基于PLC控制的五层电梯系统设计 - 图文

第一章 緒論

1.1 引言

可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，將自動控制技術、電腦技術和通信技術融為一體而發展起來的嶄新的工業自動控制裝置。PLC以基本代替傳統的繼電器控制而廣泛應用於工業控制的各個領域，它已躍居工業自動化三大支柱的首位。

PLC控制系統的硬體是由微處理器（CPU）、記憶體（ROM和RAM）、輸入/輸出（I/O）單元、電源單元及週邊設備等組成硬體結構如圖1所示。系統的規模可根據實際應用的需要而定，可大可小。

圖1 PLC硬體結構

1.2 可編程控制器的特點

20世紀60年代末，為了克服傳統繼電器的種種應用上的缺點，人們研製出了一種先進的自動控制設備PLC，由於PLC具有優良的技術性能，因此它一問世就很快得到了推廣應用。現在PLC作為用於工業生產過程控制的專用電腦，與商家、家用的微機不同，由於控制對象的複雜性，使用環境的特殊性和工作運行的連續性，使其在設計上有許多特點。 （1） 可靠性高，抗干擾能力強； （2） 介面模組功能強、品種多；

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（3） 硬體配套齊全，用戶使用方便，適應性強； （4） 編程方法簡單、直觀；

（5） 系統的設計/安裝、調試工作量少； （6） 維修工作量小、維護方便； （7） 體積小、耗能低、重量輕。 1.3 PLC的應用領域

目前，PLC在國內外已廣泛應用於鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械製造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況主要分為如下幾類：

（1） 開關量邏輯控制 （2） 運動控制 （3） 閉環過程控制 （4） 數據處理 （5） 通信聯網 1.4 PLC的設計步驟

開發應用PLC的設計任務分為硬體和軟體設計兩部分。 1.4.1 硬體設計 硬體設計主要包括：

（1） 確定安排PLC的輸入、輸出點； （2） 設計週邊電路，包括主電路；

（3） 選購PLC並進行現場安裝接線等內容。 1.4.2軟體設計

大多數用梯形圖和指令程式，主要包括：

（1） 設計控制流程，根據工藝要求先畫出工作迴圈，如有必要再畫詳細的狀態

流程圖；

（2） 根據工作迴圈圖，畫出虛擬的電路圖----繼電器梯形圖； （3） 按梯形圖編寫指令程式表；

（4） 系統調試：根據設計要求，對程式進行調試和修改，必要時還可對硬體進

行修改，直到符合要求為止。

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第二章 電梯控制的原理與實現

2．1 電梯控制系統構成

電梯控制系統主要由變頻調速主回路、輸入輸出單元以及 PLC 單元構成，由如圖2所示，PLC用來完成對電梯曳引電機及開關門機的起動，加減速，停止，運行方向，樓層顯示，層站召喚，轎箱內操作，安全保護等指令信號進行管理和控制功能。

圖2 電梯控制系統原理圖

2．2 電梯的工作原理及功能要求 2．2．1 變頻調速回路

變頻調速主回路由三相交流輸入、變頻調速驅動、曳引機和制動單元構成.三相電源 R、S、T 經接線端子進入變頻器為其主回路和控制回路供電，輸出端為兩相電接電動機的快速繞組，外接制動單元減少了制動時間，加快制動過程。

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旋轉編碼器用來檢測電梯的運行速度和運行方向，變頻器將實際速度與變頻器內部的給定速度相比較，從而調節變頻器的輸出頻率及電壓，使電梯的實際速度跟隨變頻器內部的給定速度，達到調節電梯速度的目的。變頻器輸入信號為：上、下行方向指令，低速、高速、檢修速度編碼指令。 2．2．2 輸入輸出回路

輸入輸出單元為 PLC 的 I/O 介面部分，主要由廳外呼叫、轎箱內選層、樓層及方向指示、開關門、井道內的上下平層、上下強迫換速開關、門鎖、安全保護繼電器、檢修、消防、泊梯、稱重等單元構成。 （1）輸入單元為：

