毕业设计（论文）基于PLC控制的层电梯控制系统设计

1、武夷学院成人高等教育武夷学院成人高等教育 毕业论文（设计）毕业论文（设计）题 目基于 plc 控制的层电梯控制系统姓 名 学 号 系（教学点） 电子工程系 年级、专业 07 机电一体化 层次、形式 高起专、脱产 指导教师、职称： 目录摘要 .1绪论.2第一章 电梯的发展与分类.31.1 概述.31.2 电梯的分类.31.3 电梯的组成部件.6第二章 可编程序控制器的结构与工作原理.62.1 plc 的体系结构.62.2 可编程序控制器的基本结构 .62.3 可编程序控制器的工作原理 .72.4 plc 控制程序设计 .82.4.1 plc 控制系统的设计基本原则.82.4.2 plc 编程步骤

2、.8第三章 设计内容.93.1 plc.93.2 电梯模型 plc 控制系统设计 .93.3 i/o 地址分配.103.4 i/o 接线图.113.5 电梯的控制系统设计 .123.5.1 电梯控制系统实现的功能 .123.5.2 电梯操作方式 .123.5.3 控制系统流程图 .13 3.6 控制系统梯形图.14总结.18致谢.19参考文献.20基于基于 plcplc 控制的层电梯控制系统控制的层电梯控制系统摘摘 要要随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高。plc（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以安全可靠、运行稳定、编程方便、操作简单

3、尤其是它的高可控性等优点，在电梯控制系统过程中得到了广泛的应用。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，很好的实现了对系统的控制。关键词：关键词：plc 电梯控制系统 应用绪论 随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律

4、等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（plc）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而 plc 可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳 定可靠等特点，所以

5、现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。电梯是将机械原理应用、电气技术、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集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术迅速发展。特别是随着计算机网络技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代电梯的技术含量日益提高。在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的要求。第一章第一章 电梯的发展与分类电梯的发展与分类1.11.1 概述概述1.1.电梯产品的录属关系和在人民物质生活中的作用电梯产品的录属关系和在人民物质生活中的作用：在我国，电梯、手扶梯、自动人

6、行道等属于起重运输设备。电梯是在垂直方向上运行的运输设备，手扶梯是在斜面上运行的运输设备。但是电梯和手扶梯都是把人或货物从一个水平面提升到另一个水平面的起重运输设备。随着人口的增加、科学技术日新月异地发展、人们物质生活水平的逐步提高，建筑业得以迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起，十几层至几十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅楼鳞次栉比。完全可以预想到，随着社会的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将会和汽车一样，成为重要的运输设备之一。2.电梯产品发展简史：据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。公元1765年瓦特发明了蒸汽机后，1858

7、年美国研制出以蒸汽机为动力，并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。1878年英国的阿姆斯特郎发明了水压梯。并随着水压梯的发展，淘汰了蒸汽梯。后来又采用液压泵和控制阀以及直接拄塞式和侧拄塞式结构的液压梯，这种液压梯至今仍为人们所采用。但是电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。我国电梯的使用历史悠久。80年代中期以来，随着我国对外开放，对内告活经济的政策深入贯彻执行，随着技术引进工作的进一步开展，在国内建立一批合资和独资电缆生产厂，使我国的电梯工业又取得巨大的发展，我国又新颁布一批具有80年代国际水平的电梯制造标准，随着采用新标准生产的电梯批量推向市场，技术性能和质量明显提高的电梯

8、又进一步促进建筑业和电梯业的发展，电梯工业蓬勃发展的局面已经形成。1.21.2 电梯的分类电梯的分类电梯的分类比较复杂，一般常从不同的角度进行分类。1.1.按用途分类按用途分类：1）乘客电梯：为运送乘客而设计的电梯。主要用于宾馆、饭店、办公楼、大型商店等客流量大的场合。这类电梯为了提高运送效率，其运行速度比较快，自动化程度比较高，轿厢的尺寸和结构形式多为宽度大于深度，使乘客能畅通地进出。而且安全设施齐全，装潢美观。2）载货电梯：为运送货物而设计的并通常有人伴随的电梯。主要用于两层楼以上的车间和各类仓库等场合。这类电梯的装潢不太讲究，自动化程度和运行速度一般比较低，而载重量和轿厢尺寸的变化范围比

