机电一体化毕业设基于PLC的电梯控制系统设计

毕业设计（论文）论文题目：基于PLC的电梯控制系统设计 学 生： 指导教师： 所在分院： 机械与电子学院 专 业： 机电一体化 年 月 日摘 要本文介绍一种电梯PLC控制系统。电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的PLC系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以欧姆龙的可编程控制器PLC对机器进行全过程控制。整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层；起动、制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。关键词：PLC控制系统 电梯 逻辑控制电路 变频器目录第一章 可编程控制器1第一节 可编程控制器的特点1第二节 可编程控制器的组成与工作原理1一可编程控制器的组成1二可编程控制器的工作原理1第二章 总体设计3第一节 设计方案与技术指标3一.设计方案3二.主要技术指标3三.系统设计3第三章 硬件设计5第一节 装置结构与工艺要求5第二节 硬件框图及输入输出分配5一分配PLC的输入/输出端子 表3-15二统计输入、输出点数并选择PLC型号6三输入/输出端子接线7第三节 硬件设计原理13一.继电器的工作原理13二.电动机的正反转原理13第四章 电梯的模拟调试14第一节 电梯调试前的准备14第二节 电梯的模拟调试过程14结束语17致 谢18参考文献194第一章 可编程控制器第一节 可编程控制器的特点（1）.抗干扰能力强，可靠性高。（2）.控制系统结构简单、通用性强、应用灵活。（3）.编程方便，易于使用。（4）.功能完善，扩展能力强。（5）.PLC控制系统设计、安装、调试方便。（6）维修方便，维修工作量小。（7）体积小、重量轻、是“机电一体化”特有的产品。第二节 可编程控制器的组成与工作原理一可编程控制器的组成可编程控制器主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几部分组成，其结构框图如图1-1所示。编辑器用户程序存储器系统程序存储器中央处理单元输入单元输出单元电源 图1-1 PLC的结构框图二可编程控制器的工作原理PLC才用循环扫描的工作方式，其扫描过程如图1-2所示。 这个工作过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需要的时间称为一个扫描周期。内部处理阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器等。在通信操作服务阶段，PLC处于停状态，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。内部处理通信操作输入处理程序执行输出处理停止运行图1-2 扫描过程第二章 总体设计第一节 设计方案与技术指标一.设计方案（一）电梯的上升，下降由一台电动机控制：正转时电梯上升，反转时电梯下降。 （二）电梯的开门和关门由一台电动机控制：正转时电梯开门，反转时电梯关门。（三）各层两个呼叫开关（一个上升开关，一个下降开关），由于本设计是四层电梯，因此，在四楼只需设一个呼叫开关，一楼只需设一个上升开关。各层设一个到位行程开关。（四）轿厢内设置一个开门按钮和一个关门按扭。 二.主要技术指标（一）每个楼层都有一个到位指示灯，到达每个楼层对应的指示灯亮。（二）电梯在上升和下降的过程由一台电动极控制，电动极正转，电梯上升；电动极反转，电梯下降。（三）开门关门的过程由另外一台电动极控制，电动极正转，电梯开门；电动极反转，电梯关门。三.