三层电梯控制设计

综合实训设计报告信息工程与自动化学院自动化系设计题目：基于PLC的三层电梯控制系统设计姓名：学号：专业：测控121班指导老师：二0一五年七月引言随着城市建设的不断发展，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。它是采用电力拖动方式，将载有乘客或货物的轿厢，运行于垂直方向的两根刚性导轨之间，运送乘客和货物的固定式提升设备。所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。但传统的电梯控制系统主要采用继电器--接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式采用可编程控制器取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别，但PLC可靠性高，程序设计方便灵活。1.电梯的PLC控制方式PLC是一种用于工业自动给控制的专用计算机。实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，能通用或专用CPU作为字处理器，实现通道（字）的运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高，易操作、维修和编程简单、灵活性强等特点。1.1PLC控制系统的可靠性对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTBF，降低了MTTR，使可靠性提高。PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。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，采用先进的工艺制造流水线制造，对于干扰的屏蔽、隔离和滤波等，对电源的断电保护，对存储器内容的保护等。PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波，软件自诊断，简化编程语言等。1.2PLC控制系统的易操作性PLC的易操作表现在下列几个方面：（1）操作方便对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序查找，然后进行更改，更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。（2）编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程。（3）维修方便PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。1.3PLC控制系统的灵活性PLC的灵活性表现在以下几个方面：（1）编程的灵活性PLC采用的编程语言有梯形图，布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便，应用面拓展。（2）扩展的灵活性PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点，它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。（3）操作的灵活性操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。1.4PLC操作方式的优点（1）在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。（2）去掉了选层器及大部分继电器，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。2.需求分析电梯是一个具有特种容载装置轿厢沿着恒定不变的铅垂导轨，在不同水平面间歇运动的用电力驱动的起重机械，它适宜于装置在二层以上的高层建筑物内，专供上下运送人员或货物之用。本实训所设计的电梯模型共三层，电梯每层的楼厅均设有按钮召唤电梯；电梯内部设有按钮以便乘客选择要到达的楼层，还设有开关门按钮，方便乘客进出电梯。工作中的电梯控制系统的主要任务是对各种呼梯信号和当前电梯运行状态进行综合分析，再确定下一个工作状态。为实现电梯自动控制，要求控制系统具有自动定向，顺向截梯，反向保号，外呼指令记忆，停梯销号，自动开关门，自动报警，手动开关门等。我组设计的三层电梯控制系统的主要功能有：(1)楼层指示灯亮时表示停在相应的楼层；(2)每当停在各楼层时其楼层指示灯闪烁5秒接着常亮；(3)有呼叫的楼层有响应，反之没有;(4)电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。3.电梯的控制要求电梯由安装在各楼层门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行方向。电梯轿厢内设有楼层内选按钮S1～S3，用以选择需停靠的楼层。L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示，SQ1～SQ3为到位行程开关。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。例如，电梯停在由一层运行至三层的过程中，在二层轿厢外呼叫时，若按二层上升呼叫按钮，电梯响应呼叫；若按二层下降呼叫按钮，电梯运行至二层时将不响应呼叫运行至三层，然后再下降，响应二层下降呼叫按钮。电梯位置由行程开关SQ1、SQ2、SQ3决定，电梯运行由手动依次拨动行程开关完成，其运行方向由上升、下降指示灯UP、DOWN决定。例如：闭合开关SQ1，电梯位置指示灯L1亮，表示电梯停在1层，这时按下三层下呼按钮D3，上升指示灯UP亮，电梯处于上升状态。