毕业设计（论文）四层电梯实验控制及监控系统的设计

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1、 I 目 录 一 绪 论 .1 1.1 课题的意义 .1 1.2 电梯控制系统的发展趋势与国内外研究现状 .1 1.3 设计的主要工作 .2 二 电梯模型机械部分设计 .3 2.1 电梯结构及驱动方式的选择 .3 2.1.1 拽引驱动 .3 2.1.2 卷筒驱动 .3 2.1.3 其他驱动方式 .3 2.2 电梯模型外观的设计 .5 2.3 电梯模型主要机械零件的选择和设计 .5 2.3.1 电梯井道的设计 .5 2.3.2 轿厢的设计 .5 2.3.3 滑轮组件选用 .5 2.3.4 其他一些结构的选择 .6 2.3.5 对以上零部件进行校核 .6 三 控制系统硬件设计 .8 3.1 控制系

2、统硬件选型 .8 3.1.1 PLC 控制电梯的优点 .8 3.1.2 电梯选层开关的选型 .8 II 3.1.3PLC 的选择 .9 3.2PLC 的 I/O 点分配和控制回路的设计 .10 3.2.1PLC 的 I/O 点的分配 .10 3.2.2 控制框图介绍 .11 四 电梯控制系统的软件设计 .15 4.1 召梯信号的登记和响应程序的设计 .15 4.2 电梯的减速与停车 .16 4.3 电梯上下行控制程序的设计 .17 五 电梯监控系统的设计 .19 5.1 监控系统硬件的选型 .20 5.1.1MD204L 可编程文本显示编辑器有以下特点 .20 5.1.2MD204L 可编程文

3、本显示编辑器的基本参数 .20 5.2 监控软件的设计 .21 5.2.1 编辑用户画面 .21 5.2.2 制作基本画面 .22 5.3 MD204L 文本编辑器与 PLC 之间的通讯 .24 总 结 .26 致 谢 .28 参考文献 .29 第 1 页 共 32 页 一 绪 论 1.1 课题的意义 目前国内高校在 PLC 课程教学中普遍面临问题是教学设备落后，PLC 课程是一门实 践性很强的专业课程，课程的开设有三分之一到二分之一的课时是实验课，但在实验 室做该课程的实验又有其局限性，一般的 PLC 实验台，配备的是一台 PLC 基本单元， 若干实验挂件，要实现的控制不但受挂件的限制，还受

4、基本单元的功能的限制，如何 在有限的实验条件下，让学生把握好 PLC 的应用，是摆在我们面前的课题。此次的设 计的目的是研制一台可供学生自主设计、开发有关电梯 PLC 控制方面试验的四层电梯 PLC 控制试验装置，且能对实验运行进行监测。既可以检查实验设计的正确性，又具有 仿真效果使其更贴近工程实际，增加学生进行课外科技研究的兴趣。 可编程控制器（PLC）是机电类专业的一门实践性很强的专业课，日益受到人们的 重视。四层电梯实验控制及监控系统的设计和研制，使学生对 PLC 在工程实际中的应 用有了更好的理解，并能将学生平时所学的理论更好的联系实际，大大提高了学生学 习的主动性。同时它的设计和研制

5、对实验室建设、实验手段的进一步完善、突出实践 性教学环节，特别是体现机与电结合的特色和培养高素质的工程人才，具有重要的现 实意义。 1.2 电梯控制系统的发展趋势与国内外研究现状 目前，国内所用的电梯，有一半以上采用陈旧的继电器控制方式。传统的电梯自 动控制系统有继电器接触器控制逻辑组成，由于继电器、接触器是有触点的电气 元件，体积庞大，使用寿命有限，弧光放电严重，导致整个控制系统存在故障多、可 靠性低、工作寿命短等缺陷。可编程控制器（PLC）是面向用户的专用工业控制计算机， 具有许多明显的特点。PLC 是微机技术为核心，综合了计算机、自动化和通信技术发展 起来的一种通用工业自动控制装置。它既

6、有传统继电器接触工致的优点，又有功能齐 全，灵活性，通用性强的特点，以及功能强大、可靠性高、编程简单、使用方便以及 第 2 页 共 32 页 体积小、功耗低等突出的优越性，并在很大范围内代替了继电器接触控制，使用 PLC 进行电梯的电气控制是必然的趋势。因此，进行此次设计基于 PLC 的电梯控制系 统设计。具有非常重要的实际意义。 电梯控制系统是根据外部信号以及自身控制规律运行的，而呼叫是随机的，电梯 实际上是一个人机交换式的控制系统，单纯用顺序控制或一般逻辑控制都不能满足控 制要求，而是采用随机的逻辑方式控制的。由于可编程控制器（PLC）具有编程软件采 用易学易懂的梯形图语言、控制灵活方便、

