1、信息科学与工程学院课程设计报告( 20112012 学年 第 二 学期 )题 目 四层电梯模拟控制院（系、部） 控制系 课 程 名 称 电气控制技术综合课程设计 专 业 年 级 学 号 姓 名 指 导 老 师 2012 年 6月16日2目 录1 引言32 系统总体方案设计42.1 系统硬件配置及组成原理62.2 系统变量定义及分配表62.3 PLC 接线图设计72.4 系统可靠性设计73 控制系统设计83.1 控制程序流程图设计83.2 控制程序时序图设计93.3 控制程序设计思路94 系统调试及结果分析124.1 系统调试及解决的问题124.2 结果分析12结束语 13参考文献13附录：带功
2、能注释的源程序143第一章：引言1887 年，美国奥的斯公司制造出世界上第一台电梯，这是一台以直流电动机传动的电梯。它被装设在 1889 年纽约德玛利斯大厦。这座古老的电梯，每分钟只能走 10米左右。当初设计的电梯纯粹是为了省力。1900 年，以交流电动机传动的电梯开始问世。1902 年，瑞士的迅达公司研制成功了世界上第一台按钮式自动电梯，采用全自动的控制方式，提高了电梯的输送能力和安全性。随着超高层建筑的出现，电梯的设计、工艺不断得到提高，电梯的品种也逐渐增多。1900 年，美国奥梯斯公司制成了世界上第一台电动扶梯。1950 年又制成了安装在高层建筑外面的观光电梯，使乘客能在电梯运行中清楚地
3、眺望四周的景色。随着电子信息、自动控制技术的发展，特别是计算机技术的广泛应用，电气设备逐渐向智能化方向发展。21 世纪，我国工业控制水平逐渐达到了世界发达国家水平，我国工业水平已经迈向了自动化，党能够掌握电工、电子、单片机、可编程序控制器（PLC） 、变频器、计算机、网络通信等技术的电气智能技术应用型人才比较短缺。多数职业学院目前开设的电工技术、电子技术、电力拖动等课程内容人较为传统，注重学科体系的理论性与完善性；单片机、PLC、变频器的实践教学环节较为薄弱，与实际生产中的操作与应用结合不够紧密；对新知识、新技术、新方法体现不足，职业教育的实践性特色不明显，无法满足工业自动化发展对技能型人才的
4、需要。可编程序控制器（简称 PLC）是基于微型计算机技术的通用工业自动控制设备。由于 PLC 体积小、功能强、速度快、可靠性高，又具有较大的灵活性和可扩展性，目前已被应用到机械制造、冶金、化工、交通、电子、纺织、印刷、食品、建筑等诸多领域。本次课程设计的课题为基于三菱 PLC 的四层电梯的控制系统，主要目的是设计出一款基于三菱 PLC 的四层电梯层序。内容有 1电梯内部部件功能：在电梯内部，有四个楼层（1-4 层）按钮、开门和关门按钮以及楼层显示器（用 7 段数码管显示楼层） 、上升和下行指示 2电梯的外部部件功能：电梯的外部共分四层，每层都有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯，以及楼层显
5、示器。3电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态：电梯的初始状态：设电梯位于一层待命，各层显示器都被初始化，电梯在运行过程中响应同向信号与轿箱内信号，电梯运行后状态：在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直至新命令产生。4第二章：系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理FX2N 系列:FX 系 列 PLC 拥 有 无 以 匹 及 的 速 度 ， 高 级 的 功 能 逻 辑 选 件 以 及 定 位 控 制 等 特 点 ；FX2N 系 列 是 小 型 化 ， 高 速 度 ， 高 性 能 和 所 有 方 便 都 是 相 当 于 FX 系 列 中 最 高 档 次的 超 小 形 程 序 装 置 。 除
