三层电梯PLC控制系统设计

-PAGE14-三层电梯PLC控制系统设计

目录第1章PLC的选择及其控制系统的设计 21.1PLC工作原理 21.2PLC控制电梯的优点 21.3基于PLC的电梯设计 31.3.1硬件设计 31.3.2软件设计 5第2章系统软件开发 72.1系统软件开发的过程 72.1.1开关门控制 72.1.2楼层信号显示 92.1.3轿内与厅外召唤的登记与消除 102.1.4电梯的定向 112.1.5停车信号的产生 112.1.6制动减速信号的产生 112.1.7电梯启动加速、稳速运行与停车制动环节 122.1.8报警系统 12结论 13第1章PLC的选择及其控制系统的设计1.1PLC工作原理PLC是一种工业计算机，其工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，CPU采用分时操作方式来处理各项任务，即每一时刻只能处理一件事情，程序的执行是按照顺序依次执行。这种分时操作过程称为PLC对程序的扫描，扫描一次所用的时间称为扫描周期。运行时，逐条地解释用户程序，并加以执行。程序中的数据并不直接来自输入或输出模块的接口，而是来自数据寄存器区，该区域中的数据在输入采样和输出锁存时周期性地不断刷新。PLC的扫描工作过程大致可以分为3个阶段：输入采样、用户程序执行和输出刷新3个阶段，如下图所示。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述3个阶段。（1）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC首先扫描所有输入端子，再依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入输入寄存器中。此时，输入寄存器被刷新。输入采样结束后，转入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，输入寄存器中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）用户程序执行阶段输入采样阶段的输入信号被刷新后，送入程序执行阶段。组成程序的每条指令都有顺序号，指令按顺序号依次存入存储单元。在程序执行期间，微处理器将指令顺序调出并执行，并对输入和输出状态进行处理，即按程序进行逻辑、算术运算，在将结果存入输出状态寄存器中。（3）输出刷新阶段当用户程序执行完毕后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照输入/输出状态寄存器内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，转换成被控设备所能接收的电压或电流信号，再经输出电路驱动相应的外设。在下一个输出刷新阶段开始之前，输出锁存器的状态不会改变，从而相应输出端子的状态也不会改变。1.2PLC控制电梯的优点PLC实现电梯升降控制的优势:电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。因此在工业控制方面得到了广泛应用。自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行是乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。1.3基于PLC的电梯设计1.3.1硬件设计（1）主电路设计图2-1交流双速电梯的主电路交流双速电梯的主电路图如图2-1所示，电源由开关SQ0引入，经上升接触器KM1和下降接触器KM2来控制双速笼型异步电动机的正反转，从而用以实现电梯的上下行控制。正常工作即电梯上升或下降时由高速运行接触器KM3接通快速绕组，定子串联阻抗启动，再经过延时，就由启动加速接触器KM5来短接启动阻抗，从而达到额定速度进入稳速运行的阶段。采用降压启动可以减小启动电流对电网的冲击，减少电动机的启动加速度，从而增加了电梯启动的舒适感。当电梯收到停车的命令后，KM3应该断电释放，由低速运行接触器KM4接通慢速绕组，经过延时分别由减速制动接触器KM6、KM7和KM8短接阻抗，从而起到电梯停车前制动减速的作用，这样不仅增加了停车制动时的舒适感，而且使停车更为准确。电梯到平层位置时，所有接触器都断开，抱闸抱死，使电梯停止运行。(2)门机、抱闸、门锁和安全运行电路的设计其电路图如图2-2所示，门机电路中，M2为他励直流电动机，由开门接触器KM9和关门接触器KM10来控制M2的正反转，KM9闭合时，电阻R1与M2的电枢并联，电流从电动机电枢的左端流向右端，从而使电动机正转实现开门，由开门调速开关SQ8将R1短接，得以实现开门调速（减速）；KM10闭合时，电阻R2与M2的电枢并联，电流从电动机电枢的右端流向左端，从而使电动机反转实现关门，并由关门调速开关SQ9、SQ10和R2一起来实现关门调速。

图2-2门机、抱闸、门锁和安全运行电路的设计在电梯上、下行的运行中时，KM1或KM2将会闭合一个，从而使制动线圈YB得电，抱闸松开，电动机能够正常运转。当电梯要停止时，KM1和KM2断开，YB将失电，抱闸将电动机闸住而实现停车。

SQ11~SQ17表示1~7楼厅门锁开关，SQ18表示轿门关闭到位开关，只有将所有的厅和轿门开关串联在一起，从而控制电梯门锁继电器KA1，实现只有当全部门正常关闭后电梯才能实现上升和下降的控制。安全运行电路是将安全窗开关SQ1、安全钳开关SQ2、限速器开关SQ3和轿内急停开关SQ4以及热继电器触点FR1和FR2串联在一起构成，是电梯中最重要的电路。最后用KA2的触点来控制电源的接入与否，这样可以保证在多种紧急情况下能够立即停车，从而确保了电梯的安全运行。

如图2-3中M2用的是他励直流电动机，直流电动机的调速性能好，起动力矩大，比较容易实现电梯的开关门，就像关门要由快到慢，直流比较容易调节它的速度，而且直流的制动回路比较简单。

