三菱PLC五层电梯控制系统设计

电气与电子信息工程学院 电气控制与PLC实训 设计报告名 称 三菱PLC五层电梯控制系统设计 专业名称： 电气工程及其自动化 班 级： 学号： 姓 名： 指导教师： 设计时间： 设计地点： 目录内容摘要（6）第一章 电梯概述（7）1.1电梯的组成（7）1.2电梯的工作原理（8）第二章 电梯控制系统的控制分析（9）2.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题（9）2.2 PLC及在电梯控制中的应用特点（9）第三章 可编程控制器的机型选择（11）3.1 PLC的IO点数估算（11）3.2 响应时间（11）3.3 输入输出模块的选择（11）3.4 机型的确定（11）第四章 硬件设计（13）4.1五层电梯主电路设计（13）4.2输入输出分配表（14）4.3 PLC接线图（16）第五章 软件设计（17）5.1 程序流程图（17）5.2 程序语句（18）第六章 程序调试、运行（18）6.1 程序调试（18）6.2 PLC控制系统的外部干扰（18）第七章 总结（19）7.1心得体会（19）第八章 梯形图（19）第九章 实物图（28）三菱 五层电梯控制系统内容摘要随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速发展。近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展。一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。更新换代生产更新型的电梯，电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。本毕业设计是以四层电梯为控制对象，用PLC实现对电梯的控制。本毕业设计的任务是用可编程控制器（PLC）控制四层电梯，实现所有的控制要求，设计思路是采用随机逻辑控制原理，根据电梯自身的控制规律，响应随机的外部呼叫信号，设计分析、讨论了用FX2N型PLC控制电梯模型的程序设计的整个过程,并主要阐述了三个方面：系统的控制要求、系统配置、软件设计。第一章 电梯概述1.1电梯的组成电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经。机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品。对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的特点。下面简单介绍电梯机械部分的结构,四层电梯平面图如图1-1所示。1.曳引系统：曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮组成。2.导向系统：导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。3.轿厢：轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。图1-1 四层电梯平面图4.门系统： 门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。5.重量平衡系统：系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。6.电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。7.电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。8.安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。1.2电梯的工作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。电梯在各服务层站设有层门、轿厢运行方向指示灯、数学显示轿厢、运行位置指层器和召唤电梯按钮。电梯召唤按钮使用时，上楼按上方向按钮，下楼掀按下方向按钮。轿厢到达时，层楼方向指示即显示轿厢的运动方向，乘客判断欲往方向和确定电梯正常后进入轿厢，注意门扇的关闭，勿在层门口与轿厢门口对接处逗留。轿厢内有位置显示器、操纵盘及开关门按钮和层楼选层按钮。进入轿厢后，掀按欲往层楼的选层按钮。若要轿厢门立即关闭，可掀按关门按钮。轿厢层楼位置指示灯显示抵达层楼并待轿厢门开启后即可离开。第二章 电梯控制系统的控制分析2.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题2.1.1电梯继电器控制系统的优点1.所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。2.系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。3.大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。4.多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。2.1.2电梯继电器控制系统存在的问题1.系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。2.普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。3.电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。4.系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。5.由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高;而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。