三菱PLC控制四层电梯本科毕业设计

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1、成人高等教育本科毕业设计（论文）题 目： 三菱PLC控制四层电梯 函 授 站： 济南函授站 年 级： 2011级 专 业： 机械设计制造及其自动化 成人高等教育毕业设计（论文）题 目 三菱PLC控制四层电梯 类 别 函 授 层 次 专升本 专 业 机械设计制造及其自动化 班 号 学 号 学生姓名 指导教师 哈尔滨工业大学成人教育学院2013年5月10日哈尔滨工业大学成人高等教育毕业论文（设计）评语 年 月 日 班号： 姓名： 韩玉明 专业：机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目：三菱PLC控制四层电梯(FX2N可编程控制器)评阅人评语： 评阅人（签字） 答辩委员会评语：答辩委员会根据毕业论

2、文（设计）之材料及学生答辩作出以下评语：学生 毕业论文（设计）答辩成绩评定为 根据所提交至材料及毕业论文（设计）答辩之成绩，答辩委员会认为该学生已（未）完成哈尔滨工业大学的教育计划准予毕业（肄业）。对毕业论文（论文）的特殊评语： 答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员（签字）： 阶段检查记录完 成 情 况存 在 情 况签 字开题检查 该同学能够与指导老师联系；论题立意明确，有一定研究价值，设计较为合理，研究方法得当，对相关研究领域有一定的了解，能达到论文撰写预期目标，同意开题。1文章结构不合理，层次不够清晰，同一问题在多处进行阐述； 2所搜集资料过于陈旧，缺少实际

3、应用性。中期检查 该同学在论文写作过程 中，能及时与指导教师联系讨论写作中遇到的问题，并能够完成论文初稿写作。文章结构基本合理，层次较为清晰，但是对问题分析不够透彻1文章语言表达不够准确，内容空洞，缺少具体财务指标分析等佐证素材； 2缺少必要的过渡段，实例写的不够具体，对问题分析缺少理论依据结束验收 该同学写作态度较好，能够按时完成论文的写作，并按指导教师的要求进行修改。1文章有个别地方标点符号使用不正确， 词语用的不准确，缺 少参考文献的标注，排版不符合系里的统一要求；2摘要和结论写的不够完整，英文翻译不准确哈尔滨工业大学成人高等教育毕业（设计）论文任务书姓 名： 韩玉明 类 别： 函授 班

4、 号： 层 次： 专升本 学 号： 专 业：机械设计制造及其自动化 毕业设计（论文）题目：三菱PLC控制四层电梯 立题目的意义：以前的电梯主要采用单片机控制，其性能等各方面都不太完善，现在电梯控制系统多采用PLC，从电梯的性能、器件的灵活性及安全保障方面等都有了很大的提高。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运

5、行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。 技术条件：电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行是乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。技术要求与工作计划：学生通过文献检索、撰写论文等环节，掌握数控机床发展、分类及功能应用等理论基础，使其适应未来工作需要。根据学生实际分析能力，由指导教师提出难度适宜的改进和优化问题，由学生结合实际进行研究和解决。最终，学生应撰写系统的、条理的分析研究报告，得

6、出有效、科学的结论。 时间安排：1.文献资料检索和查阅（2013.2.202013.3.12）2.分析现有资料，结合国内外情况，分析电梯PLC控制系统特点、发展趋势及应用。（ 2013.3.12-2013.3.30）3.完成论文的撰写。（2013.3.31-2013.3.5.3.20） 指导教师： 年 月 日教研室主任： 年 月 日哈尔滨工业大学成人高等教育本科毕业设计（论文）摘 要电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯已成为重要的运输设备之一。国内传统的电梯控制是由继电器、接触器构成的。它不仅存在着可靠性差、成本高、故障率高等缺点,而且在层数增加时,配线变化给制造及安装带来诸多不便。电梯

7、的仿真监控系统是以四层电梯为控制对象，用PLC实现对电梯的控制。该课题的设计任务是用可编程控制器（PLC）控制四层电梯，实现所有的控制要求。该课题的设计思路是采用随机逻辑控制原理，根据电梯自身的控制规律，响应随机的外部呼叫信号。该设计分析、讨论了用FX2N型PLC控制电梯模型的程序设计的整个过程,并主要阐述了三个方面：系统的控制要求、系统配置、软件设计。关键词：PLC控制系统; 电梯; 继电器; 接触器AbstractThe elevator has a broad application in the national economy and life. Elevator has becom

