PLC控制五层电梯毕业设计 - 图文

基于三菱PLC控制五层电梯论文

摘 要

随着近年来的经济和建筑发展，高层建筑已经越来越多了。电梯的发展及需要就得到了很大空间的帮助和提升。而电梯性能的好坏，除了电机等硬件以外，会直接影响到个人跟楼房的寿命问题。电梯控制系统也是一个核心因素。PLC（Programmable logic controller）因其简单易用、可靠性高、维修养护方便等优点，在电梯控制领域中期应用得极为广泛。本文以三菱FX2N系列PLC为例，设计一个五层电梯PLC程序，再配合PLC的选型及其硬件接线图和仿真。设计一个对五层电梯的内选层、外呼梯、开关门、安全触板功能等信号的登记、消除与实现控制过程简单易控制的电梯控制系统。

关键词：电梯，PLC 三菱 FX2N

I

目录

摘 要 .................................................................................................................................. I 第一章 绪论 ..................................................................................................................... 1 第二章 PLC的简介 ......................................................................................................... 2

第一节 可编程控制器的概念 ................................................................................. 2 第二节 PLC的应用和发展 ..................................................................................... 2

一、PLC的应用领域 ....................................................................................... 2 二、PLC的发展前景 ....................................................................................... 2 第三节 PLC的程序设计语言 ................................................................................. 3 第四节 三菱FX系列PLC内部继电器的编号和功能 ......................................... 3 第五节 梯形图的选点和编程规则 ......................................................................... 4

一、给元件编号并分配I/O口 ........................................................................ 4 二、梯形图的编程规则 ................................................................................... 4 第六节 PLC的结构及工作原理 ............................................................................. 5

一、PLC的结构 ............................................................................................... 5 二、PLC的工作原理 ....................................................................................... 5 第七节 PLC的特点 ................................................................................................. 6 第八节 PLC外部接线及主电路设计 ..................................................................... 7 第三章 电梯简介 ............................................................................................................. 9

第一节 电梯的概述 ................................................................................................. 9 第二节 控制系统的功能要求 ................................................................................. 9

一、电梯内外部功能 ....................................................................................... 9 第三节 电梯的组成及工作原理 ................................................................... 11

第四章 系统软件的设计 ............................................................................................... 12

第一节 系统信号的确定以及软元件的选取 ....................................................... 12 第二节 系统梯形图的设计 ................................................................................... 15

（一)开门环节 ................................................................................................ 15 （二）关门环节 ............................................................................................. 17 （三）楼层的登记与消除环节。 ................................................................. 18 （四）内呼信号的登记与消除环节 ............................................................. 20 （五）外呼信号的登记与消除环节 ............................................................. 22

I

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

（六）定向环节 ..................................................................................................... 24 （七）启动环节 ..................................................................................................... 28 （八）制动环节 ..................................................................................................... 29 1. （九）抱闸环节 ................................................................................................ 32 第五章 仿真软件的介绍与调试运行 ........................................................................... 34

第一节 仿真软件的介绍 ....................................................................................... 34 第二节 软件调试方法 ........................................................................................... 34 第三节 梯形图程序仿真 ....................................................................................... 35 第四节 仿真结论 ................................................................................................... 37 第六章 结论 ................................................................................................................... 38 参考文献 ......................................................................................................................... 39

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

第一章 绪论

交流双速电梯是目前正在使用的电梯中最常见的一种，它多采用继电器控制方式，因其使用的中间继电器和时间继电器较多，需要较大的机房面积，和控制柜，运行故障率高，因为被PLC控制方式所取代。PLC广泛应用在电梯控制系统中，为电梯的发展创造了条件。

国外现在主流电梯技术主要是采取变压变频调速电梯（VVVF电梯）。变压变频调速（VVVF）的良好特点，目前新制造的电梯都实现了调压调频调速控制。VVVF电梯以其独特的先进技术和性能，实现了节能、快速、舒适、平层准确、低噪音、安全等目标。

而国内的电梯主流电梯技术是永磁同步技术。优点：优越的性价比、安全、低噪音、节省空间和能源、机械结构简化。而本设计所应用的技术是PLC控制。具有以下优点：(1)控制系统结构简单，外部线路简化。（3)PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。(4)PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。(5)用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。(6)更改控制方案时不需改动硬件接线。而且非常适合PLC和电梯初学者进行相关知识的学习。

