三层楼电梯PLC控制系统设计与调试毕业设计论文Word文档下载推荐.docx
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目前电梯设计使用可编程控制器（PLC），功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。
维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少，使电梯运行更加安全、方便、舒适。
当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后．控制系统进行下列运作：
根据轿厢所处位置及乘员所处层数。
判定轿厢运行方向，较厢运行。
将轿厢停在选定的楼层上；
同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。
另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。
关键字：
PLC电梯控制程序设计梯形图
绪论
0.1选题背景
随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。
电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分，广泛的应用于高层住宅，大型公共建筑，工厂仓库等场所，节省了人力和时间，提高了工作效率。
电梯作为现代化的产物，早在上个世纪就进入了我们的生活之中。
大规模的经济建设尤其是蓬勃发展的房地产业给国内电梯行业开拓了更为广阔的市场。
随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。
由此，一个更为庞大的电梯市场已经在国内轰然形成。
我国以前主要都是依靠国外的进口技术，本国的电梯厂商主要都是依靠为进口电梯作销售代理或者售后维修进行经营。
但是随着技术的革新和与国外的交流，当今经济建设需求的各类电梯，几乎全部都可以在中国生产。
电梯生产作为一门国家的新兴产业，它这种能有减少人口膨胀对环境所造成的巨大压力的特性，注定了其在中国具有一片光明的前景。
国内电梯的生产能力、产品质量和制造成本有很强的国际竞争力。
关税的降低使国外电梯产品的进口量有可能增长，但同时也给国产电梯以及零部件的出口提供了机会；
我国电梯市场是很大的市场，也是很挑剔的市场。
随着我国城市化、城镇化和村镇化建设步伐的加快，尤其是西部大开发战略的实施，住宅建设势头不减，住宅电梯的需求量继续看好；
电梯是一种售后服务工作量特别大的机电产品，其使用可靠性不但取决于产品的制造与安装，而且更大程度上取决于完善的维修与保养。
为了更好地适应市场要求，电梯企业目前应该注意进一步遵守市场行为规范，努力培育自主开发能力，组建完善的维修保养和售后服务网络，不断提高国产电梯和民族品牌的市场竞争力。
0.2方案的比较和论证
影响电梯质量好坏的关键是它的控制系统。
传统的电梯自动控制一是由继电器——接触器进行控制，其缺点是触点多，接线复杂，故障率高，可靠性差，维护工作量大，二是有微机控制，其缺点是系统抗干扰能力弱，而采用PLC组成的控制系统很好的解决了上述问题，它工作可靠性高，灵活性好，通用性高，编程简单，使用方便，而且它的抗干扰能力远远强于传统电梯的，它使电梯的运行更加安全，方便。
已成为目前电梯系统中使用最多的控制方式。
第1章电梯概述
1.1电梯的发展简史
1.1.1电梯的起源
电梯在汉语词典中的解释为：
建筑物中用电作动力的升降机,代替步行上下的楼梯。
说到电梯的起源要从公元前2600年埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统说起，但这一类起重机的能源均为人力。
到了1203年，法国的二修道院安装了一台起重机，所不同者只是该机器是利用驴作为动力，载荷由绕在一个大滚筒上的绳子进行起吊。
此种方法一直沿用到近代直到瓦特发明了蒸汽机，约在1800年，煤矿主才能利用起重机把矿井中的煤输送上来。
数百年来人们制造过各种类型的升降梯，它们都具有一个共同的缺陷：
只要起吊绳突然断裂，升降梯便急速地坠落到底层。
1854年奥的斯设计了一种制动器：
在升降梯的平台顶部安装一个货车用的弹簧及一个制动杆与升降梯井道两侧的导轨相连结，起吊绳与货车弹簧连结，这样仅是起重平台的重量就足以拉开弹簧，避免与制动杆接触。
如果绳子断裂，货车弹簧会将拉力减弱，两端立该与制动杆咬合，即可将平台牢固地原地固定免继续下坠。
“安全的升降梯”发明成功了！
一时间，奥的斯成了众人注目的中心。
第一台升降机并非奥的斯所发明，但他却是第一台“安全”升降梯的发明者。
“安全”这一概念不仅开创了升降梯工业，而且也为那些想建造更高层建筑物以增加更多可利用空间的设计们打开了通途。
然而真正能够称为电梯（用电能驱动升降梯）的产品应该是在20世纪初才出现的。
在20世纪初，美国OTIS电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯。
从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异的发展着。
目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。
1.1.2电梯技术发展趋势
随着现代建筑的发展，日益增高的高层建筑已成为现代都市的重要标志，作为高层建筑的垂直运载工具—电梯得到了快速发展。
（1）结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。
同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。
（2）技术含量更高，性能更好
电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁挣、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流:
由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。
另外，网络控制和智能群控系统.以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。
电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。
（3）安装更方便、更快捷高效、安全
可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式;
随着新技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。
（4）更加节能、绿色环保
绿色理念是电梯发展总趋势。
有专家预言“谁最先推出绿色产品并抢占市场，谁就掌握市场竞争主动权”。
发展趋势主要有：
不断改进产品的设计，生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的电梯。
电梯曳引采用尼龙合成纤维曳引绳，钢皮带等无润滑油污染曳引方式。
电梯装璜将采用无（少）环境污染材料。
电梯空载上升和满载下行电机再生发电回收技术。
安装电梯将无需安装手脚架。
电梯零件在生产和使用过程中对环境没有影响（如刹车皮一定不能使用石棉）并且材料是可以回收的。
1.2电梯的基本结构
电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的特点.下面简单介绍电梯机械部分的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它.
