基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計

基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計,基于,plc,電梯,控制系統(tǒng),設(shè)計 目 錄 1 緒言 2 2 控制系統(tǒng)方案設(shè)計 2 2.1 PLC控制系統(tǒng)與其他控制方式的比較 2 2.1.1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 2 2.1.2 PLC控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)比較 3 2.2 電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計 4 2.3電梯控制系統(tǒng)原理框圖設(shè)計 5 2.4 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 5 3 電氣控制部分 6 3.1 交流雙速電梯的主電路 6 3.2 電梯的主要電氣設(shè)備 7 3.2.1曳引電動機 7 3.2.2 自動門機 7 3.2.3 層樓指示 7 3.2.4 呼梯盒 7 3.2.5 操縱箱 7 3.2.6 平層及開門裝置 7 3.2.7 停層裝置 8 3.2.8 開關(guān)裝置 8 4 PLC控制部分 9 4.1 PLC的選擇 9 4.2 輸入/輸出電路的設(shè)計 10 4.2.1 PLC的電源控制電路 10 4.2.2 輸入設(shè)備 11 4.2.3 輸出設(shè)備 11 4.3 梯形圖設(shè)計 11 4.3.1 開門環(huán)節(jié) 11 4.3.2 電梯的關(guān)門環(huán)節(jié) 13 4.3.3 開關(guān)門保護及故障顯示電路 14 4.3.4 層樓信號的產(chǎn)生與清除環(huán)節(jié) 14 4.3.5 內(nèi)選信號的登記、消除和顯示環(huán)節(jié) 15 4.3.6 外呼信號的登記、消除和顯示環(huán)節(jié) 15 4.3.7 電梯的定向環(huán)節(jié) 16 4.3.8 停層信號的產(chǎn)生和消除環(huán)節(jié) 17 4.3.9 停車制動環(huán)節(jié) 18 4.3.10 自動運行時啟動加速和穩(wěn)定運行環(huán)節(jié) 19 5 結(jié)論 20 謝辭 21 參考文獻 22 1 緒言 電梯是一種大型機電產(chǎn)品,作為一種現(xiàn)代的運輸工具已廣泛的進駐到人們的生活中。當(dāng)今世界,電梯的使用量已成為衡量現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一,它必須具有高度的安全性與科學(xué)性,因此它的控制系統(tǒng)就受到了廣泛的關(guān)注。早期的國產(chǎn)電梯控制系統(tǒng)中,電梯信號的邏輯控制一般是由繼電器電路來實現(xiàn)的。繼電器控制系統(tǒng)故障率高,降低了電梯的運行可靠性與安全性。 傳統(tǒng)的繼電器控制方式已經(jīng)被計算機控制方式所代替,其控制方式有:單片機控制、單板機控制、單微機控制、多微機控制以及可編程序控制器( PLC) 控制等多種方式。其中單片機控制具有成本低,通用性強等優(yōu)點,但它不適于較復(fù)雜的控制算法和故障診斷等要求;微機控制的配件使系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試更加復(fù)雜,它必須具有相應(yīng)的大型開發(fā)系統(tǒng),這無疑會增加電梯的成本,因此對于一個小型的電梯控制系統(tǒng)利用PLC 進行控制將是一個最佳的選擇。 2 控制系統(tǒng)方案設(shè)計 2.1 PLC控制系統(tǒng)與其他控制方式的比較 2.1.1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種實現(xiàn)電梯控制的方法。但是，進入九十年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點就越來越明顯。 可編程序控制器(PLC)最早是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制所代替。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動方式已由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速。因此，PLC控制技術(shù)加變頻調(diào)速技術(shù)己成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。 