1、大连海洋大学职业技术学院电气控制与 PLC 课程设计题 目：_四层电梯及自动售货机_指导教师：_苗百春_姓 名：_李 想_2012 年 12 月目 录摘 要 .I四层电梯 .1第 一章 PLC 简要 .11.1 PLC 特点 .11.2 PLC 硬件结构 .11.3 PLC 工作原理 .1第 二章 电梯内容简介 .22.1 电梯控制系统组成 .22.1.1 电力拖动 .22.1.2 电气控制 .22.2 电梯 PLC 控制系统的基本结构 .22.3 电梯系统设计 .22.4 电梯模型 PLC 控制系统设计 .32.4.1 电梯的控制要求 .32.4.2 PLC 控制系统的设计分析 .32.4.
2、3 电梯模型 PLC 控制系统设计 .3 第三章 系统配置与软件设计 .43.1 FP 的介绍 .43.2 电梯电机系统的设计 .43.2.1 电梯电气控制系统的概述 .43.2.2 电梯控制系统变频调速的设计 .43.3 电梯模型 PLC 控制系统 .53.3.1 PLC 的编程工作方式 .53.3.2 电梯模型的控制要求 .63.3.3 电梯程序说明 .63.4 PLC 程序梯形图 .73.5 指令表 .9第四章 电梯 PLC 的调试 .114.1 模拟调试 .114.2 单指令运行调试 .114.3 复杂运行调试 .11自动售货机 .12第五章 自动售货机简介 .125.1 自动售货机功
3、能分析 .125.2 自动售货机 PLC 程序设计 .125.3 程序设计任务的确定 .13第六章 图 表 .146.1 功能表 .146.2 分配表 .146.3 梯形图 .15第七章 调试运行 .19第八章 结 论 .21参考文献 .22致 谢 .23I摘 要本文通过松下电工产品 FP 型 PLC 在四层模型电梯中的应用，向大家介绍了电梯控制的程序设计。通过编程控制电梯，电机何时起动、换速以及电机的转向是由 PLC根据电梯的呼梯、减速等信号做出决策，发出控制信号给变频器，变频器按理想速度曲线以通过控制异步电动机转速实现电梯调速。这种方式大大改善了电梯舒适感和平层精度，提高了电梯的性能。以及
4、介绍了自动售货机的基本原理以及工作流程，然后以一次交易过程为例，把交易过程分为几个程序块，然后分别对程序块进行编程。具体说明了可编程序控制器在自动售货机中的作用。程序涉及到了自动售货机工作的绝大部分过程。利用 PLC 控制的自动售货机提高了系统的稳定性，保证自动售货机能够长期稳定运行。关键词：FP,PLC,电梯电机变频调速系统，自动售货机，可编程序控制器0四层电梯第一章 PLC 简要1.1 PLC 的特点PLC 主要包括：（1）软硬件功能强（2）使用维护方便（3）运行稳定可靠（4）设计施工周期短1.2 PLC 硬件结构PLC 主要包括：（1）中央处理单元（CPU）（2）存储器（3）I/O 接口
5、电路（4）电源（5）I/O 拓展接口（6）编程器（7）外部设备接口其内部采用总线结构进行数据和指令的传输；外部的各种信号接到 PLC 的输入接口，在 PLC 内部进行逻辑运算或数据处理，最后以输出变量的形式经输出接口驱动输出设备来进行各种控制。1.3 PLC 工作原理PLC 采用循环扫描的工作方式，即从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序，直至遇到结束符则完成一次扫描，然后再返回第一条指令，开始新一轮扫描，这样周而复始地反复运行。PLC 运行一次扫描循环所用的时间成为扫描周期，通常一个扫描周期约为几十毫秒。影响扫描周期的主要因素：一是 CPU 执行指令的速度；二是 CPU 执行每条指令所占
6、用的时间；三是程序中指令的条数。 PLC 的一个扫描周期可分为输入采样、程序执行和输出处理三个阶段。实际上，在每个扫描周期内 CPU 除了执行用户程序外，还要进行系统自诊断和处理通信请求，并及时接受外来的控制命令，以提高 PLC 工作的可靠性，但所占用时间很短。1第二章 电梯内容简介2.1 电梯控制系统的组成电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。2.1.1 电力拖动电力拖动部分由拽引电机、抱闸和相应的开关电路以及开门机组成。由于我们使用的是教学模型，梯速低，所以只要能实现电机的正反转即可，而不必考虑电机的机械特性。制动时为满足准确停层的需要，定子回路可接入电抗器减速最后再加上抱闸制
