PLC课程设计五层电梯的PLC设计

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGYPLC课程设计题目：五层电梯的PLC设计二级学院（直属学部）： 专业： 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师姓名： 职称： 副教授 2011年 12 月26日电器与可编程控制器课程设计任务书延陵学院 专业：电气工程及其自动化 班级：学生姓名指导老师职称副教授课题名称课题：五层电梯的PLC设计指标及要求达到设计课题的控制要求，上机调试PLC控制程序，打印PLC程序，计算机绘图。课题工作内容工作内容：1、熟悉课题工作原理。2、设计方案论证，系统建立，电气原理控制设计。3、元器件选择，梯形图设计（控制分析）。4、完成设计图纸，完成设计任务书。5、设计测评。进程安排第1-2天：下达任务，收集资料，设计准备，方案确定。第3-5天：电气原理控制设计，元器件选择。第6-8天：梯形图设计（控制分析），上机调试。第9-10天：完成设计图纸，完成设计任务书，设计测评。主要参考文献可编程控制原理与应用北京理工大学出版社 范次猛可编程控制应用技术实训指导化学工业出版社 李俊秀电气控制与PLC应用北京机械工业出版社 余雷生 方宗达电气控制与可编程控制器技术化学工业出版社 史国生基于三菱PLC实验报告常州工学院出版社 罗慧芳地点A308教室起止日期2011.12.262012.01.6目 录1.绪论42.课 题 介 绍63.设计内容及要求73.1控制要求73.2设计要求73.3电梯的控制原理83.4控制方案94.硬件设计94.1元器件选择94.1.1 电机选择94.1.2 熔断器的选择104.1.3 热继电器的选择104.1.4 接触器的选择104.1.5 PLC芯片的选择114.2元器件清单114.3硬件控制原理图11 4.3.1控制思想及要求11 4.3.2原理图12 4.3.3 PLC外部接线图145.软件设计165.1设计思想及程序框图165.2 I/O地址表175.2.1输入信号的确定175.2.2输出信号的确定185.2.3 内部辅助继电器的确定185.3程序设计及说明195.3.1外呼信号的登记与消除195.3.2 开门控制225.3.3 关门控制245.3.4 楼层信号的显示245.3.5 电梯箱内选择停层与显示265.3.6 电梯的定向环节285.3.7 电梯的起步、稳定运行环节325.3.8 电梯的制动环节336.运行调试377.小结388.参考文献39附录40主电路40完整的接线图411.绪论目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行。一、PLC的国内外状况世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。二、PLC未来展望21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。2.课 题 介 绍在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。一、PLC的构成 从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。二、CPU的构成 CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。三、I/O模块 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。四、电源模块 PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。 五、底板或机架 大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。3.设计内容及要求3.1控制要求 (1)电梯轿箱的控制要求: 选向: 根据电梯各层内选外呼信号的先后和停止时轿箱所在的楼层位置决定电梯的运行方向. 选层换速:指电梯能够根据轿箱内所选层而决定运行方向,而且 遵守或一直向上,或一直向下的原则.并且在每次平层的时候都能够 换速. 楼层位置的指示:选用了数码管显示的方法.由于 FX2N 系列已 有内部计数-译码驱动模块,所以只要外部加上 LED 七段显示管和电 源就可以显示楼层了. (2) 电梯门的控制要求: 要求当电梯平层的时候,电梯门自动打开,经过10秒钟后电梯 门自动关上.