《三菱FX2N-PLC在電梯控制中的應用設計畢業(yè)論文》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《三菱FX2N-PLC在電梯控制中的應用設計畢業(yè)論文（36頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、三菱FX2N PLC在電梯控制中的應用摘 要本文主要介紹可編程控制器（PLC）在電梯電氣控制系統(tǒng)中的應用，通過對系統(tǒng)硬件設計方法和程序設計思路的介紹，給出了5層電梯邏輯控制部分的方法。主要涉及5層電梯的PLC控制系統(tǒng)的總體設計方案、組成及模塊化程序設計。關鍵詞：PLC；電梯；邏輯控制；程序設計The Application of Mitsubishi FX2N PLC in Elevator Control AbstractThe implement of PLC (Programmable Logic Controller) in elevator electric control syst
2、em is presented in this paper. The method of logic control part of five-floor elevator is also described by providing system hardware design and program design clues. This paper include of main design method, composition, program design in this elevator control system.Key words: PLC; elevator; logic
3、 control; program design33三菱FX2N PLC在電梯控制中的應用隨著人口的增加，科學技術日新月異地發(fā)展，人們物質文化生活水平的逐步提高，建筑業(yè)得以迅速發(fā)展，大批的高樓大廈拔地而起，十幾層至幾十層的賓館、飯店、辦公樓、住宅樓鱗次櫛比。伴隨建筑業(yè)的發(fā)展，為建筑內提供上下交通運輸的電梯工業(yè)也在日新月異地發(fā)展著。電梯已不僅是一種生產環(huán)節(jié)中的重要設備，更是一種工作和生活中的必需設備，完全可以預想到，隨著社會的發(fā)展，電梯產品在人們物質文化生活中的地位將和汽車一樣，成為重要的運輸設備之一。一、電梯的概述（一）電梯的發(fā)展簡史據國外有關資料介紹，公元前2800年在古代埃及，為了建筑當時
4、的金字塔，曾使用過由人力驅動的升降機械。公元1765年瓦特發(fā)明了蒸汽機后，1858年美國研制出以蒸汽為動力，并通過帶傳動和蝸輪減速裝置驅動的電梯。1878年英國的阿姆斯特朗發(fā)明了水壓梯。并隨著水壓梯的發(fā)展，淘汰了蒸汽梯。后來又出現了液壓泵和控制閥以及直接柱塞式和側柱塞式結構的液壓梯。這種液壓梯至今仍為人們所采用。但是，電梯得以興盛發(fā)展的根本原因在于采用了電力作為動力來源。18世紀末發(fā)明了電機，并隨著電機技術的發(fā)展，19世紀初開始使用交流異步單速和雙速電動機作動力的交流電梯，特別是交流雙速電動機的出現，顯著改善了電梯的工作性能。在20世紀初，美國奧的斯電梯公司首先使用直流電動機作為動力，生產出以
5、槽輪式驅動的直流電梯，從而為后來的高速度、高行程電梯的發(fā)展奠定了基礎。20世紀30年代美國紐約市的102層摩天大樓建成，美國奧的斯電梯公司為這座大樓制造和安裝了74臺速度為6.0m/s的電梯。從此以后，電梯這個產品，一直在日新月異地發(fā)展著。目前的電梯產品，不但規(guī)格品種多，自動化程度高，而且安全可靠，乘坐舒適。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，可編程序控制器（PLC）和電子計算機成功地應用到電梯的電氣控制系統(tǒng)中去后，電梯產品的質量和運行效果顯著提高。（二）電梯的運行工作情況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的電梯，
6、起點站和終點站之間還設有?？空?。起點站設在一樓，終點站設在最高樓。各站的廳外設有召喚箱，箱上設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置一個按鈕，中間層站的召喚箱上各設置兩個按鈕。而電梯的轎廂內都設置有（雜物電梯除外）操縱箱，操縱箱上設置有手柄開關或與層站對應的按鈕，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。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、?？康热克緳C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
7、操縱箱上的按鈕向電氣控制系統(tǒng)下達一個指令信號，電梯就能自動關門、定向、起動、在預定的層站平層?？块_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?？?，依次完成全部指令任務。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?？块_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，當一個指令任務完成后才能再下達另一個指令任務。在
