基于PLC的四层电梯控制系统设计

基于PLC的四层电梯控制系统设计

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电气控制技术应用设计题目基于PLC的四层电梯控制系统设计 二级学院 电子信息与自动化学院
专 业 电气工程及其自动化
班 级
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指导教师
时间：2014年11月24日-2014年12月5日

目录
摘要…………………………………………………………………………………………… ………… 1
引言…………………………………………………………………………………………… ………… 1
第一章
概述…………………………………………………………………………………………………2

电梯设计的意义……………………………………………………………………………… …… 2
组员所做的工作……………………………………………………………………………… …… 2
系统主要功能………………………………………………………………………………… …… 2
第二章
硬件电路设计及描述…………………………………………………………………………… 3
阐述方案选择及设计思想…………………………………………………………………… …… 3

绘制原理框图……………………………………………………………………………………… 3

简述工作原理……………………………………………………………………………………… 4

元器件清单列表…………………………………………………………………………………… 5
2. 5
PLC控制的电气原理图…………………………………………………………………………… 6第三章
软件设计流程及描述…………………………………………………………………………… 7

程序流程图………………………………………………………………………………………… 7

梯形图控制分析……………………………………………………………………………… …… 7
源程序代码………………………………………………………………………………………… 9
第四章
测试……………………………………………………………………………………………… 10
设计心得…………………………………………………………………………………………………… 11
参考文献…………………………………………………………………………………………………… 12

摘

要：随着社会的不断发展，楼房越来越高，电梯成为高层楼房的必备设备。目

前电梯已从当初的手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，而这其中，PLC的作用为高层运输做出了不可磨灭的贡献。PLC具有逻辑运算、计数和定时以及数据输入输出的功能，其中主要体现在它的逻辑开关控制功能。在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制均可以用PLC实现。本文基于欧姆龙公司的这一机型CP1E-N30DT-D，提出了电梯设计的流程。

关键字：PLC 电梯 控制功能

引言

在现代社会及经济活动中,电梯已成为城市物质文明的标志。尤其是在高层建筑中,电梯作为一种垂直运输工具,承载着大量人流、物流的输送。随着今天高层建筑的迅速发展,人们对电梯诸如可靠性、舒适度、低噪音、低能耗等的性能要求也愈来愈高。这一系列的要求促进了如今电梯行业的快速发展,其拖动技术发展到了调频调压调速阶段,逻辑控制也由可编程控制代替了之前的继电器控制。本设计针对目前我国电梯业的现状,采用PLC对电梯进行逻辑控制,考虑了电梯的可靠性、可维护性、灵活性、使用寿命以及电梯的开发周期等方面,设计的控制系统具备楼层指示、呼梯指令登记、选层选向、自动运行和检修运行等功能,具有集选控制的特点。而所设计的电梯电动机交流变频器的调速技术是如今节电、改善工艺流程、提高产品质量、推动技术进步、改善环境的一种重要手段。

本文在介绍了电梯基本结构的基础上还深入分析了电梯的工作原理,阐述了PLC的特点及优点,其中重点研究了电梯的软、硬件设计并提出了基于PLC的四层电梯控制系统的设计方案,最后对本论文的研究进行了总结与展望。

第一章概述

电梯设计的意义

随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了

迅速发展，电梯也已成为人类现代生活中广泛使用的运输工具。随着人们对电梯运行的安全性、舒适性等要求的提高，电梯得到了快速发展，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。可编程控制器（PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、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。电梯控制要求接入设备使用简便，对应系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。通过
PLC对程序设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯的电梯运行的舒适感。

组员所做的工作

我们组共3人，第一天我们对所设计的题目进行资料的查找、汇总、整理出相应有用的资料。接下来龚见同学进行软件程序的编写，我们相互探讨，对程序进行修改，最后进行仿真，定下初步的程序设计，对电气元件的焊接。周昌申同学对PLC的输入输出接口进行扩展，硬件与软件的连接。吴开香同学进行元器件资料的查询，论文的书写。最后我们小组成员共同进行电路的调试，找出相关问题，解决相应问题。

系统主要功能

欧姆龙PLC：
系统工作符合一般电梯工作要求；
用LED灯模拟电梯层数、平层操作，平层时，延时1s开门，4s后关门（红色LED）。

扩展要求：
电梯内设置开关门按钮；
④电梯门防夹控制。

第二章硬件电路设计及描述

阐述方案选择及设计思想

电梯控制方式主要分为三种，分别是继电器控制方式、微机控制方式和可编程控制器（PLC）控制方式，由于继电器控制存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短的缺陷现在已逐渐被淘汰，微机控制可靠性差故也不多采用，而PLC控制采用一种循环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，否则电梯不会工作。又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等是它本身系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，因此，它比继电器控制有明显的优越性，比微机控制有明显的可靠性，自动化水平更高。

综上所述PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、优越性和实用性的控制方式，它更适合用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术，所以本次课程设计采用可编程控制器(PLC)作为控制方式。

