三菱PLC五層電梯控制系統(tǒng)設計

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電氣與電子信息工程學院 《電氣控制與PLC實訓》 設計報告 名 稱 三菱PLC五層電梯控制系統(tǒng)設計 　　　專業(yè)名稱：　 電氣工程及其自動化 班 級： 　　　學　　號：　　　 　 　 姓 名： 指導教師： 設計時間： 設計地點： 目錄 內(nèi)容摘要（6） 第一章 電梯概述（7） 1.1電梯的組成（7） 1.2電梯的工作原理（8） 第二章 電梯控制系統(tǒng)的控制分析（9） 2.1 電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點及存在問題（9） 2.2 PLC及在電梯控制中的應用特點（9） 第三章 可編程控制器的機型選擇（11） 3.1 PLC的I／O點數(shù)估算（11） 3.2 響應時間（11） 3.3 輸入輸出模塊的選擇（11） 3.4 機型的確定（11） 第四章 硬件設計（13） 4.1五層電梯主電路設計（13） 4.2輸入輸出分配表（14） 4.3 PLC接線圖（16） 第五章 軟件設計（17） 5.1 程序流程圖（17） 5.2 程序語句（18） 第六章 程序調(diào)試、運行（18） 6.1 程序調(diào)試（18） 6.2 PLC控制系統(tǒng)的外部干擾（18） 第七章 總結(jié)（19） 7.1心得體會（19） 第八章 梯形圖（19） 第九章 實物圖（28） 三菱 ＰＬＣ五層電梯控制系統(tǒng) 內(nèi)容摘要　隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，微電子技術、計算機技術和自動控制技術也得到了迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術已經(jīng)進入一個嶄新的時代，其應用越來越廣。而電梯作為現(xiàn)代高層建筑的垂直交通工具，與人們的生活緊密相關，隨著人們對其要求的提高，電梯得到了快速發(fā)展。近年來，我國的電梯生產(chǎn)技術得到了迅速發(fā)展。一些電梯廠也在不斷改進設計、修改工藝。更新?lián)Q代生產(chǎn)更新型的電梯，電梯主要分為機械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)兩大部份，隨著自動控制理論與微電子技術的發(fā)展，電梯的拖動方式與控制手段均發(fā)生了很大的變化，交流調(diào)速是當前電梯拖動的主要發(fā)展方向。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電路控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點，目前已逐漸被淘汰。微機控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設計復雜，一般維修人員難以掌握其維修技術等缺陷。而PLC控制系統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強,設計和調(diào)試周期較短等優(yōu)點，倍受人們重視等優(yōu)點，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術改造。 本畢業(yè)設計是以四層電梯為控制對象，用PLC實現(xiàn)對電梯的控制。本畢業(yè)設計的任務是用可編程控制器（PLC）控制四層電梯，實現(xiàn)所有的控制要求，設計思路是采用隨機邏輯控制原理，根據(jù)電梯自身的控制規(guī)律，響應隨機的外部呼叫信號，設計分析、討論了用FX2N型PLC控制電梯模型的程序設計的整個過程,并主要闡述了三個方面：系統(tǒng)的控制要求、系統(tǒng)配置、軟件設計。 第一章 電梯概述 1.1電梯的組成 電梯是機電合一的大型復雜產(chǎn)品,機械部分相當于人的軀體,電器部分相當于人的神經(jīng)。機與電的高度合一,使電梯成了現(xiàn)代科學技術的綜和產(chǎn)品。對于電梯的結(jié)構(gòu)而言,傳統(tǒng)的方法是分為機械部分和電氣部分,但以功能系統(tǒng)來描述,則更能反映電梯的特點。下面簡單介紹電梯機械部分的結(jié)構(gòu),四層電梯平面圖如圖1-1所示。 1.曳引系統(tǒng)： 曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動力，使電梯運行。曳引系統(tǒng)主要由曳引機、曳引鋼絲繩、導向輪、反繩輪組成。 2.導向系統(tǒng)： 導向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動。