9、较大。3）病床电梯：为运送病床而设计的电梯。4）杂货电梯（服务电梯）：供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等，并不允许人员进入的电梯。这种电梯的安全设施不齐全，不准运送乘客。为了不使人员进入轿厢，进入轿厢内部的门洞及轿厢的面积都设得非常小，而且轿厢的净高度一般不大于1.2m。5）住宅电梯：供住宅楼使用的电梯。6）客货电梯：主要用做运送乘客，但也运送货物的电梯，它与乘客电梯的区别在于轿厢内部的装饰结构不同。7）特殊电梯：除上述常用的几种电梯外，还有为特殊环境、特殊条件、特殊要求而设计的电梯。如船舶电梯、观光电梯、防腐电梯、车辆电梯等。2.按速度分类：1）低速度：速度v1. 0m/s的电梯。

10、2）快速度：速度1.0m/sv2.0m/s的电梯。3）高速度：速度v2.0m/s的电梯。3.按有、无蜗轮减速器分类：1）有蜗轮减速器的电梯：用于梯速为3.0m/s以下的电梯。2）无蜗轮减速器的电梯：用于梯速为3.0m/s以上的电梯。4.按驱动方式分类：1）钢丝绳式：曳引电动机通过蜗杆、蜗轮、曳引绳轮、驱动曳引钢丝绳两端的轿厢和对重装置做上下运行的电梯。2）液压式：电动机通过液压系统驱动轿厢上、下运行的电梯。1.31.3 电梯的组成部件电梯的组成部件电梯是一种复杂的机电产品，一般由机房、轿厢、厅门及井道和井底设备等4个基本部分组成。1.机房机房机房位于电梯井道的最上方或最下方，用于装设曳引机、控

11、制柜、限速器、选层器、地震检测仪、配线板、总电源开关及通风设备等。当机房设在井道底部时，称为下置式曳引方式。由于此种方式结构较复杂，钢丝绳弯折的次数较多，缩短了钢丝绳的使用期限，增加了井道承重，且保养困难，所以一般不采用，只有机房不可能设在井道顶部时才采用。相反，机房上置式曳引方式因设备简单，钢丝绳弯折次数少，成本低，维护简单等特点，最为普遍采用。如果机房即不可能设在井道底部，也不了能设在顶部时，可考虑选用液压式电梯，即机房侧置式。2.轿厢与对重轿厢与对重(1)轿厢 轿厢是是用来安全运送乘客及物品到目的层的箱体装置，它的运行轨迹是在曳引钢丝绳的牵引下沿导轨上下运行。(2)对重 对重又称平衡重，

12、起到平衡轿厢的作用（但这种平衡是相对的和变化的） 。对重与轿厢通过曳引绳的连接，利用曳引绳与曳引轮槽之间的摩擦力驱动轿厢的上升和下降。3.厅门（层门）厅门（层门）厅门是为确保在候梯厅的乘客安全而设置的开闭装置，只有在轿厢停层和平层时才被打开。第二章第二章 可编程序控制器的结构与工作原理可编程序控制器的结构与工作原理2 2. .1 1plcplc 的体系结构的体系结构plc 实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。如下图所示：编程器中央处理单元（cpu）输入电路输出电路系统程序存储区用户程序存储区电源plc 硬件的基本结构2.2可编程序控制器的基本结构可编程序控制器的

13、基本结构可编程序控制器简称为 plc（programmable logic controller）主要由 cpu 模块、输入模块、输出模块和编程器组成。 （如下图所示）可编程序控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由 cpu（中央处理单元） 、存储器（ram 和 eprom） 、输入/输出模块（简称 i/o 模块） 、编程器和电源五大部分组成。(1) cpucpu 模块模块cpu 模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微机处理器（cpu）和存储器组成。cpu 的作用类似于人类的大脑和心脏。它采用扫描方式工作，每一次扫描要完成以下工

