畢業(yè)設計工廠用自動升降電梯的機電一體化設計

1、畢業(yè)論文（設計）題 目： 工廠用自動升降梯的機電一體化設計 摘 要本論文主要介紹可編程控制器（plc）在電梯電氣控制系統(tǒng)中的應用，采用的是西門子系列，通過對系統(tǒng)結構設計和程序設計的介紹，給出了4層電梯邏輯控制部分的方法。主要涉及4層電梯的plc控制系統(tǒng)的總體設計方案、組成及模塊化程序設計。電梯是高層賓館、商店、住宅、多層廠房和倉庫等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。隨著社會的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，對電梯的調速精度、調速范圍等靜態(tài)和動態(tài)特性提出了更高的要求。電梯是集機電一體的復雜系統(tǒng)，不僅涉及機械傳動、電氣控制和土建等工程領域，還要考慮可靠性、舒適感和美學等問題。而對現(xiàn)代電

2、梯而言，應具有高度的安全性。在設計電梯的時候，對機械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數(shù)和保險系數(shù)。目前，由可編程序控制器(plc)和微機組成的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著。采用plc控制的電梯可靠性高、維護方便、開發(fā)周期短，這種電梯運行更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復雜的控制任務，己成為電梯控制的發(fā)展方向?？傊?，電梯的控制是比較復雜的，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了廣闊的空間。plc是專門為工業(yè)過程控制而設計的控制設備，隨著plc應用技術的不斷發(fā)展，將使得它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠，抗干擾性能增強、機械與電氣部件有機地結合在一個設

3、備內，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起。因此，它已經成為電梯運行中的關鍵技術。關鍵詞：plc 電梯轎廂 步進電機 程序設計automatic lift factory mechatronic designabstractthe implement of plc (programmable logic controller) in elevator electric control system is presented in this paper. by the siemens series he method of logic control part of four-floor ele

4、vator is also described by providing system hardware design and program design clues. this paper include of main design method, composition, program design in this elevator control system.the elevator is high-rise hotels, shops, housing, multilayer workshop and warehouse high-rise building indispens

5、able of vertical transport. with the development of society, the building scale is more and more big, the floor more and more of the speed of the elevator, precision and speed range static and dynamic characteristics such as put forward higher request. the elevator is sets electromechanical integrat

6、ed of complex system, not only involves the mechanical transmission, electrical control and civil engineering engineering field, consider reliability, intimacy and aesthetic problems. and for the modern elevator is concerned, should have high security. in the design of machinery, the elevator compon

7、ents and electrical components are taken great safety coefficient and insurance coefficient. at present, the programmable logic controller (plc) and microcomputer composed of elevator running logic control system, is fast development. adopting plc control of elevator maintenance convenience, high re

8、liability, short development cycle, the elevator running more reliable with great flexibility, can accomplish more complex control task, has become the elevator control development direction. in short, the elevator control is more complex, programmable controller used for elevator control to provide

9、 a broad space. plc is specially designed for industrial process control the control equipment, with plc application technology unceasing development, will make its much smaller, function continuously improved, process control more stable, reliable, anti-jamming performance enhancement, mechanical a

10、nd electrical components in a equipment organically within the instrument, and the function of electronic and computer integrated together. therefore, it has become the key technique in the elevator running. key words: plc elevator car stepper motor programming55目 錄第一章 電梯的概述5第一節(jié)、電梯的發(fā)展簡史5第二節(jié)、電梯的分類及運行

11、工作狀況52.1 . 電梯的分類52.2. 電梯的結構組成62.3. 電梯設計運行工況及主要參數(shù)6第二章 電梯控制部分11第一節(jié)、電梯的電力拖動部分111.1. 曳引電動機的選型與計算111.2. 鋼絲繩的選型與計算12第二節(jié)、電梯的電氣控制部分設計152.1plc的選擇162.2四層電梯曳引電機及門電機電路圖202.3 . plc的系統(tǒng)硬件設計212.4軟件設計252.5梯形圖及注釋28第三章 電梯的結構設計部分設計與計算35第一節(jié)轎廂主要結構件的校核計算35第二節(jié)步進電機的選型計算39第三節(jié)同步帶選型及計算40第四節(jié)導軌的選型與計算42第五節(jié)報警和救援裝置44第六節(jié)緩沖器44畢業(yè)課設總結4

