基于PLC的四层电梯控制系统设计12

1、毕业设计（论文）题 目： 基于PLC的四层电梯控制系统设计 系 部： 信息技术系 专 业： 电子信息工程 学 号： 学生姓名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 二一年五月八日目 录摘 要2PLC-based four-story elevator control system design3引 言4第一章 可编程控制器61.1、可编程控制器的介绍61.1.1 定义61.1.2 PLC的构成61.1.3 CPU的构成61.1.4 I/O模块71.1.5 电源模块71.1.8 PLC的通信联网81.2 可编程控制器的选用91.2.1、PLC控制系统的I/O点数计算91.2.2 PLC的型号选择10

2、第二章 硬件接线102.1 外部接线图102.2I/O分配图112.3 四层电梯模拟控制面板11第三章 系统软件设计123.1 PLC梯形图概述123.2 MELSOFT系列GX Developer编程软件的操作方法123.3系统工作过程分析133.4 控制要求143.5过程分析143.6 调试过程163.6.1准备工作163.6.2调试程序16结 论18参 考 文 献19附件一：梯形图20附件二：指令表25摘 要随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，电梯也已成为人类现代生活中广泛使用的运输工具。随着人们对电梯运行的安全性、舒适性等要求的提高，电梯得到了

3、快速发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。可编程控制器（PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。电梯控制要求接入设备使用简便，对应系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。通过PLC对程序设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯的电梯运行的舒适感。本文争对以上优点，对电梯运行进行了改进，使其达到了比较理想的控制效果。关键词 PLC 电梯 控制系统 PLC-based four-story elevator con

4、trol system designAbstractAs China's rapid economic development, micro-electronics technology, computer technology and automation technology have developed rapidly, elevators have become widely used in modern life, means of transport. As people of the elevator safety, comfort and other required

5、improvements, elevators has been rapid development of its drag technology has developed to a FM voltage speed, its logic control is to replace the original relay by PLC control.Programmable Logic Controller (PLC) because of stable and reliable, simple structure, low cost, easy to learn, powerful and

6、 easy to use has become the most widely used general-purpose industrial control devices, contemporary, one of the main pillars of industrial automation. Elevator control requires access device easy to use, the corresponding system configuration programming simple, with user-friendly man-machine inte

7、rface, with the application database, to speed up programming and debugging speed. Through the PLC to the program design to improve the elevator level of control, and improved elevator elevator running comfort. This contention of the above advantages, the elevator operation has been improved so that

8、 it reached a relatively satisfactory control effectKey words PLC elevator control system引 言1968年美国通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。 1969年，美国数字设备公司根据美国通用汽车公司的要求，研制出第一台可编程控制器PDD-14，并在GM公司汽车生产线上首次应用成果。70年代后期，随着微电子技术和计算机的迅猛发展，使PLC从开关量的逻

9、辑控制扩展到数字控制及生产过程控制领域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC（programmable controller）。但由于PC容易与个人计算机（programmable computer）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：“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、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型

10、的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。 可编程控制器，简称PLC。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。具有1.可靠性高、抗干扰能力强2.设计、安装容易，维护工作量少3.功能强、通用性好4.开发周期短，成功率高5.体积小，重量轻，功耗低等特点。已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电接触器系统相比系统更加可靠；占位空间比继电接触器控制系统小；价格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、接触器与之相当的执行机构

11、；能向中央执行机构、中央数据处理系统直接传输数据等。因此，进行电梯的PLC控制系统的设计，可以推动电梯行业的发展，扩大PLC在自动化控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，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。目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、微型计算机控制和PLC控制三种。从控制方式和性能上来说，这三种方法并没有太大的区别，国内外厂家大多选择第三种方式，其原因在于如果生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高; 传统的继电器控制系统其主要缺点是触点多，故障率高，可靠性差，维修工作量大等；而P

12、LC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等，实际上是PLC系统内存工作单元，既无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，可靠性高，程序设计方便灵活，研制周期短，因此，它比继电器控制和微机控制有着更明显的优越性，运行寿命更长，工作更安全可靠，自动化水平更高。第一章 可编程控制器1.1、可编程控制器的介绍1.1.1 定义PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数

13、字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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。1.1.2 PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、 I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。1.1.3 CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统

14、程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、

15、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。1.1.4 I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

16、开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。1.1.5 电源模块PLC电源用于为PLC各模

17、块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）1.1.6 底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。1.1.7 PLC系统的其它设备1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）

18、充当编程器。2、人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。3、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机1.1.8 PLC的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的

19、整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。1.2 可编程控制器的选用1.2.1、PLC控制系统的I/O点数计算根据电梯控制的特点

