PLC在交流双速电梯中的应用正文改.docx
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PLC在交流双速电梯中的应用正文改
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PLC在交流
双速电梯中的应用
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PLC在交流双速电梯中的应用
摘要:
本文设计了一个用PLC控制的五层楼交流双速电梯系统,主要包括主电路的设计、PLC的输出、输入点分配以及电梯的启动、平层、换速、正反转、选向、感应楼层、轿内指令、门厅召唤等的设计,并给出了相关电路图、梯形图和指令语句。
另外,文章还简述了PLC和电梯的概况,分析设计结果的功能,并对该电梯的应用和优缺点做了分析。
关键词:
PLC交流双速电梯应用
前言:
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。
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。
目前,电梯的发展日新月异,各大公司都已经拥有了成熟的技术,所有的高楼大厦的电梯都已采用大公司的产品,而对于一些短期使用的、功能要求不高的楼房用电梯或者货物载重升降机方面的产品很缺乏。
一方面,目前,对于技术要求不高的升降设备,人们为了节省成本,大部分还是应用继电器控制系统,由于它的接线复杂、可靠性差,导致很多事故的出现;另一方面,PLC具有可靠性高,程序设计方便灵活,若使用较少端口的PLC成本也不会太高,所以我设计了一个用PLC控制的电梯,由于实验条件的限制,我只做了其软件设计工作,其中包括主电路的设计、PLC的输出、输入点的分配、以及启动、平层、换速、正反转、选向、感应楼层、轿内指令、门厅召唤等功能的设计并给出了相关电路图、梯形图和指令语句。
它可以作为要求不高的五层楼上下电梯或者拖货机使用,能够实现一般电梯的基本功能。
正文:
一、电梯的概述:
电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机,装有箱状吊舱,用于多层建筑乘人或载运货物。
也有台阶式,踏步板装在履带上连续运行,俗称自动电梯。
1、电梯主要的电气设备:
1)牵引电动机齿轮牵引机为电梯的提升机构。
主要由驱动电动机,电磁制动器(也称电器包闸),减速器牵引轮组成。
2)自动门机用来完成电梯的开门与关门。
电梯的门分为厅门(每层站一个)与轿门(只有一个)。
只有当电梯停靠在某层站时,此层厅门才允许开启(由门机拖动轿门,轿门带动厅门完成);也只有当厅门,轿门全部关闭后才允许启动运行。
3)层楼指示灯层楼指示灯也叫层显,安装在每层站厅门的上方和轿箱内轿门的上方,用以指示电梯的运行方向及电梯所处的位置。
过去常由低压灯泡构成,现多由数码管组成,且与呼梯盒做成一体结构。
4)呼梯盒用以产生呼叫信号。
常安装在厅门外,离地面一米左右的墙壁上。
基站与底站只有一只按钮,中间层站由上呼叫与下呼叫两个按钮组成。
5)操纵箱操纵箱安装在轿箱内,供乘客对电梯发布动作命令。
其上面设有与电梯层站数相同的内选层按钮。
6)平层及开门装置该装置如图3-2所示。
由平层感应器及楼层感应器组成。
上行时,上磁铁板先触发楼层感应器,发出减速停车信号;电梯开始减速,至平层信号出发时,发出开门及停车信号,电动机停转,包闸抱死。
下行时,下磁铁板出发楼层感应器,发出减速停车信号;电梯开始减速,至平层信号出发时,发出开门及停车信号。
图3-2电梯的平层、停层装置示意图
PLC选型与I/O定义
为了便于对电梯的工作原理及PLC系统进行分析,现列出电梯所用电器元件表。