14、作：1）输入处理：将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存器。2）程序执行：逐条读入和解释用户程序，产生相应的控制信号去控制有关的电路，完成数据的存取、传送和处理工作，并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。3）输出处理：将输出映像寄存器的内容送给输出模块，去控制外部负载。(2) i/oi/o 模块模块i/o 模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和 cpu 模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类：一类是从按钮、选择开关、数字开关、限位开关、接收开关、关电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变

15、化的模拟量输入信号。可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。 (3) 编程器编程器编程器除了用来输入和编辑程序外，还可以用来监视可编程序控制器运行时梯形图中各种编程元件的工作状态。编程器可以永久地连续在可编程序控制器上，将它取下来后可编程序控制器也可以运行。一般只在程序输入、调试阶段和检修时使用，一台编程器可供多台可编程序控制器公用。2.32.3 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器的工作原理可编程序控制器有两种基本的工作状态，即运行（run）状态与停止（stop）状态。在运行状态，

16、可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到 stop 工作状态。除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程序控制器还要完成，内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为 5 个阶段（见左上图） 。可编程序控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。2 2. .4 4 p pl lc c 控控制制程程序序设设计计2.4.12.4.1 plcplc 控制系统

17、的设计基本原则控制系统的设计基本原则1) 最大限度的满足被控对象的控制要求。2) 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。3) 保证控制系统安全可靠。2.4.22.4.2 plcplc 编程步骤编程步骤具体编制一个plc 控制程序的基本步骤如下(其流程图见2.7)。 图 2.7 plc 编程步骤第三章第三章 设计内容设计内容3.13.1 plcplc 的的构成构成根据物理结构形式不同，plc 分为整体式和组合式（模块式）两种。整体式 plc 是将 cpu 板、i/o 板、显示面板、内存块、电源等组装在一个箱体内构成主机。组合式 plc 是将 cpu 模块、i/o 模块

18、、内存、电源模块分别作成相应的电路板或模板，各模板可以插在带有总线的底版上。plc 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。3.23.2 电梯模型电梯模型 plcplc 控制系统设计控制系统设计由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送 plc 的检查程序有无错误运行程序有无错误程序投入使用通过 pc 机、gpc 或 fit 输入程序至plc编制 plc

19、程序（梯形图或指令代码）将 plc 的 i/o 位分配给输入输出设备确定系统必须完成的各项任务及其顺序修改程序调整程序noyesyesno计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。为便于观察，对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，采用 led 和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。为了提高电梯的运行效率和平层的精度，系统要求 plc 能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制。根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现。为了电梯的运行安全，系统应设置可靠的故障保护和相应的显示。根据电梯所处的位置和运行方向，在编程中，采用

20、了四个优先级队列，即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。其中，上行优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的阵列。上行次优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以下楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。控制系统在电梯运行中实时排列的四个优先级陈列，为实现随机逻辑控制提供了基础。当电梯以某一运行方向接近某楼层的减速位置时，判别该楼层是否有同向的呼叫信号(上行呼叫标志寄存器、下行呼叫标志寄存器、有呼叫请求时，相应寄存器

21、为 l，否则为 0)，如有，将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较，如相同，则在该楼层减速停车：如果不相同，则将该寄存器数据送入比较寄存器，并将原比较寄存器数据保存，执行该楼层的减速停车。该动作完毕后，将被保存的数据重新送入比较寄存器，以实现随机逻辑控制。系统還利用行程判断楼层，并转化成 bcd 码输出，通过硬件接口电路以 led 显示。3.33.3 i/oi/o 地址分配地址分配i/o 分配表如表 3-3 所示输入输出输入继电器电路元件作用输出继电器电路元件作用x000sb1开门按钮y01km1开门继电器x001sb2关门按钮y02km2关门继电器x002sq1开门行程开关y03km3上

