教学用四层电梯模型机PLC控制系统的设计与实现.pdf

技术 DOI 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 4 ． 0 6 ． 0 1 5 教学用四层电梯模型机P L C控制系统的设计与实现木 王志刚 中山火炬职业技术学院， 广东中山 5 2 8 4 3 6 摘要介绍了教学用四层电梯模型机，使用三菱 P L C 作为核心控制单元来完成电梯相应功能。重点介绍了电梯模型机的硬件 、 软件设计以及调试运行情况。所研制的电梯模型机具有效果直观，可操作性强等优点，克服了传统的教学模型功能单一、仅能 够以演示为主的局限性，不仅适合高职院校教、学、做一体化的教学模式，同时也为电梯从业人员的岗前培训提供了便利，不 仅具有一定 的实用性 ，还具有一定的推广价值 。 关键词电梯模型机；P L C 控制系统 ； 设计与实现 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 9 9 4 9 2 2 0 1 4 0 6 0 0 5 6 0 3 The De s i g n a nd I m pl e me n t a t i o n o f Fo ur -La y e r El e v a t o r M o d e l M a c hi ne P LC Co n t r o l S y s t e m i n Te a c h i n g W ANG Zh i g a n g Z h o n g s h a n T o r c h P o l y t e c h n i c ，Z h o n g s h a n 5 2 8 4 3 6 ，C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s a s e t o f f o u r -l a y e r e l e v a t o r mo d e l ma c h i ne b y i n d e p e n d e n t r e s e a r c h a n d d e v e l o p me n t b a s e d o n Mi t s u b i s h i P LC， a n d i t ma i n l y i n t r o d u c e s t h e h a r d wa r e a n d s o f t wa r e d e s i g n a s we l l a s t h e t e s t a n d o p e r a t i o n o f t h e e l e v a t o r mo d e l ma c h i n e ．T h e d e v e l o p e d e l e v a t o r mo d e l ma c h i n e h a s a d v a n t a g e s o f i n t u i t i v e e f f e c t a n d s t r o n g o p e r a b i l i t y， a n d o v e r c o me s t he l i mi t a t i o n s o f t r a d i t i o n a l t e a c h i n g mo d e l wh i c h h a s s i n g l e f u n c t i o n a n d c a n o n l y g i v e p rio rit y t o de mo ． I t n o t o n l y i s s u i t a b l e f o r t h e t e a c h i n g mo d e l o f I n t e g r a t i o n o f t e a c h i n g i n h i g h e r v o c a t i o n al c o l l e g e s ，b u t a l s o p r o v i d e s c o n v e n i e n t f o r t he p r e -s e r v i c e t r a i n i n g o f t he e l e v a t o r p e r s o n n