1、XXXX 大学 XX 学院毕业论文开题报告论文题目： 五层电梯的 PLC 控制系统设计 专 业： 电气自动化技术 指导教师： 学生姓名： 2008 年 5 月 15 日1.本课题研究的背景及目的背景：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；变速式自动人行道扶 梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再
2、封闭。老式电梯使用大量的继电器和接触器进行控制，使其结构复杂、体积庞大、成本高昂、易于出故障、保养及维修困难等。用 PLC取代继电器和接触器系统实现电梯自动控制，不仅由于用软件编程取代了硬接线，在改变机械动作时只需要改变程序而无需重新配线，而且由于用 PLC内部的“软继电器”取代了电气控制柜的安装尺寸，充分体现出设计、施工周期短，通用性强，可靠性高优点。据统计，我国在用电梯 34.6 多万台，每年还以约 5 万6 万台的速度增长。电梯服务中国已有 100 多年历史，而我国在用电梯数量的快速增长却发生在改革开放以后，目前我国电梯技术水平已与世界同步。目的: 熟悉 PLC 编程，掌握 PLC 梯形
3、语言，掌握 PLC 编程的方法。培养实际操作、独立思考、工作的能力，学以致用。2.本课题主要研究内容和预期目标本课题主要研究内容：本文主要内容是研究电梯的 PLC 控制系统设计。其中涉及到了电梯控制系统中最常见的问题，包括电梯的外呼梯、内呼梯、开关门、制动、制动减速、启动、启动延时、关门保护、超重报警等主要内容。预期目标：通过本次简单的电梯（5 层）控制系统设计，掌握 PLC 编程的方法，能够举一反三，通过现象看本质，本次的设计内容能为高层电梯的控制系统设计提供参考。3.本课题主要参考文献1 廖常初，可编程程序控制器及应用技术（第四版） ，重庆大学出版社，20062 刘克勤，可编程程序控制器
4、PLC ，重庆交通大学印刷，20073 叶安丽，电梯控制技术（第二版） ，机械工业出版社，2007 4.本课题具体进度安排1. 5 月 4 日5 月 7 日 查找资料2. 5 月 8 日5 月 10 日定题3. 5 月 11 日5 月 20 日提交初稿4. 5 月 21 日5 月 27 日提交二稿5. 5 月 28 日6 月 6 日提交三稿(定稿),答辩准备。5.指导教师意见指导教师： 年 月 日五层电梯的 PLC 控制系统设计专 业 电气化铁道技术 姓 名 xx 指导教师 xx 2012 年 4 月 6 日指导教师评语：指导教师： 年 月 日是否能参加毕业设计（论文）答辩：指导教师： 年 月
5、 毕 业 设 计 (论 文 )评 语 郁郁 语日目 录摘要11.概述12. PLC 的特点23. PLC 的应用领域34. PLC 的选择45.电梯的 PLC 控制系统工作原理46.轿厢内控制面板示意图87.电梯控制工作示意图98.电梯控制接线原理图 109.输入输出分配表 1110.梯形图程序1311.指令表程序1812.结束语2213.参考文献22五层电梯的 PLC 控制系统设计摘 要：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一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。更新换代生产更新型的电梯，电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的
6、拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。本文主要详细讲述了 PLC 在电梯控制系统中的应用。关键词：PLC 电梯 控制系统 电梯系统设计Abstract: With the development of science and technology in recent years, Chinas elevator production technology for fast development. Some elevator manufacturers also continue to improve the design, modification pr
7、ocess. Replacement of production update the elevators, escalators and mechanical systems can be divided into two parts control system, with automatic control theory and the development of microelectronics technology, elevator the drag way and means of control are great changes have taken place, exch
