基于plc的多层电梯控制系统设计.docx
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基于plc的多层电梯控制系统设计
摘要
在现代社会及经济活动中，电梯己成为城市物质文明的标志。
尤其是在高层建筑中，电梯作为一种垂直运输工具，承载着大量人流、物流的输送。
随着今天高层建筑的迅速发展，人们对电梯诸如可靠性、舒适度、低噪音、低能耗等的性能要求也愈来愈高。
这一系列的要求促进了如今电梯行业的快速发展，其拖动技术发展到了调频调压调速阶段，逻辑控制也由可编程控制代替了之前
的继电器控制。
本设计针对目前我国电梯业的现状，采用PLC对电梯进行逻辑控制，考虑了电梯的可靠性、可维护性、灵活性、使用寿命以及电梯的开发周期等方面，设计的控制系统具备楼层指示、呼梯指令登记、选层选向、自动运行和检修运行等功能，具有集选控制的特点。
而所设计的电梯电动机交流变频器的调速技术是如今节电、改善工艺流程、提高产品质量、推动技术进步、改善环境的一种重要手段。
关键词:
电梯，控制系统，PLC，变频调速
第一章引言
1.1研究背景及意义
电梯是安装在建筑物内的一种交通工具，是为了满足人们对于垂直运输的需要而建立的。
在现代社会，电梯就如同汽车、轮船一般不可或缺。
有关资料显示，在美国，每年乘坐其它交通工具的人数约为80亿人次而乘坐电梯的人数达到540亿人次之多。
如今，电梯的使用情况已成为衡量现代化发展程度的一种标志，从某种意义上说，电梯也成为研究一个城市中居民生活状态的最完美空间。
电梯作为一种公共交通工具，安全性能显得尤为重要，因为只有安全运行才能够使乘客对电梯产生信任感。
事实上，电梯的设计方面已采用了多种安全保护措施，据美国一家保险公司对电梯安全性的一项调查和计算显示，乘电梯要比走楼梯安全5倍。
随着高层建筑的不断出现，人们对电梯系统的性能要求也越来越高，不单单是安全性，还包括舒适度等方面。
从研究电梯交通系统的统计特性到研究电梯交通系统的动态特性，人们在电梯控制系统中利用了各种技术来提高系统的运行效率。
社会生产力的不断发展带动了人类文明的高速发展，特别是20世纪70年代以后，高层建筑在世界范围内得到的迅猛发展，极大地促进了电梯技术的改良和革新。
近半个世纪以来，电梯技术从原始的模型升降机发展到能满足人类需要的高级智能化电梯。
1.2国内外研究现状
随着经济的不断发展，我国生产的电梯在亚洲的年销售量己达1万台，约占亚洲市场的1/50，同时国产电梯的技术水平以及产品质量也在稳步提高。
自1985年参加了国际标准化组织ISO/TC178以来，我国先后等同或等效地采用了一批国际标准以及先进国家标准。
标准的高起点促使我国电梯业在技术上处于有利位置，许多诸如无齿轮曳引机、无机房电梯、永磁同步拖动技术、远程监控技术等在国际上也是刚刚出现的新技术和新产品，在我国，已有许多企业可以生产了。
国产电梯以其低成本，高质量的优势赢取了大量的国内外客户，为进军国际市场创造了有利的条件。
实际上，电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的，因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。
目前电梯普遍采用两种控制方式:
一种是以微机作为信号控制单元来完成电梯的信号采集、运行状态及其功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行等功能，其中拖动控制由变频器来完成;第二种则是用可编程控制器取代微机以实现信号集选控制的一种控制方式。
不过国内厂家大部分都是采用第二种方式，主要原因是采用PLC控制具有可靠性高、编程简单、体积小、结构紧凑等优点，并且PLC一般都具有自诊断、故障种类显示、故障报警等功能。
1.3本文研究的主要内容
本文在广泛收集和参阅相关资料的基础上，瞄准电梯控制系统的发展动态，提出了基于PLC设计电梯系统的方案，主要将从以下几个方面对本系统进行论证和研究:
1、首先回顾了电梯发展的历史过程，分析了国内外电梯的研究现状，继而指明了本设计的研究目的和意义;
