三层楼电梯PLC控制系统设计与调试7396524

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江 西 理 工 大 学

毕 业 论 文 （设 计）

题目三层楼电梯PLC控制系统设计与调试

指导教师 苏远平 学生姓名 高有强

信息工程系电气自动化专业07级2班

2010年 04 月 20 日

江西理工大学专科毕业设计（论文）开题

报告

毕业设计(论文)题目 : 三层楼电梯PLC控制系统设计与调试

1、阅读中外文献资料摘要：

《电梯与自动扶梯》此书全面系统地介绍了电梯与自动扶梯及其零部件的构造、工作原理、设计方法、驱动系统及控制线路、安装调试技术以及检验与试验方法等，但并未对电梯系统可靠性方面作出阐释。

《电梯电路图集与分析》此书对国内外各种常见知名品牌电梯的电气线路、控制信号的传递路径和计算机内在的联系进行了全面、系统地分析，并阐明其内在原理。线路图采用中文注释，线号、接线端子号、元件代号等与实际线路完全一致，便于操作者在实践中检查操作；主要部位的电路和故障码解析，能够满足电梯专业人员现场工作的实际需要，达到快速排除故障的目的。此书很好的弥补了《电梯与自动扶梯》中所为提及的问题。

《电梯自动控制技术》此书以“工作过程系统化”为指导思想，经过广泛的市场调研，借鉴电梯生产厂家的实践经验，将基础理论知识与行业紧密联系。为我们学习电梯专业知识和从事电梯工程技术工作打下电气自动控制方面的理论基础，并在技能训练方面加以强化。此书以有助于我们更加深入的了解电梯的各方面要素。

《电梯工程实用手册》此书以电梯国标为纲，以电梯8大系统为目，结合作者多年来从事电梯工作经验，全面地介绍了电梯各系统的基本知识、原理、功能、构造以及电梯安装工艺规程、维修保养技术、故障排除方法。特别是对电梯工程的安全和质量管理、电梯的检测与试验、安全使用等方面的内容也作了较详尽的阐述。此书较前面几本更加全面的对电梯更方面进行了讲解，更加有助于我们做设计。

2、立题依据及主要研究内容：

电梯控制系统主要有三种控制方式，继电器控制、PLC控制、微机控制，其中继电器控制系统故障率高，微机控制系统抗干扰能力弱．而PLC控制系统运行可靠，编程简单、维修方便、抗干扰性强．已成为目前电梯系统中使用最多的控制方式。结合上述书籍中各种讲解，特用所学PLC知识来设计三层楼电梯PLC控制系统并加以调试运行。

研究内容 本课题主要任务是完成三层电梯控制器的电路设计、元器件选型、PLC外部接口电路设计、控制器装配图与接线图设计、列出元器件清单、完成PLC程序设计与联机调试等内容。 3、设计方案及思路：

电梯控制系统可分为电力拖动电路和电气控制电路两个主要部分。电力拖动电路主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿箱开关电路。二者均采用易于控制的三相交流异步电动机作为拖动动力源。主拖动电路采用PWM调试方式，达到了无级调速的目的。而开关门电路上电机仅需一种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED七段数码管和控制部分的核心器件（PLC）等组成。PLC集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有 功能。

4、 毕业设计（论文）工作计划： 1周 收集资料，并完成线路分析 2－4周 控制系统的具体设计和实现 5周 控制系统功能测试

6周 整理材料，整理写作论文 7周 指导老师指导进行改正 5、 指导教师审核意见：

指导教师（签名）

年 月 日

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江西理工大学专科毕业设计（论文）进展中期小结

设计（论文）题目 三层楼电梯PLC控制系统设计与调试 目 前 已 完 成 任 务 尚 须 完 成 的 任 务 相关文献的调研，资料收集。 系统方案探讨与指导教师问题答疑，控制系统的具体设计和实现。 硬件设计，软件设计，软硬件联调，控制系统功能测试。 是否符合任务书要求进度 符合任务书要求进度 整理材料，完成毕业论文写作 论文指导教师初评，并给出修改意见，学生进行修改。 完成毕业答辩。 能否按期完成设计 能按期完成设计

存 在 的 问 题 和 解 决 办 法 存 在软硬件联调仍存在一些问题。 的控制系统的具体设计和实现还不够理想 问 题 拟采取查看更多书籍，请求老师的指导，和同学进行探讨。 的方法 签年 月 日 名

指导教 师意见 三层楼电梯PLC控制系统设计与调试

摘 要

本文介绍一种电梯PLC控制系统。电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的PLC系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器PLC对机器进行全过程控制。

