毕业设计（论文）基于PLC设计三层电梯.doc

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1、 前言随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。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。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及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制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。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）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这

2、两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳 定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。1900年美国奥梯斯电梯公司制造出世界上第一台自动扶梯。1915年已设计成功电梯自动平层控制系统。1933年美国制造出6m/s的高速电梯。在第二次世界大战以后，美国的建筑业得以快速发展，促使电梯也进入发展时期，新技术被广泛用于电梯。1949年研制出4-6台电梯的群控系统。1955年出现了真空电子管小型计算机控制的电梯。1962年在美国己出现了8.5m/s的超高速

3、电梯。在1967年将固体晶闸管用于电梯拖动系统。随着电力电子技术的发展，在用晶闸管取代直流发电机电动机组的同时，研制出了交流调压调速系统，使交流电梯的调速性能得到了明显改善。1976年将微处理器应用于电梯。1977年日本三菱电机株式会社开发出了10m/s的超高速电梯。至此，电梯的控制技术有了很大发展。进入80年代，电梯控制技术又有了新的变化。由于固体功率器件的不断发展和完善以及微机技术的应用，出现了交流变频调速系统。1984年在日本己将其用于2m/s以上的高速电梯。1985年以后，又将其延伸到中、低速交流调速电梯。交流变频调速技术被认为是电梯行业的当代技术。当前，在电梯电力拖动方面，除了大容量

4、电梯还采用直流拖动系统以外，用交流变频调速方式取代直流调速方式，已成为高速电梯的主流。 基于PLC设计三层电梯 摘要本文介绍了电梯的起源与发展，载货电梯的特点与技术现状，以及本设计的目的、内容和意义。先对电梯的定义、种类、组成进行阐释，从而对电梯有初步了解。进而介绍了可编程序控制器的发展阶段、定义、基本结构、工作原理、PLC的性能指标、特点、PLC的应用、选型；介绍了变频器的作用、基本构成、变频器的分类、变频器的矢量控制原理、电梯变频调速控制的特点。货梯控制系统的设计思想是货梯控制系统采用随机逻辑方式控制。关键词：可编程序控制器，货梯控制，变频器，PLC，监控ABSTRACTThe artic

5、le introduces the origin and the development of the elevator and the characteristics of the freight elevator with the present situation, and the design of the objectives, contents and significance. At first gives the definition, types, composition, which hopes to have a preliminary understanding of

6、the lift. And then describes the PLCs stage of development, definition, the basic structure and working principle, performance and features，PLCs application and selection, describing the basic composition of the inverter, classification, the vector control principle of the inverter and VVVF elevator

7、 control features. The design of the freight elevator control system is the system with random logic control. Key Words: programmable controller, freight elevator controlling, frequency transformer，PLC , monitoring function 目录：前言2摘要3ABSTRACT3一 PLC的简介51.1 PLC的定义51.2 PLC的基本结构51.3 PLC的工作原理6二 电梯系统的设计72.

8、1 总体方案72.2 电梯模型系统设计72.3 电梯控制系统设计8三 数据库设定103.1 电梯PLC.I/O配线表103.2 梯形图设计113.3 I/O接线图15总结16致 谢16参考文献17 一 PLC的简介1.1 PLC的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。总之，可编程控制器是一台计算机，它是专

9、为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。1.2 PLC的基本结构PLC的基本结构如图2-1所示。CPU模块I/O模块编程器电源接口1.3 PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的

10、扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。1）输入采样PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样，也称输入刷新。PLC在运行程序时，所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。在本工作周期内采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。2）程序执行PLC完成了输入采样工作后，按顺序从0000号地址开始的程序进行逐条扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电

11、器中获得所需的数据进行运算处理，再将程序执行的结果写入输出映像寄存器中保存。但这个结果在全部程序末执行完之前不会送到输出端子上。3）输出刷新在执行到END指令，即执行完用户所有程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器C中进行输出，驱动用户设备。PLC重复地执行上述三个阶段，每重复一次的时间就是一个扫描周期（也称一个工作周期）。在每次扫描中，可编程控制器只对输入采样一次，输出刷新一次，这可以确保在程序执行阶段，在同一个扫描周期的输入映像寄存器和输出锁存电路中的内容保持不变。用户程序存储区：用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。电源：PLC的电源在

12、整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。二 电梯系统的设计2.1 总体方案目前，电梯行业在我国迅速的发展，在一定程度上占有很大的市场。而在今天选择控制电梯运动的设备已经从传统的继电器接触器转变成可编程序控制器（PLC）。可编程序控制器（PLC）与其他计算机控制相比较：个人计算机有很强的数据处理功能和图形显示功能，有丰富的软件支持，但是它们是为办公室自动化和家庭设计的，对环境要求很高，抗干扰能力不强，一般不适合在

