五层电梯plc控制系统设计(编辑修改稿)

五层电梯plc控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

3。 65 2 五层电梯 PLC 控制系统设计（三菱指令） 摘 要 随着经济的发展，现代城市中的高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。 而电梯性能的好坏，除了电机等硬件以外，电梯控制系统是其核心因素。 PLC（ Programmable logic controller） 因其简单易用、可靠性高、维修养护方便和抗干 扰能力强等优点，在电梯控制领域应用极为广泛。 本文以三菱 FX2N系列 PLC 为例，以五层电梯为设计对象，分别从电梯控制系统的构成及工作原理，系统 PLC 配置方案，PLC 软件设计， PLC 软件的调试仿真和电梯硬件选取等方面，详细的阐述了 PLC 在电梯控制系统中的应用，形成了以 PLC 为控制系统的完整的电梯模型，使电梯在更精确、更可靠、更快速的控制平台上运行。 关键词：电梯控制， PLC，模型电梯 Abstract With the development of economy, an increasing number of highrise building in modern cities, elevator bee an indispensable means of transport of daily core of elevator’s function is control system besides hardware. PLC（ Programmable logic controller）have wide use for its many advantages,such as convenience, high reliability and antijamming. This article taking Japanese Mitsubishi FX2N series PLC for example, fifth floor elevator as the design, details the plc’s application in the elevator control system, through the reference and working mechanism of elevator control system, configuration program of PLC, software designing of PLC, emulation software of PLC and hardware choosing the elevator. This paper work out a plete model of the elevator controlled by PLC control system can make elevator running in a accurate, credible and fast way. Keyword: elevator control,PLC, model of elevator 3 第一章 绪论 第一节 可编程控制器的概念 可编程控制器简称 PC（英文全称 ： Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器 PMC、可编程序顺序控制器 PSC、可编程序逻辑控制器 PLC（英文全称 ： Programmable Logic Controller）和可编程序控制器 PC 几个不同时期。 为与个人计算机（ PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名 字。 PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 第二节 PLC 的应用和发展 一、 PLC 的应用领域 在发达的工业国家， PLC 已经广泛应用于所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应用范围也不断扩大。 PLC 主要用于以下方面。 （一）开关量逻辑控制 PLC 用 “与 ”、 “或 ”、 “非 ”等逻辑指令来实现触点和电路的串、并联，代替继电器进行组合逻辑控制、定时控制与顺序逻辑控制。 开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动生产线，其应用领域已遍及各行各业，甚至深入到家庭中。 （二）运动控制 PLC 使用专用的指令或运动控制模块，对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，使运动控制与顺序控制功能有机结合在一起，有的可以实现单轴、双轴、3 轴和多轴位置控制。 PLC 的运动控制功能广泛应用于各种机械，例如金属切削机床、金属成形机械、装配机 械、机器人、电梯等场合。 （三）闭环过程控制 闭环过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。 PLC 通过模拟量 I/O 模块，实现模拟量（ Analog）和数字量（ Digital）之间的 A/D 转换与 D/A 转换，并对模拟量实行闭环 PID（比例 —积分 —微分）控制。 现代的 PLC 一般都有 PID闭环控制功能，这一功能可以用 PID 子程序或专用的 PID 模块来实现。 其 PID 闭环控制功能已经广泛应用于塑料挤压成形机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，以及轻工、化工、机械、冶金、电力、建材等行业。 （四）数据处理 现 代的 PLC 具有数学运算（包括四则运算、矩阵运算、函数运算、字逻辑运算、求反、循环、移位和浮点数运算等）和数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。 这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较，也可以用通信功能传送到别的智能装置，或者将它们打印制表。 （五）通信联网 4 PLC 的通信包括主机与远程 I/O 之间的通信、多台 PLC 之间的通信、 PLC 与其他智能控制设备（例如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。 PLC 与其他智能控制设备一起，可以组成 “集中管理、分散控制 ”的分布式控制系统。 二 、 PLC 的发展前景 PLC 技术随着计算机和微电子的发展而迅速发展，由一位机发展到 8 位机，直到现在， PLC 产品已经使用了 32 位高性能微处理器，而且实现了多通道处理。 PLC 在未来将 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。 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。 第三节 PLC 的结构及工作原理 一、 PLC 的结构 PLC 的内部结构如图 11 所示： 图 11 PLC 的内部结构 （一）中央处理单元 CPU CPU 是 PLC 的核心 部件，由运算器和控制器组成。 主要用于：接收并存储从编程 5 器输入的用户程序；检查编程过程是否出错；进行系统诊断；解释并执行用户程序；完成通信及外设的某些功能。 （二）存储器 包括系统程序存储器、用户程序存储器和工作数据存储器。 （三） I/O 模块 I/O 接口是 PLC 与外界连接的接口。 输入接口用来接收和采集输入信号，输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等。 （四）电源模块 用来将外部供电电源转变成供 PLC 内部的 CPU、存储器和 I/O 接口等电路工作所需要的直流电源。 （五）编程器 编程器是 PLC 最重要的外围设备，是 PLC 不可缺少的部分。 编程器的作用是输入和编辑用户程序、调试程序和监控程序的执行过程。 二、 PLC 的工作原理 （一）工作方式 图 12 PLC 的扫描过程 PLC 有两种工作状态，即运行（ RUN）状态和停止（ STOP）状态。 在运行状态，PLC 通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。 为了使 PLC 的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到 PLC 停机或切换到 STOP 工作状态。 除了执行用户 程序外，每次循环过程中， PLC 不还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为 5 个阶段， 如图 12 所示。 PLC 的这种周而复始的循环工作方式称为 扫描工作方式。 在工作状态下，执行一次上图所示的扫描操作所需的时间称为 扫描周期。 其典型值为 1100ms。 （ 二 ） 扫描周期 6 在工作状态下，执行一次图 2 所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期。 其典型值为 1100ms。 当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。 完成上述三个阶段称作一个扫描周期。 在整个运行期间， PLC的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 输入采样阶段 在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应得单元内。 输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。 在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化， I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。 因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段， PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 (梯 形图 )。 在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排 在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后， PLC 就进入输出刷新阶段。 在此期间， CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。 这时，才是 PLC 的真正输出。 第四节 PLC 的特点 PLC 有许多优点，其可概括为以下五点： 可靠性高，抗干扰能力强 PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与 输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的 1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。 一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。 从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就 大大降低。 此外， PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。 在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。 这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 7 硬件配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。 PLC 的安装接线也很方便，一般用接线端子 连接外部接线。 PLC 有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。 除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。 近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、 CNC等各种工业控制中。 加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC组成各种控制系统变得非常容易。 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。 它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接 受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。 为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造 PLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。 这种编程方法很有规律，很容易掌握。 对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建 造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。 更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。 这很适合多品种、小批量的生产场合。 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的 1/2~1/10。 它的重量小于 150g，功耗仅数瓦。 由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 第五节 电梯的概述 电梯是 一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。 也有台阶式， 踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。 它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于 15176。 的刚性导轨之间。 轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。 习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。 在乘梯楼层电梯入口处，根据自己上行或下行的需要，按上方向或下方向箭头按钮，只要按钮上的灯亮，就说明你的呼叫已被记录，只要等待电梯到来即可。 电梯到达开门后，先让轿厢内人员走出电梯，然后呼梯者再进入电梯轿厢。 进入轿厢后，根据你需要到达的楼层，按下轿厢内操纵盘上相应的数字按钮。 同样， 8 只要该按钮灯 亮，则说明你的选层已被记录；此时不用进行其他任何操作，只要等电梯到达你的目的层停靠即可。 电梯行驶到你的目的层后会自动开门，此时按顺序走出电梯即结束了一个乘梯过程。 第六节 电梯的分类 一般 根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。 目前电梯的基本分类方法大致如下。 按用途分类 乘客电梯，为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施。 载货电梯，主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。 医用电梯，为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢长而窄。 杂物电梯，供图书馆、办公楼 、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。 观光电梯，轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。 车辆电梯，用作装运车辆的电梯。 船舶电梯，船舶上使用的电梯。 建筑施工电梯，建筑施工与维修用的电梯。 其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。 按驱动方式分类 交流电梯，用交流感应电动机作为驱动力的电梯。 根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。 直流电梯，用直流电动机作为驱动力的电梯。 这类电梯的额定速度一般在 2.00m/s 以上。 液压电梯，一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。 齿轮齿条电梯，将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。 螺杆式电梯，将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。 按速度分类 电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类 ： 低速梯，常指低于。 中速梯，常指速度在 ～。 高速梯，常指速度大于。 超高速梯，速度超过。 其它分类方式 按电梯有无司机分类 可分为 有司机电梯 和无 司机电梯 ； 按操纵控制方式分类课分为 手柄开关操纵 、 按钮控制电梯 、 信号控制电梯 和 集选控制电梯 等； 按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯 ； 按轿厢尺寸分类，则经常使用 “ 小型 ” 、 “ 超大型 ” 等抽象词汇表示。 9。