基于~PLC的四层电梯控制系统设计.doc

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1、基于 PLC 的四层电梯控制系统设计摘 要国 家 经 济 的 飞 速 发 展 ， 现 代 化 程 度 日 益 提 高 ， 高 层 建 筑 越 来 越 多 ，电 梯 也 随 之 增 多 ， 电 梯 产 品 在 人 们 物 资 文 化 生 活 中 的 地 位 得 到 了 提 高 ，成 为 重 要 的 运 输 设 备 之 一 。 国 内 传 统 的 电 梯 控 制 一 是 由 继 电 器 、 接 触 器构 成 。 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

2、 。 若 用 PLC 控 制 就解 决 了 以 上 的 不 足 。本 设 计 就 以 PLC 作 为 工 具 对 升 降 电 梯 的 各 种 操 作 进 行 控 制 。 先 对四 层 电 梯 的 硬 件 部 分 作 分 析 ， 看 需 要 什 么 样 的 开 关 ， 电 机 ， 信 号 灯 等 。然 后 ， 画 出 它 的 控 制 面 板 图 ， 再 根 据 控 制 面 板 图 估 计 一 下 I/O 点数 ， 这 样 可 以 确 定 所 选 机 型 ， 然 后 再 设 计 软 件 ， 写 出 流 程 图 ， 梯 形 图 ，写 出 语 句 。最 后 是 进 行 调 试 ， 看 看 此 程 序

3、是 否 可 行 。前 言有了电梯，摩天大楼才得以崛起，现随着城市建设的不断发展，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。电梯就是用于高层建筑物中的固定式升降运输设备，它有一个装载乘客的轿厢，沿着垂直或倾斜角度小于 15的导轨在各楼层间运行，是垂直运行的电梯(通常也简称为电梯)、倾斜方向运行的自动扶梯、倾斜或水平方向运行的自动人行道的总称。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。代城市才得以长高。据估计，截至 2002 年，全球在用电梯约 635 万台，其中垂直电梯约 610 万台，自动扶梯和自动人行道约 25

4、万台。电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显.可编程序控制器（PLC）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置.鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被 PLC 控制代替,同时由于电机交流变频调速技术的发展电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速.因此，PLC 控制技术加变频调速已成为现代电梯行业的一个优点。PLC 是一种用于自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方法，PLC控制一般

5、具有可靠性、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点.电梯采用了PLC 控制，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高，控制系统结构简单，外部线路简化,另外可方便地增加或改变控制功能，也可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。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，交流变频调速技术的发展也十分迅速.电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段,变频调速已其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。变频调速电梯使用了先进的

6、 SPWM 技术，明显改善了电梯运行质量和性能，具有调速范围广、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，几乎可与直流电机媲美,同时明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能显著。本设计介绍了基于 S7-200 系列 PLC 对电梯系统的控制，包括召唤响应，选向，起动，换速，平层，开关门，故障提示等功能的实现。本设计中，电梯能在有司机操作方式和无司机操作方式下工作。在无司机操作时，系统能根据电梯的召唤信号自动选择运行方向。在有司机操作时，不但能由系统自动选择运行方向，司机还能根据实际情况选择电梯的运行方向，能屏蔽厅外召唤，直接到达轿内召唤所指的楼层。系统能根据轿厢内

7、的载客情况，自动在超载时停止运行关门并发出警告，在满载时不响应厅外的召唤，免去不必要的停层。此外，系统还能自动检测运行时的一些故障并提示，保证了运行的安全。如今，世界各国的电梯公司还在不断地进行电梯新品的研发、维修保养服务系统的完善，力求满足人们的对现代建筑交通日益增长的需求。由此看来，电梯还有很大的发展空间等着我们去挖掘。作为 21 世纪的新一代大学生，我们也将会不断努力学习各种新的科学知识，努力把我们的祖国建设的越来越美好！目 录前 言 .III第 1 章 概述 .11.1 可编程控制器的发展趋势及在电梯设计中的应用 .21.2 PLC 控制电梯的优点 .31.3 电梯的分类 .3第 2