7、动。2.1.2 电气控制PLC 系统部分：完成所设定的控制任务所需要的 PLC 规模主要取决于控制系统对输入，输出点的需求量和控制过程的难易程度。IO 点的估算：系统的输入点有：门厅召唤按钮 6 个输入点；轿内指令按钮 4 个点；楼层感应器4 个点；门区感应 l 点；手动开门 l 点：共计输入点 16 点。而输出点有：快慢速接触器 2 点；上下行接触器 2 点；楼层指示灯 4 点；门锁 1 个点；共计输出点 9 点。总计IO 点数为 169. 综上所述，根据具体情况，我们选择三菱的 FX 系列。输入输出点数为 34 点，电机 20 点，考虑实际，选择 FX2C-64MR 这种型号。2.2 电梯
8、 PLC 控制系统的基本结构系统控制核心为 PLC 主机，通过 PLC 输入接口送入 PLC. 由存储器的 PLC 软件运算处理，然后经输出接口分别向指层器及召唤指示灯等发出显示信号，向主拖动系统发出控制信号。2.3 电梯系统设计电梯 PLC 控制方案由信号输入、控制电梯的 PLC 编程、步进电机控制 3 大部分组成。模块的面板如图所示：四层电梯模块面板图基本控制原理：编制 PLC 控制程序#对楼层的呼叫信号、平层信号作出停止、升/降判断，然后将信号传送到单片机，调用单片机的正反转、停止控制程序#再由单片机2输出回路的励磁信号经放大驱动步进电机，带动皮带使桥厢上、下移动，完成电梯的模拟运行。2
9、.4 电梯模型 PLC 控制系统设计2.4.1 电梯的控制要求1）当电梯停于某层时，有一高层呼叫时，电梯上升到呼叫层停止。2）当电梯停于某层时，有一低层呼叫时，电梯下降到呼叫层停止。3）当电梯停于某层时，有多高层呼叫时，电梯先上升到较低的呼叫层，停 3 秒后继上升到高的呼叫层，响应完毕后停止。4）当电梯停于某层时，有多低层呼叫时，电梯先下降到较高的呼叫层，停 3 秒后继续下降到低的呼叫层，响应完毕后停止。5）当电梯处于上升或上降过程中，任何反向的呼叫均无效。2.4.2 PLC 控制系统的设计分析任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，应遵循以下基本原则：
10、1.最大限度地满足被控对象的控制要求2.保证 PLC 控制系统安全可靠3.力求简单、经济、使用及维修方便2.4.3 电梯模型 PLC 控制系统设计由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送 PLC 的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。为便于观察，对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，采用 LED 和发光管显示，而对楼层和
11、轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。为了提高电梯的运行效率和平层的精度，系统要求 PLC 能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制。根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现。为了电梯的运行安全，系统应设置可靠的故障保护和相应的显示。根据电梯所处的位置和运行方向，在编程中，采用了四个优先级队列，即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。其中，上行优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的阵列。上行次优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以下楼层所发出的
