基于三菱FX2N系列PLC的六层电梯控制

成 都 工 业 学 院 毕 业 设 计 （论 文）

设计（论文）题目：基于三菱FX2N系列PLC的六层电梯

控制系统设计

系 部 名 称： 专 业： 班 级： 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师：

二O一四 年 月

摘要

随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行即高效节能又安全可靠。传统的电梯控制系统采用的是继电器逻辑控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命短，占地空间大，正逐步被淘汰。

为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，设计了一套以PLC为核心控制器的电梯自动控制系统，用来取代以往的较复杂的继电器—接触器控制。系统的核心部分（控制部分）使用了日本三菱公司生产的FX2N-80型PLC，因为在核心控制部分采用的是软件程序控制，从而在保证电梯正常运行这个要求的情况下，大大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容易性，同时还克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素，取得了良好的预期效果。 关键词：电梯 PLC 梯形图

I

Abstract

With the development of modern cities, an increasing number of high-rise building, elevator become an indispensable means of transport of daily life. The quality of the lift performance of the impact on people's lives becoming more and more obvious, it must strive to improve the performance of elevator systems, and ensure the operation of the lift is safe, reliable and energy efficient. The traditional elevator control system uses logic of the relay to control circuit, this kind of controls easily to be crash, maintains inconveniently, the movement life is short, and that occupying a large area of space, it being eliminated gradually. For raising the credibility of the automatic control system and the work efficiency of the equipments, design a set of take PLC as the core controller of the elevator auto control system, using to replace former more complicated of after electric appliances-the contact machine control. The core part(control part) of the system used a Japanese Mitsubishi company to produce of the FX2N - 80 type PLC is the software procedure control in the core because of what to control the part adoption, thus Be promising the elevator circulates normally under the circumstance of[with] this request, raised elevator to break down check and the convenience and easy for maintain consumedly, still overcame to move an operation some artificial interference factors bring in the meantime, obtain the good results.

Key Words: Elevator, PLC, Ladder Diagr

II

目录

摘 要.................................................................... I Abstract................................................................. II 目录.................................................................... III 第1章 绪论............................................................... 1

1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 ............................... 2

1.1.1电梯继电器控制系统的优点 ..................................... 2 1.1.2电梯继电器控制系统存在的问题 ................................. 2 1.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点................................... 3

1.2.1 PLC 的特点................................................... 3 1.2.2 PLC 控制电梯的优点........................................... 3 1.3 课题的提出........................................................ 4 1.4 课题的主要讨论内容................................................ 5 1.5 电梯的功能要求................................................... 10 第2章 三菱FX2N 系列可编程序控制器介绍 .................................. 10 2.1 三菱FX2N PLC的主要特点.......................................... 10

2.2.1 三菱FX2N PLC的主要结构..................................... 10 2.2.2 三菱FX2N PLC的主要特点..................................... 10 2.2.3 PLC的性能指标和分类 ........................................ 10 2.2 可编程序控制器的工作方式......................................... 11 2.3 可编程控制器的编程语言........................................... 11 第3章 电梯设备和电梯发展动态............................ 错误！未定义书签。

3.1 电梯的出现及发展 ................................. 错误！未定义书签。 3.2 电梯设备 ......................................... 错误！未定义书签。

3.2.1电梯的分类................................................... 11 3.2.2电梯的主要组成部分........................................... 11 3.2.3电梯的安全保护装置........................................... 12 3.2.4电梯的发展与展望............................................. 13

第4章 PLC 的选择及电梯的运动控制........................................ 13

4.1可编程控制器（PLC）的选型......................................... 14 4.2 门机电路、抱闸电路及安全运行电路 ................. 错误！未定义书签。 4.3电梯的主要电气设备................................................ 15 4.4电梯运动过程分析.................................. 错误！未定义书签。

III

4.4.1电梯的开关门环节............................................ 15 4.4.2外呼信号的登记与消除环节.................................... 16 4.4.3电梯的定向环节.............................................. 16 4.4.4楼层显示.................................................... 17 4.5 PLC的输入与输出 .................................. 错误！未定义书签。

