【基于plc的电梯控制系统设计8700字（论文）】

基于plc的电梯控制系统设计TOC\o"1-3"\h\u283001引言 1223992PLC概述 2140342.1PLC定义 2219572.2PLC工作原理 2245383电梯控制系统的硬件设计 3296353.1控制要求 3114543.2总体方案设计 3169263.3硬件选择 496583.3.1PLC选择 486103.3.2变频器选择 5173783.4主电路设计 5155263.5电源电路和控制路设计 639693.6PLC输入和输出分配 631803.7PLC输入和输出接线图 7282624电梯控制系统的软件设计 8211774.1PLC内部地址 824774.2程序流程图 9289224.3程序梯形图设计 10119765调试和仿真测试 2945225.1调试 29281155.2仿真测试 29322186总结 431907参考文献 441引言由于我国正在逐步迈入现代化，电梯渐渐地成为了许多高层建筑物中用来装载人员或者运输物品的重要交通工具。随着时代的发展和进步，建筑的数量和规模都在增加。楼层也变得越来越高，这就直接导致了现代社会对于所有静态和动态功能（如电梯调速精度和调速范围）都要求很高。电梯一般就是指通过竖向或者朝水平两个方向移动运行的公用电梯，倾斜或者横向水平两个方向进行移动的公用电梯，或者来说是通过自动人行道，倾斜或者横向水平两个方向进行移动。只有了这样的自动电梯，摩天大楼真正能够得以顺利兴建，现代化的中国城市才真正能够长高。据相关专家机构估计，截至2020年，全国和世界发达各国在用的自动电梯约1580.3万台。电梯现在已经逐渐地发展成为我们进入人类工业社会以及现代化职业生活中普遍需要采用的一种从业人员物品搬运专用工具。电梯的安全性、效率和舒适性不断提高，促进了电梯技术的进步。在现代社会经济活动中，获得了计算机技术、自动电梯技术、自动电力和通用电子技术新的迅猛发展，不断地完全满足了对我国特色社会主义经济的快速健康发展以及我国人民干部群众经济物质精神生活条件水平的不断大大改善和逐步提升的市场需求，电梯运输机构已经作为一种重要的城市交通运输活动方式和交通工具，已经逐渐发展成为创造我国现代城市社会物质文明的重要表现。电梯已被广泛地设计应用于公办住宅建筑、公司、高层公寓房屋、宾店等使用场合。尤其特别是在大型的商业高层建筑中，电梯更是必须的需要想到做的就是垂直电梯搬运辅助装置。那么伴随这位我国当代高层建筑制造技术的飞速发展，电梯自动机械制造设备行业也是紧跟着逐步进入了一个新的技术发展升级阶段，载人专用电梯自动控制系统技术已经逐步完全发展至可以达到自动调频、调压和自动调速电梯控制的三个阶段，具有了电梯乘坐安全、运行可靠、舒适实用性比较高等几大优势，其中目前最主流的电梯控制系统技术就是电梯采用PLC控制进行电梯控制，并且它还具有许多作为实现高级智能化电梯控制的关键功能。目前，我国的经济快速发展，在自动化领域中PLC以其独特的特性发挥了火车头的作用。人们的物质文化生活水平进一步提高，电梯产品在人们生活中已经成为了不可或缺的物品，因此，研究以PLC为核心的电梯控制系统技术具有重要意义。2PLC概述2.1PLC定义可编程控制器（ProgrammableController）处于计算机体系之中也占有一席之地，设计出来的目的是为了实现工业控制的实际用。可编程控制器最初被称为可编程逻辑控制器(PLC)，它针对于逻辑控制代替了继电器的功能进行了实际化落实。随着技术的发展，该设备的功能已跨越多个领域，如逻辑控制，所以也称为可编程控制器(PC)。然而，为了针对于与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆进行比年，因此，能够将可编程控制器简称PLC。