8、執(zhí)行任務的過程中，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。本課題主要研究單臺五層電梯的PLC控制方法，分述其硬件設計和軟件設計過程。設計程序要求完成電梯控制系統(tǒng)主要達到以下要求：1) PLC電梯控制系統(tǒng)應具備：有司機、無司機、消防三種工作模式。2) 系統(tǒng)應具備自動響應層樓召喚信號（含上召喚和下召喚）。3) 具有轎廂層樓顯示（二進制方式或十進制方式）。能自動顯示電梯運行方向。4) 具有電梯直駛功能和反向最遠停站功能。具有消防應急處理功能。5) 電梯開門時間設為3秒，電梯關門時間也設定為3秒。6) 具有應急手動開門、關門
9、按鈕。在單臺電梯控制系統(tǒng)的基礎上進一步探討用一臺PLC控制多臺電梯協調運行的實施方案。（三）電梯控制系統(tǒng)的組成電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動部分和電氣控制部分組成。1. 電梯的電力拖動部分電梯主拖動類型有直流電動機拖動、交流電動機拖動、直流GM（即發(fā)電機電動機組供電）拖動、晶閘管供電（SCRM）的直流拖動和交流雙速電動機拖動、交流調壓調速（AVCC）拖動、交流變頻調速（VVVF）等。因直流電梯的拖動電動機有電刷和換相器，維護量較大，可靠性低，現已被交流調速電梯所取代。為了得到較好的舒適感，要求曳引電動機在選定的調速方式下，電動機的輸出轉矩總能達到負載轉矩的要求?？紤]到電壓的波動、導軌不夠平直造成的
10、運動阻力增大等因素，電動機轉矩還應有一定的裕度。2. 電梯的電氣控制部分電氣控制系統(tǒng)由控制柜、操縱箱、層樓指示、召喚箱及曳引電動機等幾十個分散安裝在電梯井道內外和各相關電梯部件中的電器元件構成。電氣控制系統(tǒng)通過電路控制電力拖動系統(tǒng)工作程序，完成各種電氣動作功能，保證電梯安全運行。電梯一般是由電動機來拖動的，其運行過程大多包括啟動、正（反）轉、停止等，這整個過程是由電氣控制系統(tǒng)來完成。具體地說電梯的控制主要是指對電動機的起動、停止、運行方向、層樓指示、層站召喚、轎廂內指令等進行處理。其操縱是實行各個控制環(huán)節(jié)的方式和手段。電梯電氣控制系統(tǒng)與電力拖動系統(tǒng)比較，變化范圍比較大。當一臺電梯的類別、額定載
11、重量和額定運行速度確定后，電力拖動系統(tǒng)各零部件就基本確定了，而電氣控制系統(tǒng)則有比較大的選擇范圍，必須根據電梯安裝使用地點、乘載對象進行認真選擇，才能最大限度地發(fā)揮電梯的使用效益。電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能、自動化程度和運行可靠性。隨著科學技術的發(fā)展和技術引進工作的進一步開展，電氣控制系統(tǒng)發(fā)展換代迅速。繼電器控制系統(tǒng)的電梯故障率高，大大降低了電梯的運行可靠性和安全性，所以基本上已經被淘汰。而PLC以其體積小、功能強、故障率低、壽命長、噪聲低、維護保養(yǎng)簡便、修改邏輯靈活、程序容易編制，易聯成控制網絡等諸多優(yōu)點得到了廣泛的應用。二、三菱FX2N 系列可編程序控制器介紹（一）可編程控制器的基礎認識1
12、. 三菱FX2N PLC的主要特點：l 一個程序包的單元型可編程控制器l 采用裝卸式端子臺l 內裝RUN/STOP開關l 程序存儲器l 鐘表功能l RUN寫入l 元件注解l 利用鍵盤保護程序（編程手冊，外圍設備手冊）l 豐富的輸出入擴展設備l 豐富的特殊擴展設備l 用SFC表現的編程l 簡便的應用指令群l 高速處理2. PLC的性能指標和分類1) PLC的主要性能指標l 輸入輸出點數（IO點數）IO點數是指可編程序控制器外部輸入、輸出端子數的總和。它標志著可以接多少個開關、按鈕和可以控制多少個負載。l 存儲容量存儲容量是指可編程序控制器內部用于存放用戶程序的存儲器容量，一般以步為單位，二進制1
13、6位即一個字為一步。l 掃描速度一般以執(zhí)行1000步指令所需時間來衡量，單位為ms/k步，也有以執(zhí)行一步指令所需時間來計算的，單位用s/步。l 功能擴展能力可編程序控制器除了主模塊之外，通常都可配備一些可擴展模塊，以適應各種特殊應用的需要，如AD模塊、DA模塊、位置控制模塊等。l 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)是指一臺可編程序控制器指令的總和，它是衡量可編程序控制器功能強弱的主要指標。2) PLC的分類通常，PLC產品可按結構形式、控制規(guī)模等進行分類。按結構形式不同, 可以分為整體式和模塊式兩類。按控制規(guī)模大小、則可以分為小型、中型和大型PLC三種類型。3. PLC系統(tǒng)的組成PLC是一種以微處理器為核心的工
14、業(yè)通用自動控制裝置，其硬件結構與微型計算機控制系統(tǒng)相似。PLC也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。1) PLC的硬件結構一套PLC系統(tǒng)在硬件上由基本單元（包含中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口、內部電源）、IO擴展單元及外部設備組成。圖2-1為PLC的硬件結構圖。輸入電路CPUEPROMRAM輸出電路基本單元內部電源擴展I/O接口各種外設接口輸出信號現場輸入信號主機編程器打印機PC機輸入電路輸出電路擴展單元輸出信號擴展連接電纜至其他擴展單元現場輸入信號圖2-1 PLC的硬件結構圖圖2-2為三菱FX2N小型PLC產品主機示意圖。本課題中FX2N48MR為基本單元，帶有48個IO點(24入、2
