基于三菱PLC的三层电梯控制系统设计毕业论文.doc

目 录摘 要1第1章 电梯概述31.1 引言31.2 电梯的发展简史31.3 电梯的基本结构31.4 电梯的分类5第2章 可编程控制器简介62.1 PLC的结构及各部分的作用62.2 PLC的工作原理72.3 PLC的编程语言82.4 PLC基本指令82.5 梯形图设计规则11第3章 三层电梯PLC控制系统设计123.1 电梯的控制要求123.2 三层电梯主电路123.3 输入输出点数分配123.4 PLC外围接线图133.5 功能指令表概述143.6 程序分析153.7 三层电梯梯形图程序193.8 三层电梯助记符语句程序213.9 本系统的不足及改进27结 束 语29致 谢30参考文献31摘 要电梯是高层建筑不可缺少的运输工具，用于垂直运送乘客和货物，传统的电梯控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。本论文通过讨论电梯控制系统的组成，阐述可编程控制器（PLC）在电梯控制中的应用，采用三菱PLC编程的程序控制方式，提出了三层电梯的PLC控制系统总体设计方案、设计过程、组成， 列出了具体的主要硬件电路、电梯的控制梯形图及指令表。并给出了系统组成框图和程序流程图，在分析、处理随机信号逻辑关系的基础上，提出了PLC的编程方法，设计了一套完整的电梯控制系统方案。采用本方案实现电梯控制，能够解决继电器接触器触点多，故障率高、可靠性差、安装调试周期长、维修工作量大、接线复杂等缺点。使电梯运行更加安全、方便、舒适。关键词：电梯、PLC、梯形图 第1章 电梯概述1.1 引言随着城市建设的不断发展，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。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可靠性高，程序设计方便灵活。1.2 电梯的发展简史据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。公元1765年瓦特发明了蒸气机之后，1858年美国研制以蒸气为动力，并通过皮带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯，1878年英国的阿姆斯特发明了水压梯，并随着水压梯的发展淘汰了蒸气梯，后来又出现了采用液压泵的控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯，这种液压梯至今仍为人们所采用。18世纪末发明了电机，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能。在20世纪初，美国OTIS电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯。从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异的发展着。目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。1.3 电梯的基本结构电梯一般由五部分组成：井道和机房、传动部分、升降部分、安全装置、控制部分。1. 井道和机房井道和机房是电梯正常运行所要求的房屋建筑部分。井道由围壁、顶板及底坑围成一个容纳电梯轿厢和对重的有限空间，在每个层站开有出、入口。机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。机房可以设置在井道的顶部，也可设置在井道底部。设置在井道底部时称为曳引机下置式，该方式的电梯结构较复杂，对井道尺寸要求大，所以只有在机房无法顶置时采用。机房必须有足够的面积、高度、承重能力及良好的通风条件。顶板上是机房的情况下，它是值班工人工作的地方。所以顶板都是封闭型的，将井道与机房完全隔离。底坑一般深入地面，用于安装缓冲器、限速器钢丝绳张紧装置。因为深入地面要求有排水设施。2. 传动部分传动部分即曳引机，主要由电动机和钢索组成。一般安装在机房的顶部，它通过钢丝绳牵引轿厢及对重。曳引机由蜗轮减速箱、绳轮、电机、靠背轮、抱闸、底座等组成。高速无齿轮直流电梯曳引机，由电机直接带动绳轮，无减速箱装置，其余部件相同。3. 升降设备部分升降设备部分包括轿厢、对重、门厅和导轨。轿厢是容纳物体和乘客的箱体，对重是用来平衡轿厢重量的。门厅是每一层楼的电梯门口装的门，门上有机械锁和电气接点。客梯多采用自动开关门，是由轿厢门上的开门刀带动厅门上橡皮轱辘来完成的，而轿厢门是由轿厢门上的开关门装置驱动的。导轨是轿厢上下移动所走的轨道。4. 安全装置安全装置由降速装置和电气安全设备组成。降速装置主要有限速器和缓冲器。限速器是控制轿厢速度的设备。当轿厢达到极限速度时，轿厢限速器开始动作，并作用于安全钳上迫使它夹住导轨，刹住轿厢。