多层电梯的PLC控制 毕业论文.doc

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1、毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目： 多层电梯的PLC控制 姓 名： 编 号： 9061091 指导老师： 平顶山工业职业技术学院 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 专业 电气自动化技术 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系（部）主 任 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录自动化 系 工业电气自动化 专业，学生 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 多层电梯的PLC控制

2、专题（论文）题目： 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计评语第 页共 页学生姓名： 专业 年级 毕业设计（论文）题目： 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 摘 要在高层建筑不断兴起的今天,电梯已成为人类不可缺少的运输工具。目前,我国住宅楼电梯大部分是采用

3、继电器控制的,由于控制线路复杂、体积大、故障率高而且难于维护,使电梯难以达到安全、稳定、可靠的基本要求,事故时有发生。鉴于继电器控制存在着上述的种种弊端，进行将PLC应用于电梯控制,收到了良好效果。可编程控制器应用于电梯控制，用软件编程替代原有继电器硬件布线控制，使控制系统具有了极大的柔性和通用性。同时，由于PLC功能齐全、应用灵活，能够满足电梯控制的要求而且具有抗干扰性能强、操作方便、维护简单等特点，使得系统可靠性大大提高。关键词：可编程控制器；变频器；光电码盘； 电梯目 录摘要5关键词5第1章 概述71.1设计目的及意义7 1.2设计要求71.3设计方案81.3.1电梯的基本结构81.3.

4、2设计方案确定81、继电接触器控制82、PLC控制93、变频器调速94、PLC控制下的变频调速10第2章 电梯的硬件部分选型112.1可编程控制器112.2 变频器11 2.3 永磁低速同步电动机11第3章 电梯的硬件电路设计12 3.1 电梯基本原理123.2 拽引电动机主电路123.3 电气安全回路及内部接线图13第4章 多层电梯PLC控制的软件设计15 4.1 IO编号及分配15 4.2 PLC控制分段程序设计16 4.3 PLC控制总程序设计27第5章 结论605.1 问题解决与研究605.2 程序构思设计与除错605.3 软硬件对应整合60致谢61参考文献62第1章 概述随着PLC控

5、制技术和变频技术的发展，自动化应用也越来越多，由于一些行业的要求或是由于工作和场地的特殊情况，电气控制部分一般都很简单，多数采用人工手动控制或继电器控制。这些升降机械存在一些明显的问题，如启动停止和运行不平稳，升降运动过程动作不可靠，自动化程度不高，故障率较高，设备能耗高，无法应急运行，存在安全隐患等等。基于这些问题使得这些升降机械很难在生产生活中发挥高效率的作用，同时也使得国内这些生产的升降机械无法与进口的自动化生产线配套使用，也无法根据实际的生产需要转换和调整升降机械的动作方式和工作顺序。通过本设计能够很好的解决以上问题，在以后也会推广普及的。1.1 设计目的及意义电梯作为现代智能建筑内的

6、代步工具，越来越显示出它的重要作用，为了适应电梯的迅速发展，由PLC和变频器控制代替传统继电器控制已成为发展趋势，PLC是集计算机控制、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。它的编程软件采用易学易懂的梯形图语言，控制灵方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠，本次设计对传统电梯控制方式加以更新，运用高性价比的现代PLC和变频器控制方式，力求推陈出新向人性化、智能化方向迈进。设计出一款高效、安全、价廉、能个性化组合且能在商业办公楼、行政大楼、中小型宾馆和居民公寓中发挥显著作用的普及型电梯控制系统。实际上电梯是根据外部呼叫信号和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

7、制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制都不能满足控制要求。因此，本系统采用经验设计法为主的设计方法，取得了良好的效果。1.2设计要求1.电梯位置的确定与显示轿厢中的乘客及门厅中等待电梯的人都需要知道电梯的位置，因而轿厢及门厅中都设有以楼层标志的电梯位置。但这还不够，电梯的运行还需要更加准确的电梯位置信号，以满足制动停车等控制的需要。传统电梯的位置信号一般由设在井道中的位置开关，如磁感应器提供，当轿厢上设置的隔磁板插入感应器时，发出位置信号，并启动楼层指示。2.轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号电梯信号控制基本由PLC软件实现。输入到PLC的控制信号有：运行方式选择(如自动、检修、消防运行方式等)、运行