表3-1电梯电气元件表
元件符号
名称及作用
元件符号
名称及作用
KM1
上行接触器
1HL~6HL
1~6层层楼指示灯
KM2
下行接触器
7HL~8HL
上行、下行指示灯
KM3
高速接触器
HL8
1楼外呼记忆灯
KM4
低速接触器
HL9
2楼上呼记忆灯
KM5
启动加速接触器
HL10
2楼下呼记忆灯
KM6~KM8
制动减速接触器
HL11
3楼上呼记忆灯
KM9
开门接触器
HL12
3楼下呼记忆灯
KM10
关门接触器
HL13
4楼上呼记忆灯
SQ6
开门到位开关
HL14
4楼下呼记忆灯
SQ7
关门到位开关
HL15
5楼上呼记忆灯
SQ17
上限位开关
HL16
5楼下呼记忆灯
SQ18
下限位开关
HL17
6楼下呼记忆灯
SB1
开门按钮
1KR~6KR
各楼层感应器
SB2
关门按钮
7KR
平层感应器
SB3
上行启动按钮
1SB1~5SB1
1~5楼上行外呼按钮
SB4
下行启动按钮
2SB2~6SB2
2~6楼下行外呼按钮
SB5~SB10
1~6楼层内选层按钮
综合考虑输入输出要求,估计需要PLC输入输出点70左右。
因此,采用三菱FX2N-80MR可编程控制器完成本次设计。
其输入输出电路如图3-3所示。
图3-3I/O接线图
4 PLC梯形图设计
本套电梯控制系统的核心算法是采用“查表排序”的方式进行对电梯轿箱的上下行控制。
程序设置了两个表——上行表和下行表。
在楼层数据存入和读取时,分别通过六个子程序模块对两个表中的数据进行派对处理,以实现电梯轿箱的控制要求。
本程序由主程序和六个子程序模块组成,六个子程序模块分别是:
上行表排队子程序模块,下行表排队子程序模块,查询上行表最大值子程序模块,查询下行表最大值子程序模块,上行表完成信号消除模块,下行表完成信号消除模块。
程序的基本控制流程如图4-1所示。
程序中相关存储单元及中间继电器的说明
为了便于理解程序的功能,现将程序中使用到的相关存储单元中间继电器的作用加以说明。
D100:
上行表起始地址;D120:
下行表起始地址;
D110:
上行表反向呼叫信号预处理存储单元;
D130:
下行表反向呼叫信号预处理存储单元;
D0:
呼叫信号存储单元;D1:
楼层信号存储单元;
D2:
上行表最大值存储单元;D3:
下行表最小值存储单元;
D200:
子程序调用时楼层信号临时存储单元;
M200:
等待状态信号;M201:
上行控制信号;
M202:
下行控制信号;M211:
开门控制信号;
M1-M6:
六个子程序的入口。
4.2 主程序设计
4.2.1 上下行指示灯输出环节
本环节完成上行指示灯Y25和下行指示灯Y26的控制。
当上行控制信号Y21有效时,发出一个上升沿脉冲,通过SET指令将Y25设置为有效状态,通过RST指令将Y26设置为无效状态。
当下行控制信号Y22有效时,发出一个上升沿脉冲,通过SET指令将Y26设置为有效状态,通过RST指令将Y25设置为无效状态。
当等待状态中间继电器M200有效时,发出一个上升沿脉冲,通过RST指令将Y25和Y26都设置为无效状态。
梯形图如图4-2-1所示。
4.2.2 反向楼层号预处理环节
本环节预先完成对上行和下行过程中的反向楼层呼叫信号进行预处理,以便以后的程序直接使用处理后的结果。
梯形图如图4-2-1所示。
4.2.3 楼层信号写入环节
本环节完成1-6楼的楼层感应器信号的相应和存入功能。
当各楼层的楼层信号感应器X25-X32有信号触发后,通过MOVP指令楼层数据写入楼层信息存储单元D1中。
另外也通过MOVP指令将七段显示器的对应数据写入到楼层信号输出单元K2Y34中,并在七段显示器中输出。
梯形图如图4-2-3所示。
4-2-1上下行指示灯输出环节梯形图
4-2-1反向呼叫信号预处理环节梯形图
