41毕业设计说明书

五层电梯PLC控制系统的设计摘要：随着经济的发展，现代城市中的高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活比不可少的代步工具。而电梯性能的好坏，除了电机等硬件以外，电梯控制系统是其核心因素。PLC因其简单易用、可靠性高、维修养护方便和抗感扰能力强等优点，在电梯控制领域应用极为广泛。本文以三菱FX2N系列PLC为例，以五层电梯为设计对象，PLC软件设计，PLC软件的调试仿真，阐述了PLC在电梯控制系统中中的应用，形成了以PLC为控制系统的完整的电梯模型，使电梯在更精确、更可靠、更快速的控制平台上运行。关键词：电梯，三菱FX2N，PLC,仿真无锡职业技术学院毕业设计说明书2毕业设计说明书目录前言……………………………………………………………………………3第1章绪论……………………………………………………………………41.1研究本课题的意义及目的……………………………………………41.2本设计的安排…………………………………………………………4第2章系统方案………………………………………………………………53.1系统方案控制要求……………………………………………………53.2系统方案框图…………………………………………………………5第3章硬件的设计……………………………………………………………63.1PLC的选型……………………………………………………………63.2PLC的特点……………………………………………………………73.3主电路设计……………………………………………………………73.4PLC的软元件分配表…………………………………………………3.5PLC外部接线图………………………………………………………8第4章软件的设计……………………………………………………………104.1PLC的程序设计语言…………………………………………………104.2系统梯形图的设计……………………………………………………12第5章PLC的仿真软件与调试运行…………………………………………195.1仿真软件的介绍………………………………………………………195.2软件中梯形图程序的编写……………………………………………195.3软件的调试方法………………………………………………………215.4梯形图程序的仿真……………………………………………………22致谢……………………………………………………………………………26无锡职业技术学院毕业设计说明书3前言随着科学技术的发展、近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统(“早期安装的电梯多位继电器控制系统)、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造目前国内七八十年代安装的许多电梯电气部分用继电器接触器控制系统，线路复杂，接线多，故障率高，维修保养难，许多已处于闲置状态，其拽引系统多采用交流双速电机系统换速，效率低，调速性能指标较差，严重影响电梯运行质量。由于这些电梯交流调压调速系统，交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适感较差，交流调压调速系统属能耗型调速的机械部分无大问题，为节约资金，大部分老式电梯用户希望对电梯的电气控制系统进行改造，提高电梯的运行性能。因此对电梯控制技术进行研究，寻找适合我国老式电梯的改造方法具有十分重要的意义电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。无锡职业技术学院毕业设计说明书4第1章绪论1.1研究本课题的意义及目的作为一名自动化专业即将毕业的学生，做毕业设计是十分有意义的，对于选择这个课题也是十分有意义的。在学校期间我们大多数接触的是专业基础课及专业课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去？我想这次的毕业设计就为我们提供了良好的实践平台。在这次的毕业设计中，运用到了以前所学的专业课知识以及一些实践性很强的软件和工具，如GX、CAD等虽然在过去的学习中曾独立地学习了它们中的一部分但在本次的毕业设计中要将所学的知识汇聚到了一起，并加入了一定的其它知识让我自己动手完成一项PLC任务是很有意义的。而且在学习的过程中带着问题去学我发现效率蛮高的，利用软件调试去发现问题并解决问题也让我可以让我学到许多东西。通过五层电梯PLC控制系统的设计，加深对PLC的更深层的理解，熟悉PLC的内部硬件资源，掌握PLC的编程方法及技巧。灵活运用PLC的基础知识，能够完成硬件设计，再到软件编程及系统调试仿真，完成毕业设计，加深对PLC的理解。1.2本设计的安排本文的第1章前言主要阐述了电梯PLC控制系统的发展，第2章主要讲述了本设计的意义及目的，第3章主要是确定本设计的总体方案，第4章主要是硬件的设计，第5章主要是软件的设计，第6章主要是系统调试和利用PLC软件进行仿真。无锡职业技术学院毕业设计说明书5第2章系统方案2.1系统方案控制要求3.1.1电梯轿厢的控制要求：（1）选向：根据电梯各层内选外呼信号的先后和停止时轿厢所在在的楼层位置决定电梯的运行方向。（2）选层：指电梯能够根据轿内所选层而决定运行方向，而且遵守或一直向上或一直向下的原则。（3）楼层位置的指示：选用七段数码管显示的方法。