7、抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点。所 以国内外许多电梯制造商正在推广应用 PLC 控制方案。基于 PLC 的电梯控制系统易于 安装和使用，有高级的诊断功能，从长远角度看，PLC 控制系统维护成本低。另外 PLC 也正向微型化，网络化和开放性方向发展。由此可见以 PLC 控制技术为基础的控制系 统是目前及未来一段时间电梯设计的主流。 同时随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调 速技术迅速发展。电动机交流变频调速技术是当今节电、提高产品质量、改善环境、 推动技术进步的一种主要手段。电梯的变速拖动方式己由直流调速逐渐过渡到交流变 频调速。交流变频调速是通过调节电机定子绕组

8、供电电压的幅值及频率来调速的。它 通过电压、电流、速度信号反馈，采用矢量控制技术对交流电动机进行精确调节，使 运行效率大大提高，运行性能更加完善。变频调速电梯以其优越的调速性能、显著的 节能效果，能够为乘客提供一个快速、平层准确、运行安全、乘坐舒适、噪音低的乘 坐环境。因此，目前交流变频调速已经取代其他调速方式，成为电梯拖动控制的主流 方式 当电梯在运行中突然出现故障时，物管人员与电梯维修人员不能及时发现，给被 关在电梯里的乘客的身心健康造成很大的影响。电梯困人故障一直困扰着物管公司与 电梯维修公司。由于物管公司与电梯维修公司对管辖的电梯的实时信息了解不多，不 利于设备的维护与保养，并且影响电

9、梯的运行寿命。 电梯监控是一种较新的服务概念，它为电梯维修保养单位和电梯使用单位对电梯 的管理提供了一种强有力的手段。电梯监控系统对采集到的电梯数据进行处理，可以 提供电梯运行状态(使用频率、故障次数及故障类型)的统计与分析，实现故障的早期 预告、故障诊断及处理。 第 3 页 共 32 页 1.3 设计的主要工作 设计的主要工作是设计一台四层电梯试验控制装置及监控系统，包括（电梯模型 的机械结构设计，电梯 PLC 控制部分的设计和电梯监控系统的设计） 二 电梯模型机械部分设计 2.1 电梯结构及驱动方式的选择 根据电梯使用的不同要求，电梯的驱动可采用曳引驱动，液压驱动，卷筒驱动， 及齿轮齿条，

10、螺杆驱动等方式。 2.1.1 拽引驱动 曳引驱动是采用曳引轮作为驱动部件。钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端悬吊轿箱，另 一端悬吊对重装置，由钢丝绳和曳引轮之间的摩擦产生曳引力驱动轿厢作上下运行。 2.1.2 卷筒驱动 早期电梯的驱动，除了液压驱动之外都是卷筒驱动。这种卷筒驱动常用两组悬挂的 钢丝绳，每组钢丝绳的一端固定在卷筒上，另一端与轿箱或对重相连。一组钢线绳按 顺时针方向绕在卷筒上，而另一组钢丝绳按反时针方向绕在卷筒上。因此，当一组钢 丝绳绕出卷筒时，另一组钢丝绳绕入卷筒。 卷筒驱动电梯主要有以下几方面的问题： 1. 提升高度低 2. 额定载重低 3. 电梯行程不同，必须配用不同的卷筒 4. 导

11、轨承受的侧向力大 5. 钢丝绳有过绕和反绕的危险 6. 能耗大 第 4 页 共 32 页 2.1.3 其他驱动方式 1. 液压驱动 液压电梯是通过液压动力源，把油压入油缸使柱塞作直线运动，直接或通过钢丝 绳间接地使轿厢运动的电梯。 2. 螺杆式驱动 将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶， 然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的 电梯。 3. 齿轮齿条式驱动 将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升 降的电梯。这种驱动型式主要用于建筑施工电梯上。 4. 直线电机驱动 直线电机驱动的电梯，其动力源是

12、直线电机，1990 年 4 月第一台使用直线电机驱 动的电梯在日本使用。 直线电机用于电梯是电梯驱动的重大改革，它与传统的驱动方式相比，具有结构 简单，占用空间少，节能，可靠性高等特点。 因为是电梯试验模型所以电梯采用常见的拽引式结构驱动 。并选用 TDY 永磁同步 低速电动机。 外形尺寸如下图： 其基本参数如下： 型号： 55TDY 第 5 页 共 32 页 额定电压：220V 转速： 60R/MIN 最大转矩：440mN.m 额定转矩：350mN.m 启动转矩：220mN.m 重量： 0.7Kg 2.2 电梯模型外观的设计 电梯模型由 PLC、铝合金立柱、透明有机玻璃板、印刷电路面板等组成

