基于plc的小區(qū)五層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于PLC的電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要:隨著科技的發(fā)展，可編程控制器（PLC）因?yàn)榉€(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強(qiáng)大和使用方便已經(jīng)成為應(yīng)用最廣泛的通用工業(yè)控制裝置，成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。電梯控制要求接入設(shè)備使用簡(jiǎn)便，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)組態(tài)的編程簡(jiǎn)單，具有人性化的人機(jī)界面，配備應(yīng)用程序庫(kù)，加快編程和調(diào)試速度。通過PLC對(duì)程序設(shè)計(jì)，提高了電梯的控制水平，并改善了電梯的電梯運(yùn)行的舒適感。本文針對(duì)以上優(yōu)點(diǎn)，對(duì)電梯運(yùn)行進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使其達(dá)到了比較理想的控制效果。關(guān)鍵詞: PLC; 電梯; 控制系統(tǒng); 設(shè)計(jì) The design of elevator control system based on

2、 PLCAbstract：With the development of science technology ,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, one of the main p

3、illars 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 the program design

4、 to improve the elevator level of control, and improved elevator running comfort. This contention of the above advantages, the elevator operation has been designed so that it reached a relatively satisfactory control effectKey words: PLC； elevator； control system； design0引言可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，將自動(dòng)控制

5、技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體而發(fā)展起來的嶄新的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。PLC以基本代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制而廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，它已躍居工業(yè)自動(dòng)化三大支柱的首位。PLC控制系統(tǒng)的硬件是由微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（ROM和RAM）、輸入/輸出（I/O）單元、電源單元及外圍設(shè)備等組成硬件結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的規(guī)模可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要而定，可大可小。20世紀(jì)60年代末，為了克服傳統(tǒng)繼電器的種種應(yīng)用上的缺點(diǎn)，人們研制出了一種先進(jìn)的自動(dòng)控制設(shè)備PLC，由于PLC具有優(yōu)良的技術(shù)性能，因此它一問世就很快得到了推廣應(yīng)用。現(xiàn)在PLC作為用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的專用計(jì)算機(jī)，與商家、家用的微機(jī)不同，由于控制對(duì)象的復(fù)雜性

6、，使用環(huán)境的特殊性和工作運(yùn)行的連續(xù)性，使設(shè)計(jì)上有許多特點(diǎn)。（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；（2）接口模塊功能強(qiáng)、品種多；（3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)；（4）編程方法簡(jiǎn)單、直觀；（5）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)/安裝、調(diào)試工作量少；（6）維修工作量小、維護(hù)方便；1 電梯控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.1電梯控制系統(tǒng)的構(gòu)成圖1.1電梯控制系統(tǒng)原理圖電梯控制系統(tǒng)主要由變頻調(diào)速主回路、輸入輸出單元以及 PLC 單元構(gòu)成，由如圖1.1所示，PLC用來完成對(duì)電梯曳引電機(jī)及開關(guān)門機(jī)的起動(dòng)，加減速，停止，運(yùn)行方向，樓層顯示，層站召喚，轎箱內(nèi)操作，安全保護(hù)等指令信號(hào)進(jìn)行管理和控制功能。1.2變頻調(diào)速回路變頻調(diào)速主回路由三相交流

7、輸入、變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)、曳引機(jī)和制動(dòng)單元構(gòu)成.三相電源 R、S、T 經(jīng)接線端子進(jìn)入變頻器為其主回路和控制回路供電，輸出端為兩相電接電動(dòng)機(jī)的快速繞組，外接制動(dòng)單元減少了制動(dòng)時(shí)間，加快制動(dòng)過程。旋轉(zhuǎn)編碼器用來檢測(cè)電梯的運(yùn)行速度和運(yùn)行方向，變頻器將實(shí)際速度與變頻器內(nèi)部的給定速度相比較，從而調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率及電壓，使電梯的實(shí)際速度跟隨變頻器內(nèi)部的給定速度，達(dá)到調(diào)節(jié)電梯速度的目的。變頻器輸入信號(hào)為：上、下行方向指令，低速、高速、檢修速度編碼指令。1.3輸入輸出回路輸入輸出單元為 PLC 的 I/O 接口部分，主要由廳外呼叫、轎箱內(nèi)選層、樓層及方向指示、開關(guān)門、井道內(nèi)的上下平層、上下強(qiáng)迫換速開關(guān)、門鎖、安