图4-2-3楼层信号写入环节梯形图
定向和等待信号设定环节
本环节完成定向信号和等待信号的设定功能。
通过比较语句[=D100k0]和[=D120k0]判断上行表和下行表的首个单元为0,也就是说上行表和下行表中都没有任务数据,电梯处于等待状态。
若比较语句[<>d100k0]为真,说明上行表中有人物数据,则触发M201(上行状态控制位)。
同理,若比较语句[<>d120k0]为真,说明下行表中有人物数据,则触发M202(下行状态控制位)。
上行和下行控制位通过互锁使两个控制位不能同时为真。
梯形图如图4-2-5所示。
4.2.6 上行启动加速环节
本环节完成轿箱的上行启动加速功能。
当M201(上行状态控制位)有效时,同时触发Y32(低速运行输出)和Y21(上行输出)。
电梯转入低速上行状态。
同时激活定时器T0开始计时,当计时到时后,触发Y33(高速运行输出),断开Y32。
电梯转入告诉上行状态。
当M203(轿箱停止控制位)有效时,将切断Y33。
电梯转入减速环节。
梯形图如图4-2-6所示。
4.2.7 下行启动加速环节
本环节完成轿箱的下行启动加速功能,程序流程与上行启动加速环节相似。
梯形图如图4-2-7所示。
图4-2-4呼叫信号写入环节梯形图
图4-2-5定向或等待状态设定环节梯形图
图4-2-6上行启动加速环节梯形图
图4-2-7下行启动加速环节梯形图
4.2.8 停止信号产生环节
本环节负责残生停止轿箱运行的信号。
当上行表的首地址数据(D100)或预处理后的上行反向信号数据(D110)与当前的楼层信号(D1)相等时,既说明轿箱到达任务目标楼层,则触发轿箱停止信号(M203)。
下行表中的同类数据(D120,D130)同样也会触发M203。
梯形图如图4-2-8所示。
4.2.9 轿箱减速过程环节
本环节完成轿箱停止信号发出后的轿箱减速停止的过程。
当M203被触发后,轿箱转入低速运行状态(Y32)。
同时触发一级、二级、三级减速定时器T2,T3,T4。
当T2计时到时后,触发一级减速(Y27);当T3计时到时后,触发二级减速(Y30);当T4及时到时后,触发三级减速(Y31)。
进而电梯轿箱缓缓接近平层位置,当平层信号(X34)被触发后,Y32及T2,T3,T4被断开,轿箱停止。
梯形图如图4-2-9所示。
图4-2-8停止信号产生环节梯形图
图4-2-9减速环节梯形图
门控环节
本环节完成轿箱门的开关门控制功能。
开门按钮(X21),机械安全触板(X33)和平层信号(X34)中的任意一个都会触发开门控制信号(M211),进而触发开门信号(Y23)并自保。
当开门过程完成后,开门状态信号(X23)会被触发,M211和X23的“与”连接说明了“开门开始并最终开门完成”这样一个过程,之后会触发SETM205和RSTM211两条功能指令。
中间变量M205会首先触发开门等待计时器T5,T5计时到时后会触发关门信号(Y24),电梯门开始关闭,同时触发另一个临时中间变量M212。
当电梯门关闭完成后,关门状态信号(X24)会被触发。
X24会断开Y24和复位M205。
M212和X24的“与”连接说明了“关门开始并最终关门完成”这样一个过程。
之后会复位M203和M212。
梯形图如图4-2-10所示。
4.2.11 上行或等待状态反向信号处理环节
本环节完成上行或等待状态下,外部反向呼叫信号的处理功能。
2-6楼的下行呼叫X2,X4,X6,X10,X12为本环节的触发信号。
触发后,先判断呼叫的楼层信号是否与当前轿箱所处的楼层相等,如果相等,则直接触发开门控制信号M211。
如果不相等,则调用查询上升表最大值子程序模块,入口M3。
当查询上升表最大值子程序模块执行完成后,发出M103任务完成信号,进而呼叫信号是否大于最大值,如果大于最大值,需要对先信号做加10处理,然后调用上行表排队子程序模块,入口M1。