13、，整个模型 安置在一个的底板上，电梯部分固定在底板的左端，PLC 固定在底板的中部，监控的触 摸屏放置在最右端，电梯与 PLC 通过排线连接，模型的总高度约为 65cm。 为了更好地展现电梯内部结构和电梯的运行状况，除了正面是印刷电路板，其它 几个面均采用透明的有机玻璃板制成，使得电梯的内部结构一目了然;电梯模型具备了 实际电梯的基本功能，可以把此模型看作是小型化了的真实电梯。 由于电梯尺寸较小，各电子元器件之间采用传统的导线连接方式是比较困难的、 而且容易出差错，所以采用印刷电路板取代传统导线连接方式，也就是，模型的正面 使用了一整块印刷电路板，轿厢的正面也使用了一整块印刷电路板，两块印刷电

14、路板 之间的信号通过排线连接，所有的呼梯按键以及指示灯均焊接在电路板上，这样不但 解决了模型的电气连接问题，而且提高了模型的可靠性，模型也显得较为整洁美观。 2.3 电梯模型主要机械零件的选择和设计 2.3.1 电梯井道的设计 电梯的井道采用四根铝合金立柱构成 ，铝合金的截面为 20mm20mm 正方形，高为 650mm。采用了内六角紧固螺钉竖直的固定在底板上。 2.3.2 轿厢的设计 轿厢设计为 110mm95mm80mm 铁盒。 其具体形状如下图： 第 6 页 共 32 页 2.3.3 滑轮组件选用 滑轮组采用下图结构： 滑轮直径为 48mm，由铝合金铸成。滑轮架为高 61mm，长 30m

15、m，宽 15mm 材质也是 铝合金。固定轿厢和滑轮架所用的螺栓为 GB 2.3.4 其他一些结构的选择 对于卷筒的设计，根据电梯的运行距离计算得到的。电梯总高 65mm 加上滑轮组和 轿厢的高度电梯从一楼运行到四楼的总距离为 40cm 左右。所以卷筒要卷吊绳的长度为 80cm，现定卷筒的直径为 3cm，计算出卷筒的长度为 36mm 加上吊绳槽之间的间距和边 缘长度则卷筒的实际长度为 52mm。 机构如下图： 第 7 页 共 32 页 电梯的外壳除正面印刷电路板外其他三面均选用有机玻璃，用内六角紧固螺钉固 与四根立柱上。螺钉选择 GB 由于是电梯模型的设计吊绳的承重比较轻，所以选用了直径为 4m

16、m 的涤纶绞制绳， 其极限拉力为 0.25T,使用拉力为 0.05T。 2.3.5 对以上零部件进行校核 1.吊绳的强度校核： 在设计中吊绳所承受的重量为 K. K=（轿厢的重量+滑轮组的重量+连接螺栓的重量）/2 轿厢的重量=(5mm110mm80mm+95mm80mm3mm4)7.8 kg/3103m 1.06kg 滑轮组的重量 =(15mm61mm5mm2+30mm15mm5mm+3.142.5mm2.5mm50mm+3.1424mm 24mm16mm)2.7 kg/3103m 0.1126kg 连接螺栓的重量=2.5mm2.5mm3.1425mm7.8 kg/3103m 0.004kg

17、 K=1.1766/2=0.5883kg 所选吊绳的使用拉力为 0.05T 大于 0.5883kg 故吊绳安全。 2.电动起启动转矩的校核： 有 1 吊绳所承受的重量为 0.5883kg，则可得卷筒所受的力为： 0.5883kg10N/kg5.9N 换算到电机上的转矩为：5.9N0.015m=0.0885N.m=88.5mN.m 而所选的 TDY 永磁同步低速电动机的启动转矩为 220mN.m 大于 88.5mN.m 所以电动 机可以满足改机构的启动转矩要求。 3.用同上的方法校核四根铝合金立柱的强度 四根立柱所承受的力主要是:电动机组和其他辅助元件的重力约为 20N,则每个立柱 所要承受的重

18、力为 20N/4=5N 根据公式： MP 251.0.FNA铝 压 用上述的方法对滑轮组和其他的部件进行校核均符合要求。 第 8 页 共 32 页 具体装配见后附装配图。 三 控制系统硬件设计 3.1 控制系统硬件选型 这项工作在电梯设计中是非常重要的环节，如果选型得当，不仅可以保证电梯运 行的质量，而且还可以提高电梯系统的运行性能。硬件选型主要是 PLC、变频器以及编 码器的选型。对与本模型的设计主要是 PLC 和接近开关的选型。 3.1.1 PLC 控制电梯的优点 PLC 是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，是一种工业控制用的专用 计算机 1.PLC 控制电梯的优点 由于 PLC