12、向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。控制系统在电梯运行中实时排列的四个优先级陈列，为实现随机逻辑控制提供了基础。当电梯以某一运行方向接近某楼层的减速位置时，判别该楼层是否有同向的呼叫信号(上行呼叫标志寄存器、下行呼叫标志寄存器、有呼叫请求时，相应寄存器为 l，否则为 0)，如有，将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较，如相同，则在该楼层减速停车：如果不相同，则将该寄存器数据送入比较寄存器，并将原比较寄存器数据保存，执行该楼层的减速停车。该动作完毕后，将被保存的数据重新送入比较寄存器，以实现随机逻辑控制。系统還利用行程判断楼层，并转化成 BCD
13、码输出，通过3硬件接口电路以 LED 显示。第三章 系统配置与软件设计3.1 FP 的介绍松下电工 FP 是松下新推出的小型 PLC，它代表了当今世界 PLC 的发展水平。由于它采用了 RIS 的 CPU 芯片，提高了处理速度，使基本指令的运行速度提高到了 0.4s/步，程序存储容量高达 12 千步。它除采用周期循环扫描方式外，多条指令采用终端控制方式工作，使紧急任务可得到及时处理，为实现多任务调度与管理提供了方便。此外，FP 还可实现高达 100kHz 的梯形加减速控制，能够控制步进电机和伺服电机；PID 控制己指令化，可进行自整定，实现简便、高性能控制；单相和双相的高速计数器功能频率可高达
14、 50kHz，脉冲输入功能可高达 100kHz。FP 体积小，功能很大，12K 的编程容量使得在编程时拥有足够的存储空间。另外，数据寄存器的容量为 32K，能够处理大量的数据编译和重复操作。 3.2 电梯电机系统的设计3.2.1 电梯电气控制系统的概述此电梯控制系统的硬件分为调速部分、逻辑控制部分、速度反馈部分。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分是电梯安全可靠运行的关键。松下系列 PLC 如 FP0、FP- 具有 PWM 输出指令，可直接控制变频器的启动、停止、多段速度运行等。又由于变频器有良好的调整特性，能增加调速系统的智能程度（具有可设置的多种速度、过渡过程
15、等） 、节省开支、减少电气容量、提高功率因数等。变频器应用于电梯控制系统中的调速部分是现行工程中发展的方向。外部接线图3.2.2 电梯控制系统变频调速的设计电梯调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，它的舒适度指标往往是竞争4的一项重要内容。全数字控制的变频调速系统已经用于电梯控制，在降低振动及噪声等方面采取了一系列措施，如互锁时间的补偿、开关频率的提高（超过 10KHZ）等。变频器通过编程控制电梯，变频电机按图 1 和表 1 所示的理想曲线运行，而电机何时启动换速以及电机的转向是由 PLC 根据电梯呼梯、减速等信号做出决策，发出控制信号给变频器，变频器按理想速度曲线控制电梯运行。电梯的拖
16、动系统为 VVVF（变频变压）拖动方式，这大大改善了电梯舒适感和平层精度，提高了电梯的性能。电梯控制的 I/O 分配表3.3 电梯模型 PLC 控制系统3.3.1 PLC 的编程工作方式不同类型的 PLC 都有相应的编辑器，但是编程原理大同小异。程序编辑和调试操作过程如图 2 所示，F 系列 PLC 基本单元有运行和停止两种模式。编程时基本单元置于停止模式；而 PLC 系统处于工作运行或对程序执行情况监视时，基本单元（主机）应置于运行模式。有的 PLC，不把其公共端子 COM 和运行端子 RUN 连接起来，就是停止模式，输入按钮上行 1 楼呼入信号 X1 下行 2 楼呼入信号 X13上行 2
