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唯馨花
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1 三层电梯随机控制系统雷桐王珺南京大学电子科学与工程系 2007 年 6 月

2 一引言二设计原理 PLC 输入输出的分配频率传输环节外呼信号, 内呼信号的登记与消除环节停车制动环节开关门环节定向环节及反向屏蔽环节呼叫信号取消环节报警环节三实验系统四调试要点五解决的主要技术问题六存在问题及后续研究展望七致谢八参考文献九附录

3 三层电梯随机控制系统雷桐 ( ), 王珺 ( ) ( 南京大学电子科学与工程系, 江苏南京 ) 一引言电梯是现代日常生活中的高层建筑里不可或缺的一部分. 无论是在闹市区的大型商场, 抑或是在高耸入云的写字楼, 还是在安静的高校教学楼, 都可见电梯的身影. 电梯的出现给工作和生活在高层建筑里的人们带来的极大的方便, 同时也在一定程度上促进了高层建筑的发展. 而建筑楼层的逐渐增多, 使用人群的逐渐增长, 也给电梯的设计制造者提出了挑战, 如何能让电梯即快捷又方便的为人们服务成为设计师们的第一要务. 在本学期的电工学实验课上, 我们先后学习了三相交流电, 三相异步电动机, 继电接触器, 可编程逻辑控制器 (PLC) 和变频器 (VFD) 的使用以及它们的综合应用, 在本实验中, 我们将利用我们所学的知识和实验室的现有仪器设备, 模拟三层楼电梯随机控制系统. 二设计原理 1. PLC 输入输出的分配输入继电器输出继电器 X0 二层外呼下楼按钮 Y0 二层下楼呼叫指示灯 X1 一层呼叫按钮 + 选层按钮 Y1 一层呼叫 + 选层指示灯 X2 二层选层按钮 Y2 二层呼叫指示灯 X3 三层呼叫按钮 + 选层按钮 Y3 三层呼叫 + 选层指示灯 X4 二层上楼呼叫按钮 Y4 二层上楼呼叫指示灯 X5 一层限位开关 Y5 开门指示灯, 表示门控制电机正转 X6 二层限位开关 Y6 关门指示灯, 表示门控制电机反转 X7 三层限位开关 Y7 报警指示灯 X10 开门限位开关 X11 关门限位开关 X12 关门按钮 X13 开门按钮 2. 频率传输环节 (1)0 至 13 步 PLC 和 VFD 进行通讯的初始化指令 ; (2)23 步为 PLC 由 stop 打到 run 时, 检出其上升沿并调用子程序 P4; (3)P4 为频率传输指令, 将频率 2.5Hz 传送到 VFD

4 3. 外呼信号, 内呼信号的登记与消除环节 (1) 人员通过对轿厢内操纵盘上 1-3 层内呼按钮的操作, 可以选择欲去的楼层内呼信号被登记后, 代表内呼信号的指示灯亮当电梯到达所选的楼层后, 内呼信号即被消除, 指示灯也应熄灭 (2) 人员在厅门外呼梯时, 外呼信号应被接收和记忆当电梯到达该楼层停下, 特别地, 当电梯到达二层, 且外呼方向与电梯运行方向一致时, 电梯停下, 外呼要求已满足, 外呼信号应被消除 - 3 -

5 对呼叫信号进行保持, 并接通相应指示灯当电梯到达相应楼层时, 消除其内呼信号电梯下降到达二层时, 消除外呼下楼信号电梯上升到达二层时, 消除外呼上楼信号 (3) 图中 T2 为开门环节中使用的时间继电器, 当门要打开时,T2 接通. 4. 停车制动环节 (1) 此环节类似于上一张图中呼叫信号的解除部分, 这在上一张图中已做详细解释, 这里不再赘述. (2) 当电梯到达某层并满足停车条件时,M2 接通 ; (3) 在 M2 的上升沿调用子程序 P3; - 4 -

