PLC电梯毕业论文含电梯控制系统和程序

目录

摘要 (1)

关键字 (1)

Abstract (1)

Keywords (1)

引言 (2)

1.概述 (2)

1.1 PLC的简介 (2)

1.2 PLC的特点 (2)

1.3 PLC的功能 (3)

1.4 发展趋势 (3)

2.PLC控制电梯的设计 (4)

2.1 电梯控制系统的组成 (4)

2.2系统结构 (4)

2.3硬件设计 (6)

2.4控制系统 (6)

2.5 PLC 梯形图程序设计 (7)

2.6 PLC组态软件 (10)

结论 (11)

致谢 (11)

参考文献 (11)

电梯控制系统的PLC教学仪器实现

作者姓名 *** 指导教师 *** 职称讲师

温州大学瓯江学院，浙江温州，325027

摘要：PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。

随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。

这篇论文的主要目的是介绍和设计4层电梯的PLC控制系统，以及在进行了系统的安装和调试过程中PLC控制出现的问题。以及在制作和应用教学模型方面的实际意义。

关键词：PLC控制器；PLC；电梯；教学模型

Elevator Control System PLC teaching Instruments

Author :Huang Xiaohu Instructor : wulie

Oujiang College, Wenzhou University, Wenzhou Zhejiang, 325027

Abstract:PLC (Programmable Logical Controller) took one kind most important, the application situation most industries control microcomputer, it is convenient, operation simple in particular by its programming merit and so on redundant reliability, obtained the widespread application in the industrial production process. It applies the large scale integrated circuit, the miniature machine technology and the communication technology development achievement, gradually formed had the many kinds of merits and miniature, medium, large-scale, ultra large-scale and so on each kind of specification series product, applied to monitors between the computer from the control system many controls domain.

Along with society's unceasing development, the building is more and more high, but the elevator became the high level building to have the equipment. After humanity's more than centuries unremitting endeavors, the elevator already from the handle switch operation elevator, the push-button control elevator develops to the present group control elevator, has made the indelible contribution for the high level transportation.

The principal aim of this thesis is to introduce the designing plan and composition of the 4 –floor elevator’s PLC control system ,PLC controlling plan and the problems that crop up when the above control plan and programming design are carried out in the process of the system’s installation and commissioning. As well as the practical meaning in making and applying th e teaching models.。

Key words：PLC controller ; PLC; Elevator ; Teachering modes

PLC可编程控制器是一种具有控制逻辑的控制系统，其简易的梯形图编辑让使用者更加方便。使用者可以通过梯形图快速的达到编辑、新增、删除的功能，可以说是工业控制中不可或缺的控制器。

电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。电梯质量的好坏在很大程度上取决于它的控制系统。而采用PLC 组成的控制系统具有工作可靠性高、灵活性和通用性高、编程简单、使用方便、抗干扰能力强等优点。它使电梯运行更加安全、方便。从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向,成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。随着PLC课程在高校中得到了广泛的开展，其相应的实验仪器模型却远远不能得到满足。为此自行设计并制作了专用4 层电梯教学模型。

目前普通电梯由曳引系统、导向系统、门系统、轿厢、重量平衡系统、电气控制系统、安全保护系统等组成，整个系统较为复杂。而作为教学仪器，侧重于提高学生的实际动手能力，以模型的形式更加形象的表现出PLC在实际中的控制。所以本教学仪器所实现的是电梯的简单升降，优先选择和显示功能。此电梯模型是由三菱FX2N PLC作为核心控制器，并由传感器、传动电机、指示灯、显示模块、控制电机等共同组成的电梯模型。本系统具有外部连线简单，易于操作实验等特点。

一概述

（一） PLC简介

可程序逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller），乃是一种固态电子装置，主要利用输入／输出装置的回授信号及储存程序，控制机械或程序的操作。在工厂自动化（FA）系统中，PLC因为具备价格便宜、系统稳定及环境适应性佳的特点，故一直为自动化业界所采用。近几年来，各PLC制造厂家无不致力于新机种的研发，所以在CPU 处理速度、扩展模块及通讯的功能上，相较于早期PLC控制器，已有长足的进展。

（二） PLC的主要特点

1、高可靠性

（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。

（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.