20、，输入信号应该包括以下几个部分：（1） 轿厢内及各层门厅外呼按钮主要是轿厢内的楼层选择数字键14，各层门厅外呼按钮，除一层只设置上升按钮，四层只设置下降按钮外，其他层均设置上升和下降两个按钮。一共需要10个输入。（2） 位置信号位置信号由安装于各楼层的电梯停靠位置的4个传感器产生。平时为常开，当电梯运行到平层时关闭。另外还有一组开光门限位。所以位置信号一共需要6个输入。（3）（4） 电梯门控制信号大部分电梯都具有开门啊、关门按钮，以方便手动开关门。一共需要2个输入。（5） 模拟电梯到位按钮 由于条件有限，所以本文海设置了到位按钮。电梯一共四层，所以设置了4个到位按钮，一共需要4个输入。综上所述

21、，共需要输入点22个。输出信号应该包括：（1） 内呼指示信号内呼指示信号有四个，分别用来表示14层楼层内呼的指令被接受，并在内呼指令完成后，信号消失。（2） 外呼指示信号外呼指示信号共有六个，分别用来表示14层楼层外呼的指令被接受，并在外呼指令完成后，信号消失。（3） 电梯轿厢上下行，电梯上下行指示信号，共四个。（4） 门电机开关指示，共需两个输出点。综上所述，共需要输出点16个。1.2.2 PLC的型号选择综合输入、输出点的计算以及要实现的电梯控制功能，实验室现有的三菱FX2N型号的PLC完全能实现设计要求。因为FX2N型号的PLC是一款面对大中型工业应用的PLC，输入输出点，内存容量以及响

22、应时间均符合条件。并且，三菱PLC具有稳定性高，功能强大，环境适应性强，编程软件简单完善，价格适中等优点。所以我采用了FX2N-48MR型号的可编程控制器。第二章 硬件接线2.1 外部接线图系统的硬件连接图即PLC和系统中各个硬件的连线。具体如图1-1：图1-1 主电路2.2 I/O分配图如表1-1表1-1 I/O分配图序号名 称输入点序号名 称输出点0外呼1上行X00电梯上行Y01外呼2下行X11电梯关门Y12外呼2上行X22电梯下行Y23外呼3下行X33电梯开门Y34外呼3上行X44内呼1层指示Y45外呼4下行X55内呼2层指示Y561层到位X66内呼3层指示Y672层到位X77内呼4层指

23、示Y783层到位X108外呼1层上升指示Y1094层到位X119外呼2层下降指示Y1110开门到位X1210外呼2层上升指示Y1211关门到位X1311外呼3层下降指示Y1312内呼1层X1412外呼3层上升指示Y1413内呼2层X1513外呼4层下降指示Y1514内呼3层X1614内呼开示Y1615内呼4层X1715内化关门指示Y1716内呼开门X2017内呼关门X2118电梯上升限位X2219电梯下降限位X2320手动复位X242.3 四层电梯模拟控制面板本文采用了THPLC-DT型四层电梯实验教学模型，利用面板上的按钮来模拟实现四层电梯运行的状态。它设置了电梯门，电梯内按钮指示，电梯内按

24、钮信号，电梯外按钮信号，电梯平层、限位信号，电梯门限信号，电梯外部呼叫指示灯，电梯行控，电梯内部选择指示灯，电梯门控已经层数标志。图1-2 四层电梯模拟控制面板第三章 系统软件设计3.1 PLC梯形图概述梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被设计人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。梯形图中逻辑解算是按从左至右、从上到下的顺序进行的。解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算

25、所利用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。3.2 MELSOFT系列GX Developer编程软件的操作方法本课题采用的编程软件为MELSOFT系列GX Developer编程软件，具体操作方法如下：1.打开MELSOFT系列GX Developer编程软件，之后点击，在下拉菜单栏点击“创建新工程（N）”，再选择，确定打开就可以绘制梯形图，编写本课题的程序。2. 在打开文件之后就可以绘制梯形图，根据所编的程序的要求，在页面上面的功能图在绘制梯形图中选择需要的输入元件，完成对梯形图的绘制。3.完成对梯形图的绘制后，在确定PLC处于通讯状态时，在软

26、件的菜单栏中点击，并在下拉菜单中点击“PLC写入”，将程序编入三菱FX2N-48MR中。3.3系统工作过程分析1.初始化2.确认本层于目标层并检测是否有厢内或厢外呼叫，无则结束。3.若有呼叫分辨本层于目标层是否一致，是则开门。 图1-3电梯运动流程图4.确认电梯启动方向。5.电梯启动。6.电梯加速。7.电梯高速运行。8.楼层检测。9.是否是目标层，不是则继续高速运行。 10.到目标层，电梯减速。11.到层检测。12.电梯制动。13.开门。14.延时后再关门。15.是否停止运动，不是则原地等待。16.确认运行结束则停止运行。如图1-3：电梯运动流程图3.4 控制要求所设计的电梯模型共有四层。电梯

