基于PLC控制的四層電梯設計

1、編號： 實訓(論文)說明書題 目：基于PLC控制的四層電梯設計 院 （系）： 應用科技學院 專 業(yè)：機械設計制造及自動化 學生姓名： 周 富謀 、明貴勇 學 號： 指導教師： 張保忠、李銳峰 2011年 6月 19日摘 要PLC（可編程控制器）作為一種工業(yè)控制微型計算機，它以其編程方便、操作簡單尤其是它的高可控性等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應用。它應用大規(guī)模集成電路，微型機技術和通訊技術的發(fā)展成果，逐步形成了具有多種優(yōu)點和微型，中型，大型，超大型等各種規(guī)格的系列產(chǎn)品，應用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的許多控制領域。隨著社會的不斷發(fā)展，樓房越來越高，而電梯成為了高層樓房的必須設備。

2、電梯從手柄開關操縱電梯、按鈕控制電梯發(fā)展到了現(xiàn)在的群控電梯，為高層運輸做出了不可磨滅的貢獻。PLC在電梯升降控制上的應用主要體現(xiàn)在它的邏輯開關控制功能。由于PLC具有邏輯運算，計數(shù)和定時以及數(shù)據(jù)輸入輸出的功能。在電梯升降過程中，各種邏輯開關控制與PLC很好的結(jié)合，很好的實現(xiàn)了對的控制。本文主要討論研究利用PLC對電梯進行控制的問題。關鍵詞：PLC；電梯控制；三菱;升降 ABSTRACTPLC (programmable controller) takes one industrial control microcomputer, it is convenient by its programm

3、ing, simplicity of operator its merits and so on high controllability, obtained the widespread application particularly in the industrial production process. It applies the large scale integrated circuit, the miniature machine technology and the mechanics of communication development achievement, fo

4、rmed gradually had many kinds of merits and miniature, medium, large-scale, the ultra-large type and so on each kind of specification's serial products, applied to monitors between computer's many control domain from the black-white control system. Along with society's unceasing developm

5、ent, the building is getting higher and higher, but the elevator became the high-level building to the equipment. The elevator from the handle switch operation elevator, the push-button control elevator develops to present's group control elevator, has made the indelible contribution for the hig

6、h-level transportation. PLC mainly manifests in the elevator cuing control's application in its logical switch control function. Because PLC has the logic operation, counting and fixed time as well as data feeds output function. In the elevator rises and falls in the process, each logical switch

7、 control and the PLC very good union, very good have realized to the fluctuation the control. This article main discussion studies uses Simens in the S7-200 PLC to carry on the control to elevator's fluctuation, forms the lift control system.key words: Programmable Logic Controller,Lift control;

8、 Mitsubishi; Fluctuation目 錄引言11 課題任務的分析21.1 電梯硬件的分析21.1.1電梯的組成21.1.2電梯的工作原理21.2 電梯控制方法的分析31.3 整體設計流程的確定32 可編程控制器的機型選42.1可編程控制器控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)估算42.1.1控制電磁閥等所需的I/O點數(shù)42.1.2控制直流電動機所需的I/O點數(shù)42.2 內(nèi)存的估計42.2.1內(nèi)存利用率的說明42.2.2開關量輸入輸出的點數(shù)的確定42.2.3模擬量輸入輸出的總點數(shù)的確定42.2.4程序編寫質(zhì)量的計算42.3 響應時間的分析42.4 輸入輸出模塊的選擇52.5 機型的確定53 硬件設計

9、53.1 硬件配置簡介53.2 輸入/輸出點54 程序調(diào)試、運行64.1 正常情況下程序調(diào)試65 總結(jié)6致 謝7參考文獻8附 錄 19附 錄 216引言電梯是高層建筑中作垂直運輸?shù)慕煌üぞ撸谶^去，對于中、低速電梯主要采用交流拖動系統(tǒng)來構(gòu)成其曳引系統(tǒng)。最早是用多速鼠籠式異步電動機，并采用變極方式實現(xiàn)電機的調(diào)速。但由于這種系統(tǒng)只能實現(xiàn)有級調(diào)速，無法對電機的轉(zhuǎn)速和加、減速時間進行準確地控制，致使其舒適感和平層精度都較差。后主要采用晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有調(diào)速精度高，速度響應快、舒適感好，平層精度高等優(yōu)點。但由于采用了直流電機，存在著維護電機換向器和電刷的麻煩，且調(diào)速系統(tǒng)在低速運行時的功率因