8、控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。3.电梯控制系统实现的功能：(1)一台电机控制上升和下降。(2)各层设上/下呼叫开关(最顶层与起始层只设一只)。(3)电梯到位后具有手动或自动开门关门功能。(4)电梯内设有层楼指令键，开关门按键。(5)电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯。(6)待客自动开门，当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门迎客。(7)自动关门与提早关门。在一般情况下，电梯停站3秒应能自动关门；在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前实现关门动作。1.3 设计方案 该部分主要通过比较目前所使用的电梯

9、设计方案，从而到找到最佳方案作为本次的设计。1.3.1 电梯的基本结构电梯系统主要有电气和机械两部分组成。电气部分主要有：永磁低速同步电动机、变频器、PLC、欧姆龙旋转编码器、语音到站钟等组成。机械部分主要有：框架、导轨、轿厢、配重及电梯呼盒等组成。1.3.2 设计方案确定1、继电接触器控制该设计因为是电梯在发展初期阶段所用到的硬件控制设施，有限位开关、时间继电器、中间继电器、电流继电器、信号继电器、以及交流接触器等，因此与现代的控制相比会有很大的差别。在本设计中由于用的是硬继电器，硬继电器由于具有机械误差，动作精度低，动作速度慢等缺点，在实际应用中容易发生故障。尤其是在高层大型电梯系统中，若

10、发生故障易引发安全隐患，危及人身安全。由于用到的硬件比较多，接线相当复杂，在检修过程中问题不好及时的找到，在解决问题的效率上就会减慢，从而使电梯长时间因处于瘫痪状态而失去它本身的价值。在继电器控制中，因继电器内部的机械作用出现的误差易导致电梯不能准确的平层，在信号的发送时也会误报信号。在电梯的启动与停止时，由于电机不能平滑的启动和停止而导致电梯出现急停和急起的情况，会使乘客感到电梯的不平稳，也会使钢丝绳因急速的拉伸使寿命变短，并危及乘客的生命安全。硬件部分体积过于庞大，在维护的资金上就会相应的增多，在接触器控制电路的通断上，触点也会发出很大的噪音，造成污染且能耗大。2、PLC控制该设计是随着科

11、技的发展而产生的，科技的发展带动了电梯业界的发展，PLC在电梯控制系统中的应用也随之而生了。本方案主要就是用到PLC的强大功能，去实现电机的启动、停止和正反转。PLC主要的特色就是所用的硬件少、接线少、操作方便，使操作更具人性化，简单化。最主要的特点就是无触点的软控制，利用内部软继电器配合载入的程序实现控制，减少了接线的繁琐步骤。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的

12、继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。然而它也有明显的缺点，在电梯起停时，PLC不能让其平滑的启动和停止就像继电器控制那样，给人一种不稳的感觉，也会使钢丝绳因拉力急

13、剧变化寿命变短，同样危及乘客人身安全。3、变频器调速 在该设计中，充分利用变频器调速平滑性进行设计。变频调速已被公认为最理想、最有发展前途的调速方式之一。采用变频调速后，电梯的节能效果明显，节电率可达到20-60。变频调速很容易实现电动机的正、反转，只需要改变变频器内部逆变管的开关顺序，即可实现输出换相，也不存在因换相不当而烧毁电动机的问题。变频调速系统起动大都是从低速区开始，频率较低。加、减速时间可以任意设定，故加、减速过程比较平缓，起动电流较小，可以进行较高频率的起停。变频调速系统制动时，变频器可以利用自己的制动回路，将机械负载的能量消耗在制动电阻上，也可回馈给供电电网，但回馈给电网需增加

