目录
内容摘要···················································································（2）
第一章 电梯概述········································································（3）
1.1电梯的组成······································································（3）
1.2电梯的工作原理································································（4）
第二章 电梯控制系统的控制分析··················································（5）
2.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题································（5）
2.2 PLC及在电梯控制中的应用特点··········································（5）
第三章 可编程控制器的机型选择··················································（7）
3.1 PLC的I ／O 点数估算························································（7）
3.2 响应时间·········································································（7）
3.3 输入输出模块的选择·························································（7）
3.4 机型的确定·····································································（7）
第四章 硬件设计·······································································（9）
4.1四层电梯主电路设计·························································（9）
4.2输入输出分配表·······························································（10）
4.3 PLC接线图·····································································（11）
第五章 软件设计······································································（12）
5.1 程序流程图····································································（12）
5.2 程序语句·······································································（13）
第六章 程序调试、运行·····························································（23）
6.1 程序调试·······································································（23）
6.2 程序最终运行情况··························································（23）
6.3 PLC控制系统的外部干扰················································（23）
第七章 总结············································································（24）
7.1心得体会·······································································（24）
7.2致谢··············································································（24） 参考文献·················································································（25）
三菱 ＰＬＣ四层电梯控制系统
内容摘要 随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速发展。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。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统、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，倍受人们重视等优点，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。 本毕业设计是以四层电梯为控制对象，用PLC 实现对电梯的控制。本毕业设计的任务是用可编程控制器（PLC ）控制四层电梯，实现所有的控制要求，设计思路是采用随机逻辑控制原理，根据电梯自身的控制规律，响应随机的外部呼叫信号，设计分析、讨论了用FX2N 型PLC 控制电梯模型的程序设计的整个过程, 并主要阐述了三个方面：系统的控制要求、系统配置、软件设计。
关键词：三菱PLC 四层电梯 电气控制线路
第一章 电梯概述
1.1电梯的组成 电梯是机电合一的大型复杂产品, 机械部分相当于人的躯体, 电器部分相当于人的神经。机与电的高度合一, 使电梯成了现代科学技术的综和产品。对于电梯的结构而言, 传统的方法是分为机械部分和电气部分,
但以功能系统来描述, 则更能反映电梯的特点。下面简单介绍电梯机械部分的结构, 四层电梯平面图如图1-1所示。