19、 中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是 PLC 的内存工作单 元，使用次数不受限制，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。 PLC 控制有其它设备无法比拟的优点: 1)可靠性高，抗干扰性能强 2)编程简单，当电梯功能、层数发生变化时，无需增减继电器和大量的电路; 3)功能完善，适应性强; 4)使用简单，调试维修方便; 5)体积小、重量轻、功耗低。 3.1.2 电梯选层开关的选型 电梯运行过程中，如何检测轿厢所处的楼层位置，是电梯正常运行的首要问 第 9 页 共 32 页 题，是正确定向和选层换速的必要前提。电梯 PLC 控制系统一般不使用机

20、械选层器， 目前使用的位置检测元件主要方法有以下两种: 1)干簧管磁感应器 这种检测方法直观、简单，由于每层需要一个磁感应器，当楼层较高时，会占用 PLC 太多的输入点。 2)旋转编码器 PLC 有高速脉冲计数功能，计数准确，使用方便，因此在电梯 PLC 控制系统中，可 以用编码器测取电梯运行过程中的准确位置，编码器可以直接与 PLC 的高速脉冲输入 端相连，并使用 PLC 内置的 24V 直流电源，硬件连接可谓简单方便。用旋转编码器检 测轿厢位置精度高、误差小、安全可靠。 由于本设计是电梯模型设计，模型的整体体积太小所以每层尽安装一个接近开关 用于选层。 本设计选用圆柱型接近传感器 PR 系

21、列的 PR(T)18-8DC 传感器作为选层的接近开关。 其外形如下图： 基本参数为： 检测距离： 8mm10% 标准检测物：25mm25mm1mm（铁） 电源： 24VDC（1530）VDC 应答频率： 200HZ 设定距离： 05.6mm 第 10 页 共 32 页 3.1.3PLC 的选择 综合考虑性能价格比和可靠性后，本设计选择了日本三菱公司生产的 FX2N 系列的 FX2N-48MR PLC 输入点： 24，24 继电器输出 三菱的 FX2N 系列具有以下几方面的优点: 1) 其体积小，节省安装空间 2) 其功能强，具有高速计数器，可作为定位控制的标准硬件使用;在指令方面， 编码、译

22、码、数据转换、可逆计数等功能 3) 采用整体式箱体结构，其价格便宜，可靠性高 3.2PLC 的 I/O 点分配和控制回路的设计 电梯的 PLC 控制系统和其他类型的电梯控制系统一样，主要由信号控制系统和拖动控 制系统两部分组成。主要硬件包括 PLC、机械系统、轿厢操纵厢、厅外呼梯、主拖动系 统等。系统控制核心为 PLC，操纵厢、呼梯系统、井道及安全保护信号通过 PLC 输人接 口送入 PLC，经过 PLC 内部的逻辑运算后，向拖动系统和门机控制系统发出控制信号。 3.2.1PLC 的 I/O 点的分配 所选用的 PLC 是三菱 FX 系列的 FX2N-48MR。 其具体的输入输出点地址分配如下

23、图： 第 11 页 共 32 页 3.2.2 控制框图介绍 控制框图主要是介绍整合系统的控制过程,具体如下图所示： 第 12 页 共 32 页 电机的正反转和停止均用 YTD202A 多功能永磁低速同步电机控制器进行控制。该控 制器的功能和使用方法如下： 功能:8 种电机控制程序,9 个控制参数设置,5 个外线功能接口。 1.电机调速及正反转控制：0-5V 电压与数值两种方式控制三档速度设定; 2.左右位置纠偏/正反转控制：0-5V 电压与数值调速,单/ 双探头定位; 3.单次往复/正反转控制：0-5V 电压与数值调速,单/ 双探头定位; 4.循环往复/正反转控制：0-5V 电压与数值调速,双

24、探头定位; 5.测速往复/设定长度控制：状态输出/电压与数值调速/脉冲测速正反双向运行。 6.测距定长运行：状态/电压与数值调速/正反双向运行;测距长度为设定长度的 100% 7.设定长度单次进退/往复运行：复位时测距停止运行；测距长度为设定长度的 200% 8.单脉冲信号控制测距进退/往复运行：电压与数值调速 ;测距长度为设定长度的 200%。 主要技术指标: 1.额定电压与电流: 单相 AC150-250V; 额定电流: 1.5A; 最大电流: 2A； 2.配套电机: 220V 三相 TDY 全系列永磁低速同步电机 (推荐使用)； 220V 单相 TDY 全系列永磁低速同步电机 (不需外接

25、移相电阻和电容)； 也可以用于 220V 三相 300W 以下永磁中高速同步电机的变频调速； 第 13 页 共 32 页 3.矢量模式正常速度控制:速度 0-100%,精度 0.19(同步转速 55r/min)或 0.38 度 (110r/min)； 步进模式超高速度控制:速度 50-300%,精度 0.57(转速 55r/min)或 1.15 度 (110r/min)； 4.安装尺寸：面板 60mm*155mm；安装开孔尺寸为 45mm*140mm；嵌入深度 120mm； 安装螺丝孔直径 4.5mm；安装螺丝孔位置为 50mm145mm; 体积： 155mm(H) 60mm(W) 140(D