1.曳引系统
曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。
曳引机由电动机、联轴器、制动器、减速箱、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源。
曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重（或者两端固定在机房上），依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降。
导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型时还可增加曳引能力。
导向轮安装在曳引机架上或承重梁上。
当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢顶和对重架上应增设反绳轮。
反绳轮的个数可以是1个、2个甚至3个，这与曳引比有关。
2.导向系统
导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。
它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。
导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨的组件，与井道壁联接。
导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。
3.门系统
门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。
轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成。
层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴、门锁装置及应急开锁装置组成。
开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。
4.轿厢
轿厢用以运送乘客或货物的电梯组件。
它是由轿厢架和轿厢体组成。
轿厢架是轿厢体的承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。
轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成。
轿厢体空间的大小由额定载重量或额定载客人数决定。
5.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的额定载重。
重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。
6.电力拖动系统
电力拖动系统由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，对电梯实行速度控制。
曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或直流电机。
供电系统是为电机提供电源的装置。
速度反馈装置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，与电机相联。
调速装置对曳引电机实行调速控制。
7.电气控制系统
电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。
操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。
控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件组成，是电梯实行电气控制的集中组件。
位置显示是指轿内和层站的指层灯。
层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站。
选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。
8.安全保护系统
安全保护系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用。
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等。
电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节都有。
电梯结构图如图1—1所示：
1-减速箱；
2-曳引轮；
3-曳引机底座；
4-导向轮；
5-限速器；
6-机座；
7-导轨支架；
8-曳引钢绳；
9-开关碰铁；
10-紧急开关；
11-导靴；
12-轿架；
13-轿门；
14-安全钳；
15-导轨；
16-绳头组合；
17-对重，18-补偿链；
19-补偿链导轮20-张紧置；
21-缓冲器；
22-底坑；
23-层门；
24-呼梯盒；
25-层楼指示灯：
26-随行缆；
27-轿壁；
28-轿内操纵箱；
29-开门机；
30-井道传器；
31-电源开关；
32-控制柜；
1.3电梯的类型
按使用性质分：
①货梯；
②客梯；
③消防电梯
按电梯行驶速度分：