15、4出)，M表示主機、R表示該單元為繼電器輸出型。2) PLC的軟件PLC的軟件系統(tǒng)指PLC所使用的各種程序的集合，它由系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）和用戶程序（應用軟件）組成。系統(tǒng)程序：包括監(jiān)控程序、輸入譯碼程序及診斷程序等。用戶程序是用戶根據控制要求，用PLC的編程語言（如梯形圖）編制的應用程序。圖2-2 三菱FX2N小型PLC產品主機示意圖（二）可編程序控制器的工作方式及編程語言1. PLC的工作方式開始內部處理通信處理RUN方式？輸入掃描程序執(zhí)行輸出處理NY1) PLC的掃描工作方式 圖2-3 PLC的掃描過程可編程序控制器在進入RUN狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開始，在無中斷或跳
16、轉控制的情況下，按程序存儲的地址號遞增的順序逐條執(zhí)行程序，即按順序逐條執(zhí)行程序，直到程序結束。然后再從頭開始掃描，并周而復始地重要進行?？删幊绦蚩刂破鞴ぷ鲿r的掃描過程如圖2-3所示，包括五個階段：內部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC完成一次掃描過程所需的時間稱為掃描周期。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關。2) PLC的程序執(zhí)行過程輸入端子輸入映象寄存器輸出映像寄存器輸出鎖存器輸出端子輸入 .輸出程序執(zhí)行階段輸入采樣階段輸出刷新階段X001Y001Y001M1讀讀PLC的程序的執(zhí)行過程一般可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個主要階段，如圖2-4所示。圖2-4 P
17、LC的程序執(zhí)行過程3) PLC的掃描周期在PLC的實際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設（如編程器、上位計算機）通信等處理。即一個掃描周期還應包含自診斷及與外設通信等時間。4) PLC的IO響應時間PLC采用集中IO刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器區(qū)的內容也不會改變，還會影響本次循環(huán)的掃描結果。輸出信號的變化滯后于輸入信號的變化，這產生了PLC的輸入輸出響應滯后現象，最大滯后時間為2-3個掃描周期。2. PLC的編程語言PLC的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前
18、兩種語言用得較多，順序功能圖語言也在許多場合被采用。本課題所采用的編程語言為梯形圖語言。（三）可編程序控制器與繼電器、微機在電梯控制中的應用比較在電梯的電氣系統(tǒng)中，邏輯判斷起著主要的作用，其控制系統(tǒng)必須起動各種控制信號和執(zhí)行元件（如接觸器、繼電器、發(fā)光指示器、電動機以及電子元件、電力電子器件等），要達到這些控制目的，其方法有：1. 繼電器接觸器控制系統(tǒng)這種控制系統(tǒng)是早期電梯多采用的一種控制系統(tǒng)。優(yōu)點：與其它控制系統(tǒng)比較，其簡單、易于理解和掌握、價格便宜。缺點：動合觸點易磨損，且電接觸不良；體積大；控制系統(tǒng)耗能大、動作噪聲大；維修保養(yǎng)工作量大、費用高。因此這種控制系統(tǒng)僅用于速度不高、性能要求也不
19、高的電梯中。2. 微機控制系統(tǒng)電梯的微機控制系統(tǒng)實質上是使控制算法不再由硬件邏輯完成，而是通過程序存貯器中的程序來完成的控制系統(tǒng)。因此對于有不同功能要求的電梯控制系統(tǒng)，只要改變程序存貯器中的程序指令即可，而無需變更或增減硬件系統(tǒng)的元件或布線。因此，十分方便于使用和管理，并提高系統(tǒng)的可靠性，減小控制系統(tǒng)體積，降低了能耗及其維修保養(yǎng)費用。雖然微機控制的電梯，與繼電器控制的電梯比較，它具有較大的優(yōu)越性。但是，對一般的電梯而言，應用微機控制也有其局限性和不足之處。其缺點是：微型計算機是按數字運算的需要而設計的，功能比較齊全，結構比較復雜；而一般的電梯控制只需要進行簡單的邏輯運算，運算方式多為“與”、“
20、或”、“非”幾種，運算位數只需1位，即“1”與“0”。因此，使用微機就有“大材小用”之嫌。此外，微機的接口電路沒有標準件，而且一般不控制強電。但在電梯控制中，往往要求能直接控制110V或220V的用電設備，如用戶專門配備接口電路既不方便又不可靠。綜上所述，造成用微機控制的成本、運行和維修費用均較高，因此，如在一般的電梯上使用微機控制在經濟上不合算。3. PLC控制系統(tǒng)PLC充分利用了微型計算機的原理和技術，保留計算機控制的優(yōu)點，而克服了它的缺點。它具有強大的生命力，各工業(yè)部分紛紛用它來改造舊有的電梯控制電路，取得了明顯的效果?？傊?，PLC是采用微機技術制造的通用自動控制設備，它能控制開關量、模