電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點：所有控制功能及信號處理均由硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握；系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器；大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便宜；多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術(shù)成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。 但是，電梯繼電器控制系統(tǒng)存在很多的問題：系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高；普通控制電器及硬件接線方法難以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高；電磁機構(gòu)及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大；由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高，而且檢查故障困難，費時費工。 電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來不便和驚憂，且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。 PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，實質(zhì)上屬于計算機控制方式。PLC與普通微機一樣，以通用或?qū)Ｓ肅PU作為字處理器，實現(xiàn)通道(字)的運算和數(shù)據(jù)存儲，另外還有位處理器(布爾處理器)，進行點(位)運算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點。 PLC控制電梯的優(yōu)點：(1)在電梯控制中采用了PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。(2)去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。(3)PLC可實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。 (4)PLC可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。(5)用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。(6)更改控制方案時不需改動硬件接線。為便于比較PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)優(yōu)缺點現(xiàn)列表如下，詳見表2-1。 表2-1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng) 比較項目 繼電器控制系統(tǒng) PLC控制系統(tǒng) 控制功能 實現(xiàn) 有許多繼電器，采用接線的方式來完成控制功能 各種控制功能通過編制的程序來實現(xiàn) 對控制要求變更適應(yīng)性 適應(yīng)性差，需要重新設(shè)計，改變繼電器和接線 適應(yīng)性強，只需針對程序進行修改 控制速度 低，靠機械動作實現(xiàn) 極快，靠微處理器進行處理 特殊功能 一般沒有 有 安裝，施工 連線多，施工繁 安裝容易，施工方便 可靠性 差，觸點多，故障多 高，因元器件采取了篩選和抗老化等可靠性措施 壽命 短 長 可擴展性 困難 容易 維護 工作量大，故障不易查找 有自診能力，維護工作量小 從表2-1可以看出，PLC控制系統(tǒng)具有繼電器控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，因此傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)將逐漸被PLC控制系統(tǒng)所取代是大勢所趨。 2.1.2 PLC控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)比較 計算機控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中，其主機一般采用能夠在惡劣工業(yè)環(huán)境下可靠運行的工控機。工控機有通用微機應(yīng)用發(fā)展而來，在硬件結(jié)構(gòu)方面總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，品種兼容性強，軟件資源豐富，能提供實時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速，實時性強，模型復(fù)雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但是，它的使用和維護要求工作人員應(yīng)具有一定的專業(yè)知識，技術(shù)水平較高，且工控機在整機水平上尚不能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境?？