毕业设计五层电梯的PLC控制系统设计

本科毕业论文(设计) 题目：五层电梯的PLC控制系统设计

学院：自动化工程学院

专业：07级自动化

姓名：

指导教师：

2011年6 月8 日

Design of a Five-story Elevator Control System Based on PLC

摘要

随着我国经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益的提高，伴随建筑业的蓬勃发展，建筑楼房越来越高，而电梯成了高层楼房的必须的交通设备，可编程序控制器(PLC)在电梯系统的应用更加普及。

本文采用OMRON的PLC和变频器控制五层电梯，介绍了电梯的系统结构，详细论述了电梯的启动与选向、自动换速与平层、轿厢开关门控制、呼叫信号综合处理、楼层检测及信号显示控制、电梯检修等功能的实现。采用模块化程序设计思想设计程序，经调试运行电梯模型能够正确、有序、可靠地运行。

关键词可编程序控制器电梯模块化程序梯形图

Abstract

With the rapid development of our country's economy, the rising of people's material and cultural life level and the increasingly and vigorous development of the construction industry, buildings are higher and higher and the elevator has became the necessary transportation equipment to the top building. Programmable Logic Controller (PLC) application is more popular in the elevator system.

This paper adopts OMRON PLC and inverter to control five-story elevator，introduces the elevat or’s system structure and discusses the implementation of the starting and choose direction of elevator, automatic speed transformation and stop, control switch of elevator car door, the call signal integrated treatment, control of floor detection and signal display, elevator repair and other functions in detail. Program design adopts modular programming design concept and the elevator model can be correctly, orderly and reliable operate by debugging.

Keywords PLC elevator modular programming ladder program

目录

前言 (1)

第一章绪论 (3)

1.1设计背景 (3)

1.2设计内容 (3)

1.3设计思想 (4)

1.4设计目的和意义 (4)

第二章电梯简介 (5)

2.1电梯的起源与发展 (5)

2.2电梯的分类 (5)

2.3电梯的组成 (5)

2.4电梯工作原理 (6)

第三章可编程序控制器简介 (7)

3.1可编程序控制器概述 (7)

3.2可编程序控制器一般组成 (7)

3.3可编程序控制器发展趋势 (8)

第四章控制系统硬件设计 (9)

4.1电梯模型结构 (9)

4.2电梯的系统结构 (11)

4.2.1 PLC的选型 (12)

4.2.2 传感器与变频器 (13)

第五章控制系统的软件设计 (15)

5.1划分系统功能模块 (15)

5.2程序设计流程 (17)

5.3输入/输出（I/O）分配 (19)

5.4各模块程序设计 (20)

5.4.1 电梯的复位 (21)

5.4.2 电梯运行方向的控制 (22)

5.4.3 电梯换速与平层 (23)

5.4.4 轿厢开关门的控制 (24)

5.4.5 电梯运行方向指示灯的显示 (26)

5.4.6 呼叫信号的综合处理 (27)

5.4.7 楼层号的显示与清除 (28)

5.4.8 电梯的检修 (29)

5.4.9 程序组合 (30)

5.5程序调试 (30)

第六章PLC控制系统抗干扰设计 (32)

结束语 (34)

谢辞 (35)

参考文献 (36)

附录一PLC外部接线图 (37)

附录二梯形图程序 (38)

前言

目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、微型计算机控制和PLC控制三种方式。采用继电器控制电梯，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。随着时间推移，这种控制系统将逐渐被淘汰。现在几乎全部的电梯控制系统都采用上位机或可编程控制器（PLC）控制，大大提高了电梯运行的可靠性和可维护性，并且延长了其使用寿命，同时缩短了电梯的开发周期，将PLC用于电梯控制系统，已经成为一种发展趋势。

可编程控制器(PLC：Programmable Logic Controller)的发展是根据顺序逻辑控制的需要，专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。PLC控制方式具有可靠性、实用性和灵活性的特点，它更适合于电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制中理想的控制新技术。PLC采用巡回扫描的方式，分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会正常工作；又由于PLC中的内部辅助继电器和保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元，即无线圈又无触点，且使用次数不受限制，属无触点运行。因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。

同时随着电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐发展成为交流变频调速。这不仅能满足乘客的舒适感和保证平层的精度，还可以节约能源、降低能耗、减小运行费用。

