机电一体化毕业设基于PLC的电梯控制系统设计

1、毕业设计（论文）毕业设计（论文）论文题目：基于 plc 的电梯控制系统设计 学 生： 指导教师： 所在分院： 机械与电子学院 专 业： 机电一体化 年 月 日摘 要本文介绍一种电梯 plc 控制系统。电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的 plc 系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由 plc、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机控

2、制单元采用以欧姆龙的可编程控制器 plc 对机器进行全过程控制。整个系统通过 plc、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层；起动、制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。关键词：plc 控制系统 电梯 逻辑控制电路 变频器目录第一章 可编程控制器.1第一节 可编程控制器的特点 .1第二节 可编程控制器的组成与工作原理 .1一可编程控制器的组成.1二可编程控制器的工作原理.1第二章 总体设计.3第一节 设计方案与技术指标 .3一.设计方案.3二.主要技术指标.3三.系统设计.3第三章 硬件设计.5第一节 装置结构与工艺要求 .5第二节 硬件框图及输入输出分配 .5一分配

3、 plc 的输入/输出端子 表 3-1 .5二统计输入、输出点数并选择 plc 型号.6三输入/输出端子接线.7第三节 硬件设计原理 .13一.继电器的工作原理.13二.电动机的正反转原理.13第四章 电梯的模拟调试.14第一节 电梯调试前的准备 .14第二节 电梯的模拟调试过程 .14结束语.17致 谢.18参考文献.191第一章 可编程控制器第一节 可编程控制器的特点（1）.抗干扰能力强，可靠性高。（2）.控制系统结构简单、通用性强、应用灵活。（3）.编程方便，易于使用。（4）.功能完善，扩展能力强。（5）.plc 控制系统设计、安装、调试方便。（6）维修方便，维修工作量小。（7）体积小、

4、重量轻、是“机电一体化”特有的产品。第二节 可编程控制器的组成与工作原理一可编程控制器的组成可编程控制器主要由中央处理单元（cpu）、存储器（ram、rom）输入输出单元（i/o）、电源和编程器等几部分组成，其结构框图如图 1-1 所示。编辑器用户程序存储器 系统程序存储器中央处理单元 输入单元 输出单元电源 图 1-1 plc 的结构框图二可编程控制器的工作原理plc 才用循环扫描的工作方式，其扫描过程如图 1-2 所示。 这个工作过程分为内部处理、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要的时间称为一个扫描周期。内部处理阶段，plc 检查 cpu 模块的硬件是

5、否正常，复位监视定时器等。在通信操作服务2阶段，3plc 处于停状态，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。图 1-2 扫描过程内部处理通信操作输入处理程序执行输出处理停止运行4第二章 总体设计第一节 设计方案与技术指标一.设计方案（一）电梯的上升，下降由一台电动机控制：正转时电梯上升，反转时电梯下降。 （二）电梯的开门和关门由一台电动机控制：正转时电梯开门，反转时电梯关门。（三）各层两个呼叫开关（一个上升开关，一个下降开关） ，由于本设计是四层电梯，因此，在四楼只需设一个呼叫开关，一楼只需设一个上

6、升开关。各层设一个到位行程开关。（四）轿厢内设置一个开门按钮和一个关门按扭。 二.主要技术指标（一）每个楼层都有一个到位指示灯，到达每个楼层对应的指示灯亮。（二）电梯在上升和下降的过程由一台电动极控制，电动极正转，电梯上升；电动极反转，电梯下降。（三）开门关门的过程由另外一台电动极控制，电动极正转，电梯开门；电动极反转，电梯关门。 三.系统设计（一）熟悉控制对象确定控制范围首先要全面详细地了解被控制对象的特点和生产工艺过程，归纳出工作循环图或状态流程图，与继电器控制系统和工业控制计算机进行比较后加以选择。如果控制对象是工业环境较差，而安全性、可靠性要求又特别高、系统工业又复杂、输入输出点数多，