（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。

（4）采用性能优良的开关电源。

（5）对采用的器件进行严格的筛选。

（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。

（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

2、丰富的I/O接口模块

PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。

另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。

3、采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC 的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

4、编程简单易学

PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

5、安装简单，维修方便

PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。

由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。

（三） PLC的功能

1、逻辑控制

2、定时控制

3、计数控制

4、步进(顺序)控制

5、PID控制

6、数据控制：PLC具有数据处理能力。

7、通信和联网

8、其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块

（四）发展趋势

plc作为工控机的一员，在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。据统计，当今世界plc生产厂家约150家，生产300多个品种。2000年销售额约为86亿美元，占工控机市场份额的50%，plc将在工控机市场中占有主要地位，并保持继续上升的势头。

plc在60年代末引入我国时，只用作离散量的控制，其功能只是将操作接到离散量输出的接触器等，最早只能完成以继电器梯形逻辑的操作。新一代的plc具有pid调节功能，它的应用已从开关量控制扩大到模拟量控制领域，广泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。但plc也面临着其它行业工控产品的挑战，各厂家正采取措施不断改进产品，主要表现为以下几个方面：

1.微型、小型plc功能明显增强

很多有名的plc厂家相继推出高速、高性能、小型、特别是微型的plc。三菱的fxos14点(8个24vdc输入，6个继电器输出)，其尺寸仅为58mm×89mm，仅大于信用卡几个毫米，而功能却有所增强，使plc的应用领域扩大到远离工业控制的其它行业，如快餐厅、医院手术室、旋转门和车辆等，甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。

2.集成化发展趋势增强

由于控制内容的复杂化和高难度化，使plc向集成化方向发展，plc与pc集成、plc与dcs集成、plc与pid集成等，并强化了通讯能力和网络化，尤其是以pc为基的控制产品增长率最快。plc

与pc集成，即将计算机、plc及操作人员的人—机接口结合在一起，使plc能利用计算机丰富的软件资源，而计算机能和plc的模块交互存取数据。以pc机为基的控制容易编程和维护用户的利益，开放的体系结构提供灵活性，最终降低成本和提高生产率。

3.向开放性转变

plc曾存在严重的缺点，主要是plc的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的，绝大多数的plc 是专用总线、专用通信网络及协议，编程虽多为梯形图，但各公司的组态、寻址、语文结构不一致，使各种plc互不兼容。国际电工协会(iec)在1992年颁布了iec1131-3《可编程序控制器的编程软件标准》，为各plc厂家编程的标准化铺平了道路。现在开发以pc为基、在windows平台下，符合iec1131-3国际标准的新一代开放体系结构的plc正在规划中。

我国的plc生产目前也有一定的发展，小型plc已批量生产；中型plc已有产品；大型plc已开始研制。国内plc形成产品化的生产企业约30多家，国内产品市场占有率不超过10%，主要生产单位有：苏州电子计算机厂、苏州机床电器厂、上海兰星电气有限公司、天津市自动化仪表厂、杭州通灵控制电脑公司、北京机械工业自动化所和江苏嘉华实业有限公司等。国内产品在价格上占有明显的优势。

随着微处理器、网络通信、人—机界面技术的迅速发展，工业自动化技术日新月异，各种产品竞争激烈，新产品不断涌现。plc也由最初的只能处理开关量而发展到可以处理模拟量和数据，加之与dcs、pid调节器、工业pc等技术相结合，使之不再是一种简单的控制设备，而且必将随着自动控制技术的不断发展而发展生存下去。

plc在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

二 PLC控制电梯的设计

（一）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。

电力拖动部分由拽引电机和相应的开关电路组成。由于所设计的只是一个教学模型,梯速低于1.