1. 曳引系统：
曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮组成。
2. 导向系统：
导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。
3. 轿厢：
轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。
图1-1 四层电梯平面图
4. 门系统：
门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。
5. 重量平衡系统：
系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。
6. 电力拖动系统
电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。
7. 电气控制系统
电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜) ，平层装置，选层器等组成。
8. 安全保护系统
保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。
1.2电梯的工作原理
曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。
电梯在各服务层站设有层门、轿厢运行方向指示灯、数学显示轿厢、运行位置指层器和召唤电梯按钮。电梯召唤按钮使用时，上楼按上方向按钮，下楼掀按下方向按钮。
轿厢到达时，层楼方向指示即显示轿厢的运动方向，乘客判断欲往方向和确定电梯正常后进入轿厢，注意门扇的关闭，勿在层门口与轿厢门口对接处逗留。
轿厢内有位置显示器、操纵盘及开关门按钮和层楼选层按钮。进入轿厢后，掀按欲往层楼的选层按钮。若要轿厢门立即关闭，可掀按关门按钮。轿厢层楼位置指示灯显示抵达层楼并待轿厢门开启后即可离开。
第二章 电梯控制系统的控制分析
2.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题
2.1.1电梯继电器控制系统的优点
1. 所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。
2. 系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。
3. 大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。
4. 多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。
2.1.2电梯继电器控制系统存在的问题
1. 系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。
2. 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。
3. 电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。
4. 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。
5. 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高; 而且检查故障困难，费时费工。
电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。 2.2 PLC及在电梯控制中的应用特点
2.2.1 PLC的特点
PLC 是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC 与普通微机一样，以通用或专用CPU 作为字处理器，实现通道(字) 的运算和数据存储，另外还有位处理器，进行点运算与控制。PLC 控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。
1. 可靠性:对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。
(1)PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。
(2)PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性提高。
(3)PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。
(4)PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。
(5)在PLC 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件:采用先进的工艺制造流水线制造; 对干扰的屏蔽、隔离和滤波等; 对电源的断电保护; 对存储器内容的保护等。
(6)PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波; 软件自诊断; 简化编程语言等。
1. 易操作性，PLC 的易操作性表现在下列几个方面:
(1)操作方便对PLC 的操作包括程序输入和程序更改的操作。
(2)编程方便PLC 有多种程序设计语言可供使用。
(3)维修方便PLC 具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。
2. 灵活性，PLC 的灵活性表现在以下几个方面:
(1)编程的灵活性。
(2)扩展的灵活性。
(3)操作的灵活性。
2.2.2 PLC控制电梯的优点
1. 在电梯控制中采用了PLC ，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。
2. 去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。
3.PLC 可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。
4.PLC 可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。
5. 用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。
6. 更改控制方案时不需改动硬件接线。
