基于plc的双速六层电梯控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于plc的双速六层电梯控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

应各种特殊应用的需要，如 A／ D 模块、 D／ A 模块、位置控制模块等。 (5)指令系统 指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和，它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指标。 2) PLC 的分类 通常， PLC 产品可按结构形式、控制规模等进行分类。 按结构形式不同 , 可以分为整体式和模块式两类。 按控制规模大小、则可以分为小型、中型和大型 PLC 三种类型。 3. PLC 系统的组成 PLC 是一种以微处理器为 核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似。 PLC 也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。 1) PLC 的硬件结构 一套 PLC 系统在硬件上由基本单元（包含中央处理单元、存储器、输入／输出接口、内部电源）、 I／ O 扩展单元及外部设备组成。 图 21 为 PLC 的硬件结构图。 图 21 PLC 的硬件结构图 PLC hardware structure chart 输入电路 CPU EPROM RAM 输出电路 基本单元 内部电源 扩展 I/O接口 各种外设接口 输出信号 现场输入信号 主机 编程器 打印机 … PC 机 … 输入电路 输出电路 扩展单元 … 输出信号 扩展连接电缆 至其他扩展单元 … … 现场输入信号 7 2) PLC 的软件 PLC 的软件系统指 PLC 所使用的各种程序的集合，它由系统程序（系统软件）和用户程序（应用软件）组成。 系统程序：包括监控程序、输入译码程序及诊断程序等。 用户程序是用户根据控制要求，用 PLC 的编程语言（如梯形图）编制的应用程序。 可编程序控制器的工作方式及编程语言 PLC 的工作方式 1. PLC 的扫描工作方式 图 22 PLC 的扫描过程 the scanning course of PLC 可编程序控制器在进入 RUN 状态之后，采用循环扫描方式工作。 从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序 逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。 然后再从头开始扫描，并周而复始地重要进行。 可编程序控制器工作时的扫描过程如图 22 所示，包括五个阶段：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。 PLC 完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。 扫描周期的长开始 内部处理 通信处理 RUN 方式。 输入扫描 程序执行 输出处理 N Y 基于 PLC 的双速六层电梯控制系统设计 8 短与用户程序的长度和扫描速度有关。 2. PLC 的程序执行过程 PLC 的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，如图 23 所示。 图 23 PLC 的程序执行过程 the enforcing course of PLC 3. PLC 的扫描周期 在 PLC 的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。 即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。 4. PLC 的 I／ O 响应时间 PLC 采用集中 I／ O 刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。 输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了 PLC 的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为23 个扫描周期。 PLC 的编程语言 PLC 的编程语言有梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。 其中前两种语言用得较多，顺序功能图语言也在许多场合被采用。 本课题所采用的编程语言为梯形图语言。 可编程序控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较 在电梯的电气系统中，逻辑判断起着主要的作用，其控制系统必须起动各种控制信号输入端子 输入映象寄存器 输出映像寄存器 输出锁存器 输出端子 输入 ………. 输出 程序执行阶段 输入采样阶段 输出刷新阶段 X001 Y001 Y001 M1 读 读 ① ② ③ ④ ⑤ 9 和执行元件（如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子器件等），要达到这些控制目的，其方法有： 1. 继电器 — 接触器控制系统 这种控制系统是早期电梯多采用的一 种控制系统。 优点：与其它控制系统比较，其简单、易于理解和掌握、价格便宜。 缺点：动合触点易磨损，且电接触不良；体积大；控制系统耗能大、动作噪声大；维修保养工作量大、费用高。 因此这种控制系统仅用于速度不高、性能要求也不高的电梯中。 2. 微机控制系统 电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成，而是通过程序存贮器中的程序来完成的控制系统。 因此对于有不同功能要求的电梯控制系统，只要改变程序存贮器中的程序指令即可，而无需变更或增减硬件系统的元件或布线。 因此，十分方便于使用和管理，并提高系统的可靠性，减小 控制系统体积，降低了能耗及其维修保养费用。 虽然微机控制的电梯，与继电器控制的电梯比较，它具有较大的优越性。 但是，对一般的电梯而言，应用微机控制也有其局限性和不足之处。 其缺点是：微型计算机是按数字运算的需要而设计的，功能比较齐全，结构比较复杂；而一般的电梯控制只需要进行简单的逻辑运算，运算方式多为“与”、“或”、“非”几种，运算位数只需 1 位，即“ 1”与“ 0”。 因此，使用微机就有“大材小用”之嫌。 此外，微机的接口电路没有标准件，而且一般不控制强电。 但在电梯控制中，往往要求能直接控制 110V 或 220V 的用电设备， 如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。 