如果遇到有人在门中间的情况,电梯会因为光电开关的 作用而自动开门. (3) 补充要求: 出了上述两个要求以外, 还要注意的一点就是备用电梯电机的使 用,一但曳引电机出现故障,备用电机将手动控制转入运行状态,避 免因曳引惦记出故障而引发的不必要的麻烦.3.2设计要求对于电梯的控制, 可选用继电-接触系统或可编程控制器来完成, 但是二者有各自的特点: (1) 继电-接触系统:它的优点是线路直观,大部分电器均为常用 电器,更换方便,价格较便宜.但是他触点繁多,线路复杂,电器的 电磁机构及触点动作较慢, 能耗高, 机械动作噪音大, 而且可靠性差. (2) PLC 在设计和制造上采取了许多抗干扰措施,使用方便,扩展 容易.它使用了梯形图和可编程指令,易于掌握.总之,PLC 取代继电-接触系统已经成为大的趋势. 基于上述原因,我们选择用可编程控制器来完成对电梯的控制.3.3电梯的控制原理曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。图1实验面板图3.4控制方案平层信号平层拖动系统减速减速点信号启动安全保护系门锁保护定向、选向轿内指令厅外召唤楼层信号楼层指示层楼信号的取得电梯控制系统原理框图4.硬件设计4.1元器件选择4.1.1 电机选择系统的输入设备要有4个行程开关和1只按钮，因此PLC需要5个输入点分别和它们的常开触头相接。系统由电动机M2拖动分臂左移或右移，电动机M1拖动分臂上升或下降，M3的抓紧和放松，原点位置由指示灯HL显示。三相笼型异步电动机380V，0.75KW，Y形联结3台表1 电动机额定参由选择的三相异步电机确定熔断器和热继电器选择电动机线电流：P=3UICOSß P=750W U=380V所以算出：I=1.13A且根据：I(熔断电流)（1.52.5）I(最大的一台电动机额定电流)+I(其余电动机额定电流)4.1.2 熔断器的选择熔断器额定电流为I=2*1.13+2*1.13=4.52A型号额定电压V熔断器额定电流A熔体额定电流A分断能力RT14-20380V202,4,6,10,16,20100KART14-32322,4,6,10,16,20,25,32RT14-636310,16,20,25,32,40,50,63表2 熔断器参数为提高非常好的短路保护功能，所以可以选择RT14-20 额定电压为380V 熔断器电流为20A 熔体电流为4A.4.1.3 热继电器的选择根据额定电流及表3，可选择JR16-20/3(JR16-20/3D) 作为主电路的热继电器起到过载保护功能。型号额定电流A额定电流/A电流调节范围A热元件规格JR16-20/3JR16-20/3D200.35,0.5,0.721.1,1.6,2.4,3.55.0,7.2,11,16,220.25-0.35,0.32-0.50.45-0.72,0.68-1.11.0-1.6,1.5-2.42.2-3.5,3.5-5.06.8-11,10-16,14-22表3热继电器参数4.1.4 接触器的选择I=P/KU 其中I为接触器主触头电流，P为电动机额定功率，U为电动机额定电压，K为经验系数 一般为1-1.4 且P=750W ,U=380V ,K=1所以I=1.13A 切所选电机为三相异步交流，所以根据表4可选择下面的继电器。型号额定电压额定电流可控制的三相异步电动机最大功率额定操作频率线圈消耗功率机械寿命220V380V500V启动吸持300万次CJ10-5380V5A1.2KW2.2KW2.2KW600次/h35V.A6V.A表4 接触器参数4.1.5 PLC芯片的选择FX2n-16MR-001 是继电器输出有，有8个输出8个输入 其系列的芯片是其中融合一个很小的控制器，拥有最小的封装，提供多达40个IO，并且通过串行通信传输数据。他可以同时输出2点100KHZ，配备有7条特殊定位指令，包括零返回等等。4.2元器件清单 序号 名称型号与规格单位数量备注1可编程控制器FX2-48MR或自定台12位置开关LX19-111个123熔断器及配套熔芯RT14-20套14三相异步电动机Y-160M-22台25接触器CJ10-5套46热继电器JR16-20/3(JR16-20/3D)套24.3硬件控制原理图4.3.1控制思想及要求 1.电梯轿箱的控制要求 (1)选向：根据电梯各层内选外呼信号的先后和停止时轿箱所在的楼曾位置决定电梯的运行方向。(2)选层换速：指电梯能够根据轿内所选层而决定运行方向，而且遵守或一直向上，或一直向下的原则。并且在每次平层的时候都能够换速。(3)楼层位置的指示：选用七段LED数码管显示的方法。 2.电梯门的控制要求 要求当电梯平层的时候，电梯门自动打开，经过10秒钟后电梯门自动关上。