1

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

第二章 PLC的简介

第一节 可编程控制器的概念

可编程控制器简称PC（英文全称：Programmable Controller），PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。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。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

第二节 PLC的应用和发展

一、PLC的应用领域

PLC已经广泛应用于所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，应用范

围也不断扩大。PLC主要用于以下方面：

(1)开关量逻辑控制 (2)运动控制 (3)闭环过程控制 (4)数据处理 (5)通信联网

二、PLC的发展前景

PLC技术随着计算机和微电子的发展而迅速发展，由一位机发展到8位机，直

到现在，PLC产品已经使用了32位高性能微处理器，而且实现了多通道处理。PLC在未来将会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

2

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

第三节 PLC的程序设计语言

在PLC中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表的报印和其他基本程序设计语言无法完成的功能。功能模块图语言采用功能模块图的形式，通过软连接的方式完成所要求的控制功能，它不仅在PLC中得到了广泛的应用，在集散控制系统的编程和组态时也常常被采用，由于它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。

梯形图程序设计语言的特点是：

1、与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性

2、与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习。 3、便于与其它程序语言的转换，便于程序的检查。

第四节 三菱FX系列PLC内部继电器的编号和功能

三菱FX系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，MOV代表传输，T代表定时器，M代表辅助继电器， S代表状态继电器，C代表计数器， D代表数据寄存器等。

1、输入继电器（X）

输入继电器是PLC接收外部输入的开关量信号的窗口，PLC通过光电耦合，将外部信号的状态读入并存储在输入映像寄存器中。

2、输出继电器（Y）

输出继电器是PLC向外部负载发送信号的窗口。输出继电器用来将PLC的输出信号传送给输出模块，再由后者驱动外部负载。输出模块中的每一个硬件继电器仅有一对常开触点，但是在梯形图中，每一个输出继电器的常开触点和常闭触点都可以多次使用。

3、辅助继电器（M）

PLC有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点

3

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用。

4、定时器（T）

PLC中的定时器（T）相当于继电器系统中的时间继电器。它是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。

5、计数器（C）

FX2N系列中的16位加计数器，是16位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入，一个用于复位，一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值自加1，当当前值等于设定值时，其位存储单元被置1。其常开触点接通，常闭触点断开。再来计数脉冲时当前值不变，直到复位控制电路接通时，触点才断开，设定值又重新写入，又进入计数状态。

第五节 梯形图的选点和编程规则

一、给元件编号并分配I/O口

PLC是按编号来区分操作元件的，所以在编写梯形图程序时，首先必须确定所使用编程元件的编号。使用时一定要明确，每个元件在任何时刻决不能同时担任几个角色，一般来讲，选定的PLC，其输入点数与控制对象的输入信号数总是相对应的，输出点数与输出控制回路数也是相对应的。所以I/O地址的分配实际上是对PLC输入输出点数给实际I/O电路的分配。编程时按点号建立逻辑与控制关系，接线时按点号对号入坐进行接线。

二、梯形图的编程规则

1、每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。

2、梯形图的每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有接触点)。

3、线圈不能直接接在左边母线上。

4、在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应尽量避免。

5、在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动—即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。

4

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

第六节 PLC的结构及工作原理

一、PLC的结构

PLC的内部结构如图1-1所示：

图1-1 PLC的内部结构 一、电源

二、中央处理单元(CPU) 三、存储器

四、输入输出接口电路 五、功能模块 六、通信模块

二、PLC的工作原理

（一）工作方式

5

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

PLC有两种工作状态，即停止（STOP）状态和运行（RUN）状态。在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP工作态。

（二）扫描周期

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段：1、输入采样阶段。2、用户程序执行阶段。3、输出刷新阶段。