7、则用常规继电器系统难以实现。工艺流程又要经常变动的机械和现场，用 plc 进行控制是合适的。（二）制定控制方案，进行 plc 选型根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定电控系统的工作方式是手动、半自动还是全自动；是单机运行还是多机联线运行等。（三）硬件和软件设计plc 选型和 i/o 配置是硬件设计的重要内容。设计出合理的 plc 外部接线图也很重要。对 plc 的输入、输出进行合理的地址编号，会给 plc 系统的硬件设计、软5件设计和系统调整带来很多方便。输入输出地址编号确定后，硬件设计和软件设计工作可平行进行。（四）模拟调试将设计好的程序键入 plc 后应仔细检查与验证，改正程序设计语法错

8、误。之后在实验室里进行用户程序的模拟运行和程序调试，观察各输入量、输出量之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，发现问题及时修改，直到满足工艺流程和状态流程图的要求。（五）现场运行调试模拟调试好的程序传送到现场使用的 plc 存储器中，接入 plc 的实际输入接线和负载。进行现场调试的前提是 plc 的外部接线一定要准确无误。反复现场调试，发现问题现场解决。如果系统调试达不到指标要求，则可对硬件和软件作市调整，通常只需修改用户程序即可达到调整目的。现场调试后，一般将程序固化在有长久记忆功能的可擦可编程只读存储器（dprom）卡盒中长期保持。6第三章 硬件设计第一节 装置结构与工艺要求本系统采

9、用轿厢外召唤、轿厢内按钮控制方式的形式。电梯的上升和下降由一台电动机驱动。电动机正转，电梯上升；电动机反转，电梯下降。电梯轿厢门由另外一台电动机驱动。该电动机正转，电梯开门；电动机反转，电梯关门。每个楼层都置呼叫开关，具体要求如下：1电梯在一层时，三层有呼叫请求，则电梯上升到三层。2电梯在一层时，二层有呼叫请求，则电梯上升到二层3电梯在一层时，一层有呼叫请求，则电梯不动，呼叫无效。4电梯在一层时，二层三层同时都有呼叫请求，则电梯先上升到二层，再继续上升到三层。5电梯在二层时，三层有呼叫请求，则电梯上升到三层。6电梯在二层时，二层有呼叫请求，则电梯不动，呼叫无效。7.电梯在二层时，一层有呼叫请求

10、，则电梯下降到一层。8电梯在二层时，三层先有呼叫请求，然后一层也有呼叫请求，则电梯上升到三层。9电梯在三层时，二层有呼叫请求，则电梯下降到二层。10电梯在三层时，一层有呼叫请求，则电梯下降到一层。11电梯在三层时，三层有呼叫请求，则电梯不动，呼叫无效。12电梯在三层时，二层一层同时都有呼叫请求，则电梯先下降到二层，再继续下降到一层。13电梯在四层时，一层有呼叫请求，则电梯下降到一层。14.电梯在四层时，二层有呼叫请求，则电梯下降到二层。15.电梯在四层时，三层有呼叫请求，则电梯下降到三层。16电梯在四层时，一、二、三层都有呼叫请求，则电梯先下降到三层，再继续下降到二层、一层17电梯在上升途中，

11、任何下降呼叫请求均无效。18电梯在下降途中，任何上升呼叫请求均无效。第二节 硬件框图及输入输出分配一分配 plc 的输入/输出端子 表 3-1表 3-1 四层电梯 plc 输入/输出端子分配表7输入电器输入端子输出电器输出端子开门按钮 sb10000开门继电器 km10504关门按钮 sb20001关门继电器 km20505开门行程开关 sl10002上行继电器 km30500关门行程开关 sl20003下行继电器 km40501红外传感器 sa10004加速继电器 km50506红外传感器 sa20005低速继电器 km60502门锁输入信号 sa30006快速继电器 km70503一层接近