8、e one of the important transport equipment. From the traditional domestic elevator control relays, contactors composition. It is not only the existence of poor reliability, high cost and high failure rate and other shortcomings, but also with the number of layers increases, changes to the manufactur

9、ing and installation of wiring inconvenience.Four-elevator as the control object of the simulation and control system of elevator. Implementation of the elevator with PLC control. The subject of design tasks is controlling four elevators with programmable logic controller (PLC) and achieve all the c

10、ontrol requirements. The subject of design thinking is the random logic control theory, according to its own elevator control law in response to random external call signal. The design analysis and discussed the whole process of program design with FX2N PLC controlled model elevator, and described t

11、hree main areas: control of the system requirements, system configuration, software design.Key words：PLC control system; elevator; relay; contactor目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 研究背景11.1.1 电梯的组成11.1.2 电梯的工作原理11.2 PLC的发展现状21.2.1 PLC的基本结构和工作原理21.2.2 常用的程序设计语言41.3 本章小结7第2章 基于三菱PLC电梯控制系统的设计82.1 基于三菱FX2N系列

12、PLC电梯控制系统分析82.1.1 电梯速度曲线92.1.2 电梯控制系统102.2 整体设计流程的确定112.3 本章小结11第3章 电梯控制系统硬件设计123.1 PLC机型的选择123.1.1 PLC选型分析123.1.2 机型的确定133.2 电梯模型的确定143.2.1 输入输出分配表143.2.2 PLC接线图153.3 本章小结15第4章 电梯控制系统软件设计164.1 程序流程图164.2 程序语句174.3 程序调试264.3.1 程序运行过程中出现的问题及调试274.3.2 程序最终运行情况284.3.3 PLC控制系统的外部干扰284.4 本章小结28结 论29致 谢30

13、参考文献3132哈尔滨工业大学成人高等教育本科毕业设计（论文）第1章 绪 论1.1 研究背景1.1.1 电梯的组成电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的特点.下面简单介绍电梯机械部分的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它。(1)曳引系统：曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。(2)导向系统：导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重

14、只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。(3)轿厢：轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。(4)门系统：门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。(5)重量平衡系统：系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。(6)电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。(7)电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯

15、的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。(8)安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。1.1.2 电梯的工作原理曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使

16、电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。(1)电梯在各服务层站设有层门、轿厢运行方向指示灯、数学显示轿厢、运行位置指层器和召唤电梯按钮。电梯召唤按钮使用时，上楼按上方向按钮，下楼掀按下方向按钮。(2)轿厢到达时，层楼方向指示即显示轿厢的运动方向，

17、乘客判断欲往方向和确定电梯正常后进入轿厢，注意门扇的关闭，勿在层门口与轿厢门口对接处逗留。(3)轿厢内有位置显示器、操纵盘及开关门按钮和层楼选层按钮。进入轿厢后，掀按欲往层楼的选层按钮。若要轿厢门立即关闭，可掀按关门按钮。轿厢层楼位置指示灯显示抵达层楼并待轿厢门开启后即可离开。1.2 PLC的发展现状可编程控制器（Programmble Controller）简称PC或PLC。它是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业控制装置。目前，PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种最重要

18、、最普及、应用场合最多的工业控制装置，被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。国际电工委员会（IEC）于1987年颁布了可编程控制器标准草案第三稿。在草案中对可编程控制器定义如下：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。1.2.1 PLC的基本结构和工作原理从结构上分，PLC分为固

19、定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。(1)CPU的构成CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥

20、有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

21、(2)存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。(3)I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA

22、）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。(4)电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。(5)底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底

23、板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。(6)PLC系统的其它设备编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完

24、成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。(1)输入处理阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。(2)程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形

25、图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其

26、上面的程序起作用。(3)输出处理阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。1.2.2 常用的程序设计语言(1)梯形图（LD Ladder Diagram）梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。这种表达方式与传统的继电器控制电路图非常相似，不同点是它的特定的元件和构图规则。它比较直观、形象，对于那些熟悉继电器-接触器控制系统的人来说，易被接受。这种表达方式特别适用于比较简单的控制功能的编程。如图1-1a)所示的继电器控制电路，用PLC