12、6致謝47參考文獻48附錄一、plc電梯控制系統(tǒng)梯形圖49附錄二、 電梯門禁系統(tǒng)梯形圖54一、 電梯的概述隨著人口的增加，科學技術日新月異地發(fā)展，人們物質文化生活水平的逐步提高，建筑業(yè)得以迅速發(fā)展，大批的高樓大廈拔地而起，十幾層至幾十層的賓館、飯店、辦公樓、住宅樓鱗次櫛比。伴隨建筑業(yè)的發(fā)展，為建筑內提供上下交通運輸?shù)碾娞莨I(yè)也在日新月異地發(fā)展著。電梯已不僅是一種生產環(huán)節(jié)中的重要設備，更是一種工作和生活中的必需設備，完全可以預想到，隨著社會的發(fā)展，電梯產品在人們物質文化生活中的地位將和汽車一樣，成為重要的運輸設備之一。第一節(jié)、電梯的發(fā)展簡史據(jù)國外有關資料介紹，公元前2800年在古代埃及，為了建筑

13、當時的金字塔，曾使用過由人力驅動的升降機械。公元1765年瓦特發(fā)明了蒸汽機后，1858年美國研制出以蒸汽為動力，并通過帶傳動和蝸輪減速裝置驅動的電梯。1878年英國的阿姆斯特朗發(fā)明了水壓梯。并隨著水壓梯的發(fā)展，淘汰了蒸汽梯。后來又出現(xiàn)了液壓泵和控制閥以及直接柱塞式和側柱塞式結構的液壓梯。這種液壓梯至今仍為人們所采用。但是，電梯得以興盛發(fā)展的根本原因在于采用了電力作為動力來源。18世紀末發(fā)明了電機，并隨著電機技術的發(fā)展，19世紀初開始使用交流異步單速和雙速電動機作動力的交流電梯，特別是交流雙速電動機的出現(xiàn)，顯著改善了電梯的工作性能。在20世紀初，美國奧的斯電梯公司首先使用直流電動機作為動力，生產

14、出以槽輪式驅動的直流電梯，從而為后來的高速度、高行程電梯的發(fā)展奠定了基礎。20世紀30年代美國紐約市的102層摩天大樓建成，美國奧的斯電梯公司為這座大樓制造和安裝了74臺速度為6.0m/s的電梯。從此以后，電梯這個產品，一直在日新月異地發(fā)展著。目前的電梯產品，不但規(guī)格品種多，自動化程度高，而且安全可靠，乘坐舒適。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，可編程序控制器（plc）和電子計算機成功地應用到電梯的電氣控制系統(tǒng)中去后，電梯產品的質量和運行效果顯著提高。第二節(jié)、電梯的分類及運行工作狀況2.1 . 電梯的分類按驅動方式分類：1. 交流電梯2. 直流電梯3. 液壓電梯4. 齒輪齒條電梯5. 螺桿式電梯6. 直線電

15、機驅動的電梯按用途分類：1. 乘客電梯2. 載貨電梯3. 病床電梯4. 服務電梯5. 觀光電梯7. 車輛電梯8. 船舶電梯9. 建筑使用電梯10. 其它2.2電梯的結構組成 一部電梯主要由以下幾部份組成：1. 曳引系統(tǒng)2. 導向系統(tǒng)3. 門系統(tǒng)4. 轎箱系統(tǒng)5. 重量平衡系統(tǒng)6. 電力拖動系統(tǒng)7. 電氣控制系統(tǒng)8. 安全保護系統(tǒng)2.3。電梯設計運行工況及主要參數(shù)電梯在做垂直運行的過程中，有起點站也有終點站。對于三層以上建筑物內的電梯，起點站和終點站之間還設有停靠站。起點站設在一樓，終點站設在最高樓。各站的廳外設有召喚箱，箱上設置有供乘用人員召喚電梯用的召喚按鈕。一般電梯在起點站和終點站上各設置

16、一個按鈕，中間層站的召喚箱上各設置兩個按鈕。而電梯的轎廂內都設置有（雜物電梯除外）操縱箱，操縱箱上設置有手柄開關或與層站對應的按鈕，供司機或乘用人員控制電梯上下運行。召喚箱上的按鈕稱外召喚按鈕，操縱箱上的按鈕稱指令按鈕。電梯的運行工作情況和汽車有共同之處，但是汽車的起動、加速、?？康热克緳C控制操作，而且在運行過程中可能遇到的情況比較復雜，因此汽車司機必須經過嚴格的培訓和考核。而電梯的自動化程度比較高，一般電梯的司機或乘用人員只需通過操縱箱上的按鈕向電氣控制系統(tǒng)下達一個指令信號，電梯就能自動關門、定向、起動、在預定的層站平層?？块_門。對于自動化程度高的電梯，司機或乘用人員一次還可下達一個以上的

