1、双电梯课程设计PLC原理及应用 课 程 设 计 说 明 书20132014学年第 1 学期姓 名： 王毅 学 号： 201014902 专 业 班 级： 机自 2010070 指 导 教 师： 吴林峰 郭术义 雷冀南 院 系 ： 机械学院 引言第一章 PLC的特点与工作原理 31.1 PLC的特点 31.2 PLC控制原理 3第二章 三层单电梯控制系统要求与PLC选型 52.1 电梯控制系统要求 52.2 PLC选型 6第三章 控制系统的硬件系统I/O分配与系统接线 63.1 I/O分配 63.2 系统接线 7第四章 控制系统的软件系统分析与设计 74.1 电梯运行流程图 84.2 各模块控制
2、程序 9第五章 电梯运行梯形图 13总结 15 参考文献 引言随着城市建设的不断发展，高层建筑的不断增多，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。电梯就是用于高层建筑物中的固定式升降运输设备，它有一个装载乘客的轿厢，沿着垂直或倾斜角度小于15的导轨在各楼层间运行，是垂直运行的电梯(通常也简称为电梯)、倾斜方向运行的自动扶梯、倾斜或水平方向运行的自动人行道的总称。随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。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。有了电梯，摩天大楼才得以崛起，现代城市才得以长高。据估计，截至201
3、3年，全球在用电梯约635万台，其中垂直电梯约610万台，自动扶梯和自动人行道约25万台。电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。人们对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求推动了电梯技术的进步。如今，世界各国的电梯公司还在不断地进行电梯新品的研发、维修保养服务系统的完善，力求满足人们的对现代建筑交通日益增长的需求。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。PLC可
4、靠性高，程序设计方便灵活。本设计在用PLC控制变频调速实现电流、速度双闭环的基础上，在不增加硬件设备的条件下，实现电流、速度、位移三环控制。 课 程 设 计 任 务 书课程设计名称PLC原理及应用课程设计专业班级（学生人数）机自机电方向（95人）指导教师吴林峰 郭术义 雷冀南本学期承担相应课程教学任务情况雷冀南PLC原理及应用课程设计目的及任务题目：电梯的控制系统设计目的：学会设计有一定难度的PLC控制系统设计任务：设计电梯控制系统课程设计要求1、研究电梯的控制需求、提出电梯控制系统需求目标；2、根据电梯控制系统需求目标、提出电梯PLC控制系统方案；3、设计PLC控制系统硬件电路；4、设计PL
5、C控制系统软件；5、调试PLC控制系统6、写出课程设计报告课程设计目标独立完成系统需求分析、PLC选型、硬件设计、程序设计、调试、写出设计、试验报告。 参考文献及资料1、吴建强、姜三勇编著可编程控制器原理及其应用，哈尔滨工业大学出版社,1998年9月。2、常斗南主编，可编程控制器原理应用实验，机械工业出版社，1998年7月。3、中国期刊网4、其他工控资料 第一章 PLC的特点与工作原理1.PLC的特点 1.1可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F
6、系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。1.2配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理
7、功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。1.3易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。1.4