缓冲器是电梯的最后安全保护。它安装在电梯井道底坑内，位于轿厢和对重的正下方。当电梯向上或向下运动中，由于钢丝断裂、抱闸制动力不足或者控制系统失灵而使轿厢超越终端层站时，缓冲器则起到缓冲作用，避免电梯撞底或冲顶，确保乘客的安全。电气安全设备是指电梯控制系统中实现安全保护的电气元件。根据国家标准7588和10058中的规定，对电梯供电电源、轿厢超速、轿厢上下端站及极限位置、厅门锁与轿厢门的电气连锁以及所有电气设备外壳接地等方面必须实行电气保护。电气安全装置通常包括：设置在机房内的电梯主开关，可切断轿厢照明及通风、轿顶电源插座、火灾报警、机房和滑轮间照明以及井道照明等全部供电电路。熔断器和热继电器用作曳引电机的短路及过负荷保护。相序继电器作断相和错相保护。称重装置可作电梯的超重保护。行程开关是电梯运行端站减速及端站限位保护。电梯门安全触板带动连锁开关或光电传感器、感应式近门传感器，控制开关门电机，防止电梯夹人、夹物。电梯所有金属设备外壳接地，以防触电事故。5. 控制部分控制部分主要指电气控制设备和必要的线路。电梯的操纵控制系统结构及其控制方式标志着我国电梯的发展水平，我国目前使用的电梯按其操纵方式分类有按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、并联控制电梯、程序控制电梯及智能控制电梯等。按钮控制电梯。其操纵箱内装有启动按钮、应急按钮、开关门按钮、警铃按钮等按钮组和照明开关、钥匙开关、通风开关、检修开关和显示楼层与方向的指示灯。信号控制电梯。除具有自动平层自动开门动作外，还具有内外选层、自动定向、顺向截车等控制能力。该类电梯有司机操作。集选控制电梯。目前物业部门管理的客梯主要采用集选控制方式。集选控制方式的电梯具有自动平层、自动开门、自动掌握停站时间、内选外呼信号的登记与消除、顺向截梯以及自动换向等功能。下集选控制电梯用于无司机交、直流电梯，基本工作状态与集选控制电梯相同，只是厅外向下招呼信号才予答应。并联控制电梯。该种电梯是电梯群中的最简单方式，只适合于两台电梯的协调控制管理。它是按预先设定的调配原则，自动的调配某台电梯去答应某层的厅外召唤信号。程序控制电梯。使用于同一建筑物内有三台以上电梯，而且位置比较集中的电梯群的控制和管理。为了提高电梯的运行效率和充分满足楼内客流量的需要，尽可能的缩短乘客的候梯时间，对电梯群的运行状态进行自动程序控制。智能群梯。该种电梯采用先进的控制理论、先进的传动和控制技术，使电梯在运行过程中具有安全、快速、准确、平稳的特性，使乘客具有舒适感和享受感。全微机化电梯的开发和使用是电梯的发展趋势。全微机化电梯是指电梯的传动系统及控制系统实现微机化控制的电梯，必将满足人们对电梯的高质量、高水平、高标准的要求。1.4 电梯的分类按用途分类：乘客电梯、载货电梯、客货电梯、病床电梯、住宅电梯、杂物电梯、观光电梯、车辆电梯、船舶电梯、建筑使用电梯、自动扶梯、其它按驱动方式分类：交流电梯、直流电梯、液压电梯、螺杆式电梯、直线电机驱动的电梯按速度分类：低速电梯（V1.0m/s）、快速电梯（1.0m/sVS2 M0 导通S1=S2 M1 导通S1S2 M2 导通即K100大于C20的当前值时，M0接通；K100等于C20的当前值时，M1接通；K100小于C20的当前值时，M2接通。3.6 程序分析3.6.1 程序总体结构3.6.2 电梯上下控制程序分析比较呼叫信号D1、楼层限位 D2里面的数值，以比较结果指挥电梯动作。D1D2：电梯在下，呼叫在上，电梯此时应该上升。D1=D2：电梯与呼叫在同一位置，可根据不同的楼层 位置驱动不同的门进行开关。3.6.3 电梯呼叫信号分析根据不同的按钮动作把呼叫信号转换成数值存入寄存器D1里面当第一层呼叫时，就把常数1放在D1里面当第二层呼叫时，就把常数2放在D1里面当第三层呼叫时，就把常数3放在D1里面. 电梯呼叫信号程序（第一层）3.6.4 电梯位置判断程序分析通过传感器把电梯位置信号转换成相应的信号送到寄存器D2里面去如果在第一层，把常数1 赋给D2；如果在第二层，把常数2 赋给D2；如果在第三层，把常数3 赋给D2。3.6.5 电梯楼层显示程序分析1. 电梯楼层显示程序：利用三个层限开关进行判断：当一层层限开关触发时 一层指示灯亮；当二层层限开关触发时 二层指示灯亮；当三层层限开关触发时 三层指示灯亮。2. 电梯上下显示程序分析上下显示完全按照电机当前状态来确定当电机正转时显示上升状态当电机反转时显示下降状态电梯上下显示程序：3.6.6 电梯开关门程序分析当电梯到位后，延时0.5秒， 根据当前的楼层驱动相应的门进行开门动作。开门到位后再延时1秒进行关门。如果在关门过程中检测到有障碍，立即停止关门动作，继续重新开门。1. 