断开SQ1、闭合SQ2，L1灭、L2亮，表示电梯运行至二层，上升指示灯UP仍亮；断开SQ2、闭合SQ3，电梯运行至三层，上升指示灯UP灭，电梯结束上升状态，以此类推。当电梯在三层时（开关SQ3闭合），电梯位置指示灯L3亮。按下轿厢内选开关S1，电梯进入下降状态。在电梯从三层运行至一层的过程中，若按下二层上呼U2与下呼按钮D2，由于电梯处于下降状态中，电梯将只响应二层下呼，不响应二层上呼。当电梯运行至二层时，电梯停在二层，当电梯运行至一层时，一层内选指示灯SL1灭，下降指示灯DOWN灭，上升指示灯UP亮，电梯转为上升状态，响应二层上呼，当电梯运行至二层时，上升指示灯UP灭。每当到达楼层若电梯门指示灯不闪烁则继续前进，否则执行电梯门开关动作。4.PLC硬件设计4.1PLC型号选择PLC的种类非常繁多，不同种类之间的功能设置差异很大，这既给PLC机型的挑选提供了十分广阔的空间，同时也带来了一定的难度。机型选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，力争最好的性价比，并有一定的升级空间。考虑到本次设计的电梯系统只有3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价格便宜，体积也小，但是在设计活动中，经常碰到一些估计的指标，在设计活动中需要进行局部调整，另外模块式PLC排除故障所需时间短；由于考虑到本次设计的电梯系统只有3层，考虑到工厂造价，我们采用离线编程的方式，以减小软硬件的开销。统计输入、输出点数并选择PLC型号：输入信号有11个，考虑到有15％的备用点，即10×（1＋15％）＝12.65，取整数13，因此共需13个输入点。输出信号有8个，考虑到有15％的备用点，即8×（1＋15％）＝9.2，取整数10，因此共需10个输出点。因此可选用三菱公司生产的FX2N-32MR型号的主机，它有16个输入点，16个输出点，满足本设计的要求。4.2I/O分配表(1)输入分配：序号名称输入点0三层内选按钮S3X01二层内选按钮S2X12一层内选按钮S1X23三层下呼按钮D3X34二层下呼按钮D2X45二层上呼按钮U2X56一层上呼按钮U1X67三层行程开关SQ3X78二层行程开关SQ2X109一层行程开关SQ1X1110复位RSTX12（2）输出分配：序号名称输出点0三层指示灯L3Y01二层指示灯L2Y12一层指示灯L1Y23电梯下降指示DOWNY34电梯上升指示UPY45三层内选指示灯SL3Y56二层内选指示灯SL2Y67一层内选指示灯SL1Y74.3I/O接线图KM1KM2PLCX0X2X1X7X6X5X3X4X10X11COM+_24VS3S2S1D3D2U2U1SQ3SQ2SQ1Y0Y1Y2Y4Y5Y3Y6Y7COM1L3L2L1DOWNUPSL3SL2SL1FX2N图1PLCI/O接线图5.模拟装置设计模拟装置实验面板图如图2所示：图2模拟实验面板图6.软件设计6.1PLC控制系统流程图及描述电梯启动下降到一层停止等待呼叫信号电梯停前检测呼叫信号NOYES是否停在二或三楼层且呼叫信号检测到呼叫信号电梯上升或下降电梯停止后继续上升电梯停止后继续下降电梯停止NOYES上升下降图3电梯的工作流程图电梯启动时，检测电梯是否停在二或三楼层且有呼叫信号，如果是就等待呼叫信号，如果不是时，电梯自动下降到一层等待呼叫信号。当检测到有呼叫信号时，例如：电梯停在一层时检测到三层呼叫信号，电梯离开一层经过二层，接着到达三层，电梯停止。当电梯停前检测到呼叫信号，例如：电梯停在一层时检测到三层呼叫信号，电梯离开一层经过二层，准备到达三层时检测到二层呼叫信号，电梯停在三层后继续下降到二层等待呼叫信号。6.2PLC程序梯形图7.组态监控系统设计组态王6.55具有流程监控、完整的脚本编辑、实时趋势监视、全面报警、历史数据管理、报表展示等核心性能，同时具有可视化操作界面、自动建立I/O点、分布式存储报警和历史数据、设备集成能力强等优点，其功能强大、性能优异、质量可靠。（1）启动组态王6.55软件，进入工程管理器中建立一个“三层电梯”的新工程，如图4所示：图4工程建立画面（2）进入工程浏览器中，在左侧设备中设置组态王软件和PLC间的通信参数，如图5、图6所示：图5COM口参数设置界面图6组态王上PLC参数设置界面（3）在工程浏览器数据库的数据词典里建立上位机监控画面所需的变量，如图7所示：图7组态王数据库变量建立界面（4）在工程浏览器文件下，选择画面，新建立一个“主界面”画面，如图8所示：图8组态王画面建立（5）在画面中选择工具箱中的画图工具建立电梯监控画面，如图9所示：图9组态王主监控界面（6）将数据库中数据词典里建立的变量与画面中的图形元素做一一对应，如图10所示：图10组态王图形元素的变量对应设置（7）在画面中右键画面属性中选择命令语言，编写上位机电梯运行的组态王程序，如图11所示：图11组态王画面命令语言编写（8）全部保存工程，运行并调试组态王上位机监控界面，如图12所示：图12组态王运行监控界面8.系统的改进设想本系统使用三菱FX2N-32MRPLC实现三层电梯的控制,在实际运用中，由于电梯使用的楼层比较高，为了在运行过程中节省时间，可采用变频调速。例如：用楼层限位开关进行感应，启动时，若电梯离起点距离为一层以下时，进行低速运转；若电梯离起点为一层以上时，转为高速。停止时，若电梯当前位置离目的地有两层以上距离时，用高速进行运行；若电梯当前位置离目的地在两层以下距离时，用低速运行。本设计的三层电梯为相应单一呼叫的电梯，即在一个动作没有完成前不响应其他呼叫，在现实生活中，通常可以响应多个呼叫，这就需要用到另外两条功能指令SFWR、SFRD。用SFWR来依次存储呼叫信号，用SFRD来依次读取呼叫信号，以达到按呼叫顺序来控制电梯运动的效果。9.总结与体会两星期的PLC实训很快结束了，在这短暂的两周实训时间里，经过老师、同学的指导