能图及梯形图 .28第四章 组态画面设计 .374.1 组态王介绍 .374.2 电梯的逻辑功能控制 .384.3 电梯内外部结构及功能简介 .384.4 组态王监控电梯的要求 .394.5 组态王监控电梯的过程 .39第五章 系统调试及运行 .465.1 程序编写中的问题及解决 .465.2 模拟调试和现场运行中的问题及解决 .475.3 动态画面演示 .47参考文献 .50西北工业大学明德学院本科毕业设计论文3致 谢 .51毕业设计小结 .52附 录 .53西北工业大学明德学院本科毕业设计论文4第一章 绪论1.1电梯的起源、发展、分类及主要参数1.1.1电梯的起源电梯在我们的工作生活中占有如此重要的地位。它是集机械原理应用、电气控制技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术分支于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工程。然而，电梯家族并没有悠久的历史，电梯面世至今不过一百多年。与电梯相类似的这种升降设备，起源于古代农业和建筑业中的原始起重升降机械，如我国古代周朝时期（公元前 1100 年）就出现提水用的辘轳，是由木制（或竹制）的支架、卷筒、贡柄和绳索组成的卷筒式卷扬机。据说在希腊，也曾于公元前 236 年由阿基米德设计出下种人力驱动的卷筒式卷扬机，安装在妮罗宫殿里三台。而这三台卷扬机被称为电梯的“鼻祖” 。 在瓦特发明了蒸汽机之后，于 1850 年，在美国纽约市出现了世界第一台由亨利活特曼制作的以蒸汽机为动力的卷扬机。1852 年美国人伊沙格雷夫斯奥梯斯（1811-1861）年发明了世界上第一部以蒸汽机为动力、配有安全装置的载人升降机。这便是世界上第一部备有安全装置的客梯，在 1857 年被安装在纽约市豪华商厦里。在 1889 年，美国奥梯斯升降机公司推出了世界第一部以电动机为动力的升降机，这才开始出现了名副其实的电梯，同年在纽约市的马累特大厦安装成功。在 1903 年，又将卷筒式（即鼓轮式）驱动方式改进为槽轮式（即曳引式）驱动。所谓卷筒式驱动，是将引绳缠卷在卷筒上来提升重物，而槽轮也称为曳引式驱动，是在曳引绳一端提升重物，另一端为平衡重，依靠曳引绳与曳引轮的绳槽之间的摩擦来驱动重物作垂直运动。因此，只要在曳引系统的容量和强度允许范围内，通过改变曳引绳长度就可适应不同的提升高度，而不再像卷筒式那样受卷筒长度限制。此外，当重物或平衡重碰底时，曳引绳与曳引槽会由于摩擦力减小而打滑，从而避免了像卷筒式那样，在失控时造成的曳引绳断裂等严重西北工业大学明德学院本科毕业设计论文5事故的发生。曳引式驱动可以使用多条曳引绳，而卷筒式驱动方式使用的曳引绳条数却受到限制。曳引式驱动方式为长行程并具有高度安全性的现代电梯奠定了基础。当时的电梯使用直流电动机驱动，用改变串接在电枢回路中的电阻值的方法来调节电梯运行速度。后来发明了交流感应电动机，在 1900 年开始用于驱动电梯。最初的交流电动机只是单速的，电梯运行性能很不理想。直到发明了交流双速电动机，才基本满足了电梯的运行要求。1.1.2电梯的发展随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多。所以，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。尽管交流电动机结构简单，造价便宜，但在调速性能方面却难以满足更高的要求，而对直流电动机来讲，由于后来采用了发电机 电动机组调速系统，能较好地满足电梯调速的高要求。因此，在 20 世纪前半叶，电梯的电力拖动，尤其是高层建筑物中的电梯速度的调节，几乎都是采用直流调速系统来实现的。1900 年美国奥梯斯电梯公司制造出世界上第一台自动扶梯。1915 年已设计成功电梯自动平层控制系统。1933 年美国制造出 6m/s 的高速电梯。1949 年研制出 4-6 台电梯的群控系统。1955 年出现了真空电子管小型计算机控制的电梯。1962 年在美国已出现了 8.5m/s 的超高速电梯。1967 年将固体晶闸管用于电梯拖动系统。随着电力电子技术的发展，在用晶闸管取代直流发电机电动机组的同时，研制出了交流调压调速系统，使交流电梯的调速性能得到了明显改善。1976 年将微处理器应用于电梯。1977 年日本三菱电机株式会社开发出了 10m/s 的超高速电梯。至此，电梯的控制技术已有了很大发展。进入 80 年代，电梯控制技术又有了新的变化。由于固体功率器件的不断发展和完善以及微机技术的应用，出现了交流变频调速（VVVF）系统。1984 年在日本已将其用于 2m/s 以上的高速电梯。1985 年以后，又将其延西北工业大学明德学院本科毕业设计论文6伸到中、低速交流调速电梯。交流变频调速技术被认为是电梯行业的当代技术。1985 年日本生产出世界上第一台螺旋式自动扶梯，使其明显减小了占地面积。1993 年日本生产的 12.5m/s 世界上最高速的交流变频调整电梯已投入运行。当前，在电梯电力拖动方面，除了大容量电梯还采用直流拖动系统以外，用交流变频调速方式取代直流调速方式，已成为高速电梯的主流。应用微机全面取代继电器控制逻辑实现闭环控制，可进一步提高电梯的性能和可靠性，并可降低现场调试要求，是电梯控制技术的方向。现代电梯技术，更加强调运行质量和降低噪声，电梯控制将趋向多微机分散分层控制。电梯群控系统是现代电梯技术的又一重要组成部分。它不但有完善的分区服务、运行监控、客流交通统计分析等功能，还具备故障诊断功能。在电梯品种方面，出现了双层电梯、大吨位的集装厢电梯等。为适应摩天大楼对电梯的特殊要求，目前正在研制无绳直线驱动电梯。对于电梯的曳引机，目前除了中、低速范围的电梯还采用蜗轮副减速装置外，其他均已采用圆柱斜齿轮曳引系统，使效率提高了 15%-25%。