①高速电梯。
速度大于2m/s。
②中速电梯。
速度在2m/s—1.5m/s之间。
③低速电梯。
运送食物电梯常用低速，速度在1.5m/s以内。
观光电梯：
观光电梯是把竖向交通工具和登高流动观景相结合的电梯。
第2章可编程控制器简介
2.1PLC的特点
PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。
PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道（字）的运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。
PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。
2.2PLC控制电梯的优点
（1）在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。
（2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。
（3）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。
（4）PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。
（5）用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。
（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。
第3章三层楼电梯PLC控制系统设计
3.1电梯的控制要求
一层呼叫按钮PB1、二层下呼叫按钮PB2、二层上呼叫按钮PB3，三层呼叫按钮PB4，一层行程开关LS1、二层行程开关LS2、三层行程开关LS3；
输出信号有：
电梯上升KM1、电梯下降KM2，控制要求如下：
1．不允许同时有两层楼要求停电梯；
2．当二层不需要停时，能越过二层直接到达所需楼层。
LS3
图3－1电梯示意图
3.2PLC型号选择
PLC的种类非常繁多，不同种类之间的功能设置差异很大，这既给PLC机型的挑选提供了十分广阔的空间，同时也带来了一定的难度。
机型选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，力争最好的性价比，并有一定的升级空间。
考虑到本次设计的电梯系统只有3层，且开关量居多，模拟量较少；
对于开关量控制为主的系统而言，一般PLC的响应速度足以满足控制的要求，在小型PLC中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，但是在设计活动中，经常碰到一些估计的指标，在设计活动中需要进行局部调整，另外模块式PLC排除故障所需时间短；
我们估算输入输出接口比较多；
由于考虑到本次设计的电梯系统只有3层，考虑到工厂造价，我们采用离线编程的方式，以减小软硬件的开销。
统计输入、输出点数并选择PLC型号：
输入信号有7个，考虑到有15％的备用点，即7×
（1＋15％）＝8.05，取整数9，因此共需9个输入点。
输出信号有6个，考虑到有15％的备用点，即6×
（1＋15％）＝6.9，取整数7，因此共需7个输出点。
因此可选用欧姆龙C20PCPU类型可编程控制器，它有12个输入点，8个输出点，满足本例的要求。
3.3电梯PLCI/O配线表
三层楼电梯输入输出端子分配表见表3－1
表3-1三层楼电梯输入输出信号的I/O地址分配
输入电器
输入端子
输出电器
输出端子
三层呼叫按钮PB4
0002
电梯上升KM1
0501
二层上呼叫按钮PB3
0003
电梯下降KM2
0500
二层下呼叫按钮PB2
0001
三楼指示灯3F
0504
一层呼叫按钮PB1
0004
二楼上指示灯2F上
0505
三层行程开关SQ3
0005
二楼下指示灯2F下
0507
二层行程开关SQ2
0006
一楼指示灯1F
0506
一层行程开关SQ1
0007
3.4PLC输入输出接线示意图
PLC的输入输出模块与外部用户设备的接线方式分为汇点式和分割式，两种方式的区别在于：
选用汇点式接法的系统使用的电源电压唯一，而选用分割式接法的系统电源电压不唯一。
根据系统的实际情况，输入输出模块与外部设备的接线形式均匀，具体接法如下图3—2所示：
PLC输入输出接线图图3—2
3.4.1硬件的设计和选择
这里所选择的硬件设备主要指的是主副回路的设备选择主要是以下设备的选型：
1：
曳引电动机：
电梯的种类多种多样，按拖动系统来分有交流单速/交流双速拖动电梯、交流调压调速电梯等等。
在此次设计中，将采用交流双速电机作为曳引电机，它的优点是简单，经济，更重要的是舒适感好。
2：
备用电机的选择：
备用电机只要选择和曳引电机一样的型号即可。
3：
门电机：
只要满足功率要求，门电机选用一般三相异步电动机即可。
如图中所示电动机的正反转来实现门的开关，采用星角降压启动，KS为速度继电器，用来对开关门到头时制动，防止轿，厅门的损坏。
基于以上考虑，部分硬件的选择结果如下：
曳引电机型号：
YDDL160L-6/8
额定功率：
11KW
额定电压：
380V
额定电流：
23A
功率因数：
0.83
备用曳引电机选型通上
门电动机型号：