如果遇到有人在门中间的情况，电梯会因为机械安全触板开关的作用而自动开门，也可以手动控制开门和关门。4.3.2原理图1.拖动电机电路的设计 本设计采用三相异步电机作为电梯的牵引电机，并且电机采用星-三角起动方式。 异步电机从静止状态过渡到稳定运行状态的过程称为异步电机的启动过程。如果在额定电压下直接起动，由于最初起动瞬间主磁通约减小到额定值的1/2，转子功率因数又很低，造成了起动时堵转电流相当大而堵转转矩并不大（不像直流电机那样，起动转矩与起动电流成正比）的结果，所以要采用星-三角降压起动方法。起动时，电机定子绕组接成星形联结，起动后改接成三角形联结，如图3所示。起动时，接触器KM3、KM5触点闭合，电机定子绕组接成星形联结，待转速升高到一定程度后，接触器KM5触点断开，接触器KM6触点闭合，定子绕组改成三角形联结，电机进入正常运行。制动时采用能耗制动，接触器KM3触点断开、KM7闭合，电机在断开交流电源的同时，在定子两相上通入直流电流，直流电流通过定子绕组，便在电机内建立一个位置固定、大小不变的恒定磁场。电机转子由于惯性继续旋转，转子导体切割恒定磁场而产生感应电动势和电流，该电流和恒定磁场相互作用产生相互作用产生电磁转矩，转矩的方向与转子实际旋转方向相反，起到了制动的作用。在制动过程中，电机的转速不断下降，电机不断吸收系统存储的机械能，并把它转换成电能消耗在转子电路的电阻上。M3L1L2L3FUKM3KM4FRKM6KM5U1V1W1U2V2W2+ KM7RZDC图2.电梯拖动电机电路2.门电机电路的设计 门电机的驱动也采用三相异步电机，而起动时采用直接起动的方式，因为门电机的功率不大，直接起动对电源的影响不大，门电机电路如图3所示。接触器KM1闭合，门电机正转，电梯门打开。接触器KM2闭合，门电机反转，电梯门关闭。M3L1L2L3FUKM1KM2FR图3.电梯门拖动电机4.3.3 PLC外部接线图 本设计采用三菱公司的PLC，型号为FX2N-128，输入输出节点各为64个。该PLC既能满足输入输出节点的需求，而且还留有一定的冗余量，为以后电梯系统的扩展提供方便，具体的硬件连接图如图4所示。图4.五层电梯硬件连接图5.软件设计5.1设计思想及程序框图 图5为PLC单台电梯控制系统工作流程图，从图中可知控制一台电梯正常工作，主要需要如下信号：控制信号、层楼信号、指令信号、召唤信号和消防信号。 这些信号分别来自轿厢控制面板、井道行程开关、层面控制铵钮和层面火警开关。来自井道行程开关的层楼信号进行层楼定位并参与自动定向，同时显示所在层楼位置。来自轿厢控制面板的指令信号和来自层面控制按钮的召唤信号分别进行指令登记和召唤登记，同时进行信号登记显示。这两种信号也参与自动定向，和层楼信号一同对电梯进行运行控制，包括开关门、上下行和停站。当来自层面的火警开关发出消防控制信号时，立即消除指令登记和召唤登记，直接控制电梯下行至底楼并开门。运行控制电梯的同时进行运行显示和驱动电动机正转或反转，即电梯上行或下行。来自轿厢控制面板来自井道行程开关来自轿厢控制面板来自层面控制按钮来自层面火警开关控制信号层楼信号指令信号召唤信号层楼定位指令登记召唤登记显示显示显示自动定向运行控制（开/关门、上/下行、停站）运行显示电动机驱动控制消防控制置位置位清除清除图5.PLC单台电梯控制系统工作流程图5.2 I/O地址表 根据电梯操作的工艺过程及对控制系统的要求，首先归纳本系统中所有输入信号和输出信号；然后根据PLC的输入点和输出点进行I/O地址分配，使每个输入信号对应PLC内部的输入继电器，每个输出信号对应PLC内部的输出继电器。 5.2.1输入信号的确定 先考察电梯轿厢内的操作。操作面板上应有各层的选层指令按钮，5层共有5个。还有手动开门和关门按钮，2个。各楼层乘客召唤时，除底层和顶层只有一个召唤按钮，其它各层均设上下两个召唤按钮，5层共需8个输入按钮。5层电梯需5个行程开关来控制是否到了某一层，因此需5点输入。一层到四层中间的减速触发触点，4个。消防按钮1个，消防开门按钮1个，关门1个。机械触板触点1个，门闭合触点1个，开门极限1个，关门1个，总共31个输入点，如表1所示。表1 输入信号地址名称：输入点：名称：输入点：一层上行召唤按钮X00一楼楼层信号触点X20二层上行召唤按钮X01二楼楼层信号触点X21二层下行召唤按钮X02三楼楼层信号触点X22三层上行召唤按钮X03四楼楼层信号触点X23三层下行召唤按钮X04五楼楼层信号触点X24四层上行召唤按钮X05轿箱内一层呼钮X30四层下行召唤按钮X06轿箱内二层呼钮X31五层下行召唤按钮X07轿箱内三层呼钮X32消防按钮X10轿箱内四层呼钮X33消防开门按钮X11轿箱内五层呼钮X34门机械感应触点（门自动重开）X12一楼减速触点X40轿箱内开门开关X13二楼减速触点X41消防关门按钮X14三楼减速触点X42轿箱内关门开关X15四楼减速触点X43开门极限触点X16门闭合触点X44关门极限触点X175.2.2输出信号的确定各楼层乘客召唤时，按下的呼梯按钮需显示，所以有8个输出点。