基于PLC的电梯自动控制系统设计精.docx

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基于PLC的电梯自动控制系统设计精

海南大学毕业论文（设计

题目:

电梯自动控制系统的设计学号:

姓名:

梁运鹏

年级:

09电气1班

学院:

机电工程学院

系别:

电气工程系

专业:

电气工程及其自动化

指导教师:

储春华

完成日期:

2013年5月10日

摘要

随着经济的发展,现代城市中的高层建筑日益增多,电梯成为人们日常生活必不可少的工具。

而电梯性能的好坏,除了电机等硬件以外,电梯控制系统是其核心因素。

目前电梯控制系统主要有三种控制方式:

继电器控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。

继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点,目前已逐渐被淘汰。

微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能,但也存在抗扰性差、系统设计复杂,一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。

实践表明可编程序控制器对电梯进行控制优于传统的继电器控制,其性能有很大改善。

因此,本设计采用可编程序控制器实现对五层电梯的自动控制。

论文内容主要包括对电梯发展和可编程序控制器的介绍,电梯系统软硬件设计,控制系统的程序编制和仿真。

结果表明,该方案切实可行。

关键词:

可编程序控制器;电梯自动控制;仿真

Abstract

Alongwiththeeconomicdevelopment,increasingnumberofhigh-risebuildingsinthemoderncity,elevatorsbecomeanindispensabletoolofdailyliving.Andliftperformanceforbetterorworse,inadditiontohardwaresuchasmotor,theelevatorcontrolsystemisitscoreelements.Atpresenttherearemainlythreekindsofcontrolmethodsoftheelevatorcontrolsystem:

relays,PLCcontrolsystemthecontrolsystem,computercontrolledsystems.Relaycontrolsystembecauseofthehighfailurerateinflexibility,poorreliability,controlmethods,aswellasdisadvantages,suchaspowerconsumption,isnowgraduallybeingphasedout.Microcomputercontrolsystemforintelligentcontrolwithstrongfeatures,butthereisalsopoorimmunity,complexsystemdesign,technicaldefectssuchasgeneralstaffitisdifficulttocontroltheirmaintenance.Practiceshowsthattheprogrammablelogiccontrolleroftheelevatorcontrolthantraditionalrelaycontrol,itsperformancehasimprovedsubstantially.Therefore,thisdesignusingprogrammablecontrollertorealizetheautomaticcontroloffive-storyelevator.Contentofthepaperincludedtheelevatordevelopmentandintroductiontoprogrammablelogiccontrollers,systemhardwareandsoftwaredesign,programmingandsimulationofcontrolsystem.Resultsshowthattheprogrammeispractical.

Keywords:

Programmablecontroller;elevatorscontrol;simulation

1.引言.............................................................1

2.电梯技术简介.....................................................12.1.电梯的定义及发展历程........................................12.2.电梯的分类..................................................2

2.3.电梯技术的研究现状及发展趋势................................4

3.PLC的基本概念...................................................53.1.PLC的由来.................................................63.2.PLC的定义.................................................63.3.PLC的特点.................................................63.4.PLC的结构及工作原理.......................................83.4.1.PLC结构..............................................83.4.2.PLC工作原理..........................................93.5.PLC控制系统与其他控制系统的比较..........................103.5.1.PLC与微机控制系统的比较.............................10

3.5.2.PLC与继电器控制系统的比较...........................11

4.电梯的控制系统..................................................124.1.电梯的工作原理.............................................124.2电梯的机械系统.............................................12

4.3电梯电气控制系统...........................................14

5.电梯的PLC控制系统..............................................155.1.电梯的PLC控制系统的硬件组成...............................155.2.电梯的控制要求.............................................165.3.电梯PLC控制系统设计.......................................165.4.PLC的选择................................................165.5.电梯的PLC控制系统梯形图...................................185.5.1.开关门环节...........................................18

5.5.2.层楼信号的产生与清除环节.............................195.5.3.停层信号的登记与清除环节.............................195.5.4.外呼信号的登记与清除环节.............................205.5.5.电梯的定向环节.......................................205.5.6.停层过程环节.........................................215.5.7.停车制动过程环节.....................................22