12、开关 sa40007上行方向灯 hl10508二层接近开关 sa50008下行方向灯 hl20509三层接近开关 sa60009一层指示灯 hl30600四层接近开关 sa70010二层指示灯 hl40601一层内指令按钮 sb30011三层指示灯 hl50602二层内指令按钮 sb40012四层指示灯 hl60603三层内指令按钮 sb50013一层内指令指示灯 hl70604四层内指令按钮 sb60014二层内指令指示灯 hl80605一楼向上呼叫按钮 sb70100三层内指令指示灯 hl90606二楼向上呼叫按钮 sb80101四层内指令指示灯 hl100607二楼向下呼叫按钮 sb90

13、102一层向上呼叫指示灯 hl110608三楼向上呼叫按钮 sb100103二层向上呼叫指示灯 hl120609三楼向下呼叫按钮 sb110104二层行下呼叫指示灯 hl130610四楼向下呼叫按钮 sb120105三层向上呼叫指示灯 hl140611一楼下行减速接近开关 sa80106三层向下呼叫指示灯 hl150701二楼上行减速接近开关 sa90107四层向下呼叫指示灯 hl160702二楼下行减速接近开关 sa100108三楼上行减速接近开关 sa110109三楼下行减速接近开关 sa120110四楼上行减速接近开关 sa130111二统计输入、输出点数并选择 plc 型号输入信号有

14、27 个，考虑到有 15%的备用点，即 27*（1+15%）=31.05，取整8数 32，因此共 32 个输入点。输出信号有 23 个，考虑到有 15%的备用点，即 23*（1+15%）=26.45，取整数 27，因此共 27 个输出点。因此可选用欧姆龙 c60p cpu 类型可编程控制器，它有 32 个输入点，28 个输出点，满足本设计的要求。三输入/输出端子接线根据通道分配情况，可画出 plc 外部接线图，如下图 3-1 所示：sa6sa1sa7sa5sa3sa4sa2sa10sa13sa12sa8sa11sa9sb9sb3sb12sb8sb6sb7sb1sb2sb10sb11sb4sb5

15、hl16km3km4km6km7km1km2km5hl1hl2hl3hl4hl5hl6hl7hl8hl9hl10hl11hl12hl13hl14hl15220vac220vac220vac000000010002000300040005000600070008com000900100011001200130014com0101010201030104010501060107010801090110011101000500com0501com0502com0503com050405050506com05080509com0600060106020603060406050606com0607060

16、806090610061107010702comcomc60psl1sl29图 3-1 输入/输出地址分配图四梯形图设计为了设计方便，把梯形图分为开关门的手动/自动控制、电梯到站指示、各层呼叫指示、电梯启动和运行方向选择、电梯速度变换五个部分。(一)开、关门的手动/自动控制如图 3-2 所示0504050510001000#0050#0030.000000030002050505041001050410001000050500020001tim00tim011001050400070505tim0100020004050205031001000500080009tim0000000010000

17、1图 3-2 开关门控制电路10工作过程：手动开门：当电梯运行到位后（运行继电器 1000 为 off），按开门按钮0000，是输出线圈 0504 有效，驱动开门接触器，打开轿门，直至到位，行程开关动作，即 0002 动断触点打开，开门过程结束。自动开门：电梯运行到位后，相应的楼层接近开关闭合相应的楼层接近开关闭合，即 0007（0008、0009 或 0010）接点闭合，时间继电器 tim00 开始计时，计到 3s 时，tim00 触点闭合，时 0504 线圈有效。手动关门：按下关门按钮，即 0001 闭合，0505 有效，驱动关门接触器，关闭轿门，直至到位，行程开关 0003 动作，关门动

18、作结束。关门保护：自动关门时，可能夹住乘客，可在门上装设红外传感器。当有人进出时，0004 或 0005 闭合，关门被禁止，同时开门接触器工作，把门打开，至限位位置后，重新执行关门动作。（二）电梯到站指示如图 3-3 所示，其中 1003、1004 分别为单双数楼层联锁保护中间继电器。00091003000710040600000800100007000900100602060300080601100306001004060206010603060210040601060310040600100306031003060006010602100310040600060106020603图 3-3

