四层电梯自动控制课设报告.doc

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1、目录第一章 概述 41.1可编程控制器的产生与定义41.2 可编程控制器的特点51.3 可编程控制器的组成与工作原理 51.4可编程控制器的应用 51.5自动电梯相关原理知识 6第二章 总体设计 82.1设计目的 82.2设计方案与技术指标82.3 系统分析 8第三章 硬件设计103.1装置结构与工艺要求103.2主体流程 113.3硬件框图及输入输出分配 133.4电动机控制电路图 15第四章 梯形图 174.1 梯形图 174.2 程序 22总结 24参考资料 25第一章 概述1.1可编程控制器的产生与定义1.可编程控制器的产生20世纪20年代出现了将接触器、各种继电器、定时器、其他电器及

2、其触头按一定逻辑关系连接的继电器控制系统,其结构简单、便宜、便于掌握，在一定范围内能满足控制要求，在工业中一直占有主导地位。但也存在着设备体积大、同做速度慢、功能少而固定、可靠性差、难于实现复杂的控制的缺点。特别是由于它是靠硬件连线逻辑构成的关系，接线复杂，当生产工艺改变时，原有的接线和控制盘就要更换，缺乏通用性和灵活性。20世纪60年代末，美国汽车制造业竞争激烈，各种生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求加工的生产线随之改变，整个控制系统需要重新配置。为了适应生产工艺不断更新的需要，寻找一种比继电器更可靠，功能更齐全，响应速度更快的新型工业控制器势在必行。1969年，美国数字设备公司(DEC

3、)研制出了第一台可编程控制器PDP_14，并在GM公司汽车生产线上试用成功，并取得了满意的效果可编程控制器由此诞生。所以可编程控制器是生产力发展的必然产物。2.可编程控制器的定义可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器, 简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围， 1982年国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器标准草案中又作了如下定义：可编程控制器是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用了一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、

4、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式和模拟式输入输出控制系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。1.2 可编程控制器的特点1.抗干扰能力强，可靠性高2.控制系统结构简单、通用性强、应用灵活3.编程方便，易于使用4.功能完善，扩展能力强5 .PLC控制系统设计、安装、调试方便6维修方便，维修工作量小7体积小、重量轻、是“机电一体化”特有的产品1.3 可编程控制器的组成与工作原理1. 可编程控制器的组成：主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几部分组成。2. 可编程控制器的工作原理 PLC使用循环扫描的工作方式。这个

5、工作过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需要的时间称为一个扫描周期。内部处理阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器等。在通信操作服务阶段，PLC处于停状态，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。循环扫描的工作方式是PLC的一大特点，也可以说PLC是“串行”工作的，这和传统的继电器控制系统“并行”工作有质的区别，PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。1.4可编程控制器的应用 PLC的初期由于其价格高于继电器控

6、制装置，使得其应用受到限制。但最近几年来，PLC的应用面越来越扩大，其主要原因是：一方面由于微处理机芯片及时性有关元件的价格大大下降，由此PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增强，它也能解决复杂的计算和通信问题，PLC的应用面也日益增大。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等各行各业。1.5自动电梯相关原理知识随着科学技术的发展，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

7、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(“早期安装的电梯多位继电器控制系统)、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。电梯作为高

8、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。PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，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。自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。电梯以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。电梯是机电一体化产品。其机械部分通过控制部分调度，密切协

9、同，使电梯可靠运行。电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。1控制柜(屏)2一拽引机3拽引钢丝绳4限速器5限速器钢绳6限速器张紧装置7轿厢8安全钳9轿厢门安全触板10导轨11对重12厅门13缓冲器第二章 总体设计2.1设计目的1.根据实际控制要求，掌握应用PLC解决实际问题的能力。2.用PLC构成一个四层电梯自动控制系统，熟悉电梯自动运行过程。3.进一步熟悉PLC的I/O点数并掌握PLC的编程。2.2设计方案与技术指标1.设计方案（1）电梯的上升，下降由一台电动机控制：正转时电梯上升，反转时电梯下降。 （2）电梯的开门和关门由一台电动机控制：正转时电梯开门，反

10、转时电梯关门。（3）各层一个呼叫开关，由于本设计是四层电梯，各层设一个到位行程开关。（4）轿厢内设置一个开门按钮和一个关门按扭 。 2.主要技术指标（1）每个楼层都有一个到位指示灯，到达每个楼层对应的指示灯亮。（2）电梯在上升和下降的过程由一台电动极控制，电动极正转，电梯上升；电动极反转，电梯下降。 （3）开门关门的过程由另外一台电动极控制，电动极正转，电梯开门；电动极反转，电梯关门。2.3 系统分析1）开始时，电梯处于任意一层；2）当有外呼电梯信号到来时，电梯响应该呼电梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时2S后自动关门；3）当有内呼电梯信号到来时，电梯响应该呼电梯信号，到达该