2.2PLC工作原理PLC等都是通过系统采用"顺序扫描，不断循环"的系统操作原理模式设计来有效实现这一技术目标。即在在PLC上正常系统运行时，CPU都会根据每个用户按照编程控制器的需求自动将其编制好并将其中储存于一个用户控制数据库和用户存储器文件中的执行程序，按照该指令中的步序步符号(或者用户地址步符号)执行周期性第二周期程序的顺序扫描。如果没有指令，跳转执行指令，从第一条指令开始一条一条执行用户程序，直到程序结束。然后，返回第一条指令，开始下一次新的扫描。在每个扫描过程中，对输入信号进行采样并刷新输出状态。PLC的一个数据扫描工作周期须主要经历了读出输入数据采样，程序运行及读入输出数据刷新三个主要步骤。PLC这是在线对输入通断信号进行采样的第一中断阶段：首先，按照图中指定的采样顺序，通过中断工作状态或无线扫描采样方式，读出每个输入锁存器端口中临时存储的所有输入开关量端子或所有输入端子的所有数据，并将所有数据写入每个相位容器对应的所有输入开关量状态的子寄存器中，即所有输入自动刷新，然后所有刷新后的输入子端口再次自动关闭，整个程序开始执行。PLC在用户程序的先后执行处理阶段：根据要存储在新的用户程序执行指令中的文件位置和指令执行的顺序，连续执行一系列扫描以连续连接和执行每个程序指令。经过一系列程序编码操作和基于数据库的优化处理后，操作结果被再次扫描写入指令输出的某个状态条件寄存器，输出状态条件寄存器中的所有指令地址和内容都会随着用户程序的指令开始继续执行而相应改变。输出插入刷新第二个初始阶段：换句话说，当所有插入指令正常运行时，输出再生状态会插入注册表的输出清空状态，输出信号会被发送到初始阶段的输出插入和更新阶段，然后再发送到输出插入锁中，并带有一定的工作频率以及工作方法(就比如直流继电器、晶体管或者特别是光电晶间二极管)从插入输出，驱动到一个相应的插入输出刷新装置而正常运行工作。3电梯控制系统的硬件设计3.1控制要求电梯由安装在各楼层电梯口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，SB1~SB5层内的选择按钮安装在电梯的承载箱中，用于选择锚固层。SQ1是级别1指示符，SQ2是级别2指示符，SQ3是级别3指示符，SQ4是级别4指示符。SQ5为五层指示。1）初始阶段，电梯处于某层；2）当有呼出信号时，电梯响应信号，到达楼层时停止运行，打开电梯门，进行5秒的延长，之后自动执行关门操作；3）当有内部呼叫信号时，电梯发出信号，到达这层时停止，电梯门在5秒钟后自动打开和关闭；4）电梯运行过程中，向相反方向的外部呼叫信号不响应，但如果在反向外部呼叫信号前面没有其他内部和外部呼叫信号，则电梯必须发出外部呼叫信号；5）电梯应具有最远的反向呼叫应答功能，即电梯是否在一楼停止，其他楼层也有向下外呼信号，则应响应最高层的外呼信号；6）当电梯未调平或运行时，开门按钮和关门按钮不起作用。当楼层平坦，电梯停止运行时，按打开按钮打开电梯门，按关闭按钮关闭电梯门。3.2总体方案设计控制系统方框图见图3-1，采用PLC作为控制核心，编码器a和b接PLC的输入，用于PLC内部进行高速计数，确定轿厢位置。外部的1-4层上行呼叫按钮接PLC的输入，用于轿厢外1到4层上行呼叫。外部的2到5层下行呼叫按钮，接PLC的输入，用于轿厢外2到5层下行呼叫。1到5层轿厢内呼叫按钮，接PLC的输入，用于轿厢内呼叫。外部的楼层到位平层检测，接PLC的输入，用于到达楼层，停止轿厢运行，执行开门操作。外部的上平层和下平层接PLC的输入，用于轿厢上升，开始执行低速，检测到上平层执行高速，当前楼层的下一楼层有停梯要求，检测到下平层，执行低速；用于轿厢下降，开始执行低速，检测到下平层执行高速，当前楼层的下一楼层有停梯需求，检测到上平层，执行低速。