19、 电梯到站指示11工作过程：电梯运行过程中，当电梯运行到指定楼层位置时，对应的楼层位置继电器进行登记，以便显示。如当电梯运行到二层时，碰到二层的接近开关 sa5，使0008 为 on，0600、0602、0603 保持常闭，0601 得电，显示到达二层。（三）各层呼叫指示，如图 3-4 所示：010100060006000600060006000605010602060105000501010300110013060305000602010101050100060001020601060100120600keep0609keep0610keep0611keep0701keep070206020

20、0140603keep0608keep0604keep0605keep0606keep0607图 3-4 电梯各层呼叫指示工作过程：12电梯在运行过程中，随时会有内呼或外呼叫信号，则必须将这些呼叫信号保存形成选层信号，以便当电梯运行到对应楼层时，能响应其呼叫。如当电梯停在四层，二层乘客按下 sb9（二楼向下呼叫按钮），则 0610 得电并保持。当电梯到达二层时，0601 得电闭合，使 0610 恢复常态。当电梯在上行（下行）状态时，0501（0500）闭合，按向下（向上）呼叫按钮无效。当电梯内有呼叫信号时，采用保持继电器对呼叫信号进行登记和指示，而当达到对应楼层时，用对应楼层开关消除该呼叫信号

21、。如楼梯在三层，而乘客想到一楼时，按下 sb3，0011 为 on，0604 为 on，呼叫信号被保存并驱动指示灯显示，当电梯到达一楼时，碰到一楼的接近开关 sa7，从而使 0600 为 on，消除了一楼的内呼叫信号。（四）电梯启动和运行方向选择，如下图 3-5 所示：060106020501060306030601050005080500050105090601060306020600000306020601060006050606060706040605060606020605050805081006050910060604060500060607000610050509060606040

22、600060706010603keep1006difu10050509050005080501图 3-5 电梯启动运行和方向选择13工作过程：电梯的运行为上行和下行两种相反的方向，因此根据控制要求形成对应的定向信号与对应的运行方向指示。当电梯运行到所选楼层时，1005 为 on 一个扫描周期，用以切断起动控制信号，停止运行。启动控制由中间继电器 1006 来完成。当电梯所在楼层位置之上，有选层信号且电梯处于非下行状态，可以定向为上行；当电梯所在楼层位置之下有选层信号且处于非下行状态时，可以定向为上行。如电梯停在四层，当一层（二层）有选层信号时，0604（0605）为on，0600、0601、0

23、602、0603 常闭保持闭合，0501、0509 得电，电梯下行且下行指示灯亮。（五）电梯速度的变换如图 3-6 所示：1405001006060406050106060006010107tim030501050305000501010806070111060601090603060601100602060505020502060306020601060106020600060006000603060106020602#00200503tim0305060502图 3-6 电梯速度的转换工作过程：电梯启动后快速运行，2s 后开始加速，在接近目标楼层时，相应的接近开关（0106、0107、01

24、08、0109、0110 或 0111）动作，电梯开始减速，直至达到目标楼层时停止。第三节 硬件设计原理一.继电器的工作原理继电器一种利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力或使输出状态发生阶跃变化从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其它器件或装置动作的一种控制元件。15从 plc 实验箱出来的信号使 24v 的高电平，继电器收到从 plc 出来的信号，它的线圈就导通触点就闭合从而达到控制 220v 的电路。从而实现弱电控制强电的原理。其原理图如图 3-7 所示。图 3-7 继电器工作原理 二.电动机的正反转原理利用继电器的工作原理实现电动极的正反转。当 plc 出来