2、在对背景了解的情况下，对电梯进行了概述，主要介绍了电梯的结构和分类;
3、详细介绍了可编程控制器，分析了其优点并与以往的继电器控制系统进行了比较，同时也介绍了可编程控制器的应用领域;
4、介绍了系统的整体设计方案，包括系统设计的步骤、控制方案以及控制电梯的逻辑关系;
5、主要讲述了对系统的硬件设计，绘出电路图并对输入输出点进行了估算和分配，根据估算出的输入输出点确定所选的PLC机型及变频器的型号;
6、重点介绍了系统的软件设计，这是本设计的核心部分。
软件设计主要是选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图，梯形图的编写运用step7-microwin32编程软件。
7、对本论文的研究内容进行了总结。
第二章电梯的概述
2.1电梯的定义与简介
电梯是以电动机为驱动的一种垂直升降机，主要用于多层建筑的乘人或载物。
电梯有装有箱状吊舱式的也有台阶式的，台阶式的踏步板装在履带上连续传送，也称自动电梯。
电梯是服务于楼层的固定式的升降设备，其具有一个轿厢，运行于至少两列垂直的或者是倾斜角小于15度的刚性导轨之间。
不过习惯上不论电梯的驱动方式如何，都将其作为建筑物内的垂直交通运输工具的总称。
2.2电梯的结构
电梯是机电合一的一种大型的复杂的产品。
它的机械部分相当于人的躯体，电气部分好比人的神经，而控制部分可比人的大脑。
机电高度合一，使电梯成为现代科学技术的综合产品。
电梯的结构包括四大空间和八大系统，其基本结构如图:
2.2.1四大空间
（1）、机房部分
电梯控制间，一般设置在电梯井道的顶部。
包括曳引机、电源控制盒等设备。
（2）、井道部分
包括导轨、导轨支架、对重、缓冲器、限速器张紧装置、补偿链、随行电缆、底坑、井道照明等设备。
（3）、层站部分
位于电梯的各层厅外，该部分包括电梯层门（厅门）、置、门锁装置、层站开关门装置及消防按钮等。
（4）、轿厢部分
该部分主要由轿厢、轿厢门、平层装置、安全钳装置、呼梯装置（召唤盒）、楼层显示装开门机、轿内操纵箱、指示灯以及通讯报警装置等组成。
2.2.2八大系统
（1）、曳引系统
曳引系统的主要功能是输出与传递动力，以驱动电梯运行。
主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮组成，是电梯中的核心部分之一。
（2）、导向系统
主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着各自的导轨作升降运动而不发生摆动和振动。
无论是轿厢还是对重导向均由导轨、导靴以及导轨架构成。
（3）、轿厢
轿厢是运送乘客或货物的电梯组件，主要由轿厢架和轿厢体组成。
轿厢架是固定和悬吊轿厢的框架，是轿厢的主要承重机构;轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶、轿厢门等部分组成。
（4）、门系统
门系统可分为两种，分别是装在井道入口层站处的层门以及装在轿厢入口处的轿厢门。
无论轿厢门还是层门都由门、导轨架、门框、滑轮、滑块、地坎等部分构成。
（5）、重量平衡系统
该系统具有使对重与轿厢能达到相对平衡的作用，即电梯在运行中即使载重量不断变化，两者间的重量差仍保持在较小限额之内，以保证曳引传动平稳正常。
重量平衡系统通常由对重装置和重量补偿装置组成。
（6）、电力拖动系统
该系统的功能是为电梯提供动力，并控制着电梯的启动加速、稳速运行和制动减速。
目前，电梯的电力拖动系统分为直流电动机拖动、交流电动机拖动以及永磁同步电动机拖动。
（7）、电气控制系统
电气控制系统主要是指对电梯主曳引机和门机的启动、运行方向、减速、停止的控制，同时管理着每层站显示、层站叫唤、轿内指令、安全保护等指令信号。
该系统主要由控制装置、操纵装置、平层装置、位显示装置等部分组成。
控制系统的功能及性能直接决定了电梯的自动化程度及运行性能。
（8）、安全保护系统
电梯的安全保护系统包括了机械的和电子的各类保护系统，例如缓冲装置、机械限速装置、终端保护装置，以确保电梯的安全使用，防止危险事故的发生。