8、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。1.5体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2. 控制原理PLC是以微机为核心的电子部件，可以将它看作是一个由各种继电器、定时器、计数器及状态器组成的组合体。PLC的输入继电器，由外部开关通过输入端来驱动；PL
9、C内的输出继电器，带有无数内触点和外部输出触点。此外，PLC还有如定时器、计数器、状态寄存器等“软”元件，这些元件都带有动作线圈和很多电子常开、常闭触点，可以在PLC内自由选择使用。PLC控制系统主要由三部分组成：输入部分、控制部分、输出部分。输入部分由用户的输入设备如按开关、操作开关、限位开关及传感器等组成。它们直接与PLC的输入端子相连接，用以产生输入信号，这些信号或来自电梯轿厢操纵控制板，或来自电梯井道。控制部分是根据被控对象的实际控制要求编制用户的控制程序，并将编制好的程序通过编程器输入PLC内的用户程序存储器中，CPU反复扫描、执行用户程序，并产生各种输出控制信号，通过用户程序来实现
10、PLC的控制功能。输出部分主要由用户输出设备如接触器、继电器等组成，它们直接和PLC的输出端子相连，用来控制被控制的对象动作。PLC的工作过程实质上就是执行用户程序的过程。当PLC运行时，CPU按照分时操作原理每个周期执行一次操作，由于CPU的运算处理速度很快，使得外部出现的结果从宏观来看似乎是同时完成的，这种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。PLC的工作过程分为输入处理、程序执行及输出处理三个阶段。（1）输入处理PLC以重复扫描的方式执行用户程序。在执行程序前首先按地址编码顺序将所有输入端子的通断状态（输入信号）读入输入映像寄存器中，然后开始执行程序。在执行过程中，即使是输入状态发生了变
11、化，但输入映象寄存器中的内容不变，直到完成一个扫描周期的输入处理才重新读输入状态。（2）程序执行在程序执行阶段，PLC顺序扫描用户程序。每执行一条程序所需要的信息都是从输入映象寄存器和其他软元件映象寄存器中读出并参与运算，然后将执行结果写入有关的软元件映象寄存器中，因此各软元件映象寄储器中的内容随着程序的执行而不断的变化。（3）输出处理当全部的指令执行完毕后，将输出映象寄存器中的状态全部传送到输出锁存寄存器中，成为PLC的实际输出并由输出端子送出给执行器。 在我国，老的直流电梯已被淘汰，交流双速梯、ACVV交流调速梯逐渐被VVVF交流变频变压调速电梯所取代，控制系统已在大量采用PLC和微电脑控
12、制技术，最高梯速已达到4m/s。当前，在电梯电力拖动方面，除了大容量电梯还采用直流拖动系统以外，用交流变频调速方式取代直流调速方式，已成为高速电梯的主流。电梯的控制系统经历了继电器控制、可编程序控制（PLC）、单片微机控制、多微机控制多种形式。继电器控制系统是80年代最广泛的一种电梯控制方式，具有控制逻辑线路简单、直接、易于理解和掌握的优点，但由于该类系统是由众多继电器、接触器构成，使用一段时间后其接触点往往会接触不良，所以电梯故障高，同时众多的继电器、接触器动作噪声较大，整个控制柜体积大，这些都成为继电器控制的巨大缺点。随着多微机系统在电梯控制系统中的应用，电梯控制方式发生了巨大的变化，因为
13、微机在电梯中的应用不仅取代了大部分继电器和选层器，整个系统也变得更加可靠，灵活性更加提高，功能极大地增强了。但由于微机的集成度高，功能项目固化，所以一般的维修人员及工程人员修改或增加不了其功能。如果要修改或增加其功能就要找回生厂家或用专用的工具，及其的麻烦，限制了电梯控制系统的可调性。可编程序控制器取代继电器构成的电梯控制系统，可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且触点少、可靠高、故障率低、维修方便、噪声小，最主要的是可编程序控制系统的可编程功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可，对于安装和维修人员非常方便。而PLC的编程语言虽然不尽相同，但都有通俗易懂，便于自学的优点，一般的维
