基于plc的三层电梯控制系统设计毕业设计

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基于PLC的三层电梯控制系统设计作者：

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10电气技术301年6月目录第一章引言11.1电梯发展的历史11.2电梯的构造1第二章PLC可编程控制器32.1可编程控制器介绍32.2PLC的构造及各部分的作用32.3PLC的构造构成42.4PLC的工作原理52.5PLC的编程语言52.5.1梯形图编程语言62.5.2语句表编程语言62.6PLC基本指令62.7梯形图规则7第三章三层电梯PLC控制系统设计83.1电梯的控制规定83.2输入输出点数分派93.3PLC外围接线图103.4功效指令表述103.5程序设计与分析123.6本系统的局限性及改善17第四章系统软件仿真调试184.1系统软件的编译184.2程序的调试运行19第五章结束语22致谢23参考文献24第1章引言随着都市进步而不停发展，都市快速的崛起，高层建筑不停增多，电梯成为高层建筑中垂直运行的工具已与人们的日常生活息息有关的一部分。

它是采用电力拖动，把载有物品与乘客的轿厢，在刚性导轨之间垂直的运行，运输乘客与货品的升降设备。

因此，电梯是作为高层运输的服务的设施。

电梯含有安全可靠性高、运输速度快，操作简易的优点。

而传统的电梯控制方式重要采用继电器的接触器进行控制，其缺点有触点多，故障高、可靠差、维修工作大等，但是采用PLC控制电梯能够较好地解决哪些问题，使电梯运转更加安全、方便、舒适。

眼下电梯的控制方式普通采用这两种方式，一是运用微机当作信号控制系统单元，完毕电梯的信号的采集工作、运转状态和性能的设定，完毕它的自动调度和选择运行功效，电梯拖动控制是由变频器去完毕；第二种方式则是用可编程控制器替代微机来实现控制。

从控制方式与性能上比较，这两种方式并没有过大的区别。

PLC可靠性强，设计程序也比较方便简朴。

1.1电梯发展的历史根据外国有关资料表达，在公元前28，古代的埃及，当时为了造那时的金字塔，使用过是由人力来驱动升降装置的机械。

公元1765年，瓦特发明了出来蒸气机后，1858年美国的研究以蒸气作动力，并且通过履带传动和某些减速的配备来驱动电梯，1878年阿姆斯特，发明了水压梯，后来水压梯的进一步发展逐步取代蒸气梯，接下来又出现了由液压泵以及直接柱塞式和侧柱塞式构造的液压梯，这种至今仍被人们采用。

由于18世纪后期发明了电机，特别是交流双速电动机的发明，明显改善了电梯的某些局限性。

在20世纪前期，美国OTIS电梯公司第一种用直流电动机当为动力，发明以槽轮式驱动的电梯。

在此之后，电梯这种产品，随着时间发展始终在跟新换代。

现在的电梯，不仅规格多，自动化水平高，并且安全性能高，乘坐舒适性也高。

1.2电梯的构造电梯是一种含有特种容载装置轿厢沿着恒定不变的铅垂导轨，在不同水平面间歇运动的用电力驱动的起重机械，它适宜于装置在二层以上的高层建筑物内，专供上下运输人员或货品之用。

电梯的构造及其装备可分为机械、电气两大部分，现将构成电梯的重要部件按其安装部位的不同分别介绍，并阐明其作用以下：

一、机房部分：

1、曳引机：

电梯的起重机构，安装在专用承重钢梁上，其重要有下列部件构成：

a.驱动电动机―采用变压变频（VVVF）驱动方式，对电机进行控制，电梯起动时，逆变部分使定子频率从零赫兹，按规定上升到额定频率，使转速对应从零速平滑地上升到额定值，电梯停站前电源频率从额定频率按规定下降，使转速平滑地下降为零速，实现电梯停层，确保了电梯含有良好的舒适感。

b.制动器―闭式型电磁制动器，只有在制动器通电时松闸，或当电梯停驶时即时制动。

并保持轿厢位置不变，即制动器通电松闸，关电制动，充足确保工作的可靠性。

c.减速器―采用蜗轮蜗杆减速器或永磁同时驱动技术，蜗轮蜗杆减速器含有承载能力大，驱动平稳等特点，永磁同时驱动含有高效率及低噪音特点。

d.防振装置―采用橡胶防振装置安装于曳引机与承重大梁之间，以消除或减小曳引机的振动，提高电梯运行时的舒适感。

2、限速器：

由限速器的制动装置和涨紧装置构成，它通过安全绳索与轿厢连接，把轿厢的运动传递给限速器随轿厢速度对应转动，当轿厢的运动速度超出允许的安全速度时，限速器即起作用，其过程分为：

