毕业设计论文基于PLC的五层电梯自动控制系统设计.docx

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毕业设计论文基于毕业设计论文基于PLC的五层电梯自动控制系统设计的五层电梯自动控制系统设计第一章电梯简介1.1电梯的起源与发展追溯电梯的起源，在我国及国外都能找到其雏形。

如我国公元前1700多年出现的桔槔，是一种用于提水的升降装置。

公元前1100多年出现的轱辘，是一种用于提水或升举重物的升降装置。

在古代希腊，于公元前236年出现的阿基米德绞车，是一种升举重物的升降装置。

它们的共同特点是都由支架、卷筒、绳索、摇杆、乘物装置几部分组成的最原始、最简单的升降机械，由木（竹）材料制成，靠人力或畜力驱动在很低速度下运行。

1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。

1900年还出现了第一台自动扶梯。

1949年出现了群控电梯,首批46台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。

1955年出现了小型计算机（真空管）控制电梯。

1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。

1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。

1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。

1971年集成电路被应用于电梯。

第二年又出现了数控电梯。

1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。

由于早期的电梯及电气控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。

可编程控制器（即PLC）既保留了传统继电气控制系统的简单易懂，而且具备控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口连接、维修方便等诸多高品质性能。

因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的运用。

如今，电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的交通工具，随着时代的发展，科技的进步，人们对电梯在运行时的平稳性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能提出了更高的要求。

电梯今后的发展将主要呈现以下趋势:

（1）超高速电梯。

随着人们生活节奏的加快，高层建筑的增加，全功能的塔式建筑将会促使超高速电梯继续成为研究方向，5m/s以上运行速度的超高速电梯，成为人们关注的重点和市场发展的新趋向。

（2）大型超载重电梯用导轨。

随着大型公共场所、购物场所等公用建筑的增加，大型超载重电梯的运用日益广泛，对于垂直电梯、自动扶梯的载重量和运行平稳性提出了新的要求。

（3）新型自动扶梯导轨。

随着社会进步、城市化水平的提高以及越来越多的国家逐渐步入老龄化社会，各国政府对人文关怀日益重视，促使城市公共设施对自动扶梯和自动人行道的需求加速增长。

为实现公共场所的无障碍通行，大量的体育场馆、地铁、机场、商场、写字楼、宾馆等需要加装自动扶梯和自动人行道。

（4）无机房电梯导轨。

对于高度在20层以下的民用建筑，可以通过改变曳引机的安装方式去除电梯机房的设计，从而降低建筑总高度、保持整体造型、节省建筑成本。

此外，人们要求电梯节能、电磁兼容性强、噪声低、长寿命、采用绿色装潢材料、与建筑物协调等，甚至有人设想在大楼顶部的机房利用太阳能作为电梯驱动补充能源等等，而这些都会对电梯导轨的运行技术不断提出新的要求。

1.2电梯的分类按速度分类：

低速电梯、快速电梯、高速电梯、超高速电梯。

按用途分类：

乘客电梯、住宅电梯、观光电梯、载货电梯、客货两用电梯、医用电梯、服务电梯、车辆电梯。

按拖动方式分类：

交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、直线电机驱动的电梯。

按有无司机分类：

有司机电梯、无司机电梯、有/无司机电梯。

按控制方式分类：

手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、几选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、微机控制电梯。

按曳引机构分类：

有齿曳引机电梯、无齿曳引机电梯。

1.3电梯的组成电梯主要由曳引系统、轿厢、重量平衡系统、导轨、门系统、安全保护系统、电力拖动和电气控制系统等部件组成。

曳引系统的主要功能是输出与传递动力，拖动电梯运行。

曳引系统主要由曳引电动机、减速机、曳引轮和电磁抱闸组成。

曳引电动机也称主电机，通常采用交流电动机，目前大多采用变频器对其进行速度和转矩控制。

轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。

轿厢在井道中沿着导轨作升降运动。

井道侧壁对应各楼层的相应位置装有减速、平层的遮磁板，以便发送减速、停车信号。

在井道中还设有各层的楼层编码开关的磁块，用做楼层指示信号。

轿厢内门的操作盘上设有选层按钮及相应的指示灯，还有开/关门按钮等各种显示电梯运行状态的指示灯。

门系统由轿厢门、层门、开门机、门锁装置组成。

轿厢门的上方装有开门机，开门机由一台小电动机驱动来实现开/关门动作。

在井道对应各楼层候梯厅一侧开有厅门，厅门平时是关闭的，只有当轿厢停稳在该层时，厅门被轿门的联动机构带动一起打开或关闭。

在各层厅门的一侧面装有呼梯按钮和楼层显示装置，呼梯按钮通常有上行呼梯、下行呼梯各一个（最底层只有上行呼梯按钮、最高层只有下行呼梯按钮）。

按钮内（有时在按钮旁）装有呼梯相应指示灯，该灯亮表示呼梯信号被控制系统登记。

楼层显示装置有时也设在厅门上方。

电气控制系统由PLC、变频器、交流电动机、输入/输出电器部件和控制屏等组成，主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。

电梯示意图1控制柜2限速器3门联动装置4轿门5轿厢底板6楼层地面7层门8补偿绳9紧张装置10地坑11缓冲器12对重13对重导轨14轿厢导轨15井道壁16导靴17导轨压板18轿厢19安全钳20曳引绳端接装置21曳引绳22曳引机23机房本课题侧重电梯的PLC控制系统的设计，未能实现主电动机的升降速度的调节以及安全保护体统的实现。

1.4电梯工作原理曳引绳两端分别连着轿厢与对重（又称配重），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，防止轿厢在运行中产生偏斜或摆动。

常闭式制动器在电动机工作时间松闸，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、减少发动机功率。

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、平层工作。

指示呼叫系统随时显示轿厢的于东方向和所在楼层位置。

第二章可编程控制器2.1PLC的定义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。

2.2PLC的特点

（1）可靠性高，抗干扰能力强PLC本身具有较强的自诊断功能，保证在“硬核“都正常的情况下执行用户的控制程序。

（2）编程简单，设计施工周期短PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，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。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

此外，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。

（3）控制程序可变，硬件配置方便在生产工艺流程改变或者生产线设备更新的情况下可通过硬件扩充或少量的改变配置与接线，以及改变内部程序来满足要求，从而避免大量的硬件线路更改与安装工作。

（4）功能完善现代PLC具有数字模拟量的输入输出、逻辑和算术运算，定时、计时、计数、顺序控制、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能，设备控制水平大大提高。

（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，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

2.3PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：

（1）开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

（2）模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

（3）运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

（4）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

（5）数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

（6）通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

2.4PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

（1）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

（2）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输