上升限位和下降限位等超限接PLC的输入，用于超限保护，防止冲顶。轿厢内手动开门和手动关门按钮接PLC的输入，用于到达平层后，执行手动开关门操作。外部的开门限位和关门限位接PLC的输入，用于检测到开门到位停止开门，关门到位停止关门。外部的夹人保护、超重保护和过载保护，用于进行安全保护。PLC输出接上行指示用于1到4层上行呼叫显示。PLC输出接下行指示用于2到5层下行呼叫显示。PLC输出接内呼指示用于1到5层轿厢内部呼叫显示。PLC输出接楼层指示用于采用BCD数码管显示当前楼层。PLC输出的电梯上升控制、电梯下降控制、变频高速和变频低速控制继电器，PLC控制这些继电器线圈，继电器线圈通电，继电器常开触点闭合，变频器控制。执行上升、下降、高速和低速等，然后变频器驱动拖曳电机正反转，高低速运行。PLC输出接制动继电器，继电器接制动电磁铁，电磁铁控制制动器，电梯停止运行时执行制动。PLC输出接开关门的开门、关门控制继电器线圈，开门、关门继电器常开触点闭合，开门、关门接触器线圈得电，开门、关门接触器常开主触点闭合，驱动开关门电机执行正反转，驱动开关门电机执行开门或者关门操作。1-4层上呼1-4层上呼2-5层下呼1-5层内呼楼层检测上、下平层上行指示下行指示内呼指示楼层指示电梯上升电梯下降开门控制关门控制PLC升降电机开门电机变频器接触器接触器超限保护开关门编码器ab开关门限位夹人保护超重保护过载保护变频高速变频低速制动控制制动器电磁铁图3-1控制系统方框图3.3硬件选择3.3.1PLC选择经过上文的探讨，本系统共使用32个DI通道，26个DO通道，无AI和AO，58个输入输出通道，是一个小型自动化应用程序，可以选择要控制的小型PLC。三菱FX2N系列PLC是一种小型PLC，具有更高的性能、更高的性价比、更广泛的使用和更方便的布线。规格较多，从16点到256点都可以灵活选用，因此选择三菱的FX2NPLC进行控制。其中FX2N-80MR-001是一体化PLC，PLC本体含40路DI，40路DO，不需要添加扩展模块来满足系统需求，也不需要有足够的热备盘输入和输出。3.3.2变频器选择三菱公司的A740系列变频器是A700变频器中的三相AC380V电源变频器，电压等级400V，功率0.4K～500KW，是高性能矢量变频器，为通用变频器，使用范围广。变频器选择需要与电机匹配，假设根据机械计算，电机采用AC380V，75KW，则变频器可以选择FR-A74075kW变频器，AC380V，75kW变频器，满足使用需要。3.4主电路设计主电路见图3-2，AC3x380V三相交流电，经接线端子L1、L2、L3和N为电梯提供AC380V交流电源。QF1是可以切断电梯电源的通用电源开关。图3-2主电路M1是电梯升降电机，它驱动电梯轿厢升降。QF2是起重电机的断路器，用于开关起重电机的电源。VFD1是升降电机驱动变频器，驱动电梯升降电机正反转和高、低速运行。KA1是上升控制继电器，KA2是下降控制继电器，KA3变频高速控制继电器，KA4变频低速控制继电器，FR1是针对于电机过载保护的热继电器的提升。M2是开关门电机，驱动轿厢门机构开门或关门。QF3是门电机断路器，用于通断门电机电源。KM1是开门驱动接触器，KM2是关门驱动接触器。FR2是门电机过载保护热继电器。3.5电源电路和控制路设计控制电路如图3-3所示，F4是用于切断控制电路电源的控制断路器。FU1是用于短路过电压保护的控制电路熔断器。G1是用于将220v交流电转换为24v直流电，并为可编程控制器的输入和传输提供24v直流电的交流电源。YC1是制动器，KA5是制动控制继电器，PLC通过控制KA5线圈得电，制动KA5常开触点闭合，YC1线圈得电，执行制动。