6、输 入 出 16-25 点 的 独 立 用 途 外 ， 还 可 以 适 用 于 在 多 个 基 本 组 件 间 的 连 接 ， 模拟 控 制 ， 定 位 控 制 等 特 殊 用 途 ， 是 一 套 可 以 满 足 多 样 化 广 泛 需 要 的 PLC。 在 基 本 单 元 上 连 接 扩 展 单 元 或 扩 展 模 块 ， 可 进 行 16-256 点 的 灵 活 输 入 输 出 组合 。 可 选 用 16/32/48/64/80/128 点 的 主 机 ， 可 以 采 用 最 小 8 点 的 扩 展 模 块 进 行 扩展 。 可 根 据 电 源 及 输 出 形 式 ， 自 由 选 择 。
7、程 序 容 量 ： 内 置 800 步 RAM（ 可 输 入 注 释 ） 可 使 用 存 储 盒 ， 最 大 可 扩 充 至 16K步 。 丰 富 的 软 元 件 应 用 指 令 中 有 多 个 可 使 用 的 简 单 指 令 、 高 速 处 理 指 令 、 输 入 过 滤常 数 可 变 ， 中 断 输 入 处 理 ， 直 接 输 出 等 。 便 利 指 令 数 字 开 关 的 数 据 读 取 ， 16 位 数据 的 读 取 ， 矩 阵 输 入 的 读 取 ， 7 段 显 示 器 输 出 等 。 数 据 处 理 、 数 据 检 索 、 数 据 排 列 、三 角 函 数 运 算 、 平 方 根
8、、 浮 点 小 数 运 算 等 。 特 殊 用 途 、 脉 冲 输 出（ 20KHZ/DC5V， KHZ/DC12V-24V） ， 脉 宽 调 制 ， PID 控 制 指 令 等 。 外 部 设 备 相 互 通 信 ，串 行 数 据 传 送 ， ASCII code 印 刷 ， HEX ASCII 变 换 ， 校 验 码 等 。 时 计 控 制 内 置 时钟 的 数 据 比 较 、 加 法 、 减 法 、 读 出 、 写 入 等 。电 源 输 入 输 出 电 源 规 格 AC 电 源 型 ： AC100V240V DC 电 源 型 ： DC24V耗 电 量 AC 电 源 型 ： 30VA（ 1
9、6M） ， 40VA（ 32M） ， 50VA（ 48M） ， 60VA（ 64M） ，70VA（ 80M） ， 100VA（ 128M） DC 电 源 型 ： 25W（ 32M） ， 30W（ 48M） ， 35W（ 64M） ，40W（ 80M） 冲 击 电 流 AC 电 源 型 ： 最 大 40A 5ms 以 下 /AC100V， 最 大 60A 5ms 以 下 /AC200V 24V 供 电 电 源 AC 电 源 型 ： 250mA 以 下 （ 16M,32M） 460mA 以 下（ 48M， 64M， 80M， 128M） 输 入 规 格 DC 输 入 型 ： DC24V 7mA/5
10、mA 无 电 压 触 点 、 或 者 NPN 开 集 电 极 晶 体管 输 入 输 入 型 ： AC100120V AC 电 压 输 入 5输 出 规 格 继 电 器 输 出 型 ： 2A/1 点 、 8A/4 点 COM 8A/8 点 COM AC250V， DC30V 以 下 晶 体 管 输 出 型 ： 0.5A/1 点 (Y000、 Y001 为 0.3A/1 点 )、 0.8A/4 点 COM DC5VDC30V 晶 闸 管 输 出 ： 0.3A/1 点 ， 0.8A/4 点 公 共 ， AC85 242V 输 入 输 出 扩 展 可 连 接 FX2N 系 列 用 的 扩 展 模 块