14、修及工程人员都能掌握,PLC电梯控制系统比较适用于小高层的楼房。PLC（Programmable Logical Controller）全称可编程逻辑控制器，凭借其良好的可操作性，自诞生起就始终处于工业自动化领域的主战场，为各类工业设备提供非常可靠的控制手段。目前，PLC与DCS、工业PC并列成为现代工业自动化的三大支柱。电梯群控系统是现代化电梯技术的重要组成部分。它不但有完善的分区服务、运行监控、客流交通统计分析等功能，还具备故障诊断功能。 第二章 三层单电梯控制系统要求与PLC选型 1.控制系统要求 （1)功电梯控制系统采用轿厢外呼叫，轿厢内按钮控制方式的自动控制形式。即电梯的启动、目标层
15、设置均通过厢内的层指令按钮实现，轿厢外呼叫只有灯显示作用，因此称为有司机方式。 （2）电梯的上行、下行由一台电动机驱动，电动机正转电梯上升，电动机反转电梯下降。电梯轿厢门由另一台小电动机驱动，电动机正转轿厢门打开，电动机反转轿厢门关闭。 （3）每层楼设有呼叫按钮，轿厢内有开门按钮、关门按钮、层指令按钮。 （4）电梯运行到位后，电梯开门、关门可有手动和自动两种方式。 （5)对于厢外呼叫信号、厢内目标层信号、电梯到达信号分别设置指示灯显示。 (6)电梯控制系统能自动判别电梯宝动了方向，并通过指示灯显示出来。 2.PLC选型 满足控制要求的三层电梯共有23个输入信号,19个输出信号，可选择FP 1-
16、C56继电器输出型即可。 第三章 控制系统的I/O分配与系统接线1.I/O分配 输入 输出输入设备设备编号I/O编号输出设备设备编号I/O编号开门按钮SB1X0开门接触器KM1Y0关门按钮SB2X1关门接触器KM2Y1开门限位开关SQ1X2上行接触器KM3Y2关门限位开关SQ2X3下行接触器KM4Y3上行转换开关S1X4快速接触器KM5Y4下行转换开关S2X5加速接触器KM6Y5红外传感器（左）SL1X6慢速接触器KM7Y6红外传感器（右）SL2X7上行方向指示灯HL1Y7门锁输入信号S3X8下行方向指示灯HL2Y8一层接近开关SQ3X9一层到位指示灯HL3Y9二层接近开关SQ4XA二层到位指
17、示灯HL4YA三层接近开关SQ5XB三层到位指示灯HL5YB箱内一层指令按钮SB3XC一层指令指示灯HL6YC箱内二层指令按钮SB4XD二层指令指示灯HL7YD箱内三层指令按钮SB5XE三层指令指示灯HL8YE一楼向上呼叫按钮SB6XF一层向上呼叫灯HL9Y10二楼向上呼叫按钮SB7X10二层向上呼叫灯HL10Y11二楼向下呼叫按钮SB8X11二层向下呼叫灯HL11Y12三层向下呼叫按钮SB9X12三层向下呼叫灯HL12Y13一楼下限位开关SQ6X13二楼上限位开关SQ7X14三楼上限位开关SQ8X15二楼下限位开关SQ9X16 图3-1-12.系统接线X0 Y0X1 Y1X2 Y2X3 Y3
18、X4 Y4X5 Y5X6 Y6X7 Y7X8 Y8X9 Y9XA YAXB YBXC YCXD YDXE YEXF Y10X10 Y11X11 Y12X12 Y13X13X14X15X16PLCFP1-C56 SB1 X0X0 KM1 SB2 KM2 SQ1 KM3 SQ2 KM4 S1 KM5 S2 KM6 KM7SL1 SL2 HL1 S3 HL2 SQ3 HL3 SQ4 HL4 SQ5 HL5 SB3 HL6SB4 HL7 SB5 HL8 SB6 HL9SB7 HL10 SB8 HL11 SB9 HL12 SQ6SQ7 SQ8SQ9 图3-2-1 第四章 控制系统的软件系统分析与设计 1
19、.电梯运行流程图2 .各模块程序设计(1)电梯开门、关门的控制程序，开门、关门的控制程序如图4-2-1所示。 X0是手动开门按钮。当电梯运行到位后，按下开门按钮，X0动合触点闭合，Y0线圈接通，电梯门被打开。开门到位，开门限位开关动作，X2动断触点断开，开门过程结束。 如果电梯运行到位后，没按下开门按钮厂相应的楼层接近开关X9或XA或XB闭合，T0开始定时;定时3s后，T0动合触点闭合，YO输出有效，打开电梯门。关门控制分手动和自动两种方式。当按下关门按钮，X1动合触点闭合，Y1线圈接通，驱动关门接触器，关闭电梯门。而自动关门是借助于定时器T1,当电梯门打开5s时，T1动合触点闭合，Y1输出有