14、专用附件，投资较大。除此之外，变频器还具有直流制动功能，需要制动时，变频器给电动机加上一个直流电压，进行制动，而无需另加制动控制电路。然而本方案也有很大的缺点，虽然在电梯起停平稳上问题解决了，但在控制电梯的平层、轿厢开关、数码显示等上面，仍需很多的硬件设施。4、PLC控制下的变频调速在以上设计中，第一个设计的缺点最明显，已不适合现代的电梯行业，在后两种设计中，各自的优点也很明显。因此在本次设计中就择优而选，让PLC配合变频器结合起来控制电梯的运行与调速和显示等。系统由PLC通过数字量和模拟量控制。变频器直接控制电机机械制动器确保安全；从PLC发出的模拟量和数字量很容易连接并监控；使用转矩提升确

15、保低速性能；通过控制上升速度使操作平滑，确保电梯在起停时受不平稳的影响而出现不安全因素。因此在本次设计中采用PLC控制下的变频调速来控制电梯。第2章 电梯系统硬件部分选型此部分主要介绍电梯组成与控制系统所用到的一些元件，并进行详细的介绍与分析，同时进行元件的选择，选择适合本次设计的元件。2.1可编程控制器 西门子S7-200系列：CPU:226 电压:24V 输出脉冲频率:20kHz 输出电流:400mA通信口:2个RS485，支持PPI、MPI通信协议 模拟电位器:2个主机I口点数:24 主机O口点数:16 可扩展模块:7个用户数据存储器:2560字 程序空间:4096字 存储器类型:EEP

16、ROM2.2变频器 西门子系列MM420参数如表2-1所示。表2-1西门子系列MM420参数变频器的技术规格MM420输入电压3相380480V10%输入频率4763Hz输出电压0380V输出频率范围0650Hz输出功率7.5kW过载倍数2倍3s,1.5倍60 s工作温度-100C500C2.3永磁低速同步电动机 型号:90TDY0602 额定电流:0.26A 额定电压:220V 频率:50Hz 额定功率:50W 额定转速:60r/min 额定转矩:3200mm 绝缘等级:E 内部接线图2-1 DT红黄白 图2-1永磁同步电动机端子接线图第3章 电梯的硬件电路设计3.1 电梯基本原理电梯的动力

17、源是电机，通过和拽引绳的摩擦带动轿厢。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

18、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。电梯控制系统原理框图如图3-1；电梯主要运动过程流程图如图3-2。3.2 拽引电机主电路硬件电路是系统用于驱动外部设备执行工作的部分，它可分为主电路和辅助电路，主电路（见图3-3）采用380 伏的三相电源。经交流接触器、热继电器等常用低压电器直接驱动三相电机的运转。辅助电路以变频器、PLC器件为主,结合开关、按钮、旋转编码器等用于控制主电路中各接触器、继电器的通断，从而控制主电路的运行状态。 它采用交流380伏和直流24伏两路电源供电，其中24伏电源联结按钮

19、和开关，可以确保乘客的操作安全。3-1电梯控制系统原理框图3-2 电梯主要运动过程流程图变频器ML1L2QF永磁同步电动机3-3 电梯主电路接线图3.3 电气安全回路及内部接线图电梯运行到上下极限位置时，触及位置开关动作，信号给PLC处理后传给变频器，发出急停信号；当有人进轿厢时禁止关门，正在执行关门时优先执行开门指令。电气安全回路如图3-4，内部接线图示意图如图3-5所示。 3-4 电气安全回路3-5 内部接线图示意图注：线条只代表走向，不是具体接线个数，具体接线可参考第四章中的IO分配或者观察模型。第4章 多层电梯PLC控制的软件设计该系统的控制部分，用PLC编程实现。4.1 IO编号及分

20、配装置共有33点输入指令信号，32点输出控制信号，输入信号包括：楼层内、外选择信号、轿厢运行时楼层检测信号、检修控制系统信号、消防模拟信号、极限限位保护信号等，输出信号包括：变频驱动信号、楼层显示控制系统信号、楼层内外呼指示信号、上下行指示信号、到站钟信号、电梯开门、关门信号以及安全保护信号等。具体分配如下： PLC输入点电梯实物内部接口(I/O)PLC输出点电梯实物内部接口(I/O)I0.0编码器高速计数输入A相Q0.0DIN1（变频器输入点5）I0.1编码器高速计数输入B相Q0.1DIN2（变频器输入点6）I0.2轿厢安全开关Q0.2DIN3（变频器输入点7）I0.3五层外呼下按钮Q0.3