26、)； 5.工作环境：温度-3060； 电机控制器程序指令表。 控制器正面如上图。 常用接口说明 第 14 页 共 32 页 接口 8 控制电源地 GND； 接口 7 输出+12V 电源,电流小于 100ma； 接口 6 输出+5V 电源,电流小于 50ma； 接口 5 调速 0-5V 电平,输入阻抗50k； 接口 4.3.2.1 均接有 20k 上拉电阻,断开时为 5V 高电平,功能见前页设置表； 接口 1 接地时或低电平,电机断电停转； 接口 5.4.3.2.1 输入接口耐压60V； 调速控制有数值与外接 0-5V 电压设定两种方式(相对值大者控制),控制器使用时 请特别注意! 电机输出功率

27、是凭据所接电机额定功率的百分比设置的. 正常速度应采用矢量驱动模式,高于正常速度时应采用步进驱动模式； 对换电机 U/V/W 接线中任意两根接线可改变旋转方向； SET 按钮设置 9 个电机运行参数:操作参数将自动存储并显示最后一次操作； 第 15 页 共 32 页 C01:选择步进电机运行控制程序(6 选一)； C02:步进电机驱动器控制方式(1c 为 Cw/Dir 单脉冲,2c 为 Cw/Ccw 双脉冲)； C03:步进电机加减速度参数(1-100d,推荐值为 10d)； C04:设置步进电机最高速度(0-100.0u,电机最高速度以每秒 5 周为好)； C05:设置步进电机最低速度(0-

28、100.0u,推荐值为 60-90u,正常工作数值尽可能 高)； C06:定长运行时设置运行起动方式( 为电平下降延起动/ 为电平上升延起动)； C07:设置步进电机单步长度(0.0001mm-6.5000mm)； C08:数值调速时设置步进电机速度值(0-99.9u)； Good:控制器程序运行;电机停止时按 Set 键进入参数设置 UP 增加按钮/DOWN 减少按钮:电机运行时数值调速数值不存储;电机停止时数值 速数值存储； 对于本设计参数设置:c01=1A；c03=10；c04=95u； C05=50u；good 进入工作程 序； 驱动方式:矢量驱动. 具体的连线见后附接线图。 第 16

29、 页 共 32 页 四 电梯控制系统的软件设计 在编写电梯控制系统软件之前，首先要制订 PLC 的 I/O 点和内部继电器的分配方案， 并做好系统的需求分析。 本设计将软件的编写分为以下几个主要模块: 1)召梯信号的登记和响应 2)电梯的减速与停车 3)电梯的定向 4)电梯的楼层停控制 这几个程序模块组成了电梯的运行程序的主框架。 4.1 召梯信号的登记和响应程序的设计 以“一楼上呼信号（输入点 X10）”为例。当 X10 有信号输入，线圈 Y10 接通并自 锁，从而记忆住此呼梯信号，并使“一楼上呼指示灯”亮，直到响应结束。 具体的梯形图如下： 这样一楼上呼叫信号就被登记。 “一楼上呼信号 X

30、10”的响应处理。当轿厢到达一层时，一楼接近开关动作，使 X4 接通，进一步使得 M110 动作并自锁，导致上图中 Y10 断开， “一楼上呼指示灯”灭， 即“一楼上呼信号”被响应。通过一个定时器（T20）实现楼层指示灯亮 5s，而 M310 给电机一个满速信号使电机变为慢速，实现稳步停轿。 具体的梯形图如下所示： 第 17 页 共 32 页 这样一楼上呼叫的信号就被响应了。以此方法类推可以得到各个楼层呼叫信号的 登记和响应。 4.2 电梯的减速与停车 电梯在运行的过程中在遇到响应信号的时候应先减速缓慢的停车，减少速度冲击， 使乘客感觉舒适。 （1） （2） 第 18 页 共 32 页 （3）

31、 在 4.1 中介绍的一楼上呼叫响应梯形图中可看到有 M310 和 M410 两个中间继电器， M310 是用来实现电梯的减速和停车的。上图（1）表示当有楼层响应信号时让 Y17 有输 出信号，Y17 连接电机控制器使电动机转为慢速。图（3）则表示在电机有慢速信号以 后再运行 1.5 秒是轿厢平层，然后图（2）Y18 输出信号使电机停转。 M410 是用来控制搂层停止和开关门的时间指示灯的。由于本设计是实验模型，整体 的体积较小机械结构中没有设计电梯门，所以用一个指示灯来亮 5 秒表示电梯门的开 关。M310 是用来实现电梯的减速和停车。 具体的梯形图如下： Y004 的输出控制一楼的指示灯，