a.首先通过超速限位开关，切断控制电路；b.如果电梯继续超速，则限速器动作带动安全钳或夹绳器动作。

3、控制屏：

控制屏是电梯电气控制的中心，采用先进的微电子及电力电子元件，用当代的微机技术及变压变频技术对电梯进行电气控制。

在操纵装置的配合下，使电梯对的地实现起动和停止、上行或下行、快速和慢速，以及达成设定的自动功效和安全性能。

当按下厅外召唤或轿内指令按钮时，控制系统按原先编制设定的程序，通过输入输出接口电路将信号输入微解决器，根据电梯当时的状态拟定电梯的运行，屏内装有自动/检修转换开关，以及上行/下行按钮，可对电梯实施机房控制。

4、主开关：

每台电梯单独装设一只能切断该电梯所供电电路（下列供电电路除外）的主动力开关，该开关不应切断下列供电电路。

a.轿厢照明、通风；b.轿顶电源插座；c.机房照明、电源插座；d.电梯井道照明；e.报警装置，该开关装于机房门内。

第2章PLC可编程控制器2.1可编程控制器介绍可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程控制器PLC（ProgrammableLogicController），为了用来替代继电器，来执行判断、计数、等次序功效控制。

PLC的基本设计思想是反映计算机功效灵活、完善、通用等优点和继电器控制系统的操作方便、简朴易懂、价格便宜等优点统一的结合起来，控制器的那些硬件是通用的、原则的。

根据实际对象，将控制内容写成软件输入到控制器的程序存储器中。

被控对象与控制器连接方便。

随着技术的发展，特别是微型计算机和微解决器的发展，到70年代后来，PLC已普遍地使用微解决器当作中央解决器。

的输入输出模块和外接电路全部都运用了大、中规模乃至于超大规模的集成电路，现在的PLC已经不再是只含有判断功效，它还同时有PID调节、数据解决、和数据通信等功效。

可编程控制它是一种用数字运算来操作的电子系统，专门为在工业条件下应用而去设计，它克服了继电器接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充足运用微解决器的优点。

可编程控制器对顾客来说，是一种无触点设备，变化程序即可变化生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再拟定工艺过程。

另首先，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据顾客的订货规定专门设计控制器，适合批量生产。

由于这些特点，可编程控制器问世后来很快受到工业控制界的欢迎，并得到快速的发展。

现在，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

2.2PLC的构造及各部分的作用能够编程控制器的构造各式各样，但是它们所构成的原理普通基本相似，全部是用微解决器作核心构造。

普通是由中央解决单元（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输出输出单元（I/O）、编程器和电源等几个部分所构成。

图2.2PLC的构造图2.3PLC的构造构成1.中央解决单元（CPU）CPU作为整个PLC的核心，充当总指挥作用。

CPU由控制电路、运算器和寄存器构成。

这些电路普通都被封装在一种集成电路的芯片上。

CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。

CPU的功效有下列某些：

从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，解决中断。

2.存储器（ROM、RAM）存储器普通用于寄存系统的程序、顾客的程序及工作的数据。

寄存系统软件的存储器叫做系统程序存储器；寄存应用软件的存储器叫做顾客程序存储器；寄存工作数据的存储器叫做数据存储器。

惯用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。

RAM是一种可进行读写操作的随机存储器寄存顾客程序，生成顾客数据区，寄存在RAM中的顾客程序可方便地修改。

RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。

掉电时，可有效地保持存储的信息。

EPROM、EEPROM都是只读存储器。

用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。

3.输入输出单元（I/O单元）I/O单元事实上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。

I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。

接到PLC输入接口的输入器件是多个开关、按钮、传感器等。

PLC的各输出控制器往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器4.电源电源是指为CPU、I/O存储器接口等内部电子电路工作所配备的直流开关稳压电源，普通也是输入设备提供直流电源。

5.编程器编程器是PLC的最重要外围设备。

用编辑器把顾客程序写入PLC的存储器，还能够有用编辑器检查程序，修改程序，监视PLC运行状态。

除此，在个人计算机上添加对应的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。

运用微机作为编程器，能够直接编制并显示梯形图。

2.4PLC的工作原理PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中顾客程序按先后次序寄存，CPU从第一条指令开始执行程序，直到碰到结束符后又返回到第一条，如此周而复始不停循环。