17、楼呼入信号 X2 下行 3 楼呼入信号 X14上行 3 楼呼入信号 X3 下行 4 楼呼入信号 X15上行 4 楼呼入信号 X4 楼层限位开关信号 F1 X21下行 1 楼呼入信号 X12 楼层限位开关信号 F2 X22楼层限位开关信号 F3 X23 楼层限位开关信号 F5 X25楼层限位开关信号 F4 X24输出按鈕上行 1 楼信号灯 Y0 下行 5 楼信号灯 Y7上行 2 楼信号灯 Y1 LED 数字显示 a Y20上行 3 楼信号灯 Y2 LED 数字显示 b Y21上行 4 楼信号灯 Y3 LED 数字显示 c Y22下行 2 楼信号灯 Y4 LED 数字显示 d Y23下行 3 楼信
18、号灯 Y5 LED 数字显示 e Y24下行 4 楼信号灯 Y6 LED 数字显示 f Y25电机正转上行 Y10 LED 数字显示 g Y26电机反转下行 Y125即相当于把基本单元置于 STOP 位置。编程时，必须使主机处于停止模式，同时把编程器置于“PROGRAM”编程位置。3.3.2 电梯模型的控制要求四层电梯：轿厢内有四个层选开关，开门、关门开关，一、四楼各有一个层选开关，二、三楼各有两个层选开关，另有四个平层开关、两个轿厢行程限位开关、两个轿厢门行程开关。方向优先原则：当电梯正在运行时，轿厢两侧都有呼叫信号，优先响应与运动方向相同的呼叫信号，存储与运动方向相反的呼叫信号，待电梯反向
19、运行时，再依次响应反方向的呼叫信号。时间优先原则：当电梯停于某一层时，轿厢两侧都有呼叫信号，优先响应先按的外部呼叫信号。内呼优先外呼原则：当电梯停于某一层时，优先响应内部呼叫，应，再响应外部呼叫。楼层的外呼开关也是开门开关，到达呼叫楼层后自动开门 5 秒，然后自动关门。总开关打开时可执行上述功能；关闭时，不响应新的呼叫（无论内呼、外呼） ，在响应完当前呼叫信号后回到一楼。3.3.3 电梯程序说明此处为程序的开关门限制时间，当电梯到达指定楼层后接触到行程开关自动响应开门信号，Y8 接通，电梯开门，门打开之后有 5 秒的开门等待时间，当定时器 5 秒后 Y7接通自动关门，门完全关闭后关门限位 XC
20、 自动显示关门信号。当电梯外有人发出呼叫信号后，电梯随即响应并到达指定楼层。X0、X1、X2、X3分别为电梯四、三、二、一的外呼信号，当 X0 响应时，电梯到达一层自动开门，然后关门到达指定的楼层，经过数码管显示给电梯内部的人看，以防坐错楼层。电梯轿厢运行趋势确定后，只要有任何内、外呼梯信号，电梯运行方向就应该显示出来，并且电梯轿厢门关闭，那么电梯就可以上下运行了。运行方向的控制程序如下图所示，电梯按其响应趋势来控制电梯的上下行，当遇到上限位或下限位、电梯门开等均应该停止运行。电梯具有平层限位的能力，当电梯到达某一层时电梯门会自动打开或关闭，此时，一、二、三、四层的开关按钮 R1、R2、R3、
21、R4 会根据每层的需要做出相应的选择。外呼梯信号的锁定与清除：只要某一楼层有外呼梯信号，那么该呼梯信号就需要被锁定。当电梯运行方向与呼梯方向相同，那么就需要响应该信号；如果运行方向与呼梯信号相反，那么就需要等待电梯轿厢运行回来再响应呼梯信号。如果电梯轿厢在运行过程中有多个反方向呼梯信号同时存在，例如在电梯向上运行的过程中同时存在有 2 层向下呼梯信号、3 层向下呼梯信号、4 层向下呼梯信号，那么就要优先响应最远的反方向呼梯信号，即 4 层向下呼梯信号，然后电梯轿厢转为向下运行，依次响应其余的呼梯信号（此时其余的呼梯信号已经变为同向呼梯信号） 。如果电梯轿厢在上运行过程中，到达某一层遇到反方向呼梯信号，并且该楼层前方没有其他的任何呼梯信号，那么就需要开门响应该呼梯信号。电梯的上行与下行由 Y0 和 Y5 来输出显示，它的控制由电梯的内呼开关和外呼来控制。（1）最低楼层和最高楼层（例如最低楼层） ，不论是外呼梯信号还是内呼梯信号，只要电梯轿厢到达该楼层，就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。（2）所有楼层的内呼梯信号，只要电梯轿厢到达该楼层，就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。