20、效，实现自动关门,关门到位时，关门限位开关动作，X3动断触点断开，关门过程结束。当自动关门时，可能夹住乘客，一般都有门两侧的红外检测装置。当有人进出时，X6、X7闭合，R0触点断开关门支路，T2开始定时，无人通过2s后才关门。 图4-2-1开门关门控制程序（2）电梯到层指示灯控制程序 电梯到层指示灯控制程序如图4-2-2所示。 X9、XA、XB是一、二、三层的接近开关，电梯到达时，开关闭合，电梯离开时，开关断开，电梯到达某层时，对应的层指示灯亮。R2和R3对应于单数层和双数层。 当电梯位于一层时，X9接通，R2接通自动保持，一楼指示灯Y9接通，且通过R3动合触点自动保持。当电梯离开一层时，X9
21、断开;到达二层时，XA接通，R3接通进而断开R2，断开一层指示灯；二楼指示灯YA接通，且通过R3动合触点自动保持。以后电梯在楼层间升降，层指示灯的交替亮、灭原理与上述过程相同。 图4-2-2到层指示灯控制程序 （3）层呼叫，厢内层指令指示灯控制程序 层呼叫、厢内层指令指示灯控制程序如图4-2-3所示。 当有乘客在轿厢外某层按下呼叫按钮（XF、X10、XI1、 X12)中的任何一个时，相应的指示灯亮说明有人呼叫.呼叫信号一直保持到电梯到达该层，相应的接近开关动作时才被撤销。 当乘客在轿厢内按下层指令按钮(XC、XD 、XE)中的任何一个时，YC、YD、YE线圈接通，厢内层指令指示灯亮，而且当电梯
22、到达扫标层时，停止电梯运行。 图4-2-3层呼叫，厢内层指令指示灯控制程序 (4)电梯起动和运行电梯起动、方向选择、变速和停止的梯形图程序如图4-2-4所示。电梯运行方向是由输出继电器Y7, Y8指示的。如果电梯在一层或二层，若厢内指令输出YE接通(有乘客去三层)，电梯向上指示灯Y7接通。当向上运行转换开关X4接通，开、关门信号和门锁信号符合要求的情祝下，起动电梯运行继电器R4接通。电梯上行接触器Y2接通，快速接触器Y4接通，T3定时2s后电梯加速接雄器 Y5接通。当电梯接近目标楼层时，相应的限位开关X13、X14、X15、X16动作，使慢速接触器Y6接通，电梯转为慢速运行，直到电梯到达目标楼
23、层时停止。当目标楼层设定为其它层时，程序运行过程类似。程序中的继电器R5是电梯运行的故障显示，如果电梯设备出现故障，信号使R5接通，则电梯不能运行。 图4-2-4电梯起动和运行 第五章 电梯运行梯形图 总 结 通过这次课程设计，我得到了一次用所学知识与技能分析和解决问题的可贵的锻炼机会，使我深刻体会了PLC的基本原理和PLC应用的过程。在常用编程设计思路技巧的掌握方面都向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。 通过本次的课程设计，我受益匪浅，且充分意识到自己所学的东西还是非常有限的。不过通过设计，我还是学到了一些书本上没有学到的东西，为自己以后的工作奠定了一定的基础。在撰写本
24、文的过程中，深切地体会到当今科技技术飞速的发展，特别是PLC的发展使得许多技术难题迎刃而解，我坚信，随着科学技术的不断发展，PLC技术的应用将是前途无量。由于本设计涉及到的知识面比较广，再加上本人在相关领域知识的缺乏，所以本设计的性能指标还是有待改善的，然而，硬件模拟仿真证明了本设计的设计思想和设计方法是现实可行的。 同时，通过这次设计使我对电梯的控制有了深入的了解，尤其是电梯的PLC控制。在这次设计中，我经历了 查资料做笔记思考定位选设备的过程，使我了解的不仅仅是电梯的控制，或是设备的选择，或浅或深，最重要的是我掌握了一种设计的方法，思维的方式，使受益非浅。在此次设计中，使我还体会到了要想飞
25、快的进步就要有一盏明灯照路。感谢雷老师多次的指点迷津，使我突破了许多难关。参 考 文 献1 孙立新.王延涛，对电梯的探讨，20042 朱德文.付国江电梯群控技术中国电力出版社，20063 曹卫东.VVVF电梯电气控制系统简介.2003.4 周静.基于PLC的电梯群控系统5 周玮.朱明富电梯群控系统的设计与实现，微型机与应用，20046 PLC正变频调速电梯控制系统中的应用，电气时代2000年第12期7 周玮.朱明富电梯群控系统的设计与实现，微型机与应用，20048 廖常初.PLC基础与应用M.机械工业出版社9周万珍 高鸿斌.PLC分析与设计应用M.电子工业出版社10余雷声.电气控制与PLC应用M北京.机械工业出版社，199611 刘载文，李赢升，钟亚林.电梯控制系统M.北京：北京电子工业出版社， 1996.