图1-2 PLC的扫描

第七节 PLC的特点

PLC有许多优点，其可概括为以下六点：

1.使用方便，编程简单 2.功能强，性能价格比高

3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 4.可靠性高，抗干扰能力强

5.系统的设计、安装、调试工作量少 6.维修工作量小，维修方便

6

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

第八节 PLC外部接线及主电路设计

根据电梯控制要求。设计出的PLC的外部接线 图2-10为PLC的外部接线图，

7

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

图2-10 PLC的外部接线图

8

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

第三章 电梯简介

第一节 电梯的概述

电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。按速度可分低速电梯（1米/秒以下）、快速电梯(1～2米/秒)和高速电梯(2米/秒以上)。19世纪中期开始采用液压电梯，至今仍在低层建筑物上应用。1852年，美国的E.G.奥蒂斯研制出钢丝绳提升的安全升降机。80年代，驱动装置有进一步改进，如电动机通过蜗杆传动带动缠绕卷筒、采用平衡重等。19世纪末，采用了摩擦轮传动，大大增加电梯的提升高度。

第二节 控制系统的功能要求

一、电梯内外部功能

在电梯内部，应该有5个楼层(1~5层)按钮、开门和关门按钮以及楼层显示器。上升和下降显示器。当乘客进入电梯后，电梯内应有能让乘客按下的代表其要去的目的地的楼层按钮，称为内呼按钮。电梯停下时，应具有开门、关门的功能，即电梯门可以自动打开，经过一定延时后，又可自动关闭。而且，在电梯内部也应有控制电梯开门、关门的按钮，使乘客可以在电梯停下时随时地控制电梯的开门与关门。电梯内部还应配有显示屏，用来显示电梯现在所在的状态，即电梯是上升还是下降以及电梯处在楼层的第几层，这样可以使乘客清楚地知道自己所处的位置，离自己要到的楼层还有远，电梯是上升还是下降等。

电梯的外部共分5层，每层都应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯及楼层显示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，呼叫指示灯在完成相应的呼叫请求之前应一直保持亮，它和上升指示灯，下降指示灯、楼层显示器一样，都是用来显示电梯所处的状态的。5层楼中，1层只有上呼叫按钮，5层只有下呼叫按钮，其余3层都具有上呼叫和下呼叫按钮。而上升、下降指示灯以及楼层显示器，5层电梯均应该相同。

二、电梯运行状态的分析

电梯的运行状态可分为初始状态、运行中状态和运行后状态。

9

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

（一）电梯的初始状态。

此时电梯位于1层待命，电梯照明灯亮，各显示屏都被初始化，电梯处于以下状态： 1、各层呼叫灯均不亮。

2、电梯内部以及外部各显示屏均为“1”。 3、电梯内部及外部各层电梯门均关闭。 （二）电梯在运行过程中。 电梯处于以下状态：

1、按下某层呼叫按钮（1~5层）后，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫。 2、电梯上行时，若呼叫层处于电梯当前运行之上目标运行层之下，则电梯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及远的完成其他各个呼叫动作。若呼叫层处于电梯当前层之下，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。

电梯上行时，若有多个下行呼叫且均位于当前楼层之上，则电梯到达最高的下

行呼叫层，然后依次从高到低响应其它下行呼叫层。

3、电梯下行时，若呼叫层处于电梯当前运行之下目标运行层之上，则电梯在完成前一指令之前先下行至该层，完成改层呼叫后再由近及远的完成其他各个呼叫动作。若呼叫层处于电梯当前层之上，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。

电梯下行时，若有多个上行呼叫且均位于当前楼层之下，则电梯到达最低的下

行呼叫层，然后依次从低到高响应其它上行呼叫层。

4、各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变。 5、运行中电梯门始终关闭，到达指定层时，门才打开。 6、在电梯运行过程中支持其它呼叫。 （三）电梯运行后状态。

在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直到新的命令给出。

1、电梯在到达指定楼层后，电梯门会自动打开，经一段延时自动关闭，在此过程中，支持手动开门或关门。

2、各楼层显示值为该层所在位置，且上行下行指示灯均灭。

三、电梯的控制要求

1、接受每个按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并做出相应的响应。 2、电梯停在某一层（如4层）时，此时按动该层（4层）的呼叫按钮（上呼叫或下呼叫），则相当于发出打开电梯门命令，进行开门的动作过程；若此时电梯的轿厢不在该层（在其余4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。

10

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

3、电梯运行的不换向原则是指优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫，直到这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反向运行的呼叫。例如现在电梯位置在2层和3层之间上行，此时出现了2层上呼叫、3层下呼叫和4层上呼叫，则电梯首先响应4层上呼叫，然后再依次响应3层下呼叫和2层上呼叫。