13、工业现场使用。单片机只是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。要将它用于工业控制，还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大，要求设计者具有很强的计算机领域的理论知识和实践经验。工业控制计算机（简称工控机）也是为工业控制设计的，目前比较流行的是PC总线工控机，它与个人计算机兼容。工控机采用总线式结构，各厂家产品的兼容性强。工控机一般是在通用微机的基础上发展起来的，有实时操作系统的支持，因此在要求快速、实时性强、功能复杂的领域占有优势。工控机的价格较高，将它有与开关量控制以取代继电器系统有些大材小用。工控机的外部I/O接线一般都用多芯扁平电缆和插

14、头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如可编程序控制器的接线端子那样方便可靠。以上各种计算机用语控制的程序一般都是用汇编语言编写的，不像可编程续控制器的梯形图语言那样易于被工厂的电气人员掌握。可编程序控制器是专为工厂现场应用环境设计的，结构上采取整体密封或插件组合型，对印刷电路板、电源、机架、插座的制造和安装，均采用了严密的措施。可编程序控制器由于具有前述的各种优点，在工业控制领域具有不可比拟的竞争力。当然在电梯的控制领域也具有重要的地位，把可编程序控制器用于电梯运动的核心部分是很合理的选择，而且可编程序控制器现在在市场上也是一种成熟的产品。总之，经上述比较可得，我确定选用PLC控制电梯的运行。

15、2.2 电梯模型系统设计由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送PLC的计数器来进行控制。为便于观察，对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，采用LED和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。为了提高电梯的运行效率和平层的精度，系统要求PLC能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制。根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算

16、法来实现。根据电梯所处的位置和运行方向，在编程中，采用了四个优先级队列，即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。其中，上行优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的阵列。上行次优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以下楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。控制系统在电梯运行中实时排列的四个优先级陈列，为实现随机逻辑控制提供了基础。货梯结构图2.3 电梯控制系统设计例如接通X012即接通SQ1，表示桥箱原停楼层1，按

17、S3,即X001接通一下，表示呼叫楼层3，则Y007接通，三层内选指示灯SEL3亮，Y005接通，表示电梯上升，手动（表示桥箱离开底层，释放行程开关）SQ1断开；电梯在底层与二层之间运行指示灯L1亮，2秒后一层指示灯L1灭，二层指示灯L2亮，2秒后二层指示灯L2灭，三层指示灯L3亮。直至SQ3接通，Y007断开（三层内选指示灯SEL3灭），Y005断开（表示电梯上升停止），三层指示灯L3灭，电梯到达三层。一 电梯在一二三层楼分别设置一个行程开关，在桥箱内设置三个楼层内选按钮。行程开关SQ1SQ2SQ3都断开的情况下，呼叫不起作用。二 用指示灯来模拟电梯的运行过程。（1）从一层到二层：接通X01

18、2即接通SQ1，表示桥箱原停楼层1，按S2，即X002接通一下，表示呼叫楼层2，则Y010接通，二层内选指示灯SEL2亮，Y005接通，表示电梯上升。断开SQ1，一层指示灯L1亮，过2秒后，一层指示灯L1灭，二层指示灯L2亮。直至SQ2接通，Y010断开（二层内选指示灯SEL2灭），Y005断开（表示电梯上升停止），二层指示灯L2灭，电梯到达二层。在桥箱原停楼层1时，按U2，电梯运行过程同上。（2）从一层到三层：接通X012即接通SQ1，表示桥箱原停楼层1，按S3，即X001接通一下，表示呼叫楼层3，则Y007接通，三层内选指示灯SEL3亮，Y005接通，表示电梯上升。断开SQ1，一层指示灯L

19、1亮，过2秒后，一层指示灯L1灭，二层指示灯L2亮；过2秒后，二层指示灯L2灭，三层指示灯L3亮。直至SQ3接通，Y007断开（三层内选指示灯SEL3灭），Y005断开（表示电梯上升停止），三层指示灯L3灭，电梯到达三层。在桥箱原停楼层1时，按U3，电梯运行过程同上。（3）从二层到三层：接通X013即接通SQ2，表示桥箱原停楼层2，按S3，即X001接通一下，表示呼叫楼层3，则Y007接通，三层内选指示灯SEL3亮，Y005接通，表示电梯上升。断开SQ2，二层指示灯L2亮，过2秒后，二层指示灯L2灭，三层指示灯L3亮。直至SQ3接通，Y007断开（三层内选指示灯SEL3灭），Y005断开（表示