8、章 电梯的硬件设计 .52.1 电梯基本结构组成 .62.2：电梯的控制部分 .92.3 电梯控制系统主电路 .92.4 电梯自动控制流程图 .92.5 电梯输入输出地址分配 .92.5.1 PLC 输入输出接口 .92.5.2 电梯设计输入输出地址分配表 .122.6 PLC 的外部接线图 .14第 3 章 软件设计 .153.1 电梯的控制系统梯形图及指令表 .153.2 电梯控制系统工作过程 .33设计总结 .50致 谢 .52参考文献 .53第 1 章 概述1.1 PLC 的发展趋势及在电梯设计中的应用目前，可编程控制器正向着两个不同的方向进一步发展。一个是向简易、廉价和超小型发展，以

9、占领小型、分散和简单功能的工业控制市场，同时也便于适应机电一体化的要求。另一个方向是向大型化、高速度、多功能和分散型、多层次全自动化网络发展，这种系统不仅具有逻辑运算、计数、定时、数值计算、模拟量控制、监控、记录、显示、以及与计算机接口并作数据传送等一般功能，同时还具有中断控制、智能控制、过程控制和远程控制等高级功能，此外 I/O 的点数进一步扩大，最多已达 3200 点。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了可编程控制器的应用，目前我国已经可以生产中、小型可编程控制器。随着我国四个

10、现代化进程的逐步深入，可编程控制器在我国将有十分广阔的天地。PLC 是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式.PLC 与普通微机一样，以通用或专用 CPU 作为字处理器，实现通道（字）的运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制,PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使

11、用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多

12、具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。3.易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.系统的设

13、计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5.体积小，重量轻，能耗低以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.2 PLC 控制电梯的优点1.在电梯控制中采用了 PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高.2.去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简

14、化.3.PLC 可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能.4.PLC 可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便与检修.5.用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率.6.更改控制方案时不需改动硬件接线.1.3 电梯的分类1.电梯种类繁多，可根据不同要求进行分类，如按使用性质分客梯、货梯、客货两用棉等。客梯：客梯一般是用于运送乘客。货梯：货梯一般专用于货物的运输。病床电梯：病床电梯通常用于运送躺在病床上的病人及其护理人员。客货两用梯：客货两用梯一般既可用于运送乘客，又可运送货物。2.电梯按速度分类电梯按速度一般分为:高速梯、快速梯和低速梯。高速电梯：高速电梯速度在 2 m/s 以

15、上，有的称之为甲类梯。快速电梯：快速电梯速度在 1.5m/s 以上，有的称之为乙类梯。低速电梯：低速电梯速度在 1.O1m/s 以上，有的称之为丙类梯。目前大部分住宅客梯都选择速度为 1.Om/s 。 3.电梯按拖动系统分类电梯按拖动系统分类，一般分为交流电梯和直流电梯。交流电梯：交流电梯使用交流电梯曳引机。货梯及杂物梯一般为交流电驱动，速度在 0.5m/s 以内。客梯中交流电梯一般用于楼层不十分高及使用要求不高的场所。如一般民用住宅等，它的速度一般在 1m/s 以内。直流电梯：直流电梯，由于它的启车、换速、找平、停车比较平稳，运行速度快，用于高层及要求较高的场所。直流电梯又分成直流快速电梯和

16、直流高速电梯，其速度分别为 1.5-1.75m/s,和 2-3.5m/s 。直流电梯的直流电动机一般由电动发动机组供电和控制。4.电梯接控制方式分类电梯按控制方式分类，一般分为半自动电梯和自动电梯。半自动电梯：半自动电梯分三种情况:a. 手开自平电梯是由轿箱内手柄开关控制，具有自动平层的电梯，货梯多属于此类。b. 按钮自平电梯是由按钮控制具有自动平层装置的电梯，多用于货梯及杂物电梯。c.自平、自开门电梯上述两种带有自动开关门装置的电梯。自动电梯：自动电梯也分三种类型:1. 信号控制电梯，除具有自动平层自开门动作外，并具有内外选层、自动定向，顺向截车等性能。此种电梯需有司机操作。2.集选控制电梯