电梯开关门程序（第一层）：3.7 三层电梯梯形图程序3.8 三层电梯助记符语句程序3.9 本系统的不足及改进本系统使用三菱 FX1N-40MR PLC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以下时，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，若电梯当前位置离目的地有两层以上距离时，用高速进行运行；若电梯当前位置离目的地在两层以下距离时，用低速运行； 本设计的三层电梯为相应单一呼叫的电梯，即在一个动作没有完成前不响应其他呼叫，在现实生活中，通常可以相应多个呼叫，这就需要用到另外两条条功能指令SFWR、SFRD。用SFWR来依次存储呼叫信号，用SFRD来依次读取呼叫信号。以达到按呼叫顺序来控制电梯运动的效果。 SFWR 使用：利用这条指令，可以把先后采集到的呼叫信号存储起来，在后面进行调用。可以实现多个呼叫依次存储的功能。 初始状态下，D2D10数据都为0，D1数据为0，当X0被触发时，D0的数据移动到D2，随即D1里面数据变为1，当X0再次被触发时，D0数据移动到D3，D1里面数据变为2，以此类推。 SFRD 使用：在电梯中可以利用关门信号的上升沿进行动作，依次把用SFWR存储的呼叫信号读取出来，进行相关的动作。 当X1没有触发时，D20数据为0，D1也为0；当X1第一次触发时，D2的数据被移动到D20，D1的数据变为1，表示当前指针为1；当X1再次触发时，D3的数据移动到D20，D1的数据变为2，表示当前指针为2。以此类推 。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，除了在上课时学到的一些松下PLC基本指令外，我对三菱PLC基本指令、功能指令及应用几乎没有什么接触。在老师和同学的帮助下，我首先用了将近一个月的时间对三菱PLC的知识进行了强化补习，然后再根据所学的编程知识，用大约一个半月的时间完成了从最初的结构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。 在完成本设计的过程中，我既感受到了面对自己无法解决的问题时的苦恼，也体会到问题最终得以解决时的快乐。同时，也总结了以下一些经验： 1. 一个详细周密的计划对于完成一项任务的重要性。实际上，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。到后来发现同学们的进度都已经赶上甚至超过我，这才又着急起来，赶紧找经验丰富的同学出主意，制定出详细的计划，这才按时完成了任务。 2. 学习一门程序语言，实践是最好的方法。我对PLC的学习实际上分为两个阶段。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，很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。互联网是一个具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也许我多花一倍的时间也完不成任务。所以一定要会并善于运用互联网工具。 完成这次设计后回过头来看，我的这项作业完成得并不完美。还有很多需要提高和改进的地方。 首先，是系统的功能还太单一，有一些实际工作中需要用到的功能在分析时没有考虑进去，也没能实现。其次，是设计过程中时间分配不合理，后期紧张的时间给我的工作带来很大的被动。 三是知识积累还不够，有很多知识都是临到用了才去补，这样学到的知识毕竟不牢，而且用起来也不灵活。 总之，经过这次毕业设计，我深刻认识到要完成一项任务首先必须有一个详细周密的计划，要有系统的思维方式和方法，对待一个新的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来解决；要勇于实践，在实践中发现和解决问题，要相信自己有解决问题的能力和勇气。 致 谢通过这次毕业设计，我基本上掌握了PLC实现一个自动控制系统的基本思路和实施步骤。在设计和论文写作的整个过程中，指导教师赵明辉在各方面都给予了全面的指导和帮助。导师的精深渊博知识、求实创新、勤奋严谨的治学风范、忘我的工作作风时刻熏陶着我；导师的因材施教、诲人不倦的授业精神给学生留下了深刻的印象，这将使我受益终身。在校期间，得到网络教育学院各级领导和辅导老师的亲切关怀和无私的培养，使我在学习的过程学到了许多做人的道理。在此作者向他们道声：您们辛苦了！另外，互联网上一些朋友也给我完成设计提出了很多宝贵的意见和无私的帮助。这对于我以后的学习和工作都有很大的帮助，在此对他们表示由衷的感谢。感谢父母及家人多年来的在生活和学习上的鼓励和支持！参考文献1. 余国亮 PLC原理与应用， 北京: 清华大学出版社, 2005.62. 张桂香 电气控制与PLC，3. 李向东电气控制与PLC，机械工业出版社，2005.24. 魏召刚工业变频器原理及应用电子工业出版社，2006.95. 陈建明电气控制与PLC应用电子工业出版社，2006.86. 李长久PLC原理及应用，机械工业出版社，2006.9