5.5.8.启动加速、稳速运行、停车制动环节.....................22

6.仿真软件的介绍及调试运行........................................226.1.仿真软件的介绍.............................................226.2.软件中梯形图的编写.........................................236.3.梯形图程序仿真.............................................25总结..............................................................26致谢..........................................................28参考文献.......................................................29附录..........................................................30附录1......................................................30附录2......................................................31附录3......................................................32附录4......................................................33附录5......................................................34附录6......................................................35附录7......................................................36附录8......................................................37

1.引言

近年来我国的经济飞速发展,人民生活水平的迅速梯高,工作居住条件得到了巨大的改善。

电梯作为建筑物内的垂直交通运输工具,与人们的生活息息相关。

传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变,另外,传统的电梯控制系统由继电器接触器控制逻辑组成,存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁,可靠性差和工作寿命短等缺陷。

可编程控制器（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。

这次设计主要完成电梯的PLC控制系统的设计,可编程序控制器实现电梯控制系统的软件和硬件的设计,以及电梯的可编程序控制器控制方案和可编程序控制器输入、输出信号的确定,并完成电梯的可编程序控制器控制系统的程序设计来实现对电梯的自动控制,还有电力拖动系统的设计。

2.电梯技术简介

2.1.电梯的定义及发展历程

1.电梯的定义

电梯是服务于规定楼层的固定式升降设备。

它具有一个轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。

它适用于装置在两层以上的建筑内,是输送人员或货物的垂直提升设备。

2.电梯发展历程

电梯是集机械原理应用、电气控制技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术分支于一体的机电设备,它是建筑物中的永久性垂直交通工具。

（1电梯的雏形阶段

1785年英国出现了用蒸汽机驱动的升降机。

1852年制成人类历史上最早的用电动机拖动提升绳索,便轿厢上下运行的电梯,但结构简单、无导轨,无安全装置,尽供货物运送。

1889年奥的斯公司在纽约试制成功第一台电力拖动涡轮蜗杆减速的电梯,但直流电动机与蜗杆转动直接连接,通过卷筒使轿厢上下运行,速度为0.5m/s。

（2现代电梯的发展阶段

1915年在交流感应电动机问世后,电梯的传动设备结构得到了简化,美国成功地设计了自动平层系统以及高速电梯（6m/s。

1937年电梯采用区分客流最高峰期的自动化控制系统,实现了简易自动化控制。

1949年电梯广泛使用电子技术,设计制造了群控电梯,提高了电梯自动化程度。

1971年开始在电梯上控制系统上应用大规模集成电路。

1989年诞生了第一台直线电动机电梯,它取消了电梯的机房,对电梯的传统技术作了重大创新,它标志着电梯技术进入了一个新的领域。

1990年电梯控制系统由并行信号传输向以串行为主的信号传输过渡,提高了整体系统的可靠性,为实现电梯的群控,智能化和远程监控提供了条件[1]。

2.2.电梯的分类

根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量的不同,而设置不同类型的电梯。

目前电梯的基本分类方法大致如下。

1按用途分类

乘客电梯,运送乘客的电梯,有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。

载货电梯,主要为运送货物而设计,通常有人伴随的电梯。

医用电梯,为运送病床、担架、医用车而设计的电梯。

杂物电梯,供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯观光电梯,轿厢壁透明,供乘客观光用的电梯。

车辆电梯,用作装运车辆的电梯。

船舶电梯,船舶上使用的电梯。

建筑施工电梯,建筑施工与维修用的电梯等。

2按驱动方式分类

交流电梯,用交流感应电动机作为驱动力的电梯。

直流电梯,用直流电动机作为驱动力的电梯。

液压电梯,一般利用电动泵驱动液体流动,由柱塞使轿厢升降的电梯。

螺杆式电梯,将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹,再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶,然后通过电机经减速机（或皮带带动螺母旋转,从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。

直线电机驱动的电梯,其动力源是直线电机。

2按速度分类

电梯无严格的速度分类,我国习惯上按下述方法分类:

低速梯,常指低于1.00m/s速度的电梯。

中速梯,常指速度在1.00~2.00m/s的电梯。

高速梯,常指速度大于2.00m/s的电梯。

超高速,速度超过5.00m/s的电梯。

3按电梯有无司机分类

有司机电梯,电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。

无司机电梯,乘客进入电梯轿厢,按下操纵盘上所需要去的层楼按钮,电梯自动运行到达目的层楼,这类电梯一般具有集选功能。

4按操纵控制方式分类

手柄开关操纵,电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关,实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。