5m/ s 。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。因此本模型未设置转速控制电路。制动时有可能会出现定位不准确的问题。制动过程为PLC直接输出信号控制电机的启动与停止。

电气控制部分又称控制电路,它是电梯控制系统的核心。它包含两部分:拖动控制电路和信号控制电路。拖动控制电路因电梯的拖动方式不同而各异。可以是接触器线圈及其相关的控制电路,也可以是电力电子器件的门极控制电路,对于有速度闭环控制的系统,还必

须考虑含有电源、电压、速度检测电路和调节电路。信号控制电路与拖动的方式关系不大,主要与程序能够实现的功能有直接的关系。因此,不同的拖动方式的电梯可以采用同一信号控制电路。

（二）系统结构

电梯控制系统原理框图

电梯控制系统由众多呼叫按钮、传感器、指示灯、LED 七段数码管和控制部分的核心器件（PLD ）等组成。位置传感器实现电梯位置检测。PLC 集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。

四层电梯PLC 自动控制模拟图

图中： SIN1~SIN4为四只控制电梯的行程开关（又名霍尔开关）分别接于PLC 的四个输入点，当电梯未经过霍尔开关时，开关闭合，输出为“1”，当电梯经过霍尔开关时，开关断开，输出为“0”，使电梯准确的停止在指定的位置。

P01~P06为6只呼叫按钮，用来表示一到四层的呼叫信号。 L1~L6为6只LED 发光管，指示呼叫信号。

P01、L1为一层向上呼叫按钮与一层向上呼叫信号 P02、L2为二层向上呼叫按钮与二层向上呼叫信号 P06、L6为二层向下呼叫按钮与二层向下呼叫信号 P03、L3为三层向上呼叫按钮与三层向上呼叫信号 P05、L5为三层向下呼叫按钮与三层向下呼叫信号 P04、L4为四层向下呼叫按钮与四层向下呼叫信号

各层门的顶端的数码管LED 用于电梯当前所在楼层位置显示。电梯的升降是依靠PLC 控制直流电机带动皮带传动来实现的。由于教学仪器模型比较小，因此通过降低电压的方式来控制电机转动的速度， 从而降低电梯升降的速度使电梯的定位更加准确。电机的“启动”“顺/逆”是直流电机的两个控制信号。

控制要求： （1） 电梯上升。电梯停在某层，当有高层信号呼叫时，电梯上升到呼叫层停止，当有

多个高层信号同时呼叫时，电梯上升到低呼叫层，停3S 后，继续上升到高呼叫层后停止。

（2） 电梯下降。电梯停在某层，当有低层信号呼叫时，电梯下降到呼叫层停止，当有

多个低层信号同时呼叫时，电梯下降到高呼叫层，停3S 后，继续下降到低呼叫层后停止。

楼层显示LED

Sin1

Sin2

Sin3

Sin4

（3） 电梯在上升或下降的过程中，任何反向的呼叫均无效，即是电梯在上升时，下降的呼叫无效，电梯在下降时，上升的呼叫无效。 （4） LED 数码管应显示电梯即时楼层的位置。

（三）硬件设计

用PLC 组成的控制系统, 省掉了接口电路的制作, 系统结构简单、紧凑, 可靠性高。直接将电梯的内外呼梯信号、层位检测信号、限位信号、开门关门信号等开关量接到PLC 的开关量输入端, PLC 提供的24V 直流电源可作为指示灯的电源, 用PLC 的输出点直接控制变频器, 实现电机的正转、反转、停和多段速控制等。