廳外呼叫單元，用來對各層站的廳外召喚信號進行登記、記憶和消除；轎箱內選層單元，負責對預選樓層指令的登記、消除和指示；開關門按鈕，輸入 PLC 控制轎門的開閉（廳門也同時動作）；上下平層裝置，用來保證電梯轎箱在各層停靠時準確平層；上下限強迫換速開關，用於保護電梯的高速運行安全，避免電梯出現沖頂或蹲底事故，當電梯到達上下端站時，裝在轎廂邊的上下限強迫換速開關打板，信號輸入 PLC，PLC 發出換速信號強迫電梯減速運行到平層位置；門鎖裝置（或轎門和廳門聯鎖保護裝置），轎門閉合和各廳門閉合上鎖是電梯正常起動運行的前提；安全回路，通常包括轎內急停開關、轎頂內急停開關、安全鉗開關、限速器斷繩開關、限速器超速開關、底坑急停開關、相序保護繼電器、上下限極限開關等；檢修、消防和泊梯，檢修、消防和泊梯為電梯的三種運行方式，檢修運行為電梯檢修時的慢速運行方式，消防運行有消防返回基站和消防員專用兩種運行狀態，泊梯狀態，消除內選和外呼信號，自動返回泊梯層、關門並斷電；稱重單元，用來檢測轎廂負荷，判斷電梯處於欠載、滿載或超載狀態，然後輸出數字信號給 PLC，根據負載情況進行起動力矩補償，使電梯運行平穩。 （2）輸出單元為：

樓層及方向指示單元，包括電梯上下行方向指示燈、層樓指示燈以及報站鐘等，目前的方向及層樓指示燈主要有七段碼顯示方式和點陣顯示方式，本系統為七段碼顯示方式；開關門單元，用於控制電梯的廳門和轎門的打開和關閉，在自動定向完成或電梯平穩停靠後，PLC給出相關指令，完成開關門動作。

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第三章 電梯控制系統設計

3．1 控制系統硬體設計

本實驗有32個輸入信號，32個輸出信號及現有設備，所以選用FX2—64MR的PLC，由於現有材料所以選OMRON的3G2JV變頻器和兩相交流電機。來完成實驗。PLC控制器、變頻器和電動機的接線及原理圖如附圖(1)所示。 3．2 輸入輸出點分配

輸入信號 名稱 安全回路 零速輸入 脈衝輸入 轎內電鎖 紅外感測器 關門力限開關 超 重 上限強制減速 一樓指令 二樓指令 三樓指令 四樓指令 五樓指令 基站到位開關 一樓上呼 一樓下呼 二樓上呼 二樓下呼 三樓上呼 三樓下呼 四樓上呼 四樓下呼 五樓上呼 五樓下呼 廳門開 廳門關 廳門開到位 廳門關到位 檢修開關

輸出信號 編號 X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 X010 X011 X012 X013 X014 X015 X016 X017 X020 X021 X022 X023 X024 X025 X026 X027 X030 X031 X032 X033 X034 名稱 電梯上行 電梯下行 電梯快行 電梯慢行 檢修速度 代號 UP DOWN FAST SLOW JX A B C D E F G KE1 KM2 KM3 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7 E8 E9 E10 E11 E12 E13 KM4 編號 Y000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 Y007 Y010 Y011 Y012 Y013 Y014 Y015 Y016 Y017 Y020 Y021 Y022 Y023 Y024 Y025 Y026 Y027 Y030 Y031 Y032 Y033 Y034 5

代號 K6 K0 K1 K2 K3 K4 K5 SQ0 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SQ4 SB6 SB7 SB8 SB9 SB10 SB11 SB12 SB13 SB14 SB15 SB16 SB17 SQ1 SQ2 SB18 七段碼 關門催促鈴聲 廳門關 廳門開 廳內指示燈１ 廳內指示燈２ 廳內指示燈３ 廳內指示燈４ 廳內指示燈５ 上呼燈１ 上呼燈２ 上呼燈３ 上呼燈４ 下呼燈２ 下呼燈３ 下呼燈４ 下呼燈５ 超重鈴聲

檢修上 檢修下 下限強制減速 SB19 SB20 SQ3 X035 X036 X037 抱閘信號 上行指示燈 下行指示燈 KM5 E14 E15 Y035 Y036 Y037 表1 I/O分配表

3．3 控制系統程式設計

根據電梯的工作原理與功能要求以及輸入/輸出點的地址分配表，來繪製電梯的程式流程圖。和設計電梯的程式梯形圖。電梯程式流程圖為圖3。梯形圖分成：初始化、指層控制、開關門控制、轎內呼叫與標記控制、廳外呼叫與標記控制、電梯上下行選擇與指示控制、電梯的運行控制來編寫與調試。最後在組合調試。

图3 電梯程式流程圖

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3．3．1電梯初始化

電梯複位、裝入數據、安全回路等。

3．3．2指層控制

指層控制梯形圖如圖3.1所示。本程式以1樓為基站，脈衝數為0。D200、D202、D204、D206、D208分別存放1/F—5/F的脈衝數0、600、1200、1800、2400（實驗用實際具體而定）。C242為內部高速計數器，D250存放減速脈衝數50，M1—M5為樓層繼電器。當轎箱位於某一層時，應產生位於該層的樓層信號，以控制樓層顯示器顯示樓層處的位置，離開該層時，該信號應被新的樓層信號（上一層或下一層）取代。

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