2.2 PLC及在电梯控制中的应用特点2.2.1 PLC的特点PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，另外还有位处理器，进行点运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。1.可靠性:对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。(1)PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。(2)PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性提高。(3)PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。(4)PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。(5)在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件:采用先进的工艺制造流水线制造;对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;对电源的断电保护;对存储器内容的保护等。(6)PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波;软件自诊断;简化编程语言等。1.易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面:(1)操作方便对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。(2)编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。(3)维修方便PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。2.灵活性，PLC的灵活性表现在以下几个方面:(1)编程的灵活性。(2)扩展的灵活性。(3)操作的灵活性。2.2.2 PLC控制电梯的优点1.在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。2.去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。3.PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。4.PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。5.用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。6.更改控制方案时不需改动硬件接线。综上所述，PLC控制的优点远远多于传统的继电器控制方式，本设计主要采用了三菱PLC对四层电梯的控制。第三章 可编程控制器的机型选择3.1 PLC的IO点数估算 根据被控对象对PLC控制系统的技术指标和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定PLC的IO点数。在估算系统的IO点数和种类时，要全面考虑输入、输出信号的个数，IO信号类型，电流、电压等级，是否有其他特殊控制要求等因素。以上统计的数据是一台PLC完成系统功能所必须满足的，但具体要确定I0点数时则要按实际I0点数，再向上附加2015的备用量。根据机型的选择，再对被控对象进行I0点数的估算，根据被控对象IO信号的点数，考虑留有1520的备用量以调整和扩充。估算出被控对象的I0点总数，就可根据此点数选择相当的PLC。3.2 响应时间扫描周期和响应时间必须认真考虑。可编程序控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠的接收持续时间小于扫描周期的输入信号。例如：某PLC产品检测系统，其有效检测宽度为5cm，若产品传送速度为50mmin，为了确保不会漏检经过的产品，要求可编程控制器的扫描周期不能大于产品通过检测的时间间隔60ms。3.3 输入输出模块的选择来自现场的设备按钮、限位开关、行程开关等的电平信号并将其转换为机器内部电平信号，模块类型为直流和交流两种。根据设备与模块之间的远近程度选择电压的大小，一般5V、12V、24V属低电平，传输距离不宜太远，例如5V的输入模块最远不能超过l0m，也就是说，距离较远的设备选用较高电压的模拟比较可靠。另外，高密度的输入模块如32点、64点，同时接通点数取决于输入电压和环境温度。一般讲，同时接通点数不得超过60%。系统的稳定性，必须考虑门槛电平(接通电平与关断电平之差)的大小。门槛电平值越大，抗干扰能力越强，传输距离也就越远。输出模块的任务是将机器内部电平信号转换为外部的控制信号。频繁、电感性、低功率因数的负载，推荐使用晶闸管输出模块，但缺点是模块价格高，过载能力差。输出模块优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜，缺点是寿命短，响应速度慢。输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。3.4 机型的确定 FX2N-48MR-001技术指标 合计总数48点24点输入，DC24V，24点继电器输出； 尺寸（mm）：1828790。 FX2N-48MR-001系列PLC的功能 (1)集成型&高性能 CPU 电源 输入输出三为一体。对6种基本单元，可以以最小8点为单位连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。 (2)高速运算 基本指令：0.08s/指令，.应用指令：100s/指令 (3)安心、宽裕的存储器规格 内置8000步RAM存储器。