4.5.1 PLC控制系统的I/O点数计算................................... 17 4.5.2 PLC的输入与输出口设计....................................... 18

第5章 程序的调试与仿真.................................................. 23 5.1调试程序 .......................................................... 23 5.2模拟仿真 .......................................................... 24 结 论.................................................................... 27 参 考 文 献.............................................................. 28 附件一：电梯运行流程图................................................... 29 附件一：梯形图........................................................... 30

IV

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给曳引电动机减速信号，使其换速；当平层停车后，发出信号以消去已应答的选层、呼梯信号，并指示轿厢当前位置，选层器种类较多，通常分为三大类，即机械选层器、继电器选层器和微机选层器。其中机械选层器与继电器选层器将随着继电器控制电梯的

逐步淘汰而淘汰。由于本毕业设计是六层电梯的控制故选用感应器检测轿厢位置。

图4-2 电梯的平层、停层装置示意图

4.4 电梯运动过程分析

4.4.1 电梯的开关门环节

1. 电梯自动运行停层时的开门。电梯在停层时，至平层位置，继电器 M227-M232接通，电梯开门计时继电器T0开始计时。

2. 手动开门。开关门均为手动状态，由开关门按钮X30和X31实施开门 与关门。

3. 呼梯开门。电梯到达某层站后，如果没有人继续使用电梯，电梯将停 靠在该层站待命，若有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。若其他层站有人呼梯，电梯将首先定向，并起动运行，到达呼梯层时再开门，此时的开门按自动运行停层开门处理。

4. 电梯停用后的关门。此时电梯到达基站，人员离开轿厢，电梯自动延

迟5秒关门 。

5. 电梯自动运行时的关门。停站时间继电器T0延时结束后，电梯自动 关门。停站时间未到，可通过关门按钮实现提前关门。

4.4.2外呼信号的登记与消除环节

1. 人员在轿厢门外呼梯时，X1-X12输入外呼信号，呼梯信号应被接收和

记忆在继电器M100-M109中。当电梯到达该楼层，且定向方向与目的地方向一致时(基层与顶层除外)，呼梯要求已满足，呼梯信号应被消除。

2. 按下外呼按钮时，相对应的外呼辅助继电器M100-M109Q接通，外呼

按钮下的指示灯Y6-Y17会点亮，表示呼梯要求已被电梯接收并记忆。而该信号的消除环节是由当层平层信号的动断触点与运行方向信号的动断并联构成。这样安排是前边提到过的电梯运行中只响应同时同向呼梯的原则决定的。即电梯运行方向与呼梯目的的地方向一致且到达呼梯楼层时，平层感应器X21-X26被触发，电梯将停止，呼梯要求已满足，呼梯信号被消除，指示灯Y6-Y17中与之相应的指示灯会熄灭。

3. 电梯运行方向与呼梯目的地方向相反时，如电梯从一楼向上运行(上

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行)而呼梯要求从二楼向下，若有去三楼以上的内选层要求及外呼梯要求，电梯到达二楼时(无二楼上行要求)依然停梯，但不会下降到一楼，只有当上升到二楼以上的呼叫信号都满足，并消除时，才会显示下降信息。

4.4.3电梯的定向环节

在自动运行状态下，电梯首先应确定方向，也即定向。电梯的定向只有两种情况，即上行和下行。电梯处于待命状态，接收到内选和外呼信号时，应将电梯所处的位置与内选和外呼信号进行比较，确定是上行还是下行。一旦电梯定向后，内选与外呼对电梯进行顺向运行的要求没有满足的情况下，定向信号不能消除。检修状态下运行方向直接由上行和下行起动按钮确定，不需定向。

梯形图中M121及M122分别为定上行及定下行中间继电器，它们线圈的工作条件触点块由内外呼信号及电梯位置信号组成。电梯的定向是由最初的呼梯信号决定的，一旦确定，只有顺向的所以呼梯信号满足后才会停止定向。如电梯从一楼向上运行(上行)而呼梯要求从二楼向下，若有去三楼以上的内选层要求及外呼梯要求，电梯到达二楼时(无二楼上行要求)依然停梯，但不会下降到一楼，会一直上升，只有当上升到二楼以上的呼叫信号都满足，并消除时，才会开始准备下降，但此时需要再次输入呼叫信息。