系统设计（一）熟悉控制对象确定控制范围首先要全面详细地了解被控制对象的特点和生产工艺过程，归纳出工作循环图或状态流程图，与继电器控制系统和工业控制计算机进行比较后加以选择。如果控制对象是工业环境较差，而安全性、可靠性要求又特别高、系统工业又复杂、输入输出点数多，则用常规继电器系统难以实现。工艺流程又要经常变动的机械和现场，用PLC进行控制是合适的。（二）制定控制方案，进行PLC选型根据生产工艺和机械运动的控制要求，确定电控系统的工作方式是手动、半自动还是全自动；是单机运行还是多机联线运行等。（三）硬件和软件设计PLC选型和I/O配置是硬件设计的重要内容。设计出合理的PLC外部接线图也很重要。对PLC的输入、输出进行合理的地址编号，会给PLC系统的硬件设计、软件设计和系统调整带来很多方便。输入输出地址编号确定后，硬件设计和软件设计工作可平行进行。（四）模拟调试将设计好的程序键入PLC后应仔细检查与验证，改正程序设计语法错误。之后在实验室里进行用户程序的模拟运行和程序调试，观察各输入量、输出量之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，发现问题及时修改，直到满足工艺流程和状态流程图的要求。（五）现场运行调试模拟调试好的程序传送到现场使用的PLC存储器中，接入PLC的实际输入接线和负载。进行现场调试的前提是PLC的外部接线一定要准确无误。反复现场调试，发现问题现场解决。如果系统调试达不到指标要求，则可对硬件和软件作市调整，通常只需修改用户程序即可达到调整目的。现场调试后，一般将程序固化在有长久记忆功能的可擦可编程只读存储器（DPROM）卡盒中长期保持。第三章 硬件设计第一节 装置结构与工艺要求本系统采用轿厢外召唤、轿厢内按钮控制方式的形式。电梯的上升和下降由一台电动机驱动。电动机正转，电梯上升；电动机反转，电梯下降。电梯轿厢门由另外一台电动机驱动。该电动机正转，电梯开门；电动机反转，电梯关门。每个楼层都置呼叫开关，具体要求如下：1电梯在一层时，三层有呼叫请求，则电梯上升到三层。2电梯在一层时，二层有呼叫请求，则电梯上升到二层3电梯在一层时，一层有呼叫请求，则电梯不动，呼叫无效。4电梯在一层时，二层三层同时都有呼叫请求，则电梯先上升到二层，再继续上升到三层。5电梯在二层时，三层有呼叫请求，则电梯上升到三层。6电梯在二层时，二层有呼叫请求，则电梯不动，呼叫无效。7.电梯在二层时，一层有呼叫请求，则电梯下降到一层。8电梯在二层时，三层先有呼叫请求，然后一层也有呼叫请求，则电梯上升到三层。9电梯在三层时，二层有呼叫请求，则电梯下降到二层。10电梯在三层时，一层有呼叫请求，则电梯下降到一层。11电梯在三层时，三层有呼叫请求，则电梯不动，呼叫无效。12电梯在三层时，二层一层同时都有呼叫请求，则电梯先下降到二层，再继续下降到一层。13电梯在四层时，一层有呼叫请求，则电梯下降到一层。14.电梯在四层时，二层有呼叫请求，则电梯下降到二层。15.电梯在四层时，三层有呼叫请求，则电梯下降到三层。16电梯在四层时，一、二、三层都有呼叫请求，则电梯先下降到三层，再继续下降到二层、一层17电梯在上升途中，任何下降呼叫请求均无效。18电梯在下降途中，任何上升呼叫请求均无效。