基于plc的电梯控制设计本科论文.docx
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基于plc的电梯控制设计本科论文
泰山学院
本科毕业设计
基于PLC的电梯控制设计
所在学院机械与工程学院
专业名称机械设计及其制造自动化
年级二〇一〇级（3+2）
学生姓名、学号
指导教师姓名、职称
完成日期二〇一二年五月
摘要
随着我国科技与经济的进步，电梯逐渐融入我们的日常生活与工作当中。
它不仅仅是高层建筑里的必备设施，在多层建筑里也是不可缺少的垂直运输工具。
电梯的控制系统已由初期的继电控制向微机控制发展。
可编程控制器由于具有可靠性高，功能强大等特点已经成为电梯微机控制系统的核心。
本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器PLC对机器进行全过程控制。
可编程控制器（PLC）是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置。
它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,将PLC应用于电梯控制，克服了继电器控制的控制线路复杂、体积大、故障率高、难于维护等缺点，电梯控制系统的安全性、可靠性得到了很大的改善。
整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层、起动、自动控制。
其机构简单、运行效率高、平层精度高，易于理解与掌握
关键词:
电梯；控制系统；可编程控制器
ABSTRACT
AsChina'stechnologicalandeconomicprogress,theelevatorgraduallyintegratedintoourdailylivesandworkthem.Itisnotjusthigh-risebuildinginthenecessaryfacilities,inthemulti-storeybuildingsintheverticaltransportisessential.Elevatorcontrolsystemfromtheinitialdevelopmentofrelaycontroltocomputercontrol.Programmablecontrollersashighreliability,powerfulfeaturessuchascomputercontrolsystemshavebecomethecoreoftheelevator.ThecontrolunitusingtheMitsubishiPLCprogrammablecontrollercontrolsthewholeprocessofthemachine.Programmablelogiccontroller（PLC）isageneralautomaticcontroldeviceasthecoreofacomputertechnology,itsstrongfunction,highreliability,simpleprogramming,easytouse,smallsize,applyingPLCtoelevatorcontroltoovercometheelevatorcontrolcircuitcomplexity,bigvolume,difficulttomaintainandhighdefects.itobtainedverybigimprovementtoelevatorcontrolsystemofthesafetyandreliability.
TheentiresystemthroughthePLC,logiccontrolcircuitoftheelevatorlift;acceleration,deceleration;flatlayer,starting,automaticcontrol.Theorganizationissimple,highefficiency,highprecisionleveling,easytounderstandandmast
Keywords:
elevator;controlsystem;programmablecontroller
1引言
电梯是一种大型机电产品,作为一种现代的运输工具已广泛的进驻到人们的生活中。
在我国的比较前期的国产电梯控制系统中，是通过继电器电路来实现电梯信号的逻辑控制。
因为这个控制系统安全性比较差，这就造成了很多故障。
从而使得电梯运行的安全与可靠性差，发生一系列的事故。
传统的继电器控制已取代电脑控制，控制方法：
单片机控制，单板机控制，和可编程控制器（控制器）控制等。
单片机控制的优点是价格低，适用性特别好等优点，不过它不适合复杂的控制算法和故障诊断等方面的要求；微机控制系统的设计和调试的配件更复杂，它必须有相应的大开发系统，这无疑将增加电梯花费，所以一个小的电梯控制系统采用可编程控制将是最好的选择。
所以可编程控制器讲会逐步取代继电器控制成为电梯控制的主流。
1.1电梯的产生及发展
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。
为了克服这一个缺陷科学假设极了一种专门的制动设施。
当绳子断裂时弹簧会将拉力减弱，制动杆接触从而将平台固定避免下坠。
“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。
奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。
从那以后，升降梯在世界范围内得到广泛应用。
1889年12月，美国奥的斯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。
1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。
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。
二十世纪以来，经济的发展带动了一系列的变化。
各种建筑物规模也越来越大。
人对电梯的利用也更加普遍。
所以从安全效率等方面对电梯的要求越来越高。
进而对电梯的静态和动态性能有了更多要求，比如调速精度、调速范围。
工程建筑方面交流电的到了普遍的应用，然而在很多方面它在调速系统的某些性能不能达到要求。
后来才用了直流电动机组调速系统，更高水平的满足了电梯调速的要求。
从二十世纪前期，各种建筑电梯货梯等设施都是通过直流调速系统来实现的电力拖动，技术水平的不断进步先后产生了自动扶梯技术、电梯自动平层控制系统、高速电梯以及晶闸管在电梯拖动系统中的应用。
随着电力电子技术的发展，在用晶闸管取代直流发电机——电动机组的同时，研制出了交流调压调速系统，是交流电梯的调速性能得到改善。
二十世纪后半叶，随着微处理器的诞生，也使得其在电梯领域得到了广泛的应用，超高速电梯的问世带来了很大的便利以及电梯技术的飞跃发展。
电梯控制技术的不断发展让电梯控制趋于完善，适应能力更强。
也出现了交流变频调速系统。
慢慢的交流变频调速系统深入到了各种中、高、低速调速系统中。
也是的电梯技术趋于当代话。
当前，在电梯电力拖动方面，除了大容量电梯还采用直流拖动系统以外，用交流变频调速方式取代直流调速方式，已成为高速电梯的主流。
1.2本文的研究内容、目的与意义
当代社会，电梯的生产情况与技术水平从一定程度上反应一个国家的科学技术水平和国家的现代化。
生活节奏的加快经济的增长，迫使电梯在现代化社会中得到迅猛发展。
在很多发达的地区国家电梯的使用已经非常的普遍。
世界上最大的电梯生产企业，比如奥梯斯公司和三菱公司。
早期的继电器控制接触器控制存在很多的缺陷，功能也太弱造成很多事故和故障。
而且使用寿命非常短，可编程序控制器（PLC）来控制电梯，可以说是发展的又一个趋势。
可编程序控制器克服了很多继电器控制的缺陷，从而使得货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。
本设计的目的就在于用PLC代替传统的继电器接触控制逻辑电路，充分利用PLC的优点和交流变频变压调速系统，通过串行通讯和远程监控使货梯的实际运行更加的安全、高效。
设计内容包括电梯的拖动和控制技术，货梯控制系统的软硬件设计（梯形图程序设计），系统通讯，货梯的监控等组成部分。
研究意义：
可编程序控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统功能非常强大，因此得到了广泛的应用。
此外采用PLC控制的电梯使其可靠性变高、维护方便、开发周期短，这样电梯的控制更加安全舒适人性化。
而且灵活性能增强，是电梯向着更全面的方向发展。
可以控制非常复杂的控制任务。
继电器控制无法实现这一点。
也就突出了本文的研究意义。
电梯的主要控制系统有继电路控制、单片机控制、单板机控制、PLC（可编程逻辑控制器）控制、微机控制几种形式。
继电器控制系统存在故障率高、可靠性差、控制方法不灵活，以及功耗大等一些缺点，这些缺点，注定着它被淘汰；计算机控制系统，虽然有一个强大的智能控制功能，但其抗干扰性非常差，系统设计也非常复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术；由于PLC控制系统具有可靠性、维修方便、抗干扰能力强、设计和调试周期短等特点，所以该控制方法是最常用的控制方法。
可编程控制采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出控制各种类型的机械设备或生产过程。
通过可编程控制器可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且最主要的是可编程控制器的“可编程”功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可，而不需要像继电器控制系统那样改变硬件和接线。
1.3国内外电梯的发展情况
经济不断发展，电梯在国内外也得到不断发展作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，已经成为我们人类日常生活的一个不可缺少的组成部分。
改革开放以来随着我国建筑业的蓬勃发展，电梯需求量持续增加造就了我国电梯行业的空前繁荣。
我国的电梯行业已经具有了很强的竞争能力和生产规模。
改革吸引了很多国际上知名的公司美国奥的斯、德国蒂森、同本三菱、只立、富士达等公司的先进的技术和他们的管理经验。
对我国经济的发展产生了巨大的推动作用。
自1985年我国参加了国际标准化组织ISO／TCl78以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。