21、擬量、具有可靠性高、抗干擾能力強、并具有完成邏輯判斷、定時、計數、記憶和算術、運算等功能，可以取代繼電器為主的各種控制設備。它不僅能用于控制機械設備、流水線和各種設備的運行過程，將PLC用于控制電梯各種操作和處理相關信息也是可行的。三、PLC控制單臺電梯的分析電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電器控制、PLC控制、微機控制，其中繼電器控制系統(tǒng)故障率高，微機控制系統(tǒng)抗干擾能力弱，而PLC作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術先進性，成為目前電梯系統(tǒng)中使用最多的控制方式，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計算機控制的一個重要方向，成為當前電梯控制和技術改造的熱點之一。本課題采用三菱FX2N
22、PLC對單臺五層電梯進行邏輯控制。1. 電梯模型結構1) 電梯模型的主體結構與控制柜電動機圖3-1為五層電梯的簡化模型和控制柜示意圖。電梯主體包括升降電機、轎廂、滑輪、鋼絲繩、行程開關等。升降電機為交流可逆電動機，轎廂套在鋼絲繩上，電機帶動鋼絲繩正轉或反轉時，轎廂對應上升或下降。每層樓均安裝行程開關，利用機械碰撞，給出各樓層的層信號。減速器行程開關TCP/IP12345RS232轎廂電梯控制柜繼電器/接觸器FX2N 48MR PLCRS422配重LED顯示電路開關電源電梯控制柜圖3-1五層電梯的簡化模型和控制柜示意圖電梯控制柜是電梯電氣控制系統(tǒng)完成各種主要任務，實現各種性能的中心。主要包括FX
23、2N-48MR PLC、繼電器/接觸器、顯示部分、開關電源。LED顯示部分主要包括轎廂運行方向顯示、樓層顯示。2) 電梯層門電梯層門是為了確保安全，而在各層樓的?？空?，通向井道的入口處，設置供司機、乘用人員和貨物等出入的門。圖3-2為電梯層門示意圖。電梯層門旁裝有消防按鈕、上召喚按鈕和下召喚按鈕（最底層只有上召喚按鈕、最高層只有下召喚按鈕）,并有召喚登記指示燈。層門上方裝有LED數碼管，以顯示轎廂所在層樓位置，另外還有轎廂上行和下行指示燈。ZXF圖3-2 電梯層門示意圖3) 轎廂內控制屏轎廂內控制屏示意圖如圖3-3所示。其中包括上行、下行顯示及LED層樓位置的顯示。另外還有1樓5樓的指令按鈕及
24、登記顯示和有司機無司機的選擇按鈕。在有司機工作狀態(tài)下還有指令專用開關，即只響應指令信號，不響應召喚信號。此外，還有消防按鈕，當發(fā)生火災時，立即清除所有指令信號和召喚信號，電梯直達底樓后開門。需要說明的是，本實驗裝置在無司機狀態(tài)下，利用定時器控制開門、關門和上下客時間；有司機狀態(tài)下，則直接由司機控制開門、關門和上下客時間。12345YSJAJ圖3-3 轎廂內控制屏示意圖（二）PLC單臺電梯控制系統(tǒng)功能介紹1. PLC電梯控制系統(tǒng)三種工作方式介紹電梯主要有三種工作方式有司機方式、無司機方式、消防方式。1) 有司機方式是指由專職司機操縱電梯運行。具有以下特點： 電梯上行下行啟動由司機決定 電梯開門、
25、關門時間由司機控制 電梯是否直駛（不再響應外召喚）由司機決定2) 無司機方式是指由乘客自己操縱電梯，這種電梯具有集選控制功能。具有以下特點： 電梯開門關門上、下客時間均由定時器定時 只要電梯門關閉后自動定向3) 消防方式是指大樓發(fā)生火災時，電梯運行控制的一種特殊工作方式。具有以下特點： 正在運行的電梯控制系統(tǒng)一旦收到消防信號：a) 處于上行時立即返回底樓停站開門b) 處于下行時立即直駛底樓停站開門c) 處于底樓以外停站開門的電梯立即關門返回底樓停站開門 電梯返回底樓并在底樓開門后，電梯處于消防工作狀態(tài)。此時，電梯不再響應外召喚信號，電梯的關門起動運行和準備前往層站由消防員控制操作。當電梯就近到
26、達某層站后，立即清除其它所有指令信號登記，是否繼續(xù)上行依火勢大小決定。2. PLC單臺電梯控制系統(tǒng)的工作流程圖3-4為PLC單臺電梯控制系統(tǒng)工作流程圖，從圖中可知控制一臺電梯正常工作，主要需要如下信號：控制信號、層樓信號、指令信號、召喚信號和消防信號。這些信號分別來自轎廂控制面板、井道行程開關、層面控制銨鈕和層面火警開關。來自井道行程開關的層樓信號進行層樓定位并參與自動定向，同時顯示所在層樓位置。來自轎廂控制面板的指令信號和來自層面控制按鈕的召喚信號分別進行指令登記和召喚登記，同時進行信號登記顯示。這兩種信號也參與自動定向，和層樓信號一同對電梯進行運行控制，包括開關門、上下行和停站。當來自層面
27、的火警開關發(fā)出消防控制信號時，立即消除指令登記和召喚登記，直接控制電梯下行至底樓并開門。此外，當有來自轎廂控制面板發(fā)出控制信號，如：有司機直駛狀態(tài)，則略過召喚信號，直接響應指令信號。運行控制電梯的同時進行運行顯示和驅動電動機正轉或反轉，即電梯上行或下行?？刂菩盘栔噶钚盘栒賳拘盘枌訕切盘枌訕嵌ㄎ恢噶畹怯浾賳镜怯涀詣佣ㄏ蜻\行控制（開/關門、上/下行、停站）運行顯示電動機驅動控制消防控制置位置位清除清除來自轎廂控制面板來自井道行程開關來自轎廂控制面板來自層面控制按鈕來自層面火警開關顯示顯示顯示圖3-4 PLC單臺電梯控制系統(tǒng)工作流程圖（三）PLC控制單臺電梯方案PLC電梯控制系統(tǒng)的控制核心是PLC。