第二节 硬件框图及输入输出分配一 分配PLC的输入/输出端子 表3-1表3-1 四层电梯PLC输入/输出端子分配表输入电器输入端子输出电器输出端子开门按钮SB10000开门继电器KM10504关门按钮SB20001关门继电器KM20505开门行程开关SL10002上行继电器KM30500关门行程开关SL20003下行继电器KM40501红外传感器SA10004加速继电器KM50506红外传感器SA20005低速继电器KM60502门锁输入信号SA30006快速继电器KM70503一层接近开关SA40007上行方向灯HL10508二层接近开关SA50008下行方向灯HL20509三层接近开关SA60009一层指示灯HL30600四层接近开关SA70010二层指示灯HL40601一层内指令按钮SB30011三层指示灯HL50602二层内指令按钮SB40012四层指示灯HL60603三层内指令按钮SB50013一层内指令指示灯HL70604四层内指令按钮SB60014二层内指令指示灯HL80605一楼向上呼叫按钮SB70100三层内指令指示灯HL90606二楼向上呼叫按钮SB80101四层内指令指示灯HL100607二楼向下呼叫按钮SB90102一层向上呼叫指示灯HL110608三楼向上呼叫按钮SB100103二层向上呼叫指示灯HL120609三楼向下呼叫按钮SB110104二层行下呼叫指示灯HL130610四楼向下呼叫按钮SB120105三层向上呼叫指示灯HL140611一楼下行减速接近开关SA80106三层向下呼叫指示灯HL150701二楼上行减速接近开关SA90107四层向下呼叫指示灯HL160702二楼下行减速接近开关SA100108三楼上行减速接近开关SA110109三楼下行减速接近开关SA120110四楼上行减速接近开关SA130111二统计输入、输出点数并选择PLC型号输入信号有27个，考虑到有15%的备用点，即27*（1+15%）=31.05，取整数32，因此共32个输入点。输出信号有23个，考虑到有15%的备用点，即23*（1+15%）=26.45，取整数27，因此共27个输出点。因此可选用欧姆龙C60P CPU类型可编程控制器，它有32个输入点，28个输出点，满足本设计的要求。三输入/输出端子接线根据通道分配情况，可画出PLC外部接线图，如下图3-1所示：图3-1 输入/输出地址分配图四 梯形图设计为了设计方便，把梯形图分为开关门的手动/自动控制、电梯到站指示、各层呼叫指示、电梯启动和运行方向选择、电梯速度变换五个部分。(一) 开、关门的手动/自动控制如图3-2所示图3-2 开关门控制电路工作过程：手动开门：当电梯运行到位后（运行继电器1000为OFF），按开门按钮0000，是输出线圈0504有效，驱动开门接触器，打开轿门，直至到位，行程开关动作，即0002动断触点打开，开门过程结束。自动开门：电梯运行到位后，相应的楼层接近开关闭合相应的楼层接近开关闭合，即0007（0008、0009或0010）接点闭合，时间继电器TIM00开始计时，计到3s时，TIM00触点闭合，时0504线圈有效。手动关门：按下关门按钮，即0001闭合，0505有效，驱动关门接触器，关闭轿门，直至到位，行程开关0003动作，关门动作结束。关门保护：自动关门时，可能夹住乘客，可在门上装设红外传感器。当有人进出时，0004或0005闭合，关门被禁止，同时开门接触器工作，把门打开，至限位位置后，重新执行关门动作。（二）电梯到站指示如图3-3所示，其中1003、1004分别为单双数楼层联锁保护中间继电器。19图3-3 电梯到站指示工作过程：电梯运行过程中，当电梯运行到指定楼层位置时，对应的楼层位置继电器进行登记，以便显示。如当电梯运行到二层时，碰到二层的接近开关SA5，使0008为ON，0600、0602、0603保持常闭，0601得电，显示到达二层。（三）各层呼叫指示，如图3-4所示：图3-4 电梯各层呼叫指示工作过程：电梯在运行过程中，随时会有内呼或外呼叫信号，则必须将这些呼叫信号保存形成选层信号，以便当电梯运行到对应楼层时，能响应其呼叫。如当电梯停在四层，二层乘客按下SB9（二楼向下呼叫按钮），则0610得电并保持。当电梯到达二层时，0601得电闭合，使0610恢复常态。当电梯在上行（下行）状态时，0501（0500）闭合，按向下（向上）呼叫按钮无效。