综上所述，PLC 控制的优点远远多于传统的继电器控制方式，本设计主要采用了三菱PLC 对四层电梯的控制。
第三章 可编程控制器的机型选择
3.1 PLC的I ／O 点数估算 根据被控对象对PLC 控制系统的技术指标和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定PLC 的I ／O 点数。在估算系统的I ／O 点数和种类时，要全面考虑输入、输出信号的个数，I ／O 信号类型，电流、电压等级，是否有其他特殊控制要求等因素。以上统计的数据是一台PLC 完成系统功能所必须满足的，但具体要确定I ／0点数时则要按实际I ／0点数，再向上附加20％～15％的备用量。根据机型的选择，再对被控对象进行I ／0点数的估算，根据被控对象I ／O 信号的点数，考虑留有15％～20％的备用量以调整和扩充。估算出被控对象的I ／0点总数，就可根据此点数选择相当的PLC 。
3.2 响应时间
扫描周期和响应时间必须认真考虑。可编程序控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠的接收持续时间小于扫描周期的输入信号。例如：某PLC 产品检测系统，其有效检测宽度为5cm ，若产品传送速度为50m ／min ，为了确保不会漏检经过的产品，要求可编程控制器的扫描周期不能大于产品通过检测的时间间隔60ms 。
3.3 输入输出模块的选择
来自现场的设备按钮、限位开关、行程开关等的电平信号并将其转换为机器内部电平信号，模块类型为直流和交流两种。根据设备与模块之间的远近程度选择电压的大小，一般5V 、12V 、24V 属低电平，传输距离不宜太远，例如5V 的输入模块最远不能超过l0m ，也就是说，距离较远的设备选用较高电压的模拟比较可靠。另外，高密度的输入模块如32点、64点，同时接通点数取决于输入电压和环境温度。一般讲，同时接通点数不得超过60%。
系统的稳定性，必须考虑门槛电平(接通电平与关断电平之差) 的大小。门槛电平值越大，抗干扰能力越强，传输距离也就越远。
输出模块的任务是将机器内部电平信号转换为外部的控制信号。频繁、电感性、低功率因数的负载，推荐使用晶闸管输出模块，但缺点是模块价格高，过载能力差。输出模块优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜，缺点是寿命短，响应速度慢。输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。
3.4 机型的确定
3.4.1 FX2N-64MR技术指标
合计总数64点，32点输入，DC24V ，32点继电器输出；
尺寸（mm ）：182×87×90。
3.4.2 FX2N-64MR系列PLC 的功能 1. 高性能
CPU 电源 输入输出三为一体。对6种基本单元，可以以最小8点为单位连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。
2. 高速运算
基本指令：0.08μs/指令，应用指令：100μs/指令
3. 安心、宽裕的存储器规格
内置8000步RAM 存储器。安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。
4. 丰富的软元件范围
辅助继电器：3072点，定时器：256点，计数器：235点
数据寄存器：8000点
根据PLC 机型选择的基本原则，及设计所需要的I/O点数，本毕业设计中选择了三菱公司FX2N-64MR 系列的PLC 。
第四章 硬件设计
4.1四层电梯主电路设计
在三菱ＰＬＣ控制系统中，电梯的所有动力均有电动机提供。上下行电动机为电梯上下行提供动力。开关门电动机控制电梯门的开与关。整个系统共需 M1、M2两台电动机。主电路如图4-1所示。
图4-1 主电路
在实际运行中，过负载、欠电压、断相等因素都可能造成电动机超 过其负载，即广义上的超载。电动机的短时超载是允许的，但如果长时间运行将会毁坏电动机。因此需采取保护措施，目前比较常用的是热继电器。在其工作过程中，可能出现短时间大电流的超载，热继电器无法起到有效的保护作用，可在电路中安装熔断器对其进行保护。 各电动机使用交流接触器控制。其中接触器 KM1、KM2、KM3、KM4分别控制电动机M1的上下行、电动机M2的门开关。FR1、FR2为 M1、M2提供过负载保护。FU1、FU2为 M1、M2提供短路保护。上下行电动机M1选用 Y100L2-4，容量为1.5kW 。门电动机M1为Y100L-6，容量为1.5kW 。两台电动机的电流分别为
表4-1为该课题的输入输出分配表。
输入信号有：内呼信号4个，外呼信号6个，开关门信号2个，轿厢平层信号4个，开关门限位2个，上下极限位2个，共计20个。
输出信号有：内呼信号指示4个，外呼信号指示6个，轿厢上下行2个，轿厢上下行指示2个，门电机开关2个，轿厢所在楼层指示6个，共计23个。
4.3 PLC接线图
图4-2为PLC 输入输出接线图。X000～X023为输入信号，Y000～Y026为输出信号，其中Y020～Y026分别按顺序接数码管的A ～G 显示轿厢所在楼层。输入端的公共端COMI 接地，输出端的公共端COM Ⅱ接+24V电源。
图4-2 PLC输入输出接线图
第五章 软件设计
5.1 程序流程图
图5-1为该课题整个程序的流程图。
图5-1 程序流程图
假设电梯停于一楼，则D0中的值为1。此时如果按下三楼向上按钮，则D9中赋值为3。然后就将D9中的值与D0中的值相比较，显然D9大于D0，电梯上行。如果在上行过程中如果按下二楼向上按钮，则先停于二楼，再上行至三楼。如果在上行过程中按下二楼向下按钮，由于是反向信号，所以电梯先去三楼，所有的上行信号均响应以后再响应下行信号。如果按下四楼向下按钮，则电梯完成其他外呼向上信号以后就上行至四楼。电梯到达四楼后，如果同时按下一楼向上按钮、二楼向上按钮、三楼向上按钮，则轿厢首先下行至一楼响应最远反向呼信号。然后再上行至二楼、三楼。 5.2 程序语句
5.2.1 外部信号输入存储程序
1. 内呼信号输入及存储程序
以一楼内呼为例，按下X000按钮，则Y000被接通并保持，直到电梯到达一楼时利用X014常闭触点断开Y000。在按下X000的同时D1赋值为1，从而实现存储功能。当Y000失电时，D1和M0、M1、M2被清零。
2. 外呼信号输入及存储程序
以二楼向上外呼信号为例，如果电梯不在二楼，此时按下X006，D7赋值为2，M106得电并保持。如果此时电梯为下行，则M106、Y017常开闭合，Y006得电并且在电梯下降过程中一直保持。如果电梯处于上行阶段，则M106、Y016常开闭合，Y006得电并保持，直到电梯上行到二楼时失电。Y006失电时，D7和M18、M19、M20被清零。
