三层电梯PLC控制新版专业系统设计方案报告.doc

PLC课程设计汇报

题 目： 三层电梯PLC控制系统设计

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摘要
本设计关键利用欧姆龙系统完成。关键介绍了3层电梯PLC特点、PLC功效、发展趋势、PLC控制电梯软、硬件设计。在示意图、接线图、电梯控制梯形图、指令表、和程序步骤图基础之上提出了PLC编程方法。
可编程控制系统（Programmable Logic Controller）是一个专门为在工业环境下应用而设计数字运算操作电子系统。它采取一个可编程存放器，经过数字式或模拟式输入输出来控制多种类型机械设备或生产过程。因为它可经过软件来改变控制过程，而且含有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业自动化控制控制各个领域，大大推进了机电一体化进程。
电梯是高层建筑不可缺乏运输工具，用于垂直运输乘客和货物，传统电梯控制系统关键采取继电器--接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采取 PLC组成控制系统能够很好地处理上述问题，使电梯运行愈加安全、方便、舒适。现在PLC在电梯行业已得到广泛应用。在层数和控制功效较少场所，采取PLC控制较为方便。

目录

第一章 三层楼电梯自动控制 4
一．电梯设计要求 4
二．电梯设计分析 5
1.分析被控对象 5
2.分配PLC输入/输出端子 5
3.统计输入、输出点数并选择PLC型号 5
4.输入/输出端子接线图 6
5.运动形式分析 6
6.助记符 11
三．硬件配置设计 15
1. 电梯控制组成 16
2. 主电路 16
四．型号规格 16

第一章 三层楼电梯自动控制
电梯电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。传统电气控制系统采取继电器逻辑控制因为触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐步被淘汰。现在电梯设计使用可编程控制器(PLC)，要求功效改变灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。
一．电梯设计要求
1、 图2.4-8是三层楼电梯示意图，电梯上、下由一台电机控制：正转（上升）、反转（下降）。

1）每层设有呼叫开关SBl一SB3；呼叫指示灯H1一H3和到位行程开关STl一ST3。
2）若令电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向呼叫均无效(以下简称“不可逆响应”)，则其动作要求如表2．4-1所表示。
3）因实际电梯呼叫开关为按钮式开关，所以SBl一SB3开关要求瞬间接通有效。
4）各楼层问有效运行时间应小于10s，不然认为有故障，自动令电机停转。

注：第11、12项在运行中，后发出反方向呼叫无效。
2、附加动作要求：
抵达每层楼后，电梯应有开、关门动作
二．电梯设计分析
1.分析被控对象
被控制对象为三层楼电梯，在这个设计中动作要满足表2．4-1要求。电梯运行到位后，含有开、关门功效。能自动判别电梯运行方向，并发出响应指示信号。
2.分配PLC输入/输出端子
输入电路
输入端子
输出电路
输出端子
开门行程开关SL1
0.01
开门继电器KM1
5.04
关门行程开关SL2
0.02
关门继电器KM2
5.05
红外传感器SA1
0.03
上行继电器KM3
5.00
红外传感器SA2
0.04
下行继电器KM4
5.01
一层到位行程开关ST1
0.05
加速继电器KM5
5.06
二层到位行程开关ST2
0.06
低速继电器KM6
5.02
三层到位行程开关ST3
0.07
快速继电器KM7
5.03
一层呼叫按钮SB1
1.01
上行方向灯HL1
5.08
一层呼叫按钮SB2
1.02
下行方向灯HL2
5.09
一层呼叫按钮SB3
1.03
一层指示灯HL3
6.00
一层内指令按钮SB4
1.04
二层指示灯HL4
6.01
二层内指令按钮SB5
1.05
三层指示灯HL5
6.02
三层内指令按钮SB6
1.06
一层呼叫指示灯H1
6.08
一层下行减速靠近开关SA1
1.07
二层呼叫指示灯H2
6.09
二层上行减速靠近开关SA2
1.08
三层呼叫指示灯H3
6.10
二层下行减速靠近开关SA3
1.09

三层上行减速靠近开关SA4
1.10

3.统计输入、输出点数并选择PLC型号
输入信号有17个，考虑到有15%备用点,即17×(1+15%)=19.55，取整数20，所以共需20个输入点。
输出信号有15个，考虑到有15%备用点,即15×(1+15%)=17.25，取整数18，所以共需18个输出点。
所以可选择C60PCPU类型可编程序控制器，它有32个输入点，28个输出点，满足本设计要求。
4.输入/输出端子接线图

