基于PLC控制的四层电梯设计

编号：
实训(论文)说明书
题目：基于PLC控制的四层电梯设计
院（系）：应用科技学院
专业：机械设计制造及自动化
学生姓名：周富谋、明贵勇
学号：08011207190801120715
指导教师：张保中、李锐峰
2011年6月19日
基于PLC控制的四层电梯设计
摘要
PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。

它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。

随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。

电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。

PLC在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。

由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。

在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对的控制。

本文主要讨论研究利用PLC对电梯进行控制的问题。

关键词：PLC；电梯控制；三菱;升降
ABSTRACT
PLC (programmable controller) takes one industrial control microcomputer, it is convenient by its programming, simplicity of operator its merits and so on high controllability, obtained the widespread application particularly in the industrial production process. It applies the large scale integrated circuit, the miniature machine technology and the mechanics of communication development achievement, formed gradually had many kinds of merits and miniature, medium, large-scale, the ultra-large type and so on each kind of specification's serial products, applied to monitors between computer's many control domain from the black-white control system. Along with society's unceasing development, the building is getting higher and higher, but the elevator became the high-level building to the equipment. The elevator from the handle switch operation elevator, the push-button control elevator develops to present's group control elevator, has made the indelible contribution for the high-level transportation. PLC mainly manifests in the elevator cuing control's application in its logical switch control function. Because PLC has the logic operation, counting and fixed time as well as data feeds output function. In the elevator rises and falls in the process, each logical switch control and the PLC very good union, very good have realized to the fluctuation the control.
This article main discussion studies uses Simens in the S7-200 PLC to carry on the control to elevator's fluctuation, forms the lift control system.
key words: Programmable Logic Controller,Lift control; Mitsubishi; Fluctuation
目录
引言
1课题任务的分析 (6)
1.1电梯硬件的分析 (6)
1.1.1 电梯的组成 (6)
1.1.2电梯的工作原理 (7)
1.2 电梯控制方法的分析 (7)
1.3 整体设计流程的确定 (8)
2 可编程控制器的机型选 (8)
2.1可编程控制器控制系统的I/O点数估算 (8)
2.1.1控制电磁阀等所需的I/O点数 (8)
2.1.2控制直流电动机所需的I/O点数 (9)
2.2内存的估计 (9)
2.2.1内存利用率的说明 (9)
2.2.2开关量输入输出的点数的确定 (9)
2.2.3模拟量输入输出的总点数的确定 (9)
2.2.4程序编写质量的计算 (9)
2.3响应时间的分析 (10)
2.4输入输出模块的选择 (10)
2.5机型的确定 (10)
3硬件设计 (10)
3.1硬件配置简介 (10)
3.2输入/输出的分配 (11)
4程序调试、运行.......................................... - 11 -
4.2正常情况下程序调试 (12)
4.2梯形图见附录1，指令表见附录2 (12)
5总结 (12)
致谢 (13)
参考文献 (14)
引言
电梯是高层建筑中作垂直运输的交通工具，在过去，对于中、低速电梯主要采用交流拖动系统来构成其曳引系统。

最早是用多速鼠笼式异步电动机，并采用变极方式实现电机的调速。

但由于这种系统只能实现有级调速，无法对电机的转速和加、减速时间进行准确地控制，致使其舒适感和平层精度都较差。

后主要采用晶闸管直流调速系统。

这种系统具有调速精度高，速度响应快、舒适感好，平层精度高等优点。

但由于采用了直流电机，存在着维护电机换向器和电刷的麻烦，且调速系统在低速运行时的功率因数也较低。

此设计完成了电梯运行、平层、楼层显示等设计，此系统既克服了继电接触器控制电梯系统工作可靠性差,事故率高的缺点；又克服了单片机控制电梯系统抗干扰能力差的缺点。

在课题设计的过程遇到了诸多问题，在老师的指导一一解决。

本设计虽然只是个模型，但它模拟了真实电梯，尤其是把变频调速技术该系统，使得系统性能有了很大的改善，在实际的电梯应用中具有广阔的应用前景。

1.课题任务的分析
1.1 电梯硬件的分析
1.1.1 电梯的组成
(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。

(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。

1.1.2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。

1.2 电梯控制方法的分析
随着科学技术的发展、近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展。

目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统(“早期安装的电梯多位继电器控制系统)、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
目前国内七八十年代安装的许多电梯电气部分用继电器接触器控制系统，线路复杂，接线多，故障率高，维修保养难，许多已处于闲置状态，其拽引系统多采用交流双速电机系统换速，效率低，调速性能指标较差，严重影响电梯运行质量。

由于这些电梯交流调压调速系统，交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适感较差，交流调压调速系统属能耗型调速的机械部分无大问题，为节约资金，大部分老式电梯用户希望对电梯的电气控制系统进行改造，提高电梯的运行性能。

因此对电梯控制技术进行研究，寻找适合我国老式电梯的改造方法具有十分重要的意义
电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。

PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，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，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。

自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。

并形成了一系列的定型产品。

在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。

1.3 整体设计流程的确定
综上所述，本设计就以PLC作为工具对升降电梯的各种操作进行控制。

以上已对四层电梯的硬件部分作了分析，看需要什么样的开关，电机，信号灯等。

然后，画出它的控制面板图，再根据控制面板图估计一下I/O点数，这样可以确定所选机型，然后在软件设计，写出流程图，梯形图，写出语句。

最后是进行调试，看看此程序是否可行。

2.可编程控制器的机型选
2.1可编程控制器控制系统的I/O点数估算
2.1.1控制电磁阀等所需的I/O点数
有电磁阀的动作原理可知，一个单线圈电磁阀用可编程控制器时需两个输入及一个输出；一个双线圈电磁阀需三个输入及两个输出；一个比例式电磁阀需三个输入及五个输出。