删幊炭刂破鲗Υ诉M行了改進，變通用為專用，有利于降低成本，縮小體積，提高可靠性等特性，更適應(yīng)過程控制的要求。PLC控制系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)比較見表2-2。 表2-2 PLC控制系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的比較 比較項目 通用計算機系統(tǒng) PLC控制系統(tǒng) 工作目的 科學(xué)計算 工業(yè)自動控制 工作環(huán)境 對工作環(huán)境要求高 對工作環(huán)境要求低，可在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場工作 工作方式 中斷處理方式 循環(huán)掃描方式 系統(tǒng)軟件 需配備功能較強的系統(tǒng)軟件 一般只需簡單的監(jiān)控程序 采用的特殊措施 掉電保護等一般性措施 采用多種抗干擾措施，自診斷，斷電保護，可在線維修 編程語言 匯編語言，高級語言，如BASIC，C等 梯形圖，助記符語言，SFC標(biāo)準(zhǔn)化語言 對操作人 員的要求 需專門培訓(xùn)，并具有一定的計算機基礎(chǔ) 一般的技術(shù)人員，稍加培訓(xùn)即可操作使用 對內(nèi)存的要求 容量大 容量小 價格 價格高 價格低 其他 若用于控制，一般需自行設(shè)計 機種多，模塊種類多，易于集成系統(tǒng) 從表2-2可見，在控制功能方面，PLC與通用計算機相比，工作更穩(wěn)定可靠，而且編程簡單，使用方便，應(yīng)用設(shè)計和調(diào)試周期可大大縮短，加之又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下和強電一起工作，容易實現(xiàn)機電一體化。 2.2 電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計 本設(shè)計通過多種方案的比較和參照，可看出PLC控制具有顯著的優(yōu)點：在電梯控制中采用了PLC，用軟件實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高；可實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能；可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性和可靠性，并便于檢修；用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。 綜上所述，本設(shè)計采用PLC控制。 2.3電梯控制系統(tǒng)原理框圖設(shè)計 電梯控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，主要由轎箱內(nèi)指令電路、門廳呼叫電路、主拖動電機電路、開關(guān)門電路、檔層顯示電路、按鈕記憶燈電路、樓層檢測與平層檢測傳感器及PLC電路等組成的。 圖1 電梯控制系統(tǒng)原理框圖 2.4 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)由曳引機構(gòu)、開、關(guān)門機構(gòu)、轎廂、控制系統(tǒng)等組成，如圖2所示。曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出和傳遞動力，使電梯運行。門系統(tǒng)的功能是封住層站入口和轎廂人口。而轎廂是運送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的主要工作部分。 圖2 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 3 電氣控制部分 3.1 交流雙速電梯的主電路 下圖圖3為交流雙速電梯的主電路圖。圖中，M1為YYYD系列電梯專用型雙速籠型異步電動機（4/16極），KM1、KM2為電動機正、反轉(zhuǎn)接觸器，用以實現(xiàn)電梯上、下行控制；KM3、KM4為電梯高、低速運行接觸器，用以實現(xiàn)電梯的高速或低速運行；KM5為啟動加速接觸器；KM6、KM7、KM8為減速制動時的接觸器；L1、L2與R1、R2為串入電動機定子電路中的電感與電阻，與KM5-KM8配合實現(xiàn)對電機的加、減速控制。當(dāng)KM1或KM2與KM3通電吸合時，電梯將進行上行或下行啟動，延時后KM5通電吸合，KM3斷電釋放，KM4通電吸合，電動機轉(zhuǎn)為低速接法，串入阻抗制動，實現(xiàn)上升與下降的低速運行，且KM6-KM8依次通電吸合，用來控制制動過程的強度，提高停車制動的舒適度，至平層位置時，接觸器全部斷電釋放，機械抱閘，電梯停止運行。