基于PLC三层电梯控制系统设计(课程设计论文)

1、目 录 摘要 21 电梯的概述41.1 电梯的发展简史41.2 电梯的基本结构42 可编程控制器简介52.1 plc的结构及各部分的作用52.2 plc的工作原理62.3 plc的编程语言62.4 plc基本指令62.5 梯形图设计规则73 三层电梯plc控制系统设计83.1 电梯的控制要求83.2 三层电梯主电路83.3 plc机型的选择93.4 输入输出点数分配93.5 plc外围接线图103.6 程序分析113.7 三层电梯梯形图程序173.8 三层电梯梯形图及助记符语句程序204 器件的选择284.1 数码管的选择28 4.2 蜂鸣器的选择28 4.3 电梯的选择284.4 压力传感器

2、284.5 控制系统保护元件的选择284.6 电动机的选择29总 结30致 谢31参考文献32摘 要 可编程控制器是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制装置，本文将可编程控制器应用于三层电梯进行逻辑控制，列出了具体的主要硬件电路、电梯的控制梯形图及指令表。并给出了系统组成框图和程序流程图，在分析、处理随机信号逻辑关系的基础上，提出了plc的编程方法，设计了一套完整的电梯控制系统方案。采用本方案实现电梯控制，能够解决继电器接触器触点多，故障率高、可靠性差、安装调试周期长、维修工作量大、接线复杂等缺点。使电梯运行更加安全、方便、舒适。关键词：电梯、pl

3、c、控制系统、梯形图abstract programmable logic controller is a microprocessor as the core, the automatic control device of a new industry developed integrated computer technology, automatic control and communication technology, the programmable controller is applied to the three storey elevator control logic

4、, listing the specific main hardware circuit, the elevator control ladder diagram and instruction list it also shows the construction of frame chart of the system and process flow chart. thus the programming method of plc is brought forward on the basis of analyzing and dealing with the logic relati

5、onship of random signs. it also designed a complicated elevator control system. if the project can be accepted, it can solve the problems which can be brought by relay, such as too many contacting points, high fault rate, low reliability, long installation and debugging time, heavy repairing work, c

6、omplex connection and so on. keywords：elevator，plc，control system，lader view1电梯概述1.1电梯的发展简史很久之前，人们就使用一些原始的升降工具运送人和货物。公元前100年前后，我国古人发明了辘轳，它采用卷筒的回转运动完成升降动作，因而增加了提升物品的高度。公元前236年，希腊数学家archimedes设计制作了由绞车和滑轮组构成的起重装置。这些升降工具的驱动力一般是人力或畜力。19世纪初，在欧美开始用蒸汽机作为升降工具的动力。1845年，威廉汤姆逊研制出1台液压驱动的升降机，其液压驱动的介质是水。尽管升降工具被一代代

7、富有革新精神的工程师们进行不断改进，然而被工业界普遍认可的升降机仍未出现，直到1852年世界第1台安全升降机诞生。1889年，升降机开始采用电力驱动，真正出现了电梯。19世纪末,采用沃德-伦纳德系统驱动控制的直流电梯出现，使电梯的运行性能明显改善。在20世纪初，美国otis电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯。从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异的发展着。目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。1.2 电梯的结构电梯是一个具有特种容载装置轿厢沿着恒定不变的铅垂导轨，在不同水平面间歇运动的用电力驱动的起重机械，它适宜于装置在二层以上的高

8、层建筑物内，专供上下运送人员或货物之用。电梯的结构及其装备可分为机械、电气两大部分，电梯的主要部件包括曳引机、限速器、控制屏、主开关。2 可编程控制器简介可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫plc（programmable logic controller），plc是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电器接触控制系统中机械触点的接线复

9、杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。2.1 plc的结构可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元（cpu）、存储器（ram、rom）、输出输出单元（i/o）、电源和编程器等几个部分组成。图2.1 plc的结构图2.2 plc的工作原理plc采用循环扫

10、描的工作方式，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，直到遇到结束符后又返回到第一条，如此周而复始不断循环。plc的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当plc处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在plc处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。2.3 plc的编程语言（1） 梯形图编程语言 梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，它是在电路控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来的，形象、直观、实用。梯形图的设计应注意以

11、下三点：（一）梯形图按从左到右、从上到下的顺序排列。每一逻辑行起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。（二）梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。（三）输入继电器用于接收外部的输入信号，而不能由plc内部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时,就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点可供内