4、电梯在每层设置上、下平层感应（1楼只有下平层、5楼只有上平层），当到达平层点且该层有呼叫信号时，电梯开始减速平层停车，否则继续高速通过该层。

5、当按动某个呼叫按钮后，响应的指示等亮并保持，直到电梯完成该呼叫为止。 6、当电梯停在某层时，在电梯内部按动开门按钮，则电梯门打开，按动电梯内部的关门按钮，则电梯门关闭。但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。

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

第三节 电梯的组成及工作原理

电梯结构包括：曳引系统、轿厢、门系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统。安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。电梯的结构如图1-3所示。

11

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

第四章 系统软件的设计

第一节 系统信号的确定以及软元件的选取

经过对电梯运行流程和电梯的控制要求，选取控制系统的软元件，软元件包括输入继电器、输出继电器、辅助继电器和定时器，其编号分别如下列表所示。

表3-1 输入信号及信号编码

输入的信号 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 SB9 SB10 SB11 SB12 SB13 SB14 SB15 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 名称 一层内呼信号 二层内呼信号 三层内呼信号 四层内呼信号 五层内呼信号 手动开门 手动关门 一层外呼上 二层外呼上 二层外呼下 三层外呼上 三层外呼下 四层外呼上 四层外呼下 五层外呼下 一楼下平层 二楼上平层 二楼下平层 三楼上平层 三楼下平层 四楼上平层 四楼下平层 12

信号的编码 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X20 X21 X22 X23 X24 X25 X26 广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

SQ8 SL1 SL2 S1

表3-2 输出信号及信号编码

输出的信号 HL1 HL2 HL3 HL4 HL5 HL6 HL7 KM1 KM2 KM3 KM4 KM8 KM6 KM7 KM5 HL8 HL9 HL10 HL11 HL12 HL13 HL14 HL15

五楼上平层 开门到位 关门到位 零速返回信号 图1-3 电梯的结构

X27 X31 X32 X33 名称 一楼内呼显示 二楼内呼显示 三楼内呼显示 四楼内呼显示 五楼内呼显示 上行显示 下行显示 上行（电机正转） 下行（电机反转） 电机低速 电机高速 抱闸 开门输出 关门输出 电机制动 一层上行外呼显示 二层上行外呼显示 二层下行外呼显示 三层上行外呼显示 三层下行外呼显示 四层上行外呼显示 四层下行外呼显示 五层下行外呼显示

13

信号的编码 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y20 Y21 Y22 Y23 Y24 Y25 Y26 Y27 Y30 Y31 Y32 Y33 Y34 Y35 Y36 Y37

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

表3-3 定时器和中间继电器的编号和功能 编号 T50 T51 T52 T53 T54 M1 M2 M3 M4 M5 M8 M9 M10 M11 M12 M13 M14 M15 M16 M17 M18 M19 M20 M21 M22 M23 M24 M25 M26 名称及作用 关门计时（2s后没关门到位则开门） 开门到位计时（15s后自动关门） 制动计时（制动1s后抱闸） 抱闸计时（抱闸1s后开门） 低速计时（低速1s后转为高速） 轿厢在一楼中间继电器 轿厢在二楼中间继电器 轿厢在三楼中间继电器 轿厢在四楼中间继电器 轿厢在五楼中间继电器 开门中间继电器 关门中间继电器 一楼内呼信号保持中间继电器 二楼内呼信号保持中间继电器 三楼内呼信号保持中间继电器 四楼内呼信号保持中间继电器 五楼内呼信号保持中间继电器 一楼上外呼信号保持中间继电器 二楼上外呼信号保持中间继电器 二楼下外呼信号保持中间继电器 三楼上外呼信号保持中间继电器 三楼下外呼信号保持中间继电器 四楼上外呼信号保持中间继电器 四楼下外呼信号保持中间继电器 五楼下外呼信号保持中间继电器 上行显示中间继电器 下行显示中间继电器 上行部分中间继电器（保证呼叫信号‘先内后外’）下行部分中间继电器（保证呼叫信号‘先内后外’）14

