基于WinCC的四层电梯控制仿真系统设计Word下载.docx

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第2章系统的总体设计

电梯控制系统的设计主要包括两方面：

一个是机械结构设计；

一个是电气控制系统的设计。

机械结构的设计主要包括整个厢体的设计，电动机的位置，动/定滑轮的位置，电器柜的位置，各种传感器的位置，以及电气线路的位置；

电气部分的设计主要包括各种输入/输出信号的线路排列，PLC主机和其他模块的位置，线路的保护设计，以及其他器件的位置及布线等。

2.1电梯控制系统的结构

现代电梯主要由曳引机（绞车）、导轨、对重装置、安全装置（如限速器、安全钳和缓冲器等）、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。

这些部分分别安装在建筑物的井道和机房中。

通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，两端分别连接轿厢和平衡重，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。

电梯要求安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。

电梯的基本参数主要有额定载重量、可乘人数、额定速度、轿厢外廓尺寸和井道型式等。

一、拽引系统

电梯拽系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。

主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。

拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。

拽引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。

导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。

二、导向系统

导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。

它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。

三、门系统

门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。

轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。

开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。

四、轿厢

轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。

它是有轿厢架和轿厢体组成的。

轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。

轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。

轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定

五、重量平衡系统

重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。

对重由对重架和对重块组成。

对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。

重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。

六、电力拖动系统

电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。

拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。

供电系统是为电机提供电源的装置。

速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。

一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。

调速装置对拽引电机进行速度控制。

七、电气控制系统

电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。

其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。

操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。

平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。

八、安全保护系统

安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。

机械方面的有：

限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置。

电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。

2.2电梯控制系统的工作原理

曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。

固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。

常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。

轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。

补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。

电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。

指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。

安全装置保证电梯运行安全。

四层电梯上、下行电机及门电机电路图如下：

图中：

KM1、KM2用以实现电梯上、下行控制，KM3、KM4可以实现开、关门。

FR1，FR2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。

FU1为熔断器，起过电流保护作用。

图2-1四层电梯上、下行电机及门电机电路图

第3章硬件选型及电器柜接线图

3.1PLC的基本结构

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

电源模块，PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。

如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。

它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；

检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。

这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常的运行。

存储器单元，存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

输入输出接口电路，现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。

现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通

电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

功能模块，如计数、定位等功能模块。

通信模块，如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。

目前PLC常见的品牌有美国AB，ABB，松下，西门子，汇川，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德，信捷，和利时等。

本设计选取的是西门子PLC。

图3-1所示为PLC300的实物图。

图3-1西门子PLC实物图

3.2I/O点分配

根据控制方案，确定了I/O点，具体如表3-1所示。

表3-1I/O点表

符号

地址

类型

重力传感器

PIW288

WORD

运行

I0.0

BOOL

楼层1上行按钮

I0.1

楼层2上行按钮

I0.2

楼层3上行按钮

I0.3

楼层4下行按钮

I0.4

楼层3下行按钮

I0.5

楼层2下行按钮

I0.6

楼层1上行限位器

I0.7

楼层2上行限位器

I1.0

楼层3上行限位器

I1.1

楼层4下行限位器

I1.2

楼层3下行限位器

I1.3

楼层2下行限位器

I1.4

上平层限位器

I1.5

门区间限位器

I1.6

下平层限位器

I1.7

开门到位限位器

I2.0

关门到位限位器

I2.1

楼层1选择按钮

I2.2

楼层2选择按钮

I2.3

楼层3选择按钮

I2.4

楼层4选择按钮

I2.5

BOOL

开门按钮

I2.6

关门按钮

I2.7

上行继电器

Q0.0

下行继电器

Q0.1

楼层1指示灯

Q0.2

楼层2指示灯

Q0.3

楼层3指示灯

Q0.4

楼层4指示灯

Q0.5

上行指示灯

Q0.6

下行指示灯

Q0.7

厢体开门

Q1.0

厢体关门

Q1.1

抱闸停车

Q1.2

超重报警

Q1.3

由上表可知，本次编程的AI点数为1点、DI点数为24个，DO点数为12个。

3.3PLC的选型

根据编程的I/O点数，我们对PLC进行了各模块的选型，具体选择下面会做详细介绍[10]。

3.3.1中央处理单元CPU的选择

与一般计算机一样，中央处理单元（CPU）是PLC的核心，他按照系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊的进行工作，其主要任务有：

为背板总线提供5V的电源；

通过输入信号模块接受外部设备信息；

存储、检查、校验、执行用户程序；

通过输出信号模块送出控制信号；

通过通信处理器或者自身的通信接口与其他设备交换数据；

进行故障诊断等。

由于本次设计的要求不高，应用标准型的CPU即可，CPU314-1适用于中等程序处理量的应用，对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力，所以我们选取CPU型号为CPU314-1，其订货号为6ES7314-1AG14-0AB0。

3.3.2输入信号模块的选择

输