27、完成其功能的梯形图如图1-1b)。图1-1 继电器控制电路及用PLC完成其功能的梯形图梯形图的要点：梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每个继电器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每一逻辑行起于左母线，然后是触点的各种连接，最后终止于继电器线圈（也可以加上一条右母线）。整个图形呈阶梯状。(2)功能模块图（FBD Function Black Diagram）功能模块图是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言。该语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流动。例如对应于图1-2

28、a)的功能模块图如图1-2b)所示。图1-2 功能模块图功能模块图的特点是：以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；以图形的形式表达功能，直观，有数字电路基础的人很容易掌握；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大减少。(3)顺序功能流程图（SFC Sequential Function Chart）顺序功能流程图的规则是：将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。由于顺序功能流程图描

29、述控制过程详细具体（包括：每一步的输入信号，每一步的工作内容，每一步的输出状态，框与框之间的转换条件。），因此程序结构清晰，易于阅读及维护，可大大减轻编程工作量，缩短编程和调试时间。特别适用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合。图1-3是一个简单的顺序功能流程图的示意图。图1-3 顺序功能流程图的示意图(4)指令表（IL Instruction List）它采用类似于汇编语言的指令语句来编程。指令语句的一般格式为：操作码 操作数。操作码又称为编程指令，用助记符表示，它指示CPU要完成的操作，包括逻辑运算、算术运算、定时、计数、移位、传送等。操作数给出操作码所指定操作的对象或执行该操作所需的数

30、据，通常为编程元件的编号或常数，如输入继电器、输出继电器、内部继电器、定时器、计数器、数据寄存器以及定时器、计数器的设定值等。指令语句对熟悉汇编语言的编程者特别容易接受，它编程设备简单，编程简便。采用指令语句编程时，通常都预先用以上几种方式之一表达控制原理，然后改写成相应的指令语句。应用最多的是采用梯形图与指令语句结合编程，即先按控制要求画出梯形图，再根据梯形图写出相应的指令程序。因PLC是按照指令存入存储器中的先后顺序来执行程序的，故要求程序中指令和顺序要正确。(5)结构化文本（ST Structured Text）结构化文本是IEC工作组对各种高级编程语言合理地吸收、借鉴的基础上创建的针对

31、工业控制的一种专用高级编程语言。结构化文本的特点是：能实现较复杂的控制运算；编写的程序简洁、紧凑；需要有一定的计算机高级语言的知识和编程技巧。因此，这种语言主要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。1.3 本章小结 本章主要介绍了电梯的组成、工作原理和目前国内外的发展状况，并重点介绍了PLC的定义、PLC的基本结构和工作原理并列举了几个常用的程序设计语言，从而明确此次论文的设计要求和主要内容。第2章 基于三菱PLC电梯控制系统的设计2.1 基于三菱FX2N系列PLC电梯控制系统分析随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通

32、工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而P

33、LC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。根据大量的研究和实验表明,人可接受的最大加速度为am1.5m/s2, 加速度变化率m3m/s3,电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲线实现较为困难，而三角形曲线最大加速度和在启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线，即+m跳变到-m或由-m跳变到+m的加速度变化率，故很少采用，因梯形曲线容易实现并且有良好加速度变化率频繁指标，故被广泛采用，采用梯形加速度曲线电梯的理想运行曲线如图2-1所示：图2-1 电梯的理想速度曲线智能变频器

34、是为电梯的灵活调速、控制及高精度平层等要求而专门设计的电梯专用变频器，可配用通用的三相异步电动机，并具有智能化软件、标准接口、菜单提示、输入电梯曲线及其它关键参数等功能。其具有调试方便快捷，而且能自动实现单多层功能，并具有自动优化减速曲线的功能，由其组成的调速系统的爬行时间少，平层距离短，不论是双绕组电动机，还是单绕组电动机均可适用，其最高设计速度可达4m/s，其独特的电脑监控软件，可选择串行接口实现输入/输出信号的无触点控制。变频器构成的电梯系统，当变频器接收到控制器发出的呼梯方向信号，变频器依据设定的速度及加速度值，启动电动机，达到最大速度后，匀速运行，在到达目的层的减速点时，控制器发出切

35、断高速度信号，变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度，在减速运行过程中，变频器的能够自动计算出减速点到平层点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使低速爬行时间缩短至0.3s,在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度。即当电梯停得太早时，变频器增大低速度值或减少制动斜坡值，反之则减少低速度值或增大制动斜坡值，在电梯到距平层位置4-10cm时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现高精度的平层，从而达到平层的准确可靠。2.1.1 电梯速度曲线电梯运行的舒适性取决于其运行过程中加速度a和加速度变化率p的大小，过大的加速度或加速度变化率会造成乘客的