如果小于最大值,则直接调用上行表排队子程序。
梯形图如图4-2-11所示。
4.2.12 下行或等待状态反向信号处理环节
本环节完成下行或等待状态下,外部反向呼叫信号的处理功能。
1-5楼的上行呼叫X1,X3,X5,X7,X11为本环节的触发信号。
触发后,先判断呼叫的楼层信号是否与当前轿箱所处的楼层相等,如果相等,则直接触发开门控制信号M211。
如果不相等,则调用查询下降表最小值子程序模块,入口M4。
当查询下降表最小值子程序模块执行完成后,发出M104任务完成信号,进而呼叫信号是否小于最小值,如果小于最小值,需要对先信号做减10处理,然后调用上行表排队子程序模块,入口M2。
如果大于最小值,则直接调用下行表排队子程序。
梯形图如图4-2-12所示。
图4-2-10门控环节梯形图
图4-2-11上行或等待状态下反向信号处理梯形图
图4-2-12下行或等待状态下反向信号处理梯形图
4.2.13 上行同向信号处理环节
本环节完成上行过程中,外部同向呼叫信号的处理过程。
1-5楼的外部上行呼叫按钮X1,X3,X5,X7,X11为本环节的触发信号。
程序被触发后通过比较指令判断呼叫信号与轿箱所在楼层的关系,如果呼叫信号大于轿箱所在楼层则调用上行表排队子程序,入口M1。
如果呼叫信号小于轿箱所在楼层则调用下行表排队子程序,入口M2。
梯形图如图4-2-13所示。
图4-2-13上行同向信号处理梯形图
4.2.14 下行同向信号处理环节
本环节完成上行过程中,外部同向呼叫信号的处理过程。
2-6楼的外部上行呼叫按钮X2,X4,X6,X10,X12为本环节的触发信号。
程序被触发后通过比较指令判断呼叫信号与轿箱所在楼层的关系,如果呼叫信号大于轿箱所在楼层则调用上行表排队子程序,入口M1。
如果呼叫信号小于轿箱所在楼层则调用下行表排队子程序,入口M2。
梯形图如图4-2-14所示。
图4-2-14下行过程中同向信号处理梯形图
4.2.15 内部呼叫信号处理环节
本环节完成内部呼叫信号的处理过程。
内部呼叫按钮X13,X14,X15,X16,X17,X20为本环节的触发信号。
程序被触发后通过比较指令判断呼叫信号与轿箱所在楼层的关系,如果呼叫信号大于轿箱所在楼层则调用上行表排队子程序,入口M1。
如果呼叫信号小于轿箱所在楼层则调用下行表排队子程序,入口M2。
梯形图如图4-2-15所示。
图4-2-15内部呼叫信号处理梯形图
4.2.16 子程序调用环节
本环节完成六个字程序模块的相关存储单元和指针的赋初值和调用功能。
梯形图如图4-2-16所示。
图4-2-16子程序调用环节梯形图
4.3 子程序功能说明
本系统有六个子程序功能模块,分别是:
上行表排队处理子程序模块,下行表排队处理子程序模块,查询上行表最大值子程序模块,查询下行表最小值子程序模块,上行表已完成任务消除子程序模块,上行表已完成任务消除子程序模块。
4.3.1 上行表排队子程序模块
本模块完成进入上行表的呼叫信号的排序以及转移处理功能。
首先,呼叫信号通过D200进入子程序。
子程序开始部分有三个监控触点:
[=D200D100V0],[=D100V0K0]和[>D200D100V0]-[<>D100V0K0]。
它们分别监控D100V0是否与D200相等,是否等于0或者D100是否大于D100V0。
如果满足第一个监控触点,说明当前的呼叫信号已经在上行表中,不需要进一步处理可结束子程序调用,返回主程序;如果满足第二个监控触点,说明指针V0指向的表单元为空闲空间,可直接使用MOVP指令将D200存入D100V0中,然后返回主程序;如果满足第三个监控触点,说明D200大于V0所指向的表单元,需要进一步搜索,使用INC指令给V0加一。