图3-3控制电路3.6PLC输入和输出分配PLC输入和输出分配见表3-1和3-2所示。表3-1PLC输入分配表名称PLC地址外部编号名称PLC地址外部编号编码器aX0a关门按钮X20SB15编码器bX1b1层平层X21SQ1内呼1层X2SB12层平层X22SQ2内呼2层X3SB23层平层X23SQ3内呼3层X4SB34层平层X24SQ4内呼4层X5SB45层平层X25SQ5内呼5层X6SB5开门限位X26SQ61层上呼X7SB6关门限位X27SQ72层上呼X10SB7上平层X30SQ82层下呼X11SB8下平层X31SQ93层上呼X12SB9上升限位X32SQ103层下呼X13SB10下降限位X33SQ114层上呼X14SB11超重检测X34P14层下呼X15SB12夹人检测X35P25层下呼X16SB13拖曳电机过载X36FR1开门按钮X17SB14开关门电机过载X37FR2表3-2PLC输出分配表名称PLC地址外部编号名称PLC地址外部编号内选一层指示灯Y0HL1车厢下行Y15HL14内选二层指示灯Y1HL2车厢上行Y16HL15内选三层指示灯Y2HL3报警Y17HA1内选四层指示灯Y3HL4BCD数码显示1Y20A1-1内选五层指示灯Y4HL5BCD数码显示2Y21A1-2一层上呼指示灯Y5HL6BCD数码显示4Y22A1-3二层上呼指示灯Y6HL7变频正转Y23KA1二层下呼指示灯Y7HL8变频反转Y24KA2三层上呼指示灯Y10HL9变频高速Y25KA3三层下呼指示灯Y11HL10变频低速Y26KA4四层上呼指示灯Y12HL11制动Y27KA5四层下呼指示灯Y13HL12门电机正转Y30KA6五层下呼指示灯Y14HL13门电机反转Y31KA73.7PLC输入和输出接线图PLC输入和输出接线图见图3-4所示。220V交流电接PLC的L和N为PLC提供220V工作电源。图3-4PLC输入和输出接线图4电梯控制系统的软件设计4.1PLC内部地址为了编程和阅读方便，定义了PLC内部使用地址，如表4-1所示。表4-1PLC内部使用地址表名称PLC地址备注名称PLC地址备注电机正反转标志M1车厢在四楼上行信号M28内选1层标志M4车厢在五楼下行信号M29内选2层标志M51楼停车信号标志M34内选3层标志M62楼停车信号标志M35内选4层标志M73楼停车信号标志M361层上呼标志M104楼停车信号标志M372层上呼标志M115楼停车信号标志M383层上呼标志M121层平层标志M402层下呼标志M132层平层标志M413层下呼标志M143层平层标志M424层下呼标志M154层平层标志M434层上呼标志M165层平层标志M445层下呼标志M17开机关门标志M50车厢上行信号标志M20开机返回一层标志M51车厢下行信号标志M21保持信号取消M52车厢在一楼上行信号M22电梯外呼信号的开门信号M53车厢在二楼上行信号M23一层设定高速计数值D200车厢在三楼上行信号M24二层设定高速计数值D202车厢在四楼下行信号M25三层设定高速计数值D2O4车厢在三楼下行信号M26四层设定高速计数值D2O6车厢在二楼下行信号M27五层设定高速计数值D2O84.2程序流程图控制流程图如图4-1所示。开始初始化，进行参数设定。开始初始化，没关门到位，开门到位，自动执行关门。开始不在任何楼层，自动返回一层，返回到一层复位初始化标志。等待呼叫，检测是否本层呼叫，是本层外部呼叫，执行开门，延迟关门。进行电梯选向，电梯低速起动，高速运行，低速结束，到楼层停止，执行开门，延时自动关门，继续循环。开始等待是否厅外呼叫开始等待是否厅外呼叫楼层检测本层是否目标层电梯选向电梯启动电梯运行楼层检测是否目标层开门延时关门是否结束结束是否轿厢呼叫NNYYYNNYNY图4-1控制流程图4.3程序梯形图设计开机初始化，使用M8002开机运行一个扫描周，预设各楼层高速计数值，设定各楼层高度。