一个按钮需一个输入；一个光电开关要占用一个或两个输入点；一个信号占用一个输出点；而波段开关，有几个波段就占用几个输入点；一般情况，各种位置开关都要占用两个输入点。

根据上面所述原理分析，本设计用到十个按钮，需要十个输入点。

四个位置按钮，需要八个输入点。

2.1.2控制直流电动机所需的I/O点数
本设计是对电梯的控制，所以，我们根据情况可知，要控制电梯的上升和下降，需要一个可逆运行的直流电机。

这样，我们需要16个输入点和个输出点。

2.2内存的估计
用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：内存利用率；开关量输入输出点数；模拟量输入输出点数；用户的编程水平。

2.2.1内存利用率的说明
我们把一个程序段中的接点数与存放该程序段所代表的机器语言所需的内存字数的比值称为利用率。

2.2.2开关量输入输出的点数的确定
一般系统中，开关量输入和开关量输出的比为1：1。

这方面的经验公司是根据开关量输入、开关量输出的总点数给出的。

所需内存字数=开关量（输入+输出）总点数*10
2.2.3模拟量输入输出的总点数的确定
只有模拟量输入时：
内存字数=模拟量点数*100
模拟量输入输出同时存在：
内存拟量字数*200
2.2.4程序编写质量的计算
经验计算公式：
总存储器字数=(开关量输入点数+开关量输出点数)*10+模拟量点数*150。

然后按计算存储器字数的25%考虑裕量。

2.3响应时间的分析
可编程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。

系统响应时间是指输入信号产生时刻与由此而使输出信号状态发生变化时刻的时间间隔。

系统响应时间=输入滤波时间+输出滤波时间+扫描周期。

2.4输入输出模块的选择
可编程控制器输入模块是检测并转换来自现场设备（按钮、限位开关、接近开关等）的高电平信号为机器内部电平信号，模型类型分直流5、12、24、48、60V几种；交流115V和220V两种。

模块输出的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。

输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共段所允许通过的电流值。

输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。

2.5机型的确定
综上所述，根据具体情况，我们选择三菱的FX系列。

输入输出点数为32点，电机8点，考虑10%到15%的I/O裕量，我们选择FX2N-32MR这种型号。

3.硬件设计
3.1硬件配置简介
PLC产品出现以来，它以面向工业控制的鲜明特点，普遍受到电器控制领域的欢迎。

特别是中小容量PLC成功取代了传统的继电控制系统，使得控制系统的可靠性大大提高。

目前各国生产的PLC品种繁多，发展速度快。

3.2输入/输出点
名称输入点名称输入点
起动和停止X00 上行Y00
开门X01 下行和指示Y01
关门X02 开门Y02 开门和关门的感应器X03 关门Y03
一层内选X04 上行指示Y04
二层内选X05 g Y05
三层内选X06 a Y06
四层内选X04 b Y07
一层上呼X10 c Y10
二层上呼X11 d Y11
二层下呼X12 e Y12
三层上呼X13 f Y13
三层下呼X14 上行的负端Y14
四层下呼X15 下行的负端Y15
每层的感应器应器X16 开门的负端Y16
第一层的限位开关X17 关门的负端Y17
4.程序调试、运行
通过手动编程器输入PLC，在操作中主要是熟悉FX系列可编程控制的功能、指令代码。

将编程器插在基本单元上，将基本单元与编程器置于编程状态，然后消除用户程序存储器，输入控制程序。

4.1正常情况下程序调试
先按I/O接口图接好线，输入正常情况下的程序指令，启动运行。

4.2梯形图见附录1；指令表见附录2。

5.总结
本系统主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了对升降电梯的控制。

利用梯形图程序可以很直观的看出运行过程。

利用可编程控制器控制升降电梯，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。

当建筑物的层楼增加时，硬件接线上只需增加楼层相应的输入信号。

原来的接线不需改变，软件上只需增加相应楼层的功能，要改动的地方也较少。

调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，到达到了设计的要求，表明该设计方案是可行的。

通过本设计，我学习到了很多东西，在工作的细心上也得到了提高。

并且，更了解了有关可编程控制器的功能。

我选择这个设计，也是为了弥补以前学习上的不足。

这次设计，使我了解到老师的用心良苦，并且从老师那学到了很多宝贵的东西。

致谢
本论文是在张保中老师的指导下完成得。

做论文的过程中老师严谨的治学态度和一丝不苟的工作精神给了我深刻的启发，也给了我很大的触动。

另外，向老师经常给我讲解不懂的地方，教我怎么入手，给了我许多有利的资料，使我能尽快的完成论文。

还要感谢李锐锋老师的指导，给了我很大的帮助。

在此，对老师在工作和生活中给予的指导和关心致以最真诚的谢意。

同时在这里还要感谢精工车间的老师提供实训场地，和充足的工具，还在技术上给予指导。

我们在实训过程中，收获很多。

品尝了失败的烦恼，也品尝了设计取得新进展时的喜悦。

在此，再一次向实训中在设计与技术上给予指导的老师和同学致谢。

参考文献
[1] 廖长初编著，可编程控制器应用技术，重庆，重庆大学出版社，1997；
[2] 程子华编著，PLC原理与编程实例分析，北京，国防工业出版社，2006；
附录 1 梯形图：
附录 2 指令表：。