交流双速货梯某小区五层住宅楼客梯的PLC控制毕业设计.doc

1、前 言 随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。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。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。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（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，

2、这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。第1章系统设计要求及设计方案1.1 毕业设计任务书设计题目的选择：一.设计题目：某小区五层住宅楼客梯的PLC控制。二.指导老师：三.设计内容与要求：1.课题概述：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： a: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

3、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。 b: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。且PLC控制较之微机控制更有价格优势。基于上述原因，我选择用可编程控制器来完成对电梯的控制。2. 设计的内容与要求： 设计内容：某小区五层住宅楼客梯的PLC控制 控制要求：1电梯轿箱的控制要求：a：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。b：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

4、的时候都能够换速。c：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：除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，避免因曳引电机出故障而引发的不必要的麻烦。四.设计参考书目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P

5、LC，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，2006.9五设计说明书要求1.封面 2.目录 3.内容摘要（200400字） 4.引言 5.正文（设计方案比较与选择、设计方案原理、计算、分析程序、论证，设计结果地说明及特点） 6.结束语 7.附录（参考文献、图纸、材料清单等）1.2方案选择及可行性分析 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： a:继电-接触系统：它的优点是

6、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。 b: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。且PLC控制较之微机变频控制更有价格优势。基于上述原因，我选择用可编程控制器来完成对电梯的控制。第2章 PLC的简介2.1 电梯概述 随着城市建设的不断发展，中高层建筑不断增多，电梯作为这些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。PLC作为新一代的工业控制器，以其高可靠性和技术先进性

7、等特点，在电梯的控制中得到了广泛的使用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当今电梯控制和技术改造的热点之一。在当今的中国社会中，越来越多的五层带电梯的小高层受到人们的青睐，所以我就尝试着用PLC对五层电梯进行控制，并对其硬件和软件进行设计。2.2、PLC的基本概念2.2.1 PLC的定义可编程控制器是计算机家族中的一员，是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，是为工业控制应用而设计制造的以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术和通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Cont

8、roller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，还可以进行算术运算和模拟量控制等，因此，美国电器制造协会（NEMA）于1980年正式将这种装置命名为可编程控制器（Programmable Controller），简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。2.2.2 PLC的特点：1、高可靠性2、丰富的I/O接口模块3、采用模块化结构4、编程简单易学5、安装简单，维修方便2.2.3 PLC的发展PLC技术在我国的起步比较晚，直到80年代初才正式进入我国

9、，目前，在我国使用比较普遍的PLC有日本OMRON公司的C系列，三菱公司的F系列，美国GE公司的GE系列和德国西门子公司的S系列等，目前国内使用PLC主要还是依靠进口和合资企业生产。但相信在不久的将来，我们一定能实现PLC的国产化。2.2.4 PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，所以其硬件结构基本上与微型计算机相同， PLC由中央处理单元，存储器，输入单元，输出单元，电源五部分组成。其结构框图如图：编程器电源用户程序存储器中央处理单元（CPU） 输出单元，电路输入单元系统程序存储器PLC结构简化框图中央处理单元（简称CPU）中央处理单元是PLC的控制中枢，核心部件，其性能决

10、定了PLC的性能。 组成：由控制器，运算器和寄存器组成，这些电路都集中在一块芯片上，通过地址总线，数据总线，控制总线，与存储器的输入，输出接口电路相连。常用芯片：通用微处理器，单片机，位片式微处理器。作 用：处理和运行用户程序，进行逻辑和数学运算，控制整个系统，使之协调的工作。具体有：1）接收并存储从编程器键入的用户程序和数据，用扫描方式接收现场输入设备的状态或数据，并将输入状态或数据存入输入印象区或数据寄存器。2）诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。3）PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经指令解释后按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路