在檢修狀態(tài)時，電梯只能在低速接法下點動運行。 圖3 交流雙速電梯的主電路圖 3.2 電梯的主要電氣設(shè)備 3.2.1曳引電動機 曳引電動機作為電梯的提升機構(gòu)，主要由驅(qū)動電動機、電磁制動器（也稱電磁抱閘）、減速器及曳引輪組成。 3.2.2 自動門機 用來完成電梯的開門與關(guān)門：電梯的門的有廳門（每層站一個）和轎門（中有一個）。只有當(dāng)電梯?？吭谀硨诱緯r，此層廳門才允許開啟（由門機拖動轎門，轎門帶動廳門完成）；也只有當(dāng)廳門，轎門全部關(guān)閉后才允許啟動運行。 3.2.3 層樓指示 層樓指示也叫層顯，過去常有低壓燈泡構(gòu)成，安裝在每層站廳門的上方和轎門內(nèi)轎門的上方；現(xiàn)多由數(shù)碼管或LED點陣結(jié)構(gòu)組成，與呼梯盒，運行方向指示做成一體結(jié)構(gòu)。 3.2.4 呼梯盒 呼梯盒用以在每層站召喚電梯。常安裝在廳門外，離地面1米左右的墻壁上。基站與頂站有一個按鈕，中間層站由上呼與下呼兩個按鈕組成。按鈕帶有呼梯記憶燈，燈亮?xí)r表示呼梯號已被接收并記憶；當(dāng)電梯滿足呼梯要求并停層開門時，呼梯記憶燈熄滅。基站的呼梯盒上，常帶有鑰匙開關(guān)，供電梯管理員開關(guān)電梯。 3.2.5 操縱箱 操縱箱安裝在轎廂內(nèi)，供司機及乘客對電梯發(fā)布動作指令。操縱箱上設(shè)有與電梯經(jīng)層站數(shù)相同的內(nèi)選層按鈕（帶有標(biāo)記），上下層啟動按鈕（帶有上，下行指示燈，檢修時用），開關(guān)門按鈕，急停按鈕，電梯運行狀態(tài)選擇鑰匙開關(guān)（選擇電梯是自動運行，還是檢修狀態(tài)）以及風(fēng)扇，照明等的控制開關(guān)。 3.2.6 平層及開門裝置 該裝置如圖4所示，由磁鐵板和上、下平層感應(yīng)器1KR、2KR組成。上行時，1KR首先插入隔磁鐵板，發(fā)出減速信號，電梯開始減速，至2KR插入隔磁鐵板時，發(fā)出停車及開門信號，電機停轉(zhuǎn)，機械抱閘；下行時，2KR首先插入隔梯鐵板，發(fā)出減速信號至1KR插入隔梯鐵板時，發(fā)出停車及開門信號。 圖4 電梯的平層、停層裝置示意圖 3.2.7 停層裝置 圖4所示，在電梯的井道內(nèi)每層站裝有一只磁鐵板，當(dāng)轎廂運行到相應(yīng)層站時，磁鐵板插入平層感應(yīng)器內(nèi)，以此檢測電梯所處位置和平層信號。 3.2.8 開關(guān)裝置 安全窗及其開關(guān),安全鉗及其開關(guān)，限速器及其開關(guān)，上，下限位開關(guān)，上下強迫停止開關(guān)，極限開關(guān) 電梯的轎廂頂部開有安全窗，供緊急情況下疏散乘客，當(dāng)安全窗打開時，電梯不允許運行。安全鉗是為防止電梯曳引鋼繩斷裂及超速運行的機械裝置，用以在是述情況下，將轎廂夾持在導(dǎo)軌上。限速器是用以檢測電梯運行速度的機械裝置，當(dāng)電梯超速運行時，限速器動作，帶動安全鉗使電梯停止運行。以上三種裝置的動作 通過其相應(yīng)天關(guān)來檢測。當(dāng)電梯運行至上，下極限位置時仍不停車，上，下限位開關(guān)動作，發(fā)出停車信號，若不能停車，將壓下上，下強迫停止開關(guān)，強制電梯停止運行；若還不能停車，將通過機械裝置帶動極限開關(guān)SQ0動作，切斷電梯曳引電動機的電源，以達到停車的目的，避免電梯出現(xiàn)沖頂與蹾底事故。 為了便于對電梯的工作原理及PLC控制系統(tǒng)進行分析，現(xiàn)列出5層5站電梯的電見下表： 5層5站電梯電氣元件表 元件符號 名稱及作用 元件符號 名稱及作用 KM1 上行接觸器 1SB1-4SB1 1樓-4樓上行外呼按鈕 KM2 下行接觸器 2SB2-5SB2 2樓-5樓下行外呼按鈕 KM3 高速接觸器 1HL-5HL 1樓-5樓指示燈 KM4 低速接觸器 6HL、7HL 上、下行指示燈 KM5 啟動加速接觸器 HL6、HL7 操縱箱上、下行指示記憶燈 KM6-KM8 制動減速接觸器 HL8 1樓外呼指示記憶燈 KM9 開門接觸器 HL9 2樓上呼指示記憶燈 KM10 關(guān)門接觸器 HL10 2樓下呼指示記憶燈 SQ5 基站開關(guān) HL11 3樓上呼指示記憶燈 SQ6 開門到位開關(guān) HL12 3樓下呼指示記憶燈 SQ7 關(guān)門到位開關(guān) HL13 4樓上呼指示記憶燈 SQ8 開門調(diào)速開關(guān) HL14 4樓下呼指示記憶燈 SQ9-SQ10 關(guān)門調(diào)速開關(guān) HL15 5樓下呼指示記憶燈 SQ11-SQ15 1樓-5樓廳門鎖開關(guān) SA1 狀態(tài)運行選擇鑰匙開關(guān) SQ16 轎門關(guān)閉到位開關(guān) SA2 基站開關(guān)梯鑰匙開關(guān) SQ17 上限位開關(guān) SQ1 安全窗開關(guān) SQ18 下限位開關(guān) SQ2 安全鉗開關(guān) SQ19 上行強迫停止開關(guān) SQ3 限速器開關(guān) SQ20 下行強迫停止開關(guān) SQ4 轎內(nèi)急停開關(guān) SB1 開門按鈕 1KR 上平層感應(yīng)器 SB2 關(guān)門按鈕 2KR 下平層感應(yīng)器 SB3 上行啟動按鈕 3KR 開門感應(yīng)器 SB4 下行啟動按鈕 SQ 電源開關(guān) SB5-SB9 1樓-5樓內(nèi)選層按鈕 4 PLC控制部分 4.1 PLC的選擇 傳統(tǒng)的控制方法是采用繼電器—接觸器控制。