10、數(shù)也較低。此設計完成了電梯運行、平層、樓層顯示等設計， 此系統(tǒng)既克服了繼電接觸器控制電梯系統(tǒng)工作可靠性差,事故率高的缺點；又克服了單片機控制電梯系統(tǒng)抗干擾能力差的缺點。在課題設計的過程遇到了諸多問題，在老師的指導一一解決。本設計雖然只是個模型，但它模擬了真實電梯，尤其是把變頻調(diào)速技術該系統(tǒng)，使得系統(tǒng)性能有了很大的改善，在實際的電梯應用中具有廣闊的應用前景。 1 課題任務的分析1.1 電梯硬件的分析1.1.1電梯的組成(1)曳引系統(tǒng) 曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動力，使電梯運行。 曳引系統(tǒng)主要由曳引機、曳引鋼絲繩，導向輪，反繩輪組成。(2)導向系統(tǒng)導向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對重的活動自由度

11、，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動。導向系統(tǒng)主要由導軌，導靴和導軌架組成。(3)轎廂轎廂是運送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。 轎廂由轎廂架和轎廂體組成。(4)門系統(tǒng)門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統(tǒng)由轎廂門，層門，開門機，門鎖裝置組成。(5)重量平衡系統(tǒng)系統(tǒng)的主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動正常。系統(tǒng)主要由對重和重量補償裝置組成。(6)電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)的功能是提供動力，實行電梯速度控制。電力拖動系統(tǒng)由曳引電動機，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動機調(diào)速裝置等組成。(7)電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的主要功

12、能是對電梯的運行實行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏(柜)，平層裝置，選層器等組成。1.1.2電梯的工作原理曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導向輪上，曳引電動機通過減速器變速后帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實現(xiàn)轎廂和對重的升降運動，達到運輸目的。固定在轎廂上的導靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導軌往復升降運動，防止轎廂在運行中偏斜或擺動。常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電梯運轉(zhuǎn)，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止狀態(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動

13、機功率。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負載穩(wěn)定，轎廂得以準確?？俊ｋ姎庀到y(tǒng)實現(xiàn)對電梯運動的控制，同時完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運行安全。1.2 電梯控制方法的分析隨著科學技術的發(fā)展、近年來，我國的電梯生產(chǎn)技術得到了迅速發(fā)展。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電路控制系統(tǒng)(“早期安裝的電梯多位繼電器控制系統(tǒng))、PLC控制系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點，目前已逐漸被淘汰。微機控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)

14、設計復雜，一般維修人員難以掌握其維修技術等缺陷。而PLC控制系統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強,設計和調(diào)試周期較短等優(yōu)點，倍受人們重視等優(yōu)點，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術改造目前國內(nèi)七八十年代安裝的許多電梯電氣部分用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，線路復雜，接線多，故障率高，維修保養(yǎng)難，許多已處于閑置狀態(tài)，其拽引系統(tǒng)多采用交流雙速電機系統(tǒng)換速，效率低，調(diào)速性能指標較差，嚴重影響電梯運行質(zhì)量。由于這些電梯交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，交流雙速電機拖動系統(tǒng)性能及乘坐舒適感較差，交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)屬能耗型調(diào)速的機械部分無大問題，為節(jié)約資金，大部分老式電梯用

15、戶希望對電梯的電氣控制系統(tǒng)進行改造，提高電梯的運行性能。因此對電梯控制技術進行研究，尋找適合我國老式電梯的改造方法具有十分重要的意義電梯作為高層建筑物的重要交通工具與人們的工作和生活日益緊密聯(lián)系。PLC作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術先進性，在電梯控制中得到廣泛應用，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計算機控制的一個重要方向，成為當前電梯控制和技術改造的熱點之一。自80年代后期PLC引入我國電梯行業(yè)以來，由PLC組成的電梯控制系統(tǒng)被許多電梯制造廠家普遍采用。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中，PLC系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。1.3 整體設計流程的確定綜上所述，本設

16、計就以PLC作為工具對升降電梯的各種操作進行控制。以上已對四層電梯的硬件部分作了分析，看需要什么樣的開關，電機，信號燈等。然后，畫出它的控制面板圖，再根據(jù)控制面板圖估計一下I/O點數(shù)，這樣可以確定所選機型，然后在軟件設計，寫出流程圖，梯形圖，寫出語句。最后是進行調(diào)試，看看此程序是否可行。2 可編程控制器的機型選2.1可編程控制器控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)估算2.1.1控制電磁閥等所需的I/O點數(shù)有電磁閥的動作原理可知，一個單線圈電磁閥用可編程控制器時需兩個輸入及一個輸出；一個雙線圈電磁閥需三個輸入及兩個輸出；一個比例式電磁閥需三個輸入及五個輸出。一個按鈕需一個輸入；一個光電開關要占用一個或兩個輸入點