e l ，a n d ha s c e r t a i n p r a c t i c ali t y a n d p o p u l a ri z a t i o n v a l u e ． Ke y wo r d s e l e v a t o r mo d e l ma c h i n e； c o n t r o l s y s t e m o f P LC； d e s i g n a n d i mp l e me n t a t i o n 0引言 中国电梯行业 业 内的 2 0 1 2 年统计 数据显示 ， 全 国电梯从业人员的缺 口在 5 0 万以上 ，严重时多 达百万 ，而且从业人员整体素质低下 ，无证上岗 现象严重。为了提高电梯的安全性、可靠性，满 足广大电梯企业对安装、维保人员的市场需求， 解决从业人员专业技术水平及业务能力低下、人 员匮乏的现状，进而培养出高素质的电梯从业工 程技术人才 ，我们开发了教学用 四层 电梯模型机。 开发本电梯模型机 的目的基于 以下几点 1 实现教学用四层电梯模型机的自动化控 制 ； 2 掌握 P L C控制 系统 的软硬件设计 以及调 试的方法 ； 2 0 1 2 年国家火炬计划资助项目 编号 收稿日期2 0 1 4 0 3 1 7 3 促使学生理论与实践深度融合，提高学 生的动手操作能力。 1 控制系统的硬件设计 1 ． 1 模型机的组成 电梯模 型机 主要包 括机房 、控制柜 、井道 、 厅门及轿厢五个部分 。 1 控制柜部分 由总电源 、P L C 、控制 电 源、 变频器等组成； 2 机房部分 由电磁制动器 、曳引机 、限速 器等组成 ； 3 轿厢部分 由轿厢 、导靴 、安全钳 、平层 装置、轿厢内指导灯、 轿厢照明等组成。 4 井道部分 由导轨 、缓 冲器 、限速器 、极 限开关 、平层感应器 、限速器等组成 ； 2 O 1 2 G H5 7 l 6 6 O 匪 圜 丑 王志刚 教学用四层 电梯模型机 P L C控制 系统的设计与实现 5 厅 门部分 由厅 门 、上下呼按钮 、楼层显 示装置等组成。 整个 模型机安置在 面积为 4 0 c mx 3 0 e m的底 板上，电气控制部分安装在控制柜内，电梯模型 机的各项性能指标通过P L C 来实现，其重量约为 5 0 ，高度约为 1 5 0 c m。 1 ． 2 模型机主要功能介绍 模型机可实现 的主要功能如下n 1 确定电梯上行或下行的运行方向； 2 记忆并响应上行或下行的呼梯信号； 3 顺 向呼梯信号优先响应 ，到达指定楼层 后，呼梯信号解除； 4 电梯到达所 指定 的楼层时 ，所在楼层 的 指示灯将闪烁3 S ，梯门处于开启状态； 5 不仅具有上 限位及下限位保 护功能 ，还 具有互锁功能，使电梯运行平稳、高效； 6 可以显示呼梯信号及电梯所处楼层。 电梯模型机采用常使用的曳引式电梯结构。 其滑轮组 由两个动滑轮和一个定滑轮组成 ，可 以 减小所需的牵引力 ，拖动电机为 电压为 A C 3 8 0 V、 功率 为 1 2 0 W。其结构与实 际电梯基本相 同，其 功能与实际 电梯的基本一致。模型机的大部分部 件均是采用透明材料制成，这就有利于观察电梯 的内部结构 ，运行过程 中的每一个动作看起来都 非常直观 ；可 以很直观地 了解并掌握 电梯的基本 结构 、动作原理 ～。 1 ． 3 I ／ 0分配 模型机选用三菱F X 2 n 一 6 4 M R 作为电梯的控制 单元 ，其输入点数与输出点数均为3 2 个。模型机 具有 上 限开 关 、下 限 开关 、开 门限位 、关 门 限 位、上下呼梯等2 5 个输入信号；抱闸继电器、开 门继 电器 、关 门继 电器 、楼层指示灯 、牵引电机 正转及反转等2 3 个输出信号。输入点分配详情见 表 l ，输 出点分配详情见表 2 。 2 控制系统软件设计 P L C电梯控制系统的关键环节软件设计部 分。在进行软件设计时 ，要本着功能完善、程序 设计简单 、易读 、易改 的原则 。利用 P L C的各 种指令进一步优化编写 的程序 ，尽可能缩短控制 系统程序扫描时间，进而保证电梯运行精度。控 制系统设计流程图详情见图l 。 表 1 输入点分配表 表 2 输出点分 配表 根据电梯的控制要求，电梯总是按照一定的 程序重复地进行上下行 、开关门动作 。