1、PLC电梯模拟控制4层简单程序产品设计PLC电梯模拟控制教学单位: 机电工程学院专 业: 自动化班 级: 学 号:学生: 指导教师: 完成时间: 电子科技大学学院机电工程学院课程（产品）设计任务书题目名称PLC电梯模拟控制设计目的根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行电梯PLC控制系统原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。设计条件1、三菱PLC-FX2N2、“计算机 + PLC编程软件” 3、模拟电路4、电器元件设计容及要求1、四层电梯，电梯的上、下行设计符合商场电梯实际运行要求；
2、2、根据厢、外控制面板上的请求，电梯送乘客到相应的楼层，自动延时开、关门。设计步骤1、进行文献查询、研究PLC、电梯系统等原理、特点及应用； 2、选择设计一种适于电梯控制的PLC系统，并进行整体方案设计；3、择适合的器件，进行硬件电路设计以及系统软件设计；4、进行PLC控制的编程；5、在实验室进行模拟调试；成果形式1、毕业设计论文；2、实物模型；3、PC上位机软件；参考文献1 肖峰,贺哲荣.PLC编程100例M.:中国电力，2009:366-375.2 史国生.电气控制与可编程控制器技术M.:化学工业，2010:1-2823 恒亮,闫莉丽.可编程控制器电梯技术及应用M.:国防工业，2008:1
3、-1534 跃华,吴德强.PLC课程设计指导书.20105 黄桂梅,永立. PLC电梯控制系统的设计与实践J.制造业自动化,2007,04:81-82,90. 6 廖映华等.PLC在电梯模型控制系统中的应用J.机械制造与自动化,114-116 7 广泉. 可编程控制器在电梯控制中的应用J.东北电力技术,2003(7):50-528 林海波. PLC在电梯控制系统设计中的应用J.工程学院学报,2003,4(1):61-63指导教师年 月 日 1 题目分析1.1 PLC电梯设计1.1.1 利用PLC设计电梯系统的目的电梯是高层建筑中垂直上下的运载工具。电梯对于改善劳动条件、减轻劳动强度、提高人们生
4、活水平有着重要的作用。电梯目前已经广泛应用于宾馆、酒店、商场、娱乐场所、医院、生产车间和居民住宅大楼等。在现代社会中，电梯已经成为人们生产、生活中不可缺少的运输工具。本课题主要对PLC的结构、特点、性能以及与现场控制对象的连线进行具体的研究，并通过PLC实现电梯的自动控制。市建设的不断发展，城市迅速的崛起，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。它是采用电力拖动方式，将载有乘客或货物的轿厢，运行于垂直方向的两根刚性导轨之间，运送乘客和货物的固定式提升设备。所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。但传统的电梯控
5、制系统主要采用继电器-接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用 PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。1.1.2 利用PLC设计电梯系统意义 本设计是以广泛应用的三菱FX2N PLC 为背景机，详细介绍其系统配置，兼顾介绍其指令系统、编程方法和控制系统设计方法，也介绍了模块式PLC的一些智能单元。从而让我们能更多了解PLC和更好的使用它。1.1.3 利用PLC设计电梯系统优点使用可编程控制器的电梯控制系统，将带来不少优点：如减少控制屏的体积，降低机房由于继电器动作带来的噪声。由于以逻辑运算代替继电器动作，从而增加了运行可靠
6、性。不同楼层，不同控制要求都是使用同样的可编程控制器，只是换上不同程序的EPROM即可，这样就大大简化了设计、施工，节省了安装时间，带来了更多的经济效益。1.2 电梯概述1.2.1 电梯的定义及发展自从我国实行改革开放政策以来，全国各地高层建筑不断涌现，作为高楼的垂直交通工具电梯，其需求量日益增长。各种类型、规格繁多的电梯已在高楼投入运行。为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、熟悉电梯，并管理、维护电梯。电梯是服务于规定楼层的固定式升降没备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的倾斜角小于15的钢性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。它适用于装置在两层以上的建筑，是输送