21、DIN4（变频器输入点3）I0.4四层外呼上按钮Q0.4NCI0.5四层外呼下按钮Q0.5关门驱动I0.6三层外呼上按钮Q0.6开门驱动I0.7三层外呼下按钮Q0.7五层外呼下指示I1.0二层外呼上按钮Q1.0四层外呼上指示I1.1二层外呼下按钮Q1.1四层外呼下指示I1.2一层外呼上按钮Q1.2三层外呼上指示I1.3一层外呼下按钮Q1.3三层外呼下指示I1.4底层外呼上按钮Q1.4二层外呼上指示I1.5下基准限位开关Q1.5二层外呼下指示I1.6下极限限位开关Q1.6一层外呼上指示I1.7检修开关Q1.7一层外呼下指示I2.0手动开门按钮Q2.0底层外呼上指示I2.1手动关门按钮Q2.1显示

22、驱动AI2.2手动上行按钮Q2.2显示驱动BI2.3手动下行按钮Q2.3显示驱动CI2.4急停按钮Q2.4显示驱动DI2.5消防按钮Q2.5电梯上行指示I2.6关门限位开关Q2.6电梯下行指示I2.7开门限位开关Q2.7底层内呼指示I3.0底层内呼按钮Q3.0一层内呼指示I3.1一层内呼按钮Q3.1二层内呼指示I3.2二层内呼按钮Q3.2三层内呼指示I3.3三层内呼按钮Q3.3四层内呼指示I3.4四层内呼按钮Q3.4五层内呼指示I3.5五层内呼按钮Q3.5电子报站I3.6轿厢开门按钮Q3.6电子报告电梯上行I3.7轿厢关门按钮Q3.7电子报告电梯下行I4.0上极限位开关4.2 PLC控制分段程

23、序设计 该部分主要设计在本次设计中所应解决的软件控制问题。4.2.1变频器与可编程控制器USS通讯设计变频器参数设置a)恢复变频器为工厂设置值。P0010=30P0970=1b) 快速调试P0010=1快速调试P0700=5通过 COM 链路的USS 设置P1000=15 通过 COM 链路的USS 设定P1080=1电机最小频率P1082=50 电机最大频率P1120=4.3 斜坡上升时间P1121=4.3斜坡下降时间P3900=1结束快速调试c) USS通讯参数P2009=0 设置USS标准化P2010=6设置RS-485串口波特率为9600P2011=3设置从站地址为3变频器与可编程控制

24、器USS通讯网络1LD SM0.1CALL USS_INIT, 1, 9600, 8, M1.3, VB1网络2LD SM0.0BTI SMB28, VW10ITD VW10, VD100DTR VD100, VD100网络3LD SM0.0= L60.0LD I3.6= L63.7LD I3.7= L63.6LD I3.1= L63.5LD I3.2= L63.4LD I3.3= L63.3LD L60.0CALL USS_CTRL, L63.7, L63.6, L63.5, L63.4, L63.3, 3, 1, VD100, M0.0, VB2, VW4, VD6, Q2.1, Q2.2

25、, Q2.3, Q2.44.2.2 LED数码显示用于控制楼层的显示。网络1LD 五层内呼按钮S 显示驱动A, 1R 显示驱动B, 1S 显示驱动C, 1R 显示驱动D, 1网络2LD 四层内呼按钮R 显示驱动A, 1R 显示驱动B, 1S 显示驱动C, 1R 显示驱动D, 1网络3LD 三层内呼按钮S 显示驱动A, 1S 显示驱动B, 1R 显示驱动C, 1R 显示驱动D, 1网络4LD 二层内呼按钮R 显示驱动A, 1S 显示驱动B, 1R 显示驱动C, 1R 显示驱动D, 1网络5LD 一层内呼按钮S 显示驱动A, 1R 显示驱动B, 1R 显示驱动C, 1R 显示驱动D, 1网络6LD