PLC的扫描过程分为内部解决、通信操作、程序输入解决、程序执行、程序输出几个阶段。

全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。

当PLC处在停状态时，只进行内部解决和通信操作服务等内容。

在PLC处在运行状态时，从内部解决、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，始终循环扫描工作。

PLC的一种周期必通过输入取样、程序执行和输出刷新三个阶段。

PLC在输入取样阶段：

首先一扫描方式按次序将全部暂存在输入寄存器中的输入端子的通断状态或者输入数据读入，并将其写入各个对应的输入状态寄存器中，就是刷新输入，随即关闭输入端口，进行程序执行阶段。

PLC在程序执行阶段：

按先左后右，先上后下的步序，执行程序指令。

其过程以下：

从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态，并根据顾客程序进行逻辑运算，运算成果再存入有关的状态寄存器中。

PLC在输出刷新阶段：

在全部指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，去控制各物理继电器的通/断，这才是PLC的实际输出。

由PLC的工作过程可见，在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立刻变化，要等到下一种周期输入解决阶段才干变化。

暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一种循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。

因此全部输入、输出状态的变化就需要一种扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一种扫描周期。

2.5PLC的编程语言2.5.1梯形图编程语言PLC的顾客程序是设计人员根据控制系统的工艺控制规定，通过PLC编程语言的编制设计的。

PLC的编程语言涉及五种：

梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功效模块图语言、次序动能流程图语言（SFC）及构造化文本语言（ST）。

指令语句表达一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，但比汇编语言易懂易学。

一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分构成。

编程指令：

指令是PLC被告诉要做去什么，并且以及怎么去做那些代码及符号。

从原理上讲，指令就是某些二进制编码与代码，这点PLC与哪些普通计算机都是完全一致的。

固然PLC也有自己的编译系统，例如说：

它能把文字符号和图形符号转换编译成能识别的机器码，因此顾客最后看到的PLC的那些指令就不是机器码反而是文字代码；或者是图形符号。

因此惯用的那些助记符号语句用英文（可多国文字）缩写及数字代表各对应指令。

普通的图形符号就是梯形图，它由于和电气原理图符号比较相似，因此大部分电气工作人员接受。

指令系统：

一种PLC所含有的指令的全体称为该PLC的指令系统。

它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功效和性能。

普通讲，功效强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。

我们在编程之前必须搞清PLC的指令系统。

程序：

PLC指令的有次序的集合，PLC运行它，可进行对应的工作，固然，这里的程序表达PLC顾客程序。

普通顾客程序由顾客设计。

用语句去体现程序不直观，可读性差，特别是那种较难理解的程序，更难读，因此多数程序用梯形图体现。

2.5.2语句表编程语言指令语句表达一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，但比汇编语言易懂易学。