4.4.4楼层显示

PLC输出端直接与七段数码管连接，无需外部硬件译码器，由PLC软件进行七段译码，直接驱动数码管显示楼层。

4.5 PLC的输入与输出

4.5.1 PLC控制系统的I/O点数计算

根据电梯控制的特点，输入信号应该包括以下几个部分： 1. 轿厢内及各层门厅外呼按钮

主要是轿厢内的楼层选择数字键1~6，各层门厅外呼按钮，除一层只设置上升按钮，六层只设置下降按钮外，其他层均设置上升和下降两个按钮。一共需要16个输入。 2. 位置信号

位置信号由安装于各楼层的电梯停靠位置的6个传感器产生。平时为常开，当电梯运行到平层时关闭。需要6个输入。 3. 控制总开关，1个输入 4. 电梯门控制信号

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大部分电梯都具有开门、关门按钮，以方便手动开关门。一共需要2个输入。

5. 模拟电梯到位按钮

由于需要模拟仿真，所以本设计设置了到位按钮。电梯一共四层，所以设置了6个到位按钮，一共需要6个输入。

综上所述，共需要输入点27个。 输出信号应该包括： 1. 内呼指示信号

内呼指示信号有六个，分别用来表示1~6层楼层内呼的指令被接受，并在内呼指令完成后，信号消失。 2. 外呼指示信号

外呼指示信号共有六个，分别用来表示1~6层楼层外呼的指令被接受，并在外呼指令完成后，信号消失。

3. 电梯轿厢上下行，电梯上下行指示信号，共四个。 4. 门电机开关指示，共需两个输出点。 综上所述，共需要输出点22个。

4.5.2 PLC的输入输出接口的设计

结合三菱FX2N-80MR-D型号PLC，设计出图4-3所示的输入输出接线图。输入接口X01-X32结合了内外呼输入按钮，平层感应信号输入，开关门输入按钮和其他输入信号。输出接口结合了开关门指示信号，楼层指示等指示信号。

图4-3 PLC输入输出接线图

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表4-1 电梯电气元件表

元件符号 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 SB1 SB2 名称及作用 上行接触器 下行接触器 开门接触器 关门接触器 抱闸接触器 1楼上外呼 2楼上外呼 元件符号 HL17 HL18 HL1 HL2 HL3 HL4 HL5 名称及作用 开门指示灯 关门指示灯 1楼外呼记忆灯 2楼上呼记忆灯 2楼下呼记忆灯 3楼上呼记忆灯 3楼下呼记忆灯 第 19 页

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SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 SB9 SB10 SB11 SB12 SB13 SB14 SB15 SB16 SQ SB31 SB32 FR 2楼下外呼 3楼上外呼 3楼下外呼 4楼上外呼 4楼下外呼 5楼上外呼 5楼下外呼 6楼下外呼 1楼内呼 2楼内呼 3楼内呼 4楼内呼 5楼内呼 6楼内呼 上下限位开关 轿厢内开门 轿厢内关门 热继电器 HL6 HL7 HL8 HL9 HL10 HL11 HL12 HL13 HL14 HL15 HL16 HL19 HL20 DPY-a DPY-b DPY-c DPY-d DPY-e DPY-f DPY-g 4楼上呼记忆灯 4楼下呼记忆灯 5楼上呼记忆灯 5楼下呼记忆灯 6楼下呼记忆灯 1楼内呼记忆灯 2楼内呼记忆灯 3楼内呼记忆灯 4楼内呼记忆灯 5楼内呼记忆灯 6楼内呼记忆灯 上行指示灯 下行指示灯 LED层显示a段 LED层显示b段 LED层显示c段 LED层显示d段 LED层显示e段 LED层显示f段 LED层显示g段 表4-2 PLC的输入、输出点分配表