這種控制系統(tǒng)較復(fù)雜，并且大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低，也間接地降低了設(shè)備的工作效率。采用可編程控制器較好地解決了這一問題，可編程控制器是一種將計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合在一起的新型工業(yè)自動控制設(shè)備，不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量信號的邏輯控制,還能實現(xiàn)與上位計算機等智能設(shè)備之間的通信。因此，將可編程控制器應(yīng)用于電梯控制，完全能滿足控制要求。且具有操作簡單、運行可靠、工藝參數(shù)修改方便、自動化程度高等優(yōu)點。 在本控制系統(tǒng)中，所需的開關(guān)量輸入為32點，開關(guān)量輸出為29點，考慮到系統(tǒng)的可擴展性和維修的方便性，選擇模塊式PLC。由于本系統(tǒng)的控制是順序控制，選用日本三菱電工公司生產(chǎn)的FX2N-80MR的PLC來控制整個系統(tǒng)。之所以選擇這種PLC，主要考慮FX系列PLC有以下特點： （1）可靠性高、抗干擾能力強 PLC 是為工業(yè)控制而設(shè)計的， 除了對器件的嚴(yán)格篩選外，在硬件和軟件兩個方面還采用可屏蔽、濾波、隔離、故障診斷和自動恢復(fù)等措施，使可編程控制器具有很強的抗干擾能力，其平均無故障時間達到30000h以上。 （2）編程直觀、簡單 考慮到大多數(shù)電氣技術(shù)人員熟悉電氣控制線路的特點，PLC沒有采用微機控制中常用的匯編語言，而是采用了一種面向控制過程的梯形圖語言。梯形圖語言與繼電器原理圖相類似，形象直觀，易學(xué)易懂，電氣工程師和具有一定知識的電氣技術(shù)人員都可在短時間內(nèi)學(xué)會，計算機技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)間的隔閡在PLC上完全不存在。因此，許多國家生產(chǎn)的PLC都把梯形圖語言作為第一用戶語言。此外， 還可采用指令表進行編程控制。 （3）適應(yīng)性好 PLC 是通過程序?qū)崿F(xiàn)控制的。當(dāng)控制要求發(fā)生改變時，只要修改程序即可。由于PLC 產(chǎn)品已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化。因此能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成規(guī)模不同、功能不同的控制系統(tǒng)。其適應(yīng)能力非常強，既可控制一臺機器， 一條生產(chǎn)線， 也可控制一個復(fù)雜的群控系統(tǒng)，既可以現(xiàn)場控制，又可以遠距離控制。 （4）功能完善、接口功能強 PLC 具有數(shù)字量和模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運算、定時、計數(shù)、順序控制、通信、人機對話、自檢、記錄和顯示等功能， 使設(shè)備控制水平大大提高；其接口功率驅(qū)動范圍較大，不像普通的計算機輸出信號需放大才能驅(qū)動負載， 極大地方便了用戶。其常用的數(shù)字量輸入輸出接口， 就電源而言有110V、220V交流和5V、48V直流等多種。 4.2 輸入/輸出電路的設(shè)計 4.2.1 PLC的電源控制電路 PLC采用AC220V供電，如下圖5所示，電梯正常工作時，鎖梯開關(guān)SA2接通，PLC電源接通，程序正常運行，鎖梯時，SA2斷開，PLC斷電，電梯停止運行。 圖5 PLC電源控制電路 4.2.2 輸入設(shè)備 啟動、停止選擇開關(guān) SQ1 限位開關(guān) SQ2～SQ8 點動開關(guān) SB1～SB18 安全開關(guān) SA1 門鎖開關(guān) SA2 自動 SA3 檢修 SA4 上減速 SA5 下減速 SA6 4.2.3 輸出設(shè)備 控制上行、下行、高速、低速、啟動加速、制動減速、開門、關(guān)門電機的接觸器KM1～KM10 工作方式指示燈HL1～HL15, 樓梯層數(shù)字顯示HL16。 將電梯運行過程中的各種輸入信號，送入PLC的輸入口構(gòu)成其輸入電路圖。完成電梯運行的各種執(zhí)行元件及指示電梯運行狀態(tài)的各種指示燈，均要受到PLC輸出口的控制，構(gòu)成其輸出電路。