17、指令信號，電梯便能依次起動和停靠，依次完成全部指令任務。盡管電梯和汽車在運算工作過程中有許多不同的地方，但仍有許多共同之處，其中乘客電梯的運行工作情況類似公共汽車，在起點站和終點站之間往返運行，在運行方向前方的?？空旧嫌许樝虻闹噶钚盘枙r，電梯到站能自動平層?？块_門接乘客。而載貨電梯的運行工作情況則類似卡車，執(zhí)行任務為一次性的，司機或乘用人員控制電梯上下運行時一般一次只能下達一個指令任務，當一個指令任務完成后才能再下達另一個指令任務。在執(zhí)行任務的過程中，從一個層站出發(fā)到另一個層站時，假若中間層站出現(xiàn)順向指令信號，一般都不能自動?？?，所以載貨電梯的自動化程度比乘客電梯低。本課題主要研究單臺四層電梯

18、的plc控制方法，分述其硬件設計和軟件設計過程。設計程序要求完成電梯控制系統(tǒng)主要達到以下要求：1)系統(tǒng)應具備自動響應層樓召喚信號（含上召喚和下召喚）。2)具有轎廂層樓顯示（二進制方式或十進制方式）。能自動顯示電梯運行方向。3)具有電梯直駛功能和反向最遠停站功能。具有消防應急處理功能。4)電梯開門時間設為3秒，電梯關門時間也設定為3秒。5)具有應急手動開門、關門按鈕。(一)、規(guī)格參數(shù)載 重 量1000kg速 度1.0 m/s層/站/門4/4/4設計井道尺寸(寬深)1250mm1050mm設計門洞尺寸(寬高)11002000mm凈門距(寬高)9001900mm提升高度12.5米設計底坑深度500m

19、m開門方式中分雙扇門注：井道口尺寸以現(xiàn)場查勘為準技術要求及性能、配置方案曳引機永磁同步無齒輪主機控制系統(tǒng)plc模塊化控制門機系統(tǒng)變頻變壓調速(vvvf)電源動力電源380v,50hz；照明電源:220v,50hz性能指標平層精度:5mm運行震動: 水平5gal(o-p),垂直25mm5gal(o-p)；噪音:轎內55分貝；井道內: 80分貝電梯功能要求、功能名稱、 功能描述全集選控制運行電梯對候梯廳上下召喚信號、轎內選層指令及各種信號進行綜合分析判斷后，將自動優(yōu)選與電梯運行方向一致的信號進行依次應答電梯變頻驅動(vvvf)精確調整電動機轉速，令電梯啟動、運行、停止時的速度曲線平穩(wěn)、圓滑，獲得良

20、好的舒適感門機變頻驅動(vvvf)精確調整電動機轉速，使門機的開啟、關閉更輕柔靈敏光幕保護在轎廂門兩側安裝光幕。在開門過程中，任何一個光束被遮擋，被碰撞，門會立刻停止關閉，并反向開門超載報警轎廂超載時，電梯保持開門不運行且轎內蜂鳴器鳴響安全停靠電梯在層與層之間發(fā)生故障而未能自動排除，控制器自動進行安全檢測，若符合啟動要求，電梯以低速就近停層開門報警鈴在緊急情況下乘客通過按動轎廂內報警按鈕，轎廂頂上的電鈴鳴響報警鈴在緊急情況下乘客通過按動轎廂內報警按鈕，轎廂頂上的電鈴鳴響轎廂應急照明在轎廂內設置緊急照明裝置，停電時照明燈會自動啟用轎廂風扇、照明自動關閉在規(guī)定的時間內沒有召喚和指令，轎廂內風扇和自

21、動關閉以節(jié)約能源滿載直駛當轎廂內載荷達到滿載預設值時，即進入滿載直駛狀態(tài)，電梯將不再應答廳外召喚而直接響應轎內指令直達指定樓層自動返回基站在預定時間內如果沒有召喚或指令，轎廂將自動返回基站，關門待機超速保護當轎廂下行速度超過規(guī)定值時，限速器帶動安全鉗動作，轎廂夾停在導軌上，保護乘客安全電梯受阻失速保護當曳引鋼絲繩打滑達到預定時間時，電梯停止運行開門保持時間自動調節(jié)根據(jù)層站召喚或轎廂內指令自動調整開門保持時間上電再平層由于停電或電源故障引起轎廂停在兩層之間，當電源恢復后轎廂將運行到平層位置自動再平層自動調整轎廂平層準確性通話裝置轎廂內操縱面板上的對講機可與機房、值班室、轎頂、底坑進行三方通話檢修

22、操作當進入檢修狀態(tài)時，轎廂以檢修速度點動運行即時關門電梯停站開門后，按下關門按鈕，門立即關閉本層再開門關門過程中，按本層站召喚按鈕，電梯重新開門停層開門電梯停層后自動開門重復關門若關門受阻，電梯能重復關門動作轎廂到站鐘設置在轎廂頂部，當電梯到達?？繕菍訒r，將發(fā)出清脆的鈴聲提示乘客已到站火災返回系統(tǒng)接收到火警信號后，將取消所有的召喚信號，驅動電梯直接返回指定的避難層，使乘客安全撤離現(xiàn)場消防功能火災時打開消防開關，所有召喚均被取消，電梯立即返回指定層站，供消防員專用，電梯只應答轎廂內的召喚電梯裝潢要求轎廂發(fā)紋不銹鋼(鋼板厚度1.2毫米)轎門發(fā)紋不銹鋼(鋼板厚度1.2毫米)轎廂天棚豪華裝飾吊頂轎內操