8、ange Speed is the main drag elevator the current direction of development. This article detailed account of the PLC in the elevator control system applications. Key words: PLC elevator control system elevator system design 1. 概述目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统(“早期安装的电梯多为继电器控制系统)、PLC 控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障
9、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，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。正是由于PLC 有着如此多的优点，PLC 已成为系统自动化、信息化、远程化及智能化的重要支柱。因而，学习PLC不仅是自动化系统集成的设计、使用与维修人员的迫切要求。可编程序控制器是微型计算机技术与继电器常规控制技术结合的产
10、物，是在顺序控制的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机.2. PLC的特点2.1 可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC 平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC 的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及
11、时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊 断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.2 配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运 算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。2.3 易学易用，深受工程技术人员
12、欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图 相当接近，只用 PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控 制打开了方便之门。2.4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。2.5 体积小，重量轻，
13、能耗低以超小型PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。3. PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。3.1 开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。3.2 模拟量控制在工业生产过程当中
14、，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog） 和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3.3 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模 块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。3.4 过程控制过程控制是指对
15、温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。3.5 数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处
16、理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。3.6 通信及联网PLC通信含PLC间的通信及 PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推系出各自的网络统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。4. PLC的选择 FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。它的基本指令执行时间达0.08us每条指令，远远超过了很多大型可编程序控制器。用户存储器容量可扩展到16K步，最大可扩展到256个I/O点，有5种模拟量输入/输出模块、
17、高速计算器模块、脉冲输出模块、4种位置控制模块、多种RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板，以及模拟定时器功能扩展板，使用特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。本文使用FX 2N-80MR。5. 电梯的PLC控制系统工作原理本文以交流双速电机拖动为例，介绍PLC在五层五站电梯中的应用。5.1 开关门环节电梯的开关门存在以下几种情况：(1) 电梯投入运行前的开门。此时电梯位于基站，将开关梯钥匙插入SA2内，旋转至开梯位置，则电梯应自动开门，人员进入轿厢，选层后电梯自动运行。(2) 电梯检修时的开关门。检修状态下，开关门均为手动状态，由