标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。
许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。
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。
随着技术的进步计算机的应用在各个控制领域得到更多的发展，慢慢取代继电气控制已经得到了大部分人的认同。
微型计算机具有算术运算功能和灵活的逻辑运算功能，因此可以实现更完善的自动控制。
国外电梯技术发展十分迅速而且技术一直领先于我国。
美国的电梯技术主要是以OTIS为主的电梯技术其中包括加拿大，美国技术始终保留先进技术，所以从没有将最先进的电梯技术在世界各国应用，欧洲电梯技术是国际上比较先进的技术其特点是耐用安全，一般寿命在二十五年。
加上欧洲人的市场先导性好，在全球得到普遍的合资合作，使欧洲电梯技术成为国际通用技术。
国际电梯的标准就是以它为主。
中国电梯技术学习各国技术的特点及长处，也有了独自的体系特点。
得到了比较全面的发展。
使用微型计算机控制，它成本低，体积小，可靠性高，使用寿命长，简化了安装调试工作，使得电梯控制系统体积减小，节省能源、可靠性提高。
总之，与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距,但国内电梯技术正以迅猛的发展速度赶超世界先进水平。
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，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。
在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。
随着科技的进步，电梯的另一个要求也更加明显，实现电梯的绿色发展也更加重要。
要实现“绿色”，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。
2控制系统方案设计
2.1PLC控制系统与其他控制方式的比较
2.1.1PLC控制系统与继电器控制系统的比较
可编程序控制器逐渐的取代继电气控制已经成为了一种趋势，它是根据顺序逻辑控制的原理和需求产生的。
是一种数字运算操作的电子系统装置。
可以应用在工业环境中。
因为它独特的优点，现在正逐渐的代替继电气控制方式。
成为现在比较先进舒适安全的电梯控制技术。
此外由于电机交流变频技术的日趋成熟电梯拖动技术已经开始舍弃之前的技术，过度成为交流变频调速。
所以，现代电梯行业的一个突出特点是可编程序控制器技术与交流变频调速技术的渗透发展。
电梯控制系统的最早的方法之一就是继电器控制系统，技术条件的限制使得继电器控制持续了相当的一段时间，并且现在依然存在很多。
不过随着技术的相互渗透和发展以及计算机技术的普及。
人们对电梯安全的要求越来越多。
这就使得继电器控制暴露出非常多的缺陷。
它的局限性也越来越明显。
不过电梯继电器控制系统也有它的优点。
电梯继电气控制系统的全部控制功能及信号的处理方式都是通过硬件来实现的。
它的线路特别的简单直接，有利于学习理解，可以比较简单的掌握它的技术。
这种电梯在我国应用非常广泛，我国多年来对这种电梯技术的运用已经趋于完美，技术成熟，运用广泛，已经形成了我们独特的系列化标准。
相反，优点也可能产生负面的作用。
继电气控制在电梯方面存在非常多的问题。
比如说通过硬件控制就会造成空间上的复杂，出点过多出现错误，接线线路太复杂。
而且硬件设备过多会产生很多方面的故障。
这种控制方式很难实现非常复杂的控制功能。
使得控制功能单一，很难在技术水平上有很大的突破。
同时故障多对人的安全造成了很大的威胁。
电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成物质损失还会造成人身伤害。
可编程序控制器电梯控制的优点，可编程序控制器是通过软件控制电梯的自动控制，程序控制是它的安全性及可靠性大大的提高。
不需要大部分的继电器设备控制系统简单明了，线路清晰。
直观美观。
非常复杂的电梯控制也可以通过可编程序控制器来控制，只要把程序设定好，过程将很简单、安全、可靠。
还可以通过设定实现系统的反馈与报警，以便及时的维修和修复。
特别是当有改动时只需要更改设计方案和程序，不用改动硬件设备。
为便于比较PLC控制系统与继控电器制系统优缺点现列表如下，详见表1。
表1PLC控制系统与继电器控制系统
比较项目
继电器
PLC
对控制功能
实现
继电器多，接线的方式来完成控制功能
通过编制的程序来实现
对控制要求变更适应性
适应性弱，需要重新设计，改变继电器和接线
适应性好，只需针对程序进行修改
控制速度
很低，靠机械动作实现
很快，靠微处理器进行处理
特殊功能
一般没有
有
安装，施工
施工繁，连线多
安装容易，施工方便
可靠性
差，触点多，故障多
好，因元器件采取了筛选和抗老化等可靠性措施
寿命
很短
比较长
可扩展性
很困难
非常容易
维护
工作量大，故障不易查找
有自诊能力，维护工作量小
从表1可以看出，PLC控制系统具有继电器控制系统无法比拟的优点，因此传统的继电器控制系统将逐渐被PLC控制系统所取代是大势所趋。
2.1.2PLC控制系统与计算机控制系统比较
计算机控制系统在工业控制领域中，其主机一般采用能够在恶劣工业环境下可靠运行的工控机。
