畢業(yè)論文（設(shè)計）論文題目基于PLC的五層電梯控制設(shè)計系部機電工程系學生姓名專業(yè)名稱機電一體化班級/學號指導教師基于PLC的五層電梯控制設(shè)計【摘要】本次設(shè)計基于PLC的五層電梯控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案主要將可編程序控制器（PLC）應(yīng)用到電梯的控制系統(tǒng)中去，以五層電梯為例來完成電梯PLC控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案、組成及程序設(shè)計。通過三菱FX2N可編程控制器，利用220V交流電源供壓。在進行PLC的I/O接口分配，確定機內(nèi)各種軟繼電器、通道代號，常用指令的編制規(guī)則。選用交流雙速電機實現(xiàn)電梯拖動，采用樓層傳感器實現(xiàn)樓層間翻轉(zhuǎn)；顯示驅(qū)動電路采用LED發(fā)光二極管。重點研究PLC的安全控制電路、樓層控制電路，開關(guān)門電路的設(shè)計，以及啟動開關(guān)門程序、上行下行程序、樓層控制程序、自動定向程序的編寫。PLC電梯控制系統(tǒng)只需要稍加改進即可應(yīng)用于更高性能要求的電梯中。整個系統(tǒng)通過PLC、邏輯控制電路對電梯的升降；加、減速；平層；起動、制動控制。其結(jié)構(gòu)簡單、運行效率高、平層精度高、易于理解與掌握。本設(shè)計考慮到載客電梯的實際操作功能，又兼顧載電梯控制中具有遞推功能，所設(shè)計的控制系統(tǒng)針對的是五層電梯。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)，由變頻器實現(xiàn)對電梯的拖動調(diào)速，使PLC與調(diào)速拖動裝置相結(jié)合，構(gòu)成PLC集選控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了電梯的各種控制功能，提高了電梯運行的可靠性，降低了故障率。關(guān)鍵詞：PLC,電梯,曳引電動機,梯形圖目錄1概述 11.1電梯的發(fā)展簡史 11.2電梯的運行工作情況 11.3設(shè)計要求 22交流雙速電梯的基本工作原理 32.1交流雙速電梯的主電路 32.2電梯的主要電氣設(shè)備 43輸入/輸出電路的設(shè)計 73.1PLC的選擇 73.2門機電路、抱閘電路、門鎖及安全運行電路 73.3PLC輸入/輸出電路 84梯形圖的設(shè)計 104.1梯形圖的概念 104.2開門環(huán)節(jié) 104.3電梯的關(guān)門環(huán)節(jié) 114.4電梯圖的總設(shè)計 125結(jié)論與展望 22謝辭 22參考文獻 23第頁1.概述1.1電梯的發(fā)展簡史電梯是垂直方向的運輸設(shè)備，是高層建筑中不可缺少的交通運輸設(shè)備。它靠電力，拖動一個可以載人或物的轎廂，在建筑的井道內(nèi)導軌上做垂直升降運動，在人們生活中起著舉足輕重的作用。而控制電梯運行的PLC系統(tǒng)也要求越來越高，要求達到電梯運行的“穩(wěn)、準、快”的運行目的。該系統(tǒng)主要由PLC、邏輯控制電路組成。其中包括交流異步電動機、繼電器、接觸器、行程開關(guān)、按鈕、發(fā)光指示器和變頻器組成為一體的控制系統(tǒng)。本機控制單元采用以三菱FX2N的可編程控制器PLC對機器進行全過程控制。電梯是機電合一的大型復雜產(chǎn)品,機械部分相當于人的軀體,電器部分相當于人的神經(jīng).機與電的高度合一,使電梯成了現(xiàn)代科學技術(shù)的綜和產(chǎn)品.對于電梯的結(jié)構(gòu)而言,傳統(tǒng)的方法是分為機械部分和電氣部分,1.2電梯的運行工作情況召喚箱上各設(shè)置兩個按鈕。而電梯的轎廂內(nèi)都設(shè)置有（雜物電梯除外）操縱箱，操縱箱上設(shè)置有手柄開關(guān)或與層站對應(yīng)的按鈕，供司機或乘用人員控制電梯上下運行。召喚箱上的按鈕稱外召喚按鈕，操縱箱上的按鈕稱指令按鈕一部電梯主要由轎廂、配重、曳引機、控制柜／箱、導軌等主要部件組成。電梯在做垂直運行的過程中，有起點站也有終點站。對于三層以上建筑物內(nèi)的電梯，起點站和終點站之間還設(shè)有停靠站。起點站設(shè)在一樓，終點站設(shè)在最高樓。各站的廳外設(shè)有召喚箱，箱上設(shè)置有供乘用人員召喚電梯用的召喚按鈕。一般電梯在起點站和終點站上各設(shè)置一個按鈕，中間層站的。電梯的運行工作情況和汽車有共同之處，但是汽車的起動、加速、停靠等全靠司機控制操作，而且在運行過程中可能遇到的情況比較復雜，因此汽車司機必須經(jīng)過嚴格的培訓和考核。而電梯的自動化程度比較高，一般電梯的司機或乘用人員只需通過操縱箱上的按鈕向電氣控制系統(tǒng)下達一個指令信號，電梯就能自動關(guān)門、定向、起動、在預(yù)定的層站平層停靠開門。