36、不适感。同时，为保证电梯的运行效率，a、p的值不宜过小。能保证a、p最佳取值的电梯运行曲线称为电梯的理想运行曲线。电梯运行的理想曲线应是抛物线-直线综合速度曲线，即电梯的加、减过程由抛物线和直线构成。电梯给定曲线是否理想，直接影响实际的运行曲线。(1)速度曲线产生方法采用的FX2N-64-MR PLC，并考虑输入输出点要求增加了FX-8EYT、FX-16EYR、FX-8EYR三个扩展模块和FX2-40AW双绞线通信适配器，FX2-40AW用于系统串行通信。利用PLC扩展功能模块D/A模块实现速度理想曲线输出，事先将数字化的理想速度曲线存入PLC寄存器，程序运行时，通过查表方式写入D/A，由D/

37、A转换成模拟量后将速度理想曲线输出。(2)加速给定曲线的产生8位D/A输出05V/010V，对应数字值为16进制数00FF，共255级。若电梯加速时间在2.53秒之间。按保守值计算，电梯加速过程中每次查表的时间间隔不宜超过10ms。由于电梯逻辑控制部分程序最大，而PLC运行采用周期扫描机制，因而采用通常的查表方法，每次查表的指令时间间隔过长，不能满足给定曲线的精度要求。在PLC运行过程中，其CPU与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信号采集、控制量的输出等操作都是按照固定的顺序以循环扫描的方式进行的，每个循环都要对所有功能进行查询、判断和操作。这种顺序和格式不能人为改变。通常一个扫描周期，

38、基本要完成六个步骤的工作，包括运行监视、与编程器交换信息、与数字处理器交换信息、与通讯处理器交换信息、执行用户程序和输入输出接口服务等。在一个周期内，CPU对整个用户程序只执行一遍。这种机制有其方便的一面，但实时性差。过长的扫描时间，直接影响系统对信号响应的效果，在保证控制功能的前提下，最大限度地缩短CPU的周期扫描时间是一个很复杂的问题。一般只能从用户程序执行时间最短采取方法。电梯逻辑控制部分的程序扫描时间已超过10ms，尽管采取了一些减少程序扫描时间的办法，但仍无法将扫描时间降到10ms以下。同时，制动段曲线采用按距离原则，每段距离到的响应时间也不宜超过10ms。为满足系统的实时性要求，在

39、速度曲线的产生方式中，采用中断方法，从而有效地克服了PLC扫描机制的限制。起动加速运行由定周期中断服务程序完成。这种中断不能由程序进行开关，一旦设定，就一直按设定时间间隔循环中断，所以，起动运行条件需放在中断服务程序中，在不满足运行条件时，中断即返回。(3)减速制动曲线的产生为保证制动过程的完成，需在主程序中进行制动条件判断和减速点确定。在减速点确定之前，电梯一直处于加速或稳速运行过程中。加速过程由固定周期中断完成，加速到对应模式的最大值之后，加速程序运行条件不再满足，每次中断后，不再执行加速程序，直接从中断返回。电梯以对应模式的最大值运行，在该模式减速点到后，产生高速计数中断，执行减速服务程

40、序。在该中断服务程序中修改计数器设定值的条件，保证下次中断执行。在PLC的内部寄存器中，减速曲线表的数值由大到小排列，每次中断都执行一次“表指针加1操作，则下一次中断的查表值将小于本次中断的查表值。门区和平层区的判断均由外部信号给出，以保证减速过程的可靠性。2.1.2 电梯控制系统(1)电梯控制系统特性在电梯运行曲线中的启动段是关系到电梯运行舒适感指标的主要环节,而舒适感又与加速度直接相关,根据控制理论,要使某个量按预定规律变化必须对其进行直接控制,对于电梯控制系统来说,要使加速度按理想曲线变化就必须采用加速度反馈,根据电动机的力矩方程式:MMZ=M=J（dn/dt），可见加速度的变化率反映了

