1、精選優質文檔-傾情為你奉上畢業設計（論文）題 目： 基于PLC的四層電梯控制系統設計 系 部： 信息技術系 專 業： 電子信息工程 學 號： 學生姓名： 指導教師姓名： 指導教師職稱： 二一年五月八日目 錄摘 要隨著我國經濟的高速發展，微電子技術、計算機技術和自動控制技術也得到了迅速發展，電梯也已成為人類現代生活中廣泛使用的運輸工具。隨著人們對電梯運行的安全性、舒適性等要求的提高，電梯得到了快速發展，其拖動技術已經發展到了調頻調壓調速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制。可編程控制器（PLC）因為穩定可靠、結構簡單、成本低廉、簡單易學、功能強大和使用方便已經成為應用最廣泛的通用工業控制裝

2、置，成為當代工業自動化的主要支柱之一。電梯控制要求接入設備使用簡便，對應系統組態的編程簡單，具有人性化的人機界面，配備應用程序庫，加快編程和調試速度。通過PLC對程序設計，提高了電梯的控制水平，并改善了電梯的電梯運行的舒適感。本文爭對以上優點，對電梯運行進行了改進，使其達到了比較理想的控制效果。關鍵詞 PLC 電梯 控制系統 PLC-based four-story elevator control system designAbstractAs China's rapid economic development, micro-electronics technology, comp

3、uter technology and automation technology have developed rapidly, elevators have become widely used in modern life, means of transport. As people of the elevator safety, comfort and other required improvements, elevators has been rapid development of its drag technology has developed to a FM voltage

4、 speed, its logic control is to replace the original relay by PLC control.Programmable Logic Controller (PLC) because of stable and reliable, simple structure, low cost, easy to learn, powerful and easy to use has become the most widely used general-purpose industrial control devices, contemporary,

5、one of the main pillars of industrial automation. Elevator control requires access device easy to use, the corresponding system configuration programming simple, with user-friendly man-machine interface, with the application database, to speed up programming and debugging speed. Through the PLC to t

6、he program design to improve the elevator level of control, and improved elevator elevator running comfort. This contention of the above advantages, the elevator operation has been improved so that it reached a relatively satisfactory control effectKey words PLC elevator control system引 言1968年美國通用汽車

7、公司（GM），為了適應汽車型號的不斷更新，生產工藝不斷變化的需要，實現小批量、多品種生產，希望能有一種新型工業控制器，它能做到盡可能減少重新設計和更換電器控制系統及接線，以降低成本，縮短周期。 1969年，美國數字設備公司根據美國通用汽車公司的要求，研制出第一臺可編程控制器PDD-14，并在GM公司汽車生產線上首次應用成果。70年代后期，隨著微電子技術和計算機的迅猛發展，使PLC從開關量的邏輯控制擴展到數字控制及生產過程控制領域，真正成為一種電子計算機工業控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱PC（programmable controller）。但由于PC容易與個人計算機（programmabl

8、e computer）相混淆，故人們仍習慣地用PLC作為可編程控制器的縮寫。國際電工委員會（IEC）于1987年頒布了可編程控制器標準草案第三稿。在草案中對可編程控制器定義如下：“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外圍設備，都應按易于與工業系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。 可編程控制器，簡稱PLC。它在集成電路、計算機技術的基礎上發展起來的一種新型工業控制設備。具有

9、1.可靠性高、抗干擾能力強2.設計、安裝容易，維護工作量少3.功能強、通用性好4.開發周期短，成功率高5.體積小，重量輕，功耗低等特點。已經廣泛應用于自動化控制的各個領域，并已成為實現工業生產自動化的支柱產品。與繼電接觸器系統相比系統更加可靠；占位空間比繼電接觸器控制系統小；價格上能與繼電接觸器控制系統競爭；易于在現場變更程序；便于使用、維護、維修；能直接推動電磁閥、接觸器與之相當的執行機構；能向中央執行機構、中央數據處理系統直接傳輸數據等。因此，進行電梯的PLC控制系統的設計，可以推動電梯行業的發展，擴大PLC在自動化控制領域的應用，具有一定的經濟和理論研究的價值。隨著城市建設的不斷發展，高

10、層建筑不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。目前，在電梯的控制方式上，主要有繼電器控制、微型計算機控制和PLC控制三種。從控制方式和性能上來說，這三種方法并沒有太大的區別，國內外廠家大多選擇第三種方式，其原因在于如果生產規模較小，自己設計和制造微機控制裝置成本較高; 傳統的繼電器控制系統其主要缺點是觸點多，故障率高，可靠性差，維修工作量大等；而PLC實際上是一種專用計算機，它采用巡回掃描的方式分時處理各項任務，而且依靠程序運行，這就保證只有正確的程序才能運行，否則電梯不會工作；又由于PLC中的內部輔助繼電器及保持繼電器等，實際上是PLC系統內存工作