整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层；起动、制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。

关键词：PLC控制系统 电梯 逻辑控制电路

THREE FLOOR ELEVATOR PLC CONTROL SYSTEM

DESIGN AND DEBUG

ABSTRACT

This text introduces the control system of a kind of elevator PLC.The elevator is perpendicular directional of the conveyance equipments be indispensable in the high building of transportation equipments.It depends electric power, dragging along to move a car that can carry person or thing and lead a track in the building of the well way up do perpendicularity to ascend and descend sport, there is prominent function in the people's life.And the control elevator circulate of the PLC system also has more and more high request, request to attain the movement purpose of \mainly from PLC, logic control the electric circuit constitute.Include an exchanges difference to tread electric motor among them, after the electric appliances, get in touch with a machine, route of travel switch and press button, give out light the indicator constitute and transducer for the control system of integral whole.The this machine control unit adoption carries on whole process a control to the machine by the programmable controller PLC of Mitsubishi company.

The whole system passes PLC, logic control the electric circuit is to the rise and fall of elevator;Add, decelerate;Even layer;Start, make to move a control.Its structure is simple and circulate an efficiency, even layer accuracy, be easy to comprehension and control.

KEY WORDS: The PLC controls system elevator The logic controls electric circuit

楼层后, 电梯门会自动打开, 经过一段时间自动关闭, 在过程中, 支持手动开门或关门。

各楼层显示值为该层所在位置, 且上行与下行指示灯均灭。

FXON 系列中的FXON － 24M，它是将众多功能凝集在超小型机壳内 的微型可编程控制器。在控制器内备有模拟电位器与RUN/STOP 开 关等，方便功能实现，通过扩展单元、扩展模块与基本单元的连接， 可自由地选择使用方法。

1.4实际运行中的控制要求分析

实际中, 电梯服务的对象是许多乘客, 乘客乘坐电梯的目的地是不完全一样的, 而且, 每一个乘客呼叫电梯的时间有前有后。因此, 我们将电梯在实际中的各种具体情况加以分类, 做出分析, 以便于编制程序。

1.4.1 电梯上行分析

若电梯在上行过程中, 某楼层有呼叫产生时, 可分以下 两种情况:

( 1) 若呼叫层处于电梯当前运行层之上、目标运行层之 下, 则电梯应在完成前一指令之前先上行至该层, 完成该层 呼叫后再由近至远的完成其他各个呼叫动作。

( 2) 呼叫层处于电梯当前运行层之下, 则电梯在完成前

一指令之前不响应该指令, 直至电梯重新处于待命状态为止。

1.4.2 电梯下行分析

若电梯在下行过程中, 某楼层有呼叫产生时, 可分以下两种情况: ( 1) 若呼叫层处于电梯当前运行层之下、目标运行层之上, 则电梯应在完成前一指令之前先下行至该层, 完成该层呼叫后再由近至远的完成其他各个呼叫动作。

( 2) 呼叫层处于电梯当前运行层之上, 则电梯在完成前一指令之前不响应该指令, 直至电梯重新处于待命状态为止。

1.5 电梯的7 项控制要求

( 1) 呼叫接收控制

接受每个呼叫按钮( 包括内部和外部的呼叫) 的呼叫命令, 并做出相应的响应。

( 2) 楼层呼叫控制

电梯停在某一层( 例如2 层) 时, 此时按动该层的呼叫按钮( 上呼叫或下呼叫) , 则相当于发出打开梯的门命令, 进行开门的动作过程; 若此时电梯的轿箱不在该层( 在1、3 层) ,则等到电梯关门后, 按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。

( 3) 运行方向控制

电梯运行的不换向原则是指电梯优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫, 直到这此命令全部响应完毕后才响应使电梯反向运行的呼叫。 ( 4) 楼层到达控制

电梯在每一层都有1 个行程开关, 当电梯碰到某层的行程开关时, 表示电梯已经到达该层。 ( 5) 呼叫按钮控制

当按动某个呼叫按钮后, 相应的呼叫指示灯亮并保持,直到电梯响应该呼叫为止。

( 6) 电梯门控制

当电梯停在某层时, 在电梯内部挥动开门按钮, 则电梯门打开, 按动电梯内部的关门按钮, 则电梯门关闭。但在电梯运行期间电梯门是不能打开的。 ( 7) 楼层指示灯控制