缓冲装置起冲顶和撞底保护的作用，限速装置起到超速保护的作用，而安全保护则在电梯运行的各个方面都有体现。
2.3本章小结
本章主要对电梯进行了概述，主要介绍了电梯的结构和分类。
电梯是一种以电动机为驱动的垂直升降机，其结构分为四大空间和八大系统。
而电梯根据用户及客流量、物流量及建筑物的高度的情况分为不同的种类，主要根据用途的不同、驱动方式的不同、速度的不同、是否由司机控制及操纵控制方式的不同而分，也包括其它的分类方式。
第三章PLC简介
3.1PLC的定义及特点
3.1.1PLC的定义
1980年可编程控制器问世后，NEMA（美国电气制造商协会）对其做过如下定义:
PLC是一种数字式的电子装置。
它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算式运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。
1982年，IEC（国际电工委员会）颁布了可编程控制器标准草案第一稿，将其定义为:
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算式运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应按照易与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。
3.1.2PLC的特点
1、高可靠性，强抗干扰能力
电气控制设备的关键是高可靠性。
PLC采用了现代大规模集成电路技术，生产工艺制造严格，并且内部电路具有很强的抗干扰能力，因此具有高可靠性;
2、配套齐全、功能完善、适用性强；
PLC发展至今，已形成了大、中、小各规模的系列产品，可用于各种规模的工控场合。
现代PLC除了具备逻辑处理功能，还具备完善的数字运算能力，被许多数字控制领域所运用。
随着近年PLC功能单元的大量涌现，PLC也渗透到了温度控制、位置控制、CNC等各项工业控制中，另外随着PLC通信能力的加强以及人机界面技术的不断发展，对PLC组成的各
种控制系统的使用也变得非常容易。
3、学用容易，深受欢迎
PLC作为一种通用工控计算机，是面向工矿企业的。
其接口容易，编程语言也容易被工程技术人员所接受。
梯形图的表达方式和图形符号与继电器电路图十分接近，这就为不熟悉电子电路或汇编语一言的人利用计算机从事工业控制提供了便利。
4、系统设计、建造的工作量小，维护方便，易改造。
3.2PLC的主要应用领域
PLC目前已应用于各行各业，主要归纳如下:
1、开关量的逻辑控制和顺序控制
这是PLC应用的最基本、最广泛的领域。
它取代了传统的继电器电路，并实现了逻辑控制和顺序控制，不但可对单台设备进行控制，也可控制多机群控和自动化流水线，从而实现各种简单或复杂的控制要求。
2、模拟量控制
工业生产过程中，存在着许多连续变化的模拟量，比如压力、流量、温度、液位和速度等。
为了实现对这些模拟量的控制，就要求大部分PLC产品具备处理这些模拟量所需的功能，即采用相应的数模转换和模数转换模块以及各种控制算法程序来处理这些模拟量，以完成闭环控制。
3.3本章小结
本章重点介绍了PLC，包括PLC的特点、与继电器的比较及主要应用领域。
PLC是一种电子装置，相较于以往的继电器控制系统，具有可靠性高、编程灵活、适用性强、维护方便等优点，因此在模拟量控制、运动控制、开关量控制、定时控制、数据处理、过程控制等许多领域都有广泛运用。
第四章系统控制方案的设计
4.1系统设计的基本步骤
I、深入了解并分析电梯的工艺条件及控制要求;
2、确定输入输出设备。
根据控制系统所需的功能，明确系统需要的用户的输入、输出设备。
输入设备通常有按钮、行程开关、选择开关、传感器、各种信号等;输出设备一般为指示灯、继电器、接触器等;
3、根据I/O点数进行设备选型并分配I/O点，编制出I/O分配表;
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