PLC六层电梯设计要点.pdf

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1、1 本科生专题设计报告 题目六层电梯 PLC控制系统 专业 学生姓名 年级 指导教师职称 2 摘要 本设计通过讨论电梯控制系统的组成，阐述可编程控制器（PLC ）在电梯 控制中的应用，采用欧姆龙公司的PLC编程程序控制方式，提出了六层电梯的 PLC控制系统总体设计方案、设计过程、组成，列出了具体的主要硬件电路、 电梯的控制梯形图及指令表。并给出了系统组成框图和程序流程图，在分析、 处理随机信号逻辑关系的基础上，提出了PLC的编程方法，设计了一套完整的 电梯控制系统方案。采用本方案实现电梯控制，能够解决继电器接触器触 点多，故障率高、可靠性差、安装调试周期长、维修工作量大、接线复杂等缺 点。使电

2、梯运行更加安全、经济、方便、舒适。 关键词 ：电梯、 PLC 、梯形图 3 目录 摘要 2 引言 4 任务书 5 1 可编程控制器简介 6 2.1 PLC 的结构及各部分的作用6 2.2 PLC 的工作原理 .8 2.3 PLC 的编程语言 .9 2.4 梯形图设计规则 .9 3 六层电梯 PLC控制系统设计 .10 3.1 实现目标 10 3.2 控制思路 10 3.3 需求分析 12 3.4 硬件设计 12 3.5 逻辑分析 14 3.6 程序设计 14 3.7 程序说明 17 4 实验结果及分析 .18 参考文献 .20 4 引言 随着城市建设的不断发展，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增

3、多，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。它是采用 电力拖动方式，将载有乘客或货物的轿厢，运行于垂直方向的两根刚性导轨之 间，运送乘客和货物的固定式提升设备。所以，电梯是为高层建筑运输服务的 设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。但传统的电梯控制系 统主要采用继电器 - 接触器进行控制， 其缺点是触点多， 故障率高、 可靠性差、 维修工作量大等， 而采用 PLC 组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电 梯运行更加安全、方便、舒适。 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

4、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 ） 取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的 区别。但是相对于微机，利用PLC设计的电梯控制系统，有成本低、体积小等 多个优点。 所以，利用 PLC设计电梯控制系统，必然是商家最喜欢的选择。 5 任务书 1、实验目的 用 PLC构成电梯自控系统。 2、实验内容 （1）当轿厢停于 1 层或 2层或 3 层或 4 层，或者 5 层时，按 PB6按钮呼梯 （6 层呼） ，则轿厢上升至 LS6（6 层）停。 （2）当轿厢停于 6 层或 5层或 4 层或 3 层，或者 2 层时，按 PB1

5、按钮呼梯 （1 层呼） ，则轿厢下降至 LS1（1 层）停。 （3）当轿厢停于 1 层，若按 PB2按钮呼梯，则轿厢上升至LS2 停，若按 PB3按钮呼梯，则轿厢上升至LS3停。 （4）当轿厢停于 6 层，若按 PB5按钮呼梯，则轿厢下降至LS5 停，若按 PB4按钮呼梯，则轿厢下降至LS4停。 （5）当轿厢停于 1 层，而 PB2 、PB3 、PB4 、PB5 、PB6按钮均有人呼梯时， 轿厢上升至 LS2暂停 4s 后继续上升至 LS3，暂停 4s 后继续上升至 LS4，暂停 4s 后继续上升至 LS5，暂停 4s 后继续上升至 LS6停止。 （6）当轿厢停于 6 层，而 PB5 、PB4

6、 、PB3 、PB2 、PB1按钮均有人呼梯时， 轿厢下降至 LS5暂停 4s 后继续下降至 LS4，暂停 4s 后继续下降至 LS3，暂停 4s 后继续下降至 LS2，暂停 4s 后继续下降至 LS1停止。 （7）轿厢在楼层间运行时间超过12s，电梯停止运行。 （8）当轿厢在上升（下降）途中，任何反方向下降（上升）的按钮呼梯均 无效，楼层指示灯亮表征有该层的信号请求，灯灭表征该楼层请求信号消除。 指示灯“”亮表示电梯上升。 指示灯“”亮表示电梯下降。 6 1. 可编程控制器简介 可编程控制器是60 年代末在美国首先出现，当时叫可编程控制器PLC （Programmable Logic Con

7、troller） ，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、 计时、计数等顺序控制功能。 PLC 的基本设计思想是反映计算机功能完善、灵活、 通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来， 控制器的硬件是标准的、通用的。 随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70 年代中 期以后，PLC 已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路 也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC 已不再是逻辑判 断功能，还同时具有数据处理、PID 调节和数据通信功能。 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设 计。它采