（四） 控制系统

用PLC 构成的控制系统可以把主要精力用于软件编程, 实现系统的控制功能。现在市面上的各种PLC 都有比较强的软件功能, 尤其是各类功能指令(或称应用指令) , 其功能更为丰富。三菱FX2 系列用以替代继电器、接触器控制系统的基本逻辑指令有20 条, 但其功能指令就有100 条之多, 可以直接进行各种数据的算术运算、逻辑运算、传送比较、移位循环等, 还有一些直接的外部I/O 指令(如10 键输入、16 键输入、打印等) , 编程的灵活性毫不比单片机逊色, 但由于采用梯形图编程, 程序的编制、检查、调试极为方便, SFC 的使用更使得各种联锁、分枝、选择等易于实现, 大大减轻了程序编制的工

SIN1 SIN2 SIN3 SIN4 P01 P02 P03 P04 P05 P06

作量, 缩短了控制系统的研制开发时间。

下图给出了I/O地址分配表

程序梯形图与指令：

S1~S4 呼叫信号软继电器S11~S14 楼层信号软继电器

M0 上升信号软继电器M1 下降信号软继电器

M2 中间软继电器，用于驱动计时器T1（3S定时器）

（五）PLC 梯形图程序设计

根据PLC 控制功能流程图及PLC 的输入/ 输出地址分配表,进行梯形图程序设计工作。下面以电梯的选层定向控制为例介绍梯形图程序的设计。电梯的选层定向是根据电梯轿厢内乘客的目的层站指令和各层楼召唤信号与电梯所处层楼的位置信号进行比较,凡是在电梯位置信号上方的轿内指令和层站召唤信号,令电梯定上行,反之定下行,电梯到达顶层或底层时自动停止并变换运行方向。

选层定向控制梯形图下图所示：

我们选定第三层的控制方法，X2=ON（SIN3动作），此时霍尔传感器探测到电梯到达三层位置，使S13（3层楼层信号软继电器）置1，S11、S12、S14置0，S13=ON，当电梯到达三层、若T1=ON停3S、S3置0 ，楼层呼叫结束。当S13=ON或S14=ON电梯停在三层或四层，M0=ON，电梯上升X2（SIN3）常闭闭合，电梯离开三层，也使S3复位为0（三层呼叫无效）当S13=ON、或S12=ON、或S11=ON，电梯停在三层或二层或一曾，M1=ON，电梯从该层下降X2（SIN3）常闭闭合，都使S3复位为0（三层呼叫无效）当X7=ON，四层向下呼叫。X3（SIN4）常闭闭合。M1常闭闭合，电梯不在下降、使S4置1（四层呼叫有效）