模块化程序设计思想是把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，最后组成一个完成总任务的完整程序。采用这种程序设计思想各模块具有相对独立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改，特别是用于复杂控制过程的生产过程。

本文选用OMRON C200HE型号的PLC来对五层电梯进行逻辑控制，由它提供变频器的运行方向和速度指令，使变频器根据电梯需要的速度调节运行方向和速度。通过PLC 的合理编程，实现自动掌握停站时间、自动开关门、自动平层、顺向截梯、自动换向及内外呼信号的登记与消除等集选控制功能。

五层电梯控制系统是集选式控制系统，控制比较复杂，适合采用模块化的编程方法，将各个输出信号按属性分类，模块与模块之间的衔接可以用内部继电器来传递信息。系统软件大致分为：电梯的启动与选向模块、电梯的换速与停层模块、电梯轿厢开关门控制模块、电梯运行方向指示灯显示模块、信号综合处理程序模块、楼层检测及显示控制模块和检修模块八大模块。要求实现以下功能：

●电梯复位模块：当超过一定时间无呼叫信号，电梯自动返回基站，即一层。

●电梯的启动与选向模块：完成电梯在响应呼叫时作出的向上运行还是向下运行的

判断。

●电梯的换速与停层模块：根据呼叫信号与轿厢所在楼层产生减速信号与停止信号。

●电梯轿厢开关门控制模块：电梯到达指定楼层时完成自动开关门及在电梯停止运

行时完成手动开关门。

●电梯运行方向指示灯显示模块：电梯上下行时，用向上、向下箭头(三角形发光二

极管)显示电梯的上行、下行。

●信号综合处理程序模块：综合处理外呼、内选信号的登记、保持和消除。

●楼层检测及显示控制模块：根据楼层行程开关状态信号判断所在楼层并控制七段

数码管显示该楼层号，直到楼层改变为此。

●检修模块：当电梯出现故障时，切换为检修模式，检修电梯。

程序完全采用模块化结构编程，模块之间耦合程度低，程序通用性强、易于扩展，程序逻辑简单、语句较少，方便进行设计、调试、修改和阅读。

第一章绪论

1.1 设计背景

随着我国的经济发展，电梯逐渐成为高层运输必不可少的交通运输工具。电梯的形式多种多样，有垂直方向运行的的、斜方向运行的。随着人们对电梯的安全性、可靠性、舒适性等方面的要求日益增高，电梯技术得到了不断发展。

从二十世纪末起，PLC在电梯控制系统中的应用逐渐广泛。目前，在我国的电梯行业中，PLC以其逻辑功能强、可在线修改控制程序、可靠性、体积小、具有远程通信联网功能、能对模拟量进行控制、易与计算机接口、具备高速技术与位控等高性能模块的优异性能，日益取代由大量时间继电器、中间继电器、计数继电器等组成的传统的继电器控制系统。PLC由于其可靠性高、实用性强、编程和维护方便而备受广大用户的欢迎。

近几年来，新发展起来的变压变频调速技术在电梯行业中得到迅速发展，与用直流电动机调速相比变压变频调速技术的调速性能更优。电梯运行更加舒适，平层精度大大提高，对能源的消耗更少。所以，由可编程序控制器（PLC）和变频调速器控制电梯系统在电梯行业中得到广泛应用。

1.2 设计内容

本设计从以下几个方面对五层电梯的PLC控制系统进行研究。

1.电梯的复位：当长时间无呼叫信号时，电梯自动返回基站。

2.电梯的启动与选向控制：要求根据电梯所在楼层的位置或运行状态，综合外呼、

内选信号确定电梯的运行方向。

3.电梯的换速与停层：要求根据顺向截梯的原则和呼叫信号的类型，在电梯运行过

程中自动产生换速停层信号。

4.电梯的开关门：支持电梯停车自动开关门以及停止运行时手动开关门。

5.电梯运行方向指示：以三角形发光二极管指示当前电梯的运行方向。

6.呼叫信号的综合处理：综合处理外呼、内选信号的保持与消除。

7.楼层检测及显示：要求判断轿厢所在位置，并以七段数码管显示当前轿厢所在的

楼层号。

8.电梯的检修：检测电梯是否出现故障。

1.3 设计思想

由于生产过程控制的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。

基本程序既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为模块化结构中的单元程序。根据计算机程序设计思想，基本程序的结构方式只有三种：顺序结构、分支结构和循环结构。