图2-3他励直流电动机

(3)电梯的控制原理图分析

电梯的电气控制原理如图2-4所示，它由曳引电动机、门电机、PLC和其他电气元件构成，本控制系统主要是采用欧姆龙CP1H系列的PLC来实现电梯的运行控制，PLC接收来自现场的厅外与轿内的呼叫、楼层、位置和安全等信号，再实现对楼层的显示、电梯的开关门、呼梯显示和电梯的升降等功能。图2-4电梯的控制系统原理图1.3.2软件设计通过清点需要接入PLC的信号，可以计算出控制系统所需的输入点数为40个，输出点数为38个，所以选择欧姆龙CP1H系列40点I/O型主机和3台20点的I/O扩展单元，其I/O扩展配置和I/O点编号如图2-5所示。三层电梯的PLC控制输入输出端口如图2-6所示。图2-5CP1H系列PLC的I/O扩展配置和I/O点编号图2-6三层电梯的PLC控制输入输出端口第2章系统软件开发2.1系统软件开发的过程2.1.1开关门控制电梯开门主要存在着以下几种情况：检修开门；重新开门；停层开门；基站开门；呼梯开门。因而设计得到关门控制的梯形图如图10所示，其相应的程序如表1所示（按列看，下文同）。图3-1电梯控制流程图图3-2开门控制的电梯图表3-1开门控制的程序对于关门主要存在以下几种情况：检修关门；自动关门；提前关门。因而关门控制的梯形图如图3-2所示，其程序如表3-2所示。图3-2关门控制的电梯图表3-2关门控制的程序2.1.2楼层信号显示当电梯到达某层时，应该显示出此层是几楼，才能让乘客更清楚电梯的位置。若要楼层正确的显示，首先应由楼层感应器来判断电梯在哪个范围属于哪层，然后利用内部辅助继电器使相应的七段码亮。例如观察比如电梯在一楼，在一楼辅助继电器20003得电，则七段码A段和B段会亮，显示出1的字样，当电梯不在一楼而上升到二楼时，则20003将失电，七段码A段和B段会暗，相应的在二楼辅助继电器20004会得电，进而使七段码的A、B、D、E和G段会亮，显示出2的字样。一楼至三楼的程序如表3-3所示。表3-3一楼至三楼的楼层信号显示程序2.1.3轿内与厅外召唤的登记与消除如图3-3左是轿厢内的布局，右是厅外的布局，轿厢内设有急停开关按钮、检修时的上行启动按钮和检修时的下行启动按钮，还有手动开门按钮、手动关门按钮和1~3楼的内选按钮；厅外2楼有上呼按钮和下呼按钮，1楼有上呼按钮，3楼有下呼按钮。轿内1~3这三个按钮和厅外的上下呼的按钮只要有被按下，则相应按钮的指示灯就会亮，当电梯响应其按钮的指示灯就会灭。此外，轿内和厅外都有楼层显示和上下行显示，这样可以让乘客更清楚电梯的位置。

图3-3轿内和厅外的布局乘客想要去哪个楼层，可以按下内选按钮，比如乘客在一楼进入电梯，想去三楼，则应该按下三楼的内选按钮，此时三楼的内选按钮指示灯会亮，当电梯行驶到三楼时，常闭触点20005会断开，从而使三楼内选按钮的指示灯灭掉即被消除，其一楼至三楼的登记与消除的梯形图如图3-4所示，相应的程序如表3-4所示。图3-4一楼至三楼的等级与消除的梯形图表3-4一楼至三楼的等级与消除的程序2.1.4电梯的定向电梯在自动运行的情况下，首先得先确定运行方向，才能让电梯正确的运行。当电梯处于待命的时候，若此时接到了内选和外呼的信号，则应该把电梯的位置和呼叫信号相比较，从而来确定电梯是应该上行还是下行。一旦电梯定向完后，当内选和外呼顺向运行还没完的时候，定向信号不能被消除。在检修的状态下，电梯不需要定向，直接由上行启动和下行启动按钮来完成。2.1.5停车信号的产生在停车制动前，必须先确定停车信号，即确定电梯将要在哪层停下，这可通过楼层位置信息和呼叫信息来判断。如当电梯定上行时二楼有上呼状态或者电梯定下行时二楼有下呼状态，又或者有二楼内选状态时，此时应该产生二楼停车触发的信号，当电梯行驶到二楼（由楼层感应器判断）时就要产生二楼停车信号，从而可以使电梯开始减速停车。2.1.6制动减速信号的产生电梯在平层之前要先减速再制动，才能使电梯平层更准确，且电梯也不会突然停车，这让乘客感觉更舒适。电梯上行时，上平层感应器先插入隔磁铁板，若有停车信号，则此时应该发出制动减速信号，使电梯开始减速，当下平层感应器插入隔磁铁板时，电梯应该抱闸停车，并自动开门；电梯下行时，下平层感应器先插入隔磁铁板，如有停车信号，则此时应该发出制动减速信号，使电梯开始减速，当上平层感应器插入隔磁铁板时，电梯应该抱闸停车，并自动开门。2.1.7电梯启动加速、稳速运行与停车制动环节只有当电梯的运行方向确定了，即上行或下行，并确保电梯门已经关好了，才可以开始启动电梯，进入启动加速环节，经过延时后短接阻抗，从而达到额定速度进入稳速运行的阶段。因此，电梯运行前应先确定下上下行接触器的接通与断开情况，从而使电梯实现上下行或停车，所以要先设计好上下行接触器的程序。当产生制动信号后，停层