其过程 为 给出上呼或下呼信号 ，判断电梯运行方向， 启动运行 ，到达层站时执行开门、关门。其工作 原理图详情见图2 ，根据电梯模型控制系统的功 能，进而编制出满足模型机相关功能的梯形图。 技术 1 分 析 电 梯 控 制 要 求 I ◆ l 确 定 P L c 机 型 及I ／ o 点 I ◆ I 编写 I ／ 0 地 址 表 I ◆ l 绘 制 控 制 原 理图 I ◆ ◆ 编 写梯 形图 硬件接线 I I I 调 试 I 图 1 设计流程冈 3模型机的工作过 程 模 型机 的轿箱通过交流电机来拖动 ，交流电 机的额定电压为3 8 0 V 。电梯轿箱的上升与下降分 别用 Y 3 0 及 Y 3 1 来控 制。在 P L C编程 时 ，Y 3 0 与 Y3 1 进行互锁 ，是为了防止意外而造成电源短路。 模 型机控 制系统 作 为一个 人机交 互式 的系 统 ，在运行过程中存在很多不确定 因素 。这就需 要在能够实现电梯 的基本控制功能的基础上 ，根 据不确定 的输入信号 以及电梯所处于的状态控制 电梯的运行 。当控制系统工作时 ，P L C根据接收 到轿厢和厅门控制系统的功能信号 、楼层的呼叫 信号以及井道与变频器的状态信号，经过程序的 判断 、运算 ，进而实现电梯运行 的控制。P L C根 据控制系统的要求 ，向变频器发出上行下行信 号 、 启动信号、D H i 减速运行信号以及制动停梯信 号。由变频器按照一定的控制规律、控制算法进 而来控制电机 ，进而完成电梯的工作全过程 。 4 控制系统的调试及运行情况 4 ． 1 控制系统的调试 针对一个P L C 控制系统，首先要对其功能进 行设计 ，就是根据被控对象工艺要求 ，明确控制 系统需要完成什么样 的工作 ，完成工作需要什么 样 的条件 。其次 ，要对 P L C控制系统进行功能分 析，进而提出P L C 控制系统的规模、结构形式、I ／ O 点数 、控制信号的种类等。最后根据控制系统 的分析结果 ，确定 P L C 控制 系统所需要 的机型以 及系统 的具体配置 。 调试步骤 1 在总装调试前，用户要把编写的程序进 行模拟调试 ，模拟调试无误后 ，把 P L C接到控制 系统里进行总装调试 ； 2 P L C的外部硬件 接线检查 ，确保接线正 确 ； 3 将模拟调好 的用户程序下载到用户存储 器 中进行调试 ，确保 P L C控制系统各部分的功能 均达到既定的要求 ，并能协调一致 ，成为一个完 整P L C控制系统 ； 4 如果 调试结果达不到控制 系统的要求 ， 可通过调整硬件以及软件的方法进行优化； 拖 闸 继 电 器 Y 6 带 电 ， 抱 霁 电 梯 在 l层 2 ,3 ， 4 层有信号 r I 闸松开， Y 3 0 带电，电 ●N 梯上行 [姻 抱 闸 继 电 器 Y 6 带 电 ，抱 电 ’ 电梯在2 层 ． - 1 3 ，4 层有信号 ◆ 闸 松开， Y 3 0 带电，电 N v 梯上行 I 1 层有信号卜 一抱闸继电器Y 6 带电，抱 N [ 】 I { { ￡ ， Y 3 1 带 电 俯 I u r H ，】 ，电 梯下行 电梯 到 1 层 ，平层 ，掩 l闻， 闸松开 开关 门 拖 闸 继电器Y 6 带电，抱 闸松开，Y3 1 带电，电 r I 叫 1 ， 梯下行 电 ’ 电梯 2 层有信 在3 层 电梯在4 层 Y 1 ,2 ．3 层有信号 i N 厂 止] 抱闸继电器v6 带电，抱 I闸松开，Y 3 1 带电，电 l 梯下行 。 霁 罔2 模型机的T作原理罔 。 j 5 8 囊 一 l 5 调试完成后 ，将 程序固化在 E P R O M内。 4 ． 2 控制系统的运行情况 1 按 下呼 叫按 钮 ， P L C检测 到上 呼信号或下 呼信号 以后 ，便会控制轿 厢运行到所指定楼层。电 梯上升过程中 ，P L C只执 行上行信号，不执行下行 信号 ，并且只保持上行指 示灯点亮 ，反之亦然 。 2 如果 同时按下多 层 反 向外 呼信号按 钮 ， 则 轿 厢 将 优 先 运行 到最 远 端 发 出 的反 向外 呼信 号 所 在 的楼 层 ，然 后再 按顺序执行其他楼层发出 下转第2 2 8 页 经 交 流 表 2 接触 电压计 算结果表 3 结论 1 通过在站内铺设高电阻率结构的砾石路 表 3 接触 电压校验结果表 远大于铺设砾石前的接触电势允许值及最近一次 实测 的接触电势最大值 3 6 7 ． 