模块化程序是把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，最后组成一个完成总任务的完整程序。各模块相对独立、功能单一、结构清晰、接口简单、降低了程序设计的复杂性，提高了程序的可靠性，缩短开发周期，避免程序开发的重复劳动，易于维护和功能扩充。因为各模块具有相对独立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改，特别是复杂控制的生产过程一般采用这种程序设计思想。

在众多的程序设计方法中，模块化程序设计方法是最基础、使用最广泛的一种方法。应用模块化程序设计方法进行设计时应该遵循的最主要的原理是模块独立性原理。采用模块化原理设计的程序系统具有以下三个特点：第一，由于模块间是相互独立的，所以每个模块可以独立地被理解、编写和调试，这就使得程序容易设计，也容易理解和阅读；第二，模块的独立性也能有效地防止错误在模块之间蔓延扩散，有助于提高软件的可靠性；第三，模块化由于具有分割功能而且接口可以简化，因此，可由许多人分工合作开发，有助于加快开发速度，方便调试。

PLC编程是一种串行方式，为了满足原并行逻辑控制电路的要求，它采用“自上而下、从左往右、不断循环”的循环扫描方式，除非有跳转、调用子程序等指令的存在，否则PLC在每个扫描周期都会将程序从头到尾扫描一遍，不论程序是否需要执行。由于这种特殊的扫描方式，对于复杂系统的设计将会使程序变得比较庞大，不易于调试、修改、扩展，容易出错，可读性差且系统运行效率低。采用模块化程序设计思想在PLC程序中可以重复调用该模块，不但减少编程量，而且减少内存占用量，有利于大型PLC程序的编制。

1.4 设计目的和意义

随着我国经济的高速发展，电梯已经成为人们现代生活广泛使用的交通运输工具，电梯在各方面得到了快速发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC 代替原来的继电器控制。PLC因为稳定可靠、结构简单、简单易学、成本低廉、功能强大和使用方便已经成为应用最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。

通过PLC对程序设计，提高了电梯控制水平，并改善了电梯运行的舒适感。因此，PLC 在电梯控制系统中的应用非常广泛，非常有使用价值。我国电梯工业起步晚，PLC作为通用产品引入电梯，对尽快提高电梯质量，满足日益增长的市场需求起到了积极作用。

第二章电梯简介

2.1 电梯的起源与发展

随着科学技术的发展，人们的生活水平逐步提高，电梯在人们的生活中的地位也会和汽车一样，成为重要的交通运输设备之一。

早在公元前2800年，古埃及人为了建造金字塔，就发明了依靠人力运行的机械升降机。直到1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。到了1858年，美国研制出依靠蒸汽驱动的蒸汽电梯。紧随其后，威廉·汤姆逊研制出以液压驱动的升降梯，液压的介质是水。在这些升降梯的基础上，升降机技术不断发展起来。

19世纪初，随着电机技术的迅速发展，电梯的工作性能得到了改善。随着时间的推移，二十世纪70年代，集成电路的发展，大大改善了可编程序控制器的体积大小和性能，提高了电梯控制系统的稳定性和可靠性。二十世纪80年代，变压变频调速技术在电梯控制系统中的应用，大大改善了电梯的舒适性，节能能力也得到了提高。

在未来，电梯的发展将更加智能化，超高速电梯速度越来越高，蓝牙技术也将在电梯上广泛应用，绿色环保电梯将逐渐普及。

2.2 电梯的分类

1.按用途分为：乘客电梯、载货电梯、客货两用电梯、医用电梯、船舶电梯、消防

电梯与矿井电梯等。

2.按额定速度分为：低速题、中速梯、高速梯和超高速梯。

3.按驱动方式分为：交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、螺杆式电梯

和直线电机驱动的电梯等。

4.按控制方式分为：信号控制电梯、集选控制电梯、并联控制电梯和群控电梯等。

2.3 电梯的组成

1.曳引系统：曳引系统主要由曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成，主要功能是

输出与传递动力，使电梯运行。

2.导向系统：导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成，主要功能是使轿厢沿

着导轨运行。