11、，分时、分渠道地去执行数据的存取，传送，组合，比较和变换等操作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算等任务。4）根据运算结果，更换有关影象区的状态和输出状态寄存器的内容，根据输出状态寄存器或数据寄存器的内容实现对输出的控制。存储器存储器是具有记忆功能的半导体电路。作用：存放系统程序，用户程序，逻辑变量和其它一些信息。系统程序：控制PLC完成各种功能的程序，由PLC生产厂家编写，并固化到只读式存储器ROM中，用户不能访问。用户程序：用户根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的程序。通过编程器输入到PLC的随机存储器RAM中，允许修改，由用户启动运行。1）结 构：由存储体、地址译码电路、读写控制电路、

12、数据寄存器组成。存储体由存储单元构成，作用：存放二进制数据。地址译码电路的作用：根据地址总线上的地址编码选取相应的存储单元。读写控制电路的作用：将选中的存储单元的内容读到数据寄存器中或将数据寄存器的内容写到选中的存储单元中。数据寄存器的作用：存放从存储单元读出的数据，或者存放从数据总线送来并准备写到存储单元去的数据。 2）存储器的工作过程： 数据的写入过程 数据的读出过程 3）PLC中使用的存储器 只读存储器ROM 随机存储器RAMROM为只读存储器，存放PLC制造厂家写入的系统程序，并永远驻留在ROM中，PLC去电后再上电，ROM内容不变。RAM为可读写的存储器，读出时其内容不被破坏，写入时

13、，新写入的内容覆盖原有的内容。为防止掉电后信息丢失，配有后备锂电池。 除此而外，PLC还有EPROM、EEPROM存储器。PLC产品样本或使用说明书中给出的存储器形式或容量等均指用户存储器。存储器容量是PLC的一个重要性能指标。输入单元：输入单元是PLC与工业生产现场被控设备相连的输入接口，是现场信号进入PLC的桥梁。作 用：接收主令元件，检测元件传来的信号。输入类型：直流输入，交流输入，交直流输入。输入接口采用光电耦合电路，目的是把PLC与现场电路隔离，提高PLC的抗干扰能力。接口电路内部有滤波，电平转移，信号锁存电路。各PLC生产厂家都提供了多种形式的I/O部件或模块供用户选用。输出单元输

14、出单元也是PLC与现场设备之间的连接部件，把输出信号送给控制对象的输出接口。作 用：将中央处理器送出的弱电信号转换成现场需要的电平信号，驱动被控设备的执行元件。输出类型：继电器输出 晶体管输出晶闸管输出输出接口电路也采用光电耦合，每一点输出都有一个内部电路，由指示电路，隔离电路，继电器组成。输出接口电路也有输出状态锁存、显示、电平转移和输出接线端子排，输出部件或模块也有多种类型供选用。电源作 用：将交流电转换成PLC内部所需的直流电源。类 型：目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。PLC除上述五部分外，随机型的不同还有多种外部设备，其作用是帮助编程，实现监控以及网络通讯，常用的外部设备有编程

15、器，打印机，盒式磁带录音机，计算机等。第3章 电梯系统总体设计3.1主电路的设计 3.1.1拖动电机主电路的设计：如附图1中 图2为主电路的设计a：拖动电机的选择及原理：电梯的种类多种多样，按拖动系统来分有交流单速/交流双速拖动电梯、交流调压调速电梯等等。在此次设计中，我将采用交流双速电机作为曳引电机，它的优点是简单，经济，更重要的是舒适感好。b：备用电机的选择：备用电机只要选择和曳引电机一样的型号即可。3.1.2 门电机主电路的设计： 如附图1中 图1所示为门电机主电路的设计门电机的选择及原理：只要满足功率要求，门电机选用一般三相异步电动机即可。如图中所示电动机的正反转来实现门的开关，采用星

16、角降压启动，KS为速度继电器，用来对开关门到头时制动，防止轿，厅门的损坏3.2 可编程控制器的设计3.2.1可编程控制器的选择： a：由于市面上三菱产品型号较多，种类齐全，技术先进，加之本人对三菱产品的青睐，所以我选择较前沿的产品三菱FX2N系列产品。 硬件接线图如附图2所示。b: 可编程控制器的硬件设计： 输入输出点的估算：首先列出被控制对象输入输出的设备名称，并根据所需要的输入输出点数进行统计，根据统计的数据，增加10%20%的可扩展余量后就得到了输入输出点数的估计数据。以此为依据可以算出I/O总点数约为100点。 开关量输入、输出模块的选择：根据PLC输入、输出量点数与性质，可确定I/O