绘制原理框图，描述各功能单元之间的逻辑关系

图1 电梯采用PLC控制的原理框图

简述工作原理

对设计要求深入理解后，确定了本次设计的方案，并选定OMRONCP1E-N30DT-D型PLC；按照设计方案编写程序，并写录到PLC；设计电气接线图。

PLC的程序设计原理

设置数据通道。根据电梯控制要求首先设置两个独立的数据通道200，和201，存储电梯当前层位置信号与当前楼层相应的楼层号并以十进制立即数的形式作为内容被保存到通道中，其中201储存最大立即数。PLC上电后处于待机状态，等待呼梯信号一旦有呼梯信号到来，立即存入201通道中并和200通道中的数据进行比较作出电梯运行方向的判断并响应运行指令；到达呼梯层进行自动开门在防止夹手开关没有动作的情况下自动关门，再次进行201通道和200通道的数据比较，作出电梯运行判断，和发出相应指令；在电梯在同方向上运行时，有人在运行方向上的楼层进行同方向呼梯可以截停电梯，并自动完成自动开门和关门动作。

外围硬件电路设计的原理

为利用PLC有限的输出口，在硬件电路的共阳极数码管显示上利用了74LS47进行译码。74LS47是共阳极BCD-7段数码管译码器/驱动器，
74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码，
可以直接把数字转换为数码管的显示数字，从而节约了
PLC的IO使用。74LS47的管脚图及功能表如下：
图2 74LS47管脚图
表1 74LS47真值表

元器件清单列表

1、按钮开关 17个
2、电阻500欧 7个 电阻千欧 8个
3、排阻A103G 1个
4、LED灯 8个
5、数码管MY5011BH-1 1个
6、芯片74LS47N 1个
7、欧姆龙PLC型号CP1E-N30DT-D
8、24V、5V电源各一个
9、导线若干电路板一块

2.5 PLC控制的电气原理图如下：

图3 PLC控制的电气原理图

第三章软件设计流程及调试

PLC程序流程图如下

图4 PLC程序流程图

梯形图控制分析

对于电梯的设计主要涉及一下环节，判断运行方向环节、指层显示环节、外呼梯信号登记环节、内呼梯信号登记环节、呼梯信号综合环节、上行呼梯信

号选中环节、下行呼梯信号选中环节、自动及手动延时开关门环节、数码管显示控制环节等。

下面我们以外呼梯信号登记环节、自动及手动延时开关门环节进行控制设计分析。

外呼梯信号登记环节
外呼梯信号登记程序与内呼梯信号登记程序相似，在程序中，每个外呼梯信号都分别对应一个“启——保——
停”电路，用以登记外呼梯信号，只有在外呼梯信号所对应的动作被执行了以后，才能解除外呼梯信号的登记。需要注意的是，所有中间层站的外呼梯信号必须用电梯的“反方向”运行标志位加以保护，以防止轿厢反方向运行到该层站时，误将“正方向”外呼梯登记信号解除。

图5 外呼梯信号登记环节自动及手动开关门环节

本环节实现的功能是电梯停靠在对应楼层时，在无手动开关门动作时，实现1秒后自动开门，对应的开门绿灯点亮，再过4秒后自动关门，对应的关门红灯亮，关门启动1秒后电梯运行继电器启动，按照指定运行方式运行；在手动按下关门按钮时，开门继电器立即断开即绿灯熄灭，相对应的关门继电器动作即红灯点亮，在手动按下开门按钮时，开门继电器立即得电，关门继电器瞬间都被断电，随即顺序开关门。

图6 自动及手动开关门环节

源程序代码

见附录1

第四章测试

将调试好的四层电梯PLC控制程序下载到PLC，并将设计好的硬件与此连接实现四层电梯的运行。得到运行结果如下图：
图7 四楼电梯硬件运行图

设计心得

本次课程设计的是基于PLC四层电梯的设计，通过设计由最初对电梯工作过程的陌生到慢慢熟悉过程，明白怎样利用PLC就可以实现控制电梯复杂的运行。同时也能对欧姆龙PLC的应用更加熟悉，能够对其输入输出接口进行扩展。本次设计中学到很多电梯的控制过程的知识，比如说当有多个呼层指令发出时，电梯会根据自己的位置最先响应距离自己最近的信号，当运行时再有呼梯信号进来，就先完成当前任务，如果这个呼梯信号在运行方向前方，则到达呼叫层停止，然后再继续运行，实现了控制过程的智能化。

本次设计对我们是一个很大的考验，也是一个很大的学习机会，让我们了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。原来在我们身边还有许多能够用我们所学的专业知识来解决的问题，并且从理论结合实际中，可以学到更多。所以这次的课程设计虽然艰难也学到了很多。也明白了，设计必须建立在实际的基础上。以后要更努力的学习，提高自己。也要多多运用自己所学的知识来运用的实际中，解决实际问题。

参考文献：

【1】马宏骞，石敬波.电梯及控制技术.北京：电子工业出版社，【2】公利滨.欧姆龙PLC培训教程.北京：中国电力出版社，
【3】郑凤翼.欧姆龙PLC应用100例.北京：电子工业出版社，
【4】王珉，范永胜.电气控制与PLC应用技术.北京：中国电力出版社，