《基于PLC的多层电梯控制系统设计【论文】3300字》

基于PLC的多层电梯控制系统设计TOC\o"1-3"\h\u26752第一章系统概述 1315431.1电梯的组成及分类 1190031.2功能需求分析 1178901.3控制方案的确定 224134第二章系统硬件设计 4252822.1PLC的选型 423880一、PLC选型 417144二、I/O的分配 42702三、PLC外部接线图 583322.2变频器的选型 621574第三章系统程序设计 8256403.1程序流程功能图设计 8201613.2程序的设计 911752结束语 1716752参考文献 181206附录 20第一章系统概述1.1电梯的组成及分类现代电梯，按照设计的国家电梯标准，主要由曳引机驱动单元、对重装置、上下行导轨、安全保护装置、轿厢装置以及电气控制系统等组成。曳引机的主要作用是通过电动机拖动轿厢上行和下行，是电梯的动力部分。对重装置是电梯的必不可少部分，主要平衡轿厢。导轨是轿厢的移动轨迹，轿厢移动通过导轨进行上移和下移。在每个电梯中，往往需要安装安全防护检测装置和保护装置，比如上行限位开关、下行限位开关，当平层限位开关失效后，需要通过上行或下行限位开关，紧急停止设备；对防夹传感器进行安装，主要目的是防止乘客在电梯关门状态下进入电梯，对乘客造成的伤害，当电梯发生意外坠落过程中，通过失重传感器检测，并且输出刹车系统，将电梯抱闸，防止造成重大事故。当电梯超重后，由超重传感器发出信号，表示当前电梯超重，需要减重才能继续运行。按照现代电梯的分类，主要分为高速电梯、中速电梯和低速电梯，高速电梯的运行速度大于二米每秒，而中速电梯的运行速度为一米到两米之间每秒，低速电梯的速度为小于一米每秒。1.2功能需求分析五层电梯设计，按照电梯的基本工艺要求，进行自动控制，在实现电梯上行、下行以及开门、关门控制。具体的功能需求如下：（1）电梯分为外呼按钮和内呼按钮，外呼按钮除过一层为上行按钮、五层为下行按钮之外，其他楼层分别有上行按钮和下行按钮；内呼按钮为楼层选择按钮，当乘客进入电梯，通过内呼按钮进行选择目标楼层，电梯根据目标楼层指令，开始执行上行或下行动作。（2）当电梯上行或下行时，对反向的主令信号将不接受。在反方向的外呼按钮输入时，在没有其他内呼输入的情况下，就对反方向的外呼按钮进行响应。并且电梯设计必须要有最远反向外呼相应功能。（3）电梯每个楼层有平层检测传感器，当到达目标楼层时，该平层传感器动作，电梯停止运行，并停在目标楼层，并且自动开门，当延时一段时间，将自动关门。（4）对开门和关门通过限位开关进行检测是否开门到位或关门到位。当关门到位，电梯才能执行上行或下行动作，如果在关门过程中，突然有乘客进入电梯，防夹传感器响应信号，将重新开门，以免乘客被门夹伤。按照以上的电梯功能要求，对五层电梯进行控制方案的选择，并完成硬件设计和软件设计，通过上位机仿真实现五层电梯的控制功能。1.3控制方案的确定本设计采用可编程控制器对多层电梯进行设计，通过变频器驱动曳引机和门电机，达到节能控制和调速的功能，通过变频器的电位器调节输入0-10V模拟量信号，进行速度给定控制，通过变频器加速减速时间控制，使电梯达到舒适度的要求。按照工艺的设计，系统输入部分主要包括内呼按钮输入、外呼按钮输入、平层检测输入、限位开关输入等；系统输出部分主要包括电梯的上行输出和下行输出、开门输出和关门输出、楼层指示输出、上呼指示输出、下呼指示输出、内呼指示输出。并且通过上位机进行电梯当前状态监控，通过仿真调试，达到本设计的方案控制。按照该控制方案，本设计的控制方案如图2-1设计。图1-1系统控制方案框图