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

M27 M28 M29 M30 M31 M32 M33 M34 M35 M36 M37 M39 M40 M41

上行输出中间继电器 下行输出中间继电器 电机低速中间继电器 电机高速中间继电器 电机制动中间继电器 抱闸中间继电器 采集抱闸瞬间信号中间继电器 抱闸延时开门中间继电器 制动辅助中间继电器1 制动辅助中间继电器2 开门辅助中间继电器1（解决双线圈） 开门辅助中间继电器2（解决双线圈） 关门辅助中间继电器1（解决双线圈） 关门辅助中间继电器2（解决双线圈） 第二节 系统梯形图的设计

根据电梯运行流程，把电梯控制系统分为如下九块：开门环节、关门环节、楼层显示环节、内呼信号登记与消除环节、外呼信号登记与消除环节、定向环节、启动环节、制动环节和抱闸环节。分块设计如下。

（一)开门环节

开门环节有以下几点功能。 1、按下手动开门按钮，开门输出； 2、电梯到所选楼层，平层抱闸后自动开门；

3、电梯在某层停用，本层外呼，开门输出。开门环节的梯形图如图3-1所示。

15

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

16

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

图3-1 开门环节梯形图

为满足以上的功能，梯形图添加了中间继电器M37（开门辅助继电器1）和M39（开门辅助继电器2），M37和M39的另外一个功能是避免了双线圈。

抱闸至电机停转，平层抱闸开门输出。计时器T53开始计时，令抱闸后1s开门，另外计时的时间设为1s并无真实依据，现实生活中可以根据实际需要而再设定。

当门完全打开，开门到位触点接通，利用开门到位信号，把开门输出回路断开。达到开门到位后自动断开功能

（二）关门环节

关门环节有以下几点功能：

17

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

1、轿厢内按下手动关门按钮，关门输出；

2、开门到位15s后自动关门。此环节的梯形图如图3-2所示。

图3-2 关门环节梯形图

与开门环节相似，中间继电器M40（关门辅助继电器1）和M41（关门辅助继电器2），是为了避免双线圈输出。

开门到位计时器T51，开门到位15s后，进行自动输出关门。也可以在轿厢内按下手动关门按钮关门。关门到位后关门输出自动断开。

（三）楼层的登记与消除环节。

楼层的登记与消除有一下几个功能。

1、只有轿厢在该楼层时，才可以登记该楼层。具有连续消除登记功能。楼层的登记与消除部分的梯形图如3-4所示

18

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

19

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

图3-4 楼层的登记与消除部分梯形图

（四）内呼信号的登记与消除环节

内呼信号由轿厢内的选层按钮产生，内呼信号被登记后，要由程序完成保持，直至电梯到达内选确定的楼层后信号才被消除。内呼信号被保持的阶段，内呼信号输出要一直导通，即内呼显示灯要一直亮。内呼信号的登记与消除环节梯形图如图3-6所示。

内呼信号的消除条件是：电梯到达所选楼层，且电梯牵引电机抱闸停转。由此条件可知，若乘客进入轿厢内呼当前楼层，内呼信号是不会被登记的。

20

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

21

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

图3-6 内呼信号的登记与消除环节梯形图

（五）外呼信号的登记与消除环节

外呼信号的登记与消除环节类似于内呼，都经过登记-保持-消除三个步骤。虽然电梯运行过程中要碰到很多的情况，比如，电梯在三楼正上行，此时二楼和五楼同时外呼，虽然外呼信号都要被登记和保持，但是并不影响电梯的正常运行，因为定向环节会确定电梯的运行方向，如此一来，虽然外呼信号都被登记，但有一些不会对电梯的运转产生影响。

外呼信号的消除条件亦是：电梯到达所选楼层，且电梯牵引电机抱闸停转。同样电梯在某层停转，乘客外呼本层，外呼信号不会被登记。但是若电梯在某层停用，即不运转，也没有内外呼，此时虽然外呼信号不能被登记，但是轿厢的门会自动打开，这是由开门环节决定的。外呼信号的登记与消除环节的梯形图如图3-7所示。