11、以 及 FX2N 系 列 用 的 扩 展 单 元 。性 能 程 序 内 存 内 置 8,000 步 RAM( 电 池 支 持 )、 注 释 输 入 、 可 RUN 中 写 入 ； 安 装有 存 储 盒 时 最 大 可 扩 展 到 16,000 步 时 钟 功 能 内 置 实 时 时 钟 ( 有 时 间 设 定 指 令 、 时 间 比 较 指 令 ， 具 有 闰 年 修 正 功 能 ) 指 令 基 本 指 令 27 个 、 步 进 梯 形 图 指 令 2 个 、 应 用 指 令 132 种 运 算 处 理 速 度 基 本 指 令 ： 0.08 s/ 指 令 ， 应 用 指 令 ： 1.52 数
12、100 s 高 速 处 理 有 输 入 输 出 刷 新 指 令 、 输 入 滤 波 调 整 指 令 、 输 入 中 断 功 能 、 定 时 中断 功 能 、 计 数 中 断 功 能 、 脉 冲 捕 捉 功 能 最 大 输 入 输 出 点 数 256 点 辅 助 继 电 器 、 定 时 器 辅 助 继 电 器 ： 3,072 点 、 定 时 器 ： 256 点 计 数 器 一 般 用 16 位 增 计 数 器 ： 200 点 ， 一 般 用 32 位 增 减 计 数 器 ： 35 点高 速 用 32 位 增 计 数 减 计 数 器 ： 1 相 60kHz/2 点 、10kHz/4 点 2 相 3
13、0kHz/1 点 、 5kHz/1 点 数 据 寄 存 器 一 般 用 8,000 点 、 变 址 用 16 点 、 文 件 用 在 程 序 区 域 中 最 多 可 设定 到 7,000 点 其 它 模 拟 电 位 器 通 过 FX2N-8AV-BD 型 的 功 能 扩 展 板 ， 可 扩 展 8 点 功 能 扩 展 板 可 以 安 装 FX2N- -BD 型 功 能 扩 展 板 特 殊 适 配 器 可 以 通 过 FX2N-CNV-BD 连 接 特 殊 扩 展 可 连 接 FX0N、 FX2N 系 列 的 特 殊 单 元 以 及 特 殊 模 块 。 显 示 模 块 可 外 装 FX-10DM
14、（ 也 可 以 直 接 连 接 GOT， ET 系 列 人 机 界 面 ） 对 应 数 据 通 信 对 应 数 据 链 接 RS-232C、 RS-485、 RS-422、 N:N 网 络 、 并 联 链 接 、 计 算 机 链 接 6CC-Link、 CC-Link/LT、 MELSEC-I/O 链 接 图 2-1：FX2n 原理图2.2 系统变量定义及分配表表 2-2：plc I/O 分配表格软元件 X X0 X1 X2 X3系统变量 1 楼内呼 2 楼内呼 3 楼内胡 4 楼内胡X4 X5 X6 X7 X101 楼上呼 2 楼上呼 3 楼上呼 2 楼下呼 3 楼下呼X11 X12 X13
15、 X14 X154 楼下呼 1 楼限位 2 楼限位 3 楼限位 4 楼限位X16 X17 X20 X21开门 关门 开门限位 关门限位软元件 Y Y0 Y1 Y2 Y3系统变量 1 楼内呼灯 2 楼内呼灯 3 楼内呼灯 4 楼内呼灯Y4 Y5 Y6 Y7 Y101 楼上呼灯 2 楼上呼灯 3 楼上呼灯 2 楼下呼灯 3 楼下呼灯Y11 Y12 Y13 Y14 Y154 楼下呼灯 门电机正转 门电机反转 电梯上行 电梯下行Y16 Y17 Y20 Y21 Y22数码管 a d 数码管 b 数码管 c 数码管 e 数码管 fY23 Y247数码管 g 电机减速2.3 PLC 接线图设计图 2-3：p