23、縱箱發(fā)紋不銹鋼面版,微觸按鈕廳外召喚箱發(fā)紋不銹鋼面版,微觸按鈕廳門全部為發(fā)紋不銹鋼(鋼板厚度1.2毫米)門套全部為發(fā)紋不銹鋼小門套(鋼板厚度1.2毫米)轎底材料塑膠地板照明設施高效節(jié)能專用燈具,日光型照明說明：上述參數(shù)僅為基本要求，供應商在投標中其投標產品可以高于基本要求，但不得低于其基本要求；投標產品必須是國內知名品牌或中外合資產品；中標供應商所投產品必須符合電梯制造與安裝安全規(guī)范gb-7588-2003國家標準、電梯安裝驗收規(guī)范gb-10060-1993國家標準、電梯維修規(guī)范gb/t18775-2002國家標準。二、 電梯控制部分電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動部分和電氣控制部分組成。第一節(jié)、電

24、梯的電力拖動部分電梯主拖動類型有直流電動機拖動、交流電動機拖動、直流gm（即發(fā)電機電動機組供電）拖動、晶閘管供電（scrm）的直流拖動和交流雙速電動機拖動、交流調壓調速（avcc）拖動、交流變頻調速（vvvf）等。因直流電梯的拖動電動機有電刷和換相器，維護量較大，可靠性低，現(xiàn)已被交流調速電梯所取代。為了得到較好的舒適感，要求曳引電動機在選定的調速方式下，電動機的輸出轉矩總能達到負載轉矩的要求。考慮到電壓的波動、導軌不夠平直造成的運動阻力增大等因素，電動機轉矩還應有一定的裕度。1.1. 曳引電動機的選型與計算11主要技術性能參數(shù)已知： q = 1000額定載重量kg)v = 1電梯額定速度(m/

25、s)p = 1100空轎廂及其支承部件的質量(kg)i = 2鋼絲繩的倍率h = 12.5提升高度（m）d = 13鋼絲繩直徑（mm）g = 1575對重（kg）dt = 640 曳引輪直徑（mm） 0.475 平衡系數(shù)1.2 曳引機功率計算及電動機選擇n =qv(1-)/102i其中：q =1000kgv =1.0m/s =0.4-0.5 取0.475（平衡系數(shù)）=0.60（機械效率）i =2得出：n = qv(1-)/102i =（100010.525）/（1020.602） =4.28kw根據(jù)電梯曳引機系列表可初步選擇曳引機，具體參數(shù)如下：選取y132m2-6型電動機，p=5.5 kw

26、n=960 r/min t =9550(pi)/n=890 nmd=640mm v=1.0m/s m=2940kg d=13 mm 軸q =kf =1.2(1000p)/v = 6600n曳引比 i =2 中心高l =132mm 減速比 j=21/11.3 曳引機電動機的校核1）p=5.5 kwn =4.28 kw2) m=2940 kgq/2=500 kg 3)實際運行扭矩m按超載10%計算： m= 5259.80.64/4=823 t4）主軸最大靜載荷計算曳引繩13的重量q=0.586 kg/mt =p + g +qnh + p + q =1100+1000+0.586412.5+1100

27、+10000.475=3705 kg軸載=6600kg綜上所述選取的曳引機部件符合要求1.2. 鋼絲繩的選型與計算2.1 載重量為1000kg曳引鋼絲繩安全系數(shù)曳引鋼絲繩的計算主要技術參數(shù): 額定載荷: 1000 kg鋼絲繩數(shù)量: 3根鋼絲繩直徑: 13mm曳引輪直徑: 640mm導向輪直徑: 520mm曳引輪節(jié)圓直徑與鋼絲繩直徑的比值:49.231判定:符合要求轎頂輪節(jié)圓直徑與鋼絲繩直徑的比值:40判定:符合要求提升高度: 12.5m 圖1根據(jù)g8 88-2附件n,安全系數(shù)計算如下參考gb7 588一20039，2.2a安全系數(shù)不能小于13):sf =10(2.6834-(695.85106

28、nequiv/(dt/dr)8.567)/ (77.09(dt/dr)(-2.894)=13.705 取安全系數(shù):13.705其中:sf 理論安全系數(shù)nequiv 滑輪等效數(shù)量dt 曳引輪直徑dr 鋼絲繩直徑nequiv= nequiv（t）+ nequiv(p) =7.69 + 2.2946 =9.9846當=96.5 u形槽角度時，nequiv(t)=7.69 (由插值法求得=95時為6.7，=95.5時為7.03，=96.5時為7.69) nequiv(p)=kp(nps+4npr)= 2.2946 1 =2.2946nps = 1 簡單彎折的滑輪數(shù)量npr = 0 反向彎折的滑輪數(shù)量k