其輸入/輸出電路如下圖6所示。由上述輸入/輸出電路可知輸入輸出點分別為32點和29點，故可選擇FX2N-80MR的PLC構(gòu)成其控制系統(tǒng)。 PLC輸入、輸出接線圖如下頁圖6所示。圖6是PLC和外圍設(shè)備的外部接線圖，應(yīng)說明的是PLC面板上標(biāo)有“COM”標(biāo)記的端子即可作為公共端。 4.3 梯形圖設(shè)計 梯形圖的設(shè)計可以分成幾個環(huán)節(jié)進行，然后再將這些環(huán)節(jié)組合在一起，形成完整的梯形圖。 4.3.1 開門環(huán)節(jié) 電梯的開門存在以下幾種情況 （1）電梯投入運行前的開門 此時電梯位于基站，將開關(guān)電梯鑰匙手插入SQ1（程序中X010）內(nèi)，旋轉(zhuǎn)至開關(guān)電梯位置，此時PLC電源接通，程序開始運行，電梯自動開門，乘客或司機進入轎廂，選層后電梯自動進行。 (2)電梯檢修時開門 檢修狀態(tài)下（X003接通），開門均為手動狀態(tài)，由開關(guān)門按鈕SB1（X004）， 圖6 5層5站電梯PLC控制I/O圖 SB2（X005）實施開門與關(guān)門。 (3)電梯自動運行停層時的開門 電梯在停層時，至平層位置，M140接通，電梯開門 (4)電梯關(guān)門過程中的重新開門 在電梯關(guān)門的過程中，當(dāng)需要重新開門時，可以通過開門按鈕X004實施重新開門。大多數(shù)電梯現(xiàn)采用光幕或機械安全觸板進行檢測，自動發(fā)送重新開門信號，以達到重新開門的目的。 (5)呼梯開門 電梯到達某層站后，若沒有人繼續(xù)使用電梯，電梯將?？吭谠搶诱敬?；若有人在該層站呼梯，電梯將首先開門，以滿足用梯的要求。 電梯在運行的過程中，當(dāng)有外呼梯信號時，若順向運行，則電梯停層開門；若逆向運行，則電梯不停層。 (6)防夾或超載開門 當(dāng)電梯在關(guān)門的過程中，如有東西夾在門上，則電梯在關(guān)門的過程中關(guān)不上，會使X037接通；或電梯超載，轎箱底下的稱重開關(guān)X036接通，使程序中的M20接通，則電梯重新開門。 (7)電梯在運行中禁止開門 開門環(huán)節(jié)的梯形圖如下圖7所示： 圖7 開門環(huán)節(jié)程序梯形圖 4.3.2 電梯的關(guān)門環(huán)節(jié) (1)電梯停用后的關(guān)門 此時電梯到達基站，司機或乘客離開轎廂，電梯自動關(guān)門，司機將開、關(guān)梯鑰匙插入SA2，旋轉(zhuǎn)到關(guān)梯位置，電梯訴安全回路被切斷，PLC停止運行，電梯被關(guān)閉。 （2）自動關(guān)門 電梯開門時開始計時，時間到后，電梯應(yīng)自動關(guān)門。 （3）提前關(guān)門 停站時間未到時，可以用按鈕X005實現(xiàn)提前關(guān)門。 （4）檢修關(guān)門 考慮檢修狀態(tài)時的關(guān)門，檢修關(guān)門不自鎖。 （5）電梯超重時禁止關(guān)門 關(guān)門環(huán)節(jié)的梯形圖如圖8所示： 圖8 電梯關(guān)門環(huán)節(jié)程序梯形圖 圖9 重復(fù)開關(guān)、關(guān)門電路和故障顯示程序梯形圖 4.3.3 開關(guān)門保護及故障顯示電路 電梯在關(guān)門地過程中因各種原因不能關(guān)門到位，電梯會重新關(guān)門，開門時間到后，又會自動關(guān)門，關(guān)門不到位又要開門。如此開、關(guān)門反復(fù)動作，如現(xiàn)場沒人及時處理，門很容易被損壞，應(yīng)此要求在出現(xiàn)這種情況時，開、關(guān)門動作出現(xiàn)5次，電梯停止運行。其程序梯形圖如圖9所示。關(guān)門時，M101接通，如正常關(guān)門到位時，X001接通，程序中常閉觸點是斷開的，M22不能接通，T6不接通，不會重新開門。如經(jīng)過一段時間（3S）關(guān)門不能到位，X001的常閉點是接通的M22得電，T6的觸點接通，電梯重新開門，開門計時時間到，T5接通，又要關(guān)門，關(guān)門又不到位，T6又接通，如此循環(huán)，當(dāng)連續(xù)關(guān)門達到5次時，C0的觸點接通，利用C0的觸點，使電梯停止運行。且故障顯示0、2交替出現(xiàn)。當(dāng)電梯關(guān)門到位時，對C0復(fù)位。 當(dāng)電梯的安全繼電器KA2斷開時也即X000為OFF時，電梯停止運行，且故障顯示0、1交替出現(xiàn)。其控制程序梯形圖如圖10和圖11所示。利用主控和主控復(fù)位控制了程序的運行。 圖10、11 主控、安全繼電器斷開時故障顯示程序梯形圖 4.3.4 層樓信號的產(chǎn)生與清除環(huán)節(jié) 當(dāng)電梯位于某一層時，應(yīng)產(chǎn)生于該樓層的信號，以控制樓層顯示器顯示樓層所處的位置，離開該層時，該樓層信號應(yīng)被新的樓層信號所取代。其梯形圖如圖12所示。D200為電梯的樓層數(shù)，通過譯碼器用數(shù)碼管顯示出來。