开门、关门输出各1个。楼层信号显示5个，轿厢内楼层按钮显示5个，电梯上行、下行指示输出各1个，拖动电机星形、三角形联结输出各1个，拖动电机正转、反转输出各1个，拖动电机减速输出1个，共27个，如表2所示。表2输出信号地址分配表名称：输入点：名称：输入点：一层上行召唤指示Y00五楼楼层信号显示Y16二层上行召唤指示Y01轿厢内一楼按钮显示Y20二层下行召唤指示Y02轿厢内二楼按钮显示Y21三层上行召唤指示Y03轿厢内三楼按钮显示Y22三层下行召唤指示Y04轿厢内四楼按钮显示Y23四层上行召唤指示Y05轿厢内五楼按钮显示Y24四层下行召唤指示Y06电梯上行指示Y26五层下行召唤指示Y07电梯下行指示Y27电梯开门Y10拖动电机星形联结Y30电梯关门Y11拖动电机三角形联结Y31一楼楼层信号显示Y12拖动电机正转Y46二楼楼层信号显示Y13拖动电机反转Y47三楼楼层信号显示Y14拖动电机减速Y40四楼楼层信号显示Y155.2.3 内部辅助继电器的确定表3 内部辅助继电器地址分配表名称：内部辅助继电器：名称：内部辅助继电器：一楼五楼楼厅呼梯信号辅助M00M07拖动电机减速辅助M43上行辅助M08开门辅助M100下行辅助M09关门辅助M101一楼五楼楼层信号辅助M10M14 电梯运行禁止开门辅助M102箱内停层选择信号辅助M20M24停层辅助M200拖动电机正转辅助M41电梯制动环节中辅助继电器M301M306拖动电机反转辅助M425.3程序设计及说明5.3.1外呼信号的登记与消除乘客在楼厅门外呼叫电梯时，呼梯信号应被接收和保持，并用指示灯显示出来。当电梯运行到呼梯楼层，而且外呼信号的方向与电梯运行方向一致时（基层和顶层不必考虑，因为它们的运行方向是确定的，即一楼只能选择上行，五楼只能选择下行），电梯将停靠在该楼层，同时外呼信号应被消除，相应的指示灯也被熄灭。外呼信号登记与消除环节梯形图如图7所示。当按下某一外呼按钮时，相对应的外呼辅助继电器M0M7接通并自锁，同时与外呼按钮对应的指示灯亮，表示该呼梯要求已被电梯接收并保持。比如，当二楼厅外有人按下上行按钮X01时，外呼信号辅助继电器M1得电并自锁，二楼上行的呼梯信号被接受并保持，同时二楼上行指示灯Y01得电显示。外呼信号的消除环节是由楼层信号辅助继电器的常闭触点与电梯运行方向辅助继电器的常闭触点并联构成的（M8为上行辅助继电器，M9为下行辅助继电器）。当电梯运行方向与外呼信号的方向一致且电梯到达呼梯楼层时，电梯将停止在该楼层，同时楼层信号辅助继电器的常闭触点M10M14与电梯运行方向辅助继电器的常闭触点都断开，导致外呼辅助继电器失电断开，呼梯信号被消除且指示灯熄灭。而当外呼信号的方向与电梯运行方向相反时，虽然电梯到达该楼层的时候，楼层信号辅助继电器的常闭触点断开，但电梯运行方向辅助继电器的常闭触点未断开，外呼辅助继电器仍得电，外呼信号仍有效不会被清除。比如，电梯从一楼向上运行（上行），而呼梯要求从二楼向下时，若有去三楼以上的箱内内选层要求及外呼要求，电梯到达二楼时（无二楼上行要求）不停梯，呼梯要求没有满足，呼梯信号不能消除，电梯要先运行到三楼或以上楼层，待电梯下行到二楼时，呼梯信号才能被消除；若三楼以上无用梯要求，电梯将停在二楼，但是呼梯信号（二楼下行）也不能立即被消除，而是待乘客进入轿厢并选层（去一楼）后，这时电梯定向为向下运行，则二楼下行呼梯信号已满足，呼梯信号被消除。X10的常闭按钮是消防按钮，当消防按钮按下时，所有的外呼登记与显示信号都被清除。M0X00M0M10X10M1X01M1M11X10M8M2X02M2M11X10M9M3X03M3M12X10M8M4X04M4M12X10M9M5X05M5M13X10M8M6X06M6M13X10M9M7X07M7M14X10Y00M0M1Y01M2Y02接下图接上图M3Y03M4Y04M5Y05M6Y06M7Y07图7 外呼信号登记与消除环节梯形图5.3.2 开门控制开门环节梯形图如图8所示，其中Y46、Y47分别为电梯拖动电机正反转输出，只要电梯在运行过程中，那么电梯门就不能打开。本设计中用辅助继电器M102的常闭触点来实现该保护措施，只要Y46、Y47中的任何一个导通，辅助继电器M102就得电，M102的常闭触点断开，M100（开门辅助继电器）无法得电，电梯门就不能打开。