8、全保護(hù)繼電器、檢修、消防、泊梯、稱重等單元構(gòu)成。1.3.1輸入單元廳外呼叫單元，用來對(duì)各層站的廳外召喚信號(hào)進(jìn)行登記、記憶和消除；轎箱內(nèi)選層單元，負(fù)責(zé)對(duì)預(yù)選樓層指令的登記、消除和指示；開關(guān)門按鈕，輸入 PLC 控制轎門的開閉（廳門也同時(shí)動(dòng)作）；上下平層裝置，用來保證電梯轎箱在各層停靠時(shí)準(zhǔn)確平層；上下限強(qiáng)迫換速開關(guān)，用于保護(hù)電梯的高速運(yùn)行安全，避免電梯出現(xiàn)沖頂或蹲底事故，當(dāng)電梯到達(dá)上下端站時(shí)，裝在轎廂邊的上下限強(qiáng)迫換速開關(guān)打板，信號(hào)輸入 PLC，PLC 發(fā)出換速信號(hào)強(qiáng)迫電梯減速運(yùn)行到平層位置；門鎖裝置（或轎門和廳門聯(lián)鎖保護(hù)裝置），轎門閉合和各廳門閉合上鎖是電梯正常起動(dòng)運(yùn)行的前提；安全回路，通常包括

9、轎內(nèi)急停開關(guān)、轎頂內(nèi)急停開關(guān)、安全鉗開關(guān)、限速器斷繩開關(guān)、限速器超速開關(guān)、底坑急停開關(guān)、相序保護(hù)繼電器、上下限極限開關(guān)等；檢修、消防和泊梯，檢修、消防和泊梯為電梯的三種運(yùn)行方式，檢修運(yùn)行為電梯檢修時(shí)的慢速運(yùn)行方式，消防運(yùn)行有消防返回基站和消防員專用兩種運(yùn)行狀態(tài)，泊梯狀態(tài)，消除內(nèi)選和外呼信號(hào)，自動(dòng)返回泊梯層、關(guān)門并斷電；稱重單元，用來檢測(cè)轎廂負(fù)荷，判斷電梯處于欠載、滿載或超載狀態(tài)，然后輸出數(shù)字信號(hào)給 PLC，根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行起動(dòng)力矩補(bǔ)償，使電梯運(yùn)行平穩(wěn)。1.3.2輸出單元樓層及方向指示單元，包括電梯上下行方向指示燈、層樓指示燈以及報(bào)站鐘等，目前的方向及層樓指示燈主要有七段碼顯示方式和點(diǎn)陣顯示方式

10、，本系統(tǒng)為七段碼顯示方式；開關(guān)門單元，用于控制電梯的廳門和轎門的打開和關(guān)閉，在自動(dòng)定向完成或電梯平穩(wěn)停靠后，PLC給出相關(guān)指令，完成開關(guān)門動(dòng)作。142 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1輸入輸出點(diǎn)分配本設(shè)計(jì)有32個(gè)輸入信號(hào)，32個(gè)輸出信號(hào)及現(xiàn)有設(shè)備，所以選用FX264MR的PLC，由于現(xiàn)有材料所以選OMRON的3G2JV變頻器和兩相交流電機(jī)。PLC控制器、變頻器和電動(dòng)機(jī)的接線及原理圖。I/O分配如表2.1：表2.1 I/O口分配輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱代號(hào)編號(hào)名稱代號(hào)編號(hào)安全回路K6X000電梯上行UPY000零速輸入K0X001電梯下行DOWNY001脈沖輸入K1X002電梯快行FASTY002轎內(nèi)電鎖K2