7、人员或货物的垂直提升设备的交通工具。追溯电梯这种提升设备的历史，早在公元前我国就有利用人力作动力的简单提升设备，直到现在我国北方部分农村仍有用手摇轱辘提取井水的升降提水装置，所以说，我国是世界上最早出现这种提升设备电梯雏形的国家之一。1765年瓦特发明了蒸汽机，把它作为提升设备的动力是在1858年，首次应用于美国纽约市的一台客梯上。接着，阿姆斯特朗发明的水压梯替代了蒸汽机梯。随着科技的发展，新的动力设备不断出现并替代了旧的动力设备，例如用液压泵和液压控制阀等。法拉第发明发电机后50年，美国率先采用直流电动机作为电梯升降的驱动单元，并为今天的电梯发展奠定了基础。1903年，美国生产了不带减速器的
8、油齿轮高速电梯，并把卷筒式传动改进为曳引槽轮式传动，从而为今天高层的大行程电梯奠定了基础。在动力问题得到解决之后，美国着手研究电气控制及速度调节等方面课题，并获得成功。1915年，美国成功设计了自动平层控制系统以及高速电梯(6ms)。随着电子工业的发展，新技术、新产品不断用于电梯控制系统，如无触点半导体逻辑控制晶闸管(俗称可控硅)的应用；集成电路和数字控制、电脑和机群控制及调频调压技术的应用；拖动系统简化、性能提高等。1.2.2 我国电梯发展状况我国电梯事业起步较晚，但发展较快。19521954年先后在、建立了三家电梯制造厂，并先后成立有关科研单位，独立自主制造各类电梯产品，如交流货梯、客梯，
9、直流快速、高速客梯等。用我们自己生产的电梯产品装备了人民大会堂、饭店等政府机关和国家宾馆。20世纪60年代开始批量生产自动扶梯和自动人行道，用我们自己生产的自动扶梯装备了地铁车站，用我们自己生产的自动人行道装备了首都机场。1.3 PLC概述1.3.1 可编程控制器PLC的概述PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC英文全称Programmable Logic Con
10、troller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各
11、种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”1.3.2 可编程控制器PLC的特点 (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，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
12、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。 (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
13、。 (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。 (4)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
14、生产场合。 (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部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.4 本次设计研究的容、目的 本次设计主要工作就是通过PC软件的编程和硬件的设计来完成PLC对4层电梯电梯的模拟控制。PC用GXdeveloper软件来编程，采用梯形图的变化来实现。硬件采用的是三菱FX2N-PLC使7段数码管和发光二极管按照编制好的程序来工作。通过软件和硬件的结合从而实现对四层电梯的控制。本次设计的目的在于更多的了解三菱FX2N-PLC的应用，能熟练的使用GXdeveloper软件编程，
15、并且能自己设计出硬件，自己去焊接和组装。这使得自己对电梯控制有了更深刻的了解。2 PLC电梯模拟控制系统功能设计2.1 PLC电梯模拟控制系统设计的基本容 所设计的电梯模拟控制系统共有4层。电梯的每一层面均有升降及轿厢所在楼层的指示灯显示；1-4所对应的指示灯表示楼层号，每层的楼厅均有输入（分上行和下行）按钮召唤电梯。工作中的电梯主要对各种呼梯信号和当时的运行状态进行综合分析，再确定下一个工作状态，为此它要求具有自动选向，顺向截梯和反向保号，外呼记忆，自动开、关门，自动达层灯功能。2.2 系统的控制要求1) 电梯自动开、关门。电梯一般情况下关门灯亮，当到达指定楼层时开门灯亮起，延时3秒后，开门
16、灯熄灭，关门灯亮起，延时3秒后电梯可以启动上下楼。2) 电梯上升。a) 电梯停止于某层时，当有高层某一信号呼叫时，呼叫灯亮起，电梯每上升一层需要3秒时间，到呼叫层停止，然后电梯自动开关门，总共延时6秒能再度行进。例如电梯在1楼，4楼呼叫，电梯则上升9秒后，到4楼停止，自动开关门6秒。b) 电梯停止于某层时，当高层有多个信号同时呼叫时，电梯先上升到低的呼叫层，停止6秒后继续上升到高的呼叫层。例如电梯在1楼，2、3楼同时呼叫，则电梯先上升到2楼，开关门停止6秒后继续上升到3楼。c) 电梯正在从1-4楼上升时，2楼有外呼向上信号，则先在行至2楼，然后再行至4楼。如果2楼有外呼向下信号时，属于反向信号