12、部编程使用。（2）语言表编程语言指令语句表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，但比汇编语言易懂易学。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。2.4 三菱plc基本指令表2.1 基本指令表名称助记符目标元件说明取指令ldx y m s t c常开接点逻辑运算起始取反指令ldix y m s t c常闭接点逻辑运算起始线圈驱动指令outy m s t c驱动线圈的输出与指令andx y m s t c单个常开接点的串联与非指令anix y m s t c单个常闭接点的串联或指令orx y m s t c单个常开接点的并联或非指令orix y m s t c单个常闭接点的并联

13、或块指令orb无串联电路块的并联连接与块指令anb无并联电路块的串联连接主控指令mcy m 公共串联接点的连接主控复位指令mcry mmc的复位置位指令sety m s使动作保持复位指令rsty m s d v z t c 使动作复位上升沿产生脉冲指令plsy m输入信号上升沿产生脉冲输出下降沿产生脉冲指令plfy m输入信号下降沿产生脉冲输出空操作指令nop无使步序作空操作程序结束指令end无程序结束2.5 梯形图设计规则1. 触点的安排梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。2. 串、并联的处理在有几个串联回路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。在有几个并联图回路

14、相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。3. 线圈的安排不能将触点画在线圈右边，只能在触点的右边接线圈。4. 不准双线圈输出如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。这时前面的输出无效，只有最后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。5. 重新编排电路如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等效电路，然后再进行编程就比较容易。6. 编程顺序对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段，每一段从最左边触点开始，由上之下向右进行编程，再把程序逐段连接起来。3 三层电梯plc控制系统设计3.1 电梯的控制要求电梯由安装在各楼层厅门口的呼叫按钮进行呼叫操纵和电梯轿厢

15、内设有楼层内选按钮进行控制，用以选择需停靠的楼层。楼层指示灯有三个，分别指示电梯当前位置。运行状态指示灯有两个，分别指示当前电梯运行的状态。电梯每次运行只响应单一呼叫，例如，电梯停在一层，在三层轿厢外呼叫时，必须按三层呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到三层），在电梯停止运行前按其他层呼叫按钮均无效，依此类推。 3.2 三层电梯主电路图3.1 三层电梯主电路图图中l1、l2、l3为三相电源，三相电动机m3为电梯轿厢上行和下行电动机，由km7和km8分别控制电动机正反转从而控制轿厢的上行和下行；m1、m2、m3为电梯开关门控制的直流电机，分别由接触器km1km6的触点控制；qs1为总开关（刀开

16、关），起隔离电源作用；fu为熔断器，起短路和严重过载保护；fr为热继电器，起过载和断相保护作用。3.3 plc机型选择 考虑到本设计需要分配18个输入接口和14个输出接口，因此plc机型选择fx1n-40mr（24 输入点：16继电器输出），它是三菱plc中fx1n系列是一种卡片大小的plc，适合在小型环境中进行控制。它具有卓越的性能、串行通讯功能以及紧凑的尺寸，这使得它们能用在以前常规plc无法安装的地方。3.4 输入输出点数分配 1. 输入部分:表3.1 输入接口分配表x1一层内呼 sb1x013一层开门到位 sq1x4一层到位 sq7x2二层内呼 sb2x014二层开门到位 sq2x5二

17、层到位 sq8x3三层内呼 sb3x015三层开门到位 sq3x6三层到位 sq9x23一层外呼 sb4x020一层关门到位sq4x10一层防夹 sq10x24二层外呼 sb5x021二层关门到位 sq5x11二层防夹 sq11x25三层外呼 sb6x022三层关门到位 sq6x12三层防夹 sq122. 输出部分:表3.2 输出接口分配表y1灯ly14一层关门km4y2上升显示l4y15二层关门km5y3下降显示l5y16三层关门km6y4一层到位显示l1y13电梯上升输出km7y5二层到位显示l2y17电梯下降输出km8y6三层到位显示l3y11二层开门km2y10一层开门km1y12三层