17、模块型号与数量，高密度模块如32、64点，平均每点价较低，但受到工作电压、工作电流和环境温度的限制，同时应注意同时接通的点数不应超过总数的60%。 I/O点的分配：输入：名称输入点名称输出点关门极限开关X000轿内一层呼钮X020开门极限开关X001轿内二层呼钮X021上下平层干簧触点X002轿内三层呼钮X022轿子内关门按钮X003轿内四层呼钮X023轿子内开门按钮X004轿内五层呼钮X024一层上行召唤按钮X005一层上行干簧感应触点X025二层上行召唤按钮X006二层上行干簧感应触点X026二层下行召唤按钮X007二层下行干簧感应触点X027三层上行召唤按钮X010三层上行干簧感应触点X

18、030三层下行召唤按钮X011三层下行干簧感应触点X031四层上行召唤按钮X012四层上行干簧感应触点X032四层下行召唤按钮X013四层下行干簧感应触点X033五层下行召唤按钮X014五层下行干簧感应触点X034轿内开门开关X015上下行强迫换速开关X035轿内关门开关X016速度继电器感应触点X036门区感应开关X017光点感应触点X037输出：名称输出点名称输出点轿门开门接触器Y003四层轿内指示按钮Y026轿门关门接触器Y007五层轿内指示按钮Y027上行交流接触器Y010一层上行召唤指示灯Y030下行交流接触器Y011二层上行召唤指示灯Y031加速接触器Y012二层下行召唤指示灯Y0

19、32快速接触器Y013三层上行召唤指示灯Y033慢速接触器Y014三层下行召唤指示灯Y034第一慢速减速接触器Y015四层上行召唤指示等Y035第二慢速减速接触器Y016四层下行召唤指示等Y036空Y017五层下行召唤指示等Y037楼层显示器Y020楼层显示器Y021楼层显示器Y022一层轿内指示按钮Y023二层轿内指示按钮Y024三层轿内指示按钮Y0253.2.2可编程控制器的软件设计：为了更好的阐述起原理现给出起内部说明：内部继电器名称M100M104楼层感应中间继电器M105M101层中间继电器M130上行中间继电器M131下行中间继电器M134换速中间继电器M135门锁中间继电器M14

20、0上平层中间继电器M141门区感应中间继电器M142下平层中间继电器M143运行中间继电器M144换速中间继电器3.2.3 原理分析1主电路图原理分析：a：拖动电机工作原理：如图1-1图2，起动电机串入电抗LQ、经一段时间后KM1接触器接通，电动机转入固有特性运转。减速时KMK断开、KMM接通，慢速绕组串电抗LM和电阻RM运行，延时一段时间后，KM2接通，短接RM，电动机串入电抗LM运行，在延时一段时间后，KM3接通，电动机在慢速固有特性上运行，直到KMS或KMX断开，电动机停止运转。b：门电机原理分析：如图1-1图1，当电梯平层时，开门触点KMK闭合，电机正转，轿门打开；当定时继电器到时，K

21、MG闭合，电机反转，轿门关闭；当有人在门中间出现时，光感触点闭合，电梯强迫正转，轿门打开；当轿门碰到开、关极限开关时，KMK或KMG断开，并反向制动。2 梯形图原理分析a楼层感应电路：当电梯在1楼时M104接通、M111接通并保持，电梯达到2楼时，M103接通M110接通，并保持，同时切断M111。b 轿内指令及门厅召唤电路：人在轿箱内，当按下第3层选层按钮时，M502接通M114接通并自保当电梯到达3层时，楼层信号M102断开指令信号。c 门厅召唤电路：当电梯位于1楼，如果3楼有上呼信号，2楼有上下呼信号，即M125、M122、M124接通，电梯到达楼时上呼信号消除。d 电梯选向电路：当电梯