X11是消防开门按钮，它与消防按钮X10串联组成消防开门环节，两者同时按下时电梯门打开。M200是停层开门辅助继电器（该信号的产生将在电梯制动环节中论述），当电梯运行到指定楼层时M200得电，使得M100也得电并自锁，开门输出Y10导通使得电梯门自动打开。X12是电梯自动重开门触点，因为有时乘客未进入电梯，而电梯已在关门过程中，为了防止乘客被夹在门中，在门上安装机械安全触板，当安全触板使得X12接通时，M100得电并自锁，电梯门又重新打开。X13是电梯手动重开门触点，有时电梯内的乘客需要离开电梯，此时可以按下手动开门按钮，使得X13接通，M100得电并自锁，电梯门重新打开。其他都属于呼梯开门，电梯到达某层后，如果没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命，若有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。如乘客在二楼，而电梯也停留在二楼(这将使得楼层信号辅助继电器的常开触点M11接通)，所以只要二楼有呼梯信号（无论是上行信号还是下行信号），都将使得M100得电并自锁，电梯门打开。 其中时间继电器T0是用来控制关门的，电梯门打开的同时T0开始计时，时间为10S，也就是说10S后电梯门将自动关闭。M101是关门辅助继电器，它的常闭触点与M100互锁，保证电梯在关门的过程中不能开门。X14是消防关门常闭触点，在这里作用与M101相同。X16是开门极限触点，当电梯门打开到一定程度时X16接通， X16的常闭触点断开，使得M100失电，电梯门将停止继续打开，以免损坏电梯门板。X11X10M101Y46Y47M102X14X16M102M100M200X12X13X00M10X01M11X02X03M12X04X05M13X06X07M14M100X10M100Y10K100 T0图8 开门控制环节梯形图5.3.3 关门控制关门环节梯形图如图9所示，其中X14是消防关门按钮，它与消防按钮X10串联组成消防关门环节，两者同时按下时电梯门关闭。T0为延时关门常开触点，延时时间一到T0导通，关门辅助继电器M101得电并自锁，关门输出Y11导通使得电梯门自动关闭。X15是提前关门（手动关门）触点，如果电梯内乘客想在电梯自动关门前就将门关上，那么可以按该键，X15按下使得M101得电并自锁，关门输出Y11导通，电梯提前关门。M100是开门辅助继电器，它的常闭触点与M101互锁，保证电梯在开门的过程中不能关门。X11是消防开门常闭触点，在这里作用与M100相同。X17是关门极限触点，当电梯门闭合到一定程度时X17接通， X17的常闭触点断开，使得M101失电，电梯门将停止继续关闭，以免损坏电梯门板。X14X10M100X11X17M101T0X15M101X10M101Y11图9 关门控制环节梯形图5.3.4 楼层信号的显示楼层信号显示环节梯形图如图10所示，X20X24是每个楼层的楼层信号触点，M10M14是每个楼层的楼层信号辅助继电器，Y12Y16是楼层信号的显示输出触点。电梯在一楼时，一楼楼层信号触点X20闭合，相应的楼层信号辅助继电器M10得电并自锁，楼层信号的显示输出Y12导通，显示此时的楼层为一楼；当电梯运行到二楼时，电梯箱体接触到二楼楼层信号触点X21，使得X21的常闭触点断开，于是M10失电，同时楼层显示状态由一楼变为二楼（因为此时X21闭合，使得二楼的楼层信号辅助继电器M11得电并自锁 ）。二楼到四楼的楼层信号显示与消除原理是一样的，现已二楼为例说明。当电梯运行到二楼时X21闭合，M11得电并自锁，楼层信号的显示输出Y13导通，显示当前楼层为二楼。而该显示信号的消除分为两种情况，一种是电梯上行时由三楼的楼层信号触点X22消除，电梯到达三楼时X22的常闭触点断开，使得M11失电断开，楼层信号由二楼变为三楼。另一种是电梯下行时由一楼的楼层信号触点X20消除，电梯到达一楼时X20的常闭触点断开，使得M11失电断开，楼层信号由二楼变为一楼。本设计中采用七段LED显示器来显示楼层的位置，该显示器有共阳极和共阴极两种。共阴极LED显示块的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED显示块的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压。当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。