對于自動化程度高的電梯，司機或乘用人員一次還可下達一個以上的指令信號，電梯便能依次起動和停靠，依次完成全部指令任務(wù)。盡管電梯和汽車在運算工作過程中有許多不同的地方，但仍有許多共同之處，其中乘客電梯的運行工作情況類似公共汽車，在起點站和終點站之間往返運行，在運行方向前方的?？空旧嫌许樝虻闹噶钚盘枙r，電梯到站能自動平層停靠開門接乘客。而載貨電梯的運行工作情況則類似卡車，執(zhí)行任務(wù)為一次性的，司機或乘用人員控制電梯上下運行時一般一次只能下達一個指令任務(wù)，當一個指令任務(wù)完成后才能再下達另一個指令任務(wù)。在執(zhí)行任務(wù)的過程中，從一個層站出發(fā)到另一個層站時，假若中間層站出現(xiàn)順向指令信號，一般都不能自動?？?，所以載貨電梯的自動化程度比乘客電梯低。本設(shè)計主要研究五層電梯的PLC控制方法，分述其硬件設(shè)計和軟件設(shè)計過程。設(shè)計程序要求完成電梯控制系統(tǒng)主要達到以下要求：。1.3設(shè)計要求（1）自動啟停，達到指定樓層，自動停層、自動開門；（2）電梯到達頂層或底層，自動變換運行方向。（3）門外或轎內(nèi)有樓層顯示和運行方向顯示。

2.交流雙速電梯的基本工作原理2.1交流雙速電梯的主電路圖（1）是交流雙速電梯的主電路圖。圖中，M1為YYTD系列電梯專用型雙速籠型異步電動機（4/16）；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抗與電阻，與KM5~KM8配合實現(xiàn)對電機的加、減速控制。當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，切除R1、L1，電梯將轉(zhuǎn)為上行或下行的穩(wěn)速運行；當電梯接收到停層指令后，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感；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。2.2電梯的主要電氣設(shè)備1）曳引電動機齒輪曳引系統(tǒng)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。2）自動門機用來完成電梯的開門與關(guān)門：電梯的門又廳門（每層站一個）和橋門（只有一個）。只有當電梯?？吭谀硨诱緯r，此層廳門才允許開啟（由門機拖動橋門，橋門帶動廳門完成）；也只有當廳門、橋門全部關(guān)閉后才允許啟動運行（檢修狀態(tài)時，可以在不關(guān)門狀態(tài)下運行）。3）層樓指示層樓指示也叫層顯，過去常由低壓燈泡構(gòu)成，安裝在每層站廳門的上方和轎廂內(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)。4)呼梯盒呼梯盒也叫召喚按鈕箱或外呼盒，用以在每層站召喚電梯。常安裝在廳門外，離地面1M左右的墻壁上?；九c頂站只有；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，燈亮時表示呼梯信號已被接收并記憶；當電梯滿足呼梯要求并停層開門時，呼梯記憶燈熄滅?；镜暮籼莺猩?，常帶有鑰匙開關(guān)，供電梯管理員開關(guān)電梯。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)布命令。操縱箱上沒有與電梯層站數(shù)相同的內(nèi)選層按鈕（帶指示記憶燈），上、下行啟動按鈕（帶上、下行指示記憶燈，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)（選擇電梯時自動運行，還是檢修狀態(tài)）以及風扇、照明等的控制開關(guān)。6)平層及開門裝置該裝置如圖所示，圖2.2計量系統(tǒng)工作流程圖由磁鐵板和上、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。7）停層裝置如上圖所示，在電梯的井道內(nèi)每層站裝有一只磁鐵板，當轎廂運動到相應(yīng)層站時，磁鐵板插入平層感應(yīng)器內(nèi)，以此檢測電梯所處在位置和產(chǎn)生平層信號。8）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，用以在上述情況下將轎廂夾持在導軌上。限速器是用以檢測電梯運行速度的機械裝置，當電梯超速運行時，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)開關(guān)來檢測。當電梯運行至上、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，若仍不能停車，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)沖頂與礅底事故。