输入 X 输出 Y 1层外呼上 X001 0 抱闸 Y000 2层外呼上 X002 1 上行 Y001 2层外呼下 X003 2 下行 Y002 第 20 页

0 1 2

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3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 3层外呼上 X004 3层外呼下 X005 4层外呼上 X006 4层外呼下 X007 5层外呼上 X010 5层外呼下 X011 6层外呼下 X012 1层内呼 X013 2层内呼 X014 3层内呼 X015 4层内呼 X016 5层内呼 X017 6层内呼 X020 1层平层信号 X021 2层平层信号 X022 3层平层信号 X023 4层平层信号 X024 5层平层信号 X025 6层平层信号 X026 上下限位 X027 轿厢内开门按钮 X30 轿厢内关门按钮 X31 热继电器 X32 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 开门 Y003 关门 Y004 K V线圈故障 Y005 1层外呼上指示 Y006 2层外呼上指示 Y007 2层外呼下指示 Y010 3层外呼上指示 Y011 3层外呼下指示 Y012 4层外呼上指示 Y013 4层外呼下指示 Y014 5层外呼上指示 Y015 5层外呼下指示 Y016 6层外呼下指示 Y017 1层内呼指示 Y020 2层内呼指示 Y021 3层内呼指示 Y022 4层内呼指示 Y023 5层内呼指示 Y024 6层内呼指示 Y025 开门指示 Y026 关门指示 Y027 上行指示 Y030 下行指示 Y031 a Y032 b Y033 c Y034 LED楼d Y035 层显示 e Y036 f Y037 h Y040 表4-3 内部继电器

点 M100 M101 M102 M103 M104 对应信号 1楼上升 2楼上升 2楼下降 3楼上升 3楼下降 功能 点 M111 M112 M113 M114 M115 对应信号 上升综合信号 外呼按钮用，用于记忆外呼按钮呼梯信号，平层解除 第 21 页

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M105 M106 M107 M108 M109 M501 M502 M503 M504 M505 M506 M201 M202 M203 M204 M205 M206 M211 M212 M213 M214 M215 M216 M217 M218 M219 M220 4楼上升 4楼下降 5楼上升 5楼下降 6楼下降 1楼平层信号 2楼平层信号 3楼平层信号 4楼平层信号 5楼平层信号 6楼平层信号 内呼去1楼 内呼去2楼 内呼去3楼 内呼去4楼 内呼去5楼 内呼去6楼 1楼上升 2楼上升 2楼下降 3楼上升 3楼下降 4楼上升 4楼下降 5楼上升 5楼下降 6楼下降 第 22 页

开关门时有效外呼 用于要到达的楼层，平层时解除 M116 M117 M118 M119 M120 M121 M122 上升记忆信号 下降记忆信号 1层有效开门信号 2层有效开门信号 3层有效开门信号 4层有效开门信号 5层有效开门信号 6层有效开门信号 已正常关门信号 1层手动开门 2层手动开门 3层手动开门 4层手动开门 5层手动开门 6层手动开门 手动开门信号综合 关门时间 开门时间 运行后不在平层时间 没有呼叫会基站时间 下降综合信号 平层用，用以记忆平层信号，M227 到达其他平层时解除 M228 M229 M230 M231 M232 M240 M241 M242 M243 M244 M245 M246 M247 T0 T1 T3 T4 成都工业学院毕业设计（论文）

M221 M222 M223 M224 M225 M226 内呼去1楼 内呼去2楼 内呼去3楼 内呼去4楼 内呼去5楼 内呼去6楼 开关门有效内呼

第5章 程序的调试与仿真

5.1调试程序

程序的调试与仿真都GX Designere2 和GT Simulator2触摸屏系列仿真软件上进行。如右图所示，打开GX Developer编程软件，打开之前已绘制的电梯PLC控制梯形图程序，如左下图所示点工具栏中的梯形图逻辑测试启动。此过程主要模拟程序写入PLC的过程，写入成功后，会显示出右下图所示的界面，在ERROR指示灯未亮起，RUN变为黄色时就表示已经正常启动，并且此时还可以通过控制运动状态来控制程序。

接下来，在写入模拟成功的情况下，我们打开GT

Simulator2触摸屏仿真软件进行模拟仿真。如图5-1所示。在这个软件界面，我们可以通过控制输入按钮模拟外

呼和轿厢内的内呼来输出信号指示，通过指示灯来显示上下行、开关门和楼层记忆信号，通过7段数码管来指示楼层显示。

图5-1 电梯触摸屏仿真图

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5.2模拟仿真

调试程序主要通过按钮和指示灯来模拟程序运行后的输入输出。此处举几个

具有代表性的调试例子。

1 轿厢在一层时有二层内呼

首先在触摸屏界面的计时输入栏输入计时时间，成功后，按动总开关。接下来按住一层平层按钮，此时电梯门将会打开，待人进去后。按下二层内呼按钮，此时二层内呼指示灯亮起，电梯上行指示灯亮起，接着按下二层平层按钮，则电梯开门指示灯亮起，同时开始计时，二层内呼指示灯熄灭。计时时间到，电梯开门指示灯熄灭，关门指示灯亮起，同时启动关门计时，整个运动过程结束。