X20X21M10M10X21M11X20X22M11X22M12X21X23M12X23M13X22X24M13X24M14X23M14M10Y12M11Y13M12Y14M13Y15M14Y16图10 楼层信号显示环节梯形图5.3.5 电梯箱内选择停层与显示当乘客进入电梯后，首先选择要去的楼层，乘客通过对轿厢内操作盘上的15层选层按钮进行操作，选层信号被登记后，选层按钮下的指示灯亮，表示选层信号已应被接收并保持，当电梯运行到所选的楼层后，箱内的停层信号即被消除，相应的指示灯也应熄灭。电梯箱内选择停层与显示环节梯形图如图11所示，其中X30X34是一楼到五楼的停层信号选择按钮，Y20Y24是指示灯输出。当按下其中某一停层按钮时，相对应的停层信号辅助继电器M20M24接通并自锁，同时与停层按钮对应的指示灯亮，表示该停层要求已被电梯接收并保持。比如，任一楼层的乘客想去四楼（除已在四楼外），这里并不考虑电梯的运行方向，不会有四楼上行或四楼下行的说法，因为乘客进入电梯前知道电梯的运行方向（将在电梯定向环节中提及），当按下停层按钮X33时，停层信号辅助继电器M23得电并自锁，四楼停层信号被接受并保持，同时四楼停层信号输出Y23得电，指示灯亮。与外呼信号的消除环节不同，电梯箱内停层信号的消除只由楼层信号辅助继电器的常闭触点构成，而外呼信号的消除环节是由楼层信号辅助继电器的常闭触点与电梯运行方向辅助继电器的常闭触点并联构成的，这里不需要考虑电梯的运行方向问题，因为乘客在进入电梯前，电梯的运行方向是定的（由外呼信号产生），所以电梯到达箱内乘客所选楼层时（无论是上行还是下行），电梯都将停留在该层，停层信号同时被消除，对应的指示灯熄灭。比如，一楼的乘客选择去三楼，进入电梯后按下了三楼停层按钮X32，停层信号辅助继电器M22得电并自锁，三楼的指示灯亮。当电梯运行到三楼时，楼层信号辅助继电器M11的常闭触点断开，使得停层信号辅助继电器M22失电，三楼的停层指示灯就熄灭。另外，X10是消防停层按钮。在消防情况下，按下X10按钮，一楼的停层辅助继电器得电，一楼的指示灯亮，而其他楼层的停层按钮都将熄灭。因为消防状态下，要使电梯尽快的运行到底层，而其他停层信号都不予考虑，这样做是为了保护乘客的安全，防止电梯在下降过程中由乘客进入。X10的常闭触点串联在每个停层信号的支路中（一楼除外），只要按下X10，它的常闭触点就断开，所有楼层的停层信号都被清除。X30M10M20X10M20X31X10M11M21M21X32X10M12M22M22X33X10M13M23M23X34X10M14M24M24M20Y20M21Y21M22Y22M23Y23M24Y24图11 电梯箱内选择停层与显示环节梯形图5.3.6 电梯的定向环节在自动运行状态下，电梯首先应确定运行方向，也即定向。电梯的定向只有两种情况，即上行和下行。电梯处于待命状态，接到内选或外呼信号时，首先应将电梯所处的位置与内选和外呼信号进行比较，确定是上行还是下行,原则如下：召唤或指令要到的层楼 轿厢目前所在层楼 电梯上行召唤或指令要到的层楼 轿厢目前所在层楼 电梯下行召唤或指令要到的层楼 轿厢目前所在层楼 无法定向一旦电梯定向后，内选或外呼信号对电梯运行方向的要求没有满足的情况下，定向信号不能消除。消防状态下运行方向直接由上行和下行启动按钮确定，不需要定向，故电梯的定向环节梯形图如图12、13所示。图中M8及M9分别为定向上行和定向下行辅助继电器，它们线圈的得电条件是由内选信号、外呼信号以及电梯所处的位置信号组成，前文所说的“比较”是通过电梯位置信号对内选信号和呼梯信号的“屏蔽”实现的。一、电梯定向（上行）环节在本设计中定向上行采用高层决定电梯运行方向的原则，即只要有高层呼梯信号或内选信号，电梯就先满足高层的需要，电梯运行方向定为上行。电梯定向（上行）环节的梯形图如图12所示，其中M1M7是外呼信号辅助继电器，M21M24箱内停层信号辅助继电器，M11M14是楼层信号辅助继电器，M8及M9分别为定向上行和定向下行辅助继电器。其中，五楼的外呼信号和箱内停层信号的优先级最高，从五楼到二楼优先级逐渐下降。只要有五楼的呼梯信号，电梯就已定向为上行，无论其他楼层的呼梯信号时什么样的。当电梯运行到五楼时，五楼的楼层信号辅助继电器M14常闭触点断开，使得M08失电，无法定向为上行。假如电梯现处于一楼，而某时刻只有三楼有呼梯信号M3或M4，因为在外呼按钮按下时M3或M4得电并自锁，使得 M3或M4的常开触点一直是闭合的，所以定向上行辅助继电器M8不需要自锁，M8得电后使得电梯拖动电机的正转输出Y26得电。当电梯从一楼运行到二楼时，M11常闭断开，但这并不影响电梯的定向，这就是前面所说的高层决定电梯运行方向的原则。而当电梯运行到三楼时，楼层信号辅助继电器M12的常闭触点断开，M3或M4也将失电断开（在外呼信号消除环节中论述），使得M08失电，电梯这一阶段的定向结束。