41、系统动态转距的变化，控制加速度就控制系统的动态转距M=MMZ。故在此段采用加速度的时间控制原则，当启动上升段速度达到稳态值的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，加速度变化不大，且采用速度闭环控制可以使稳态速度保持一定的精度，为制动段的精确平层创造条件。在系统的速度上升段和稳速段虽都采用PI调节器控制，但两段的PI参数是不同的，以提高系统的动态响应指标。在系统的制动段，即要对减速度进行必要的控制，以保证舒适感，又要严格地按电梯运行的速度和距离的关系来控制，以保证平层的精度。在系统的转速降至120r/min之前，为了使两者得到兼顾，采取以加速度对时间控

42、制为主，同时根据在每一制动距离上实际转速与理论转速的偏差来修正加速度给定曲线的方法。例如在距离平层点的某一距离L处，速度应降为 Vm/s，而实际转速高为Vm/s，则说明所加的制动转距不够，因此计算出此处的给定减速度值-ag后，使其再加上一个负偏差，即使此处的减速度给定值修正为-（ag+）使给定减速度与实际速度负偏差加大，从而加大了制动转距，使速度很快降到标准值，当电动机的转速降到120r/min 以后，此时轿厢距平层只有十几厘米，电梯的运行速度很低，为防止未到平层区就停车的现象出现，以使电梯能较快地进入平层区，在此段采用比例调节，并采用时间优化控制，以保证电梯准确及时地进入平层区，以达到准确可

43、靠平层。(2)电梯控制构成由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送PLC的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。为便于观察，对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，采用LED和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。2.2 整体设计流程的确定系统设计的步骤(1)确定控制对象和控制范围(2)可编程

44、控制器的机型选择(3)制定控制方案(4)硬件与程序设计(5)总装调试2.3 本章小结 本章重点基于三菱FX2N系列PLC电梯的控制系统进行分析，介绍了电梯速度曲线产生的方法，对电梯的加速度和减速度详细的描述，说明PLC在电梯运行中起到的关键作用，并对系统设计的步骤加以概况。第3章 电梯控制系统硬件设计3.1 PLC机型的选择3.1.1 PLC选型分析1、PLC的IO点数估算 根据被控对象对PLC控制系统的技术指标和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定PLC的IO点数。在估算系统的IO点数和种类时，要全面考虑输入、输出信号的个数，IO信号类型(数字量模拟量)，电流、电压等级，是否有其他特

45、殊控制要求等因素。以上统计的数据是一台PLC完成系统功能所必须满足的，但具体要确定I0点数时则要按实际I0点数，再向上附加2015的备用量。根据机型的选择，再对被控对象进行I0点数的估算，根据被控对象IO信号的点数，考虑留有1520的备用量以调整和扩充。估算出被控对象的I0点总数，就可根据此点数选择相当的PLC。I0点数是衡量PLC规模大小的重要指标，选择相应规模的PLC需要留有余量。2、内存估计(1)内存利用率：用户编的程序通过编程器键入主机内，最后以机器语言的形式存放于内存中。同样的程序，在不同厂家的产品中，所需的内存量不同，把一个程序段中接点数与存放该程序所代表的机器语言所需的内存字数的

46、比值称为内存利用率。高的利用率给用户带来好处，同样的程序可以减少内存，从而降低内存投资，同时，也可缩短扫描周期，从而提高系统的响应速度。(2)开关量I0点数：可编程控制器开关量I0总点数是计算所需内存储器容量的重要依据，一般系统中，开关量输入输出的比为6：4，然后根据I0点数来估算所需内存量，经验公式为所需内存总数=开关量(输入十输出)总点数10(3)模拟量I0总数：具有模拟量控制的系统就要用到数学传送和运算的功能指令，这些功能指令内存利用率较低，因此所占内存数要增大。在只有模拟量输入的系统中，一般要对模拟量进行读入，数字滤波，传送和比较运算。在模拟量I0同时存在的情况下，就要进行较复杂的运算

47、，一般是闭环控制，内存要比只有模拟量输入的需要量大：在模拟处理中，常常把模拟量读入、滤波及输出编成子程序使用，这使所占内存大大减少，特别是在模拟量路数比较多时，每一路模拟量所需的内存会明显减少，下面给出一般情况下的经验公式：只有模拟量输入时：内存系数=模拟量点数100模拟量IO同时存在时：内存系数=模拟量点数200这些经验公式的算法是在模拟量点数10点左右，当点数小于10时，就适当加大，点数较多时，可适当减少。(4)用户编写的程序质量：用户编写的程序优劣，对程序长短和运行时间都有较大影响，对于同样系统不同用户编写的程序可能会使程序长度和执行时间差别很大。一般来说，对初编者应多留一些内存余量，而