当电梯运行到某层后, 相应的楼层指示灯亮, 直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变。

1.6 可行性论证

可编程序控制器是由继电器逻辑控制而来的，所以它在开关量处理、顺序控制方面具有一定的优势，发展初期主要侧重于开关量顺序控制。随着计算机技术的发展，可编程序控制器增加了数值运算、PID闭环调节功能，并开始与个人计算机或小型计算机联网，它本身也可以构成网络系统。

可编程序控制器的应用领域，在发达的工业国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门，随着可编程序控制器的性能价格比的不断提高，过去许多使用专用计算机的场合也可以使用可编程序控制器。比如用在开关量的控制，这是可编程序控制器最基本最广泛的应用，它的输入和输出信号都是只有通、断状态的开关量信号，这种控制与继电器控制最为接近，可以用价格较低，仅有开关量控制的功能的可编程序控制器作为继电器控制系统的替代物。开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动线生产线，如机床控制、冲压、铸造机械、运输带、包装机械的控制，同样也可以用于电梯的控制。

通过上述的简述，我希望在控制系统中能够达到如下要求： 乘坐舒适感

根据人们生活中的经验证明，在运动速度不变的情况下，速度值的大小对人们的器官基本上没有什么影响，这只是指人们沿地面或空中的沿与地面平行的任意方向运动的情况而言的。高速的升降运动就和上述运动有所不同。这是由于在升降运动中，人体周围气压的迅速变化，对人们的器官产生影响。例如

耳膜会感到压力而嗡嗡响等等。只要采取一定措施，这些影响是可以消除的。所以目前电梯的运行速度虽已高达10m/s。仍能使乘客无大的不适感。

1.7 设计的整体布局及其选型

通过上述的分析可知，我所选择的电梯载重量为1000kg,速度为1m/s,七层七站。PLC的型号为FX2N-128MR，通过其继电器电路图来设计出梯形图，通过PLC的选型连接其PLC接线图。电动机选用交流三相异步电动机，它具有结构简单、维护和操作简便、价格便宜、坚固耐用、工作可靠等优点；其缺点是调速性差、概率因数低。变频器选用安川变频器（616G5），它作为通用变频器适合任何应用场合,在低速下能够实现平稳启动（1%额定转速），并且极其精确地运行。它的自动调整功能可使世界各地生产的电动机达到高性能运行。具有如下优点：低速大转矩和全频域平稳加、减速；驱动普通电机能达到最佳的控制效果；操作简单灵活；具有扩展功能，既可单机使用也可联网使用；设计平均无故障时间：250 000小时。

把50Hz的工频交流电经过处理后输出频率可调的交流电的电气装置叫变频器。它由整流电路、滤波电路、再生制动电路、逆变电路和控制电路组成。

第二章 可编程序控制器的结构与工作原理

2.1 PLC的体系结构

PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。如下图所示：

PLC硬件的基本结构

2.2 可编程序控制器的基本结构

可编程序控制器简称为PLC（Programmable Logic Controller）主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。（如下图所示）

可编程序控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU（中央处理单元）、存储器（RAM和EPROM）、输入/输出模块（简称I/O模块）、编程器和电源五大部分组成。

(1) CPU模块

CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微机处理器（CPU）和存储器组成。CPU的作用类似于人类的大脑和心脏。它采用扫描方式工作，每一次扫描要完成以下工作：

1） 输入处理：将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存器。

2） 程序执行：逐条读入和解释用户程序，产生相应的控制信号去控制有关的电路，完成数据的存取、传送和处理工作，并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。

3） 输出处理：将输出映像寄存器的内容送给输出模块，去控制外部负载。 (2) I/O模块

I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类：一类是从按钮、选择开关、数字开关、限位开关、接收开关、关电开关、压力继电器等来的开关量输入信

号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。

可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。

CPU模块的工作电压一般是5V，而可编程序控制器的输入/输出信号电压一般较高，如直流24V和交流220V。从外部引入的尖蜂电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使可编程序控制器不能正常工作，所以CPU模块不能直接与外部输入/输出装置相连。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与噪声隔离的作用。

(3) 编程器

编程器除了用来输入和编辑程序外，还可以用来监视可编程序控制器运行时梯形图中各种编程元件的工作状态。

编程器可以永久地连续在可编程序控制器上，将它取下来后可编程序控制器也可以运行。一般只在程序输入、调试阶段和检修时使用，一台编程器可供多台可编程序控制器公用。

2.3 开关量I/O模块

开关量模块的输入输出信号仅有接通和断开两种状态。电压等级有直流5V，12V，24V，48V和交流110V，220V等。输入输出电压的允许范围很宽，如某交流220V输入模块的允许低电压为0~70V，高电压为70~256V，频率为47~63HZ。