11、楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时2S后自动关门；4）在电梯运行过程中，响应的呼叫信号为：电梯在上升（下降）过程中，相应处于电梯所处位置以上（下）的所有內选和外选上升（下降）呼叫；其他呼叫均不响应，但记录该呼叫，等待条件符合时响应；5）电梯开门关门条件：电梯运行到某一楼层停止后自动开门，电梯门压下开门门限开关后开始启动关门计时，当计时时间到或者有关门按钮按下时，电梯开始关门，在电梯关门过程中如果开门按钮按下，停止关门，转换为开门；只有在满足楼层限位开关被压下切电梯停止的前提下，电梯门才进行开关动作； 6）不响应二层向下外呼电梯信号。同时，如果电梯到达三层，如果四层没有任何呼电梯信号，则电梯

12、可以响应三层向下外呼电梯信号。7）电梯应具有最远反向外电梯响应功能。例如：电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼电梯信号。8）电梯未到达平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯停止运行后，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭。9）电梯未到达平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。到达平层且电梯停止运行后，按开门按钮电梯门打开，按关门按钮电梯门关闭。第三章 硬件设计3.1装置结构与工艺要求本系统采用轿厢外召唤、轿厢内按钮控制方式的形式。电梯的上升，下降和电梯的开关门由两台电动机驱动。每个楼层都置呼叫开关。 1电梯在一

13、层时，三层有呼叫请求，则电梯上升到三层。2电梯在一层时，二层有呼叫请求，则电梯上升到二层3电梯在一层时，一层有呼叫请求，则电梯不动，呼叫无效。4电梯在一层时，二层三层同时都有呼叫请求，则电梯先上升到二层，再继续上升到三层。5电梯在二层时，三层有呼叫请求，则电梯上升到三层。6电梯在二层时，二层有呼叫请求，则电梯不动，呼叫无效。7. 电梯在二层时，一层有呼叫请求，则电梯下降到一层。8电梯在二层时，三层先有呼叫请求，一层再呼叫请求，电梯上升到三层。9 电梯在三层时，二层有呼叫请求，则电梯下降到二层。10电梯在三层时，一层有呼叫请求，则电梯下降到一层。11电梯在三层时，三层有呼叫请求，则电梯不动，呼叫

14、无效。12. 电梯在三层时，二层一层同时都有呼叫请求，则电梯先下降到二层，再继续下降到一层。13电梯在四层时，一层有呼叫请求，则电梯下降到一层。14. 电梯在四层时，二层有呼叫请求，则电梯下降到二层。15. 电梯在四层时，三层有呼叫请求，则电梯下降到三层。16电梯在四层时，一、二、三层都有呼叫请求，则电梯先下降到三层，再继续下降到二层、一层17电梯在上升途中，任何下降呼叫请求均无效。18电梯在下降途中，任何上升呼叫请求均无效。3.2主体流程1.电梯上下行流程图2. 电梯响应流程3.电梯开关门流程图当电梯到达系统控制的目标楼层时，控制系统发出开门信号，电梯门开，当门开到开门限位时，计时3秒钟，然

15、后关门，直到关门限位产生信号。此过程期间，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭，并且当门关闭动作时，门间来人会使光电传感器产生信号，控制系统发出开门信号。电梯开关门流程图。3.3硬件框图及输入输出分配1.分配PLC的输入/输出端子表一 输入输出分配表输入输出主机实验模块注释主机实验模块注释X11LAY1一楼行程开关Y0DJB电机下行X22LAY2二楼行程开关Y1DJA电机上行X33LAY3三楼行程开关Y2电梯开门X44LAY4四楼行程开关Y3电梯关门X11DN一层呼叫Y4A数码管段码X22DN二层呼叫Y5BX33DN三层呼叫Y6CX44DN四层呼叫Y7DX5IN1一层内选按钮Y10EX6IN

16、2二层内选按钮Y11FX7IN3三层内选按钮Y12GX10IN4四层内选按钮COM024VX12检修开关Y17HA电铃X0RST复位Y15LED3三层提示灯Y16LED4四层提示灯Y13LED1一层提示灯Y14LED2二层提示灯2、输入/输出端子接线根据通道分配情况，可画出PLC外部接线图，如下图3-1所示：3.4电动机控制电路图1.电机控制主电路2.上下行控制主电路按SB1，KM1线圈得电，KM1触头动作，M正转，电梯上升；按SB3，KM1线圈失电，KM1触头动作，M停转，电梯停止；按SB2，KM2线圈得电，KM2触头动作，M反转，电梯下降。3电梯门电机开关门控制电梯门开关控制电路门电机控制