11、單元，既無線圈又無觸點，使用次數不受限制，屬無觸點運行，可靠性高，程序設計方便靈活，研制周期短，因此，它比繼電器控制和微機控制有著更明顯的優越性，運行壽命更長，工作更安全可靠，自動化水平更高。第一章 可編程控制器1.1、可編程控制器的介紹1.1.1 定義PLC可編程序控制器：PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算,順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或

12、生產過程。1.1.2 PLC的構成從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、 I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。1.1.3 CPU的構成CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中

13、逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內存容量是PLC的重要參數，它們決

14、定著PLC的工作速度，IO數量及軟件容量等，因此限制著控制規模。1.1.4 I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。開關量是指只有開和關（或1和0）兩種狀態的信號，模擬量是指連續變化的量。常用的I/O分類如下：開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：

15、按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數確定模塊規格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。1.1.5 電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）1.1.6 底板或機架大多數模塊式PLC使用底板或

16、機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。1.1.7 PLC系統的其它設備1、編程設備：編程器是PLC開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。2、人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態軟件）充當人機界面非常普及。3、輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數據，

17、如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機1.1.8 PLC的通信聯網依靠先進的工業網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自動化系統集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網絡就是控制器"的觀點說法。PLC具有通信聯網的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。多數PLC具有RS-232接口，還有一些內置有支持各自通信協議的接口。PLC的通信，還未實現互操作性，IEC規定了多種現場總線標準，PLC各廠家均有采用。對于一個自動化工程(特別是中

18、大規模控制系統)來講，選擇網絡非常重要的。首先，網絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統規模的擴展；其次，針對不同網絡層次的傳輸性能要求，選擇網絡的形式，這必須在較深入地了解該網絡標準的協議、機制的前提下進行；再次綜合考慮系統成本、設備兼容性、現場環境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網絡標準。1.2 可編程控制器的選用1.2.1、PLC控制系統的I/O點數計算根據電梯控制的特點，輸入信號應該包括以下幾個部分：（1） 轎廂內及各層門廳外呼按鈕主要是轎廂內的樓層選擇數字鍵14，各層門廳外呼按鈕，除一層只設置上升按鈕，四層只設置下降按鈕外，其他層均設置上升和下降兩個按鈕。一共需要10個

19、輸入。（2） 位置信號位置信號由安裝于各樓層的電梯停靠位置的4個傳感器產生。平時為常開，當電梯運行到平層時關閉。另外還有一組開光門限位。所以位置信號一共需要6個輸入。（3）（4） 電梯門控制信號大部分電梯都具有開門啊、關門按鈕，以方便手動開關門。一共需要2個輸入。（5） 模擬電梯到位按鈕 由于條件有限，所以本文海設置了到位按鈕。電梯一共四層，所以設置了4個到位按鈕，一共需要4個輸入。綜上所述，共需要輸入點22個。輸出信號應該包括：（1） 內呼指示信號內呼指示信號有四個，分別用來表示14層樓層內呼的指令被接受，并在內呼指令完成后，信號消失。（2） 外呼指示信號外呼指示信號共有六個，分別用來表示1

20、4層樓層外呼的指令被接受，并在外呼指令完成后，信號消失。（3） 電梯轎廂上下行，電梯上下行指示信號，共四個。（4） 門電機開關指示，共需兩個輸出點。綜上所述，共需要輸出點16個。1.2.2 PLC的型號選擇綜合輸入、輸出點的計算以及要實現的電梯控制功能，實驗室現有的三菱FX2N型號的PLC完全能實現設計要求。因為FX2N型號的PLC是一款面對大中型工業應用的PLC，輸入輸出點，內存容量以及響應時間均符合條件。并且，三菱PLC具有穩定性高，功能強大，環境適應性強，編程軟件簡單完善，價格適中等優點。所以我采用了FX2N-48MR型號的可編程控制器。第二章 硬件接線2.1 外部接線圖系統的硬件連接圖

21、即PLC和系統中各個硬件的連線。具體如圖1-1：圖1-1 主電路2.2 I/O分配圖如表1-1表1-1 I/O分配圖序號名 稱輸入點序號名 稱輸出點0外呼1上行X00電梯上行Y01外呼2下行X11電梯關門Y12外呼2上行X22電梯下行Y23外呼3下行X33電梯開門Y34外呼3上行X44內呼1層指示Y45外呼4下行X55內呼2層指示Y561層到位X66內呼3層指示Y672層到位X77內呼4層指示Y783層到位X108外呼1層上升指示Y1094層到位X119外呼2層下降指示Y1110開門到位X1210外呼2層上升指示Y1211關門到位X1311外呼3層下降指示Y1312內呼1層X1412外呼3層上