29、p = 2 .2946單根鋼絲繩的受力計算如下:tmax=(p+q )/rn+qh 9.8=2103.4 (n)其中:tmax 轎廂以額定載荷停在最底層時，在曳引輪高度處鋼絲繩所承受的鋼絲繩最大張力 （n）p = 1100 轎廂自重 (kg)q = 1000 電梯額定載荷(kg)r = 2 電梯曳引比n = 5 曳引鋼絲繩根數(shù)q = 0.586 曳引鋼絲繩每米質量(kg)h = 12.5 提升高度(m)理論最小破斷載荷: pbreak = 28826.68 (n)實際最小破斷載荷: pbreak= 74300.00 (n)判定:符合要求2.2 載重量為1000 kg曳引鋼絲繩曳引條件計算原始數(shù)

30、據(jù):p = 1100空轎廂及其支承部件的質量(kg)q = 1000額定載重量kg)v = 1電梯額定速度(m/s)h = 12.5電梯的提升高度(m) a = 0.35電梯的運行加減)速度(m/s2)i = 2鋼絲繩的倍率 = 0.475 平衡系數(shù)= 154鋼絲繩在曳引輪上的包角() ns= 5 鋼絲繩的數(shù)量g = 1575 kg 對重的質量qmsr= 0.586鋼絲繩每米質量kg nc= 0補償鏈的數(shù)量 qmcr= o補償鏈每米質量(kg) mcomp= 0補償鏈張緊裝置的質量(kg)nt= 1隨行電纜的數(shù)量qmtrav=2隨行電纜何米質量(kg)曳引繩在曳引輪槽的比壓計算(該項gb758

31、8一2003不作要求，僅作參考) 曳引條件計算(依據(jù)gb7588一1995第九章)鋼絲繩在曳引輪槽中不打滑應符合下列條件:(ti/t2) c1c2 efa式中：t1 鋼絲繩在曳引輪處轎廂側的張力t2 鋼絲繩在曳引輪處對重側的張力t1/t2 轎廂側和對重側鋼絲繩張力比f =4（1-sin（/2）/(-sin)=0.1977當量摩擦系數(shù)=0.09 鋼絲繩與鑄鐵曳引輪的摩擦系數(shù) =96.5 曳引輪槽切口角度()c1 =(g+a)/(g-a)=1.0741 與電梯起動、制動加速度有關的系數(shù)c2 = 1 由于摩擦導致曳引輪槽斷面變化的影響系數(shù)，半圓槽c2=1當轎廂裝有125%額定載荷且轎廂位于底層:t1

32、/t2 c1 c2 =1.6342efa=1 .7008判定:符合鋼絲繩不打滑條件當轎廂空載且轎廂位于最高層:t1/t2 c1 c2 =1.5607efa=1.7008判定:符合鋼絲繩不打滑條件23 曳引鋼絲繩在繩槽中的上比壓計算(依據(jù)gb7588-1995第九章)(此項目gb7588-2003不作要求，僅為參考)p=(t/(ndd) (8cos(/2)/(-sin)p=(12.5+4vc)/(1+vc) 根據(jù)gb7588-1995中9.3.2條的要求，鋼絲繩在曳引輪槽中的比壓條件 pp d = 13 mm 鋼絲繩直徑 d = 640mm 曳引輪直徑 n = 3 鋼絲繩根數(shù) r = 2 電梯曳

33、引比 t = (p+q)/rg=10290 n轎廂側鋼絲繩的靜張力 vc = vr =2 m/s 鋼絲繩的速度 p= 2.8477 p=6.833判定:鋼絲繩比壓符合要求第二節(jié)、電梯的電氣控制部分設計電氣控制系統(tǒng)由控制柜、操縱箱、層樓指示、召喚箱及曳引電動機等幾十個分散安裝在電梯井道內外和各相關電梯部件中的電器元件構成。電氣控制系統(tǒng)通過電路控制電力拖動系統(tǒng)工作程序，完成各種電氣動作功能，保證電梯安全運行。電梯一般是由電動機來拖動的，其運行過程大多包括啟動、正（反）轉、停止等，這整個過程是由電氣控制系統(tǒng)來完成。具體地說電梯的控制主要是指對電動機的起動、停止、運行方向、層樓指示、層站召喚、轎廂內指