8、用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、 定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制 各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器对用户来说， 是一种无触点设备， 改变程序即可改变生产工艺， 因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。 另一方 面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货 要求专门设计控制器， 适合批量生产。 由于这些特点， 可编程控制器问世以后很 快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。得到了广泛的应用。 2.1 PLC 的结构及各部分的作用 可编程控制器的结构多种多样， 但其组成

9、的一般原理基本相同， 都是以微处 理器为核心的结构。通常由中央处理单元（CPU） 、存储器（ RAM 、ROM） 、输 出输出单元（ I/O） 、电源和编程器等几个部分组成。其结构图如图1： 7 图 1 PLC的结构图 2.1.1 中央处理单元（ CPU ） CPU 作为整个 PLC 的核心，起着总指挥的作用。CPU 一般由控制电路、运 算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU 通 过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPU 的功能有以下一些： 从存储器中读取指令， 执行指令，取下一条指令， 处理中断。 2.1.2 存储器（ RAM 、R

10、OM ） 存储器主要用于存放系统程序、 用户程序及工作数据。 存放系统软件的存储 器称为系统程序存储器； 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作 数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM 、EPROM 和 EEPROM。 RAM 是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存 放在 RAM 中的用户程序可方便地修改。RAM 存储器是一种高密度、低功耗、 价格便宜的半导体存储器， 可用锂电池做备用电源。 掉电时，可有效地保持存储 的信息。 EPROM、EEPROM 都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理 程序和应用程序。 2.1.3 输入输出单元（ I/

11、O 单元） I/O 单元实际上是 PLC 与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O 单 元有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC 输入接口的输入器件是各种开关、按 钮、传感器等。 PLC 的各输出控制器往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器 CPU 存储器 电源部分 输 入 单 元 输 出 单 元 编程器或其他设备 按钮 接触器 电磁阀 指示灯 行程开关 继电器触点 8 有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。 2.1.4 电源 PLC 电源单元包括系统的电源及备用电池， 电源单元的作用是把外部电源转 换成内部工作电压。 PLC 内有一个稳压电源用于对PLC 的 CPU 单元和

12、 I/O 单元 供电。 2.1.5 编程器 编程器是 PLC 的最重要外围设备。利用编辑器将用户程序送入PLC 的存储 器，还可以有用编辑器检查程序，修改程序，监视PLC 的工作状态。除此以外， 在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC 编程。 利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。 2.2 PLC 的工作原理 PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU 从 第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回到第一条，如此周而复始不 断循环。 PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、 程序输出几个阶段。全过程扫描

13、一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状 态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部 处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。扫描图 如图 2： 图 2 9 2.3 PLC 的编程语言 2.3.1 梯形图 梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，它是在电路控制系统中常用的继电 器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来的，形象、直观、实用。 梯形图的设计应注意以下三点： （一）梯形图按从左到右、 从上到下的顺序排列。 每一逻辑行起始于左母线， 然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。 （二）梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念

14、电流”，从左流 向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中应满 足线圈接通的条件。 （三）输入继电器用于接收外部的输入信号，而不能由 PLC内部其它继电器 的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输 出继电器输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电 时, 就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶 体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点可供内部编程使用。 2.3.2 助记符 指令语句表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，但比汇编语 言易懂易学。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三

15、部分组成。 24 梯形图设计规则 2.4.1 触点的安排 梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。 2.4.2 串、并联的处理 在有几个串联回路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上 面。在有几个并联图回路相串联时， 应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左 面。 10 2.4.3 线圈的安排 不能将触点画在线圈右边，只能在触点的右边接线圈。 2.4.4 不准双线圈输出 如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，则称为双线圈输出。这 时前面的输出无效，只有最后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。 2.4.5 重新编排电路 如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等

16、效电路，然后再进 行编程就比较容易。 2.4.6 编程顺序 对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段，每一段从最左边触点开 始，由上之下向右进行编程，再把程序逐段连接起来。 3 六层电梯 PLC控制系统设计 3.1 实现目标 根据对任务书的分析，控制要求共4 个： （1）通过简单的呼叫和楼层检测信号，实现对电梯的控制； （2）电梯在运行过程中，反向的请求信号无效； （3）当电梯到达呼叫层时，呼叫请求信号取消。如果还有其他层的呼叫 请求信号，电梯在该层停留4 秒后，继续运行； （4）电梯在楼层间运行时间超过12 秒时，电梯停止运行。 32 控制思路 电梯系统电气部分的主要组成就是电机拖动，若想

17、对电梯实现控制，首先 要知道电梯的位置，其次配合楼层的呼叫请求信号， 来实现对该电梯控制的任务。 从任务书中可知， 输入信号只有两种， 外加内部辅助继电器的信号传递，就能完 成本任务，其工作流程图如图3-1. 11 图 3-1 12 3.3 需求分析 这个任务是实现六层电梯的换向控制，设计中只对这一控制功能必需的信号 进行设置。主要是完成对PLC的输入输出点数的确定。 3.3.1 对 PLC的输入设置： （1）各楼层间的呼叫请求按钮 从任务书可见，每层的请求信号按钮，从PB1到 PB6 ，分别用做 1 层到 6 层的呼梯信号。 （2）电梯运行位置的检测 为确保电梯的正常停止或运行， 在各层设置