18、开关门按钮SB1、SB2实施开门与关门。(3) 电梯自动运行停层时的开门。电梯在平层位置停层时， M140接通，电梯应开始开门。(4) 电梯关门过程中的重新开门。在电梯关门的过程中，采用光幕传感器进行检测,若有人或物夹在两门的中间，自动发送重新开门信号，以达到重新开门的目的。(5) 呼梯开门。电梯到达某层站后，如果没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命，若有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。若其他层站有人呼梯，电梯将首先定向，并起动运行，到达呼梯层时再开门，此时的开门按停层开门处理。(6) 电梯停用后的关门。此时电梯到达基站，人员离开轿厢，电梯自动关门，将开关梯钥匙插入SA
19、2,旋转到关梯位置，电梯的安全回路被切断，PLC停止运行，电梯被关闭。(7) 电梯自动运行时的关门。停站时间继电器T50延时结束后，电梯自动关门。停站时间未到，可通过关门按钮实现提前关门。M102：自动运行时开门禁止；M100：开门辅助继电器；Y10 ：开门输出；M101：关门辅助继电器；Y11：关门输出; M200: 光幕传感器辅助继电器; M220:Z重量探测器辅助继电器。5.2 层楼信号的产生与清除环节当电梯位于某一层时，指层感应器(1KR-5KR)产生该层的信号，以控制指层灯的状态，离开该层时，该楼层信号应被新的楼层信号(上一层或是下一层)所取代。程序中当层的层楼辅助继电器是用上层或是
20、下层的层楼信号关断的。M110-M114：1到5层记忆灯辅助；Y14-Y20：1到5层记忆灯控制输出。5.3 停层信号的登记与消除环节人员通过对轿厢内操纵盘上1-5层选层按钮的操作，可以选择欲去的楼层。选层信号被登记后，选层按钮下的指示灯亮。当电梯到达所选的楼层后，停层信号即被消除，指示灯也应熄灭。程序中各内选层辅助继电器支路中串入了层楼辅助继电器的动断触点。M120-M124：内选1到5层辅助继电器；Y23-Y27：内选1到5层记忆灯控制输出。5.4 外呼信号的登记与消除环节人员在厅门外呼梯时，呼梯信号应被接收和记忆。当电梯到达该楼层，且定向方向与目的地方向一致时(基层与顶层除外)，呼梯要求
21、已满足，呼梯信号应被消除。按下外呼按钮时，相对应的外呼辅助继电器接通，外呼钮下的指示灯亮，表示呼梯要求已被电梯接收并记忆。而该信号的消除环节是由当层信号的动断触点与运行方向信号的动断并联构成。这样安排是前边提到过的电梯运行中只响应同时呼梯的原则决定的。即电梯运行方向与呼梯目的的地方向一致且到达呼梯楼层时，电梯将停止，呼梯要求已满足，呼梯信号被消除。电梯运行方向与呼梯目的地方向相反时，如电梯从一楼向上运行(上行)而呼梯要求从二楼向下，若有去三楼以上的内选层要求及外呼梯要求，电梯到达二楼时(无二楼上行要求)不停梯，呼梯要求没有满足，呼梯信号不能消除；若三楼以上无用梯要求，电梯将停在二楼，但呼梯信号
22、(二下)，不能立即消除，待人员进入轿厢，选层(去一楼) 后，电梯定向下，则二下呼梯信号已满足，呼梯信号被消除。M130:1层上行辅助；M131：2层上行辅助；M132：2层下行辅助；M133：3层上行辅助；M134：3层下行辅助；M135：4层上行辅助；M136 ：4层下行辅助；M137：5层上行辅助；Y30-Y37 ：1到5层外呼记忆灯控制输出。5.5 电梯的定向环节在自动运行状态下，电梯首先应确定方向，也即定向。电梯的定向只有两种情况，即上行和下行。电梯处于待命状态，接收到内选和外呼信号时，应将电梯所处的位置与内选和外呼信号进行比较，确定是上行还是下行。一旦电梯定向后，内选与外呼对电梯进行
23、顺向运行的要求没有满足的情况下，定向信号不能消除。检修状态下运行方向直接由上行和下行起动按钮确定，不需定向。梯形图中M103及M104分别为定上行及定下行辅助继电器，它们线圈的工作条件触点块由内外呼信号及电梯位置信号组成，前文中所说的“比较” 是通过电梯位置信号对呼梯信号的“ 屏蔽 ”实现的，比如当电梯上行且位于 2层时，M111 的动断触点断开，1层的内呼外唤都不再能影响上行状态。梯形图中，M103及M104在电梯上行及下行的全过程中，存在不能全程接通的情况，如上行至5楼时，一旦5楼层楼继电器M114接通时，M103 则立即断开，而此时电梯仍处于上行状态，至5楼平层位置时才能停止。为解决这一
24、问题，引入M143-M146，使上行与下行继电器接通时间延长至上行及下行的全过程。若不使用M143-M146，可能会发生下述情况：4楼向上的外呼信号(不存在其他外呼及内选层信号)，使电梯上行，电梯至4楼位置，M113 使M103断开，从电梯至4楼位置到电梯停层开门，人员进行轿厢内选5层之间的时间内，1、2、3楼的外呼及内选层信号可以使电梯在未完成4楼向上的运动之前定下行方向。M103：定上行；M144：上行；Y21：上行指示； M104：定下行；M146：下行；Y22：下行指示。5.6 自动运行时启动加速和稳定运行环节电梯的启动条件是：运行方向已确定，门已关好。其梯形图只考虑接触器的通电，而没