此外，用电子位置传感器取代机械选层器、用更先进的装置取代门安全触板、增设轿厢内通信设施以及轿厢非安全门区语音提醒和运行状态语音报告等装置，也是电梯技术现代化的体现。对现代电梯性能的衡量，主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。此外，对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应要求。随着时代的发展，对人在与外界隔离封闭的电梯轿厢内心理上的压抑感和恐惧感也应有所考虑。因此，提倡对电梯进行豪华性装修，比如：轿厢内用镜面不锈钢装潢、在观光电梯井道设置宇宙空间或深海景象；进而主张电梯、扶梯应与大自然相协调，在扶梯的周围种植花草；在轿厢壁和顶棚装饰某些图案，甚至是有变化的图案，并且在色彩调配上要令人赏心悦目；在轿厢内播放优美的音乐，用以减少烦躁；在轿厢内播放电视节目，乘客可收看天气预报、新闻等。时至今日，电梯已进入了全面发展的新时期。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文71.1.3电梯的分类根据建筑物的高度、用途及客流量（或物流量）不同，而设置不同类型的电梯。目前电梯的基本分类方法大致如下：一、按驱动方式分类1.交流电梯。用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调速电梯。2.直流电梯。用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度都在2m/s 以上。3.液压电梯。一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。4.齿轮齿条电梯。将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转便轿厢升降的电梯。5.螺杆式电梯。将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动大螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。6.直线电机驱动的电梯。它是目前具有最新驱动方式的电梯，其动力源是直线电机。电梯问世初期，曾用蒸汽机、内燃 机作为动力直接驱动电梯，现已基本绝迹。二、按用途分类1.乘客电梯。为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。2.载货电梯。主要为运送货物而设计的、通常有人伴随的电梯，有司机载货电梯允许司机及装卸人员随同上下；无司机载货电梯仅允许装卸人员在装卸货物时出入轿厢，但不允许随货物一同上下，更不准运载乘客。3.病床电梯（医梯） 。为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。4.服务电梯（杂物梯） 。供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。这类电梯无安全设施，轿厢内严禁载人。5.观光电梯。轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。6.车辆电梯。用作装运车辆的电梯。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文87.船舶电梯。船舶上使用的电梯。8.建筑施工电梯。建筑施工与维修用的电梯。9.其他。除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。三、按速度分类电梯无严格的速度分类，我国习惯上按如下方法分类：（1）低速梯，常指低于 1.0m/s 速度的电梯；（2）中速梯，常指速度在 1.0-2.0m/s 的电梯；（3）高速梯，常指速度大于 2.0m/s 的电梯；（4）速度超过 5m/s 的电梯几乎都装在楼高超过 100m 的建筑物内。由于这类建筑物叫做“超高层”建筑，所以与之相应的电梯也多被称为“超高速”电梯。随着电梯速度系列的扩展和提高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。四、按电梯有无司机分类1.有司机电梯。电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。2.无司机电梯。乘客进入电梯轿厢，按下操纵箱上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼。这类电梯具有集选功能。3.有/无司机电梯。这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操作。五、按操纵控制方式分类1.手柄开关操纵；2.按钮控制电梯；3.信号控制电梯；4.集选控制电梯；5.并联控制电梯；6.群控电梯。六、其他分类方式如果按机房位置分类，则有机房在井道顶部的电梯及机房在井道底部旁侧西北工业大学明德学院本科毕业设计论文9的电梯。如果按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型” 、 “超大型”等抽象词汇表示。随着大型建筑物的兴起，双层电梯也相继出现，这类电梯有两个电梯轿厢，一个轿厢在另一个之上，同时运行。人们一进入大楼的大厅，如果要去单数层楼，即入下面轿厢。如要去双层楼，则先乘自动扶梯到大厅的夹层楼面，然后进入上面轿厢内。下楼时可以乘坐任一轿厢离开建筑物。如果按电梯载重量分类，则有“小吨位”与“大吨位”之分，习惯上把载重量在 3000kg 以上的电梯称为大吨位电梯。七、特殊电梯1.