17、；一個信號占用一個輸出點；而波段開關，有幾個波段就占用幾個輸入點；一般情況，各種位置開關都要占用兩個輸入點。根據(jù)上面所述原理分析，本設計用到十個按鈕，需要十個輸入點。四個位置按鈕，需要八個輸入點。2.1.2控制直流電動機所需的I/O點數(shù)本設計是對電梯的控制，所以，我們根據(jù)情況可知，要控制電梯的上升和下降，需要一個可逆運行的直流電機。這樣，我們需要16個輸入點和個輸出點。2.2 內(nèi)存的估計用戶程序所需內(nèi)存容量要受到下面幾個因素的影響：內(nèi)存利用率；開關量輸入輸出點數(shù)；模擬量輸入輸出點數(shù)；用戶的編程水平。2.2.1內(nèi)存利用率的說明我們把一個程序段中的接點數(shù)與存放該程序段所代表的機器語言所需的內(nèi)存字數(shù)

18、的比值稱為利用率。2.2.2開關量輸入輸出的點數(shù)的確定一般系統(tǒng)中，開關量輸入和開關量輸出的比為1：1。這方面的經(jīng)驗公司是根據(jù)開關量輸入、開關量輸出的總點數(shù)給出的。所需內(nèi)存字數(shù)=開關量（輸入+輸出）總點數(shù)*102.2.3模擬量輸入輸出的總點數(shù)的確定只有模擬量輸入時： 內(nèi)存字數(shù)=模擬量點數(shù)*100模擬量輸入輸出同時存在： 內(nèi)存擬量字數(shù)*2002.2.4程序編寫質(zhì)量的計算經(jīng)驗計算公式：總存儲器字數(shù)=(開關量輸入點數(shù)+開關量輸出點數(shù))*10+模擬量點數(shù)*150。然后按計算存儲器字數(shù)的25%考慮裕量。2.3 響應時間的分析可編程控制器順序掃描的工作方式使它不能可靠的接收持續(xù)時間小于掃描周期的輸入信號。系

19、統(tǒng)響應時間是指輸入信號產(chǎn)生時刻與由此而使輸出信號狀態(tài)發(fā)生變化時刻的時間間隔。系統(tǒng)響應時間=輸入濾波時間+輸出濾波時間+掃描周期。2.4 輸入輸出模塊的選擇可編程控制器輸入模塊是檢測并轉(zhuǎn)換來自現(xiàn)場設備（按鈕、限位開關、接近開關等）的高電平信號為機器內(nèi)部電平信號，模型類型分直流5、12、24、48、60V幾種；交流115V和220V兩種。模塊輸出的任務是將機器內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換為外部過程的控制信號。輸出模塊同時接通點數(shù)的電流累計值必須小于公共段所允許通過的電流值。輸出模塊的電流值必須大于負載電流的額定值。2.5 機型的確定綜上所述，根據(jù)具體情況，我們選擇三菱的FX系列。輸入輸出點數(shù)為32點，電機8點

20、，考慮10%到15%的I/O裕量，我們選擇FX2N-32MR這種型號。3 硬件設計3.1 硬件配置簡介PLC產(chǎn)品出現(xiàn)以來，它以面向工業(yè)控制的鮮明特點，普遍受到電器控制領域的歡迎。特別是中小容量PLC成功取代了傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)，使得控制系統(tǒng)的可靠性大大提高。目前各國生產(chǎn)的PLC品種繁多，發(fā)展速度快。3.2 輸入/輸出點名稱輸入點名稱輸入點起動和停止X00上行Y00開門X01下行和指示Y01關門X02開門Y02開門和關門的感應器X03關門Y03一層內(nèi)選X04上行指示Y04二層內(nèi)選X05gY05三層內(nèi)選X06aY06四層內(nèi)選X04bY07一層上呼X10cY10二層上呼X11dY11二層下呼X12eY12三層上呼X13fY13三層下呼X14上行的負端Y14四層下呼X15下行的負端Y15每層的感應器應器X16開門的負端Y16第一層的限位開關X17關門的負端Y17 4 程序調(diào)試、運行通過手動編程器輸入PLC，在操作中主要是熟悉FX系列可編程控制的功能、指令代碼。將編程器插在基本單元上，將基本單元與編程器置于編程狀態(tài)，然后消除用戶程序存儲器，輸入控制程序。4.1 正常情況下程序調(diào)試先按I/O接口圖接好線，輸入正常情況下的程序指令，啟動運行。4.2 梯形圖見附錄1；