启动编码器高速计数，使用C251对输入X0和X1进行a，b高速计数。到达各楼层平层，超限位，对高速计数进行重新校正，赋值设定值。开机初始化，M8002为ON一次，不在任何楼层，X21到X24都为OFF；同时不在上下限位，X32和X33都为OFF，则置位M51，执行开机返回一层。开机初始化，M8002为ON，检查都倘若开门不存在，则X26关闭，如果门洞口不存在，则在M50位置打开和关闭门动作。内呼1层指示灯。内呼2层指示灯。按下“ON(打开)”按钮打开室内电话的“2层”指示灯。内呼3层指示灯。内呼4层指示灯。内呼5层指示灯1层上呼指示灯2层上呼指示灯，同向停梯，反向则反之2层下呼指示灯，同向停梯，反向则不停3层上呼指示灯，同向停梯，反向反之3层下呼指示灯，同向停梯，反向反之4层上呼指示灯，同向停梯，反向不停4层下呼指示灯，同向停梯，反向不停5层下呼指示灯1层平层信号处理2层平层3层平层4层平层5层平层车厢在1层上行信号车厢在2层上行信号车厢在3层上行信号车厢在4层上行信号车厢上行信号车厢上行输出电梯上行指示灯电梯下行车厢在5层下行信号电梯下行车厢在4层下行信号车厢在3层下行信号车厢在2层下行信号车厢下行信号车厢下行输出电梯下行指示灯报警车厢外呼信号保持，1层上呼保持2层上呼保持3层上呼保持4层上呼发生2层下呼开始3层下呼开始4层下呼保持5层下呼车厢内呼信号保持，1层内呼保持2层内呼保持3层内呼保持4层内呼保持5层内呼保持在1层停车到2层停车运行至3层停车运行至4层停车运行至5层停车手动及自动开门5调试和仿真测试5.1调试设计完成，进行调试和仿真，验证设计，并根据主回路原理图、控制回路原理图和PLCI/O接线原理图进行布线。进行必要的检查，避免短路故障等。然后，检查输入和输出特征，之后针对于输入和输出特征进行逐个检查，检查它们是否一致，工作是否正常。正确的硬件验证完成后，下载的程序会到达PLC，并根据设计要求，测试上下行和内部调用功能，测试电梯升降、切换口和报警功能，以及在软硬件完成之前需要及时修改的问题。5.2仿真测试简单的功能测试可以在没有PLC或PLC的情况下使用PLC进行，但模拟器并不支持超高速命令，例如在此设计中快速计数，而且只能进行简单的软件测试以验证设计。在软件的正面，找到硬件列表，运行分子数据图表逻辑测试，并开始PLC模拟。图5-1启动仿真PLC启动模拟自动化系统后，初始影像如下所示，每个楼层的高度值均使用M8002指令设定。图5-2开机初界面系统开机后，M8000为ON，开机速度较快的数字为c151，预设数字为999999，使用编码器a、b计算，因为模拟软体不支援高速数字，所以软体中的X0、X1点为ON和OFF，C251不会变更。C251高速计数的开始设置为0。图5-3高速计数监测方案发现，频率没有正负变化，y3和y4均关闭，y7线圈通电，制动生效。图5-4制动启动处于任何级别之外，X21到X25值处于关闭状态，这意味着没有级别，X32和X33值也处于关闭状态，这意味着没有上下位置，M51位置，启动返回符号有效，启动返回符号有效。同时，X26和X27在开始时关闭，不在开门和关门位置，设置M50，开门和关门标志有效，执行开门和关门动作。图5-5开机关门和返回一层监控程序注意到启动闭合标志M50为ON，线圈Y31带电，执行开门关门的输出。图5-6开机关门输出执行关门输出，模拟现场关门，右键单击，打开快捷菜单，测试软件元素，强制X27打开，观察Y31线圈断电，停止关门输出。图5-7停止关门输出关门到位，X27为ON，复位M50，针对于开机关门标志进行复位。图5-8复位开机关门监控程序观察M51为ON，电源返回信号有效，Y0线圈充电，Y0常开触点闭合，执行自锁，打开内部选择指示灯，返回层。