48、有经验者可少留一些余量 综上所述，推荐下面的经验公式：存储器总数=开关量I0总点数10+模拟量点数150然后按计算结果的25余量。3、响应时间扫描周期和响应时间必须认真考虑。可编程序控制器顺序扫描的工作方式使它不能可靠的接收持续时间小于扫描周期的输入信号。例如：某PLC产品检测系统，其有效检测宽度为5cm，若产品传送速度为50mmin，为了确保不会漏检经过的产品，要求可编程控4、输入输出模块的选择来自现场的设备按钮、限位开关、行程开关等的电平信号并将其转换为机器内部电平信号，模块类型为直流和交流两种。根据设备与模块之间的远近程度选择电压的大小，一般5V、12V、24V属低电平，传输距离不宜太远

49、，例如5V的输入模块最远不能超过l0m，也就是说，距离较远的设备选用较高电压的模拟比较可靠。另外，高密度的输入模块如32点、64点，同时接通点数取决于输入电压和环境温度。一般讲，同时接通点数不得超过60%。系统的稳定性，必须考虑门槛电平(接通电平与关断电平之差)的大小。门槛电平值越大，抗干扰能力越强，传输距离也就越远。输出模块的任务是将机器内部电平信号转换为外部的控制信号。频繁、电感性、低功率因数的负载，推荐使用晶闸管输出模块，但缺点是模块价格高，过载能力差。输出模块优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜，缺点是寿命短，响应速度慢。输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。3.1.2

50、机型的确定1、FX2N-48MR-001技术指标合计总数48点24点输入，DC24V，24点继电器输出；尺寸（mm）：1828790。2、FX2N-48MR-001系列PLC的功能(1)集成型&高性能CPU 电源 输入输出三为一体。对6种基本单元，可以以最小8点为单位连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。(2)高速运算基本指令：0.08s/指令，.应用指令：100s/指令(3)安心、宽裕的存储器规格内置8000步RAM存储器。安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。(4)丰富的软元件范围辅助继电器：3072点，定时器：256点，计数器：235点.数据寄存器：8000点根据PLC

51、机型选择的基本原则，本课题中选择了三菱公司FX2N-48-MR-001系列的PLC。3.2 电梯模型的确定该装置由底座、立柱及面板、主电路板等组成。底座背部设有电源插座及保险管座，保险管规格为250V1A。电源开关设置在底座上面。本装置电源为交流220V50Hz。轿厢在模型的左侧，由小型直流电机来控制它的上升和下降，轿厢门模拟在装置的右上方，可进行开门和关门控制。面板上的输入信号端子有内选按钮信号、外选按钮信号、平层、限位信号、厢门限位信号及公共端I等共计24个，控制时应分别与PLC主机输入端连接，公共端I与主机输入COM点连接。面板上的输出信号端子有外呼指示灯、轿厢上升下降控制、内选指示灯、

52、厢门控制，公共端等共计18个，控制时应分别与PLC主机输出端连接，公共端与主机输出COM连接。使用时首先将模型与PLC主机输入、输出端口连接好，检查无误后，接通电源，模型处于待机状态，启动PLC运行程序，按动模型选层的内呼或外呼按钮，若PLC运行程序编制正确的话，电梯模型将按内、外呼按钮指令正常运行。3.2.1 输入输出分配表表3-1为该课题的输入输出分配表。输入信号有：内呼信号4个，外呼信号6个，开关门信号2个，轿厢平层信号4个，开关门限位2个，上下极限位2个，共计20个。输出信号有：内呼信号指示4个，外呼信号指示6个，轿厢上下行2个，轿厢上下行指示2个，门电机开关2个，轿厢所在楼层指示6个

53、，共计23个。表3-1 输入输出分配表输入输出01层内呼 X00001层内呼指示 Y00012层内呼 X00112层内呼指示 Y00123层内呼 X00223层内呼指示 Y00234层内呼 X00334层内呼指示 Y00341层外呼上 X00441层外呼上指示 Y00452层外呼下 X00552层外呼上指示 Y00562层外呼上 X00662层外呼上指示 Y00673层外呼下 X00773层外呼上指示 Y00783层外呼上 X01083层外呼上指示 Y01094层外呼下 X01194层外呼上指示 Y011输入输出10开门开关 X01210电梯上行 Y01211关门开关 X01311电梯下行 Y

