基于三菱PLC的四层电梯控制系统方案.docx

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基于三菱PLC的四层电梯控制系统方案

电气工程系2012毕业设计

四层电梯的控制系统设计

Thefourflooroftheelevatorcontrolsystemdesign

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摘要

随着科学技术的发展，。

更新换代生产更新型的电梯，电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动近年来我国的电梯生产技术得到了迅速发展，一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。

目前电梯控制系统主要有三种控制方式：

继电路控制系统（早期安装的电梯多位继电器控制系统）、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。

而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。

关键词PLC；电梯；控制系统；设计

Abstract

Alongwithscience'sandtechnology'sdevelopment,therecentyears,ourcountry'selevatorproductiontechnologyobtainedtherapidlyexpand.Someelevatorfactoryunceasinglyisalsoimprovingthedesign,therevisioncraft.Therenewalproductionrenewal'selevator,theelevatormainlydividesintothemechanicalsystemandthecontrolsystemtwomajorparts,alongwiththeautomaticcontroltheoryandmicroelectronictechnology'sdevelopment,elevator'sdraggingwayandthecontrolmethodhashadtheverybigchange,theexchangevelocitymodulationisthecurrentelevatordraggingmaindevelopmentdirection.Atpresenttheliftcontrolsystemmainlyhasthreecontrolmodes:

Followingelectriccircuitcontrolsystem（“earlyinstallmentelevatormanyblack-whitecontrolsystem）,PLCcontrolsystem,microcomputercontrolsystem.Becausetheblack-whitecontrolsystemthefailurerateishigh,thereliabilityisbad,controlmodenotnimbleaswellasconsumedpowerbigandsoonshortcomings,atpresenthasbeeneliminatedgradually.

KeywordsPLC,elevator,controlsystem,design

1绪论

课题研究目的和意义

自1889年美国奥迪斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。

如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；而且作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。

由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收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。

可编程控制器既保留了继电器控制系统的简单易懂、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、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应用[1]。

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC在工业控制领域得到十分广泛地应用。

PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。

电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。

多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯；百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯。

在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样，成为人类不可缺少的交通运输工具。

据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。

当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。

追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前236年的古希腊。

当时有个叫阿基米德的人设计出人力驱动的卷筒式卷扬机。

1858年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而有在英国出现水压梯。

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4~6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[13]。

电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。

PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。

高校中关于PLC教学实验的中等模型较少，为此，自行设计并制作了专用4层集选电梯。

此电梯模型所采用的类型为三菱FX2C。

PLC程序设计采用模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则设计各个功能模块。

设计的程序要求完成电梯自动运行功能如：

选外召唤信号的登记、消号、到层自动开门、延时自动运行等。

1.1PLC在电梯系统的应用现状与发展趋势

随着我国经济的发展，城市中涌现出越来越多的高层建筑，而与之配套的电梯已成为人们日常生活中不可缺少的工具。

同时，由于城市老龄化问题日益突出，多层建筑同样也有使用电梯的要求。

而目前，国中小电梯厂商大多采用继电器控制或微机控制方法实现对电梯的控制，前者硬布线的逻辑控制方式具有原理简单、直观等特点，但通用性差，逻辑系统由许多触点组成，接线复杂、故障率高、设备庞大，现已慢慢淡出市场；后者在工业控制系统中的应用十分广泛，在电梯控制上取代传统的继电器控制方式慢慢受到人们的重视。

根据电梯的功能要求，微机控制电梯的方式主要分为4种：

单微机控制方式，双微机控制方式，三微机控制方式，群控电梯的微机控制方式。

单微机控制方式又分为2种，即单板机控制方式和单片机控制方式；双微机控制方式由控制系统CPU和拖动系统CPU以及部分继电器组成整个电梯的控制系统，可以实现起制动闭环、稳速开环控制，也可以实现全闭环控制；三微机控制方式也称为多微机控制方式，以三菱的VFCL系统为例，它采用三个CPU来控制电梯，整个系统由三部分组成：

DR-CPU驱动部分、CC-CPU控制和管理部分、ST-CPU串行传部分，VFCL系统的驱动部分采用VVVF方式对曳引机进行速度控制，控制部分主要对选层器、速度图形和安全检查电路三方面进行控制；群控方式使用的微机数量根据方式的不同也有所不同。

但是由于微机控制的可靠性不高，容易发生故障，从而使电梯难以达到用户希望的安全、稳定、可靠等要求[2]。

PLC自问世以来，以其高可靠的特点在工业自动化领域获得广泛的应用。

近年来，随着超大规模集成电路技术和通信技术的进步，PLC的性价比逐年提高，使用PLC控制电梯，是一种投资小、见效快、可靠性高的好方法[2]。

1.1.1PLC的用途

PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。

但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降,使PLC的成本下降,同时又由于PLC的功能大大增强,使PLC的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业[6-9]。

PLC的应用通常可分为五种类型：

（1）顺序控制这是PLC应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。

PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。

如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。

（2）运动控制PLC制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。

在多数情况下，PLC把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。

每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。

相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。

（3）闭环过程控制PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。

PID（ProportionalIntergralDerivative）模块的提供使PLC具有闭环控制功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。

当过程控制中某一个变量出现偏差时,PID控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定值上。

（4）数据处理在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。

著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。

为了实现PLC和CNC设备之间部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。

通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC设备使用。

美国GE公司的CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC。

预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。

（5）通信和联网为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。

作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。

1.1.2PLC的工作原理

PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。

微机一般采用等待命令的工作方式。

PLC则采用循环扫描工作方式。

在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。

如此周而不断循环。

每一个循环称为一个扫描周期。

一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。

所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。

这实际是将存入输入、输出状态的寄存器容进行了一次