25、有考虑其断电与互锁等问题。5.7 停车制动环节电梯在停车制动之前，应首先确定其停层信号，即确定要停靠的楼层，应根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿内选层信号比较后得出。梯形图中，各层的停车触发信号在下行下呼，上行上呼及内选层信号存在时产生，这些都是符合前边所谈到的停车原则。当存在触发信号电梯又运行到当层时产生停车信号。停车信号M105梯形图支路中M103、M104动断触点的作用是为了解决呼梯方向与电梯电梯运行方向相反时的停车问题(如二楼向下的外呼信号，使电梯从一楼向上运行时，M151不会被触发，至二楼位置，靠 M103、M104的动断触点使M105接通)而设置的。而停车信号的消除是停车时间到
26、， T50为停层时间定时器。M150-M154：1至5楼停车触发或复位；M105：停车信号。停车制动之前，应先产生停车制动信号，然后由停车制动信号控制接触器实现停车制动。M106：制动辅助继电器。T50：停层时间( 含制动时间 )；M140：停层开门；Y0 ：上行；Y1 ：下行；Y2：高速；T51：启动延时；Y3：低速；T52：启动延时；T53：减速延时；Y5：慢速启动；Y6： 制动减速; Y7： 制动。5.8 应用举例以下以某人甲乘坐电梯为例，做简要解释。甲在一楼按下上召唤按钮，而此时电梯刚好正停在一楼没人使用，则此时电梯接受召唤开门，甲进入轿厢内，按下轿厢内控制面板四楼内选按钮，然后按下关
27、门按钮，则电梯向上行驶。若在向上行驶期间有人在二、三楼进行下召唤则电梯不会停车，只记忆此次召唤，待到电梯没人使用或向下行驶时才响应此操作；若在向上行驶期间有人在二、三楼进行上召唤则电梯停车等待人员进入轿厢后继续向上行驶，待到四楼停车、开门，甲走出轿厢。就完成了乘客甲的乘梯要求。HL6SB10灯 HL7 HL16 SB9 HL5SB8 HL4SB7 HL3SB6 HL2SB5 HL1SB1 SB212345stop轿厢内控制面板( 图 1)SQ175SB2 HL15 5SQ4SB1 HL144SQ4SB2 HL133SB1 HL123SQ3SB2 HL112SB1 HL10 2SQ2SB2 HL
28、91SB1 HL8 1SQSQ18电梯控制工作示意图( 图 2)输入输出分配表输入 代号 输出 代号X041 SA2 安全运行 Y000 KM1 上行X000 KA1 门锁 Y001 KM2 下行X001 SA1-1 自动 Y002 KM3 高速X002 SA1-2 检修 Y003 KM4 低速X003 SB1 开门 Y004 KM5 启动加速X004 SB2 关门 Y005 KM6 慢速启动X005 SB3 上行启动 Y006 KM7 制动减速X006 SB4 下行启动 Y007 KM8 制动X007 SQ5 基站 Y010 KM9 开门X010 SQ6 开门到位 Y011 KM10 关门X
29、011 SQ7 关门到位 Y014 1HL 一层层楼指示X012 SQ17 上行限位 Y015 2HL 二层层楼指示X013 SQ18 下行限位 Y016 3HL 三层层楼指示X014 SB5 一楼内选 Y017 4HL 四层层楼指示X015 SB6 二楼内选 Y020 5HL 五层层楼指示X016 SB7 三楼内选 Y021 6HL、HL6 上行指示X017 SB8 四楼内选 Y022 7HL、HL7 下行指示X020 SB9 五楼内选 Y023 HL1 一层内选记忆指示X021 1SQ 一楼感应器 Y024 HL2 二层内选记忆指示X022 2SQ 二楼感应器 Y025 HL3 三层内选记
30、忆指示X023 3SQ 三楼感应器 Y026 HL4 四层内选记忆指示X024 4SQ 四楼感应器 Y027 HL5 五层内选记忆指示X025 5SQ 五楼感应器 Y030 HL8 一楼上呼记忆X026 1SB1 一楼上行 Y031 HL9 二楼上呼记忆X027 2SB1 二楼上行 Y032 HL10 二楼下呼记忆X030 2SB2 二楼下行 Y033 HL11 三楼上呼记忆X031 3SB1 三楼上行 Y034 HL12 三楼下呼记忆X032 3SB2 三楼下行 Y035 HL13 四楼上呼记忆X033 4SB1 四楼上行 Y036 HL14 四楼下呼记忆X034 4SB2 四楼下行 Y03
31、7 HL15 五楼下呼记忆X035 5SB2 五楼下行 Y040 H 蜂鸣器X036 紧急刹车 SB10X037 重量探测器X040 GA40-20 光幕传感器梯形图程序结束语: 本文主要讲述了 PLC 在电梯控制系统中的应用，本设计只是基于理论的设计，具体是什么样还要看实际情况。本次设计过程中得到了许多老师和同学的大力支持和帮助，在此一并表示感谢。由于本人水平有限，本设计中难免有不当和错误之处，恳请各位老师和各界人士批评指正。参考文献：1 廖常初，可编程程序控制器及应用技术（第四版） ，重庆大学出版社，20062 刘克勤，可编程程序控制器 PLC ，重庆交通大学印刷，20073 叶安丽，电梯控制技术（第二版） ，机械工业出版社，2007