18、开门km33.5 plc外围接线图图3.2 plc外围接线图3.6 程序分析3.6.1 程序总体结构电梯呼叫信号采集电梯位置判断程序电梯状态显示程序电梯开关门控制程序电梯上下控制程序电梯保护控制程序电梯楼层显示防夹程序电梯上下状态显示图3.3 程序总体结构图3.6.2 电梯上下控制程序分析比较呼叫信号d1、楼层限位 d2里面的数值，以比较结果指挥电梯动作。d1d2：电梯在下，呼叫在上，电梯此时应该上升。d1=d2：电梯与呼叫在同一位置，可根据不同的楼层 位置驱动不同的门进行开关。图3.4 电梯控制程序分析图3.6.3 电梯呼叫信号分析根据不同的按钮动作把呼叫信号转换成数值存入寄存器d1里面当第

19、一层呼叫时，就把常数1放在d1里面当第二层呼叫时，就把常数2放在d1里面当第三层呼叫时，就把常数3放在d1里面电梯呼叫信号程序（第一层）图3.5 电梯呼叫信号图3.6.4 电梯位置判断程序分析通过传感器把电梯位置信号转换成相应的信号送到寄存器d2里面去如果在第一层，把常数1 赋给d2；如果在第二层，把常数2 赋给d2；如果在第三层，把常数3 赋给d2。图3.6 电梯位置判断分析图3.6.5 电梯楼层显示程序分析1. 电梯楼层显示程序：利用三个层限开关进行判断：当一层层限开关触发时 一层指示灯亮；当二层层限开关触发时 二层指示灯亮；当三层层限开关触发时 三层指示灯亮。图3.7 电梯楼层分析图2.

20、 电梯上下显示程序分析上下显示完全按照电机当前状态来确定当电机正转时显示上升状态当电机反转时显示下降状态电梯上下显示程序：图3.8电梯上下分析图3.6.6 电梯开关门程序分析当电梯到位后，延时0.5秒， 根据当前的楼层驱动相应的门进行开门动作。开门到位后再延时1秒进行关门。如果在关门过程中检测到有障碍，立即停止关门动作，继续重新开门。下面以第一层的开关为例分析：图3.9 电梯开关程序图3.7 三层电梯梯形图程序3.8 三层电梯助记符语句程序0 ld x0011 or x0232 mps 3 ani y0134 ani y0175 ani m1106 mov k1 d17 mpp8 ani y0

21、139 ani y01710 ani m11011 0ut m416 ld x00217 or x02418 mps19 ani y01320 ani y017 21 ani m11022 mov k2 d127 mpp28 ani y01329 ani y01730 ani m11031 out m532 ld x00333 or x02534 mps35 ani y01336 ani y01737 ani m11038 mov k3 d143 mpp44 ani y01345 ani y01746 ani m11047 out m648 ld x00449 ani y01350 ani y

22、01751 mov k1 d256 ld x00557 ani y01358 ani y01759 mov k2 d264 ld x00665 ani y01366 ani y01767 mov k3 d272 ld x00473 or y00474 ani x00575 ani x00676 out y00477 ld x00578 or y00579 ani x00480 ani x006 81 out y00582 ld x00683 or y00684 ani x00485 ani x00586 out y00687 ld m800088 cmp d1 d2 m10095 mps96

23、and m11097 ani x00698 ani y01799 out y013100 mrd 101 and m101102 mps103 and x004104 ani m4105 out m1106 mrd107 and x005108 ani m5109 out m2110 mpp 111 and x006112 ani m6113 out m3114 mpp115 and m102116 ani x004117 ani y013118 out y017119 ld y013120 out y002121 ld y017122 out y003123 ld m1124 pls m51

24、126 ld m51127 or t10 128 or y010129 ani m11130 ani x013131 ani y014132 out y010133 ld x010134 or m11135 ani t0136 out t0 k10139 out m11140 ld t0141 or y014142 and x010143 ani x010144 ani x020145 out y014146 ldi x010147 out t10 k5 150 ld m2 151 pls m52153 ld m52154 or t11155 or y011156 ani m12157 ani

25、 x014158 ani y015159 out y011160 ld x011161 or m2162 ani t1163 out t1 k10 166 out m12 167 ld t1168 or y015169 and x011170 ani y011171 ani x021172 out y015173 ldi x011174 out t11 k5177 ld m3178 pls m53180 ld m53181 or t12182 or y012183 ani m13184 ani x015185 ani x016186 out y012187 ld x012188 or m131