32、M410 和 M416 分别是电梯响应一楼上呼叫和电梯轿 厢内呼叫时控制实现电梯开关门指示灯的中间继电器。以此程序类推可等到各个楼层 的控制程序。 4.3 电梯上下行控制程序的设计 根据各呼梯信号的先后次序以及轿厢所在楼层位置，决定电梯的运行方向。当电 梯运行方向确定后，电梯在上升运行中，只响应大于等于当前楼层的内呼和上升外呼 信号;在下降运行中，只响应小于等于当前楼层的内呼和下降外呼信号。 下图是电梯上升运行控制的梯形图，用辅助继电器 M204、M205、M206 和 M207 记 忆轿厢所在的楼层位置，用 Y13 和 M130 记忆电梯正向和反向运行状态。用相应的输出 继电器记忆、指示相应

33、的输入信号，例如，按下“二楼上呼信号”按键，即，输入端 X11 有输入，用输出继电器 Y11 记忆此输入信号，输出点 Y11 使相应的二极管发光，用 来指示有“二楼上呼信号”。 第 19 页 共 32 页 当轿厢在一楼位置，M204 通电，M205、M206 和 M207 断电，此时轿厢外呼梯信号 X16、X15、X14、X12、X11 以及轿厢内呼梯信号 X3、X2、X1 都有可能产生上升运行状 态;相似地，当轿厢在二楼位置，M205 通电，M204、M206 和 M207 断电，此时轿厢外呼 梯信号 X16、X15、X12 以及轿厢内呼梯信号 X3、X2 都有可能产生上升运行状态;当轿 厢

34、在三楼位置，M206 通电，M204、M205 和 M207 断电，此时轿厢外呼梯信号 X16 以及 轿厢内呼梯信号 X3 都有可能产生上升运行状态。如下图所示，输出点 Y 均被自锁，所 以一旦产生上升运行状态（Y13 通电），那么只有当所有上楼呼梯信号被响应后，才能 解除上升运行状态（Y13 断电）。 电梯下降运行控制原理与上升运行控制类似。 完整程序见后附梯形图。 第 20 页 共 32 页 五 电梯监控系统的设计 电梯在运行中的故障主要分为：电梯的机械故障和电梯的电器故障。对与电梯的监 控思路，本设计主要利用 PLC 的自监控能力，用组态软件通过与 PLC 通讯实时检测 PLC 运行过程

35、中内部继电器的状态来实现报警。 具体的程序如下： 当 M131 得电表示电机有正传或反转信号，M132 表示电梯离开或到达某层当 M132 得 电时表示轿厢已离开某层处于运行中，同时各个楼层的接近开关无信号则 T31 得电经 过 10 秒 M133 得电实现报警。同时 M133 使电机停机。 另外在电梯的顶部装了一个限位开关，防止电梯运行过程中出现失控现象。 当限位开关 X13 有信号，则 M134 得电，实现报警同时 M134 使电机停机。 对与电机方面，用在电机连线中加入一热继电器实现对电机的过载、缺相、欠压等 保护。 第 21 页 共 32 页 5.1 监控系统硬件的选型 现有的 PLC

36、 监控形式大概有：PC 机上位监控、工控组态王监控、PLC 及触摸屏监 控等. 本设计用 MD204L 可编程文本显示器来是现监控功能。MD204L 是一个小型的人机界 面，主要与各种 PLC（或带通讯口的智能控制器）配合使用，以文字或指示灯形式监视、 修改 PLC 内部寄存器或继电器的数值及状态，从而使操作人员能够自如地控制机器设 备。 5.1.1MD204L 可编程文本显示编辑器有以下特点 1.通过编辑软件 TP200 在计算机上制作画面，自由输入汉字及设定 PLC 地址，使用 串口通讯下载画面。 2.通讯协议和画面数据一同下载到显示器，无须 PLC 编写通讯程序。 3.对应几种广泛，包括

37、，西门子、三凌、欧姆龙、松下、施耐德、永宏、LG、台达、 AB 等主流 PLC，包括 Modbus RTU、自由通讯等通用协议、以及应用于 KINCO 伺服驱动 的 ECOSTEP 协议。 4.具有密码保护功能 5.具有警报列表功能，逐行实时显示当前报警信息。 6.具有可选的具有时钟模块的型号，可以提供实时时钟。 7.20 个按键可被定义成功能键，有数值输入小键盘，造作简单，可替代部分控制柜 上机械按钮。 8.自由选择通讯方式，RS232/RS422/RS485 任选。 9.带背光 STN 液晶显示，可显示 24 个英文字符4 行，即 12 个汉字4 行。 10.显示器前表面符合 IP65 构