導向系統(tǒng)主要由導軌，導靴和導軌架組成。 3.轎廂： 轎廂是運送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂由轎廂架和轎廂體組成。 圖1-1 四層電梯平面圖 4.門系統(tǒng)： 門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統(tǒng)由轎廂門，層門，開門機，門鎖裝置組成。 5.重量平衡系統(tǒng)： 系統(tǒng)的主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動正常。系統(tǒng)主要由對重和重量補償裝置組成。 6.電力拖動系統(tǒng) 電力拖動系統(tǒng)的功能是提供動力，實行電梯速度控制。電力拖動系統(tǒng)由曳引電動機，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動機調(diào)速裝置等組成。 7.電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對電梯的運行實行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏(柜)，平層裝置，選層器等組成。 8.安全保護系統(tǒng) 保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。由電梯限速器、安全鉗、緩沖器、安全觸板、層門門鎖、電梯安全窗、電梯超載限制裝置、限位開關裝置組成。 1.2電梯的工作原理 曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導向輪上，曳引電動機通過減速器變速后帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實現(xiàn)轎廂和對重的升降運動，達到運輸目的。固定在轎廂上的導靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導軌往復升降運動，防止轎廂在運行中偏斜或擺動。常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電梯運轉(zhuǎn)，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止狀態(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動機功率。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負載穩(wěn)定，轎廂得以準確?？俊ｋ姎庀到y(tǒng)實現(xiàn)對電梯運動的控制，同時完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運行安全。 電梯在各服務層站設有層門、轎廂運行方向指示燈、數(shù)學顯示轎廂、運行位置指層器和召喚電梯按鈕。電梯召喚按鈕使用時，上樓按上方向按鈕，下樓掀按下方向按鈕。 轎廂到達時，層樓方向指示即顯示轎廂的運動方向，乘客判斷欲往方向和確定電梯正常后進入轎廂，注意門扇的關閉，勿在層門口與轎廂門口對接處逗留。 轎廂內(nèi)有位置顯示器、操縱盤及開關門按鈕和層樓選層按鈕。進入轎廂后，掀按欲往層樓的選層按鈕。若要轎廂門立即關閉，可掀按關門按鈕。轎廂層樓位置指示燈顯示抵達層樓并待轎廂門開啟后即可離開。第二章 電梯控制系統(tǒng)的控制分析 2.1 電梯繼電器控制系統(tǒng)的特點及存在問題 2.1.1電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點 1.所有控制功能及信號處理均由硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術人員和技術工人所掌握。 2.系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術和特殊的工具、儀器。 3.大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便宜。 4.多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術成熟，已形成系列化產(chǎn)品，技術資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。 2.1.2電梯繼電器控制系統(tǒng)存在的問題 1.系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。 2.