26、 底层内呼按钮R 显示驱动A, 1S 显示驱动B, 1S 显示驱动C, 1R 显示驱动D, 14.2.3 定时器指令按下轿厢内相应的内呼按钮，相应指示灯点亮并延时2秒后熄灭。网络1LD T34R M0.4, 1网络2LD 四层内呼按钮S M0.4, 1网络3LD M0.4TON T34, VW200网络4LDN T34A M0.4= 四层内呼指示4.2.4 模拟电位器指令按下轿厢内四层内呼按钮，相应指示灯点亮并延时通过模拟电位器设定的时间值后熄灭。网络1LD T34R M0.4, 1网络2LD 四层内呼按钮S M0.4, 1网络3LD SM0.0BTI SMB28, VW200网络4LD M0

27、.4TON T34, VW200网络5LDN T34A M0.4= 四层内呼指示4.2.5数学运算指令按设定好电梯基本数据，通过数学运算得出各层相应数据。网络1LDN 初始化继电器MOVD -5, 底层下平层MOVD 5, 底层上平层MOVD 738, 楼层高度网络2LD 常ON继电器MOVD 楼层高度, 楼层范围/D +2, 楼层范围MOVD 底层下平层, 底层楼层范围+D 楼层范围, 底层楼层范围MOVD 一层下平层, 一层楼层范围+D 楼层范围, 一层楼层范围MOVD 二层下平层, 二层楼层范围+D 楼层范围, 二层楼层范围MOVD 三层下平层, 三层楼层范围+D 楼层范围, 三层楼层范

28、围MOVD 四层下平层, 四层楼层范围+D 楼层范围, 四层楼层范围MOVD 五层下平层, 五层楼层范围+D 楼层范围, 五层楼层范围4.2.6高速计数器指令手动控制轿厢运行，数码管显示当前所在楼层值。网络1LDN 下基准限位开关EDMOVB 16#FC, SMB37MOVD +0, SMD38HDEF 0, 9ENIHSC 0网络2LD 手动上升= 正向启动网络3LD 手动下降= 反向启动网络4LD 急停按钮O 下基准限位开关O 上极限限位开关EU= M0.5网络5LD T34R M0.4, 2网络6LD M0.5S M0.4, 1网络7LD M0.4TON T34, 20网络8LDN T3

29、4A M0.4NOT= 电机急停网络9LDN 初始化继电器MOVD -5, 底层下平层MOVD 5, 底层上平层MOVD 738, 楼层高度网络10LD 常ON继电器MOVD 楼层高度, 楼层范围/D +2, 楼层范围MOVD 底层下平层, 底层楼层范围+D 楼层范围, 底层楼层范围MOVD 一层下平层, 一层楼层范围+D 楼层范围, 一层楼层范围MOVD 二层下平层, 二层楼层范围+D 楼层范围, 二层楼层范围MOVD 三层下平层, 三层楼层范围+D 楼层范围, 三层楼层范围MOVD 四层下平层, 四层楼层范围+D 楼层范围, 四层楼层范围MOVD 五层下平层, 五层楼层范围+D 楼层范围,

30、 五层楼层范围网络11LDD HC0, 四层楼层范围AD HC0, 三层楼层范围AD HC0, 二层楼层范围AD HC0, 一层楼层范围AD HC0, 底层楼层范围AD HC0, 一层楼层范围S 显示驱动A, 1R 显示驱动B, 1R 显示驱动C, 1R 显示驱动D, 1网络16LDD HC0, 底层楼层范围R 显示驱动A, 1S 显示驱动B, 1S 显示驱动C, 1R 显示驱动D, 14.2.7 轿厢自动开关门及语音报站实现轿厢门的手动开和自动加手动关门。 功能：按下轿厢内开门按钮I3.6，轿厢门自动开，等过3秒后门自动关闭，也可以按下轿厢内关门按钮I3.7。网络1LD I3.6O M0.0AN T37S Q0.6, 1TON T37, 5= M0.0网络2LDN I2.7EDR Q0.6, 1网络3LD I2.7EUS M0.1, 1网络4LD M0.1TON T38, 30网络5LD Q0.6AW= T37, 5= Q3.5网络6LD T38O Q3.7EUS Q0.5, 1网络7LDN I2.6EDR