38、造，防水、防油。 5.1.2MD204L 可编程文本显示编辑器的基本参数 输入电压： DC12VDC24V 功耗： 低于 4W（TYP2.0W） 允许瞬时停电： 小于 20ms 耐电压： AC1000V10Ma（1 分钟信号于地间） 绝缘阻抗： DC500V约 10M（信号与地间） 使用时环境要求： 第 22 页 共 32 页 操作温度： 0-50 保存温度： -10-60 环境湿度： 20-85（无凝露） 耐震动： 10-25Hz(X,Y,Z 方向各 30 分钟 2G) 抗干扰： 电压噪声：1000Vpp 周围空气： 无腐蚀性气体 本设计主要使用 MD204L 显示器的监视功能。 5.2 监

39、控软件的设计 TP200V4.0.0 是可编程文本显示器 MD204L V4 专用的组态软件，运行于 WINDOWS98/2000/XP 之下。本设计使用 TP200 进行监控软件的设计。 5.2.1 编辑用户画面 1.创建工程，运行 TP200 软件并新建工程后，屏幕显示画面编辑器： 第 23 页 共 32 页 编辑器的顶部是菜单和工具条；左侧表格内容是画图号以及画图描述。 按 键或击活文件-新建工程命令，屏幕中弹出 PLC 机型选择对话框： 在这个窗口选择了正确的 PLC、波特率、数据位、停止位和校验位。根据显示器通 讯对象，选择 PLC 机型。TP200 下载画面时，将指定的 PLC 通

40、讯协议和画面数据一同传 送 MD204L 显示器，显示器工作时，通过此协议和 PLC 通讯。 5.2.2 制作基本画面 首先进入系统初始画面（缺省为 1 好画面）的编辑状态。界面的右下边是编辑画面 （1 号画面）的属性，每幅画都有属性，包括三项内容： 1画面描述，描述画面的性质，便于设计者管理，只有提示作用，亦可不用填写。 本设计将 1 号画面做为主菜单 2.按键至画面号，在此拦填写 0 表示按下此键画面跳转至 0 号画面。 3.按键至画面号，在此拦填写 2 表示按下此键画面跳转至 2 号画面。 在显示器运行时，按ESC键、键或键是最简洁的切换画面的方法。除此 之外，通过设置功能键也能实现画面

41、跳转。 在使用的过程特别注意： 1.如果当前画面的键或键设定成功能键，则画面属性中跳转画面参数不 起作用。 2.如果键或键指定画面不存在，则实际跳转画面号依次向上或向下顺延。 第 24 页 共 32 页 3.如果画面中包含数据设定部件，在数据设定过程中，键或键完成数值 加减功能，退出后恢复。 具体如下图： 上图为监控画面的初始画面，由于本设计为实验模型的设计所以监控界面比较简单。 2 号画面如下： 第 25 页 共 32 页 本设计的报警列表如下： 在电梯的运行过程中如果上述的 M133 或 M134 得电，在监控显示器将显示：10 秒无 楼层信号或上限位开关动作，提示操作者及时的找出电梯故障

42、。 编辑完画面以后用通讯电缆将计算机 9 针 RS232 串口和 MD204L 的 9 针串口连接起 来，确认 MD204L 已加上+24V 电源。按 键，开始下在数据，出现下在画面数据提示 窗，提示下载进度。 画面传送结束后，弹出对话窗，表示工程画面已经全部传送。 第 26 页 共 32 页 5.3 MD204L 文本编辑器与 PLC 之间的通讯 MD204L 目前可以和三凌 FX 全系列 PLC 通讯，通讯口为 PLC 编程口或 FX2N422BD 模块。 如果显示器和 PLC 始终不能正常通讯，请检查以下项目： 1. 工程选择的 PLC 机型和实际连接的 PLC 机型是否相符。 2. 工

43、程中访问的 PLC 寄存器或者线圈地址是否越界。 3. PLC 局号是否正确。 4. 是否连接通讯电缆 5. 通讯电缆连接是否正确。 6. PLC 通讯参数设置是否正确。 第 27 页 共 32 页 7. PLC 和显示器是否已加上电源。 总 结 本设计研制了一套基于三菱 PLC 控制的四层楼电梯模型试验台，介绍了电梯模型 的总体结构和基本功能，同时也介绍了电梯模型基本功能的 PLC 编程实现。所研制的 电梯模型具有体积小、重量轻、制作成本低、可现场编程等特点。本电梯模型实验台 可用于 PLC 教学实验，同时还设计有对电梯运行过程的监控系统。 本实验台所能完成的实验有： 1. 四层电梯的 PL