22、行继电器x003sq2关门行程开关y04km4下行继电器x004sq3向上运行转换开关y05km5快速继电器x005sq4向下运行转换开关y06km6加速继电器x006sl1红外传感器（左）y06km7慢行继电器x007sl2红外传感器（右）y07hl1上行方向灯x010k门锁输入信号y08hl2下行方向灯x011sq5一层接近开关y09hl3一层指示灯x012sq6二层接近开关y10hl4二层指示灯x013sq7三层接近开关y11hl5三层指示灯x014sb3一层箱指令按钮y12hl6一层箱指令指示灯x015sb4二层箱指令按钮y13hl7二层箱指令指示灯x016sb5三层箱指令按钮y14h

23、l8三层箱指令指示灯x017sb6一楼向上呼叫按钮y15hl9一层向上呼叫灯x020sb7二楼向上呼叫按钮y16hl10二层向上呼叫灯x021sb8二楼向下呼叫按钮y17hl11二层向下呼叫灯x022sb9三楼向下呼叫按钮y18hl12三层向下呼叫灯x023sq8一楼下接近开关x024sq9二楼上接近开关x025sq10三楼上接近开关x026sq11二楼下接近开关表 3-3 i/o 分配表3.43.4 i/oi/o 接线图接线图电梯控制系统 i/o 接线图如图 3-4 所示图 3-4 电梯的 plc 控制的输入/输出接线图3.53.5 电梯的控制系统设计电梯的控制系统设计3.5.13.5.1

24、电梯控制系统实现的功能电梯控制系统实现的功能(1)一台电机控制上升和下降(2)各层设上/下呼叫开关(最顶层与起始层只设一只)(3)电梯到位后具有手动或自动开门关门功能(4)电梯内设有层楼指令键，开关门按键，警铃风扇及照明按键(5)电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯(6)待客自动开门，当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门迎客(7)自动关门与提早关门.在一般情况下，电梯停站 4-6 秒应能自动关门;在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前实现关门动作.(8)按钮开门。在开关过程中或门关闭后，电梯启动前，按下操纵盘上开关按钮，门将打开。(9)内指令记忆。当轿厢内操纵盘

25、上有多个选层指令时，电梯应能按顺序自动停靠车门，并能至调定时间，自动确定运行方向。(10)自动定向。当轿厢内操纵盘上，选层指令相对与电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主的原则，自动确定运行方向。(11)呼梯记忆与顺向截停。电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号，对符合运行方向的召唤，应能自动逐一停靠应答。(12)自动换向。当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。(13)自动关门待客。当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时电梯应自动关门在调定时间内自动关闭轿厢照明。3.5.23.5.2 电梯操作方式电梯操作方式1)单轿厢下集选控制登记所有轿厢和厅门下行召唤;轿厢上行是只答

26、应轿厢召唤，直至最高层;自动改变运行方向为下行，应答厅门下行召唤。2)单轿厢全集选登记所有厅门和轿厢召唤;上行时顺应答轿厢和厅门上召唤。直至最高层自动反向应答下行召唤和轿厢召唤。3.5.33.5.3 控制系统流程图控制系统流程图开始置初始状态输入外召唤信号输入指令信号启动关门关门结束启动，满速运行层楼到？减速平层位置到？停层开门停止运行？结束3.63.6 控制系统梯形图控制系统梯形图总结毕业设计是专科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的设计出电梯plc 控制，我摆脱了单纯的理论知识学习状态。通过实际设计相结合，锻炼了我综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能

27、力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平。通过 plc 控制电梯，实现电梯的运行速度、反映时间和停层的准确度达到一定的标准，而对电梯的速度、运行状态、安全、可靠、消防等进行合理的设计。综合考虑电梯 plc 控制系统，能够达到“稳、准、快”的要求，这就要求我们的设计必须严密、可靠。通过这次毕业设计，提高了我的意志力和品质力，提升了自己的忍耐力，懂得了怎样缓解压力，学会了独立思考、逻辑思维、提出问题、分析问题、解决问题的方法。这是我们希望看到的，也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐，但我的收获却更加丰富。通过与罗老师的沟通和交流，我了解到此系统的适用条件，此设备的选用标准，以及各种器件适用性。我的能力也得到了提高，提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。最终按质按量完成本次设计。我的收获是很难用语言来描述的。非常感谢各位老师的指导与帮助。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。无论 plc 控制电梯系统怎么复