34、令等進行處理。其操縱是實行各個控制環(huán)節(jié)的方式和手段。電梯電氣控制系統(tǒng)與電力拖動系統(tǒng)比較，變化范圍比較大。當一臺電梯的類別、額定載重量和額定運行速度確定后，電力拖動系統(tǒng)各零部件就基本確定了，而電氣控制系統(tǒng)則有比較大的選擇范圍，必須根據(jù)電梯安裝使用地點、乘載對象進行認真選擇，才能最大限度地發(fā)揮電梯的使用效益。電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能、自動化程度和運行可靠性。隨著科學技術的發(fā)展和技術引進工作的進一步開展，電氣控制系統(tǒng)發(fā)展換代迅速。繼電器控制系統(tǒng)的電梯故障率高，大大降低了電梯的運行可靠性和安全性，所以基本上已經被淘汰。而plc以其體積小、功能強、故障率低、壽命長、噪聲低、維護保養(yǎng)簡便、修改邏輯靈活

35、、程序容易編制，易聯(lián)成控制網絡等諸多優(yōu)點得到了廣泛的應用。2.1plc的選擇2.1.1 plc的定義和特點1.plc的定義由于plc在不斷發(fā)展，因此，對它下一個確切的定義是困難的。1980年plc問世后，由美國電氣制造商協(xié)會(national electric manufacturerassociation nema)對plc下過如下的定義:plc是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、計數(shù)、計時和算術運算等功能，用來對各種機械或生產過程進行控制。1982年，國際電工委員會(international electrical committee iec)

36、頒布了plc標準草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版對plc作了如下的定義:plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸人和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。plc及其有關的外圍設備都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設計。上述的定義表明，plc是一種能直接應用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，它與其他順序控制裝置不同的特點。2.plc的特點plc能如此迅速發(fā)展的原因是由于它具有通用計算機所不及的一些下列特點：一、

37、可靠性?？煽啃园óa品的有效性和可維修性。plc的可靠性高，表現(xiàn)在下列幾方面：（1）與繼電器邏輯控制系統(tǒng)比較，plc可靠性提高的主要原因:1)plc不需要大量的活動部件和電子元器件，它的接線也大大減少。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單、維修時間縮短，因此可靠性得到提高。2)plc采用了一系列可靠性設計的方法進行設計，例如，冗余設計、掉電保護、故障診斷和信息保護及恢復等，使可靠性得到提高。3)plc有較強的易操作性，它具有編程簡單、操作方便、維修容易等特點，因對操作和維修人員的技能要求降低，容易學習和掌握，不容易發(fā)生操作的失誤，可靠性高。（2）與通用的計算機控制系統(tǒng)比較，plc可靠性提高的主要原因:1)

38、plc是為工業(yè)生產過程控制而專門設計的控制裝置，它具有比通用計算機控制系統(tǒng)更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了經簡化的編程語言，編程的出錯率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設計的硬件使可靠性大大提高。因此，plc的可靠性較通用計算機控制系統(tǒng)的可靠性有較大提高.2)在plc的硬件設計方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件;采用先進的工藝制造流水線生產;對干擾采用屏蔽、隔離和濾波等，設有對電源的掉電保護、存儲器內容的保護并采用看門狗和其他自診斷措施、便于維修的設計等等。3)在plc的軟件設計方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波、軟件自診斷、簡化編程語言

39、、信息保護和恢復、報警和運行信息的顯示等等。一份用戶選用plc原因的調查報告指出，在各種選用plc的原因中，第一位的原因是由于plc可靠性高的用戶達93%。其次，才是性能和維修方便等原因?？梢?，可靠性高是plc的主要特點。二、易操作性。plc的易操作性表現(xiàn)在下列三個方面:(1)操作方便對plc的操作包括程序輸人的操作和程序更改的操作。大多數(shù)plc采用編程器進行程序輸人和更改的操作。編程器至少提供了輸人信息的顯示，對大中型的plc，編程器采用crt屏幕顯示，因此，程序的輸人直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需的地址編號、繼電器編號或觸點號進行搜索或順序尋找，然后進行更改。更改的信息可在液

40、晶屏或crt屏幕上顯示。所以plc具有操作方便的特點。(2)編程方便plc有多種程序設計語言可供使用。對電氣技術人員來說，梯形圖由于與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的編寫和學習。采用布爾助記符編程語言時，由于符號是功能的簡單縮寫，十分有利于編程人員的編程。雖然功能表圖、功能模塊圖和高級描述語句的編程方法應用尚未普及，但是，由于它們具有功能清晰、易于理解等優(yōu)點，正為廣大技術人員所接納和采用，并發(fā)揮出更有效的功能特點。(3)維修方便，plc所具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低了。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可根據(jù)有關故障信號燈的提示和故障代碼的顯