20、电梯上升停止），三层指示灯L3灭，电梯到达三层。在桥箱原停楼层2时，按U3，电梯运行过程同上。（4）从三层到二层：接通X014即接通SQ3，表示桥箱原停楼层3，按S2，即X002接通一下，表示呼叫楼层2，则Y010接通，二层内选指示灯SEL2亮，Y004接通，表示电梯下降。断开SQ3，三层指示灯L3亮，过2秒后，三层指示灯L3灭，二层指示灯L2亮。直至SQ2接通，Y010断开（二层内选指示灯SEL2灭），Y004断开（表示电梯下降停止），而层指示灯L2灭，电梯到达二层。在桥箱原停楼层3时，按D2，电梯运行过程同上。（5）从三层到一层：接通X014即接通SQ3，表示桥箱原停楼层3，按S2，即X0

21、03接通一下，表示呼叫楼层1，则Y011接通，一层内选指示灯SEL1亮，Y004接通，表示电梯下降。断开SQ3，三层指示灯L3亮，过2秒后，三层指示灯L3灭，二层指示灯L2亮；过2秒后，二层指示灯L2灭，一层指示灯L1亮。直至SQ1接通，Y011断开（一层内选指示灯SEL1灭），Y004断开（表示电梯下降停止），而层指示灯L1灭，电梯到达一层。在桥箱原停楼层3时，按D1，电梯运行过程同上。（6）从二层到一层：接通X013即接通SQ2，表示桥箱原停楼层2，按S1，即X003接通一下，表示呼叫楼层1，则Y011接通，一层内选指示灯SEL1亮，Y004接通，表示电梯下降。断开SQ2，二层指示灯L2亮

22、，过2秒后，二层指示灯L2灭，一层指示灯L1亮。直至SQ1接通，Y011断开（一层内选指示灯SEL1灭），Y004断开（表示电梯下降停止），而层指示灯L1灭，电梯到达一层。在桥箱原停楼层2时，按U1，电梯运行过程同上。（7）从一层到二三层：接通X012即接通SQ1，表示桥箱原停楼层1，按S2S3，即X001X002接通一下，表示呼叫楼层23，则Y010Y007接通，二层内选指示灯SEL2亮三层内选指示灯SEL3亮，Y005接通，表示电梯上升。断开SQ1，一层指示灯L1亮，过2秒后，一层指示灯L1灭，二层指示灯L2亮；SQ2闭合后，二层指示灯L2灭，二层内选指示灯SEL2灭，SQ2断开后，二层指

23、示灯L2亮，过2秒后，二层指示灯L2灭，三层指示灯L3亮。直至SQ3接通，Y007断开（三层内选指示灯SEL3灭），Y005断开（表示电梯上升停止），三层指示灯L3灭，电梯到达三层。在桥箱原停楼层1时，按U2U3，电梯运行过程同上。（8）从三层到二一层：接通X014即接通SQ3，表示桥箱原停楼层3，按S2S1，即X002X003接通一下，表示呼叫楼层21，则Y010Y011接通，二层内选指示灯SEL2一层内选指示灯SEL1亮，Y004接通，表示电梯下降。断开SQ3，三层指示灯L3亮，过2秒后，三层指示灯L3灭，二层指示灯L2亮；SQ2闭合后，二层指示灯L2灭，二层内选指示灯SEL2灭，SQ2断

24、开后，二层指示灯L2亮，过2秒后，过2秒后，二层指示灯L2灭，一层指示灯L1亮。直至SQ1接通，Y011断开（一层内选指示灯SEL1灭），Y004断开（表示电梯下降停止），而层指示灯L1灭，电梯到达一层。三 数据库设定3.1 电梯PLC.I/O配线表三层楼电梯输入端子分配表见表3-1序号名称输入点序号名称输出点1三层内选按钮S3X0016一层上呼按钮U1X0072二层内选按钮S2X0027二层上呼按钮U2X0103一层内选按钮S1X0038一层行程开关SQ1X0124三层下呼按钮D3 X0059二层行程开关SQ2X0135二层下呼按钮D2X00610三层行程开关SQ3X014表3-2三层楼电梯

25、输出端子分配表序号名称输入点序号名称输出点1三层指示L3Y0017二层内选指示SEL2Y0102二层指示L2Y0028一层内选指示SEL1Y0113一层指示L1Y0039一层上呼指示UP1Y0124轿厢下降指示DOWNY00410二层上呼指示UP2Y0135轿厢上升指示UPY00511二层下呼指示DN2Y0156三层内选指示SEL3Y00712三层下呼指示DN3Y0163.2 梯形图设计3.3 I/O接线图参考文献1史宜巧主编.PLC 技术及应用项目教程.北京：机械工业出版社2姜至臻主编.PLC 项目实训FX2n系列.北京：高等教育出版社3陈虹主编.楼宇自动化技术与应用.北京：机械工业出版社4陈伯时主编.电力拖动自动控制系统运动控制系统.北京：机械工业出版社5陈远龄主编机床与电气自动控制.重庆：重庆大学出版社6曹承志主编.电机、拖动与控制.北京:机械工业出版社7唐介主编.电机拖动与控制基础.北京:高等教育出版社