22、位于2层楼，则M110接通，如果按下3楼指令按钮，M114接通，这时由于M110的常闭触点断开，因此电梯向上方向继电器M130由M107、M106和M105的常闭触点而接通，选择上行方向。反之，如果1楼指令按钮按下，M116接通，向下方向继电器M131接通，选择方向向下。当上下方向均有指令时，如果电梯已经处于上行状态，则执行完M113、M112向上指令后，在执行M116向下指令。e电梯平层、换速电路：如3楼有指令位号，即M114接通。在电梯将达到3楼时，M107接通，使换速继电器M134接通，发出换速信号，并保持；当电梯达到顶层或底层时，无论有无轿内指令都必须换速。M144接通，M134，这时

23、电梯高速运行。f电梯起动电路：当换速M134接通，M143断开Y012断开，接通慢速继电器Y013，电机在固有特性上运行。g电梯平层电路：如果电梯因不应有的原因，上行超越平层位置，SPG离开隔磁板，使X002断开，M140断开，这时Y011由Y013、M140、M143和Y010的常闭点和M142的常开触点而接通，电梯反向平层，直到M1140接通。最后位于平层位置，M140、M141和M142均接通，Y010和Y011均断开，进行抱闸。T450为延时断开时间继电器，用于快速运行断开的延时，以保护电动机绕组。至此原理分析结束。3.2.4 设备选择1主回路设备的选择：a 曳引电机 型号：YDDL1

24、60L-6/8 ，额定功率：11KW ，额定电压：380V ，额定电流：23A ，功率因数：0.83b 备用曳引电机 选型通上c 门机 型号：Y100L-2 ，额定功率：3KW ，额定电压：380V ，额定电流：7A ，功率因数：0.87d 其他：曳引电机 交流接触器：TYC4-25 熔断器：BLR1-63/3P 分断能力：50000A热继电器：JR20-25熔断式刀开关：HH4-30/3-25 门电机 交流接触器：TYC2-12-9 熔断器：BLR1-63/3P-14 热继电器：JR20-25-10熔断式刀开关：HH3-15/2-103.3计算说明及型号选择：根据电梯最大载重量可算出电梯所需

25、要的功率，约11KW。因此选择YDDL160L-6/8型号的交流双速电机。然后根据此电机 的额定电流选出接触器，熔断器和热继电器等数据，注意熔断器额定电流约为电机电流的1.82.1倍。门电机根据拖动要求选择额定功率为3KW的电机。PLC型号及其开关输入输出量的选择：根据要求可以估计I/O总点数约为90点。所以我选择FX2N-128MR主机。他的特点是a运算速度高：0.08us/指令b 内置8000步RAM存储器辅助继电器3072点。干簧继电器：光电继电器：显示数码管：由于其内部计数-译码及A-D 转换模块已经置好，所以可直接选用BS201A型号的LED七段数码管。第4章 结束语采用FX2N-1

26、28MR PLC控制器构成的电梯控制系统，可实现电梯控制的智能化，但由于候梯和电梯轿内的人到达各层的人数是智能电梯无法确定的，即使采用AITP人工智能系统，传输的交通客流信息也是模糊的，为解决电梯这一垂直交通控制系统的两大不可知因素，需要我们在今后的工作中去不断的研究和探索。同时，通过毕业设计使我对PLC的控制有了深入的了解，尤其是电梯的PLC控制。在这次设计中，我经历了查资料做笔记思考定位选设备的过程，使我了解的不仅仅是电梯的控制，或是设备的选择，或浅或深，最重要的是我掌握了一种设计的方法，思维的方式，使受益非浅。在此次设计中，使我还体会到了要想飞快的进步就要有一盏明灯照路。感谢老师多次的指点迷津，使我突破了许多难关。附图 附图1 主电路的设计附图2 硬件接线图附图3 电梯PLC及网络控制示意图附图4 电梯控制梯形图ae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. 李向东电气控制与PLC，机械工业出版社，2005.23. 魏召刚工业变频器原理及应用电子工业出版社，2006.94. 陈建明电气控制与PLC应用电子工业出版社，2006.85. 李长久PLC原理及应用，机械工业出版社，2006.9第 19 页