当电梯内有呼叫信号时，采用保持继电器对呼叫信号进行登记和指示，而当达到对应楼层时，用对应楼层开关消除该呼叫信号。如楼梯在三层，而乘客想到一楼时，按下SB3，0011为ON，0604为ON，呼叫信号被保存并驱动指示灯显示，当电梯到达一楼时，碰到一楼的接近开关SA7，从而使0600为ON，消除了一楼的内呼叫信号。（四）电梯启动和运行方向选择，如下图3-5所示：图3-5 电梯启动运行和方向选择工作过程：电梯的运行为上行和下行两种相反的方向，因此根据控制要求形成对应的定向信号与对应的运行方向指示。当电梯运行到所选楼层时，1005为ON一个扫描周期，用以切断起动控制信号，停止运行。启动控制由中间继电器1006来完成。当电梯所在楼层位置之上，有选层信号且电梯处于非下行状态，可以定向为上行；当电梯所在楼层位置之下有选层信号且处于非下行状态时，可以定向为上行。如电梯停在四层，当一层（二层）有选层信号时，0604（0605）为ON，0600、0601、0602、0603常闭保持闭合，0501、0509得电，电梯下行且下行指示灯亮。（五）电梯速度的变换如图3-6所示：图3-6 电梯速度的转换工作过程：电梯启动后快速运行，2S后开始加速，在接近目标楼层时，相应的接近开关（0106、0107、0108、0109、0110或0111）动作，电梯开始减速，直至达到目标楼层时停止。第三节 硬件设计原理一.继电器的工作原理继电器一种利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力或使输出状态发生阶跃变化从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其它器件或装置动作的一种控制元件。从PLC实验箱出来的信号使24V的高电平，继电器收到从PLC出来的信号，它的线圈就导通触点就闭合从而达到控制220V的电路。从而实现弱电控制强电的原理。其原理图如图3-7所示。图 3-7 继电器工作原理二.电动机的正反转原理利用继电器的工作原理实现电动极的正反转。当PLC出来信号1时触点闭合电动极正转；当从PLC出来信号2时触点闭合电动极反转其工作原理图如下图3-8所示. 图3-8 电动极正反转原理 第四章 电梯的模拟调试第一节 电梯调试前的准备电梯在一、二、三、四层楼分别设置一个行程开关，一层设置一个上呼按钮，二、三层设置一个上呼按钮和一个下呼按钮，四层设置一个下呼按钮。在轿箱内设置四个楼层内选按钮，一个开门按钮和一个关门按钮。在轿厢运行期间不能开门。轿厢不关门不允许运行。1.先按I/O接口图接好线。2.输入程序指令，并把指令写入PLC内存。3.启动PLC实验箱的RUN，程序即可运行。 第二节 电梯的模拟调试过程用指示灯和电机的正反转来模拟电梯的运行过程（一）从一层到二层：接通0007即接通SA4，一层指示灯HL3亮，表示轿箱原停在一楼层，按SB4，即0012接通一下，二层内指示灯亮，表示呼叫二楼层，则HL1接通，上行方向指示灯亮，电动机正转，表示电梯上升。断开SA4,接通SA5，一层指示灯HL3灭，二层指示灯HL4亮，二层内指示灯灭，0500断开，上行方向灯灭，电动机停止（表示电梯上升停止），电梯到达二层。（二）从一层到三层：接通0007即接通SA4，一层指示灯HL3亮，表示轿箱原停在一楼层，按SB5，即0013接通一下，三层内指示灯亮，表示呼叫三楼层，则HL1接通，上行方向指示灯亮，电动机正转，表示电梯上升。断开SA4,接通SA6，一层指示灯HL3灭，三层指示灯HL5亮，三层内指示灯灭，0500断开，上行方向灯灭，电动机停止（表示电梯上升停止），电梯到达三层。（三）从一层到四层：接通0007即接通SA4，一层指示灯HL3亮，表示轿箱原停在一楼层，按SB6，即0014接通一下，四层内指示灯亮，表示呼叫四楼层，则HL1接通，上行方向指示灯亮，电动机正转，表示电梯上升。