17、电梯门的开关，正转时，电梯门打开；电机反转时，电梯门关闭。当电梯到达平层时，常闭接触器KM1和常开接触器KM2，KM6闭和，电机正转，电梯门打开；当定时器时间到时，常闭接触器KM4和常开接触器KM5，KM3闭和，电机反转，电梯门关闭；当电梯门碰到开门和关门限位开关时，KM2或KM5断开，并且反向制动。第四章 系统梯形图4.1 梯形图4.2 程序： 总结一开始选择这个课题的时候，感觉应该挺容易的，就是空值电梯的上下和开门关门，但是当我们真正开始做的时候，问题频出，实在是超出了我们的预期。首先是电梯的各种运行状况，随着我们分析的渐渐深入，情况越来越多，需要考虑的东西也越来越多，思绪慢慢的陷入紊乱，

18、感觉无论怎么都理不清。我们开始找各种相关的资料，学习和参考过后，慢慢找到了感觉，稳扎稳打，步步深入，最后把所有可能的情况几乎都考虑在内了。接着是开始编写程序，利用我们以前学过的PLC编程的知识，再按照我们前面分析的一步一步的编写，看上去并不难。但是，当我们把程序写入PLC，控制电梯运行的时候，各种各样的问题让我们面临崩溃！甚至怀疑是不是仪器出了问题，因为实际的运行状况跟我们编写的程序效果差太远了！在分析了我们的方案没有错误之后，我们把注意力放在的程序上面，把以前的PLC的书也翻了出来，仔细的查找问题的解决办法。原来，我们编的程序漏洞太多了，实际运行中，只要稍微出现一点我们没有考虑到的情况，就会

19、运行错误，根本到不到想要的效果。接下来的大部分时间，我们都在给程序“打补丁”，缝缝补补，查漏补缺。每次，当我们觉得程序已经无懈可击的时候，实际一运行，还是有这样或是那样的问题。在经过很多次的失败之后，我们的电梯模型总算能够正常运行了。接下来四层电梯的设计就容易多了，加入一些需要考虑的情况，然后慢慢整合，就基本完成了。后来，我们觉得这样的简单的电梯模型是不够的，应该根据实际的情况设计一些人性化的也是必须的功能，比如：电梯的上行下行指示、故障报警和呼救请求与应答等功能。于是，我们就在原来的基础上，进行了进一步的设计和改装，试图达到以上目的。上行下行指示和故障报警还是比较容易设计的，但是呼救请求和解

20、除呼救让电梯重新运行就有点不如人意了。我们要让电梯在接到呼救应答之后自动运行到第一层，然后重新执行以前的指令，还有在接到呼救请求是要立即停止整个程序，电梯也是立即停止，在原地等待，直至呼救应答和故障解除。本以为一个小小的改动不会太难，结果想不到我们在原程序的基础上改动的地方很多，最后终于达到的想要的效果，我们暗自高兴了一番。后来，因为离指导老师检查实验结果还有一段时间，所以我又在网上查找各种比较专业的方案，感觉到自己设计的程序还是没有他们的优化。网上比较专业的设计一般都采用了随机存储器，并前设置了命令的优先级，考虑到实际运行需求，还特意设置第一和第二优先级，这样的随机控制的设计方案让我有点膜拜

21、了。原来，程序的设计并不是只要全面的满足需求即可了，还要考虑到程序的优化和资源的节约，这在实际的应用中是十分重要的。通过这次plc实践，提高了我们的动手能力，为今后的工作，生产奠定了基础，也通过了这次试验知道了我们自身的不足，同时对尚有欠缺的部分要加强实践，学习。 参考文献1李建兴.可编程序控制器应用技术M.北京：机械工业出版社，2010.12王兆义. 可编程控制器教程M北京：机械工业出版社，2000.23王兆义.可编程控制器实用技术 M.北京：机械工作出版社，2004.104王兆明.电气控制与PLC技术M.北京：清华大学出版社，2009.15张进秋可编程控制器原理及应用实例M北京：机械工业出

22、版社，2004.1电气工程学院课程设计评审意见表指导教师评语： (1)、学习态度及平时表现 ( 出勤等) ABC D E(2)、查阅资料，分析、解决问题的能力 ABCDE 平时成绩： 2014年7 月 5 日图面及其它成绩：(1)、结构合理、层次分明，书写规范：AB C D E(2)、基本概念正确，分析与论述清楚：AB C D E(3)、图纸(插图)简明清晰、电气符号规范：ABCDE图面及其它成绩： 2014年7月5日答辩小组评语：(1)、语言叙述思路清晰、表达清楚：A B C D E(2)、基本概念正确、设计方案合理：A B C D E(3)、基础知识扎实、回答问题准确：A B C D E答辩成绩： 2014年7 月 5日课程设计综合成绩：答辩小组成员签字： 郭忠南 阚志忠 魏艳君 王德玉 2014年7 月 5日25