若又有其他呼梯信号，那电梯又将重新定向。电梯箱内停层信号确定电梯运行方向的原理与外呼信号相同。另外，这里M09的常闭触点是用来起互锁作用的，保证电梯不会既定为上行又定为下行。M1M11M14M09M08M12M13M2M21M3M4M22M5M6M23M7M24M08Y26图12 电梯定向（上行）环节的梯形图二、电梯定向（下行）环节在本设计中定向下行采用低层决定电梯运行方向的原则，即只要有低层呼梯信号或内选信号，电梯就先满足低层的需要，将电梯运行方向定为下行。电梯定向（下行）环节的梯形图如图13所示，其中M0M6是外呼信号辅助继电器，M20M23箱内停层信号辅助继电器，M10M13是楼层信号辅助继电器，M8及M9分别为定向上行和定向下行辅助继电器。其中，一楼的外呼信号和箱内停层信号的优先级最高，从一楼到四楼优先级逐渐下降。只要有一楼的呼梯信号，电梯就已定向为下行，无论其他楼层的呼梯信号时什么样的。当电梯运行到一楼时，一楼的楼层信号辅助继电器M10常闭触点断开，使得M09失电，无法定向为下行。假如电梯现处于五楼，而某时刻只有三楼有呼梯信号M3或M4，因为在外呼按钮按下时M3或M4得电并自锁，使得 M3或M4的常开触点一直是闭合的，所以定向下行辅助继电器M9不需要自锁，M9得电后使得电梯拖动电机的反转输出Y27得电。当电梯从五楼运行到四楼时，M13常闭断开，但这并不影响电梯的定向，这就是前面所说的低层决定电梯运行方向的原则。而当电梯运行到三楼时，楼层信号辅助继电器M12的常闭触点断开，M3或M4也将失电断开（在外呼信号消除环节中论述），使得M08失电，电梯这一阶段的定向结束。若又有其他呼梯信号，那电梯又将重新定向。电梯箱内停层信号确定电梯运行方向的原理与外呼信号相同。另外，这里M08的常闭触点是用来起互锁作用的，保证电梯不会既定为上行又定为下行。M5M13M10M08M09M12M11M6M23M3M4M22M1M2M21M0M20M9Y27图13电梯定向（下行）环节的梯形图5.3.7 电梯的起步、稳定运行环节乘客进入电梯选择好要去的楼层，且电梯门关闭的情况下电梯的拖动电机开始工作，拖动电梯向上或向下运行。电梯的旋转方向由定向环节中的定向上行和定向下行辅助继电器M8和M9决定的。在本设计中，拖动电机选用用三相异步电机，采用星-三角（Y-）降压起动的方法，起动时电动机定子绕组接成Y形联结，起动后改接成形联结。因为如果直接启动，起动电流将很大，这样可以降低启动电流。电梯的起步、稳定运行环节的梯形图如图14所示，其中M8、M9是前面提到的运行方向辅助继电器，M41、M42分别是电机的正转和反转辅助继电器。Y46、Y47分别为电机正、反转输出，Y30、Y31分别为星形接法和三角形接法的输出，T01是星形起动的时间继电器，X44是电梯门关闭触点。当电梯定向为上行且电梯门已经关闭时，即辅助继电器M8闭合，X44也闭合，此时电机正转辅助继电器M41得电，M41闭合使得电机正转输出Y46得电，控制电机为正转方式。确定了电机的转向后，电机开始起动。首先M41闭合导致星形接法输出Y30得电，电机此时在星形联结下起动，时间继电器也开始计时。本设计中，星形起动时间为2S，所以时间常数为20。当计时到两秒时，时间继电器T01的常开触点闭合，使得三角形接法的输出Y31得电并自锁，同时Y31的常闭触点断开，使得星形联结输出Y30失电，电机以三角形联结方式稳定运行。当电梯定向为下行且电梯门已经关闭时，即辅助继电器M9闭合，X44也闭合，此时电机正转辅助继电器M42得电，M42闭合使得电机反转输出Y47得电，控制电机为反转方式。确定了电机的转向后，电机开始起动。首先M42闭合导致星形接法输出Y30得电，电机此时在星形联结下起动，时间继电器也开始计时。本设计中，星形起动时间为2S，所以时间常数为20。当计时到两秒时，时间继电器T01的常开触点闭合，使得三角形接法的输出Y31得电并自锁，同时Y31的常闭触点断开，使得星形联结输出Y30失电，电机以三角形联结方式稳定运行。在梯形图中，正反转辅助继电器M41、M42的常闭触点在对方的支路中形成互锁，确保电梯不能同时正转和反转。M8X44M42M41M41Y46M41Y31Y30K20T01T01M41Y31Y31M9X44M41M42M42Y47M42Y31Y30K20T01T01M42Y31Y31M43M43图14 电梯的起步、稳定运行环节的梯形图5.3.8 电梯的制动环节电梯在停车制动之前，应首先确定其停层信号，即确定电梯要停靠的楼层，该信号应根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和箱内选层信号比较后得出。