按钮控制电梯,是一种简单的自动控制电梯,具有自动平层功能,常见

有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。

信号控制电梯,这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。

除具有自动平层,自动开门功能外,尚具有轿厢命令登记,层站召唤登记,自动停层,顺向截停和自动换向等功能。

集选控制电梯,是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯,与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。

并联控制电梯,2~3台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制,共用层站外召唤按钮,电梯本身都具有集选功能。

群控电梯,是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。

群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式[2]。

2.3.电梯技术的研究现状及发展趋势

我国电梯事业的发展虽起步较晚,但改革的不断深入促进了电梯行业的高速发展,现在无论是在电梯的制造还是使用上,我国已成为世界上的电梯大国。

目前国内市场需要的电梯产品,我国电梯行业几乎全部可以生产,不但大量替代了进口,而且有一定的出口。

国产电梯以其高质量,低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户,为逐步进入国际市场创造了有利条件。

中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置,每年销售量己达l万台左右,约占亚洲市场的1/50,一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。

当今世界,电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一,世界上有名的几家电梯公司,诸如:

美国奥的斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等,其电梯的产量已占世界市场的51%。

其中,奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。

随着科技的进步,电梯也更加安全、舒适。

然而,人们的追求并没有就此停止下来,仍在不断地进行研究改进。

（1智能化。

智能电梯应更具人性化特点,不仅具有传统的人工智能的所

有优点,而且还有传统的人工智能无法比拟的东西,诸如自动选择运动方面,双向语音交流等。

（2安全。

运行安全是电梯的根本和关键,运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁辐射,使用安全材料和运行稳定而且要求电梯在运行中发生故障时,要使乘客容易与外界沟通联系,彻底消除产生紧张不安的情绪。

（3与环境的协调和平衡,包括以下几个方面:

①视觉协调。

色彩宜人,格调高雅,制作精良的电梯,乘客自然会有一种安全的感觉,有一种视觉上的舒适。

②消除电磁辐射。

由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是电磁干扰的元凶,所以电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小,而又不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备。

③舒适感。

通过采用高载频波矢量静音变频器,可降低噪声变换频率及电压。

以CPU控制电压及频率的连续变换方式,按人体生理适应要求,利用计算机优化设计而成的理想运行曲线,实现更稳定、更舒适的运行。

对现代化电梯性能的衡量,主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。

此外,对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应的要求。

对人在与外界隔离封闭的电梯轿厢内,心理上的压抑感和恐惧感所考虑,提倡对电梯进行人性化装修,比如:

轿厢内用镜面不锈钢装潢;电梯、扶梯应与大自然相协调,在扶梯的周围种植花草;在轿厢壁和顶棚装饰某些图案甚至是有变化的图案,并且在色彩调配上要令人赏心悦目;在轿厢内播放优美的音乐,用以减少烦躁等[3]。

3.PLC的基本概念

可编程控制器简称PC（英文全称:

ProgrammableController,它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称:

ProgrammableLogicController和可编程序控制

器PC几个不同时期。

为与个人计算机（PC相区别,现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。

3.1.PLC的由来

在60年代,汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。

当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。

随着生产的发展,汽车型号更新的周期愈来愈短,这样,继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装十分费时、费工、费料,甚至阻碍了更新周期的缩短。

1969年,美国数字设备公司（DEC研制出第一台PLC,在美国通用汽车自动装配线上试用,获得了成功。

这种新型的工业控制装置以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点,很快地在美国其他工业领域推广应用。

3.2.PLC的定义

PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:

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、计时、计数和算术运算等操作的指令,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或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于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。

3.3.PLC的特点

PLC有许多优点,其可概括为以下五点:

（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,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。

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。

（2硬件配套齐全,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,并且已经标准化、系列化、模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,用户能灵活方便地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。

除了逻辑处理功能以外,现代PLC大多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。

（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,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。

（4系统的设计、安装、调试工作量小,维护方便,容易改造

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。

这种编程方法很有规律,很容易掌握。

对于复杂的控制系统,梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

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。

（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,仅相当于几个继电器的大小,因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。

它的重

量小于150g,功耗仅数瓦。

3.4.PLC的结构及工