17、，除具有信号控制电梯的性能以外，也可以无司机操纵，所以需要增加厅外呼叫反向截车环节。3.下集选控制电梯，用于无司机交、直流电梯，基本工作状态与集选同，所不同的是厅外向下召唤信号才予以应答。集选控制电梯：集选控制电梯是一种在信号控制基础上发展起来的、高度自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于它能实现无司机操纵。它除了具有信号控制方面的功能外，还具有自动掌握停站时间、自动应召服务、自动换向应答、反向厅外召唤等功能。第 2 章 硬件设计随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速的发展，其应用越来越广。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关， ，随着

18、人们对其要求的提高，电梯得到了迅速的发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由 PLC 代替原来的继电器控制。本设计在已有的通用变频器的基础上，采用 PLC 对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。电力拖动系统主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿厢开关电路。二者均采用易于控制的直流电动机作为拖动力源。主拖动电路采用 PWM 调试方式，达到了无极调速的目的。而开关门电路上电机仅需一种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指

19、示灯、LED 七段数码管和控制部分的核心器件（PLC）等组成。PLC 集结号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。四层电梯控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环，电梯工作过程又可细致分为自检、正常工作、强制工作等三种工作状态。电梯在三种工作状态之间来回切换，构成了完整的电梯工作过程。2.1 电梯基本结构组成电梯控制系统的硬件结构如图 2-1 所示。包括按钮编码输入电路、器检测电路、发光二极管记忆灯电路、轿箱开关电路、楼层显示电路及楼层传感一些其它辅助电路等电梯一般由五部分组成:井道和机房传动部分、升降部分的安全装置、控制部分。井道和机房部分：是电梯正常运

20、行要求的房屋建筑部分。传动部分：传动部分即曳引机，主要由电机和钢索组成。升降设备部分：升降设备一般包括轿厢、对重、平衡链、导轨、门厅。安全装置：安全装置一般包括降速装置和电气安全设备。控制部分：控制部分通常是指电气控制设备和必要的线控制柜、励磁柜和选层器等。曳引机：俗称减速器。它安装在机房内，一般在建筑物顶层之上，是电梯的曳引装置，它的纯轮通过钢丝绳牵引轿厢及对重。曳引机是由蜗轮减速箱、绳轮、电机、靠背轮、抱闸、底座等组成。高速元齿轮直流电梯曳引机，由电梯直接带动绳轮，无减速箱装置，其余部件同。门厅：每一层电梯门口装的门，门上带有机棋锁及电气接点。客梯多为自动开关门，开关门由轿厢门上的开门刀带

21、动厅门上的橡皮勒辘来完成的，而轿厢门是由轿厢上的开关门装置驱动的。井道：井道由围壁、顶板及底坑围成一个在纳电梯轿厢和对重的有限空间。为了出人，在每个层站开有入口。围壁：围壁的作用是将电梯与外界分隔开，当导轨架直接安装在围壁上时，它还应承受费切力。围壁的结构分为封闭式和空格式。顶板：井道的顶部是机房，它是维修人员工作的地方。因此顶板必须是封闭型的，将井道与机房完全隔离。顶板还具有阻止机房即传向井道的作用。对于快、高速电梯，为了取得良好的隔声效果，常在井道顶部设隔音层，此时的井道顶成了双层结构。底坑：井道的底坑深入地面，用于安装缓冲器、限速器、钢丝绳涨紧装置等。由于深人了地面，因此要求防水，最好有排水设施。机房：机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。机房可以设置在井道顶部，也可设置在井由自部。当机房设于井道底部时，即为曳引机下置式曳引方式。这种方式结构复杂，建筑物承重大，对井道尺寸要求大，只有在机房无法顶置时才使用。对于绝大多数电梯，椭均设于井道顶部。机房必须有足够的面积，高度、承重能力及良好的通风条件。1. 拽引机拽引机是电梯的驱动机构，它包括拽引电动机、电磁制动器减速器和拽引电动机为电梯专用 YTD 系列双速电动机。减速器采用蜗轮蜗杆减速。拽引轮是 V 型或轮挂着对重，当轿厢上升时同，对重下降，反之当轿厢下降时对重上升，轿厢与对重要在井道中各自的导轨内滑动。