第二章系统硬件设计2.1PLC的选型一、PLC选型首先是我们的输入信号有呼叫信号、轿厢内部信号。呼叫信号有五层的按钮，其中第一层和第五层只有一个，其它三层分别有两个。所以呼叫按钮一个需要8个输入端子。内选信号主要由开门、关门、还有一到五层选择按钮组成。所以轿厢内选信号需要8个输入信号组成。它的输出信号主要由这几个方面组成：楼层指示灯、安全指示灯、外部上下运行指示灯、电梯内选信号指示灯。楼层指示灯分别对应着五层需要五个输出。安全指示灯包括警报灯和超重指示灯。外部上下运行指示灯除一楼和五楼各一个，其它需要两个，共8个。内选信号指示灯由开关门两个、电梯上下行两个、楼层选择指示灯五个共9个。所以共需25个输出。输入输出一共需要41个I/O口。在PLC选型方面主要考虑以下几点简单灵巧容易上手、程序简易方便学习、能够方便使用人机界面表达设计、平时学习最深刻的型号。故在此控制器最终选择三菱FX2N系列PLC，因为要用到41个I/O口，最终选择FX2N-48MR。二、I/O的分配本次课题共需32个I/O口，以下表格是详细的分配。表2-1PLC接线分配表输入输出外层1楼上行按钮X0一楼指示灯Y0外层2楼下行按钮X1二楼指示灯Y1外层2楼上行按钮X2三楼指示灯Y2外层3楼下行按钮X3四楼指示灯Y3外层3楼上行按钮X4五楼指示灯Y4外层4楼下行按钮X5警报指示灯Y5外层4楼上行按钮X6外层1楼上行指示灯Y6外层5楼下行按钮X7外层2楼下行指示灯Y7内选开门按钮X10外层2楼上行指示灯Y8内选关门按钮X11外层3楼下行指示灯Y9内选一楼按钮X12外层3楼上行指示灯Y10内选二楼按钮X13外层4楼下行指示灯Y11内选三楼按钮X14外层4楼上行指示灯Y12内选四楼按钮X15外层5楼下行指示灯Y13内选五楼按钮X16开门指示灯Y16关门指示灯Y17上行指示灯Y20下行指示灯Y21内显一层指示灯Y22内显二层指示灯Y23内显三层指示灯Y24内显四层指示灯Y25内显五层指示灯Y26超载指示灯Y27三、PLC外部接线图根据课题实际安排，进行PLC外部接线。如图2-1所示：图2-1PLC接线图2.2变频器的选型变频器作为工业应用常用的驱动单元，通过变频控制技术以及现代微电子应用技术，对现场工作电动机进行频率、转矩控制的电力设备。变频器的分类主要包括高压大功率变频器和低压小功率变频器，常用变频器的工作电源使用工频交流电源。按照资料查询，电梯的曳引机，按照载重1000KG、运行速度1.75m/s考虑计算，曳引机的功率如下计算：按照以上计算，曳引机计算功率为20.580KW，需要选择变频器为22KW。通过对变频器的原理及应用分析，按照本设计的要求，对变频器采用外部端子输入启停控制，并且通过电流模拟量信号进行变频器的调速控制，负载类型为一般负载，安装的电压等级为AC380V，系统使用现场工作环境良好，按照此应用要求和范围，MM440变频器按照本设计的工作要求，选用的变频器额定输入电压为AC400V，额定电流为43A，频率调节范围为0-1000HZ，冷却方式为风扇冷却，安装方式为壁挂式安装，控制方式为V/F电压频率控制，通过外部端子进行变频器的启停控制，通过模拟量进行变频器的速度调节。图2-2MM440变频器示意图

第三章系统程序设计3.1程序流程功能图设计对于五层电梯上下行控制流程图设计。假设电梯停在N（N=1，2，3，4，5）楼，M楼有信号，M＞N时，电梯上行；M＜N时，电梯下行。如下图所示。图3-1电梯上下行控制流程图对于电梯上下行控制流程，当电梯运行过程中，对反向的输入外呼将不接受该指令，如果没有内呼信号输入，当其他反向输入外呼信号，将进行响应。通过该流程图可知，电梯具有最远反向的响应功能，当电梯在某一层时，如果该上层的外呼下信号都有输入时，将响应最远的外呼下信号；同理，当电梯在某一层时，如果该下层信号外呼上信号都有输入时，将响应最远的外呼上信号。对于该最远反向响应的功能，如下流程图所示。图3-2电梯最远反向响应流程图对于电梯的开关门控制，当电梯到达某一目标楼层时，系统将发出开门输出的信号，电梯门开始打开，当碰触开门限位时，电梯门停止，并且进行延时，当延时时间到后，如果没人进入电梯，将自动关门。当碰触到关门限位后，电梯门将停止。当电梯门在关门状态时，如果有乘客进入电梯，将立即打开电梯门，并重新延时，当延时时间到后，如果没人进入电梯，将自动关门。图3-3电梯开关门流程图3.2程序的设计采用STEP7-Micro/win作为编程软件，根据电梯控制系统的控制要求设计情况及PLC控制系统I/O的分配情况，进行程序编写。在设计中，按照需要实现的程序条例清晰，方便编写，也便于调试。梯形图及注释如下：结束语本系统设计的多层电梯控制系统，主要的工艺为进行开门关门、上行下行以及防护功能设计等。选择三菱FX2N-48MR可编程控制器进行设计，通过光电开关、限位开关、外呼按钮、内呼按钮等进行输入和输出设计。按照多层电梯的设计方案，硬件设计采用AC220V电源输入，对可编程控制器进行了输入接口和输出接口的设计。在软件流程设计中，详细分析电梯的程序流程，按照此程序流程，对多层电梯的软件按照程序流程的设计思路进行各种电梯控制的条件判断和输出执行。满足了系统的功能。

参考文献（1）廖常初.PLC