54、013121层平层 X01412门电机开 Y014132层平层 X01513门电机关 Y015143层平层 X01614电梯上行指示 Y016154层平层 X01715电梯下行指示 Y01716开门限位 X02016楼层指示 Y020Y02617关门限位 X0211718上极限位 X0221819下极限位 X023193.2.2 PLC接线图图3-2为PLC输入输出接线图。X000X023为输入信号，Y000Y026为输出信号，其中Y020Y026分别按顺序接数码管的AG显示轿厢所在楼层。输入端的公共端COMI接地，输出端的公共端COM接+24V电源。图3-2 PLC输入输出接线图3.3 本章

55、小结 本章主要是对有关电梯硬件设计加以介绍和分析，包括PLC的选型，并介绍了PLC的各项指标及数据对电梯工作中的影响，并设计出模型图，助于设计实验结果的真实性。第4章 电梯控制系统软件设计4.1 程序流程图图4-1为该课题整个程序的流程图。图4-1 程序流程图假设电梯停于一楼，则D0中的值为1。此时如果按下三楼向上按钮，则D9中赋值为3。然后就将D9中的值与D0中的值相比较，显然D9大于D0，电梯上行。如果在上行过程中如果按下二楼向上按钮，则先停于二楼，再上行至三楼。如果在上行过程中按下二楼向下按钮，由于是反向信号，所以电梯先去三楼，所有的上行信号均响应以后再响应下行信号。如果按下四楼向下按钮

56、，则电梯完成其他外呼向上信号以后就上行至四楼。电梯到达四楼后，如果同时按下一楼向上按钮、二楼向上按钮、三楼向上按钮，则轿厢首先下行至一楼响应最远反向呼信号。然后再上行至二楼、三楼。4.2 程序语句1、外部信号输入存储程序(1)内呼信号输入及存储程序编程思路：以一楼内呼为例，按下X000按钮，则Y000被接通并保持，直到电梯到达一楼时利用X014常闭触点断开Y000。在按下X000的同时D1赋值为1，从而实现存储功能。当Y000失电时，D1和M0、M1、M2被清零，梯形图如图4-2所示。图4-2 内呼信号输入及存储程序梯形图(2)外呼信号输入及存储程序编程思路：以二楼向上外呼信号为例，如果电梯不

57、在二楼，此时按下X006，D7赋值为2，M106得电并保持。如果此时电梯为下行，则M106、Y017常开闭合，Y006得电并且在电梯下降过程中一直保持。如果电梯处于上行阶段，则M106、Y016常开闭合，Y006得电并保持，直到电梯上行到二楼时失电。Y006失电时，D7和M18、M19、M20被清零，梯形图如图4-3所示。图4-3 外呼信号输入及存储程序梯形图2、轿厢停于某层时，所在楼层存于D0并用数码管显示程序编程思路：轿厢停于某层时，该楼层平层开关被接通，为D0赋予对应的值，梯形图如图4-4所示。图4-4 轿厢停于某层时，所在楼层存于D0并用数码管显示程序梯形图3、比较判断轿厢上下行程序编

58、程思路：(1)比较程序:按下某楼层按钮则将该按钮所对应的数据寄存器中的值与轿厢所在楼层数据寄存器D0中的值进行比较，从而可以判断上下行。(2)判断上下行程序：当D1到D10中任一数据寄存器中的值大于D0中的值，则轿厢上行；当D1到D10中任一数据寄存器中的值小于D0中的值，则轿厢下行。如果当D1到D10中任一数据寄存器中的值既有大于D0的，又有小于D0的，则轿厢上下行以第一次按下按钮所对应的数据寄存器中的值与D0的比较结果而得，梯形图如图5-5所示。图4-5 比较判断轿厢上下行程序梯形图4、补充程序编程思路：电梯停于某层时，按下当前层外呼信号启动开门程序。否则一旦轿厢停止上下行，电梯外面的人就无法进入轿厢，梯形图如图4-6所示。图4-6 电梯停于某层时，按下当前层外呼信号启动开门程序梯形图5、开关门程序编程思路：电梯未平层时，M30得电，此时手动开关门按钮X012和X013按下均无效，M31和M32不得电。电梯平层时，M33