基于PLC的五层五站电梯的设计

毕 业 设 计（论 文）

论文题目： 基于PLC的五层五站电梯的设计

教 学 点：

指导老师： 职 称： 讲 师

学生姓名： 学 号:

专 业：

成都电子机械高等专科学校成教院制 二零一三 年 四 月 二十五 日

毕业设计（论文）任务书

题目： 基于PLC的五层五站电梯的设计

任务与要求：

。

时间：年月日 至 月 共周 教 学 点：

学生姓名： 学 号： 专业： 指导教师：

成都电子机械高等专科学校成教院制

职 称：

毕业设计(论文)进度计划表

本表作评定学生平时成绩的依据之一。

目 录

第一章 前言 ..................................................................................................................................... 1

第一节 PLC控制系统电梯简介 .............................................................................................. 1 第二节 电梯控制系统进行PLC改造的目的及意义 ............................................................. 1 第二章 总体设计方案 ..................................................................................................................... 3 第三章 硬件设计及选型 ................................................................................................................. 5

第一节 硬件电路设计 ............................................................................................................. 5 第二节 主电路的设计 ............................................................................................................. 5 第三节 确定输入输出电路 ..................................................................................................... 6 第四章 软件设计 ............................................................................................................................. 7

第一节 I/O点数分析和PLC选型 .......................................................................................... 7 第二节 I/O分配表 .................................................................................................................. 7 第三节 电梯梯形图程序 ......................................................................................................... 8 第四节 流程图 ....................................................................................................................... 15 结束语............................................................................................................................................. 16 谢 辞............................................................................................................................................. 17 参考文献 ......................................................................................................................................... 18

第一章 前言

第一节 PLC控制系统电梯简介

人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。早在公元前2600年埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势。如今，在我国任何一个城市，电梯都在被广泛应用着。电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。电梯按控制系统分有继电器控制系统电梯和 plc 控制系统电梯。生活中使用最多的是plc 控制系统电梯

图1.1 五层五站电梯控制系统

第二节 电梯控制系统进行PLC改造的目的及意义

电梯作为现代智能建筑内的代步工具。越来越显示出它的重要作用，为了适应电梯的迅速发展。由PLC控制代替传统继电器控制已成为发展定局PLC是集计算机控制、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。它的编程软件采用易学易懂的梯形图语言!控制灵方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠，本

次设计对传统电梯控制方式加以更新，运用高性价比的现代PLC控制方式，力求以人性化、智能化、置消防为一体。设计出一款高效、安全、价廉、能个性化组合且能在商业办公楼、行政大楼、中小型宾馆和居民公寓等各种建筑物中发挥显著作用的普及型电梯控制系统。实际上电梯是根据外部呼叫信号和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都不能满足控制要求。

第二章 总体设计方案

1.电梯控制系统构成

电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及 PLC 单元构成，由如图 2所示，用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。

变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成。三相电源 R、S、T 经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端 U、V、W 接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。变频器输入信号为：上、下行方向指令，零速、爬行、速度等各种速度编码指令，复位和使能信号。变频器输出信号为：（1）变频器准备就绪信号，在变频器运转正常时，通知控制系统变频器可以正常运行；（2）运行中信号，通知 PLC 变频器正在正常输出；（3）零速信号，当电梯运行速度为零时，此信号输出有效并通知 PLC 完成抱闸、停车等动作。

输入输出单元为 PLC 的 I/O 接口部分，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、门锁、安全保护继电器、消防、泊梯、等单元构成。输入单元为：（1）厅外呼叫单元，用来对各层站的厅外召唤信号进行登记、记忆和消除，而且兼有无司机状态的“本层厅外开门”功能，全集选方式的呼梯信号为 2N-2 个（N 为层站数），下集选方式的呼梯信号为 N 个；（2）轿箱内选层单元，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示，呼梯信号数为电梯停站层数 N；（3）开关门按钮，输入 PLC 控制轿门的开闭（厅门也同时动作）；（4）上下平层装置，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层，通常设置在轿顶，电梯轿箱上行接近预选层站时，上平层感应器限进入遮磁板，电梯仍继续慢速运行，当下平层感应器再进入遮磁板时，上行接触器线圈失电，制动器抱闸停车；（5）门锁装置（或轿门和厅门联锁保护装置），轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；（6）安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、安全钳开关、限速器断绳开关、限速器超速开关、底坑急停开关、相序保护继电器、上下限极限开关等；输出单元为：（1）楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、层楼指示灯以及报站钟等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式，本系统为七段码显示方式；（2）开关门单元，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳

停靠后，PLC 给出相关指令，由变频门机完成开关门动作。PLC 单元为电梯控制系统的核心部分，由 PLC 提供变频器的运行方向和速度指令，使变频器根据电梯需要的速度曲线调节运行方向和速度。通过 PLC 的合理编程，实现自动平层、自动开关门、自动掌握停站时间、内外呼信号的登记与消除、顺向截梯及自动换向等集选控制功能。

2.电梯控制系统结构图

图2.1 电梯系统结构图

第三章 硬件设计及选型

第一节 硬件电路设计

硬件电路是系统用于驱动外部设备执行工作的部分，它可分为主电路和辅助电路，主电路采用380 伏的三相电源!经交流接触器、热继电器等常用低压电器直接驱动三相电机的运转。辅助电路以PLC器件为主!结合开关按钮等用于控制主电路中各接触器、继电器的通断，从而控制主电路的运行状态。 它采用交流220 伏和直流24伏两路电源供电，其中24伏电源联结按钮和开关，可以确保乘客的操作安全

图3.1 电梯主电路

第二节 主电路的设计

电梯的运行状态有四种：开门和关门，上升和下降" 开门和关门可由一台开门电机的正反转来实现!电机正转时电梯开门，电机反转是电梯关门。门开到位或门关紧时压下行程开关以切断电源，使开门电机停转。电梯上升和电梯下降也由一台升降电机来实现!电机正转时电梯上升!反转时电梯下降!并在每层楼中设有双向行程开关，电梯每到达一个楼层时，压下该楼层的平层开关，从而切断升降电机的电源使电梯停转。电梯就停在该楼层，为了防止电机长期过载运行或缺相运行，而发热以至烧坏，在主电路中设有热继电器加以保护。同时设有熔断器加以短路保护，一旦电机发生短路或过载运行和缺相运行，这些电器就会动作!从而及时切断电源。

此外，在三相电源的输入端设有组合开关，在主电路出现故障时，可以切断

并隔离电源给检修带来安全和方便。

第三节 确定输入输出电路

电梯的运行状态由内选信号、呼梯信号、行车方向，行车楼层位置综合PLC内部程序控制规律决定。其中内选信号即轿厢内的召唤指示灯的状态（由召唤按钮是否按下过来决定），呼梯信号即各楼层的上、下行指示灯的状态（由上、下行按钮是否按下过来决定）， 行车方向即升降电机的正、反转的状态（由交流接触器KM1、KM2的通断状态来决定），行车楼层位置由各楼行程开关（1YC~5YC）是否压下来决定。

第四章 软件设计

第一节 I/O点数分析和PLC选型

三菱FX2N系列PLC的产品系列及基本组成

FX2N系列的基本单元FX2N系列是FX家族中最先进的PLC系列。 FX2N基本单位有16/32/48/65/80/128点，六个基本FX2N单元中的每一个单元都可以通过I/O扩展单元扩充为256I/O点。由于PLC的I/O点的价格目前还比较高，因此应该合理选用PLC的I/O点数，在满足控制要求的前提下力争使I/O点最少。根据被控对象的I/O信号的实际需要，在实际统计出I/O点数的基础上预留10%~15%的备用量，以便以后调整或扩充。考虑到本设计中输入点数应选用FX2n-80MT。

第二节 I/O分配表

在编程过程中，所用到的I/O地址分配如下表所示。编程过程可分为电梯内部和电梯外部两部分进行。

表4.1 I/O分配表

表4.1 I/O分配表（续）

第三节 电梯梯形图程序

1.五层楼的内呼叫灯PLC程序

电梯内部的五个呼叫按钮，指定的是电梯的运行目标。因此在电梯未达到指

定目标时，该层呼叫灯应一直有显示（为绿），因此输出时就应该使用保持继电器。另外，当电梯达到指定楼层时，呼叫灯应该灭掉，即保持继电器断开。

先以一层内呼叫灯为例，所得的程序如下图所示。

图4.1 一层内呼灯梯形图

五层楼内呼叫灯的PLC梯形图程序如下图

:

图4.2 五层内呼梯形图

2．电梯内的楼层显示器

楼层显示器是以电梯是否碰到行程开关来决定的。显示器同样有保持特性。另外要替换某一显示器的值，需要电梯接触到其上层或下层的行程开关。

综合以上因素可得程序如下图所示（以第二层显示器为例）。

图4.3 二层显示梯形图

3.电梯内的电梯升降显示器

升降显示器的状态共三种：显示上升、显示下降、或都不显示。另外，无论上升还是下降，都与电梯的呼叫有密切关系。上升包括了从第一层到第五层的上升运动，下降也同样如此。因此程序应从最基本、简单的过程入手。现以电梯从第四层到第五层的上升为例。

若五层有呼叫，包括两种情况：电梯内呼叫、电梯外呼叫。若电梯由第四层上行至第五层，此时Y10亮,Y11灭,下降触点YF断开，上升触点YE闭合。并列的条件还有四层外部上呼叫闭合、五层下呼叫闭合、五层呼叫按钮的闭合，这些条件同样使得四层显示器改变，因此在编程时都要考虑。

四层升至五层的升降显示器PLC程序如下图：

图4.4 四层升至五层显示梯形图

由三层升至五层的升降显示器PLC程序如下图：

图4.5 三层升至五层显示梯形图

由上面的分析可以看出，整个电梯上升显示程序即是对各层的上升程序取程序块并联逻辑操作。

电梯下降指示灯的程序编写方法与上升指示灯的编写方法是一样的。 4. 电梯到达楼层后的停止

由于在电梯外部有上升呼叫和下降呼叫，所以当呼叫方向与电梯运行方向相同时，电梯才能停止。

下面以向下呼叫停止R201为例说明。而上升呼叫停止R200的编程思路与下降呼叫停止R201相似。

电梯到达呼叫楼层后停止的PLC程序如下图所示

图4.6 电梯到达呼叫楼层梯形图

当电梯一直显示向下运行，即Y11接通时，只有当每层楼的向下呼叫即Y3、Y5、Y7和该层的行程开关接通时，电梯到达各层后R201才接通，否则并不接

通。

另外，如果电梯一直停在某一层，不显示上升与下降，该层的上呼叫接通时R201也接通。

5.电梯的开、关门程序

以电梯的开门Y12程序为例说明。

首先，只有当电梯既不上升也不下降时才能进行开门，即Y12才能输出。无论电梯的上升停止或下降停止，只要R200或R201有一个输出，电梯经过延时后都会自动开门。如果电梯停在某一层，按下该层的外部呼叫也会输出R200或R201，电梯门也会打开。当开门Y12输出时，关门Y13断开。如果关门Y13接通时，Y12也应立即断开

电梯开门的PLC梯形图程序如下图 ：

图4.7 电梯开门梯形图

6.电梯外部操作与显示的PLC程序 (1)外部呼叫

电梯外部呼叫与内部呼叫是类似的。一个呼叫灯的接通对应于相应的外部呼叫接通，其关闭条件为相应行程开关闭合，相应升降指示灯闭合。另外，外部呼叫同样有保持特性，故也应使用保持继电器作为输出。需要指出的是第一、第五层的呼叫是单向的，故其关闭条件也相应变为行程开关闭合“AND”电梯升降断开。

a.2层—4层以2层为例：

图4.8 2层电梯外部上呼叫梯形图

b. 1层、5层以1层为例：

图4.9 1层电梯外部呼叫梯形图

下呼叫与上呼叫类似，不同之处在于关闭条件中的Y10（上升指示）应换为Y11（下降指示）。

(2)楼层的电梯位置指示灯

外部楼层的电梯位置指示灯与电梯内的位置指示灯相同。 (3)电梯的上升与下降 设电梯从一层到五层上升。

由于电梯在第一层，此时构成电梯上升的因素包括：二层上/下呼叫、三层上/下呼叫、四层上/下呼叫、五层下呼叫、内二层呼叫灯、内三层呼叫灯、内四层呼叫灯、内五层呼叫灯，这11种条件对于电梯的上升是一种逻辑“OR”的关系，而这些条件的产生的前提条件则是电梯此时在一层，即一层位灯Y9有输出。可见，Y9与前11个“OR”逻辑是“AND”的关系。