27、的每一层面均有升降及轿厢所在楼层的指示灯显示；14所对应的指示灯表示楼层号，每层的楼厅均有输入（分上行和下行）按钮召唤电梯。工作中的电梯主要对各种呼梯信号和当时的运行状态进行综合分析，再确定下一个工作状态，为此它要求具有自动选向，顺向截梯和反向保号，外呼记忆，自动开、关门，停梯信号，自动达层等功能。分析以上控制要求，将电梯控制要实现的功能罗列如下：1. 开始时，电梯处于任意一层。2. 当有外呼梯信号到来时，电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门自动打开，延时3秒后自动关门。3. 当有外呼梯信号到来时，电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门自动打开，延时3秒后自动

28、关门。4. 在电梯运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反向下降（或上升）的呼梯信号均不响应；如果某反向呼梯信号前方再无其他呼梯信号，则电梯响应该呼梯信号。5. 电梯应具有最远反向呼梯功能。6. 电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮军不起作用。平层且电梯停止运行后，按开门按钮可使电梯门打开，按关门按钮可使电梯门关闭。3.5过程分析1、电梯上行设计要求1）当电梯停于1楼或2楼，3楼呼叫时，则上行，当3楼的行程开关控制停止，同时轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭。2）当电梯停于1楼，2楼呼叫，则上行，到2楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭。3）当电梯

29、停于1楼，2楼、3楼同时呼叫，电梯上行到2楼，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到3楼行程开关控制停止。4）当电梯停于1楼，3楼、4楼同时呼叫时，电梯上行到3楼，行程开关控制停止，同时，轿厢门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到4楼行程控制停止。5）当电梯停于1楼，2楼、4楼同时呼叫时，电梯上行到2楼，行程开关控制停止，同时，轿厢门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到4楼行程控制停止。6）当电梯停于1楼，2楼、3楼、4楼同时呼叫，电梯上行到2楼，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到3楼行程开关控制停

30、止，同时，轿厢门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到4楼行程控制停止。7）当电梯停于2楼，3楼和4楼同时呼叫，电梯上行到3楼，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭。8) 当电梯停于1楼或2楼或3楼，4楼呼叫，电梯上行到4楼，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭。2、电梯下行设计要求1）当电梯停于4楼，2楼呼叫时，则下行，到2楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭。2) 当电梯停于4楼，3楼呼叫时，则下行，到3楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭。3) 当电梯停于4楼，

31、2楼、3楼同时呼叫时，则下行，到3楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭，继续下行到2楼行程开关控制停止。4）当电梯停于4楼，1楼、3楼同时呼叫时，则下行，到3楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭，继续下行到1楼行程开关控制停止。5）当电梯停于4楼，1楼、2楼同时呼叫时，则下行，到2楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭，继续下行到1楼行程开关控制停止。6）当电梯停于4楼，1楼、2楼、3楼同时呼叫时，则下行，到3楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭，继续下行到2楼行程开关

32、控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭，继续下行到1楼行程开关控制停止。7）当电梯停于4楼或2楼或3楼，1楼呼叫时，则下行，到1楼的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后轿厢门与厅门关闭。3、电梯呼叫、上行或下行均需信号指示。4、在电梯运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼叫信号均不响应；如果某反向呼梯信号前方再无其它呼梯信号，则电梯响应该呼梯信号。5、电梯具有最远反向呼梯响应功能。 3.6 调试过程 3.6.1准备工作按照图1-1将所有的设备连接起来，并接通电源，观察PLC的指示灯，PLC上的RUN和RDY指示灯正常亮起，则PLC正常工作

33、，观察电梯模型上，电源指示灯正常亮起，则电梯模型正常工作。打开GX Developer编程软件，并打开已绘制的电梯PLC控制程序，单击菜单栏中“在线”，然后单击子菜单栏中的“PLC写入（W）”，成功连接PLC。设定好步数，单击“执行”按钮，即可将程序传送到PLC中去。3.6.2调试程序因为条件有限，调试程序时用按钮来表示输入，用指示灯来模拟程序运行后的输出。如图1-3.。此处举几个具有代表性的调试例子。1 轿厢在一层时有二层内呼首先按住一层平层按钮，然后按下二层内呼按钮，此时二层内呼指示灯亮起。松开一层平层按钮，电梯上行指示灯亮起，按下二层平层按钮，则电梯开门指示灯亮起，二层内呼指示灯熄灭。再按下开门限位按钮，电梯开门指示灯熄灭，3秒之后电梯关门指示灯自动亮起。再按下关门限位按钮，整个运动过程结束。2 电梯在一层时（此时电梯门关着），一层外呼上（四层内呼），未到二层时，同时收到四层外呼下指令（一层内呼），二层外呼下指令，三层外呼上指令（四层内呼）。这是一个非常复杂的运动过程，包含了设计中要求的自动定向，顺向截梯，反向记忆，自动开门等所