斜行电梯。斜行电梯也是集观光和运输于一体的输送设备。特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后，斜行电梯发展迅速。2.立体停车场用电梯。在现代化的大城市中，汽车数量几乎每年在增长，这样必然会产生一个停车空间增加的问题。为了不致于更多地占用道路，需要设置立体停车场。各类汽车梯是停车场内的必需设备。根据不同的停车场，可选配不同类型的电梯。3.建筑施工电梯（施工升降机） 。施工电梯是一种采用齿轮齿条啮合方式（包括销齿传动与链传动，或采用钢丝绳提升） ，使吊笼作垂直或倾斜运动的机械，用以输送人员或物料，主要应用于建筑施工与维修。它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。1.1.4电梯的主要参数1.额定载重量（乘客人数） 。即指制造和设计规定的电梯载重量。对于客用电梯，还有轿厢乘客人数的限定（包括电梯司机在内） 。2.额定速度。即制造和设计所规定的电梯运行速度。3.轿厢尺寸。即宽 深 高，是指轿厢内部的尺寸。4.门的形式。如封闭式中分门和双折门、旁开式双折门或三扇门、前后两面开门、栅栏门，自动门、手动门等，并包括开门方向。5.开门宽度。指轿厢门和层门完全开启后的净宽。6.层站数量。即建筑物内各楼层用于出入轿厢的地点数量。7.提升高度。是指从底层端站楼面至顶层端站楼面之间的垂直距离。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文108.顶层高度。即由顶层端站楼面至机房楼板或隔层楼板下最突出构件的垂直距离。该参数与电梯的额定速度有关，梯速越高，顶层高度一般就越高。8.底坑深度。指由底层端站楼面至井道底平面之间的垂直距离。它同样与梯速有关，速度越快，底坑一般则越深。10.井道总高度。即由井道底平面至机房楼板或隔层楼板之间的垂直距离。11.井道尺寸。即宽 深，是指井道内部的尺寸。12.拖动方式。如交流电机拖动、直流电机拖动等。13.控制方式。如手柄控制、按钮控制、集选控制，有/无司机控制等。14.信号装置。如呼梯按钮、层灯指示的方向和位置、呼叫方式等。15.轿厢装置与装饰要求。轿厢装置通常是指照明灯、电风扇、电话、扶手等。装饰则包括轿厢和层门、门套的材质、颜色，轿顶装饰的特定要求等。1.2 PLC定义及基本结构1.2.1 PLC定义可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。1.2.2 PLC基本结构可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：1.电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去。2.中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文11当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，对大型可编程逻辑控制器还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。这样，即使某个 CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。3.存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。4.输入输出接口电路(1)现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。(2)现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。5.功能模块如计数、定位等功能模块。1.3 PLC工作原理和功能特点1.3.1 PLC工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段， 即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1.输入采样阶段在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入西北工业大学明德学院本科毕业设计论文12用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2.用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。即使用 I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从 I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。3.输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。1.3.2 PLC功能特点可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点：1.使用方便，编程简单。采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文132.功能强，性能价格比高。一台小型 PLC 内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC 可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。