28、哪些信號需要輸入PLC，PLC需要輸出哪些信號，以及采用何種編程方式都需要仔細推敲。輸入輸出點的確定是設計整個控制系統(tǒng)的首要問題，決定系統(tǒng)的程序及硬件線路的方案。1. PLC I/O地址分配根據電梯操作的工藝過程及對控制系統(tǒng)的要求，首先歸納本系統(tǒng)中所有輸入信號和輸出信號；然后根據PLC的輸入點和輸出點進行I/O地址分配，使每個輸入信號對應PLC內部的輸入繼電器，每個輸出信號對應PLC內部的輸出繼電器。1) PLC輸入信號的確定先考察電梯轎廂內的操作。操作面板上應有各層的選層指令按鈕，5層共有5個。有司機時，應有司機直駛專用開關和上行、下行按鈕，需3點輸入。各樓層乘客召喚時，除底層和頂層只有一個
29、召喚按鈕，其它各層均設上下兩個召喚按鈕，5層共需8個輸入按鈕。5層電梯需5個行程開關來控制是否到了某一層，因此需5點輸入。其它輸入有消防、有司機/無司機方式選擇等開關或觸點。經以上分析，可知共需23點開關量輸入端口。表3-1 輸入地址分配表輸入信號名稱PLC輸入地址含義AYSX000向上行駛按鈕AYXX001向下行駛按鈕JSJX002有/無司機選擇開關1YCX003一樓行程開關2YCX004二樓行程開關3YCX005三樓行程開關4YCX006四樓行程開關5YCX007五樓行程開關A1JX010一樓指令按鈕A2JX011二樓指令按鈕A3JX012三樓指令按鈕A4JX013四樓指令按鈕A5JX01
30、4五樓指令按鈕AJX015指令專用開關（直駛）ZXFX016置消防開關A1SX017一樓上召喚按鈕A2SX020二樓上召喚按鈕A2XX021二樓下召喚按鈕A3SX022三樓上召喚按鈕A3XX023三樓下召喚按鈕A4SX024四樓上召喚按鈕A4XX025四樓下召喚按鈕A5XX026五樓下召喚按鈕2) PLC輸出信號的確定控制電梯的上行、下行（即電機正、反轉）需2點輸出。上、下行指示燈2點輸出。開門、關門、門關閉、運行顯示需4點輸出。由于采用二進制顯示方式，LED七段顯示器需3點輸出。電梯轎廂內輸出各層的指令信號登記顯示，共5點輸出。各樓層乘客召喚時，除底層和頂層只有一個召喚登記顯示，其它各層均設
31、上下兩個召喚登記顯示，5層共需8個輸出顯示。經分析共需24點開關量輸出端口。表3-2 輸出地址分配表輸出信號名稱PLC輸出地址含義KMY000開門顯示GMY001關門顯示MGBY002門關閉顯示DCSY003上行顯示DCXY004下行顯示SY005上行繼電器XY006下行繼電器YXY007運行顯示AY010LED七段顯示器A段發(fā)光二極管GY011LED七段顯示器G段發(fā)光二極管DY012LED七段顯示器D段發(fā)光二極管1DJAY013一樓指令信號登記顯示2DJAY014二樓指令信號登記顯示3DJAY015三樓指令信號登記顯示4DJAY016四樓指令信號登記顯示5DJAY017五樓指令信號登記顯示1
32、DASY020一樓上召喚信號登記顯示2DASY021二樓上召喚信號登記顯示2DAXY022二樓下召喚信號登記顯示3DASY023三樓上召喚信號登記顯示3DAXY024三樓下召喚信號登記顯示4DASY025四樓上召喚信號登記顯示4DAXY026四樓下召喚信號登記顯示5DAXY027五樓下召喚信號登記顯示3) 內部繼電器的確定表3-3 內部繼電器地址分配表PLC內部繼電器地址功能M0指令優(yōu)于召喚M1停站信號M2本站廳外開門M3消防時到過底樓開過門且在任意層樓停過M4消防時到過底樓開過門或非消防時M5關門條件M6清一樓指令登記M7清二樓指令登記M8清三樓指令登記M9清四樓指令登記M10清五樓指令登記
33、M40清一樓上召喚登記M41清二樓上召喚登記M42清二樓下召喚登記M43清三樓上召喚登記M31轎廂到二樓M33轎廂到四樓M35中間繼電器M44清三樓下召喚登記M45清四樓上召喚登記M46清四樓下召喚登記M47清五樓下召喚登記M13消防到過底樓開過門M14轎廂不在任何層樓面上M15轎廂位于某層樓面后，延遲1秒斷開M16有司機直駛狀態(tài)M17關門時間（3秒）M20開門時間（3秒）M18無司機上、下客時間（4秒）M19到站延時時間（1秒）形成停站脈沖用M21未定向M22未定向M30轎廂到一樓M32轎廂到三樓M34轎廂到五樓4) 轎廂層樓位置顯示方式的確定目前常用的轎廂層樓位置的顯示方式有：二進制顯示、
34、直接位置顯示、十進制顯示。但由于三菱FX2N-48MR PLC的I/O點數只有24點輸入和24點輸出。由于其硬件的限制，故采用二進制的顯示方式。即“1”表示亮，“0”表示暗。共可顯示23種，即07（000111），應用在電梯轎廂層樓顯示中，即可顯示第1層 7層，本系統(tǒng)顯示第15層。5) PLC控制程序的編制方法PLC梯形圖的編制采用模塊化設計。模塊化程序結構清晰、便于調試。如：定時器控制開關門、外召喚、指令登記、上行、下行等。模塊間不完全獨立，它們之間存在著有機聯系，且編程時要考慮各條指令間的邏輯關系。2. PLC I/O硬件連接圖三菱FX2N系列PLC單臺電梯控制系統(tǒng)的硬件接線圖見圖3-5。
35、（四）PLC單臺電梯控制系統(tǒng)基本功能梯形圖分析1. 召喚信號登記響應及清除功能位于層樓面的乘客欲前往任意一層樓，可通過按下電梯層門旁的上下召喚按喚來召喚電梯。當電梯到達乘客所召喚的那一層樓面時，立即清除該召喚信號。圖3-6為一樓上召喚登記響應及清除功能梯形圖。當在非消防狀態(tài)下，即常閉X016得電。X017為一樓上召喚按鈕輸入常開觸點，若此時有人按下此開關，X017得電，同時線圈Y020得電，常開Y020自保，即一樓上召喚信號登記顯示。若電梯此時就在一樓時，直接清除一樓上召喚登記顯示。若電梯不在一樓，則下行到達一樓后，一樓行程開關X003得電后，線圈M40得電，常閉M40變常開，線圈Y020就失