26、89 ani t2190 out t2 k10193 out m13194 ld t2195 or y016196 and x012197 ani y012198 ani x022199 out y016200 ldi x012201 out t12 k5204 end 4 电气元件的选择4.1 数码管的选择 数码管中led耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近30%。一般来说led的工作电压是2-3.6v，工作电流是0.02-0.03a；这就是说，它消耗的电能不超过0.1w，相同照明效果比传统光源节能近80%。本设计选用八个高亮的共阴极七段数码管，其工作

27、电压为2v、额定电流25ma（每段）。本设计使用直流12v电源供电，为了限制其供电电流，须加入限流电阻r，其电阻阻值为4千欧。4.2 蜂鸣器的选择 蜂鸣器选择腾飞达公司生产的型号为kxg1212的压电无源插针蜂鸣器,其工作电压为12v。4.3 电梯的选择 电梯选择上海三菱公司生产的型号为lehy-ii的电梯,其工作速度是1.0m/s，载重量是800kg。其四大特点是：自由、环保、精确、扩展。4.4 压力传感器压力传感器是测量电梯载荷的装置，为控制系统提供电梯的载荷信号。工作原理是：将电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后以适当的方式组成电桥，从而将物体的质量转换成电信号。主要由两部分组成，第一部

28、分是弹性敏感元件，将被测物体的压力、质量转换为弹性体的应变值；第二部分是作为传感元件的电阻应变计他将弹性体的应变同步的转换为电阻值的变化在进行相应的转化后输出。4.5 控制系统保护元件的选择4.5.1短路保护 选用熔断器fu的熔体熔断而切断电路来进行短路保护。4.5.2过载保护 采用热继电器fr。由于热继电器的热惯性较大，即使发热元件流过几倍于额定值得电流，热继电器也不会立即动作。因此在电动机启动时间不太长的情况下，热继电器不会动作，只有在电动机长期过载时，热继电器才会动作，用它的常闭触头使控制电路断电。4.5.3失电压保护通过接触器km的自锁环节来实现。当电源电压由于某种原因而严重欠电压或失

29、电压（如停电）时，接触器km断电释放，电动机停止转动。当电源电压恢复正常时，接触器线圈不会自行通电，电动机也不会自行启动，只有在操作人员重新按下启动按钮后，电动机才能启动。4.5.4超程保护超程也叫超行程，多用于电力设备断路器。超程是真空开关触头完全闭合后，动或静触头所能移动的距离。如果超程太小，就不能保证触头在烧损后应有的触头压力，同时，初始分闸速度变小，会影响真空开关的开断关合和动热稳定性能，甚至产生重合闸弹振。若超程太大，会增加操作机构的合闸功，使合闸变得极不可靠。真空开关的超程取额定开距的15%40%左右，10kv级真空开关的超程一般取34mm。本设计的真空开关动静触头之间的接触采用平

30、板接触，其目的是为了保证接触压力，从而保证开关接触良好。4.6 电动机及其自动门机的选择电动机额定电压选择一般是由工厂或车间的供电条件决定的。我国一般标准是交流电压为三相380v，直流电压为220v。大容量的交流电动机通常设计成高压供电，如3、6或10kv电网供电，此时电动机选用额定电压为3、6或10kv高压电动机。采用直流电动机时，当电动机容量较大时，为了减小电枢电流，可以考虑用额定电压为440v的电动机。电梯拖动系统中，选择的是交流电机，所以应该选择标准的交流三相电压380v。电动机额定转速选择关系到电力拖动系统的经济性及生产机械的效率，其选择的原则通常根据初投资和维护费用大小来决定。在频

31、繁起、制动或反向的拖动系统中还应该考虑电动机过渡过程时间最短、能量损耗最小来选择适当的额定转速。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）。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动轿门，轿门带动厅门完成）；也只有当厅门，轿门全部关闭后才允许启动运行。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。过去常由低压灯泡构成，现多由数码管组成，且与呼梯盒做成一体结构。由以上要求本设计选择三相交流异步电动机，其型号为m31-y132s-4/5.5kw，各参数为：功率5.5kw，电压ac380v，电流11.6a，转速1440r/min。因而自动关门机选择型号为thj1500/0.5型。其参数为额定重量为1000kg，额定速度为0.5m/s总 结经过三周的课程设计，我们对plc的了解有了更进一步的认识，从中学到了许多。熟练的掌握了plc的编程方法以及plc的i/o接线，熟悉了电梯的工作过程以及工作原理，将课本上学到的理论知识成功地运用到了实践中。三层电梯的编程设计关键在于电梯是否响应楼层呼叫，何时响应楼