图5-9开机回一层监控程序，观察到M51为ON，M21线圈得电，M21常开触点闭合，电梯下降标志有效。图5-10电梯下降监控程序，观察到Y24常闭触点断开，Y27线圈失电，停止制动。图5-11停止制动监控程序，观察到置位Y23，复位Y22，执行变频低速。图5-12变频低速运行监控程序，观察到M21为ON，Y24线圈得电，执行变频反转，驱动轿厢下行，Y15线圈得电，点亮轿厢下行灯。图5-13变频反转模拟轿厢下降到上平层位置，点X30，强制为ON，观察到复位Y26，置位Y25，执行变频高速。图5-14变频高速模拟轿厢下降到下平层，点X30，强制X30为OFF，然后强制X31为ON，然后X31为OFF，观察到复位Y25，置位Y26，执行变频低速。图5-15变频低速模拟下降到一层，点X21，强制X21为ON，观察到M34线圈得电，1层停梯标志有效，执行到达一层停梯。图5-16一层停梯监控程序，观察到X21为ON，到达一层，复位M51，复位开机返回一层。图5-17复位开机返回一层显示器注意到M40为on，级别1标志有效，分配给D0，这意味着电梯的当前级别为1。图5-18电梯楼层为1监控程序，观察高速计数，观察c151此时变为1。图5-19高速计数变为1到达一层，针对于停梯操作进行执行，Y30线圈得电，执行开门输出。图5-20开门输出模拟开门到位，先针对于关门到位进行断开，强制X027为关闭状态，然后迫使X26为ON，观察到Y30线圈失电，停止开门输出。图5-21停止开门输出当门打开到位时，启动自动关门定时器。自动门关闭时间到了，观察Y31线圈通电，开始关门输出。图5-22执行关门输出模拟电梯关门位置，先断开开门打开位置，强制X22至关，然后关闭位置，强制X23至开，观察卷筒Y31关闭，停止关门输出。图5-23停止关门输出模拟第二层上的呼叫，打开软件组件测试，强制X10on，然后强制X10off，模拟按第二层上的呼叫按钮，然后松开，观察Y6线圈充电，第二层上的呼叫指示灯亮起。图5-24二层上呼监控程序，观测M40是ON，这意味着当前电梯在一楼，Y6是ON，M22线圈供电并进行上行链路。图5-25一层上行监控程序中观察到M20为ON，Y23线圈通电，电梯变频正转，电梯上升。同时，Y16线圈通电，轿厢上升指示灯点亮。图5-26执行上行在监控程序中，观察到变频正转，Y23常闭触点断开，Y27线圈断电，制动停止。图5-27停止制动监控程序，观察变频启动Y23开启，Y26置位，Y25复位，低速启动。图5-28低速启动低速起动，向上转动，模拟轿车升至下层，强制X31打开，然后关闭，复位y6，设置y5位置，高速运行。图5-29高速运行进行高速运行，Y25为ON，运行升降，模拟上级到达，强制x30ON，然后x30OFF，重置y6，将y6置于y6位置，运行低速接近目标层。图5-30低速接近目标层低速下降到目标层，模拟电梯到第二层，首先断开平整层，强制X21关闭，然后强制X22打开，观察M41线圈充电到第二层。图5-31到达二层监控程序，能够清晰的看到D0此时-此时2，当前标高为2楼，y0处于关闭状态，y1处于打开状态，y2处于关闭状态，BCD为数字010，数字管显示2。图5-32数码显示2监控输出，到达2层，对高速计数进行赋值，C251变为13000.图5-33高速计数赋值监控程序，到达二层，执行轿厢上行，上行指示灯Y16为ON，有2层上呼M11为ON，M35线圈得电，2层停梯标志有效。图5-342层停梯标志到达二层，停梯标志M35有效，Y30线圈得电，执行开门输出。图5-35开门输出按所示操作Y30门，模拟门设置，强制X27关闭，然后按所示操作X26，观察Y30线圈关闭，并停止开门输出。图5-36停止开门输出自动关门延迟时间过，Y31线圈得电，针对于关门输出进行