5.运动形式分析
（1）开、关门控制电路图5.1所表示。
自动开门：当电梯运行到位后（运行继电器10.00为OFF），对应楼层到位行程开关闭合，即0.05或0.06或0.07接点闭合，时间继电器TIM0000开始计时，计到3s时，TIM0000触点闭合，使0504线圈有效，驱动开门接触器，打开电梯门，直至到位，开门行程开关动作，即0.01动断触点打开，开门过程结束。
自动关门：当开门行程开关0.01触点闭合，经时间继电器TIM0001延时5s后，使TIM0001触点闭合，0505有效，驱动关门继电器，关闭电梯门，直至到位，关门行程开关0.02动作，关门动作结束。
关门保护：自动关门时，可能夹住乘客，可在门上装设红外传感器。当有些人进出时，0.03或0.04闭合，关门被严禁，同时开门接触器工作，把门打开，至限位位置后，重新实施关门动作。

图5.1 开、关门控制电路
（2）电梯到站指示图5.2所表示。
当电梯抵达一层时，一层到位行程开关闭合，一层指示灯亮。其它楼层情况类似。

图5.2 电梯到站指示

（3）各层呼叫指示图5.3所表示
当乘客按下某层楼呼叫按钮或某层楼内指令按钮时，对应指示灯亮，指示灯一直保持到电梯抵达该楼层。

图5.3 各层呼叫指示
（4）电梯起动和运行方向选择图5.4所表示。
假设电梯原先停在一楼，按了二层呼叫按钮（1.02），二层呼叫指示灯亮（6.09闭合），因为一层到位行程开关闭合，所以上行方向灯（5.08）亮，起动中间继电器（10.06）工作，上行继电器（5.00）运行，电梯上升，到了二层，碰到二层到位行程开关，二层指示灯亮，前沿微分指令1005为ON一个扫描周期，用以切断起动控制信号，起动中间继电器停止工作，电梯停在二层。假如按了三层呼叫按钮，情况和这类似。电梯在上升途中，电梯三层停止辅助继电器工作，此时按一层或二层呼叫按钮无效。假如同时按了二、三层呼叫按钮，上行方向灯亮，电梯上升，到了二层，二层停止辅助继电器和计时器开始工作，电梯停2秒后，上升方向灯继续亮，电梯继续上升，直到三层才停止。
下降情况和上升类似，故不赘诉。
因为有TIM0003故障检测，当电梯在各楼层间运行时间超出10s，就认为有故障，自动令电机停转。

图5.4 电梯起动和运行方向
（5）电梯速度变换图5.5所表示
电梯起动后快速运行，2s后开始加速；在靠近目标楼层时，对应靠近开关（1.07、1.08、1.09或1.10）动作，电梯开始减速，直至达成目标楼层时停止。

图5.5 电梯速度变换
6.助记符
LD T0000
OR 5.04
OR 10.01
ANDNOT 0.01
ANDNOT 10.00
ANDNOT 5.05
OUT 5.04
LD 0.05
OR 0.06
OR 0.07
ANDNOT 10.00
ANDNOT 5.04
TIM 0000 #0030
LD T0001
OR 5.05
ANDNOT 0.01
ANDNOT 10.01
ANDNOT 5.04
OUT 5.05
LD 0.01
ANDNOT 5.05
TIM 0001 #0050
LD 0.03
OR 0.04
OR 10.01
ANDNOT 0.01
OUT 10.01
LD 5.00
OR 5.01
OUT 10.00
LD 0.05
OR 6.00
ANDNOT 6.01
ANDNOT 6.02
OUT 6.00
LD 0.06
OR 6.01
ANDNOT 6.00
ANDNOT 6.02
OUT 6.01
LD 0.07
OR 6.02
ANDNOT 6.00
ANDNOT 6.01
OUT 6.02
LD 1.01
OR 1.04
ANDNOT 200.03
ANDNOT 0.05
LD 6.00
KEEP(011) 6.08
LD 1.02
OR 1.05
ANDNOT 200.01
ANDNOT 200.02
ANDNOT 0.06
LD 6.01
KEEP(011) 6.09
LD 1.03
OR 1.06
ANDNOT 200.04
ANDNOT 0.07
LD 6.02
KEEP(011) 6.10
LD 6.09
AND 0.06
OR 200.05
ANDNOT T0002
OUT 200.05
TIM 0002 20
LD 6.10
AND 0.06
OR 5.00
OUT 200.03
LD 6.08
AND 0.06
OR 5.01
OUT 200.04
LD 6.10
OR 6.09
ANDNOT 200.05
ANDNOT 5.09
ANDNOT T0003
OUT 5.08
LD 6.08
OR 6.09
ANDNOT 200.05
ANDNOT 5.08
ANDNOT T0003
OUT 5.09
LDNOT 0.05
ANDNOT 0.06
ANDNOT 0.07
TIM 0003 10
LD 0.06
AND 5.01
LD 0.05
KEEP(011) 200.01
LD 0.06
AND 5.00
LD 0.07
KEEP(011) 200.02
LD 1.02
LD 0.06
KEEP(011) 200.06
LD 6.10
AND 6.02
LD 6.09
AND 6.01
ORLD
LD 6.08
AND 6.00
ORLD
DIFU(013) 10.05
LD 5.08
OR 5.09
LD 10.05
OR 0.02
KEEP(011) 10.06
LDNOT 6.01
OR 6.10
ANDNOT 6.02
AND 5.08
AND 10.06
ANDNOT 5.01
OUT 5.00
LDNOT 6.01
OR 6.08
ANDNOT 6.00
AND 5.09
AND 10.06
ANDNOT 5.00
OUT 5.01
LD 5.00
OR 5.01
AND 10.06
ANDNOT 5.02
OUT 5.03
LD 5.03
TIM 0004 20
LD T0004
ANDNOT 5.02
OUT 5.06
LD 5.00
OR 5.01
LD 1.07
AND 6.08
LD 1.08
AND 6.09
ORLD
LD 1.09
AND 6.09
ORLD
LD 1.10
AND 6.10
ORLD
ORNOT 5.06
ANDLD
ANDNOT 6.00
ANDNOT 6.01
ANDNOT 6.02
OUT 5.02
END(001)
三．硬件配置设计
人按动对应控制按钮，发出命令信号，由PLC接收，经PLC内部控制指令处理后，将控制信号传给变频器，经过变频器来控制电压、电流强度，来决定拖动电机正反转及速度。
系统硬件结构图图1 所表示，其各部分功效说明以下。