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站電梯的電器元件。見表3.輸入/輸出電路的設(shè)計3.1PLC的選擇本設(shè)計共有個輸入以及各輸出，結(jié)合實際需求與成本控制故采用三菱FX2N-48MR-001型PLC(如圖3.1.1)。該款PLC價格適中，性能穩(wěn)定，適用于本設(shè)計。圖3.1.1FX2N-48MR-001●內(nèi)置8K容量的RAM存儲器，最大可以擴展到16K●CPU運算處理速度0.08μS/基本指令●在FX2N系列右側(cè)可連接輸入輸出擴展模塊和特殊功能模塊3.2門機電路、抱閘電路、門鎖及安全運行電路門電動機為它勵直流電動機，如圖所示，KM9、KM10控制其正、反轉(zhuǎn)。KM9接通時，電阻R2與電動機電樞并聯(lián)，電流由電樞左端流向右端，電動機正轉(zhuǎn)實現(xiàn)開門，壓下SQ8時，R2部分被短接，實現(xiàn)開門調(diào)速。KM10接通時，電動機將反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)關(guān)門，并由SQ9、SQ10與R3一起實現(xiàn)關(guān)門調(diào)速。在電梯上、下行運行時，抱閘應(yīng)打開，其線圈應(yīng)通電。電梯停止運行時，抱閘應(yīng)抱死，其線圈斷電。故可用KM1、KM2控制抱閘線圈YB的通電和斷電。將所有廳門、轎門開關(guān)串聯(lián)在一起，控制門鎖繼電器KA1，實現(xiàn)全部門關(guān)門正常后電梯才能運行的控制。將安全窗開關(guān)（SQ1），安全鉗開關(guān)（SQ2），限速器開關(guān)（SQ3），轎內(nèi)急停開關(guān)（SQ4），上、下強迫停止開關(guān)，基站開關(guān)（SA2）以及熱繼電器觸點FR1、FR2串聯(lián)在一起，構(gòu)成安全回路，控制安全運行繼電器KA2，只有當KA2吸合時，才允許PLC處于運行狀態(tài)。這樣可以節(jié)省PLC的輸出口，又可以實現(xiàn)在多種緊急情況下的立即停車。如上圖所示3.3PLC輸入/輸出電路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/輸出電路如圖所示。4.梯形圖的設(shè)計4.1梯形圖的概念梯形圖是PLC使用得最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計稱為編程。4.2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)電梯鑰匙插入SA2（程序中X10）內(nèi)，旋轉(zhuǎn)至開電梯位置，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，選層后電梯自動運行。2）電梯檢修時開門檢修狀態(tài)下（X3接通），開門均為手動狀態(tài)，由開關(guān)門按鈕SB1（X4）、SB2（X5）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，當需要重新開門時，可以通過開門按鈕X4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X37接通；或電梯超載，轎廂底下的稱重開關(guān)X36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4.3電梯的關(guān)門環(huán)節(jié)1）電梯的關(guān)門環(huán)節(jié)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，電梯的安全回路被切斷，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X5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4.4電梯圖的總設(shè)計5.結(jié)論與展望電梯是垂直方向的運輸設(shè)備，是高層建筑中不可缺少的交通運輸設(shè)備。它靠電力，拖動一個可以載人或物的轎廂，在建筑的井道內(nèi)導軌上做垂直升降運動，在人們生活中起著舉足輕重的作用。而控制電梯運行的PLC系統(tǒng)也要求越來越高，要求達到電梯運行的“穩(wěn)、準、快”的運行目的。該系統(tǒng)主要由PLC、邏輯控制電路組成。其中包括交流異步電動機、繼電器、接觸器、行程開關(guān)、按鈕、發(fā)光指示器和變頻器組成為一體的控制系統(tǒng)。本機控制單元采用以三菱FX2N的可編程控制器PLC對機器進行全過程控制。電梯是機電合一的大型復雜