2 电梯在一层时（此时电梯门关着），一层外呼上（四层内呼），未到二层时，同时收到四层外呼下指令（一层内呼），二层外呼下指令，三层外呼上指令（四层内呼）。

这是一个非常复杂的运动过程，包含了设计中要求的自动定向，顺向截梯，反向记忆，自动开门等所有功能。

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首先按住一层平层按钮，然后按下一层外呼按钮，一层上指示灯亮起，此时电梯开门指示灯亮起，一层外呼指示灯熄灭，接着按下开门限位按钮，电梯开门指示灯熄灭，过10秒后，电梯关门指示灯自动亮起，按下关门限位按钮，电梯关门指示灯熄灭。电梯上行指示灯亮起来。按下四层内呼按钮，四层内呼指示灯来亮起。然后连接按下四层外呼下，二层外呼下，三层外呼上按钮，相应指示灯亮起。接着按下二层平层按钮，电梯不做反应，按下三层平层按钮，电梯做开关门运动，并继续上行。按下四层平层按钮，电梯再次做开关门运动，四层内呼指示灯熄灭，上行指示灯熄灭。之后电梯自动下行，下行指示灯亮起，按下一层内呼按钮，一层内呼指示灯亮起，按下三层平层，电梯没有反应，按下二层平层，电梯做开关门，然后继续下行，到一层平层按钮按下，电梯最后做开关门运动，所有指示灯熄灭。整个运动过程结束。

由以上调试结果证明这个电梯PLC控制系统飞设计师成功的，可以实现电梯运行的基本功能。

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结论

针对这个六层电梯的控制系统．本文采用三菱FX2N-80MR-D系列可编程控制器设计电梯的控制系统。初步完成了电梯的轿厢内呼指令、轿厢外召唤指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制任务。利用三菱GX Designere2

和GT Simulator2触摸屏软件，对程序进行模拟电梯PLC控制系统的仿真运行。

通过添加开关按钮作为输入模拟，指示灯模拟输出指示，再设置好各种控件后，能够按照真实的情况动作。检验和测试电梯PLC控制系统对电梯的运行状态的控制效果。实践证明。将PLC可编程控制器编程软件和GX Designere2 和GT Simulator2触摸屏仿真软件相结合，可以非常好地模拟电梯控制系统的调试、测试运行．有利于PLC控制系统的设计和检测，具有良好的应用价值。

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致谢

三年的大学生活已经快结束，在本专业的学习中使我掌握了不少专业知识，锻炼了自己动手能力。毕业设计可以说是三年学习的总结和体现，在指导老师的指导和帮助下，我完成了这篇毕业设计。她热心的帮助和循循善诱的指导深深感动了我。这篇设计和三年中所有教育过我的老师也是分不开的，没有他们的传授的知识我也不可能完成这个的课题。我无论是在课程学习阶段，还是在论文的选题，资料查询和撰写的每一个环节，无不得到指导教师的悉心指导和帮助。我为我几个月来静心学习，并取得较好成绩而感到欣慰，欣慰之余，我要感谢母校，向关心和支持我学习的所有老师和同学们表示真挚的谢意！感谢他们对我的关心和支持

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参考文献

[1] 曹菁. 三菱PLC、触摸屏和变频器应用技术. [M] 北京：机械工业出版社2011 [2] 廖常初.三菱FX系列PLC编程及应用 [M].北京：机械工业出版社2011 [3] 初航. 三菱FX系列PLC编程及应用 [M].北京：电子工业出版社2011

[4] 廖常初.三菱PLC编程技术及应用案例精选 [M].北京：机械工业出版社2012 [5] 郑风翼. 三菱FX2N系列PLC应用100例 [M].北京：机械工业出版社2013

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附图1 程序基本流程图 通电 初始化 是否轿厢外呼叫 等待 Y 记录目标层 是否轿厢内呼叫 Y 目标层和本层是否同层 Y N 电梯选向 电梯启动 N 电梯运行 楼层感应信号 是否是目标层 电梯制动 平层感应信号 开门 开门延时 关门 N 是否停止运行 Y 第 停止 29 页

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