停靠的楼层确定后，电梯在到达该楼层中间时减速触点接通，电梯开始启动减速环节。现以二楼的楼层减速触点为例介绍此梯形图的原理，本设计中减速触点安装在楼层中间，二楼的减速触点为X41。电梯经过二楼减速触点有两种情况，一种是由二楼到三楼需要减速，另一种是由高层下降到二楼需要减速。假如电梯在二楼时，三楼有上行外呼信号，辅助继电器M3得电自锁，且此时电梯定向为上行，M08闭合。当电梯运行到二楼中间时，接触到二楼减速触点X41，使得减速辅助继电器M43得电并自锁，电梯开始减速。而当三楼为下行外呼信号时，又分为两种情况。一种情况是三楼以上楼层没有呼梯信号，此时电梯需要减速停留在三层以满足乘客的需求，另一种情况是三楼以上楼层有呼梯信号，此时电梯不用停留在三楼，而是直接向上运行。为了达到这一目的，在这里使用了辅助继电器M303，当有三楼以上的呼梯信号时，辅助继电器M303得电使得它的常闭触点断开，所以即使有三楼下行外呼信号，M43也不会得电，电梯也就不会减速停留在三层。而如果没有三楼以上的呼梯信号，M303的常闭触点一直闭合，所以只要有三楼下行外呼信号，M43就会得电，电梯减速并停留在三楼。当电梯原本在三楼或者更高的楼层时，如果有二楼的下行外呼信号，辅助继电器M2得电自锁，且此时电梯定向为下行，M09闭合。当电梯运行到二楼中间时，接触到二楼减速触点X41，使得减速辅助继电器M43得电并自锁，电梯开始减速。而当二楼为上行外呼信号时，也分为两种情况。一种情况是二楼以下楼层没有呼梯信号，此时电梯需要减速停留在二层以满足乘客的需求，另一种是二楼以下楼层有呼梯信号，此时电梯不用停留在二楼，而是直接向下运行。为了达到这一目的，在这里使用了辅助继电器M302，当有二楼以下的呼梯信号时，辅助继电器M302得电使得它的常闭触点断开，所以即使有二楼上行外呼信号，M43也不会得电，电梯也就不会减速停留在二层。而如果没有二楼以下的呼梯信号，M302的常闭触点一直闭合，所以只要有二楼上行外呼信号，M43就会得电，电梯减速并停留在二楼。在这里，减速辅助继电器M43由开门辅助继电器M100关断。当电梯到达楼层时，电梯开门时M100的常闭触点断开，于是M43失电断开。停层辅助继电器M200由一楼至五楼的楼层辅助继电器和M43共同决定。M23M7X43M5M6M09M306M24M43AM43Y40M10M11M12M13M14M43M200图15 电梯制动环节的梯形图M3M301M4M5M6M7M22M23M24M0M20M302M5M303M6M7M23M24接下图M304M1M2M20M21M7M24M305M0M0M306M1M2M3M4M20M21M22接上图图16 电梯制动环节中辅助继电器的梯形图6.运行调试一、检修状态试运行 A.轿内检修 1.检查复核变频器的设定参数是否符合要求。 2.在轿厢内将检修开关置于检修状态。然后轿厢内不要留人，而上机房控制屏上操作。 3.此时PC机输入点X7亮，X10灭可用轿内检修方式试运行。 4.轿内检修上行可用11L14高层站的内指令输入点短接。 5.轿内检修下行可用11L40与最低层站的内指令输入点短接. B. 轿顶检修此时X7.X10 不亮，可用轿顶检修试运行。 1.轿顶检修上行11L40与21L6 短接X11亮 2 .轿顶检修下行11L40与21L7短接。X12亮。 3.检修运行电梯状态;当11L40与慢上或慢下点时，电梯应立即关门PC 出点Y3。GMJ上行;SJ上行或XJ上行。当门完 全关闭后Y3熄;GMJ下行。Y14或Y15Y12Y0亮。电梯马上起动向上或向下运行。此时要观察电梯运行方向是否与你的指令方向一致;如否，就要将变频器LF5的设定值0/1改变;直到电梯的运行方向与你的指令方向一致。同时，要观察变频器参数LF88和LF89的方向+与-是否一致。如否，就要将变频器LF18的设定值on/off改变。直到两者方向一致。 4.检修状态运行停止后应立即开门。 5.请注意，由于电梯首次运行，井道情况不清，恐防轿厢碰撞井道件故上下行的行程不要控制太长。 6.在机房试验检修运行正常后，可进入轿顶操作。二、自动状态 1.把自动无司机开关置自动状态X25亮、M16，检查各层楼外呼信号的选向、运行、减速、消号等情况是否正常。若不正常，应查找井道接线是否出错因控制屏已经过厂内检查试验。 2.当需要测绝缘电阻时，要把变频器的全部引线包括全部控制线和主回路大线做好记录然后卸除，并把PC机输入端整排地拔离PC机主体，然后才进行各种端子的绝缘测试，以防止损坏变频器及PC机输入口。7.小结通过这次PLC课程设计，让我更加深刻理解了课本的知识，并使我熟悉和掌握