22

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

23

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

图3-7 外呼信号的登记与消除环节梯形图

（六）定向环节

定向环节分为两个部分，即定上行和定下行。由于定上行和定下行的情况基本类似，故只以定上行为例介绍定向环节的原理。

1、电梯在一楼，楼上只要有外呼，或有内呼，电梯就上行；

2、轿厢在二楼及以上楼层时，上级楼层有外呼，且外呼满足此时运行方向条件，则上行。

3、定向时，内呼信号的优先级要高于外呼信号。定上行部分的梯形图如图3-8所示。

24

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

25

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

图3-8 定上行部分梯形图

通过对中间继电器M25的置位和复位以确保内呼信号的高优先级。同定上行一样，定下行部分的梯形图如图3-9所示。

26

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

图3-9 定下行部分梯形图

27

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

电梯的定向输出控制轿厢牵引电机的正反转来实现上下行，即上行时牵引电机正转，下行时牵引电机反转。电梯在运行过程中，定向程序的执行只是在电梯停层阶段，也就是说，电梯只要在楼层停层都会定向一次，当电梯运行中间，定向程序是不会被执行的。

定向输出信号的消除条件是：电梯到达某个楼层停层后关门输出。比如电梯在三楼登记上行信号，要求在五楼停层，此时电梯上行，在三楼登记的上行信号保持到电梯在五楼停层再关门。此时在三楼登记的上行信号被消除，定向程序重新执行，重新判断电梯的运行方向。

（七）启动环节

启动环节其实包括低速启动和高速平稳运行两个部分。轿厢门关好，定向完成以及牵引电机停转。牵引电机开始低速启动，低速启动后1s电梯进入高速平稳运行阶段。

启动环节的梯形图如图3-10所示。

28

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

图3-10 启动环节梯形图

低速启动信号由互锁高速信号常闭出点进行断开，高速运行信号由制动信号常闭触点进行断开。

（八）制动环节

制动环节程序设计时也分上行制动和下行制动两块来分析和设计，最后把两块整合，即为完整的制动环节程序。

以上行制动为例，阐述制动环节的设计思路。上行制动有如下几种情况： 1、电梯正上行，内选m楼（上级楼层），m层上平层触点接通，牵引电机开始制动；

2、电梯在m层定上行，n层有外上呼（n>m），n层上平层触点接通，牵引电机开始制动；

3、电梯上行，目标层为m层，此时m以上楼层均无内外呼信号，m层有外下呼信号，当m层上平层触点接通，牵引电机开始制动；

4、电梯行上至五楼必制动。

下行制动类似，特殊情况：下行至一楼必制动。

制动信号由平层感应触点触发，上行由上平层感应触点触发，轿厢碰到上平层感应触点到电梯停层位置还有一段距离，此程序中设置了制动后1s抱闸，此处时间的设置，并无确实依据，现实中要根据实际情况设置，使其制动时间结束，抱闸开始，轿厢正好达到停层位置。

制动信号由抱闸输出信号断开，即抱闸信号产生的同时，制动信号被断开。其间制

29

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

动信号一直保持，电机一直在制动状态。

在程序控制的基础上，牵引电机的制动由外部电机的接线完成，制动环节的梯形图如图3-11所示。

30

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

31

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

图3-11 制动环节梯形图

1. （九）抱闸环节

牵引电机制动后电机抱闸，抱闸信号由制动计时器产生。牵引电机抱闸后抱闸信号一直保持，直至下次启动。抱闸信号的保持是为了防止轿厢停层时下坠，为开关门程序的执行提供了一个可靠的相对静止状态。避免的造成人员伤害事故的发生。故在轿厢停止运行的时间内，抱闸信号一直存在。

抱闸环节的梯形图如图3-12所示。

32

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

图3-12 抱闸环节梯形图

控制系统程序的分块设计全部完成，把各块梯形图整合到一起，然后稍作调整，就得到了完整的电梯软件控制系统。完整的控制系统梯形图见附录。

33

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

第五章 仿真软件的介绍与调试运行

第一节 仿真软件的介绍

GX Developer是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。

第二节 软件调试方法

梯形图程序编写完成后，即可进行软件的调试。调试前首先要进行梯形图的变换，按下键盘F4键即可进行变换。变换后的梯形图编辑区域由灰色变成白色，如图4-1，上半部分为未变换前的梯形图，下半部分为变换后的梯形图。