5 4 V。 2 利用 2 0 2 0年系 统远 景规划数 据进 行校 验得 知 ，当 2 2 0 k V母 线发生 单相接地故 障时最 大接触 电压为 7 6 7 ．4 V，小于接触电压允许值 详见表3 ，保证了变电站内巡视及维护人员的 安全 。 参考文献 [ 1 ]D L ／ T 6 2 1 1 9 9 7 ． 交流电气装 置的接地 [ S ]． 2 2 0 k V 母线发生单相接地故障 2 2 0 k V 母线发生单相接地故 表面土壤电 阻 接触电 压允 短路计算水平年取2 0 0 9 年 障短路计算水平年取2 0 2 0 年 率 n m 许值 v 最大接触电压 v 最大接触电压 V 铺设砾石前 1 2 5 3 3 0 3 6 7 ． 5 4 ／ 铺设砾石后 2 5 0 o 1 0 1 2 5 0 ， 7 6 7 ．4 0 [ 2 ]G B 5 0 0 6 5 2 0 1 1 ． 交流电气 装 置 的 接 地 设 计 规 范 [ s ]． [ 3 ]水利电力西北设计院． 电力 工程 电 气设 计 手册 电气 一 次部分 [ K]． 北京中 国电路 出版社 ，1 9 8 9 ． 作者简介单蒙，女，1 9 8 2 面的方法 厚度不小于2 0 0 m m ，地表电阻率可达 年生，内 蒙古赤峰人， 硕士， 工程师。 研究领域 电力设 到 2 5 0 0 Q． m ，接触 电压势允许 值为 1 0 1 2 ． 4 9 V， 计。 编辑 王智圣 上 接 第 5 8页 的外呼信号 。 3 轿厢平层后开门，延时 5 s 后 自动关 门。 4 在上升或下降过程中 ，开 门、关门按钮 将处于无效状态。在开门、关门以及5 s 延时时间 内， 轿厢即不能上升也不能下降。 5 轿厢 当前所在 的楼层用七段数码管显 示 ，上行与下行用指示灯来指示。 6 经过验证 ，模 型机运行情况 良好 、达到 预期效果。 5 结语 此教学用四层电梯模型机具有效果直观，可 操作性强等优点，选用功能较强的P L C 作为模型 机的控制单元，符合我国当前中低速电梯控制系 统的实际情况 ，非常适合电梯从业人员岗前培 训，也可以满足高职院校教、学 、做一体化的教 学模式 。由于所具有 的功能与现实生活 中所使用 的电梯基本一致 ，工作人员可 以不在施工现场 ， 而提前编制出符合要求的控制程序 ，进而提高电 梯调试效率。模型机可以在不同的方式下运行 ， 实现电梯的相关功能，克服了传统的教学模型功 能单一 、仅能够以演示为主的局限性 ，为教学和 科研提供了优质的实验平台，具有一定的实用价 值与推广价值。 参考文献 [ 1 ]史先传． 基于P L C控制的小型电梯模型的研制 [ J ]． 微计算机信息，2 0 0 8 1 3 5 9 6 1 ． [ 2 ]刘明． 四层电梯教学模型P L C控制系统的设计 [ J ]． 中小企业管理与科技，2 0 0 9 0 3 1 6 5 1 6 6 ． [ 3 ]潘先 荣． 基 于s 7 2 0 0 P L C控 制的四层 电梯模型设计 [ J ]． 工业控制计算机，2 0 1 3 0 1 9 5 9 7 ． [ 4 ]魏佳，闫挺． 6 层电梯模型控制系统的P L C设计与调试 [ J ]． 科技信息，2 0 1 1 2 2 2 4 0 2 4 1 ． [ 5 ]王宏 ，王子成 ，崔光照． 基于组态软件的P L C电梯控 制和仿 真研 究 [ J ]． 制 造业 自动 化 ，2 0 1 3 0 2 1 0 9 -1 1 2 ． [ 6 ]杨小林，潘丽萍． 电梯模型在可编程控制器实践教 学 中的应 用 [ J ]．实验 室研 究与探 索 ，2 0 1 3 0 2 4 5 4 8 ． [ 7 ]陈钢． 使用P L C测试软件进行 P L C电梯程序错误分析 [ J ]． 可 编程控 制 器 与工厂 自动 化 ，2 0 1 1 1 0 5 1 5 4 ． [ 8 ]石云． 基于P L C的电梯控制 系统的设计与实现 [ J ]． 工业控制计算机，2 0 0 9 0 4 5 - 6 ． 作者简介王志刚 ，男 ，1 9 7 8 年生，河南驻马店人，硕 士，讲师。研究领域 工业 自动化控制技术。已发表论文 1 5 篇。 编辑 向飞