第四个监控触点[ 第五个监控触点[>=D100V0K10]说明V0所指向的是经过加10处理的反响呼叫信号。 首先要对反向呼叫信号做减10处理,将其还原为普通的呼叫信号,然后通过比较指令判断D200是否大于这个反向呼叫信号,如果大于,则需要将这个反响呼叫信号发往下行表中;如果不大于,则可直接将D200插入到V0所指的表单元中。 本子程序模块的梯形图如图4-3-1和图4-3-2所示。 图4-3-1上行表排队子程序模块梯形图 (1) 图4-3-2上行表排队子程序模块 (2) 4.3.2 下行表排队子程序模块 本模块的程序结构与上行表排队子程序模块类似,不同点在于本模块的排序方式为升序排序方式。 梯形图如图4-3-3和图4-3-4所示。 图4-3-3下行表排队子程序模块 (1) 图4-3-4下行表排队子程序模块 (2) 4.3.3 查询上行表最大值子程序模块 本模块是为电梯响应和处理上升过程中的反响呼叫信号提供服务的。 在出现反向呼叫信号时,需要判断呼叫信号是否大于上行表中的最大任务数据,如果大于最大任务数据,则需要将其做加10标记处理后再存入上行表;如果小于最大任务数据,则直接将其存入下行表即可。 本模块初始化先将上行表的第一个表单元的内容存入D2中,开始执行后,先D100V2的内容存入D4中(V2为指针,初值为0),然后进一步判断当前读取的表单元数据是否是经过加10标记处理过的反向呼叫信号,如果是,将其做减10还原处理,并存入D4中。 最后将D4与D2进行比较,如果D4大于D2,则用D4的内容覆盖D2的内容,然后将指针V2加1,直到将表中所有的数据查询一遍后,D2的内容便是当前上行表中的最大值了。 本模块梯形图如图4-3-5所示。 4.3.4 查询下行表最小值子程序模块 本模块是为电梯响应和处理下降过程中的反响呼叫信号提供服务的。 在出现反响呼叫信号时,需要判断呼叫信号是否小于小行表中的最小任务数据,如果小于最小任务数据,则需要将其做减10标记处理后再存入下行表;如果大于最小任务数据,则直接将其存入上行表即可。 本模块初始化先将下行表的第一个表单元的内容存入D3中,开始执行后,先D120V2的内容存入D5中(V3为指针,初值为0),然后进一步判断当前读取的表单元数据是否是经过减10标记处理过的反向呼叫信号,如果是,将其做加10还原处理,并存入D5中。 最后将D5与D3进行比较,如果D5小于D3(D5等于0除外),则用D5的内容覆盖D3的内容,然后将指针V3加1,直到将表中所有的数据查询一遍后,D3的内容便是当前下行表中的最小值了。 本模块梯形图如图4-3-6所示。 图4-3-5查询上行表最大值子程序梯形图 图4-3-6查询下行表最小值子程序梯形图 4.3.5 上行表已完成信号消除子程序模块 本模块完成电梯轿箱到站之后,上行表中已完成的任务数据的删除以及被记忆的按钮指示灯的熄灭功能。 这部分的触发信号都是[=D100KXX]形式的。 当上升表的首单元D100等于某一个楼层信号时,即表示当前轿箱将要到达目标楼层,将开始一系列减速、平层和门控程序,这时D100中的楼层任务数据已经完成,应该将其删除,并依次将其后的楼层任务数据想前提升一位。 本模块前半部分完成的是被记忆的按钮指示灯的熄灭功能。 当电梯运行至某一目标楼层时,[=D100KXX]中的某一个会被触发(包括经过加10处理过的上行反响呼叫信号),此时如果这一楼层的某一个按钮指示灯处于被记忆状态,那么这个触点就会连同被触发的[=D100KXX]以及平层信号(X34)构成一个通路,从而触发一个将此被记忆的指示灯复位的RST指令,从而达到了按钮指示灯熄灭的功能。 本模块的后半部分完成了上行表中已完成的楼层呼叫数据删除工作。 其结构很简单,就是通过两个指针V4和V5的移动和传送数据来完成的。 