3. 轿厢停于某层时，所在楼层存于D0并用数码管显示程序 轿厢停于某层时，该楼层平层开关被接通，为D0赋予对应的值。 4. 比较判断轿厢上下行程序
按下某楼层按钮则将该按钮所对应的数据寄存器中的值与轿厢所在楼层数据寄存器D0中的值进行比较，从而可以判断上下行。判断上下行程序：当D1到D10中任一数据寄存器中的值大于D0中的值，则轿厢上行；当D1到D10中任一数据寄存器中的值小于D0中的值，则轿厢下行。如果当D1到D10中任一数据寄存器中的值既有大于D0的，又有小于D0的，则轿厢上下行以第一次按下按钮所对应的数据寄存器中的值与D0的比较结果而得。
5. 开关门程序
电梯未平层时，M30得电，此时手动开关门按钮X012和X013按下均无效，M31和M32不得电。电梯平层时，M33得电，轿厢门打开，延时3S 后，自动关闭。
程序中C0、C1的重要作用：
在程序中C0、C1的作用是保证每次平层时只有一次开关门，
防止轿厢一直上升或下降而不执行平层开关门程序，同时也防止电梯一直处于开关门状态。
电梯平层以后，按下开门按钮或者开门限位开关被触发则C0得电；按下关门按钮或者关门限位开关被触发并且C0得电时，C1得电。
在电梯上升或降价过程中即电梯未平层时C0清零。当电梯平层并且C0被清零时，C1清零。程序运行时，首先开关门一次，所以C0、C1得电。
6. 轿厢上行程序
在比较判断出轿厢上行以后，执行以下程序。首先是内呼信号，如果电梯在一楼，按下X001则M3接通，此时C1是接通的，所以M40得电并自锁直到轿厢在二楼平层时失电。如果电梯在一楼或二楼，按下X002则M6接通，M41得电并自锁直到轿厢到达三楼时失电。如果电梯在一楼、二楼或三楼，按下X003则M9接通，M42得电并自锁直到轿厢到达四楼时失电。外呼信号上行与内呼信号上行原理相同，只是加上外呼信号之后，需要给外呼信号和内呼信号之间加上互锁。至于最远反向呼功能：如果电梯在一楼，按下二楼向下X005，则M72得电，电梯上行；如果再按下X007，则M72失电，M71得电，电梯到二楼不停下继续上行；如果再按下X011，则M71失电，M70得电，电梯直接运行至四楼。
需要注意的是：在最远反向呼程序里需要加入内呼信号和外呼信号的互锁，整体设计梯形图如图5-2所示。
图5-2 程序梯形图
第六章 程序调试、运行 6.1 程序调试
设计一个PLC 应用系统，关键要解决的第一个问题是进行PLC 应用系统的功能设计，即根据受控对象的功能和工艺要求，明确系统必须要做的工作和因此必备的条件。第二个问题是进行PLC 应用系统的功能分析，即通过分析系统功能，提出PLC 控制系统的结构形式、控制信号的种类、数量，系统的规模、布局。第三个问题是根据系统分析的结果，具体的确定PLC 的机型和系统的具体配置，总装调试步骤：
1. 模拟调试。用户编写的程序在总装调试前要进行模拟调试，检查程序无误后可把PLC 接到系统里进行总装调试。
2.PLC 的外部接线检查，外部接线一定要准确无误。如果用户程序还没有送到机器里去，可用自行编写的试验程序对外部接线做扫描通电检查，查找接线故障。
3. 将主电路断开，进行预调，确认接线无误后再接主电路。
4. 将模拟调好的程序送入用户存储器进行总调试，直到各部分的功能均正常，并能协调一致成为一个完整的整体控制为止。
5. 如果调试达不到指标要求，可对硬件、软件调整，一般只对软件作调整。
5. 全部调试结束以后，将程序固化在EPROM 盒中保存。
6.2 程序最终运行情况
1. 按下呼叫按钮，电梯在检测到外呼或者内呼信号以后，便会运行到指定楼层。上升过程中，只执行上行信号，下行信号不执行且只保持相应指示灯点亮，反之亦然。
2. 若同时按下多层反向外呼按钮，则轿厢首先运行最远的反向外呼信号所在的楼层，然后再顺序执行其他的外呼信号。
3. 平层后开门，直至碰到开门到位行程开关，再经过3S 的延时后自动关门。在此过程中可以按轿厢内的开门开关或关门开关进行开关门。
4. 在上升或下降过程中，开关门按钮无效。在开关门，轿厢不能上升和下降。
5. 用数码管显示轿厢当前所在的楼层，用指示灯指示上行还是下行。
6.3 PLC控制系统的外部干扰
1. 控制系统供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。
2. 其他设备或空中强电场通过分布电容的耦合窜入控制系统引起的干扰。
3. 邻近的大容量电气设备起动和停机时，因电磁感应引起的干扰。
经过上机调试，梯形图和指令表符合本设计的要求。
第七章 总结
7.1 心得体会
通过这次对四层电梯PLC 控制的毕业设计，让我了解了PLC 梯形图，指令表，外部接线图有了更好的了解，有很多设计理念来源于实际，从中找到正确的设计方法。 本次毕业设计是要求团队完成， 所以遇到问题要求和同学互相交流互相讨论。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样， 我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便左后设计合在一起，讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入讨论一些技术的问题，这样可以使自己处理问题要快一些，少走弯路，多改变自己的设计方法，在设计过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。
经过一段时间的钻研，我较圆满的完成了毕业设计的课题任务，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。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。
7.2致谢
三年的大学生活即将结束，三年中，在各科老师的精心指导下，我掌握了不少的专业知识和实践经验。毕业设计可以说是三年学习的一个总结和体现。在指导老师的热心指导和帮助下，我顺利的完成了这篇毕业设计。这篇毕业设计和三年中所有教育过我的老师也是分不开的，没有老师传授的知识，我也不可能顺利地完成这个课题。我无论是在课程学习阶段，还是在论文的选题，资料查询和撰写的每一个环节，无不得到指导老师的悉心指导和帮助。对于较好的完成毕业设计而感到欣慰之余，我要感谢母校，向关心和支持我学习的所有老师和同学们表示真挚的谢意！感谢你们对我的关心和支持！
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