PLC 产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC 的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC 有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。4.可靠性高，抗干扰能力强。传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的 1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。5.系统的设计、安装、调试工作量少。PLC 用软件功能取代了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，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC 上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文146.维修工作量小，维修方便。PLC 的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC 或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据 PLC 上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。1.4任务设计综述本次毕业设计是基于PLC的电梯控制，设计中将结合欧姆龙CP1H系列PLC完成程序设计,并运用组态王6.53进行动态仿真。论文第一章介绍了电梯的起源、发展、分类及主要参数，并涉及了PLC的定义、基本结构、工作原理和功能特点。第二章是本次设计要求以及电梯控制中PLC和电机的选型。第三章依照设计要求，绘制了信号请求流程图，制定了详细的设计方案，并说明了电梯控制系统所需I/O分配和逻辑控制等。最后运用CX-Programmer7.3实现程序运行。第四章在电梯的指令表、程序流程图和控制梯形图的基础之上，结合组态王6.53实现动态画面设计。最后，第五章会涉及本次设计调试及运行中出现的问题及解决方案。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文15第二章 电梯的控制要求2.1电梯设计要求1.电梯为三层。电梯停留在某一层时，有指示灯显示。2.电梯外部呼叫按钮分配：一层 1 个：上；二层 2 个：上，下；三层 1 个：下。3.电梯轿厢内部呼叫按钮分配：3 个按钮,分别为一层按钮，二层按钮，三层按钮。4.电梯在被呼叫的中转楼层停留 5 秒。5.在电梯上升过程中，任何反方向的下降呼叫信号无效；在电梯下降过程中，任何反方向的上升呼叫信号无效。2.2三层电梯工作示意图及机箱界面图西北工业大学明德学院本科毕业设计论文16图 2-1 三层电梯工作示意图图 2-2 机箱界面图如图 2-1 所示为三层电梯的工作示意图，图 2-2 为机箱界面图，其中包括了设计要求中的电梯外部指示灯 L1，L2，L3；外部按钮 U1，U2，D2，D3；电梯内部指示灯 S1，S2，S3；内选按钮 SL1，SL2，SL3 以及各层的行程开关SQ1，SQ2，SQ3。2.3 PLC选型规则及型号选择西北工业大学明德学院本科毕业设计论文172.3.1 PLC选型规则可编程逻辑控制器及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用可编程逻辑控制器应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，可编程逻辑控制器的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定可编程逻辑控制器的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的可编程逻辑控制器和设计相应的控制系统。1.输入输出（I/O）点数的估算I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加 10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。2.存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量 I/O 点数的 1015 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数（16 位为一个字），另外再按此数的 25%考虑余量。3.控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。（1）运算功能简单可编程逻辑控制器的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通可编程逻辑控制器的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型可编程逻辑控制器中还有模拟量的 PID 运算和其他高级运算功能。（2）控制功能西北工业大学明德学院本科毕业设计论文18控制功能包括 PID 控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。可编程逻辑控制器主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能。（3）通信功能大中型可编程逻辑控制器系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE 通信标准，应是开放的通信网络。