17、，则电梯先上升至4楼，然后再下降至2楼停止。3) 电梯下降。a) 电梯停止于某层时，当有低层某一信号呼叫时，呼叫灯亮起，电梯每下降一层需要3秒时间，到呼叫层停止，然后电梯自动开关门，总共延时6秒能再度行进。例如电梯在4楼，1楼呼叫，电梯则下降9秒后，到1楼停止，自动开关门6秒。b) 电梯停止于某层时，当低层有多个信号同时呼叫时，电梯先下降到高的呼叫层，停止6秒后继续下降到低的呼叫层。例如电梯在3楼，2、1楼同时呼叫，则电梯先下降到2楼，开关门停止6秒后继续下降到1楼。c) 电梯正在从4-1楼下降时，3楼有外呼向下信号，则先在行至3楼，然后再行至1楼。如果2楼有外呼向上信号时，属于反向信号，则电
18、梯先下降至1楼，然后再上升至3楼停止。4) 在电梯运行过程中，轿厢上升或下降途中，任何反向下降或上升的呼叫信号均不响应；如果某反向呼梯信号前方再无其他呼梯信号，则电梯响应该呼梯信号。5) 用7段数码管显示电梯的即时楼层位置。6) 用LED发光二极管显示楼层的呼叫指示。3 PLC电梯模拟控制系统硬件设计3.1 元器件清单表3-1元器件清单表 器件名称数量规格万能板118cmX30cm按钮10四引脚点动按钮中型LED红色灯7LED发光二极管，8MM高，发红色光，工作电压3V中型LED绿色灯7LED发光二极管，8MM高，发绿色光，工作电压3V数码管17段数码管，共阳，红色光电阻141K 限流电阻电池
19、盒13节电池容量,端子172个接线口导线若干3.2 I/O地址分配表3-2 I/O地址分配表编号名称输入点编号名称输出点编号1呼一层SB0X0一层呼指示灯E0Y02呼二层SB1X1二层呼指示灯E1Y13呼三层SB2X2三层呼指示灯E2Y24呼四层SB3X3四层呼指示灯E3Y35一层外呼上SB4X4一层上呼指示灯E4Y46二层外呼下SB5X5二层下呼指示灯E5Y57二层外呼上SB6X6二层上呼指示灯E6Y68三层外呼下SB7X7三层下呼指示灯E7Y79三层外呼上SB8X10三层上呼指示灯E8Y1010四层外呼下SB9X11四层下呼指示灯E9Y1111开门指示灯E10Y1212关门指示灯E11Y1
20、3 续表3-2编号名称输入点编号名称输出点编号13下降指示灯E12Y1414上升指示灯E13Y1515数码管显示楼层Y20Y263.3 PLC外部接线图图3-1 PLC外部接线图3.4 硬件实物图图3-2 实物图4 PLC电梯模拟控制系统软件设计4.1 工作流程图 假设电梯停于1楼，则D0中的值为1。此时如果按下3楼向上按钮，则D9中赋值为3。然后就将D9中的值与D0中的值相比较，显然D9大于D0，电梯上行。如果在上行过程中按下2楼向上按钮，则先停于2楼，再上行至3楼。如果在上行过程中按下2楼向下按钮，由于是反向信号，所以电梯先上行至3楼，等待所有上行信号均相应完毕以后，再执行下行信号，行至2
21、楼。 图4-1电梯工作流程4.2程序设计4.2.1 电梯初始化、呼输入与存储程序 首先M8002开始运行程序时接通一次，给D0赋值1，假设电梯初始时停止于1楼。以2楼呼为例，按下2楼呼按钮X001，此时给D2赋值2，且M101接通，导致呼2楼指示灯Y001接通并自锁，实现了存储功能。当Y001线圈断开时，D2清零，M3、M4、M5重置。图4-2 电梯呼程序图4.2.2 电梯外呼信号输入与存储程序 1楼和4楼外呼按钮只有一种选择，所以和呼相同。2楼和3楼外呼分别有下呼、上呼两种可能，以二楼上呼为例。当按下2楼上呼键X006时，此时给D7赋值2，且M106接通，导致2楼上呼指示灯Y006接通并自锁
22、，实现了存储功能。这里多了个M121常闭，当电梯在下降过程中，常闭断开，电梯将不响应该信号，但能保留该信号。当Y006线圈断开时，D7清零，M18、M19、M20、M31重置。图4-3 电梯外呼程序图4.2.3 电梯目标层与本层比较及上升下降 电梯目标层Dn和本层D0比较，当目标层Dn小于本层D0时，M121接通，下降指示灯Y014点亮。当目标层Dn大于本层D0时，M120接通，上升指示灯Y015点亮。当目标层Dn等于本层D0时，置位M122，表示电梯到达选定楼层。图4-4电梯目标层与本层比较及上升下降图4.2.4 电梯上升下降及达层自动开关门当到达楼层M122接通后，开门指示灯Y012自动点
23、亮，延时3秒后关门指示灯Y013点亮并保持，关门持续3秒后，重置M122，之后才允许电梯上升或下降。上升Y015、下降Y014分别延时3秒，然后D0才会+1或者-1，这里上升下降必须互锁。最后M8000一直接通，SEGD指令使数码管一直显示电梯所在楼层。图4-5电梯上升下降及达层自动开关门图5 结束语本次毕业设计属于一种模拟控制系统，而PLC控制电梯算是一种比较复杂，又具有代表性的PLC控制系统。该课题在对我熟悉PLC编程有非常大的帮助和提升，也让我获得了一定的成就感，毕竟一直以来对电梯就有种莫名的喜爱。 我先查看了多本有关电梯和三菱PLC的书籍，熟悉有关电梯的一些操作和相关的运行流程，重新去