25、信号 1 时触点闭合电动极正转；当从 plc 出来信号 2 时触点闭合电动极反转其工作原理图如下图 3-8 所示. 图 3-8 电动极正反转原理 第四章 电梯的模拟调试第一节 电梯调试前的准备电梯在一、二、三、四层楼分别设置一个行程开关，一层设置一个上呼按钮，二、三层设置一个上呼按钮和一个下呼按钮，四层设置一个下呼按钮。在轿箱内设置四个楼层内选按钮，一个开门按钮和一个关门按钮。在轿厢运行期间不能开门。轿厢不关门不允许运行。1.先按 i/o 接口图接好线。2.输入程序指令，并把指令写入 plc 内存。3.启动 plc 实验箱的 run，程序即可运行。 16 第二节 电梯的模拟调试过程用指示灯和电

26、机的正反转来模拟电梯的运行过程（一）从一层到二层：接通 0007 即接通 sa4，一层指示灯 hl3 亮，表示轿箱原停在一楼层，按sb4，即 0012 接通一下，二层内指示灯亮，表示呼叫二楼层，则 hl1 接通，上行方向指示灯亮，电动机正转，表示电梯上升。断开 sa4,接通 sa5，一层指示灯 hl3 灭，二层指示灯 hl4 亮，二层内指示灯灭，0500 断开，上行方向灯灭，电动机停止（表示电梯上升停止），电梯到达二层。（二）从一层到三层：接通 0007 即接通 sa4，一层指示灯 hl3 亮，表示轿箱原停在一楼层，按sb5，即 0013 接通一下，三层内指示灯亮，表示呼叫三楼层，则 hl1

27、接通，上行方向指示灯亮，电动机正转，表示电梯上升。断开 sa4,接通 sa6，一层指示灯 hl3 灭，三层指示灯 hl5 亮，三层内指示灯灭，0500 断开，上行方向灯灭，电动机停止（表示电梯上升停止），电梯到达三层。（三）从一层到四层：接通 0007 即接通 sa4，一层指示灯 hl3 亮，表示轿箱原停在一楼层，按sb6，即 0014 接通一下，四层内指示灯亮，表示呼叫四楼层，则 hl1 接通，上行方向指示灯亮，电动机正转，表示电梯上升。断开 sa4,接通 sa7，一层指示灯 hl3 灭，四层指示灯 hl4 亮，四层内指示灯灭，0500 断开，上行方向灯灭，电动机停止（表示电梯上升停止），电

28、梯到达四层。（四）从二层到三层：接通 0008 即接通 sa5，二层指示灯 hl4 亮，表示轿箱原停在二楼层，按sb5，即 0013 接通一下，三层内指示灯亮，表示呼叫三楼层，则 hl1 接通，上行方向指示灯亮，电动机正转，表示电梯上升。断开 sa5,接通 sa6，二层指示灯 hl3 灭，三层指示灯 hl4 亮，三层内指示灯灭，0500 断开，上行方向灯灭，电动机停止（表示电梯上升停止），电梯到达三层。（五）二层到四层：接通 0008 即接通 sa5，二层指示灯 hl4 亮，表示轿箱原停在二楼层，按sb6，即 0014 接通一下，四层内指示灯亮，表示呼叫四楼层，则 hl1 接通，上行方向指示灯

29、亮，电动机正转，表示电梯上升。断开 sa5,接通 sa7，二层指示灯 hl3 灭，四层指示灯 hl6 亮，四层内指示灯灭，0500 断开，上行方向灯灭，电动机停止（表示电梯上升停止），电梯到达四层。（六）从三层到四层：17接通 0009 即接通 sa6，三层指示灯 hl4 亮，表示轿箱原停在三楼层，按sb6，即 0014 接通一下，四层内指示灯亮，表示呼叫四楼层，则 hl1 接通，上行方向指示灯亮，电动机正转，表示电梯上升。断开 sa6,接通 sa7，三层指示灯 hl5 灭，四层指示灯 hl6 亮，四层内指示灯灭，0500 断开，上行方向灯灭，电动机停止（表示电梯上升停止），电梯到达四层。（七