普通控制電器及硬件接線方法難以實現(xiàn)較復雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術水平難以提高。 3.電磁機構(gòu)及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。 4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大。 5.由于線路復雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高;而且檢查故障困難，費時費工。 電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚憂。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。 2.2 PLC及在電梯控制中的應用特點 2.2.1 PLC的特點 PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，實質(zhì)上屬于計算機控制方式。PLC與普通微機一樣，以通用或?qū)Ｓ肅PU作為字處理器，實現(xiàn)通道(字)的運算和數(shù)據(jù)存儲，另外還有位處理器，進行點運算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點。 1.可靠性:對可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。 (1)PLC不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。 (2)PLC采用了一系列可靠性設計的方法進行設計，例如，冗余設計，斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復等，使可靠性提高。 (3)PLC有較高的易操作性，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發(fā)生操作的錯誤。 (4)PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設計的控制裝置，它具有比通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。 (5)在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件:采用先進的工藝制造流水線制造;對干擾的屏蔽、隔離和濾波等;對電源的斷電保護;對存儲器內(nèi)容的保護等。 (6)PLC的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波;軟件自診斷;簡化編程語言等。 1.易操作性，PLC的易操作性表現(xiàn)在下列幾個方面: (1)操作方便對PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。 (2)編程方便PLC有多種程序設計語言可供使用。 (3)維修方便PLC具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。 2.靈活性，PLC的靈活性表現(xiàn)在以下幾個方面: (1)編程的靈活性。 (2)擴展的靈活性。 (3)操作的靈活性。 2.2.2 PLC控制電梯的優(yōu)點 1.在電梯控制中采用了PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。 2.去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。 3.PLC可實現(xiàn)各種復雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。 4.PLC可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。 5.用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。 6.更改控制方案時不需改動硬件接線。 綜上所述，PLC控制的優(yōu)點遠遠多于傳統(tǒng)的繼電器控制方式，本設計主要采用了三菱PLC對四層電梯的控制。 第三章 可編程控制器的機型選擇 3.1 PLC的I／O點數(shù)估算 根據(jù)被控對象對PLC控制系統(tǒng)的技術指標和要求，確定用戶所需的輸入、輸出設備，據(jù)此確定PLC的I／O點數(shù)。在估算系統(tǒng)的I／O點數(shù)和種類時，要全面考慮輸入、輸出信號的個數(shù)，I／O信號類型，電流、電壓等級，是否有其他特殊控制要求等因素。