安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。 (4)丰富的软元件范围 辅助继电器：3072点，定时器：256点，计数器：235点 .数据寄存器：8000点 根据PLC机型选择的基本原则，本课题中选择了三菱公司FX2N-48-MR-001系列的PLC。第四章 硬件设计4.1四层电梯主电路设计在三菱控制系统中，电梯的所有动力均有电动机提供。上下行电动机为电梯上下行提供动力。开关门电动机控制电梯门的开与关。整个系统共需 M1、M2两台电动机。主电路如图4-1所示。图4-1 主电路在实际运行中，过负载、欠电压、断相等因素都可能造成电动机超 过其负载，即广义上的超载。电动机的短时超载是允许的，但如果长时间运行将会毁坏电动机。因此需采取保护措施，目前比较常用的是热继电器。在其工作过程中，可能出现短时间大电流的超载，热继电器无法起到有效的保护作用，可在电路中安装熔断器对其进行保护。 各电动机使用交流接触器控制。其中接触器 KM1、KM2、KM3、KM4分别控制电动机M1的上下行、电动机M2的门开关。FR1、FR2为 M1、M2提供过负载保护。FU1、FU2为 M1、M2提供短路保护。上下行电动机M1选用 Y100L2-4，容量为1.5kW。门电动机M1为Y100L-6，容量为1.5kW。两台电动机的电流分别为I=32.6 AI=3.26 A接触器按实际电流的1.5倍到2倍选择,所以接触器的额定电流值为60A和6A，额定电压为380V。4.2 输入输出分配表表4-1为该课题的输入输出分配表。输入信号有：内呼信号4个，外呼信号6个，开关门信号2个，轿厢平层信号4个，开关门限位2个，上下极限位2个，共计20个。输出信号有：内呼信号指示4个，外呼信号指示6个，轿厢上下行2个，轿厢上下行指示2个，门电机开关2个，轿厢所在楼层指示6个，共计23个。表4-1 输入输出分配表输入输出01层上外呼 X0012层下外呼 X111层上外呼指示 Y122层上外呼 X222层下外呼指示 Y233层下外呼 X332层上外呼指示 Y343层上外呼 X443层下外呼指示 Y454层下外呼 X553层上外呼指示 Y564层上外呼 X664层下外呼指示 Y675层下外呼 X774层上外呼指示 Y78 1层内呼 X1085层下外呼指示 Y109 2层内呼 X1191层楼层指示灯 Y1110 3层内呼 X12102层楼层指示灯 Y1211 4层内呼 X13113层楼层指示灯 Y1312 5层内呼 X14124层楼层指示灯 Y14131层平层 X15135层楼层指示灯 Y15142层平层 X1614电梯启停控制 Y16153层平层 X1715电梯上下控制 Y17164层平层 X2016电梯开门控制 Y20175层平层 X211718关门信号 X221819开门信号 X23194.3 PLC接线图图4-2为PLC输入输出接线图。X000X023为输入信号，Y000Y020为输出信号，输入端的公共端COMI接地，输出端的公共端COM接+24V电源。图4-2 PLC输入输出接线图第五章 软件设计5.1 程序流程图D0大于要去楼层电梯下行电梯上行到达目的楼层电梯所在楼层信息存储于D0中D0与要去楼层比较电梯停止是否5.2 程序语句5.2.1 外部信号输入存储程序1.外呼信号输入及存储程序以一楼上外呼为例，按下X000按钮，则Y16 Y17 Y10被置1并保持，直到电梯到达一楼时利用X021常开使Y15 Y17 Y10置0。2.内呼信号输入及存储程序以二楼内呼信号为例，如果电梯不在二楼，此时按下X11。如果此时电梯为下行，则Y17 Y16置1并且在电梯下降过程中一直保持，直到电梯下行到二楼时置0，。如果电梯处于上行阶段，则Y16置1并保持，直到电梯上行到二楼时置0。4.比较判断轿厢上下行程序按下某楼层按钮则将该按钮所对应的楼层与轿厢所在楼层数据寄存器D0中的值进行比较，从而可以判断上下行。判断上下行程序：当电梯所在楼层大于D0中的值，则轿厢上行；当电梯所在楼层于D0中的值，则轿厢下行。第六章 程序调试、运行6.1 程序调试设计一个PLC应用系统，关键要解决的第一个问题是进行PLC应用系统的功能设计，即根据受控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。第二个问题是进行PLC应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC控制系统的结构形式、控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。第三个问题是根据系统分析的结果，具体的确定PLC的机型和系统的具体配置，总装调试步骤：1.模拟调试。用户编写的程序在总装调试前要进行模拟调试，检查程序无误后可把PLC接到系统里进行总装调试。2.PLC的外部接线检查，外部接线一定要准确无误。如果用户程序还没有送到机器里去，可用自行编写的试验程序对外部接线做扫描通电检查，查找接线故障。3.将主电路断开，进行预调，确认接线无误后再接主电路。4.将模拟调好的程序送入用户存储器进行总调试，直到各部分的功能均正常，并能协调一致成为一个完整的整体控制为止。5.如果调试达不到指标要求，可对硬件、软件调整，一般只对软件作调整。5.全部调试结束以后，将程序固化在EPROM盒中保存。6.3 PLC控制系统的外部干扰 1.控制系统供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。 2.其他设备或空中强电场通过分布电容的耦合窜入控制系统引起的干扰。 3.邻近的大容量电气设备起动和停机时，因电磁感应引起的干扰。 经过上机调试，梯形图和指令表符合本设计的要求。第七章 总结7.1 心得体会通过这次对五层电梯PLC控制的设计，让我了解了PLC梯形图，指令表，外部接线图有了更好的了解，有很多设计理念来源于实际，从中找到正确的设计方法。 经过一段时间的钻研，我较圆满的完成了设计，实现了基于PLC的五层电梯控制系统的设计要求及功能第八章 梯形图第九章 实物图- 30 -