三层电梯PLC控制系统设计报告

PLC课程设计报告题目：三层电梯PLC控制系统设计

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本设计主要利用欧姆龙系统完成。主要介绍了3层电梯的PLC的特点、PLC的功能、发展趋势、PLC控制电梯的软、硬件设计。在示意图、接线图、电梯的控制梯形图、指令表、和程序流程图的基础之上提出了PLC的编程方法。

可编程控制系统（Programmable Logic Controller）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、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的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。

电梯是高层建筑不可缺少的运输工具，用于垂直运送乘客和货物，传统的电梯控制系统主要采用继电器--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，而采用 PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。目前PLC在电梯行业已得到广泛应用。在层数和控制功能较少的场合，采用PLC控制较为方便。

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的输入/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. 电梯控制构成 (16)

2. 主电路 (16)

四．型号规格 (16)

第一章三层楼电梯自动控制

电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC)，要求功能变化灵活，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所示。

3）因实际电梯的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，否则认为有故障，自动令电机停转。

注：第11、12项在运行中，后发出的反方向呼叫无效。

2、附加动作要求：

到达每层楼后，电梯应有开、关门动作

二．电梯设计分析

1.分析被控对象

被控制的对象为三层楼电梯，在这个设计中动作要满足表2．4-1的要求。电梯运行到位后，具有开、关门功能。能自动判别电梯运行方向，并发出响应的指示信号。

2.分配PLC的输入/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

一层下行减速接近开关SA1 1.07 二层呼叫指示灯H2 6.09

二层上行减速接近开关SA2 1.08 三层呼叫指示灯H3 6.10

二层下行减速接近开关SA3 1.09

三层上行减速接近开关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%的备用点,即17×(1+15%)=19.55，取整数20，因此共需20个输入点。

输出信号有15个，考虑到有15%的备用点,即15×(1+15%)=17.25，取整数18，因此共需18个输出点。

因此可选用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、关门的控制电路如图5.1所示。

自动开门：当电梯运行到位后（运行继电器10.00为OFF），相应的楼层到位行程开关

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。当有人进出时，0.03或0.04闭合，关门被禁止，同时开门接触器工作，把门打开，至限位位置后，重新执行关门动作。

图5.1 开、关门的控制电路

（2）电梯到站指示如图5.2所示。

当电梯到达一层时，一层到位行程开关闭合，一层指示灯亮。其他楼层情况类似。

图5.2 电梯到站指示

（3）各层呼叫指示如图5.3所示

当乘客按下某层楼的呼叫按钮或某层楼的内指令按钮时，相应的指示灯亮，指示灯一直保持到电梯到达该楼层。

图5.3 各层呼叫指示

（4）电梯起动和运行方向选择如图5.4所示。

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。如果按了三层呼叫按钮，情况与此类似。电梯在上升途中，电梯的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。如果同时按了二、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。

下降情况与上升类似，故不赘诉。

由于有TIM0003故障检测，当电梯在各楼层间运行时间超过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）电梯速度的变换如图5.5所示

电梯起动后快速运行，2s后开始加速；在接近目标楼层时，相应的接近开关（1.07、1.08、1.09或1.10）动作，电梯开始减速，直至达到目标楼层时停止。

图5.5 电梯速度的变换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

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

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

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

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

人按动相应的控制按钮，发出命令信号，由PLC接受，经PLC内部控制指令处理后，将控制信号传给变频器，通过变频器来控制电压、电流的强度，来决定拖动电机的正反转及速度。

系统硬件结构图如图1 所示，其各部分功能说明如下。

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,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。

1. 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)。

为了提高电梯的运行效率和平层的精度，系统要求PLC能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制。根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现。为了电梯的运行安全，系统应设置可靠的故障保护和相应的显示。采用PLC实现的电梯控制系统由以下几个主要部分构成。

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。由于采用交-直-交电压型变频器，在电梯位势负载作用下，制动时回馈的能量不能馈送回电网，为限制泵升电压，采用受控能耗制动方式。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 控制电梯的运行速度及停止制动单元BU/380V 用于层之间的制动控制

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

参考文献

1. 王兆明、王治刚主编. 可编程序控制器原理、应用与实训. 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（https://www.360docs.net/doc/1312306950.html,）

5. 电控学习网（https://www.360docs.net/doc/1312306950.html,）