以上統(tǒng)計的數(shù)據(jù)是一臺PLC完成系統(tǒng)功能所必須滿足的，但具體要確定I／0點數(shù)時則要按實際I／0點數(shù)，再向上附加20％～15％的備用量。根據(jù)機型的選擇，再對被控對象進行I／0點數(shù)的估算，根據(jù)被控對象I／O信號的點數(shù)，考慮留有15％～20％的備用量以調(diào)整和擴充。估算出被控對象的I／0點總數(shù)，就可根據(jù)此點數(shù)選擇相當?shù)腜LC。 3.2 響應時間 掃描周期和響應時間必須認真考慮?？删幊绦蚩刂破黜樞驋呙璧墓ぷ鞣绞绞顾荒芸煽康慕邮粘掷m(xù)時間小于掃描周期的輸入信號。例如：某PLC產(chǎn)品檢測系統(tǒng)，其有效檢測寬度為5cm，若產(chǎn)品傳送速度為50m／min，為了確保不會漏檢經(jīng)過的產(chǎn)品，要求可編程控制器的掃描周期不能大于產(chǎn)品通過檢測的時間間隔60ms。 3.3 輸入輸出模塊的選擇 來自現(xiàn)場的設備按鈕、限位開關、行程開關等的電平信號并將其轉(zhuǎn)換為機器內(nèi)部電平信號，模塊類型為直流和交流兩種。根據(jù)設備與模塊之間的遠近程度選擇電壓的大小，一般5V、12V、24V屬低電平，傳輸距離不宜太遠，例如5V的輸入模塊最遠不能超過l0m，也就是說，距離較遠的設備選用較高電壓的模擬比較可靠。另外，高密度的輸入模塊如32點、64點，同時接通點數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度。一般講，同時接通點數(shù)不得超過60%。 系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須考慮門檻電平(接通電平與關斷電平之差)的大小。門檻電平值越大，抗干擾能力越強，傳輸距離也就越遠。 輸出模塊的任務是將機器內(nèi)部電平信號轉(zhuǎn)換為外部的控制信號。頻繁、電感性、低功率因數(shù)的負載，推薦使用晶閘管輸出模塊，但缺點是模塊價格高，過載能力差。輸出模塊優(yōu)點是適用電壓范圍寬，導通壓降損失小，價格便宜，缺點是壽命短，響應速度慢。輸出模塊的電流值必須大于負載電流的額定值。 3.4 機型的確定 FX2N-48MR-001技術指標 合計總數(shù)48點－24點輸入，DC24V，24點繼電器輸出； 尺寸（mm）：1828790。 FX2N-48MR-001系列PLC的功能 (1)集成型&高性能 CPU 電源 輸入輸出三為一體。對6種基本單元，可以以最小8點為單位連接輸入輸出擴展設備，最大可以擴展輸入輸出256點。 (2)高速運算 基本指令：0.08μs/指令，.應用指令：100μs/指令 (3)安心、寬裕的存儲器規(guī)格 內(nèi)置8000步RAM存儲器。安裝存儲盒后，最大可以擴展到16000步。 (4)豐富的軟元件范圍 輔助繼電器：3072點，定時器：256點，計數(shù)器：235點 .數(shù)據(jù)寄存器：8000點 根據(jù)PLC機型選擇的基本原則，本課題中選擇了三菱公司FX2N-48-MR-001系列的PLC。 第四章 硬件設計 4.1四層電梯主電路設計 在三菱ＰＬＣ控制系統(tǒng)中，電梯的所有動力均有電動機提供。上下行電動機為電梯上下行提供動力。開關門電動機控制電梯門的開與關。整個系統(tǒng)共需 M1、M2兩臺電動機。主電路如圖4-1所示。 圖4-1 主電路 在實際運行中，過負載、欠電壓、斷相等因素都可能造成電動機超 過其負載，即廣義上的超載。電動機的短時超載是允許的，但如果長時間運行將會毀壞電動機。因此需采取保護措施，目前比較常用的是熱繼電器。在其工作過程中，可能出現(xiàn)短時間大電流的超載，熱繼電器無法起到有效的保護作用，可在電路中安裝熔斷器對其進行保護。 各電動機使用交流接觸器控制。其中接觸器 KM1、KM2、KM3、KM4分別控制電動機M1的上下行、電動機M2的門開關。FR1、FR2為 M1、M2提供過負載保護。FU1、FU2為 M1、M2提供短路保護。上下行電動機M1選用 Y100L2-4，容量為1.5kW。門電動機M1為Y100L-6，容量為1.5kW。兩臺電動機的電流分別為 I===32.6 A I===3.26 A 接觸器按實際電流的1.5倍到2倍選擇,所以接觸器的額定電流值為60A和6A，額定電壓為380V。 4.2 輸入輸出分配表 表4-1為該課題的輸入輸出分配表。 輸入信號有：內(nèi)呼信號4個，外呼信號6個，開關門信號2個，轎廂平層信號4個，開關門限位2個，上下極限位2個，共計20個。 輸出信號有：內(nèi)呼信號指示4個，外呼信號指示6個，轎廂上下行2個，轎廂上下行指示2個，門電機開關2個，轎廂所在樓層指示6個，共計23個。 