36、電，清除一樓上召喚登記顯示。若在消防狀態(tài)下，常開X016變常閉得電，直接清除一樓上召喚登記顯示。X017M16M40X016Y020Y020Y003X003M1M40X016圖3-6 一樓上召喚信號登記響應及清除功能梯形圖2. 指令信號登記響應及清除功能當司機乘客消防人員進入到電梯轎廂中時，就要用到轎廂內控制屏上的指令按鈕。當電梯到達乘客所要去的那一層樓面時，立即清除該指令登記信號。圖3-7為一樓指令登記及清除梯形圖。從圖中可知，要使指令登記信號有效必須滿足兩個條件：1) 消防到過底樓開過門； 2) 非消防時；當電梯處于非消防狀態(tài)時，線圈M4直接得電，滿足指令登記信號有效的條件。當電梯處于消防
37、狀態(tài)時，常開X016變常閉。電梯到達一樓時，一樓行程開關X003得電，此時線圈M13得電，與開門信號相配合，電梯此時處于消防到過底樓開過門的狀態(tài)。常開M13變常閉，線圈M4得電，也滿足使指令登記信號有效的條件。M13M13Y002X003X016M13M13M4X016M4M6Y013X010Y013X003M3X016M6圖3-7 一樓指令信號登記響應及清除功能梯形圖此時，電梯開始接收指令登記信號。如果此時電梯不在一樓時，按下到一樓指令按鈕，一樓指令按鈕X010得電，線圈Y013得電，常開Y013自保，完成一樓指令登記顯示。電梯下行到一樓時，一樓行程開關X003得電，線圈M6得電，常閉M6變
38、常開，即清除了一樓指令登記。如果此時電梯就在一樓，按下一樓指令按鈕的同時就清除一樓指令登記，因為電梯此時就在一樓。電梯處于消防工作狀態(tài)且沒有到達底樓開過門，常開X016變常閉，線圈M6也得電，電梯也清除指令登記，只有當電梯到達底樓開過門后，線圈M13得電，常閉M13變常開，才不清除指令登記。需要說明的是當常開M3得電變常閉時，電梯也清除指令登記。M3是消防到達底樓開過門并在任何層樓面停過站且有停站信號，就清除所有指令登記。這樣做是為了當電梯到達某層后，消防人員可以依火勢大小決定是否繼續(xù)上行，如果不及時清除所有指令登記，電梯會繼續(xù)上行，這樣就不是非常安全。圖3-8為實現此功能的梯形圖。X003M
39、13M1M3X004X005X006X007圖3-8 消防到達底樓開過門并在任何層樓面停站 則清除所有指令登記功能梯形圖3. 自動定向功能電梯的換向即改變電梯的運行方向，實際就是改變電動機的旋轉方向。電梯在無司機工作狀態(tài)下，由程序決定上行或下行。當電梯發(fā)出召喚信號或指令信號時，PLC自動根據轎廂目前所在層樓位置，來判定是上行還是下行。若 召喚或指令要到的層樓 轎廂目前所在層樓 電梯上行召喚或指令要到的層樓 轎廂目前所在層樓 電梯下行召喚或指令要到的層樓 轎廂目前所在層樓 無法定向圖3-9為電梯自動定向功能（部分）梯形圖。無司機工作狀態(tài)下，當三樓有指令信號Y015或上下召喚信號Y023、Y024
40、發(fā)出時，PLC首先判斷轎廂當前是否在三樓，如果就在三樓，則轎廂在三樓的常閉M32變常開，線圈Y003、Y004都不得電，電梯既不上行也不下行。如果電梯在一樓或二樓，則轎廂在三樓、四樓、五樓的常閉觸點M32、M33、M34不得電，仍為常閉，且在非消防狀態(tài)下，X016常閉得電，則線圈Y003得電，電梯定向為上行。如果電梯在四樓或五樓，則轎廂在一樓、二樓、三樓的常閉觸點M30、M31、M32不得電，仍為常閉，則線圈Y004得電，電梯定向為下行。有司機工作狀態(tài)下，X002變常閉，這時需由司機按下X000上行啟動按鈕，電梯才能上行。同樣若司機按下X001下行啟動按鈕，電梯則下行。在消防工作狀態(tài)下，常閉X
41、016變常開，電梯停止上行；常開X016變常閉，線圈Y004得電，電梯下行到底樓。當電梯消防時到達底樓且開過門后M13常閉變常開，電梯不再下行。上行和下行同時有互鎖常閉Y003和常閉Y004。在有司機工作狀態(tài)下，如果電梯有運行信號Y007，則不再接收上行或下行信號。M0是一個特殊中間繼電器，要求在無司機、門未關閉、既非上行也非下行條件下，指令優(yōu)于召喚參加定向，這是為了在既有召喚信號也有指令信號的情況下，優(yōu)先滿足轎廂內的乘客需要。M32Y023M0M33M34Y004X016Y003M0Y024Y015Y024M0Y023Y015M32M31M30Y003X002X000Y007M13M13X0
42、02Y007X001M13Y002Y004X002Y003Y004M13X016圖3-9 自動定向功能（部分）梯形圖4. 停站控制功能圖3-10為停站及1秒停站脈沖形成功能（部分）梯形圖。從圖中可知，停站信號形成有幾種情況：1) 非消防及非有司機直駛時一樓到；2) 非消防及非有司機直駛時五樓到；3) 非消防時指令信號或召喚信號所指的層樓到；4) 非上行也非下行時，即未定向時；5) 消防時下行到達底樓開過門；6) 運行中且沒有到達任何一層面；X003M15X016X004M16Y021Y005M1Y022Y006Y014M13M14X003Y003Y004M35X007X006X005X004X
43、003M14M15M19M15M15M14T3 K10T3M19M35X007圖3-10 停站及1秒停站脈沖形成功能（部分）梯形圖非消防時，當上行繼電器Y005和二樓上召喚按鈕Y021或下行繼電器Y006和二樓下召喚按鈕Y022或二樓指令登記顯示有任意一組同時滿足時，且轎廂到達二樓時，二樓行程開關常開X004變常閉，1秒停站停沖脈沖形成后，停站信號線圈M1得電。消防時，電梯下行到底樓開過門后，常開M13變常閉，一樓行程開關常開X003變常閉，1秒停站脈沖形成后，停站信號線圈M1得電。同時如果一樓到X003變常閉，五樓到X007變常閉，未定向時，停站信號線圈M1也得電。1秒停站脈沖形成過程是這樣