16、lc 接线图（I/O 连接图）2.4 系统可靠性设计电梯工作现场往往存在大量的干扰源 ,电梯控制系统一旦因干扰而产生故障 ,很可能酿成严重的后果。因此 ,在电梯控制系统的设计中 ,如何增强系统的抗干扰能力、提高系统工作的可靠性是一个不容忽视的重要内容。PLC 具有很强的抗干扰能力，即使在多噪音多震动的情况下，只要使用简单方便、可靠，成本低廉，可同时解决多种干扰的信号隔离器即可使干扰降到最低，使系统更加安全。本次设计所有的限位开关全部使用基本寄存器自保持系统，当有某些限位开关因为各种物理因素导致其失灵，由于有自保持的寄存器作为限位信号，除非接收到中断信号，否则，即使限位开关暂时失灵也不会影响程序
17、的正常运行电梯在运行时，开门开关与其他开门信号是无法被 PLC 接受的，只有电梯电机停止工作之后开门电机才会有作用。同样在开门电机有效时，电梯电机也是不接受各个8楼层的信号，知道关门限位闭合之后，电梯电机才受理刚才保留下的信号。第三章：控制系统设计3.1 控制程序流程图设计是 否否是外部信号输入电梯下行响应信号，同向下行信号一起响应，反向信号不响应，但保留。停留在最后响应的信号的楼层电梯上行响应信号，同向上行信号一起响应，反向信号不响应，但保留。电梯在输入信号的楼层的下方？所有信号响应完毕？9图 3-1：plc 控制流程图3.2 控制程序时序图设计电梯响应请求 在最后停留楼层待机电梯完成请求用
18、户按下请求按钮图 3-2：plc 控制程序时序图3.3 控制程序设计思路最开始进行初始化，使电梯位于一楼，且门处于关闭状态 。图 3-3-1上行按钮，下行按钮，内呼按钮与相应灯相连，楼层限位开关与相应寄存器相连，并且用上下行标志位锁住反向信号。 10图 3-3-2根据电梯所在楼层与信号楼层进行上下行判别。图 3-3-3根据信号灯与限位开关来控制停止信号11图 3-3-4在所在楼层按下上呼下呼按钮即可达到开门的目的，且到达信号楼层将会激发一个 T1定时器在减速 1.5s 后开门，电机停止。图 3-3-5当得到停止信号后，电机减速，1.5s 后 T1 有效，关闭电机进行开关门12图 3-3-6第四
19、章：系统调试及结果分析4.1 系统调试及解决的问题程序完成后，通过 GT designer 与 GT simulator 对系统进行调试13程序刚开始时无法使用，经过检查发现，原因是停止信号部分的程序位于楼层置位程序的后面，由于楼层已经置位，导致停止信号消失。电机没有停止。交换位置后程序正常运行4.2 结果分析PLC 电梯程序可以完成预定的所有任务，准确的运行，先执行最先按下按钮方向的命令，如先电梯在一楼，若 3 楼有向下信号，2 楼也有向下信号，则电梯上行，先到达三楼，2 楼信号保留，到达 3 楼后再下响应 2 楼信号。期间若有同向的命令顺带完成，如 2 楼向下信号，三楼向上信号，四楼向下信
20、号，则电梯会现在 3 楼行下再上行，然后执行逆向任务。每次触碰到有请求楼层的限位开关时，电机减速 1.5s，之后停止开门。完成请求的电梯停在最后响应楼层。结束语经过一段时间的钻研，本人较圆满的完成了课程设计的课题任务，实现了基于 PLC的四层电梯控制系统的设计要求及功能。该系统采用随机逻辑控制，即在以顺序逻辑14控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机输入信号，以及电梯的相应状态适时是控制电梯的运行。电梯所在楼层用 LED 数码管显示，而对电梯的运行方向以及楼层和轿厢的呼叫信号用指示灯显示。参考文献PLC 控制程序精编 108 例 作者：王阿根 出版社：电子工业 FX 系列 PLC 编程及应用 作者：廖常初 出版社：机械工业出版社