44、C 控制实验。 2. PLC 控制电梯的监控实验。 3. PLC 实际编程实验。 现具体对四层电梯的 PLC 控制实验进行一下分析: 第一步，检查试验台的连线情况，保证设备安全和实验人员安全。 第二步，对试验装置检查完毕后，熟悉试验台。 第三步，参照试验台的上按钮的信息提示操作，完成自己想要实验的目的。（如： 现在轿厢在四楼，则试验台在通电后四楼楼层接近开关指示灯亮，在此情况下如果按 一楼上呼叫按钮，则一楼上呼叫信号指示灯亮，电梯开始全速下行，离开四楼时四楼 楼层接近开关指示灯灭，在经过各个楼层时各个楼层接近开关指示灯亮一下，当轿厢 到达一楼时一楼接近开关指示灯亮并动作，同时一楼楼层门信号指示

45、灯亮 5 秒表示电 梯门开关，电机慢速运行 1.8 秒使轿厢与楼层下平层后停止。在此时如果没有其他信 号则轿厢停在一楼，一楼楼层接近开关指示灯亮。）在实验的过程中可根据实验者要 求和所要的达到的目的自行进行随意的组合实验，也可自主开发新的实验。 本设计同时还可以对 PLC 控制电梯进行监控实验： 前面步骤如上，现以电梯失控为例：简单介绍实验过程，因为本实验台有自带的 监控界面所以操作比较简单，在运行了所有程序后，可以用以铁块让上限位开关动作， 则在 PLC 中会有一个中间继电器得电，同时 MD204L 文本显示器会检测到该继电器动作， 则发出警报声并在面板上显示上限位开关动作，其他的监控功能详

46、见说明书。在实验 的具体过程中可根据实验者要求和所要的达到的目的自行进行随意的组合实验，也可 自主开发新的实验。 第 28 页 共 32 页 本设计的目标基本实现，但是在与真实电梯还有差距，由于试验台模型整体体积 较小，本设计的电梯机械结构简单，对电梯门的开关控制只用了一个指示灯显示，而 没有真正开关门动作。本设计中的电梯模型与其它现有的电梯模型相比，创新之处在： 用印刷电路代替传统的导线连接，不但减小了电梯模型的体积，而且提高了可靠性。 第 29 页 共 32 页 致 谢 经过两个多月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕 业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地

47、方，如果没有导师的督促指导， 以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢 我的导师黄崇莉老师。黄老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查 阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中 都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是黄老师仍然细心地纠正图纸中 的错误。除了敬佩黄老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远 学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢我的同学对我无私的帮 助，特别是在软件的使用方面，正因为如此我才能顺利的完成设计。我要感谢我的学 校陕西理工学院，是它给我们提供了优

48、良的学习环境；另外，我还要感谢那些曾给我 授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！ ！。 第 30 页 共 32 页 参考文献 1 钟肇新,彭侃. 可编程控制器原理及应用 . 广州:华南理工大学出版社,1991. 2 艾辉. 基于组态软件的电梯监控系统的研究. 中国电梯, 2005 (15). 3梁延东.电梯控制技术.北京.中国建筑工业出版社，1997 4 程周.电气控制与PLC原理及应用.北京.电子工业出版社，2004 5 孙竹梅，陈凤兰.PLC电梯控制试验的设计与开发.太原.太原科技，2008年第2期 6 杨军,王云东,陈国玉.电梯近程监控系统的设计.郑州

49、.郑州纺织工学院报，2001年3月， 第12卷第1期 7 师素文，张广红.机械工程与自动化.2006年4月，第2期 8 吴作明. 工控组态软件与PLC应用技术，北京. 北京航空航天大学出版社，2007 9 邓星钟等.机电传动控制（第四版）.湖北.华中科技大学出版社，2007 10 贾德胜等. PLC 应用开发实用子程序.北京.人民邮电出版社,2006 11 洪志育.三菱 FX2n 系列微型可编程控制器使用手册.机械工业出版社，2004 12 廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用.重庆:重庆大学出版社，2001 13 Al-Karadsheh, E., Sourell, H., & Kra

50、use, R. (2002). Precision irrigation: New strategy irrigation water management. Conference on International Research on Food Security, Natural Resource Managementand Rural Development, Available at: http:/www.tropentag.de/2002/abstracts/full/34.pdf. Accessed 6 November 2008. 14 Bordovsky, J. P., & L

51、ascano, R. J. (2003). Variable rate irrigation using low energy precision application (LEPA). In 2003 Electronic Proceedings of the beltwide cotton conferences, Nashville, TN, USA, 8 pp. 15 Chavez, J. L., Pierce, F. J., Elliott, T. V., Evans, R. G., Kim, Y., & Iversen, W. M. (2009). A remote irrigation monitoring and control system (RIMCS) for continuous move systems. Part B: Field testing and results. Precision agriculture (this issue)