11、X003電梯慢行SLOWY003紅外傳感器K3X004檢修速度JXY004關(guān)門力限開關(guān)K4X005七段碼AY005超重K5X006BY006上限強(qiáng)制減速SQ0X007CY007一樓指令SB1X010DY010二樓指令SB2X011EY011三樓指令SB3X012FY012四樓指令SB4X013GY013五樓指令SB5X014關(guān)門催促鈴聲KE1Y014基站到位開關(guān)SQ4X015廳門關(guān)KM2Y015一樓上呼SB6X016廳門開KM3Y016一樓下呼SB7X017廳內(nèi)指示燈E1Y017二樓上呼SB8X020廳內(nèi)指示燈E2Y020二樓下呼SB9X021廳內(nèi)指示燈E3Y021三樓上呼SB10X022廳內(nèi)

12、指示燈E4Y022三樓下呼SB11X023廳內(nèi)指示燈E5Y023四樓上呼SB12X024上呼燈E6Y024四樓下呼SB13X025上呼燈E7Y025五樓上呼SB14X026上呼燈E8Y026五樓下呼SB15X027上呼燈E9Y027廳門開SB16X030下呼燈E10Y030廳門關(guān)SB17X031下呼燈E11Y031廳門開到位SQ1X032下呼燈E12Y032廳門關(guān)到位SQ2X033下呼燈E13Y033檢修開關(guān)SB18X034超重鈴聲KM4Y034檢修上SB19X035抱閘信號(hào)KM5Y035檢修下SB20X036上行指示燈E14Y036下限強(qiáng)制減速SQ3X037下行指示燈E15Y0373控制系統(tǒng)

13、軟件設(shè)計(jì)3.1電梯初始化根據(jù)電梯的工作原理與功能要求以及輸入/輸出點(diǎn)的地址分配表，來繪制電梯的程序流程圖。和設(shè)計(jì)電梯的程序梯形圖。電梯程序流程圖為圖3.1。梯形圖分成：初始化、指層控制、開關(guān)門控制、轎內(nèi)呼叫與標(biāo)記控制、廳外呼叫與標(biāo)記控制、電梯上下行選擇與指示控制、電梯的運(yùn)行控制來編寫與調(diào)試。最后在組合調(diào)試:電梯復(fù)位、裝入數(shù)據(jù)、安全回路。圖3.1電梯程序流程圖3.2指層控制指層控制梯形圖如圖3.2所示。本程序以1樓為基站，脈沖數(shù)為0。D200、D202、D204、D206、D208分別存放1/F5/F的脈沖數(shù)0、600、1200、1800、2400。C242為內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器，D250存放減速脈沖

14、數(shù)50，M1M5為樓層繼電器。當(dāng)轎箱位于某一層時(shí)，應(yīng)產(chǎn)生位于該層的樓層信號(hào)，以控制樓層顯示器顯示樓層處的位置，離開該層時(shí)，該信號(hào)被新的樓層信號(hào)取代。圖4.3指層控制梯形圖圖3.2 指層控制梯形圖3.3開關(guān)門控制3.3.1開門控制手動(dòng)開關(guān)門時(shí)，當(dāng)電梯運(yùn)行到位后，按下SB16，X030閉合，M50置位，Y016得電，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，開門。開門到位，開門到位行程開關(guān)SQ1動(dòng)作，X032閉合，M50復(fù)位，Y016失電，開門過程結(jié)束。當(dāng)在關(guān)門過程中，按下SB16，停止關(guān)門，并開門。自動(dòng)開關(guān)門時(shí)，當(dāng)電梯運(yùn)行到位后，電梯停止，T0開始定時(shí)，延時(shí)2S后，T0觸電閉合，M50置位，開門。梯形圖如圖3.3.1：圖3.

15、3.1開門控制梯形圖3.3.2關(guān)門控制手動(dòng)關(guān)門時(shí)，當(dāng)按下SB17，X031閉合，M51置位，Y015得電，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，關(guān)門。關(guān)門到位，關(guān)門到位行程開關(guān)SQ2動(dòng)作，X033閉合，M51復(fù)位，Y015失電，關(guān)門過程結(jié)束。在開門過程中，按下SB17，停止開門，并關(guān)門。自動(dòng)關(guān)門時(shí)，定時(shí)器T1控制。當(dāng)電梯開門到位后，X031閉合，T1定時(shí)5S后，M51置位，關(guān)門。但在關(guān)門時(shí)，有客人經(jīng)過紅外線遮蔽，停止關(guān)門，遮蔽結(jié)束，繼續(xù)關(guān)門。當(dāng)關(guān)門過程受到壓力，關(guān)門力限K4閉合，M50置位，開門。梯形圖如圖3.3.2：圖3.3.2關(guān)門控制梯形圖3.4 轎內(nèi)指令控制當(dāng)轎內(nèi)按下SB1、SB2、SB3、SB4、SB5后，按鍵