18、了位置检测元件， 当电梯运行 到该层时，对应的检测元件给出信号，送到PLC ，进行控制。因为不是现实 中，所以这里不具备，就以手动输入来确定，当拨码开关打上去，表示电梯 在该层，拨码开关打下去表示电梯离开该层。每层一个开关，共六个。 所以输入点数共 12 个。 3.3.2 对 PLC的输出设置： 对电机进行控制的输出，就是正向控制表示电梯上升和反向控制表示电梯 下降，用 2 个输出口。针对学校的PLC操作台，用指示灯表示。然后还有对楼层 呼梯信号的显示， 每层一个， 共六个指示灯。 具体的电梯控制速度等其他任务根 据实际要求情况的不同而不同。 3.4 硬件设计： （1） 输出开关控制电机正反的

19、连接 方式如图 3-2. （2）通过对 PLC的点数分析，我们 可以选用 20 点的 PLC（12 输入-8 输出） ， 可以得出 PLC的具体按钮配置示意图如 图 3-3。 （3）PLC 端口点数位子的I/O分 配表如图 3-4. 图 3-2 13 图 3-3 输 入 00000 一楼呼梯按钮 输 入 00001 一楼位置检测 00002 二楼呼梯按钮00003 二楼位置检测 00004 三楼呼梯按钮00005 三楼位置检测 00006 四楼呼梯按钮00007 四楼位置检测 00008 五楼呼梯按钮00009 五楼位置检测 00010 六楼呼梯按钮00011 六楼位置检测 输 出 10000

20、 一楼指示灯 输 出 10003 四楼指示灯 10001 二楼指示灯10004 五楼指示灯 10002 三楼指示灯10005 六楼指示灯 10006 上升指示灯10007 下降指示灯 图 3-4 14 3.5 逻辑分析 本设计的中，共 4 种逻辑： （1）如果电梯位置检测一直没有信号到来，则说明电梯在楼层间， 这时用一 个定时器开始 12 秒计时，时间到，停止电梯运行。 （2）如果来了一个呼叫请求信号，则相应的请求指示灯亮（自保持），当到 达相应楼层（产生电梯位置检测信号） ，指示灯灭。如果还有请求信号（配合下 降沿微分指令），启动定时器 4 秒，产生 4 秒的闪烁信号，继续运行。 （3）如果

21、电梯上升，则下降请求信号无效（通过上升和下降信号的互锁） （4）如果呼叫请求信号没有在电梯位置的下方，则电梯运行方向为上升， 反 之下降。 3.6 程序设计 15 16 17 3.7 程序说明： 程序中，当有呼梯信号来时，PLC 进行判断电梯的位置，进一步产生电梯运 动的方向，并对结果进行自保持，使得楼层指示灯亮。 当电梯来的呼梯层，断开呼梯信号，时楼层指示灯灭。 其中微分指令就是判断一次呼梯请求灭以后（表明已经完成至少有一次呼梯 请求） ，再加上判断是否还有呼梯请求信号没有完成，如果还有进行4 秒定时， 并使得电梯方向指示灯闪烁，4 秒后方向指示灯亮，电梯继续运行。 程序中的 20014、2

22、0015 分别对电梯下降、上升进行锁定，即当电梯上升、下 18 降时，其他任何下降、上升呼梯请求信号无效。 最后一条指令说明，当电梯均不在任何一楼层时，即电梯在楼层间运行，则 启动 12 秒定时，若定时到，怎使所以指示灯熄灭，表示电梯停止运行。 4 实验结果及分析： 电梯在 2 楼，3 楼有请求， 3 楼指示灯亮，上升指示灯亮 在上一步的基础上， 1 楼请求无效（反方向请求） ，4 楼请求有效， 3,4 楼指示 灯均亮，上升指示灯亮 19 电梯在 4 楼，3 楼有呼叫， 3 楼指示灯亮，下降指示灯亮 在第 3 步的基础上，增加2 楼请求和 5 楼请求， 2 楼有效，指示灯亮， 5 楼无效 由于是图片，所以，无法显示指示灯4 秒闪烁和 12 秒后熄灭的情况，不过 实验证实能满足这两个要求。 所以，程序正确，能稳定的实现本任务的控制要求。 20 5 参考文献： 1 江秀汉，汤楠 . 可编程序控制器原理及应用（第二版）M. 西安：西安 电子科技大学出版社， 2003. 2 贾德胜 .PLC应用开发实用子程序 M. 北京：人民邮电出版社，2006. 3 廖常. 可编程序控制器的编程方法与工程应用M. 重庆：重庆大学出版 社,2001