Q1—三相电源断路图 K1—电源控制接触器 K2—负载电机通断控制接触器
VS—变频器 BU—制动单元 Ra—能耗制动电阻 M—主拖动曳引电机
在电梯运行开启段是关系到电梯运行舒适感指标关键步骤,而舒适感又和加速度直接相关,依据控制理论,要使某个量按预定规律改变必需对其进行直接控制,对于电梯控制系统来说,要使加速度按理想曲线改变就必需采取加速度反馈,当开启上升段速度达成稳态值90%时，将系统由加速度控制切换到速度控制，因为在稳速段，速度为恒值控制波动较小，加速度改变不大，且采取速度闭环控制能够使稳态速度保持一定精度，为制动段正确平层发明条件。在系统速度上升段和稳速段虽全部采取PI调整器控制，但两段PI参数是不一样，以提升系统动态响应指标。
在系统制动段，即要对减速度进行必需控制，以确保舒适感，又要严格地按电梯运行速度和距离关系来控制，以确保平层精度。
1. 电梯控制组成
因为电梯运行是依据楼层和轿厢呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢呼叫是随机，所以，系统控制采取随机逻辑控制。即在以次序逻辑控制实现电梯基础控制要求基础上，依据随机输入信号，和电梯对应状态适时控制电梯运行。另外，轿厢位置是由脉冲编码器脉冲数确定，并送PLC计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个靠近开关用于检测系统楼层信号。
为便于观察，对电梯运行方向和电梯所在楼层进行显示，采取LED和发光管显示，而对楼层和轿厢呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。
为了提升电梯运行效率和平层精度，系统要求PLC能对轿厢加、减速和制动进行有效控制。依据轿厢实际位置和交流调速系统控制算法来实现。为了电梯运行安全，系统应设置可靠故障保护和对应显示。采取PLC实现电梯控制系统由以下多个关键部分组成。
2. 主电路
主电路由三相交流输入、变频驱动、曳引机和制动单元几部分组成。因为采取交-直-交电压型变频器，在电梯位势负载作用下，制动时回馈能量不能馈送回电网，为限制泵升电压，采取受控能耗制动方法。见图2。

图2
四．型号规格

设备
型号
作用
电源控制接触器
CJ10-20
频繁操作和远程控制
负载断电控制接触器
CJ10-20
频繁操作和远程控制
变频器
SJ300
控制电梯运行速度及停止
制动单元
BU/380V
用于层之间制动控制
能耗制动电阻
Ra/380V
辅助制动单元制动
主拖动拽引电机
三相异步电动机/380V
主拖动
PLC
C60PCPU
控制输入、输出控制信号
熔断器
RL1-60
保护电路安全
PG卡
同变频器
扩展

参考文件

1. 王兆明、王治刚主编. 可编程序控制器原理、应用和实训. 机械工业出版社
2. 韩顺杰、吕树清主编. 电气控制技术. 中国林业出版社
3. 陆运华、胡翠华主编.图解PLC控制系统梯形图及指令表. 中国电力出版社
4. 郑宝林主编.图解欧姆龙PLC入门. 机械工业出版社
4. 中国设计师网（.com）
5. 电控学习网（.com）