电梯从一层到五层上升的梯形图如下图：

图4.10 梯从一层到五层上升的梯形图

电梯由二层上升到五层、三层上升到五层、四层上升到五层的编程思路与一层上升到五层相似，不同之处为上升条件同某层位灯逻辑“AND”运算之后还应排除电梯下降指示的情况，这里将电梯下降指示Y11的常闭触点与之串联。另外由于电梯上升，电梯门应关门，电梯下降线圈YF应断电，这又是和以上程序块取逻辑“AND”与的过程。

电梯下降程序的编写方法与上升程序的编写方法相似。

需要指出的是：电梯上升与下降都是建立在开门和关门继电器线圈不接通的情况下。因此，在电梯上升与下降的过程中要将这两个因素考虑在内。

第四节 流程图

图4.11 流程图

我们的课程设计是在17周进行，由于中间要进行六级考试，开始没一点头绪，直到周二晚才得以全天候投入工作。由于是自己设计研究一个有挑战性的项目，在网上搜到的资料有限，有一天为了解决一个问题，甚至在寝室研究到了凌晨一.两点,幸亏我们这学期的实验中有plc控制电梯的实验,自己还是懂得其中的一些问题的。虽然最终的电梯已达到了90%的设计要求，但它仍有改进空间。在项目完成后，我突然对自己设计的总控模块有了一种新的设计思路，使其可由用户修改默认设置（如上下楼所需时间，开门时间等，现在的作品是只能使用程序中内设的默认值），亦不需双时钟。然因时间不足，只得就此收手。

对于这个软件的，最开始，我仿照指导上的例子进行设计，虽然只是把其中的一些程序修改了一下，但仍错误不断，于是渐渐找到了一些排错技巧（见下）。但后来发现所谓的报错不过是简单的几种类型且易于排除之后，就敢于自由挥洒，然而并无甚错误，到设计的后期，基本都是一次通过，有的只是设计的逻辑错误。

综上所述，课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。至于建议，一言以蔽之，大学教育当如此。通过这次设计使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。

首先， 我要感谢我的导师杨代强，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样，给了起到了指明灯的作用；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，让我很快就感受到了设计的快乐并融入其中。其次我要感谢同组同学对我的帮助和指点，没有他们的帮助和提供资料，没有他们的鼓励和加油，这次毕业设计就不会如此的顺利进行。 此次毕业设计历时三个月，是我大学学习中遇到过的时段最长、涉及内容最广、工作量最大的一次设计。用老师的一句话概括就是这次毕业设计相当如是把以前的小课程设计综合在一起的过程，只要把握住每个小课设的精华、环环紧扣、增强逻辑，那么这次的任务也就不难了。我此次的任务是做一个项目的招标文件。虽说老师说的话让此次的毕业设计看起来不是那么的可怕，但是当我真的开始着手时，还的确是困难重重。 俗话说的好，“磨刀不误砍柴工”，当每次遇到不懂得问题时，我都会第一时间记在本子上面，然后等答疑的时候问两位老师，老师对于我提出来的问题都一一解答，从来都不会因为我的问题稍过简单加以责备，而是一再的告诫我做设计该注意的地方，从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，他们真正起到了“传道授业解惑疑”的作用，让人油然而生的敬佩。除此之外，我们组和老师还有另外两个交流途径：打电话和上网，为此老师还特意建立一个群，以便大家第一时间接收到毕业设计的最新消息和资料，每次大家都在群不亦乐乎的讨论着毕业设计的事情。多少个日日夜夜，两位老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩老师们的专业水平外，他们的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向xx老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意! 最后我还要感谢成都高等专科学校和我的母校重庆科创职业学院三年来对我的栽培。

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