44、的：如果轎廂既不在一樓、二樓、三樓、四樓、五樓時，線圈M14得電，常開M14變常閉，線圈M15得電，常開M15自保，啟動定時器T3，定時1秒鐘后，線圈M19得電，常閉M19變常開，M15失電。這樣做的目的是，如果在停站信號中直接使用不延時1秒鐘的常開M15，一旦電梯到達某一層面時，線圈M14失電，線圈M15失電，停站線路中仍為常開M15，與前面的任何層面的行程開關變常閉有所矛盾，這樣線圈M1無法得電，電梯也就無法停站。因此，采用延時1秒鐘的辦法，讓任何層面的行程開關先得電，M19也得電，延時1秒鐘后再斷開，讓線圈M1能夠得電，這樣電梯就能順利的停站。5. 廳外開門功能所謂廳外開門是指在無司機狀
45、態(tài)下，轎廂既非上行也非下行（未定向）且停在某層時，如果這層恰好有召喚登記信號，則自動開門。X020X004X002M20Y004Y003M2X021圖3-11 二樓廳外開門功能梯形圖圖3-11為二樓廳外開門功能梯形圖。在非上行顯示常閉Y003、非下行顯示常閉Y004、無司機常閉X002、無上下客常閉M20都得電時，二樓有向上或向下召喚登記，則電梯定向到達二樓，二樓行程開關常開X004得電變常閉，廳外開門M2線圈得電，實現廳外開門。6. 開門時間、上下客時間、關門時間、門關閉控制功能電梯到站后，首先開門3秒，然后上下客4秒，最后關門3秒。時間均為定時器控制。1) 開門時間控制功能Y000M1X0
46、16M20T1 K30M2X003Y000M13T1M20圖3-12 開門時間控制功能梯形圖圖3-12為開門時間控制功能梯形圖。在無司機狀態(tài)下，由定時器控制開門時間。從圖中可知，滿足開門條件有以下幾種情況： 非消防時有停站開門信號； 非消防時有廳外開門信號； 消防時到達底樓；在非消防狀態(tài)時，PLC一旦發(fā)出停站開門信號或廳外開門信號，即常開M1變常閉或常開M2變常閉，開門信號線圈Y000得電，常開Y000自保，同時啟動定時器T1，定時時間為3秒，3秒后線圈M20得電，常閉M20變常開，定時器復位，取消開門信號。在消防狀態(tài)時，電梯下行至底樓開門，一樓行程開關X003得電，常開M13得電，PLC發(fā)出
47、開門信號。2) 上下客時間控制功能圖3-13為上下客時間控制功能梯形圖。在無司機狀態(tài)下，由定時器控制上下客時間。T2 K40X002Y000Y001Y002T2M18圖3-13 上下客時間控制功能梯形圖在無司機狀態(tài)下，X002常閉；無開門顯示，Y000常閉；非關門顯示，Y001常閉；門未關閉：Y002常閉；定時器線圈T2得電，定時時間為4秒，4秒后，M18線圈得電，上下客時間結束，啟動關門信號。3) 關門時間控制功能Y003Y000M18M13X002M5X002X000Y004X001M13M5X016M13Y001Y002Y000M17Y001T0 K30T0M17圖3-14 關門時間控制
48、功能梯形圖圖3-14為關門時間控制功能梯形圖。從圖中可知，滿足關門條件有以下幾種情況： 無司機狀態(tài)下，消防未到過底樓開過門，上下客4秒鐘后； 有司機狀態(tài)下，在上行下行顯示情況下，按下上行下行駛按鈕，； 消防到過底樓開過門后，響應指令登記信號，由消防人員控制電梯上行；關門條件線圈M5得電后，關門顯示線圈Y001得電，開門Y000和門關閉Y002互鎖，同時定時器線圈T0得電，定時3秒后，線圈M17得電，常閉M17變常開，關門顯示線圈Y001失電，定時器復位。消防且未到過底樓開過門的情況下，也要進行關門。4) 門關閉控制功能關門3秒后，電梯門關閉。圖3-15為門關閉控制功能梯形圖。關門3秒后M17得
49、電變常閉，且無開門信號，關閉線圈Y002得電，常開Y002自保。M17Y000Y002Y002圖3-15 門關閉控制功能梯形圖7. 有司機直駛控制功能圖3-16為有司機直駛控制功能梯形圖。有司機狀態(tài)下，常開X002變常閉；指令狀態(tài)下，常開X015變常閉，有司機直駛線圈M16得電，即只響應指令召喚。X002X015M16圖3-16 有司機直駛控制功能梯形圖8. 轎廂定位功能轎廂由行程開關給出所在層樓位置信號。X004X005X003M31M31圖3-17 轎廂定位在二樓功能梯形圖圖3-17為轎廂定位在二樓功能梯形圖。當二樓行程開關X004得電，轎廂在二樓線圈M31得電，常開M31自保。轎廂在一樓
50、、三樓行程開關X003、X005互鎖。9. 層樓位置顯示功能由于三菱FX2N-48MR PLC輸入輸出點數的限制，層樓位置顯示采用二進制顯示方法。利用LED七段顯示器的A、D、G三段發(fā)光二極管來顯示一至五樓層樓位置，如圖3-18所示。一樓五樓四樓三樓二樓ABCDEFGA段G段D段一樓001二樓010三樓011四樓100五樓101圖3-18 LED數碼管顯示層樓位置示意圖圖3-19為LED A段顯示功能梯形圖。當轎廂到四樓,常開M33得電；或轎廂到五樓，常開M34得電，則LED A段發(fā)光二極管線圈Y010得電。M34M33Y010圖3-19 LED A段顯示功能梯形圖10. 馬達上行下行、運行顯
51、示控制功能M1Y006Y003Y002Y005Y004Y005Y006Y006Y005Y007圖3-20 馬達上行下行、運行顯示控制功能梯形圖圖3-20為馬達上行下行、運行顯示控制功能梯形圖。在門關閉Y002得電為常閉情況下，且非停站，M1常閉，有上行顯示Y003得電，則線圈Y005得電，馬達上行；有下行顯示Y004得電，則線圈Y006得電，馬達下行。馬達上行和下行均有互鎖。在馬達上行或下行過程中，電梯運行顯示線圈Y007得電。四、PLC控制多臺電梯的分析隨著高層、大型建筑的發(fā)展，一座建筑物內往往需要裝多臺電梯，將多臺電梯集中起來形成群梯。對這種梯群進行統(tǒng)一的控制，采取合理的調度方式，可以大大