可编程逻辑控制器系统的通信接口应包括串行和并行通信接口、RIO 通信口、常用 DCS 接口等；大中型可编程逻辑控制器通信总线（含接口设备和电缆）应 1：1 冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。可编程逻辑控制器系统的通信网络中，上级网络通信速率应大于 1Mbps，通信负荷不大于 60%。可编程逻辑控制器系统的通信网络主要形式有下列几种：1）PC 为主站，多台同型号可编程逻辑控制器为从站，组成简易可编程逻辑控制器网络；2）1 台可编程逻辑控制器为主站，其他同型号可编程逻辑控制器为从站，构成主从式可编程逻辑控制器网络；3）可编程逻辑控制器网络通过特定网络接口连接到大型 DCS 中作为 DCS 的子网；4）专用可编程逻辑控制器网络（各厂商的专用可编程逻辑控制器通信网络）。为减轻 CPU 通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、）通信处理器。（4）编程功能离线编程方式：可编程逻辑控制器和编程器公用一个 CPU，编程器在编程模式时，CPU 只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU 和编程器有各西北工业大学明德学院本科毕业设计论文19自的 CPU，主机 CPU 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型可编程逻辑控制器中常采用。五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如 C，Basic 等，以满足特殊控制场合的控制要求。（5）诊断功能可编程逻辑控制器的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC 内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对可编程逻辑控制器的 CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。（6）处理速度可编程逻辑控制器采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则可编程逻辑控制器将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。处理速度与用户程序的长度、CPU 处理速度、软件质量等有关。可编程逻辑控制器接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约 0.20.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型可编程逻辑控制器的扫描时间不大于 0.5ms/K；大中型可编程逻辑控制器的扫描时间不大于 0.2ms/K。4.可编程逻辑控制器的类型可编程逻辑控制器按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按 CPU 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型可编程逻辑控制器的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型可编程逻辑控制器提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用西北工业大学明德学院本科毕业设计论文20户可较合理地选择和配置控制系统的 I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。5.PLC 输入/输出类型（1）数字量在时间上和数量上都是离散的物理量称为数字量。把表示数字量的信号叫数字信号。把工作在数字信号下的电子电路叫数字电路。（2）模拟量在时间上或数值上都是连续的物理量称为模拟量。把表示模拟量的信号叫模拟信号。把工作在模拟信号下的电子电路叫模拟电路。6.转换原理（1） 数模转换器是将数字信号转换为模拟信号的系统，一般用低通滤波即可以实现。数字信号先进行解码，即把数字码转换成与之对应的电平，形成阶梯状信号，然后进行低通滤波。（2） 模数转换器是将模拟信号转换成数字信号的系统，是一个滤波、采样保持和编码的过程。模拟信号经带限滤波，采样保持电路，变为阶梯形状信号，然后通过编码器，使得阶梯状信号中的各个电平变为二进制码。2.3.2 PLC型号选择由电梯工作要求以及示意图可分析得知：本次设计有 10 个输入，8 个输出。对于电梯控制系统，可以选用一些小型 PLC 来实现，本次选用欧姆龙 CPIH-XA40DR-A 系列 PLC。图 2-3 CPIH -XA40DR-A 型 PLC 主机面板西北工业大学明德学院本科毕业设计论文21现将 CP1H 各组成部分功能逐一简要说明如下： 电池盖。打开盖可将电池放入，用做 RAM 的后备电源。 工作指示 LED。指示 CPIH 的工作状态。主机面板的中部有 6 个工作状态显示 LED，分别为：POWER、RUN、ERR/ALM、INH、BKUP、PRPHL。 外围设备 USB 端口。与计算机连接，由安装在上位机的软件 CX-P 对 PLC 进行编程及监控。 7 段 LED 显示。在 2 位的 7 段 LED 上显示 CPIH CPU 单元的异常信息及模拟电位器操作时的当前值等 CPU 单元的状态。 模拟电位器。通过旋转电位器，可使 A642CH 的值在 0-255 范围内任意更变。 外部模拟设定输入连接器。通过外部施加 0-10V 电压，可将 A643CH 的值在0-255 范围内任意更变。 