表4-1 輸入輸出分配表 輸入 輸出 0 1層上外呼 X0 0 1 2層下外呼 X1 1 1層上外呼指示 Y1 2 2層上外呼 X2 2 2層下外呼指示 Y2 3 3層下外呼 X3 3 2層上外呼指示 Y3 4 3層上外呼 X4 4 3層下外呼指示 Y4 5 4層下外呼 X5 5 3層上外呼指示 Y5 6 4層上外呼 X6 6 4層下外呼指示 Y6 7 5層下外呼 X7 7 4層上外呼指示 Y7 8 1層內(nèi)呼 X10 8 5層下外呼指示 Y10 9 2層內(nèi)呼 X11 9 1層樓層指示燈 Y11 10 3層內(nèi)呼 X12 10 2層樓層指示燈 Y12 11 4層內(nèi)呼 X13 11 3層樓層指示燈 Y13 12 5層內(nèi)呼 X14 12 4層樓層指示燈 Y14 13 1層平層 X15 13 5層樓層指示燈 Y15 14 2層平層 X16 14 電梯啟?？刂? Y16 15 3層平層 X17 15 電梯上下控制 Y17 16 4層平層 X20 16 電梯開門控制 Y20 17 5層平層 X21 17 18 關門信號 X22 18 19 開門信號 X23 19 4.3 PLC接線圖 圖4-2為PLC輸入輸出接線圖。X000～X023為輸入信號，Y000～Y020為輸出信號，輸入端的公共端COMI接地，輸出端的公共端COMⅡ接+24V電源。 圖4-2 PLC輸入輸出接線圖 第五章 軟件設計 5.1 程序流程圖 D0大于要去樓層 電梯下行 電梯上行 到達目的樓層 電梯所在樓層信息 存儲于D0中 D0與要去樓層比較 電梯停止 是 否 5.2 程序語句 5.2.1 外部信號輸入存儲程序 1.外呼信號輸入及存儲程序 以一樓上外呼為例，按下X000按鈕，則Y16 Y17 Y10被置1并保持，直到電梯到達一樓時利用X021常開使Y15 Y17 Y10置0。 2.內(nèi)呼信號輸入及存儲程序 以二樓內(nèi)呼信號為例，如果電梯不在二樓，此時按下X11。如果此時電梯為下行，則Y17 Y16置1并且在電梯下降過程中一直保持，直到電梯下行到二樓時置0，。如果電梯處于上行階段，則Y16置1并保持，直到電梯上行到二樓時置0。 4.比較判斷轎廂上下行程序 按下某樓層按鈕則將該按鈕所對應的樓層與轎廂所在樓層數(shù)據(jù)寄存器D0中的值進行比較，從而可以判斷上下行。判斷上下行程序：當電梯所在樓層大于D0中的值，則轎廂上行；當電梯所在樓層于D0中的值，則轎廂下行。 第六章 程序調(diào)試、運行 6.1 程序調(diào)試 設計一個PLC應用系統(tǒng)，關鍵要解決的第一個問題是進行PLC應用系統(tǒng)的功能設計，即根據(jù)受控對象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。第二個問題是進行PLC應用系統(tǒng)的功能分析，即通過分析系統(tǒng)功能，提出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、控制信號的種類、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。第三個問題是根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定PLC的機型和系統(tǒng)的具體配置，總裝調(diào)試步驟： 1.模擬調(diào)試。用戶編寫的程序在總裝調(diào)試前要進行模擬調(diào)試，檢查程序無誤后可把PLC接到系統(tǒng)里進行總裝調(diào)試。 2.PLC的外部接線檢查，外部接線一定要準確無誤。如果用戶程序還沒有送到機器里去，可用自行編寫的試驗程序?qū)ν獠拷泳€做掃描通電檢查，查找接線故障。 3.將主電路斷開，進行預調(diào)，確認接線無誤后再接主電路。 4.將模擬調(diào)好的程序送入用戶存儲器進行總調(diào)試，直到各部分的功能均正常，并能協(xié)調(diào)一致成為一個完整的整體控制為止。 5.如果調(diào)試達不到指標要求，可對硬件、軟件調(diào)整，一般只對軟件作調(diào)整。 5.全部調(diào)試結(jié)束以后，將程序固化在EPROM盒中保存。 6.3 PLC控制系統(tǒng)的外部干擾 1.控制系統(tǒng)供電電源的波動以及電源電壓中高次諧波產(chǎn)生的干擾。 2.其他設備或空中強電場通過分布電容的耦合竄入控制系統(tǒng)引起的干擾。 3.鄰近的大容量電氣設備起動和停機時，因電磁感應引起的干擾。 經(jīng)過上機調(diào)試，梯形圖和指令表符合本設計的要求。 第七章 總結(jié) 7.1 心得體會 通過這次對五層電梯PLC控制的設計，讓我了解了PLC梯形圖，指令表，外部接線圖有了更好的了解，有很多設計理念來源于實際，從中找到正確的設計方法。 經(jīng)過一段時間的鉆研，我較圓滿的完成了設計，實現(xiàn)了基于PLC的五層電梯控制系統(tǒng)的設計要求及功能 第八章 梯形圖 第九章 實物圖 - 30 -