一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分构成。

2.6PLC基本指令20个基本指令：

LD：

取指令（常开触点）LDI：

取反指令（常闭触点）AND：

串指令（常开触点）ANI：

串反指令（常闭触点）OR：

并指令（常开触点）ORI：

并反指令（常闭触点）ORB：

并反指令ORB：

并块指令ANB：

串块指令MPS：

金栈指令MRD：

读栈指令MPP：

出栈指令PLS：

上跳沿微分指令PLF：

下跳沿微分指令MC：

主控指令MCR：

主控复位指令NOP：

空指令OUT：

输出指令END：

结束指令2.7梯形图规则1.触点的安排触点应当画在同一水平线上，不能画在垂直分支上。

2.串、并联的解决在有几个串联回路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。

有几个并联图回路一起串联时，就将触点最多的那条并联回路去放在图的最左面。

3.线圈的安排不能够将触点放在线圈的右边，只能够在触点右边的接线圈上。

4.不准双线圈输出状态如果同一程序中有同一元件线圈运用两次或多次，就称为双线圈输出。

这前面的线圈输出无效，那是就最后一次有效，因此不应出现这种双线圈输出状况。

5.重新编排电路当电路构造复杂，就可重复用某些触点表达出它等效电路，接下来进行编程相对就比较容易。

6.编程次序对复杂的那些程序应当先将程序切分成若干个较易的程序段，并且每一段都从最左边的触点开始，也由上之下的向右依次进行编程，最后把那些程序仔逐段连接到起来。

第三章三层电梯PLC控制系统设计3.1电梯的控制规定对于电梯自动控制系统的规定有以下几点：

电梯运行到位后含有手动或者自动开门和自动关门的功效。

1)手动开门时，当电梯运行到位，手动开门按钮X0闭合时，Y0得电有效，电梯门被打开；开门到位时候，开门行程开关动作，X2常闭触点断开，开门过程结束；自动开门时候，当电梯运行到位后，对应的楼层的靠近开关(X11、X12或者X13)闭合，定时器T0开始计时，计数到3S，T0触点闭合，Y0输出有效，打开电梯门。

手动关门时，按下关门按钮X1，Y1有效并自锁，驱动关门继电器工作，关闭电梯门。

自动关门时，当电梯运行到位，定时器T1定时5S，T1触点闭合，Y1输出有效，实现自动关门。

当自动关门的时候，为了避免乘客夹住，在门两侧安装红外线检测装置(X6和X7)，有人进出时，X6和X7闭合，T2开始定时，2s后才关门。

2）运用批示灯显示轿厢外召唤信号、厢内指令信号和电梯达成信号该电梯采用轿厢外呼喊，轿厢内按钮控制方式的自动控制形式。

由安装在轿厢内的指令按钮进行操控，其操作内容为响应，轿厢内依层次指令进行起动电梯，使电梯达成目的层。

轿厢外指令即叫做呼喊作用。

电梯上、下由一台电动机驱动：

电动机正转，驱动电梯上升；电动机反转，驱动电梯下降。

电梯轿厢门由另外一种小电机驱动，该电机正转，轿厢门开；电机反转，轿厢门关。

每层楼设有呼喊按钮SB6——SB9，轿厢内开门按钮SB1，关门按钮SB2，轿厢内层指令按钮SB3——SB5。

3）能自动分辨电梯运行方向，并发出响应的批示信号电梯运行方向是由输出继电器Y20和Y21批示的，当电梯运行方向拟定后，在关门信号和门锁信号符合规定的状况下，电梯开始启动运行。

电梯起动后快速运行，2s后加速，在靠近目的楼层时，对应的的靠近开关动作，电梯开始转为慢速运行，直到电梯达成目的楼层为止。

当有乘客在轿厢外某层按下呼喊按钮（X17、X20、X21、X22）中的任何一种时，对应的批示灯亮，阐明有人呼喊。

呼喊信号始终保持到电梯达成该层，对应的靠近开关动作才被撤销。

3.2输入输出点数分派I/O地址输入输出分派表见下表3.2：

输入输出名称编号功效名称编号功效SB1X0开门按钮KM1Y0开门的继电器SB2X1关门按钮KM2Y1关门的继电器SQ1X2开门的行程开关KM3Y2上行的继电器SQ2X3关门的行程开关KM4Y3下行的继电器SQ3X4向上运行转换开关KM5Y4快速的继电器SQ4X5向下运行转换开关KM6Y5加速的继电器SL1X6红外传感器（左边）KM7Y6慢速的继电器SL2X7红外传感器（右边）E1Y20上行方向灯KX10门锁输入信号E2Y21下行方向灯SQ5X11一层靠近开关E3Y22一层批示灯SQ6X12二层靠近开关E4Y23二层批示灯SQ7X13三层靠近开关E5Y24三层批示灯SB3X14一层内指令按钮E6Y25一层内指令批示灯SB4X15二层内指令按钮E7Y26二层内指令批示灯SB5X16三层内指令按钮E8Y27三层内指令批示灯SB6X17一层向上召唤按钮E9Y30一层向上召唤灯SB7X20二层向上召唤按钮E10Y31二层向上召唤灯SB8X21二层向下召唤按钮E11Y32三层向下召唤灯SB9X22三层向下召唤按钮E12Y33SQ8X23一层下靠近开关SQ9X24二层上靠近开关SQ10X25三层上靠近开关SQ11X26二层下靠近开关3.3PLC外围接线图图3.3PLC接线图3.4功效指令表述由于PLC是由取代继电器开始产生并发展起来的，且早期的PLC绝大部分用于次序控制，于是许多人习惯把PLC看作是继电器、定时器、计数器的集合．把PLC的作用局限地等同于继电控制系统顺控器等，其实PLC就是工业控制计算机PLC系统含有一切计算机控制系统的功效。