综上所述，造成用微机控制的成本、运行和维修费用均较高，因此，如在一般的电梯上使用微机控制在经济上不合算。 3. PLC 控制系统 PLC 充分利用了微型计算机的原理和技术，保留计算机控制的优点，而克服了它的缺点。 它具有强大的生命力，各工业部分纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路，取得了明显的效果。 总之， PLC 是采用微机技术制造的通用自动控制设备，它能控制开关量、模拟量、具有可靠性高、抗干扰能力强、并具有完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术、运算等功能，可以取代继电器为主的各 种控制设备。 它不仅能用于控制机械设备、流水线和各种设备的运行过程，将 PLC 用于控制电梯各种操作和处理相关信息也是可行的。 基于 PLC 的双速六层电梯控制系统设计 10 3 交流双速电梯的电气设计 交流双速电梯的基本工作原理 交流双速电梯的主电路 图 31 是交流双速电梯的主电路图。 图中 M1 为电梯专用型双速笼型异步电动机；KM KM2 为电动机正反转接触器，用以实现电梯上、下行控制； KM KM4 为电梯高低速运行接触器，用以实现电梯的高速或者低速运行； KM5 为启动加速接触器； KMKM KM8 为减速制动接触器，用以调整电梯制动时的加 速度； L L2 与 R R2 为串入电动机定子电路中的电抗和电阻，当 KM1 或者 KM2 与 KM3 通电吸合时，电梯将进行上行或下行启动，延时后 KM5 通电吸合，切除 R L1，电梯将转为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停层指令后， KM3 断电释放， KM4 通电吸合，点击转为低速接法，传入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且 KM6~KM8 依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动时的舒适感；至平层位置时，接触全部断电释放，包闸抱死，电梯停止运行。 11 L1L2L3SQ FU1SQ0KM1KM5KM3FR1M13~FR2KM4R2L2 L1KM8KM6 KM7R1KM2 图 31 主电路图 main electro circuit chart 电梯的主要电气设备 1）牵引电动机 齿轮牵引机为电梯的提升机构。 主要由驱动电动机，电磁制动器（也称电器包闸），减速器牵引轮组成。 2）自动门机 用来完成电梯的开门与关门。 电梯的门分为厅门（每层站一个）与轿门（只有一个）。 只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动轿门，轿门带动厅门完成）；也只有当厅门，轿门全部关闭后才允许启动运行。 3）层楼指示灯 层楼指示灯也叫层显，安装在每层站厅门的 上方和轿箱内轿门的上方，用以指示电梯的运行方向及电梯所处的位置。 过去常由低压灯泡构成，现多由数码管组成，且与呼梯盒做成一体结构。 4）呼梯盒 用以产生呼叫信号。 常安装在厅门外，离地面一米左右的墙壁上。 基站与底站只有一只按钮，中间层站由上呼叫与下呼叫两个按钮组成。 基于 PLC 的双速六层电梯控制系统设计 12 5）操纵箱 操纵箱安装在轿箱内，供乘客对电梯发布动作命令。 其上面设有与电梯层站数相同的内选层按钮。 6）平层及开门装置 该装置如图 32 所示。 由平层感应器及楼层感应器组成。 上行时，上磁铁板先触发楼层感应器，发出减速停车信号；电梯开始减速，至平 层信号出发时，发出开门及停车信号，电动机停转，包闸抱死。 下行时，下磁铁板出发楼层感应器，发出减速停车信号；电梯开始减速，至平层信号出发时，发出开门及停车信号。 图 32 电梯的平层、停层装置示意图 the sketch map of elevator flat bed and stop 13 输入输出设计 为了便于对电梯的工作原理及 PLC 系统进行分析，现列出电梯所用电器元件表。 表 31 电梯电气元件表 table of elevator’s electric elements 元件符号 名称及作用 元件符号 名称及作用 KM1 上行接触器 1HL～ 6HL 1~6 层层楼指示灯 KM2 下行接触器 7HL～ 8HL 上行、下行指示灯 KM3 高速接触器 HL8 1 楼外呼记忆灯 KM4 低速接触器 HL9 2 楼上呼记忆灯 KM5 启动加速接触器 HL10 2 楼下呼记忆灯 KM6～ KM8 制动减速接触器 HL11 3 楼上呼记忆灯 KM9 开门接触器 HL12 3 楼下呼记忆灯 KM10 关门接触器 HL13 4 楼上呼记忆灯 SQ6 开门到位开关 HL14 4 楼下呼记忆灯 SQ7 关门到位开关 HL15 5 楼上呼记忆灯 SQ17 上限位开关 HL16 5 楼下呼记忆灯 SQ18 下限位开关 HL17 6 楼下呼记忆灯 SB1 开门按钮 1KR～ 6KR 各楼层感应器 SB2 关门按钮 7KR 平层感应器 SB3 上行启动按钮 1SB1～ 5SB1 1～ 5 楼上行外呼按钮 SB4 下行启动按钮 2SB2～ 6SB2 2～ 6 楼下行外呼按钮 SB5～ SB10 1～ 6 楼层内选层按钮 综合考虑输入输出要求，估计需要 PLC 输入输出点 70 左右。 因此，采用三菱FX2N80MR 可编程控制器完成本次设计。 其输入输出电路如图 33 所示。 基于 PLC 的双速六层电梯控制系统设计 14 图 33 I/O 接线图 I/O connection chart 15 4 PLC 梯形图设计 本套电梯控制系统的核心算法是采用“查表排序”的方式进行对电梯轿箱的上下行控制。 程序设置了两个表 —— 上行表和下行表。 在楼层数据存入和读取时，分别通过六个子程序模块对两个表中的数据进行派对处理，以实现电梯轿箱的控制要求。 本程序由主程序和六个子程序模块组成，六个子程序模块分别是：上行表排队子程序模块，下行表排队子程序模块，查询上行 表最大值子程序模块，查询下行表最大值子程序模块，上行表完成信号消除模块，下行表完成信号消除模块。 程序说明 可编程控制器，从本质上说，是应用于工业控制的计算机。 所以本程序充分发挥计算机数据处理方面的有事，采用双排序表查询算法进行电梯任务数据的控制。 算法说明 程序的基本控制流程如图 41 所示。 程序中相关存储单元及中间继电器的说明 为了便于理解程序的功能，现将程序中使用到的相关存储单元中间继电器的作用加以说明。 D100：上行表起始地址； D120：下行表起始地址； D110： 上行表反向呼叫信号预处理存储单元； D130：下行表反向呼叫信号预处理存储单元； D0： 呼叫信号存储单元； D1：楼层信号存储单元； D2： 上行表最大值存储单元； D3：下行表最小值存储单元； D200：子程序调用时楼层信号临时存储单元； M200：等待状态信号； M201：上行控制信号； M2。