梯形图变换后，若要修改变换过的梯形图，只需在要修改的地方鼠标双击即可，此时修改区域的颜色又变回灰色，待修改完成后，则需再进行一次梯形图变换。

图4-1 梯形图转换前

梯形图变换完成后腰进行程序检查，点击工具下拉菜单下的程序检查，或点击按钮

便可实现。图4-2为程序检查浮动窗口。

34

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

图4-2 程序检查窗口

第三节 梯形图程序仿真

程序调试结束后腰进行程序的仿真。选中工具下拉菜单下的梯形图逻辑功能测试，或点击

，即可进行梯形图的仿真。图4-3为PLC的写入过程。

图4-3 PLC写入过程

图4-4为仿真控制窗口，可控制仿真的停止与运行等。

35

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

图4-4 仿真控制窗口

选中仿真控制窗口工具栏的菜单启动下拉菜单的继电器内存监视，则DEVICE MEMORY MONITOR浮动窗口软元件中X、Y和M，就会出现仿真浮动窗口。如图4-11所示。

图4-4 仿真结果显示窗口

36

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

根据程序的要求，分别给予相应的输入信号，观察是否有预期的输出（也可以按住shit+enter键进行观察预期输出）。如运行合理，则按步骤仿真，直至结束；若不满足要求，返回到梯形图编写窗口检查错误，进行修改，直至程序运行合理。

仿真时要注意的问题：

1、触点式输入要短时间接通后立即切除； 2、仿真过程要和现实情况一致。

3、仿真中会有多个输入信号输入，不可遗漏。

第四节 仿真结论

从仿真结果来看，梯形图程序中九个环节（开门环节、关门环节、楼层显示环节、内呼信号登记与消除环节、外呼信号登记与消除环节、定向环节、启动环节、制动环节和抱闸环节）都可以实现它的功能。已经满足了五层电梯的内选层、外呼梯、开关门、安全触板功能等信号的登记、消除与实现的基本功能。

37

广东石油化工学院专科毕业(设计)论文：电梯自动控制系统设设计

第六章 结论

在设计之前，我看了许多电梯结构和PLC内部结构和指令的书籍。同时也参考了许多类似电梯程序的梯形图设计，在参考的同时学会了选型选点并且把本设计分为九个环节相辅而成。在对这九个环节需要的功能输入输出进行绘制PLC接线图。最终确定为28个输入点，和22个输出点。故查看三菱公司产品对系统选出FX2N-64MR-001型号的PLC。进行了I/O输出输入的分配。通过学习和模仿别人的程序，我对每一个环节都在gx developer三菱专用编程软件中进行编译并不断的增加联锁互锁和中间继电器来解决程序中不可靠、双线圈输出、需要延时等问题。程序全部编写到gx developer中时我用对整个系统进行了一个仿真（软元件的监视）。逐步的完善设计需要达到的功能。本设计也有部分缺点：如缺少了对楼层数码管显示的编程、没有实现自动花功能、没有增加相应的传感器来进行辅助完全电梯运行过程。但是本设计已经在对电梯的速度、运行状态、安全、可靠等前提下满足了五层电梯内选层、外呼梯、开关门、安全触板功能等信号的登记、消除与实现的功能。

38

参考文献

参考文献

[1] 李秧耕.电梯基本原理及安装维修全书[M].北京：机械工业出版社,2003.2:54-60 [2] 陈一才.大楼自动化系统设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2009.7:75-90 [3] 刘裁文.电梯控制系统[M].北京：电子工业出版社,1996.7:78-100 [4] 刘佩武.电梯的使用与维修[M].北京：机械工业出版社,2004.2:68-90

[5] 尹刚．基于PLC的变频调速电梯系统设计[D]．沈阳：沈阳大学硕士论文,2008.5:34-45 [6] 张汉杰.王锡钟.现代电梯控制技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2001.9:156-237 [7] 濮良贵.纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社,2001.9:90-156

[8] 史信芳.毛宗源.电梯原理与维修管理技术[M].北京：电子工业出版社,1988.7:89-108 [9] 杨兰春.电梯曳引机[M].北京：机械工业出版社,2000.11:35-46

[10] 石云．基于PLC的电梯控制系统的设计和实现[J]．工业控制计算机,2009.1:24-42 [11] 汪晋宽．自动控制系统工程设计[M]．北京：北京邮电大学出版社,2005.3:31-54 [12] 郑学伟．基于PLC的电梯控制系统设计[D]．天津：天津大学硕士论文,2006.6:14-45 [13] 顾德仁.电梯电气原理与设计[M].苏州大学出版.2013-08-01

[14] 初航.零基础学三菱FX系列PLC(第2版)机械工业出版社。2013 .9.20

39

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/taiw.html