30、）从四层到一层：接通 0010 即接通 sa7，四层指示灯 hl6 亮，表示轿箱原停在四楼层，按sb3，即 0011 接通一下，一层内指示灯亮，表示呼叫一楼层，则 hl2 接通，下行方向指示灯亮，电动机反转，表示电梯下降。断开 sa7,接通 sa4，四层指示灯 hl6 灭，一层指示灯 hl5 亮，一层内指示灯灭，0501 断开，下行方向灯灭，电动机停止（表示电梯下降停止），电梯到达一层。（八）四层到二层：接通 0010 即接通 sa7，四层指示灯 hl6 亮，表示轿箱原停在四楼层，按sb4，即 0012 接通一下，二层内指示灯亮，表示呼叫二楼层，则 hl2 接通，下行方向指示灯亮，电动机反转，

31、表示电梯下降。断开 sa7,接通 sa5，四层指示灯 hl6 灭，二层指示灯 hl4 亮，二层内指示灯灭，0501 断开，下行方向灯灭，电动机停止（表示电梯下降停止），电梯到达一层。（九）从四层到三层：接通 0010 即接通 sa7，四层指示灯 hl6 亮，表示轿箱原停在四楼层，按sb5，即 0013 接通一下，三层内指示灯亮，表示呼叫三楼层，则 hl2 接通，下行方向指示灯亮，电动机反转，表示电梯下降。断开 sa7,接通 sa6，四层指示灯 hl6 灭，三层指示灯 hl5 亮，三层内指示灯灭，0501 断开，下行方向灯灭，电动机停止（表示电梯下降停止），电梯到达三层。（十）从三层到一层：接通

32、 0009 即接通 sa6，三层指示灯 hl5 亮，表示轿箱原停在三楼层，按sb3，即 0011 接通一下，一层内指示灯亮，表示呼叫一楼层，则 hl2 接通，下行方向指示灯亮，电动机反转，表示电梯下降。断开 sa6,接通 sa4，三层指示灯 hl6 灭，一层指示灯 hl5 亮，一层内指示灯灭，0501 断开，下行方向灯灭，电动机停止（表示电梯下降停止），电梯到达一层。（十一）从三层到二层：接通 0009 即接通 sa6，三层指示灯 hl5 亮，表示轿箱原停在三楼层，按sb4，即 0012 接通一下，二层内指示灯亮，表示呼叫二楼层，则 hl2 接通，下行方向指示灯亮，电动机反转，表示电梯下降。断

33、开 sa7,接通 sa5，三层指示灯 hl6 灭，二层指示灯 hl4 亮，二层内指示灯灭，0501 断开，下行方向灯灭，18电动机停止（表示电梯下降停止），电梯到达一层。（十二）从二层到一层：接通 0008 即接通 sa5，二层指示灯 hl5 亮，表示轿箱原停在二楼层，按sb3，即 0011 接通一下，一层内指示灯亮，表示呼叫一楼层，则 hl2 接通，下行方向指示灯亮，电动机反转，表示电梯下降。断开 sa5,接通 sa4，二层指示灯 hl6 灭，一层指示灯 hl5 亮，一层内指示灯灭，0501 断开，下行方向灯灭，电动机停止（表示电梯下降停止），电梯到达一层。（十三）电梯开门和关门电梯到达每个

34、楼层后，相应的接近开关（0007、0008、0009、0010）动作，tim00 得电，延时 3s 后，tim00 动合触点闭合，开门继电器 km1 得电，电动机正转，电梯门打开。手动开门时，按下开门按钮 sb1，0000 闭合，开门继电器km1 得电，电动机正转，电梯门打开。（十四）电梯关门：开门到位后，经 5s 延时，使 tim01 触点闭合，关门继电器 km2 得电，电动机反转，电梯关门。手动关门，按下关门按钮 sb2，关门继电器 km2 得电，电动机反转，电梯关门。电梯门上装有红外传感器，当有乘客进出时，0004 或0005 闭合，关门被禁止，同时开门继电器工作，把门打开，至限位位置后，重新执行关门动作。（十五）电梯速度的转换：接通 sa4,使电梯停在一层，然后按 sb3