Y100L-2
3KW
7A
0.87
主电路部分电器型号的选择结果如下：
交流接触器：
CJ20-25
熔断器：
BLR1-63/3P
分断能力：
50000A
热继电器：
JR16-20/3D
熔断式刀开关：
HH4-30/3-25
门电路部分电器型号的选择如下：
TYC2-12-9
BLR1-63/3P-14
JR16-20/3
HH3-15/2-10
3.4.2程序设计思路
所设计的电梯模型共三层，电梯每层的楼厅均设有按钮召唤电梯；
电梯内部设有按钮以便乘客选择要到达的楼层，还设有开关门按钮，方便乘客进出电梯。
工作中的电梯控制系统的主要任务是对各种呼梯信号和当前电梯运行状态进行综合分析，再确定下一个工作状态。
为实现电梯自动控制，要求控制系统具有自动定向，顺向截梯，反向保号，外呼指令记忆，停梯销号，自动开关门，自动报警，手动开关门等。
具体设计思路为：
当电梯停于一楼或二楼时，按PB3，则电梯上升到LS3停止;
当电梯停于三楼或二楼时，按PB1，则电梯下降到LS1停止；
当电梯停于一楼，按PB2，则电梯上升到LS2停止；
当电梯停于三楼，按PB2，则电梯下降到LS2停止；
当电梯停于一楼，而二、三楼均有人呼叫时，电梯上升到LS2时停5秒，然后继续上升到LS3停止；
当电梯停于三楼，而一楼、二楼均有人呼叫时，电梯下降到LS2时停5秒，然后继续下降到ls1停止；
当电梯上升途中，任何反方向的下降信号无效，当电梯下降途中，任何反方向的上升呼叫无效；
每层楼之间的到达时间均应在10秒之内，否则电梯停止。
3.4.3三层楼电梯梯形图程序
三层电梯梯形图程序如图3—3所示：
图3—3PLC控制的电梯梯形图
如图3—3所示，中间继电器1003、1004用来处理在同方向同时有两层楼呼叫的情况，1003用来记忆二楼的呼叫信号，在电梯行到二楼时，1004为ON5秒钟，使电梯停5秒后再运行。
3.4.4电梯的安装与调试运行
PLC电梯控制系统时强电与弱电的混合系统，因此在控制柜的元件布置和走线上应有相应的考虑。
PLC主机应尽量远离发热设备即变频器，尽量将发热设备安置在PLC的上方。
动力线与PLC的输入,输出线分开，接触器和PLC相隔一定的距离，以减少电磁干扰。
并联阻容吸收装置或放电二极管，以消除电磁噪声。
调试主要包括以下方面：
一、调试前的准备工作：
1.机房内曳引钢丝绳与楼板等孔洞的处理：
机房内曳引钢线绳与楼板孔洞每边间隙应为20～40毫米，通向井道的孔洞四周应筑一高50毫米以上、宽度适当的台阶。
限速器钢丝绳、选层器钢带，极限开关钢丝绳通过机房楼板时的孔洞与曳引钢丝绳同样要求处理。
2．清除调试电梯的一切障碍物：
（1）拆除井道中余留的脚手架和原安装电梯时留下的杂物，如样板架等，清除井道、地坑内的杂物和垃圾。
（2）清除轿厢内，轿顶上，轿门、层门地坎槽中的杂物和垃圾。
（3）清除一切阻碍电梯运动的物件。
3．安全检查：
在轿厢与对重悬挂在曳引轮上后，在拆除起吊轿厢手拉葫芦和保险钢丝绳前，电梯轿厢必须已装好可靠的限速器———安全钳超速保护安全装置，以防万一轿厢打滑下坠，酿成事故。
这是一个先决条件，否则就不能拆除保险钢丝绳和动车。
4．润滑工作:
（1）按规定对曳引电动机轴承及张紧轮等传动装置作加油润滑工作，所加润滑剂应符合电梯出厂说明规定的要求。
（2）按规定对轿厢导轨、对重导轨、门导轨及门滑轮进行润滑。
（滚轮式导靴只对其轴承润滑，导轨上不必加油）
（3）对安全钳的拉杆机构应润滑并试验其动作是否灵活可靠。
（4）对液压式缓冲器调试前应对缓冲器加注工厂设计规定的液压油或其它适用的油类（一般为ＨＪ－５或ＨＪ－１０机械油）。
二、具体调试过程：
A：
电动机转向调整：
轿箱放置于中间层站，在检修状态下，点动验证电动机转向是否正确。
B：
检修运行：
输入信号检查，仔细观察电梯在运行过程中接受的各开关信号动作顺序是否正常。
输出信号检查，仔细观察主板的各输出点是否正确，工作是否正常，所控制的信号、接触器是否正常；
运行方向检查，将电梯置于非端站，电动慢车运行，观察运行方向是否与目的方向相符，如果不同任意调换电机侧电源中的两相。
利用上行,下行开关，试验电梯上,下电气限位是否起作用，按上呼叫按钮，电梯在检测到门厅或轿箱的召唤信号后，便会上升到指定楼层。
上升过程中，只执行上行信号，向下信号无效，反之亦然！
试验超载开关。
检查其他机械部分安装是否合适。
C：
快车运行：
包括单层运行,多层运行，箱内召唤指令，厅外召唤指令，舒适感等。
结论
经过紧张、忙碌的两个月的努力，我终于完成了本次设计。
在分析处理随机信号逻辑关系的基础上，指出了PLC的编程方法，设计了一套完整的电梯控制系统方案。
本论文设计简单，只用几个按钮就可以实现对电梯的控制，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。
电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，采用LED和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示。
我感觉通过这次设计活动，我的最大收获是了解了一种设计思想，认识了一个新的设计世界，这种设计思想要求设计者对自己的设计目的要有一个清晰
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