6 (4)P3 为停转指令. 5. 开关门环节 (1)126 步. 电梯到达某层并达到停车条件时,M2 接通, 在其上升沿检出并接通 M3 和 T2;M3 自锁,T2 计时 1s, 在此 1s 的时间里, 电梯运行频率从 2.5Hz 逐渐减为 0;T2 计时时间到后, 使 M3,T2 均断电. (2)136 步. T2 计时时间到后,Y5 接通并自锁, 表示门控电动机正传, 门被打开 ; 当门完全打开碰到开门限位开关 X10 时,Y5 断开 ; 在电梯关门的过程中, 若有人或物夹在两门的中间, 需要重新开门, 可以通过开门按钮 X13 实施重新开门, 或采用光传感器和力传感器进行检测, 自动发送重新开门信号, 使 X13 接通,Y5 接通, 以达到重新开门的目的. (3) 142 步. 当门完全打开碰到开门限位开关 X10 时,T3 开始计时 5s, 表示门开 5s 等待上下客. (4) 147 步.T3 计时时间到后,Y6 接通并自锁, 表示门控电动机反转 ; 在电梯关门的过程中, 若有人或物夹在两门的中间, 需要重新开门, 可以通过开门按钮 X13 实施重新开门, 或采用光传感器和力传感器进行检测, 自动发送重新开门信号, 使 X13 接通,Y6 断开, 以达到重新开门的目的 ; 若一直按住 X13, 则 Y6 始终不能接通, 门一直保持打开状态, 松开 X13 后,Y6 接通 ; 若在门未自动关之前按 X12, 则 Y6 会提前接通, 门提前关闭. (5)153 步. 门关上后 T4 计时 2s,2s 后电梯启动 ; 若在此 2s 的等待时间内按下 X13 实施重新开门, 则 Y5 重新接通, 重复上述开门关门过程 ;2s 过后电 - 5 -

7 梯启动, 则不响应开门按钮信号. 6. 定向环节及反向屏蔽环节 (1)61 步. 电梯停时,M2 接通, 在其上升沿 M1 接通并自锁 ;M1 的常闭触点同时接在 72 和 83 步中, 其作用为 : 在电梯门关上 2s 后 M1 断电, 其常开触点闭合, 使 M7 或 M8 接通. (2)66 步. 反向屏蔽作用, 当当电梯停在二楼而三楼先有呼叫时,M5 接通, 在 72 步中 M5 的常闭触点断开, 一楼的呼叫将不予响应. (3)69 步. 和上述同理, 对后于一楼呼叫的三楼呼叫予以屏蔽. (4)72 步. 图解如下. 1 一层呼叫时,Y1 接通 ; 2 电梯停在一层时,X5 断开, 对下降信号进行屏蔽 ; 3 同时 M5 的反向屏蔽已在 (2) 中介绍. 使 M7 获得一个上升沿. 电梯上升时,M7 常闭触点断开, 对下降信号进行屏蔽. 1 二楼有呼叫 ( 包括内呼外呼 ) 时, 接通 ; 2 电梯停在二楼时, 对下降信号进行屏蔽

8 (5)83 步. 与 72 步同理. (6)94 步. 在 M7 的上升沿, 调用子程序 P1, 电动机正转, 表示电梯上升. (7)99 步. 在 M8 的上升沿, 调用子程序 P2, 电动机反转, 表示电梯下降

9 7. 呼叫信号取消环节以一楼呼叫信号的取消环节为例. 当按下按钮 X1 时, 计数器 C1 开始计数,M11 通电并自锁,T1 计时 1s; 如果没有按错按钮, 则 1s 后 T1 将 C1 和 M11 复位 ; 如果按错按钮, 并在 1s 之内连续按两次按钮 X1, 则 C1 将会把 Y1 复位, 消除了一楼的呼叫信号. 8. 报警环节由于 12 个输入触点已经全部使用, 故再次取用 X0, 说明报警环节的原理. 主程序中插入 1, 并将 147 步改为 2 即可. 1 2 当称重传感器检测到电梯超重时, 会接通 X0, 1 中 Y7 接通报警, 直到超重信号解除 ;2 中 X0 的常闭触点断开,Y6 无法接通, 电梯的门无法关上 ; 当电梯中下来几个乘客使电梯不再超重时,Y6 接通, 一切照常运行. 三实验系统各软元件功能定时器辅助继电器 T1 计时 1s,1s 内按两次键取消才有效 M2 电动机停转 T2 停后, 延时 1s 开门 M3 自锁, 保持 T2 计时 T3 保持门开状态 5s M4 暂定控制 T4 关门后, 延时 2s 启动 M5 M6 屏蔽后呼叫的信号 C1 计数器对 X1 计数 2 次, 做取消功能用 (C0 C2 C4 功能同上 ) M7 M8 M11 电动机正转电动机反转自锁, 保持 T1 计时 - 8 -

10 模拟外部硬件电梯内控制面板 3F Y3 X3 X7 X3 X2 X13 2F Y4 Y0 X4 X0 X6 X1 X12 楼层限位开关 1F Y1 X1 X5 Y7 超重报警指示开门限位 X10 关门限位 X11 开门限位 X10 门控电机 Y5 开门 Y6 关门光传感电梯门称重传感力传感 - 9 -