断开SA4,接通SA7，一层指示灯HL3灭，四层指示灯HL4亮，四层内指示灯灭，0500断开，上行方向灯灭，电动机停止（表示电梯上升停止），电梯到达四层。（四）从二层到三层：接通0008即接通SA5，二层指示灯HL4亮，表示轿箱原停在二楼层，按SB5，即0013接通一下，三层内指示灯亮，表示呼叫三楼层，则HL1接通，上行方向指示灯亮，电动机正转，表示电梯上升。断开SA5,接通SA6，二层指示灯HL3灭，三层指示灯HL4亮，三层内指示灯灭，0500断开，上行方向灯灭，电动机停止（表示电梯上升停止），电梯到达三层。（五）二层到四层：接通0008即接通SA5，二层指示灯HL4亮，表示轿箱原停在二楼层，按SB6，即0014接通一下，四层内指示灯亮，表示呼叫四楼层，则HL1接通，上行方向指示灯亮，电动机正转，表示电梯上升。断开SA5,接通SA7，二层指示灯HL3灭，四层指示灯HL6亮，四层内指示灯灭，0500断开，上行方向灯灭，电动机停止（表示电梯上升停止），电梯到达四层。（六）从三层到四层：接通0009即接通SA6，三层指示灯HL4亮，表示轿箱原停在三楼层，按SB6，即0014接通一下，四层内指示灯亮，表示呼叫四楼层，则HL1接通，上行方向指示灯亮，电动机正转，表示电梯上升。断开SA6,接通SA7，三层指示灯HL5灭，四层指示灯HL6亮，四层内指示灯灭，0500断开，上行方向灯灭，电动机停止（表示电梯上升停止），电梯到达四层。（七）从四层到一层：接通0010即接通SA7，四层指示灯HL6亮，表示轿箱原停在四楼层，按SB3，即0011接通一下，一层内指示灯亮，表示呼叫一楼层，则HL2接通，下行方向指示灯亮，电动机反转，表示电梯下降。断开SA7,接通SA4，四层指示灯HL6灭，一层指示灯HL5亮，一层内指示灯灭，0501断开，下行方向灯灭，电动机停止（表示电梯下降停止），电梯到达一层。（八）四层到二层：接通0010即接通SA7，四层指示灯HL6亮，表示轿箱原停在四楼层，按SB4，即0012接通一下，二层内指示灯亮，表示呼叫二楼层，则HL2接通，下行方向指示灯亮，电动机反转，表示电梯下降。断开SA7,接通SA5，四层指示灯HL6灭，二层指示灯HL4亮，二层内指示灯灭，0501断开，下行方向灯灭，电动机停止（表示电梯下降停止），电梯到达一层。（九）从四层到三层：接通0010即接通SA7，四层指示灯HL6亮，表示轿箱原停在四楼层，按SB5，即0013接通一下，三层内指示灯亮，表示呼叫三楼层，则HL2接通，下行方向指示灯亮，电动机反转，表示电梯下降。断开SA7,接通SA6，四层指示灯HL6灭，三层指示灯HL5亮，三层内指示灯灭，0501断开，下行方向灯灭，电动机停止（表示电梯下降停止），电梯到达三层。（十）从三层到一层：接通0009即接通SA6，三层指示灯HL5亮，表示轿箱原停在三楼层，按SB3，即0011接通一下，一层内指示灯亮，表示呼叫一楼层，则HL2接通，下行方向指示灯亮，电动机反转，表示电梯下降。断开SA6,接通SA4，三层指示灯HL6灭，一层指示灯HL5亮，一层内指示灯灭，0501断开，下行方向灯灭，电动机停止（表示电梯下降停止），电梯到达一层。（十一）从三层到二层：接通0009即接通SA6，三层指示灯HL5亮，表示轿箱原停在三楼层，按SB4，即0012接通一下，二层内指示灯亮，表示呼叫二楼层，则HL2接通，下行方向指示灯亮，电动机反转，表示电梯下降。断开SA7,接通SA5，三层指示灯HL6灭，二层指示灯HL4亮，二层内指示灯灭，0501断开，下行方向灯灭，电动机停止（表示电梯下降停止），电梯到达一层。