首先通过子程序起始赋初值将V4指向D100,将V5指向D101,然后通过MOV指令用V5指向的数据单元覆盖V4指向的数据单元,然后分别将V4和V5做加1操作,直至将表中的所有数据向前移动一次为止。 本模块梯形图如图4-3-7和4-3-8所示。 4.3.6 下行表已完成信号消除子程序模块 本模块的结构与上行表已完成信号消除子程序模块完全相同,梯形图如图4-3-9和4-3-10所示。 PLC程序就此完毕。 图4-3-7上行已完成信号清除子程序模块梯形图 (1) 图4-3-8上行已完成信号清除子程序模块梯形图 (2) 图4-3-9下行表已完成的楼层呼叫信号删除 (1) 图4-3-10下行表已完成的楼层呼叫信号删除 (2) 5.1.3 界面介绍 本程序的上位机组态操作界面如图5-1所示。 图5-1操作界面 界面左侧为电梯轿箱及各楼层厅门,中间为轿箱内操作面板,右侧为各楼层的感应器指示灯以及上行表和下行表内容的观察区。 分析电梯运行的模式,电梯有上行、等待和下行三种状态,当电梯处于上行状态时有同向(上行)和反向(下行)两类呼叫信号;当电梯处于下行状态时,也有同向(下行)和反向(上行)两类呼叫信号,其中,无论是上行还是下行,同向呼叫信号又分为大于当前楼层和小于当前楼层两类;当电梯处于等待状态时,有大于当前层的正向和反向呼叫信号和小于当前层的正向和反向呼叫信号。 下面针对以上几种状态对系统进行测试。 5.2.1 等待状态时的功能测试 初始状态电梯轿箱处于一楼等待状态,如图5-2-1,点击三楼下行按钮,上行表首单元为13,属于大于当前楼层的反向呼叫信号,电梯开始上行,如图5-2-2。 电梯上行至三楼后停止,电梯开门,处于等待状态,如图5-2-3。 点击关门按钮,点击内部二楼按钮,下行表首地址为2,属于小于当前楼层的同向呼叫信号,电梯开始下行,如图5-2-4。 电梯下行至二楼后停止,电梯开门,处于等待状态,如图5-2-5。 此后继续点击关门按钮,点击五楼上行按钮,上行表首单元为5,属于大与当前楼层的正向呼叫信号,电梯开始上行,如图5-2-6。 电梯上行至五楼后停止,电梯开门,处于等待状态,如图5-2-7。 点击关门按钮,点击一楼上行按钮,下行表首单元为-9,属于小于当前楼层的反向呼叫信号,电梯开始下行,如图5-2-8。 电梯下行至一楼停止,开门。 等待状态时的功能测试完毕。 图5-2-1等待状态 Fig.5-2-1waitstate 图5-2-2向三楼上行状态 Fig.5-2-2uptofloor3state 图5-2-3到达三楼等待 Fig.5-2-3stoptofloor3andwaitstate 图5-2-4向二楼下行状态 Fig.5-2-4downtofloor2state 图5-2-5到达二楼等待 Fig.5-2-5stoptofloor2andwaitstate 图5-2-6向五楼上行状态 Fig.5-2-6uptofloor5state 图5-2-7到达五楼等待 Fig.5-2-7stoptofloor5andwaitstate 图5-2-8向一楼下行状态 Fig.5-2-8downtofloor1state 5.2.2 上行状态时的功能测试 初始状态电梯轿箱处于一楼等待状态,点击四楼向下按钮,上行表首单元为14,属于大于当前楼层反向呼叫信号,电梯开始上行,此时点击五楼向下按钮,由于此时的呼叫信号属于大于当前楼层反向呼叫信号,并且大于上行表max值,根据同向运行呼叫信号优先原则,系统将原四楼的呼叫信号14转入下行表,上行表首单元改为15。 在电梯运行至三楼前点击三楼向上按钮,上行表第二单元为3,属于大于当前楼层的同向呼叫信号。 当电梯运行经过二楼之后点击一楼向上按
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