X040是下強迫樓層顯示開關(guān)，裝在1樓，當(dāng)電梯運行到1樓時，使D200為1。在中間的某些樓層中，電梯上行時，每上一層時，D200加1；當(dāng)電梯下行時，每下一層，D200減1。另外電梯在1樓-5樓時，分別使M110—M114置ON。如果電梯樓層顯示有誤，只要將電梯開到頂層或一層，馬上就能顯示正常。 圖12 層樓信號的產(chǎn)生與清除環(huán)節(jié) 圖13 內(nèi)選信號的登記、消除和顯示環(huán)節(jié) 程序梯形圖 程序梯形圖 4.3.5 內(nèi)選信號的登記、消除和顯示環(huán)節(jié) 乘客或司機通過轎廂內(nèi)操縱盤上1樓-5樓選層按鈕的操作；可以選擇欲去的樓層。選層信號被登記后，選層按鈕下的指示燈亮。當(dāng)電梯到達所選的樓層后，停層信號應(yīng)被消除，指示燈也應(yīng)熄滅。其程序梯形圖如圖13所示： 4.3.6 外呼信號的登記、消除和顯示環(huán)節(jié) 乘客在廳門外呼梯時，呼梯信號應(yīng)被接收和記憶。當(dāng)電梯到達該樓層，且電梯運行方向與呼梯目的地方一致時（基層和頂層除外），呼梯要求滿足，呼梯信號應(yīng)被消除。其程序梯形圖如圖14所示： 圖14 外呼信號的登記、消除和顯示環(huán)節(jié)程序梯形圖 圖中，按下外呼按鈕時，相對應(yīng)的外呼輔助繼電器按通，外呼按鈕下的指示燈亮，表示呼梯要求已被電梯接收并記憶。電梯運行方向與呼梯目的地方向一致時，至呼梯樓層時，電梯將停止并開門，呼梯要求滿足，呼梯信號被消除。電梯運行方向與呼梯目的地方向相反時，如電梯從1樓向上運行，而呼梯要求從2樓向下，若有去3樓以上的內(nèi)選層要求及外呼梯要求，電梯到達2樓時不停梯，呼梯要求沒有滿足，呼梯信號不能消除；若3樓以上無用梯要求，電梯將停在2樓，但呼梯信號不能立即消除，待乘客進入轎廂內(nèi)，選層（去1樓）后，電梯定下向，則2樓呼梯信號已滿足，呼梯信號被滿足。 電梯停在該樓層時，按下外呼按鈕（上行或下行），此時指示燈應(yīng)該亮。 4.3.7 電梯的定向環(huán)節(jié) 在自動運行狀態(tài)下，電梯應(yīng)首先確定運行方向，也即定向。電梯的定向只有兩種情況即上行和下行。電梯處于待命狀態(tài)下，接收到內(nèi)選和外呼信號時，應(yīng)將電梯所外的位置與內(nèi)選信號和外呼信號進行比較，確定是上行還是下行，一旦電梯定向后，內(nèi)選信號與外呼信號對電梯進行順向運行要求沒有滿足的情況下，定向信號不能消除。檢修狀態(tài)下運行方向直接由上行和下行啟動按鈕確定，不需定向。其程序梯形圖如圖15所示。 圖15 定上行環(huán)節(jié)程序梯形圖 圖中M121，M122，M123，M124分別是2、3、4、5樓的內(nèi)選輔助信號；M131，M132是2樓的外呼上行和下行的輔助信號；M133，M134是3樓的外呼上行和下行輔助信號；M135，M136是4樓的外呼上行和下行輔助信號；M137是5樓的外呼下行輔助信號；M146是下行互鎖；X003是檢修選擇開關(guān)；X002是自動選擇開關(guān)；M111，M112，M113，M114分別是2、3、4、5的樓輔助信號；Y012是上行指示燈； 圖中M103及M104在電梯上行及下行的全過程中，存在不能全程接通的情況，如上行至5樓時，一旦5樓層繼電器M114接通時，M103則立即斷開，而此時電梯仍處于上行狀態(tài)，至5樓平層位置時才能停止。為解決這一問題，引入M134-M136，可能會發(fā)生下述情況：4樓向上的外呼信號（不存在其他外呼及內(nèi)呼信號）使電梯上行，電梯至4樓位置，M113使M103斷開，在電梯至4樓位置到電梯停層開門，乘客進入轎廂內(nèi)選5樓之前的時間內(nèi)，1、2、3樓外呼信號可能使電梯在未完成4樓向上的運動之前定下行方向。 根據(jù)同樣的道理，定下行環(huán)節(jié)的程序梯形圖如圖16所示。圖中M120是1樓的內(nèi)選輔助；M130是1樓的上向外呼；M144是上行互鎖；Y013是下行指示。 4.3.8 停層信號的產(chǎn)生和消除環(huán)節(jié) 電梯在停車制動之前，應(yīng)首先確定其停層信號，即確定要?？康臉菍?，每一層產(chǎn)生一個停層輔助信號，1樓-5樓的停層輔助分別是M150-M154。1樓停層的條件是電梯下行到1樓，5樓的停層條件是電梯上行到5樓，中間層產(chǎn)生的條件是根據(jù)電梯的運行方向與外呼信號的位置和轎廂內(nèi)選層信號比較后得出。其程序梯形圖如圖17所示。 圖16 定下行環(huán)節(jié)程序梯形圖 圖17 停層的產(chǎn)生和消除環(huán)節(jié)程序梯形圖 外呼信號方向與運行方向一致時，產(chǎn)生外呼所在樓層的停車要求；內(nèi)選層信號產(chǎn)生欲去樓層的停車要求，滿足停車要求時，停車信號應(yīng)被取消。電梯運行過程中，所處的樓層若呼梯方向與電梯運行方向相反時的停車問題。 4.3.9 停車制動環(huán)節(jié) 停層信號產(chǎn)生后，與上、下平層感應(yīng)器配合，進行停車制動。