16、標(biāo)記，對(duì)應(yīng)指示燈E8E12亮。到電梯到達(dá)指定層后，動(dòng)作取消，指示燈滅。在檢修時(shí)，按鍵不標(biāo)記。安全回路在整個(gè)工作過程中為常開（X000），只有出現(xiàn)不安全情況時(shí)才導(dǎo)通，電梯停止工作。梯形圖如圖3.4：圖3.4轎內(nèi)指令控制梯形圖3.5 廳外呼叫控制當(dāng)按下對(duì)應(yīng)的呼叫鍵SB6SB17時(shí)，按鍵標(biāo)記，對(duì)應(yīng)指示燈E13E20亮。到電梯到達(dá)標(biāo)記層時(shí)，動(dòng)作取消，指示等滅。在檢修時(shí)，按鍵不標(biāo)記。梯形圖如圖3.5：圖3.5廳外呼叫控制梯形圖3.6 電梯的選層上、下行控制當(dāng)電梯得到轎內(nèi)指令或廳外呼叫指令時(shí)，分析對(duì)應(yīng)層與電梯所在位置，判斷是上行（M100置位）還是下行（M101置位）。M100置位時(shí)，Y000接通，電梯上

17、行；M101置位時(shí)，Y001接通，電梯下行。梯形圖如圖3.6：圖3.6電梯的選層控制梯形圖3.7 電梯的運(yùn)行控制電梯的運(yùn)行由變頻器控制，一次完整的運(yùn)行過程，就是曳引電動(dòng)機(jī)從起動(dòng)、勻速運(yùn)行到減速停車的過程。為使乘客擁有良好的舒適感，電梯采用S型速度曲線，轉(zhuǎn)換成頻率曲線如圖3.7.1所示：圖3.7.1電梯的運(yùn)行曲線當(dāng)PLC發(fā)出正轉(zhuǎn)M100置位（或反轉(zhuǎn)M101置位）即M120置位，Y002導(dǎo)通，高速運(yùn)行，變頻器從0Hz到50hz開始啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間為3S，然后維持50Hz運(yùn)行。當(dāng)換速信號(hào)到時(shí)，PLC撤消高速信號(hào)Y002斷開，同時(shí)輸出爬行信號(hào)Y003導(dǎo)通，爬行頻率為6Hz。從50Hz下降到6Hz在3S內(nèi)

18、完成。當(dāng)?shù)竭_(dá)6Hz速度時(shí)，就以此速度爬行。當(dāng)平層信號(hào)（M301M341）到時(shí)，撤消正轉(zhuǎn)（或反轉(zhuǎn)）及爬行信號(hào)，變頻器從6Hz減速到0。在整個(gè)運(yùn)行過程中，變頻器的零速輸入點(diǎn)X001及異常輸出點(diǎn)X003都是斷開的，運(yùn)行速度減為0時(shí)，；零速輸入點(diǎn)閉合，通過PLC發(fā)出電動(dòng)機(jī)抱閘和自動(dòng)開門信號(hào)。當(dāng)變頻器出現(xiàn)異常時(shí)，X003導(dǎo)無法運(yùn)行。按下檢修鍵SB19后，只能以檢修速度運(yùn)行。按下檢修上行SB22時(shí)，Y002、YOO3閉合，以檢修速度（10Hz）上行，松開按鍵，立即停止。同理，按下檢修下行SB20時(shí)，Y002、Y003閉合，以檢修速度(10Hz)下行，松開按鍵，立即停止。由于材料限制，本實(shí)驗(yàn)用OMRON，3