41、示，或通過編程器和crt屏幕的顯示，很快地找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復節(jié)省了時間。為便于維修工作的開展，有些plc的制造企業(yè)提供了維修用的專用儀表或設備，提供了故障樹等維修用的資料。有些廠商還提供維修用的智能卡件或插件板，使維修工作變得十分方便。plc的面板和結構的設計也考慮了維修的方便性，例如，對需維修的部件設置在便于維修的位置，信號燈設置在易于觀察的部位，接線端子采用便于接線與更換的類型等，這些設計使維修工作能方便地進行，從而大大節(jié)省維修時間。采用標準化元件和標準化工藝生產流水線作業(yè)，使維修用的備品備件簡化，也使維修變得方便。三、靈活性。plc的靈活性表現(xiàn)在下列三方面：(1)編

42、程的靈活性。plc采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊圖和語句描述編程語言，只要掌握其中一種語言就可以進行編程。編程方法的多樣性使編程方便，應用面拓展。由于采用軟連接的方法，在生產工藝流程更改或者生產設備更換時，可以不必改變plc的硬設備，通過程序的編制與更改就能適應生產的需要。這種編程的靈活性是繼電器順序控制系統(tǒng)所不能比擬的。正是由于編程的柔性特點，使plc能大量地替代繼電器順序控制系統(tǒng)，成為當今工業(yè)控制領域的重要控制設備。在柔性制造單元(fmc)、柔性制造系統(tǒng)(fms)、計算機集成制造系統(tǒng)(cims)和計算機集成過程控制系統(tǒng)(cips)中，plc正成為主要的控制設備，得到

43、廣泛的應用。(2)擴展的靈活性。plc的擴展靈活性是它的一個重要的特點。它可根據(jù)應用的規(guī)模不斷擴展，即可進行容量的擴展，功能的擴展，應用和控制范圍的擴展。它不僅可以通過增加輸人輸出單元增加點數(shù)，通過擴展單元來擴大容量和功能，也可以通過多臺plc的通信來擴大容量和功能，甚至可通過與集散控制系統(tǒng)(dcs)或其他上位機的通信來擴展它的功能，并與外部設備進行數(shù)據(jù)的交換等。這種擴展的靈活性大大地方便了用戶。(3)操作的靈活性。操作的靈活性是指設計的工作量大大減少，編程的工作量和安裝施工的工作量大大減少，操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作可以簡化，不同的生產過程可采

44、用相同的控制臺或控制屏等。四、機電一體。化為了使得工業(yè)生產過程的控制更平穩(wěn)、更可靠，向優(yōu)質高產低耗要效益，對過程控制設備和裝置提出了機電一體化儀表、電子、計算機綜合的要求，而plc正是這一要求的產物，它是專門為工業(yè)過程控制而設計的控制設備，它的體積大大減小，功能不斷完善，抗干擾性能增強、機械與電氣部件被有機地結合在一個設備內，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起。因此，它已成為當今數(shù)控技術、工業(yè)機器人、過程流程控制等領域的主要控制設備。2.1.2 plc的主要功能和應用plc的主要功能和應用如下:(1)開關邏輯和順序控制這是plc應用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關邏輯運算和進行順

45、序邏輯控制，從而可以實現(xiàn)各種簡單或十分復雜的控制要求。(2)模擬控制在工業(yè)生產過程中，由許多連續(xù)變化的物理量需要進行控制，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。為了實現(xiàn)工業(yè)領域對模擬量控制的廣泛要求，目前大部分plc產品都具備處理這類模擬量的功能。特別是在系統(tǒng)中模擬量控制點數(shù)不多，同時混有較多的開關量時，plc具有其他控制裝置所無法比擬的優(yōu)勢。另外某些plc產品還提供了典型控制策略模塊，如pid模塊，從而可實現(xiàn)對系統(tǒng)的pid等反饋或其他模擬量的控制運算。(3)定時控制plc具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時與計數(shù)器。其定時時間間隔可以由用戶加以設定。對于計數(shù)器

46、，如果需要對于頻率較高的信號進行計數(shù)，可以選擇高速計數(shù)器。(4)數(shù)據(jù)處理新型plc都具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進行算術運算，數(shù)據(jù)傳送，而且還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有些plc還可以進行浮點運算、函數(shù)運算。(5)信號連鎖系統(tǒng)信號連鎖是安全生產所需的。在信號連鎖系統(tǒng)中，采用高可靠性的plc是安全生產的要求。對安全要求高的系統(tǒng)還可采用多重的檢出元件和連鎖系統(tǒng)，而對其中的邏輯運算等，可采用冗余的plc實現(xiàn)。(6)通信把plc作為下位機，與上位機或同級的可編程序控制器進行通信，成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實現(xiàn)對整個生產過程的信息控制和管理，因此plc是實現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器