各I/O点的通/断状态用发光二极管或其它元件显示在面板上，外部I/O接线一般接在模块的接线端子上，某些模块使用可拆除的插座型端子板，在不拆去端子的外部连线的情况下，可以迅速地更换模。开关量I/O模块可能4，8，16，32，64点。

2.3.1 输入模块

2.3.1 a 直流输入电路

输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲引起的错误的输入信号。滤波电路延迟时间的典型值为10~20ms（信号上升沿）和20~50ms（信号下降沿），输入电流约为10mA，上图2.3.1a是某直流输入模块的内部电路和外部接线图。本节的输入电路和输出电路都只画出了一路，COM是各

路的公共点。图中的输入触点直接接在公共点和输入端（400是梯形图中输入继电器的编号）之间，不需要外接电源。有的可编程序控制器还可以为接近开关、

光电开关之类的传感器提供24V电源。（如图2.3.1b）

图2.3.1 b 输入电路

当图2.3.1b中的外接触点接通时，光电耦合器中的发光二极管发光，光敏三极管导通，信号经内部电路传送给CPU模块。

图2.3.1 c是交流输入电路。光电耦合器中有两个反并联的发光二极管，显示用的两个发光二极管也是反并联的，因此这个电路可以接收外部的交流输入电压。

图2.3.1 c 交流输入电路

2.3.2 输出模块

输出模块的功率放大元件有大功率晶体管和磁效应管（驱动直流负载）、双向可控硅（驱动内交流负载）和小型继电器，后者可以驱动交流负载或直流负载。输出电流的典型值为0.5~2A，负载电源由外部现场提供。

输出电流的额定值与负载的性质有关，但是只能驱动100VA/22V的电感性负载和100W的白炽灯。额定负载电流还与温度有关，温度升高时额定负载电流减小，有的可编程序控制器提供了有关曲线。

输出模块内可能设置有熔断器，并在模块面板上用发光二极管显示熔断器的状态。某些新式的模块用非破坏性的电子保护电路代替熔断器。

2.4 可编程序控制器的工作原理

可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入、输出继电器等。这种计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理结构在功能上某些相似之处。

2.5 PLC的选型

为了能够更好的选型，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。

2.5.1 输入输出（I/O）点数的估算

I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。

2.5.2 存储器容量的估算

存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。

存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。

2.5.3 控制功能的选择

该选择包括控制功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 （一)控制功能 控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。

(三)编程功能 PLC的编程有离线编程和在线编程两种，设计时应根据应用要求合理选用。

离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。

(四)诊断功能 PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。

PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。

(五)处理速度 PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前，PLC接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.2～0.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。

。

2.6 PLC控制程序设计

2.6.1 PLC控制系统的设计基本原则

1) 最大限度的满足被控对象的控制要求。

2) 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。

3) 保证控制系统安全可靠。

4) 考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留 有余量。

2.6.2 PLC编程步骤

具体编制一个PLC控制程序的基本步骤如下(其流程图见2.7)。

2.6.3 PLC提供的编程语言

1) 标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点；

A.它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。

B.梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC输入

点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。

C.梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。

D.PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当条件使用。

2) 语句表语言，类似于汇编语言。

3)逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算框表示一个功能，左边画输入、右边画输出

。

1.2

图2.7 PLC编程步骤

第三章 电梯硬件及软件系统设计

3.1电气控制系统

图l为本系统的组成框图。

图中。输出为：l、电动机；2、上下行接触器；3、快慢速接触器；4、位置指示；5、门锁。输入为：6、轿内指令；7、厅外指令；8、门区感应；9、手动开关门；10、楼层感应。 PLC系统部分

完成所设定的控制任务所需要的PLC规模主要取决于控制系统对输入，{禽出点的需求量和控制过程的难易程度。 (1)I／O点的估算：

系统的输入点有：门厅召唤按钮6个输入点；轿内指令按钮4个点；楼层感应器4个点；门区感应l点；手动开门l点：共计输入点16点。而输出点有：快慢速接触器2点；上下行接触器2点；楼层指示灯4点；门锁1个点；共计输出点9点。总计I／O点数为16／9； (2)可编程控制器S7—200的CPU226输入，输出点数为24／16。足以满足要求。 3.2梯PLC控制系统设计 3.2.1状态指示设计

当电梯运行至某层有指令发出时．指示位置及指令。以二层为例： LD twoselet 二层内选掸 S twoseletq，1 二层内选择指示 LD twoup 二层上呼 S twoupq，1 二层上呼指示 LJ)twodown 二层下呼

S twodownq，1 二层下呼指示 LD twoseat

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