停車制動之前，應(yīng)先產(chǎn)生停車制動信號M105，然后由停車制動信號控制接觸器實現(xiàn)停車制動。為解決電梯進入平層區(qū)間后才出現(xiàn)的停車信號致使電梯過急停車的問題，采用微分指令X032及X033變成短信號。其程序梯形圖如圖18所示。 電梯上行時，先接通上行減速信號X032，則M106接通，使Y005、Y006、Y007依次接通，電梯開始減速，當(dāng)達到上平層信號X033接通時，電梯制動，同時使M140接通，電梯自動開門，稍后，T0觸點接通消除停層信號M105。電梯下行時，先接通下行減速信號X033，電梯開始減速，當(dāng)接通X032時，電梯停止。 圖18 停車制動環(huán)節(jié)程序梯形圖 圖19 電梯的啟動、加速和制動環(huán)節(jié)程序梯形圖 4.3.10 自動運行時啟動加速和穩(wěn)定運行環(huán)節(jié) 電梯啟動的條件是運行方向已確定，門已關(guān)好，。其程序梯形圖如圖19所示。 上行時，定上行信號M144接通，當(dāng)門關(guān)好后X001接通，則Y000、Y002置ON，電梯高速上行，通過去1S延時，Y004接通加速上行。下行時，定下行信號M146接通，門關(guān)好后X001接通，則Y001、Y002接通，電梯高速下行通過1S延時，電梯加梯下行。 如果停車信號M107接通時，上行時，碰到上平層X033，則Y0為OFF，電梯制動。下行時，碰到下平層信號X032，Y001為OFF，電梯制動。 當(dāng)需要檢修時，接通檢修開關(guān)X003，通過按X006或X007，電梯直接上行或下行，門是否關(guān)好不影響電梯運行，此時Y003接通，即電梯只能低速運行。 上述過程以分析電梯的各種邏輯關(guān)系為生，電路部分為了分析問題方便進行簡化，如電梯的鎖梯、開關(guān)門電路、安全回路等都進行了簡化。還有電梯的通信、監(jiān)視和消防等功能在實際電梯控制中都應(yīng)該考慮。 5 結(jié)論 可編程序控制器是新一代的控制工具， 因其核心是微處理器、 接口電路、電源電路等具有很強的抗干擾能力, 而梯形圖的編程語言極易為工程技術(shù)人員所接受等特點, 被稱為真正的工業(yè)控制計算機, 或“藍領(lǐng)計算機”。尤其是隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展, 可編程序控制器的功能已遠遠超過替代繼電器控制系統(tǒng)的初衷而廣泛應(yīng)用于開關(guān)量控制、模擬量控制等各種工業(yè)控制場合。電梯控制系統(tǒng)使用可編程控制器可使其硬件結(jié)構(gòu)簡捷,編程簡單方便,可靠性進一步提高。 謝辭 學(xué)期即末，分別亦近，在此畢業(yè)課題設(shè)計完成之際，向為畢業(yè)設(shè)計傾注了大量心血和提供無私幫助的指導(dǎo)老師表示深深的敬意和感謝！指導(dǎo)老師從畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容確定、資料收集、系統(tǒng)設(shè)計到后期的檢查更正無不傾注了悉心的指導(dǎo)和盡心的幫助，指導(dǎo)老師她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我受益匪淺，在此特表示誠摯地感謝！同時感謝機電院各級領(lǐng)導(dǎo)的親切關(guān)懷。本次論文與設(shè)計的完成對我是一個巨大的激勵，使我在今后的學(xué)習(xí)和工作中充滿信心，更為我今后的學(xué)習(xí)與工作提供了寶貴的經(jīng)驗。 另外，還要感謝同組同學(xué)的熱心幫助！ 參考文獻 [1]何衍慶.可編程序控制器原理及應(yīng)用技巧[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1998 [2]張福恩. 交流調(diào)速電梯原理、設(shè)計及安裝維修,北京- 機械工業(yè)出版社E [3]張漢杰. 現(xiàn)代電梯控制技術(shù) 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社E [4]江秀漢.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社,1996 [5]范永勝,王岷.電氣控制與PLC應(yīng)用.北京：中國電力出版社,2005 [6]皮壯行.可編程序控制器的系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000 [7]劉佩武.電梯的使用與維修[M].北京：機械工業(yè)出版社，1994 [8]李惠升.電梯控制技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2003 [9]趙明.工廠電氣控制設(shè)備 北京- 機械工業(yè)出版社[E],2002 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