47、。2.1.3 plc與繼電器控制系統(tǒng)的比較從某種意義上說，plc是從繼電接觸控制發(fā)展而來的。兩者既有相似性又有不同之處。1)繼電接觸控制全部用硬器件、硬觸點和“硬”線連接，為全硬件控制；plc內部大部分采用“軟”電器、“軟”接點和“軟”線連接，為軟件控制。2)繼電接觸控制系統(tǒng)體積大；plc控制系統(tǒng)結構緊湊，體積小。3)繼電接觸控制全為機械式觸點，動作慢；plc內部全為“軟接點”，動作快。4)繼電接觸控制功能改變，須拆線、接線乃至更換元器件，比較麻煩；plc控制功能改變，一般僅需修改程序即可，極其方便。5)plc控制系統(tǒng)的設計、施工與調試比繼電接觸控制系統(tǒng)周期短。6)plc控制的自檢和監(jiān)控功能比

48、繼電接觸控制的強。7)plc的應用范圍比繼電接觸控制的要廣泛。8)plc可靠性比繼電接觸控制的高。此外，可編程序控制器與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同?？删幊绦蚩刂破魇且苑磸蛼呙璧姆绞焦ぷ?，是循環(huán)地、連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時刻它只能執(zhí)行一條指令，也就是說可編程序控制器是以“串行”方式工作的。而繼電-接觸器是按“并行”方式工作的，或者說是按同時執(zhí)行方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個電器同時動作。繼電-接觸器控制的并行工作方式因觸點動作的延誤易產生競爭和時序失配等問題，這些在串行工作方式的可編程序控制器中不會發(fā)生。可編程序控制器與繼電器柜的區(qū)別可編程序控制器繼電器柜控制方式程

49、序（軟件）繼電器配線（硬件）控制功能 指令以軟件實現(xiàn)大規(guī)模高興能控制 器件功能有限，隨規(guī)模加大而大型化控制要素無觸點（也有有觸電的），高可靠性，壽命長，高速控制。有觸點，壽命有限，低速控制變更控制更改程序可適應各種控制對象更改器件之間連接，更改困難2.2四層電梯曳引電機及門電機電路圖根據(jù)設計要求，本次設計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖5-1所示。圖中m1，m2為曳引電機和門電機，交流接觸器km1km4通過控制兩臺電動機的運行來控制轎廂和廳門，從而進行對電梯的控制。fr1，fr2為起過載保護作用的熱繼電器，用于電梯運行過載時斷開主電路。fu1為熔斷器，起過電流保護作用。電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖2

50、.3 。plc的系統(tǒng)硬件設計 2.3.1 plc控制系統(tǒng)設計的基本原則任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計plc控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則：1)最大限度地滿足被控對象的控制要求充分發(fā)揮plc的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計plc控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計前就要深入現(xiàn)場進行調查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關先進的國內、國外資料。2)保證plc控制系統(tǒng)安全可靠保證plc控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設計者在系統(tǒng)設計、元器件選擇、軟件編程上

51、要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應該保證plc程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。3)力求簡單、經濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數(shù)量，帶來巨大的經濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。4)適應發(fā)展的需要由于技術的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提

52、高，設計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇plc、輸入/輸出模塊、/o點數(shù)和內存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產的發(fā)展和工藝的改進。2.3.2 plc機型的選擇為了完成設定的控制任務,主要根據(jù)電梯控制方式與輸入/輸出點數(shù)和占用內存的多少來確定plc的機型。所需輸入/輸出點數(shù)與內存容量估算如下:錯誤！未找到索引項。1輸入/輸出點的估算：采用plc構成四層簡易電梯電氣控制系統(tǒng)。電梯的上、下行由一臺電動機拖動，電動機正轉為電梯上升，反轉為下降。一層有上升呼叫按鈕k1和指示燈h1，二層有上升呼叫按鈕k2和指示燈h2以及下降呼叫按鈕k4和指示燈h4，三層有上升呼叫按鈕k3和

53、指示燈h3以及下降呼叫按鈕k5和指示燈h5，四層有下降呼叫按鈕k6和指示燈h6。一至四層有到位行程開關sq1sq4。電梯內有一至四層呼叫按鈕k10k7和指示燈h10h7；電梯開門和關門按鈕sb5和sb6，電梯開門和關門分別通過電磁鐵km3和km4控制，關門到位由行程開關st1檢測，開門到位由行程開關st2檢測。轎廂上行和下行由接觸器km1和km2控制，并有上行記憶和下行記憶兩路指示燈。輸入點共有14個，輸出點共有16個,總共30個。2. 內存容量的估算用戶控制程序所需內存容量與內存利用率、輸入/輸出點數(shù)、用戶的程序編寫水平等因素有關。因此,在用戶程序編寫前只能根據(jù)輸入/輸出點數(shù)、控制系統(tǒng)的復雜程度進行估算。本系統(tǒng)有開關量i/o總點數(shù)有30個，模擬量i/o數(shù)為0個。利用估算plc內存總容量