24、熟悉和学习以前PLC课程学习过和没学过的指令、继电器、寄存器等。分析PLC编程例子书籍里的程序，去了解其他人如何为电梯编程，然后加入自己的思想，转变为自己的程序。 总结下本次毕业设计，本设计主要是以PLC可编程控制器为主要核心，依靠PLC超强的控制功能，实现了PLC控制电梯的基本功能。软件设计方面，GXdeveloper梯形图在PC机模拟调试中可以很直观全面的展示出4层电梯的运行过程，为以后硬件调试打下坚实的基础。在调试过程中，本设计充分地利用了PLC外部接线简单、编程简单直观等优点。当楼层层数增加时，硬件接线上只需要增加轻触开关和LED灯。原来的接线不需要改变，软件上只需要添加相关类似的程序
25、以及输出的功能，需要改动的地方很少。调试结果表明，该模拟系统在适应性、精确性和可靠性方面，均达到了设计的要求，表明该设计方案的可行性。 通过本次的PLC电梯模拟设计，我学到了许多实用性很强的知识，在学习和工作上均得到一定幅度的提升。并且，对可编程控制器有了进一步的了解，巩固加深了曾经学习过的知识。参考文献1 肖峰,贺哲荣.PLC编程100例M.:中国电力，2009:366-375.2 史国生.电气控制与可编程控制器技术M.:化学工业，2010:1-2823 恒亮,闫莉丽.可编程控制器电梯技术及应用M.:国防工业，2008:1-1534 跃华,吴德强.PLC课程设计指导书.20105 黄桂梅,永
26、立. PLC电梯控制系统的设计与实践J.制造业自动化,2007,04:81-82,90. 6 廖映华等.PLC在电梯模型控制系统中的应用J.机械制造与自动化,114-116 7 广泉. 可编程控制器在电梯控制中的应用J.东北电力技术,2003(7):50-528 林海波. PLC在电梯控制系统设计中的应用J.工程学院学报,2003,4(1):61-63 附录：源程序 致 光阴似箭，岁月如梭。四年的时间，在我们漫长的人生旅程中是那么的短暂，但是，着短短四年时间却是最真诚的青春，是最纯真的岁月，是最美好的大学生活我们的自学能力在这里很好的提高，我真诚地感所教育过我的恩师们。是您赋予我们最具有意义的
27、收获；您带领我们走进知识的殿堂；是您给予我们一个全新的视角去发现美、创造美、欣赏美；是您教会我们珍重友情和珍惜时间；是您用博大的胸怀给予了我们最无私的关怀和奉献。 非常感朱春媚老师在毕业设计级阶段给我的教育与指导，从最初的选题到资料收集，到整体设计，到软件设计，到硬件设计，到论文写作，经由您悉心的点拨，再经过自我的思考领悟后，常常让我有茅塞顿开之感悟。是您给了我足够的耐心指导和无私帮助，为了指导我的毕业设计，您放弃了自己的休息时间，这种无私奉献和敬业育人精神实在令人钦佩，在此我向您表示我诚挚的感。同事，感所有的任课老师和所有同学在这四年来给我的指导和帮助，是他们教会我专业知识，教会了我如何做人
28、。正是由于他们，我才能在多个方面全面发展，在此向他们表示我由衷的意，并祝愿所有的老师和同学生活美满。 通过这一阶段的努力，我的毕业论文“PLC电梯模拟控制”终于完成了，这意味着大学生活即将完结。这四年的大学生活在这个季节划上一个句号，但对于我来说，我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次旅程的伊始。毕竟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满满，在论文即将完成之际，思绪起伏，心情久久不能平静。伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位辛勤的“园丁”我的导师。我不是您最优秀的学生，而您确实我最敬仰的老师。您治学严谨，学识渊博，思
29、想深邃，视野开阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，领我不仅接受了最新的思想观念，树立了宏大的人生目标。 总之，向着自己的目标前进，充实的过好每一天，只要无悔，便是成功。而成才而言，则是一个漫长积累的过程，必须要执着进取，踏实奋斗，才有望品尝成功的喜 悦。人在不同的时期会有不同的观点和想法，但这只是形式上的改变，其基础却已深深扎根于思维深处，是再难改变的。在以后的生活中，积极向上，笑对人生将是 我的原则和动力，爱国爱家，踏实进取则是我人生成才的基石。大学四年，自我奋斗固然是基础，但合作却更是关键。在四年里，我遇到的每一次挫折，每一次困难，都有朋友和同学的热心帮助，而获得的每一点点成功，也有大 家分享，这实在是人生的一大幸福。感我们班所有的同学，感所有信任我、帮助我的人，感你们，你们给我的友谊我会永远的珍惜！