小型的PLC由于运算速度及存贮容量的限制．功效自然稍弱。

但为了使PLC在其基本逻辑功效次序步进功效之外含有更进一步的特殊性能．来尽量多地满足PLC顾客的特殊规定，从80年代开始PLC制造商就开始逐步地在小型PLC中加入某些功效指令或称为应用指令。

这些功效指令现实中就是一种个功效各不同的子程序。

固然随着芯片技术的不停进步，小型PLC的运算速度、存贮容量不停增加，其功效指令的功效也越来越强。

许多技术人员梦寐以求甚至以前不敢想象的功效，通过功效指令就成为极容易实现的现实．从而大大提高了PLC的实用价值3.5程序设计与分析下列为该系统程序，见下图3.5所示：

电梯开门、关门梯形图程序到层批示梯形图程序层呼喊批示梯形图程序图3.5该系统PLC程序图电梯启动和方向选择梯形图程序。

3.6本系统的局限性及改善本系统使用三菱FX1N-40MRPLC实现三层电梯的控制,在实际运用中，由于电梯使用的楼层比较高，为了在运行过程中节省时间，可采用变频调速。

例：

用楼层限位开关进行感应，启动时，若电梯离起点距离为一层下列时，进行低速运转；若电梯离起点为一层以上时，转为高速。

停止时，若电梯现在位置离目的地有两层以上距离时，用高速进行运行；若电梯现在位置离目的地在两层下列距离时，用低速运行；本设计的三层电梯为对应单一呼喊的电梯，即在一种动作没有完毕前不响应其它呼喊，在现实生活中，普通能够对应多个呼喊，这就需要用到另外两条条功效指令SFWR、SFRD。

用SFWR来依次存储呼喊信号，用SFRD来依次读取呼喊信号。

以达成按呼喊次序来控制电梯运动的效果。

第四章系统软件仿真调试4.1系统软件的编译在系统调试中软件调试非常重要，系统软件调试时要一步的去调试，这样才干使进程有条不紊的进行下去，而不至于出现混乱。

首先，打开GXDeveloper软件，新建，选择FX2N系列PLC，后进行其它工程项目的设定。

图4.1.1PLC程序软件界面完毕上面两步后，开始填写软元件的注释，分别是按钮（x）和接触器（y），另传感器用X替代。

图4.1.2PLC程序软件内部分派表4.2程序的调试运行当做完上面的环节后，开始进行仿真软件的调试。

依次打开：

测试-梯形图逻辑测试启动。

图4.2向二层运行时仿真状态图仿真现象与预期的同样，阐明次程序成立，仿真成功。

第5章结束语在设计本系统之初，我的三菱PLC编程语言知识几乎为空白，特别是编程，除了在上学时学到的某些松下PLC基本指令外，我对三菱PLC基本指令、功效指令及应用几乎没有什么接触。

在老师和同窗的协助下，我首先用了将近一种月的时间对三菱PLC的知识进行了强化补习，然后再根据所学的编程知识，用大概一种半月的时间完毕了从最初的构造设计到最后实验室模拟及实际实现，并在这个过程中进一步熟悉了欧姆龙和西门子PLC。

在完毕本设计的过程中，我既感受到了面对自己无法解决的问题时的苦恼，也体会到问题最后得以解决时的愉快。

同时，也总结了下列某些经验：

1.一种具体周密的计划对于完毕一项任务的重要性。

事实上，我对这次作业着手较早。

但由于刚开始时间较松，在学习时就想到哪学到哪，没有认真计划。

到后来发现同窗们的进度都已经赶上甚至超出我，这才又着急起来，赶快找经验丰富的同窗出主意，制订出具体的计划，这才准时完毕了任务。

2.学习一门程序语言，实践是最佳的办法。

我对PLC的学习事实上分为两个阶段。

前一阶段为学习语言而学习语言。

在这一阶段中，我总有隔雾观花的感觉，学得似是而非。

后一阶段边实践边学习，诸多前一阶段不甚了了的问题得到迎刃而解。

3.要学会运用互联网工具。

互联网是一种含有大量资源的信息宝库，在这次毕业设计中如果没有互联网可能我多花一倍的时间也完不成任务。

因此一定要会并善于运用互联网工具。

完毕这次设计后回过头来看，我的这项作业完毕得并不完美。

尚有诸多需要提高和改善的地方。

首先，是系