19、G3JV小型變頻器，兩相交流電動(dòng)機(jī)。實(shí)際根據(jù)需要所定。變頻器的參數(shù)設(shè)置為表3.7，梯形圖如圖3.7.2：表3.7變頻器的參數(shù)設(shè)置n021控制電路的端口區(qū)控制運(yùn)行n050可以反轉(zhuǎn)n0950電機(jī)運(yùn)行的最高頻率（Hz)n140電機(jī)運(yùn)行的最低頻率（Hz)n163斜坡上升時(shí)間（S）n173斜坡下降時(shí)間（S）n202S形加減時(shí)間為0.5Sn2250設(shè)置固有頻率f=50Hz（高速運(yùn)行）端口S3n236設(shè)置固有頻率f=6Hz （爬行運(yùn)行）端口S4n2410設(shè)置固有頻率f=10Hz （檢修運(yùn)行）端口S5n362反轉(zhuǎn)與停止 輸入端口為S2N376多段速指令1 輸入端口為S3n387多段速指令2 輸入端口為S4n3

20、98多段速指令3 輸入端口為S5N403零速輸出 ON：零速中S0：為正轉(zhuǎn)與停止端口圖3.7.2電梯的運(yùn)行控制梯形圖3.8 抱閘、泊梯、超重控制當(dāng)變頻器輸入零速信號(hào)后，X001常開閉合，輸出Y035常開閉合，抱閘閉合。電梯運(yùn)行時(shí)，零速輸入停止，X001斷開，則Y035常開斷開，轎箱運(yùn)行。消防與泊梯，按下SB14，X026導(dǎo)通，電梯返回基站?；镜剑琗015常閉斷開，電梯停止。超重時(shí)，X006常閉閉合，電梯不能啟動(dòng)，并鳴鏑（Y034常開閉合）。梯形圖如圖3.8：圖3.8抱閘、泊梯、超重控制梯形圖4軟件調(diào)試首先在環(huán)境下打開和軟件，向軟件中輸入程序，待程序輸入完畢將其變換后寫入中。寫入完畢后，打開菜

21、單欄中在線一項(xiàng)的監(jiān)控，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)過程的監(jiān)控功能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，動(dòng)作相應(yīng)開關(guān)，模擬電梯控制系統(tǒng)的工作過程。在實(shí)驗(yàn)過程中要注意觀察各種指示燈、及程序運(yùn)行的變化過程。若輸入的程序有問題，可在菜單欄編輯一項(xiàng)中選擇寫入模式，待程序返回寫入狀態(tài)后，對(duì)程序進(jìn)行修改，經(jīng)變換后再寫入中調(diào)試。4.1.1程序的軟件模擬運(yùn)行PLC的程序傳輸當(dāng)寫完梯形圖，最后寫上END語(yǔ)句，必須進(jìn)行程序轉(zhuǎn)在圖5.2的箭頭所示位置。在程序的轉(zhuǎn)換中，如果程序有錯(cuò)，它會(huì)顯示，也可以通過菜單“工具”查詢查詢的正確性。寫完梯形圖后，在菜單上選擇“在線”，選中“寫入PLC(W)”；可看出，在執(zhí)行讀取及寫入前必須選中MAIN、PLC參數(shù)，否則不能執(zhí)行對(duì)程序的讀取、寫入，然后點(diǎn)擊“執(zhí)行”按鈕。4.1.2程序仿真的運(yùn)行程序傳輸完后，在菜單上點(diǎn)擊工具“程序檢查”或者點(diǎn)擊菜單界面上的圖標(biāo)“程序檢查”，點(diǎn)擊程序檢查“執(zhí)行”檢查程序。程序檢查完以后點(diǎn)擊“梯形圖邏輯測(cè)試起動(dòng)/結(jié)束”。4.2程序調(diào)試程序?qū)懭胪瓿珊?，點(diǎn)擊LADDER LOGIC TEST TOOL“繼電器內(nèi)存監(jiān)視”?！袄^電器內(nèi)存監(jiān)視”運(yùn)行以后，會(huì)彈出“時(shí)序圖”界面，點(diǎn)擊時(shí)序圖中“監(jiān)控停止”按鈕。繼續(xù)點(diǎn)擊輸入輸出，可以觀測(cè)時(shí)序圖的變化，也可以在梯形圖中觀測(cè)常開常閉按鈕，以及輔助繼電器的高低電平動(dòng)作