22、升指示Y1413內呼2層X1513外呼4層下降指示Y1514內呼3層X1614內呼開示Y1615內呼4層X1715內化關門指示Y1716內呼開門X2017內呼關門X2118電梯上升限位X2219電梯下降限位X2320手動復位X242.3 四層電梯模擬控制面板本文采用了THPLC-DT型四層電梯實驗教學模型，利用面板上的按鈕來模擬實現四層電梯運行的狀態。它設置了電梯門，電梯內按鈕指示，電梯內按鈕信號，電梯外按鈕信號，電梯平層、限位信號，電梯門限信號，電梯外部呼叫指示燈，電梯行控，電梯內部選擇指示燈，電梯門控已經層數標志。圖1-2 四層電梯模擬控制面板第三章 系統軟件設計3.1 PLC梯形圖概述梯

23、形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖電器控制系統的電路圖很相似，具有直觀易懂的優點，很容易被設計人員掌握，特別適用于開關量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設計稱為編程。根據梯形圖中各觸點的狀態和邏輯關系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的狀態，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進行的。解算的結果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據輸入映像寄存器中的值，而不是根據解算瞬時外部輸入觸點的狀態來進行的。3.2 MELSOFT系列GX Developer編程軟件的操作方法本課題采用的編程軟件為MELSOFT系列GX D

24、eveloper編程軟件，具體操作方法如下：1.打開MELSOFT系列GX Developer編程軟件，之后點擊，在下拉菜單欄點擊“創建新工程（N）”，再選擇，確定打開就可以繪制梯形圖，編寫本課題的程序。2. 在打開文件之后就可以繪制梯形圖，根據所編的程序的要求，在頁面上面的功能圖在繪制梯形圖中選擇需要的輸入元件，完成對梯形圖的繪制。3.完成對梯形圖的繪制后，在確定PLC處于通訊狀態時，在軟件的菜單欄中點擊，并在下拉菜單中點擊“PLC寫入”，將程序編入三菱FX2N-48MR中。3.3系統工作過程分析1.初始化2.確認本層于目標層并檢測是否有廂內或廂外呼叫，無則結束。3.若有呼叫分辨本層于目標層

25、是否一致，是則開門。 圖1-3電梯運動流程圖4.確認電梯啟動方向。5.電梯啟動。6.電梯加速。7.電梯高速運行。8.樓層檢測。9.是否是目標層，不是則繼續高速運行。 10.到目標層，電梯減速。11.到層檢測。12.電梯制動。13.開門。14.延時后再關門。15.是否停止運動，不是則原地等待。16.確認運行結束則停止運行。如圖1-3：電梯運動流程圖3.4 控制要求所設計的電梯模型共有四層。電梯的每一層面均有升降及轎廂所在樓層的指示燈顯示；14所對應的指示燈表示樓層號，每層的樓廳均有輸入（分上行和下行）按鈕召喚電梯。工作中的電梯主要對各種呼梯信號和當時的運行狀態進行綜合分析，再確定下一個工作狀態，

26、為此它要求具有自動選向，順向截梯和反向保號，外呼記憶，自動開、關門，停梯信號，自動達層等功能。分析以上控制要求，將電梯控制要實現的功能羅列如下：1. 開始時，電梯處于任意一層。2. 當有外呼梯信號到來時，電梯響應該呼梯信號，到達該樓層時，電梯停止運行，電梯門自動打開，延時3秒后自動關門。3. 當有外呼梯信號到來時，電梯響應該呼梯信號，到達該樓層時，電梯停止運行，電梯門自動打開，延時3秒后自動關門。4. 在電梯運行過程中，轎廂上升（或下降）途中，任何反向下降（或上升）的呼梯信號均不響應；如果某反向呼梯信號前方再無其他呼梯信號，則電梯響應該呼梯信號。5. 電梯應具有最遠反向呼梯功能。6. 電梯未平

27、層或運行時，開門按鈕和關門按鈕軍不起作用。平層且電梯停止運行后，按開門按鈕可使電梯門打開，按關門按鈕可使電梯門關閉。3.5過程分析1、電梯上行設計要求1）當電梯停于1樓或2樓，3樓呼叫時，則上行，當3樓的行程開關控制停止，同時轎廂門與廳門打開，3秒后，轎廂門與廳門關閉。2）當電梯停于1樓，2樓呼叫，則上行，到2樓的行程開關控制停止，同時，轎廂門與廳門打開，3秒后，轎廂門與廳門關閉。3）當電梯停于1樓，2樓、3樓同時呼叫，電梯上行到2樓，行程開關控制停止，同時，轎廂門與廳門打開，3秒后，轎廂門與廳門關閉，繼續上行到3樓行程開關控制停止。4）當電梯停于1樓，3樓、4樓同時呼叫時，電梯上行到3樓，行