3.1.2电梯门的控制要求：要求当电梯平层的时候，电梯门自动打开，经过5秒钟后电梯门自动关上。如果遇到有人在门中间的情况，电梯门自动打开。2.2系统方案框图因为本设计是PLC控制系统，所其输入端的输入信号是由按钮来提供的，其输出端是来控制电梯开门和楼层显示的，所以其系统方案框图见2—1所示。无锡职业技术学院毕业设计说明书6输入模块第3章硬件的设计3.1PLC的选型考虑到本次设计的电梯系统有五层，且开关量居多，模拟量较少；对于开关量控制为主的系统而言，一般PLC的响应速度足以满足控制的要求，在小型PLC中整体式比模块式的体积小，综合考虑后，系统选择了日本三菱公司生产的FX2N系列的PLC。FX2N系列PLC具有以下几方面的优点：1、FX2N配置灵活，除主机单元外，还可扩展I/O模块，A/D模块，D、A模块和其它特殊功能模块。2、FX2N指令功能丰富，有各种指令107条，且指令执行速度快。3、FX2N可用内部辅助继电器M,状态继电器S，定时继电器T，寄存器D，计数器C的功能和数据满足了系统控制要求的需要。4、FX2N的编程可用编程器，也可以在PC机上使用三菱公司的专用编程软件包MELSEMEDOC来进行。编程语言可用梯形图或指令表。尤其是可用PC机对系统实时进行监控。为调试和维护提供了极大的方便。经过分析，本五层电梯控制系统中共需要24个输入量、24个输出量，因此选择三菱FX2N系列的FX2N—48MR型PLC。PLC参数见表4—1和图4—1所示。表4—1PLC参数PLC型号输入电源输出类型输入点数输出点数FX2N—48MRAC电源DC24V继电器输出2424图4—1PLC外观无锡职业技术学院毕业设计说明书74.2PLC的特点PLC的主要特点如下：1、抗干扰能力强、可靠性高在工业现场存在着电磁干扰、电源波动、机械振动、温度和湿度的变化等因素，这些因素都影响着计算机的正常工作。而PLC从硬件和软件两个方面都采取了一系列的抗干扰措施。在硬件方面，PLC采用大规模和超大规模的集成电路，采用了隔离、滤波、屏蔽、接地等抗干扰措施，并采取了耐热、防潮、防尘、抗震等措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施。以上这些措施使PLC具有了很强的抗干扰能力和很高的可靠性。2、控制系统结构简单、使用方便在PLC控制系统中，只需在PLC的输入/输出端子上接入相应的信号线即可，不需要选接继电器之类的低压电器和大量复杂的硬件接线电图，大大简化了控制系统的结构。PLC体积小、质量轻，安装与维护极为方便。另外，PLC的编程大多采用类似于继电器的控制线路的梯形图形式，这种编程语言形象直观、容易掌握，编程非常方便。3、功能强大、通用性好PLC内部有成百上千个可供用户使用的编程元件，具有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。另外，PLC的产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户使用，用户灵活方便的进行系统配置，组成不同功能、不同规模的控制系统。4.3主电路设计主电路接线图（见图4—2）中有两个电机，一个为曳引机的牵引电机，为交流异步电机；另一个为开关门电机，为直流电机。KM1与KM2的切换，可以实现异步电机的正反转，即控制电梯的上下行。当KM3闭合时，定子绕组接成三角形接法，电梯低速运行；当KM4闭合时，定子绕组接成双星形接法，电梯高速运行。KM6与KM7的切换，可以实现直流电机的正反转，即控制电梯的开关门。无锡职业技术学院毕业设计说明书8图4—2主电路电气原理图4.4PLC的外部接线图PLC外部接线图见图4—3所示。无锡职业技术学院毕业设计说明书9图4—3PLC外部接线图第5章软件的设计5.1PLC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、功能表语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。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。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边，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。梯形图程序设计语言的特点：1、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；2、梯形图中的接点（触点）只有常开、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；3、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、寄存器、计数器等都不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。无锡职业技术学院毕业设计说明书104、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，所以输出点的值可以当条件使用。5.2PLC的软元件分配FX2N—48MR型号的PLC软元件分配表见表5—1所示。表5—1PLC软元件分配表软元件功能1楼2楼3楼4楼5楼输入X继电器上呼按钮手动按钮X0（上行）X1（下行）X2（低速