楼层显示模块代码：

LD S12

OR S13

OUT Y0 ；S12、S13=1，Y0=1显示A段

LD S11

OR S12

OR S13

OR S14

OUT Y1 ；S11、S12、S13、S14=1，Y1=1 显示B段LD S11

OR S13

OR S14

OUT Y2 ；S11、S13、S14=1，Y2=1 显示C段

LD S12

OR S13

OUT Y3 ；S12、S13 =1，Y3=1 显示D段

LD S12

OUT Y4 ；S12 =1，Y4=1 显示E段

LD S14

OUT Y5 ；S14=1，Y1=1 显示F段

LD S12

OR S13

OR S14

OUT Y6 ；S12、S13、S14=1，Y1=1 显示G段

呼叫指示灯显示模块：

LD S1

OUT Y12 ；S1=1，驱动Y12=1，一层向上呼叫显示L1亮

LD X5

OR Y13

AND S2

OUT Y13 ； X5=1，S2=1，驱动Y13=1，二层向上呼叫显示L2亮

LD X11

OR Y12

AND S2

OUT Y17 ；X11=1，S2=1，驱动Y17=1 二层向下呼叫显示L6亮

LD X6

OR Y14

AND S3

OUT Y14 ；X6=1，S3=1，驱动Y14=1 三层向上呼叫显示L3亮

LD X10

OR Y16

AND S2

OUT Y16 ；X10=1，S3=1，驱动Y16=1 三层向下呼叫显示L5亮

LD S4

OUT Y15 ； S4=1，驱动Y15=1 四层向下呼叫显示L6亮

电机信号对照表

（六） PLC组态软件

组态软件是在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发技术。开发人员不需要编制具体的指令和代码,只要利用组态软件包中的工具,通过硬件组态(硬件配置) 、数据组态、图形图像组态等工作即可完成所需应用软件的开发工作。组态软件具有远程监控、数据采集、数据分析、过程控制等强大功能,还具有二次开发简便、开发周期短、通用性强、可靠性高等优点。如果采用组态软件和PLC控制系统相结合,通过计算机全真模拟被控对象,在计算机上对整个PLC控制系统的功能进行模拟调试,在仿真状态中直观地对PLC控制系统程序的错误和缺陷进行检测和修正,待程序完全正确时,再进行现场实际联机调试,将大大提高现场调试的效率,降低系统调试的费用和风险。

基于组态软件的PLC仿真系统组成的结构如图所示,微型计算机与下位机PLC通过RS2232串行接口用

通信电缆相联接,通过编程软件把已完成的控制程序下载到PLC。在微型计算机中安装组态软件,并在组态软件环境中运行已开发的一个工程软件,同时使PLC进入运行状态,即进入计算机组态仿真过程,通过鼠标操作界面上的图形对象就可以进行系统的仿真控制。

利用组态软件对PLC控制系统程序进行仿真测试,可以非常逼真地观察到系统的工作过程,发现控制程序的错误和缺陷,然后不断地对程序进行修改和测试直到完全正确,而不需要到现场驱动实际的执行机构,大大提高了效率,节省了成本,降低了风险,特别是对大型PLC控制系统的调试仿真,非常具有参考价值。

结论

PLC 控制电梯既克服了继电器- 接触器控制电梯的工作可靠性差、故障率高、维修工作量大的缺点;又克服了单片机控制电梯的抗干扰能力差的缺点,所以用PLC 进行电梯的电气控制受到越来越多厂家的青睐,发展前景广阔。

本文设计讨论的只是一个简单的教学模型。所以在电梯上并没有装备很多冗余的设备，可以说只是一个大概的骨架，通过这个模型的搭建和系统的设计能充分了解电梯的运行方法，还有学习一种PLC的编程思路。此4层电梯教学模型是面向学生实验用的。此电梯4层模型可以由学生根据给定的输入输出点及内辅分配表,编制从三楼到八楼电梯的PLC程序,然后由微机把程序写入PLC ,通过轿厢的运行及上下指示灯以及楼层显示、召唤信号显示马上来验证程序的正确性,改变了传统的通过PLC 的输出指示灯来抽象程序结果的正确与否。利用此模型非常直观,每个动作都十分明了,且可以反复实际动手操作,使学生能够很直观透彻地了解、掌握电梯的结构及其动作原理,达到事半功倍的效果。还可以根据输入输出功能表自己动手接控制线路,对学生的动手能力有很大的实用性。确实锻炼学生的实际操作能力。

致谢

本文是在吴老师精心指导和大力支持下完成的。吴老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，由于我们课程中没有学过PLC的相关知识，所以在这次毕业设计中，极大的锻炼了我的自学能力。通过翻阅资料和优秀的文章让我也学到了许多了关于PLC方面的知识，还有对电梯的结构和运行也有了一定的认识和了解。通过一系列的实验，实际动手能力也有了很大的提高。

另外，我还要特别感全班同学对我实验以及论文写作的指导，为我完成这篇论文提供了巨大的帮助。同时实验室的老师也时常帮助我，在此我也衷心的感谢他。

最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！

参考文献

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[2]刘载文,李惠升,钟亚林. 电梯控制系统. 北京:电子工业出版社,1996.

[3]齐丛谦,王士兰. PLC 技术及应用. 北京: 机械工业出版社,2000.

[4]江晓平. PLC 可编程控制器系统开发实例导航. 北京: 人民邮电出版社,2004.279.324

[5]贺哲荣，石帅军. 流行PLC实用程序及设计. 西安: 西安电子科技大学出版社,2006