52、提高電梯的運行效率、節(jié)省能源、減少乘客的等待時間。本課題將實現采用一臺可編程序控制器同時控制兩臺五層電梯的功能。（一）PLC控制兩臺電梯協調運行的原則兩臺電梯同時運行，共同享用一套外召喚按鈕和外召喚信號登記顯示以及底樓的消防開關。如果沒有協調控制好，有可能出現以下情況：某一大樓內并排設置了兩臺電梯均獨自運行、則當某一層有乘客需向下至底樓，按下兩臺電梯在這一層的兩個召喚按鈕箱中的向下召喚按鈕，則兩臺電梯均會同時響應而到達該層站。此時可能其中一臺先行到站，把乘客接走，而另外一臺電梯在失去的召喚登記信號后，可能會一下子停在井道任意一處，而沒有準確平層，這是絕對不允許出現的。因此，要使PLC控制兩臺電
53、梯協調運行，必須滿足一個原則：當兩臺電梯同時去響應外召喚信號登記時，兩臺電梯自動定向啟動前往相應樓層，當某一臺電梯先行到達指定層樓時，另外一臺電梯必須就近停靠平層，不得懸空在中間。當底樓有消防信號時，兩臺電梯必須同時立即下行至底樓開門。（二）PLC控制兩臺電梯協調運行系統(tǒng)的功能1. 兩臺電梯各自獨立控制的部分1) 兩臺電梯各自有兩種工作方式-有司機工作方式、無司機工作方式。這兩種工作方式各自獨立控制，不受任何約束和影響。包括有無司機選擇開關以及有司機工作方式中司機專用的向上行駛按鈕、向下行駛按鈕和指令專用開關這些輸入信號也各自擁有一套。這兩種工作方式的控制要領與PLC單臺電梯控制的工作方式中的
54、有司機方式、無司機方式一樣。2) 指令信號登記的響應兩臺電梯的轎廂內各自有15層樓的指令按鈕與指令信號登記顯示。兩臺電梯各自響應各自的指令信號登記，前往指定樓層，滿足各自轎廂內司機和乘客的需要。3) LED顯示及其它兩臺電梯各自有開門顯示、關門顯示、門關閉顯示、上行顯示、下行顯示、運行顯示、LED七段顯示器顯示層樓位置也各自擁有一套，獨立運行，相互不受影響。兩臺電梯各自有15樓的行程開關、上行繼電器、下行繼電器。2. 兩臺電梯協調運行控制的部分1) 消防信號的共同響應當底樓的置消防開關為ON時，即電梯處于消防工作狀態(tài)，兩臺電梯共同響應消防信號，均下行至底樓開門。2) 召喚登記信號的共同響應雖然
55、有兩臺電梯同時工作，但在每一層樓面只安裝一套召喚按鈕及召喚信號登記顯示。當層樓面的乘客欲前往某一層樓時，按下該層樓面的外召喚按鈕，兩臺電梯均要及時響應，并投入運行，前往指定樓層，當某一臺電梯先行到達指定樓層時，另外一臺電梯就近?？俊?. PLC兩臺電梯控制系統(tǒng)的工作流程圖4-1為PLC兩臺電梯控制系統(tǒng)工作流程圖。從圖中可以看出，兩臺電梯只有消防和外召喚是合用一套的，其它均各自獨立工作。各自獨立工作的部分與PLC單臺電梯控制系統(tǒng)中的工作流程一模一樣，這里不再做介紹。在此主要分析兩臺電梯共用部分，即消防和外召喚的工作過程。當來自層面控制按鈕發(fā)出召喚信號后，兩臺電梯同時進行召喚登記，并顯示。召喚登記
56、信號與兩臺電梯各自的指令信號與層樓定位信號共同參與各自的定向，驅動電梯前往指定的層樓，當兩臺電梯中的任意一臺先行抵達后，立即清除召喚登記信號，并進行停站、開門3秒、上下客4秒、關門3秒、門關閉這一系列動作。而此時另一臺電梯雖然也在同一時刻失去了召喚登記信號，但是不能立即停站，必須經過最近的行程開關后，就近平層靠站。當來自底樓層面控制開關發(fā)出消防信號后，立即清除兩臺電梯各自的指令登記信號和共用的召喚登記信號，驅動電梯下行至底樓開門。共用部分2# 電梯1# 電梯來自層面控制按鈕來自轎廂控制面板來自井道行程開關來自轎廂控制面板來自層面火警開關來自轎廂控制面板來自井道行程開關來自轎廂控制面板指令信號層
57、樓信號指令信號控制信號層樓信號召喚信號控制信號置位置位置位消防控制層樓定位指令登記召喚登記指令登記層樓定位顯示顯示顯示顯示顯示清除清除清除自動定向自動定向運行控制（開/關門、上/下行、停站）運行控制（開/關門、上/下行、停站）圖4-1 PLC兩臺電梯控制系統(tǒng)工作流程圖（三）PLC控制兩臺電梯協調運行方案1. PLC I/O地址分配根據兩臺電梯協調控制的工藝過程及對控制系統(tǒng)的要求，首先歸納本系統(tǒng)中所有輸入信號和輸出信號；然后根據PLC的輸入點和輸出點進行I/O地址分配，使每個輸入信號對應PLC內部的輸入繼電器，每個輸出信號對應PLC內部的輸出繼電器。1) PLC輸入信號的確定在上一章節(jié)經過對PL
58、C控制單臺電梯系統(tǒng)的輸入信號的分析可知，單臺電梯共需23點開關量的輸入，其中包括兩臺電梯共用的置消防開關和15樓的外召喚按鈕9點。這樣可知，PLC控制兩臺電梯系統(tǒng)的輸入共需37點。但三菱FX2N48MR只有24點輸入，因此，需加擴展模塊，選用FX2N32ER，增加16點輸入，這樣一共有40點輸入和40點輸出，滿足系統(tǒng)37點輸入的要求。2) PLC輸出信號的確定在上一章節(jié)經過對PLC控制單臺電梯系統(tǒng)的輸出信號的分析可知，單臺電梯共需24點開關量的輸出，其中包括兩臺電梯共用的15樓外召喚信號登記顯示8點。這樣可知，PLC控制兩臺電梯系統(tǒng)的輸出共需40點。表4-1 輸入地址分配表輸入符號1#電梯2#電梯含義AYSX000X030向上行駛按鈕AYXX001
三菱FX2N-PLC在電梯控制中的應用設計畢業(yè)論文