拨动开关。 内置模拟输入/输出端子台。模拟输入 4 点，模拟输出 2 点。 内置模拟输入切换开关。 存储器卡槽位。 电池、接地、输入端子台。 选件板槽位。 输入指示 LED。内置 24 点输入端子 00.00-00.11，01.00-01.11 对应的指示灯。输入端子的接点为 ON 时，指示灯亮。 扩展 I/O 单元连接器。 输出指示 LED。内置 16 点输出端子 100.00-100.07 和 101.00-101.07 对应的指示灯。输出端子的接点为 ON 时，指示灯亮。 外部电源供给、输出端子台。对外部提供 DC24V，最大 300mA 的电源。可作为输入设备或现场传感器的服务电源。 CJ 单元适配器用连接器。位于 CPIH CPU 单元的侧面。2.4 PLC外部接线图西北工业大学明德学院本科毕业设计论文22图 2-4 PLC 外部接线图如图 2-4 所示为硬件部分 PLC 外部接线图，设计中的输入 0 通道和输出100 通道分别于三层电梯的机箱界面输入输出设备相连接。2.5电机的选型电机选择的主要包括如下内容： 1.类型的选择。一方面要根据生产机械对电机的机械特性、起动性能、调速性能、制动方法、过载能力等方面的要求；另一方面，还要从节省初期投资、减少运行费用等经济方面综合分析。 2.功率的选择。选择电机的翻定功率时，应使所选的电机额定功率等于或稍大于生产机械所需要的功率。既不能过载，也不能长期轻载。可采用类比法、统计法、实验法、计算法等确定。 3.电压的选择。交流电机额定电压选择和供电电网的电压一致。并结合电机顺定功率考虑。直流电机的额定电压也要与电源电压相配合，常用 110 V 或220 V。当采用晶闸管整流装置供电时，可选用专门为其配套设计的直流电机。其电压有功率等级 160 V (Z3 型),180 V,340 V (Z2 型)及 440 V (Z2 ,Z3 型)。4.转速的选择。根据生产机械的转速和传动方式，通过经济技术比较后确定电机的额定转速。额定功率相同的电动机额定转速越高，则电动机体积、重夏和造价越低，因此选用高速电动机较为经济。但生产机械速度一定，电动机转速越高，则传动机构传动比越大，机构越复杂，传动损耗越大。因此，要综西北工业大学明德学院本科毕业设计论文23合考虑。5.外形结构的选择。电机常用的外形结构有开启式、防护式、封闭式、密封式、防爆式。6.安装形式的电机选择。目前生产的电机的安装形式主要有:B3(卧式安装，机座带底脚，端盖上无凸缘)B5(卧式安装，机座不带底脚，端盖上有凸缘)B35(卧式安装，机座带底脚，端盖上有凸缘)V1(立式安装，机座不带底脚，端盖上有凸缘)。每种又分单轴伸出和双轴伸出两种。应根据电动机在生产机械中的安装方式选择电动机的安装形式。一般情况选用卧式，立式价格较高，只用于简化传动装置又必须垂直运转时，如立式深井泵等。 7.工作制的电机选择。根据生产机械要求，选样工作制与实际工作方式相当的电机比较经济。 8.型号的电机选择。根据上述各项的结果，选择电机的型号和生产厂家。而在本次设计中，因设备有限，电机的正反转由电梯的指示灯亮灭来控制。第三章 电梯的程序设计3.1电梯控制系统流程图如图 3-1 所示为电梯控制系统流程图。设计中电梯处于待机位置，当电梯被呼叫时，先判断电梯的上升下降趋势以及电梯所要到达的楼层，同时检测电梯此时所处位置。若电梯未被呼叫，则继续待机。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文24图 3-1 电梯控制系统流程图3.2信号请求分析1.电梯位于 1 楼时，轿厢内外只能接收电梯上升的请求。那么，电梯进入预上升状态，并且准备向上运行。若电梯没有接收到上升请求，电梯待机。信号分析图如图 3-2 所示。图 3-2 电梯在一楼时信号分析2.电梯位于 2 楼时，则可能出现以下三种情况。信号分析图如图 3-3 所示。（1）电梯收到向下请求，则进入预下降状态。（2）电梯轿厢内外未接收任何请求，电梯待机。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文25（3）电梯收到向上请求，则进入预上升状态。图 3-3 电梯在二楼时信号分析3.电梯位于 3 楼时，轿厢内外只能接收电梯下降的请求。那么，电梯进入预下降状态，并且准备向下运行。若电梯没有接收到下降请求，则电梯待机。信号分析图如图 3-4 所示。图 3-4 电梯在三楼时信号分析3.3电梯设计方案3.3.1电梯外部控制1.电梯停留在 1 层。（1）三层呼叫下和三层呼叫下后二层呼叫下（上） 。（2）二层呼叫下（上）和二层呼叫下（上）后三层呼叫下。2.电梯停留在 2 层。（1）一层呼叫上后三层呼叫下。（2）三层呼叫下后一层呼叫上。3.电梯停留在 3 层。（1）一层呼叫上和一层呼叫上后二层呼叫下（上） 。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文26（2）二层呼叫下（上）和二层呼叫下（上）后一层呼叫上。3.3.2电梯内部控制1.电梯内选信号一层呼叫。（1）电梯停留在二层，内部呼叫下降至一层。（2）电梯停留在三层，内部呼叫下降至一层。2.电梯内选信号二层呼叫。（1）电梯停留在一层，内部呼叫上升至二层。（2）电梯停留在三层，内部呼叫下降至二层。3.电梯内选信号三层呼叫。（1）电梯停留在一层，内部呼叫上升至三层。（2）电梯停留在二层，内部呼叫上升至三层。3.4地址分配如表 3-1 为三层电梯控制系统的 I/O 分配表，其中涉及 10 个输入变量，8个输出变量。图 3-5 为对应的 PLC 外部硬件接线图。表 3-1 I/O分配表输入点编号 输入设备 输出点编号 输出设备0.00 三层内选按钮 S3 100.00 3 层指示灯 L