11 四调试要点 (1) 为节省按钮, 一层和三层的内呼外呼按钮为同一按钮, 即 X1 和 X3 (2) 二层有一个内呼按钮 X2, 以及两个外呼按钮 X0 和 X4; 在二楼轿箱外呼叫时, 若要去一楼则按 X0, 若要去三楼则按 X4. (3) 电梯上下运行时需一直按住 X11, 因为电梯门在运行过程中一直是关上的. (4) 电梯开关门环节的操作很重要. 当电梯到达某层停下时,Y5 灯亮, 表示门控电机正转, 门打开, 此时应松开按钮 X11; 稍等一会即按住按钮 X10, 表示门已打开到位, 此时 Y5 灯灭 ; 若发现 Y6 灯亮, 则表示门控电机反转, 门关上, 此时应松开按钮 X10; 稍等一会即按住 X11, 表示门已关死, 此时 Y6 灯灭, 门控电机停止工作 ; 若在开关门过程中有延迟开门延迟关门提前关门重新开门的的情况, 则应判断门是否打开到位或关死, 以便及时按下 X10 或 X11, 避免操作出错. (5) 若要取消误按的按钮信号, 只要快速按两次相应的按钮 ( 间隔需在 1s 以内 ). 五解决的主要技术问题 (1) 三层楼电梯基本功能. (2) 二层楼分上下楼呼叫按键, 对反向呼叫予以屏蔽. (3) 自动开关门功能. (4) 取消呼叫功能. (5) 手动开关门功能. (6) 门关到一半按开门按钮门可以再次打开. (7) 门关到一半碰到物体, 力传感器发出信号, 门可以再次打开. (8) 门关到一半有乘客从门下走过, 光传感器发出信号, 门可以再次打开. (9) 电梯上乘客如果超重, 则超重传感器发出信号, 报警, 同时电梯门不会关上 ; 直到电梯上的乘客总重量在规定值以内, 超重传感器的信号才会解除, 报警随之解除, 电梯门才会关上, 此后照常运转. 六存在问题及后续研究展望存在的主要问题 : (1) 只做了三层楼电梯的模拟, 没有做四层楼 ; (2) 电梯的轿箱电梯的门楼层都是假想的, 没有真正的做出它们的模型 ; (3) 门控电动机是用两盏灯的点亮来表示其正转与反转的, 没有使用真正的电动机 ; (4) 所提及的力传感器光传感器称重传感器也都是假想的, 它们发出的信

12 号都是用开门按钮 X13 来代替的. (5) 无法实现用数码管实时显示当电梯所在楼层. (6) 无法实现电梯停层时的铃声. (7) 无法实现警铃报警. 后续的研究展望 : 以上存在的问题多数是由于实验室的条件限制. 如 PLC 的输入输出触点太少, 输入触点只有 12 个, 输出触点只有 8 个, 无法实现更多楼层以及更多功能 ;VFD 只有一个, 只能用 PLC 控制一台电动机, 因而无法同时模拟升降电动机和门控电动机等等. 如果能解决这些实验仪器的问题, 就有望实现更多楼层以及更多功能 ; 如果时间充裕, 并且可以设法实现电梯楼层和电梯轿箱的模型的加工制作, 则有望将电梯模拟的更加真实. 七致谢短短的两周时间, 要实现应用 PLC VFD 三相电动机来模拟电梯的运行, 对于我们来说似乎有点短暂. 更何况之前我们对于电梯的运行并没有太多的留意, 对于其内部的工作原理更是一无所知, 我们要在这两周的时间内把它们全部弄懂, 并且要自己设计程序, 模拟电梯的运行, 如此看来似乎是难上加难. 摆在我们面前的是一项艰巨的任务. 然而, 沈一骑老师和孔令红老师给予了我们很多的指导和帮助, 是我们一次又一次的重燃勇气, 克服了一个又一个难题, 最终实现了一台电梯应有的功能. 在此, 我们衷心地对沈一骑老师和孔令红老师表示感谢! 八参考文献 1 沈一骑. 电机与控制 ( 电工学综合实验教程理论部分 ). 南京 : 南京大学电子科学与工程系,2005 年 3 月. 2 沈一骑, 孔令红. 电工学综合实验教程 ( 实验部分 ). 南京 : 南京大学电子科学与工程系,2004 年 1 月. 3 可编程控制器入门与应用实例. 北京 : 中国电力出版社. 九附录 PLC 梯形程序图

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TD

*TD-000212-05* 20- 应用实例 4 本例显示的是使用两个亚低音扬声器和多个顶箱的双声道立体声设置除了各声道都增加了一个顶箱外也可以增加更多的顶箱本例和例 3 的情况一致声道 2 或右声道声道 1 或左声道要接到更多的顶箱将最后一个顶箱的全幅线路输出接头处的线缆接到下一个顶箱的全幅线路输入接头在不降低信号质量的情况下最