28、程開關控制停止，同時，轎廂門打開，3秒后，轎廂門與廳門關閉，繼續上行到4樓行程控制停止。5）當電梯停于1樓，2樓、4樓同時呼叫時，電梯上行到2樓，行程開關控制停止，同時，轎廂門打開，3秒后，轎廂門與廳門關閉，繼續上行到4樓行程控制停止。6）當電梯停于1樓，2樓、3樓、4樓同時呼叫，電梯上行到2樓，行程開關控制停止，同時，轎廂門與廳門打開，3秒后，轎廂門與廳門關閉，繼續上行到3樓行程開關控制停止，同時，轎廂門打開，3秒后，轎廂門與廳門關閉，繼續上行到4樓行程控制停止。7）當電梯停于2樓，3樓和4樓同時呼叫，電梯上行到3樓，行程開關控制停止，同時，轎廂門與廳門打開，3秒后，轎廂門與廳門關閉。8)

29、當電梯停于1樓或2樓或3樓，4樓呼叫，電梯上行到4樓，行程開關控制停止，同時，轎廂門與廳門打開，3秒后，轎廂門與廳門關閉。2、電梯下行設計要求1）當電梯停于4樓，2樓呼叫時，則下行，到2樓的行程開關控制停止，同時，轎廂門與廳門打開，3秒后轎廂門與廳門關閉。2) 當電梯停于4樓，3樓呼叫時，則下行，到3樓的行程開關控制停止，同時，轎廂門與廳門打開，3秒后轎廂門與廳門關閉。3) 當電梯停于4樓，2樓、3樓同時呼叫時，則下行，到3樓的行程開關控制停止，同時，轎廂門與廳門打開，3秒后轎廂門與廳門關閉，繼續下行到2樓行程開關控制停止。4）當電梯停于4樓，1樓、3樓同時呼叫時，則下行，到3樓的行程開關控制

30、停止，同時，轎廂門與廳門打開，3秒后轎廂門與廳門關閉，繼續下行到1樓行程開關控制停止。5）當電梯停于4樓，1樓、2樓同時呼叫時，則下行，到2樓的行程開關控制停止，同時，轎廂門與廳門打開，3秒后轎廂門與廳門關閉，繼續下行到1樓行程開關控制停止。6）當電梯停于4樓，1樓、2樓、3樓同時呼叫時，則下行，到3樓的行程開關控制停止，同時，轎廂門與廳門打開，3秒后轎廂門與廳門關閉，繼續下行到2樓行程開關控制停止，同時，轎廂門與廳門打開，3秒后轎廂門與廳門關閉，繼續下行到1樓行程開關控制停止。7）當電梯停于4樓或2樓或3樓，1樓呼叫時，則下行，到1樓的行程開關控制停止，同時，轎廂門與廳門打開，3秒后轎廂門與

31、廳門關閉。3、電梯呼叫、上行或下行均需信號指示。4、在電梯運行過程中，轎廂上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼叫信號均不響應；如果某反向呼梯信號前方再無其它呼梯信號，則電梯響應該呼梯信號。5、電梯具有最遠反向呼梯響應功能。 3.6 調試過程 3.6.1準備工作按照圖1-1將所有的設備連接起來，并接通電源，觀察PLC的指示燈，PLC上的RUN和RDY指示燈正常亮起，則PLC正常工作，觀察電梯模型上，電源指示燈正常亮起，則電梯模型正常工作。打開GX Developer編程軟件，并打開已繪制的電梯PLC控制程序，單擊菜單欄中“在線”，然后單擊子菜單欄中的“PLC寫入（W）”，成功連接PL

32、C。設定好步數，單擊“執行”按鈕，即可將程序傳送到PLC中去。3.6.2調試程序因為條件有限，調試程序時用按鈕來表示輸入，用指示燈來模擬程序運行后的輸出。如圖1-3.。此處舉幾個具有代表性的調試例子。1 轎廂在一層時有二層內呼首先按住一層平層按鈕，然后按下二層內呼按鈕，此時二層內呼指示燈亮起。松開一層平層按鈕，電梯上行指示燈亮起，按下二層平層按鈕，則電梯開門指示燈亮起，二層內呼指示燈熄滅。再按下開門限位按鈕，電梯開門指示燈熄滅，3秒之后電梯關門指示燈自動亮起。再按下關門限位按鈕，整個運動過程結束。2 電梯在一層時（此時電梯門關著），一層外呼上（四層內呼），未到二層時，同時收到四層外呼下指令（一層內呼），二層外呼下指令，三層外呼上指令（四層內呼）。這是一個非常復雜的運動過程，包含了設計中要求的自動定向，順向截梯，反向記憶，自動開門等所有功能。首先按住一層平層按鈕，然后按下一層外呼按鈕，一層上指示燈亮起，此時電梯開門指示燈亮起