（十二）从二层到一层：接通0008即接通SA5，二层指示灯HL5亮，表示轿箱原停在二楼层，按SB3，即0011接通一下，一层内指示灯亮，表示呼叫一楼层，则HL2接通，下行方向指示灯亮，电动机反转，表示电梯下降。断开SA5,接通SA4，二层指示灯HL6灭，一层指示灯HL5亮，一层内指示灯灭，0501断开，下行方向灯灭，电动机停止（表示电梯下降停止），电梯到达一层。（十三）电梯开门和关门电梯到达每个楼层后，相应的接近开关（0007、0008、0009、0010）动作，TIM00得电，延时3S后，TIM00动合触点闭合，开门继电器KM1得电，电动机正转，电梯门打开。手动开门时，按下开门按钮SB1，0000闭合，开门继电器KM1得电，电动机正转，电梯门打开。（十四）电梯关门：开门到位后，经5S延时，使TIM01触点闭合，关门继电器KM2得电，电动机反转，电梯关门。手动关门，按下关门按钮SB2，关门继电器KM2得电，电动机反转，电梯关门。电梯门上装有红外传感器，当有乘客进出时，0004或0005闭合，关门被禁止，同时开门继电器工作，把门打开，至限位位置后，重新执行关门动作。（十五）电梯速度的转换：接通SA4,使电梯停在一层，然后按SB3(SB4、SB5、SB6),使电梯上行（下行）继电器得电，观察电动机的转速。电动机开始快速运行，2S后开始加速，接通SA4(SA5、SA6、SA7),电动机开始减速，直至到达相应的楼层时停止。结束语可编程序控制器是新一代的控制工具,因其核心是微处理器,接口电路、电源电路等具有很强的抗干扰能力,而梯形图的编程语言极易为工程技术人员所接受等特点,被称为真正的工业控制计算机,或“蓝领计算机”。尤其是随着微电子技术、计算机技术的发展,可编程序控制器的功能已远远超过替代继电器控制系统的初衷而广泛应用于开关量控制、模拟量控制等各种工业控制场合。电梯控制系统使用可编程控制器可使其硬件结构简捷,编程简单方便,可靠性进一步得到了提高。通过这次毕业设计我发现实践是非常重要的，往往看了觉的会了在实际应用中还是会发现各种各样的问题，经验是在不断地实际操作中慢慢积累起来的，在实验中勇于探究和积累，才能使设计趋近完美。通过这次毕业设计，将大学三年所学的理论知识和实践应用结合起来，对自己所学的知识有了更为理性的认识，并进一步了解到自身知识水平的局限，从而促使自己更加努力地汲取知识并加以消化。自己的自学与钻研能力有所加强，并充分地体会到了理论和实践之间的差距，理论结合实际的重要性，可谓受益匪浅。致 谢本文主要阐述了电梯PLC控制系统的过程，我对电梯PLC控制产生了浓厚的兴趣。本论文虽然凝聚着自己的汗水，但却不是个人智慧的产品，没有赖老师的指引和帮助，没有父母和朋友的帮助和支持，我在大学的学术成长肯定会大打折扣。当我打完毕业论文的最后一个字符，涌上心头的不是长途跋涉后抵达终点的欣喜，而是源自心底的诚挚谢意。我首先要感谢赖老师，对我的构思以及论文的内容不厌其烦的进行多次指导和悉心指点，赖老师多次询问进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。赖老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。对赖老师的感激之情是无法用言语表达的，使我在完成论文的同时也深受启发和教育。再次由衷感谢各位老师对学生的指导和教诲，我也在努力的积蓄着力量，尽自己的微薄之力回报母校的培育之情，争取使自己的人生对社会产生些许积极的价值。参考文献1许翏，王淑英.电气控制与PLC应用M.北京：机械工业出版社，2005.2王兆义. 可编程控制器教程M北京：机械工业出版社，2000.23王兆义.可编程控制器实用技术 M.北京：机械工作出版社，2004.104王兆明.电气控制与PLC技术M.北京：清华大学出版社，2009.15张进秋可编程控制器原理及应用实例M北京：机械工业出版社，2004.1