工控机有通用微机应用发展而来，在硬件结构方面总线标准化程度高，品种兼容性强，软件资源丰富，能提供实时操作系统的支持，故对要求快速，模型复杂的工业对象的控制占有优势。
但是，它的使用和维护要求工作人员应具有一定的专业知识，且工控机在整机水平上尚不能适应恶劣工作环境。
可编程控制器对此进行了改进，变通用为专用，有利于降低成本，提高可靠性等特性，更适应过程控制的要求。
PLC控制系统与计算机系统比较见表2。
表2PLC控制系统与通用计算机系统的比较
比较项目
通用计算机系统
PLC控制系统
工作目的
科学计算
工业自动控制
工作环境
对工作环境要求高
对工作环境要求低，可在恶劣的工业现场工作
工作方式
中断处理方式
循环扫描方式
系统软件
需配备功能较强的系统软件
一般只需简单的监控程序
采用的特殊措施
掉电保护等一般性措施
采用多种抗干扰措施，自诊断，断电保护，可在线维修
编程语言
汇编语言，高级语言，如BASIC，C等
梯形图，助记符语言，SFC标准化语言
对操作人
员的要求
需专门培训，并具有一定的计算机基础
一般的技术人员，稍加培训即可操作使用
对内存的要求
容量大
容量小
价格
价格高
价格低
其他
若用于控制，一般需自行设计
机种多，模块种类多，易于集成系统
从表2可见，在控制功能方面，PLC与通用计算机相比，工作更稳定可靠，而且编程简单，使用方便，应用设计和调试周期可大大缩短，加之又能在恶劣的工业环境下和强电一起工作，容易实现机电一体化。
2.2电梯控制系统原理框图设计
电梯控制系统原理框图如图1所示，主要由轿箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。
图1电梯控制系统原理框图
2.3电梯控制系统硬件结构框图
系统由曳引机构、开、关门机构、轿厢、控制系统等组成，如图2所示。
曳引
图2电梯控制系统硬件结构框图
系统的主要功能是输出和传递动力，使电梯运行。
门系统的功能是封住层站入口和轿厢人口。
而轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的主要工作部分。
3可编程控制器的简介
3.1PLC的定义、产生和发展
可编程控制器（ProgrammableLogiccontroller，简称PLC），是以微处理器作为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。
具体的说，它是一种数字运算操作的电子系统，主要为工业环境所应用。
采用可以编程的存储器，用于它内部存储程序，执行顺序控制、逻辑运算、计数、定时与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
它的可靠性高、耐高温、耐冲击和耐振动等特点，已成为解决自动控制问题的最有效工具。
世界上首个可编程序控制器的出现，是由美国通用汽车公司提出，即美国数字设备公司研制出来的，把它用于了汽车生产控制，取得了非常好的成绩，此后PLC的发展掀起了历史的新篇章。
开始设计的目的是想取代继电器控制，在保留了原来继电器控制系统的优点外，同时满足现代化生产线的要求，控制精度高、可靠性好、效率高、控制程序、可更改工艺流程、易于与计算机接口、方便维修等特点[19-21]
第一台PLC具有可扩充、模块化等特性。
在一段时间内，PLC在各个部门得到了迅速的发展普及。
此外这种控制器的特色还在于安装容易，占用空间小，可重复使用。
它具有工厂通用的梯形图编程语言，尽管控制器编程有些复杂，即使不熟悉计算机的人也能更好的应用它。
70年代初，金属业和制造业等工业部门在利用PLC控制系统上迈出了一大步。
集成电路的出现时可篇程序控制器的发展产生很大变化。
微处理器和位片处理器也开始被使用。
它在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、扩大了输入输出规模。
这个时期由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列化的产品。
这时面向工程技术人员的编程语言发展也比较成熟了，出现了工艺人员使用的专门图形语言。
特别是在某些功能上，继电器控制不了的装置，PLC可以代替。
比如某些模拟控制装置，这是特别前端的。
与此同时，许多国家都陆续研制出了自己的PLC产品，我国比较晚一些，是在1974年开始研制的。
随着PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其它设备通讯、调度产生、生成报表、可诊断故障代码等。
在今天看来，这些都符合PLC对高质量高产出的要求。
尽管PLC功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的优势。
3.2PLC的发展趋势
PLC和继电器控制相比，有高可靠性、小体积、容易掌握、价格便宜等特点。
它作为工控机的一员，已成为许多工业国家自动化系统的基本电气控制装置。
据不完全统计，当今世界PLC生产厂家大约200多家，生产超过350个品种。
2007年销售额约为76亿美元，占市场份额的50%，2008年销售额约89亿美元，占工控机市场份额的62%，PLC继续保持上升的势头。
上世纪60年代末PLC在引入我国时，只适用于一些单一的控制，其功能也只是将操作接到离散量输出的接触器上，仅仅完成以继电器梯形逻辑的操作。
新产生的一代PLC其应用已经从开关量控制扩大到模拟量。
3.2.1向集成化方向的发展
控制领域，已成功地应用于航天、冶金、轻工等行业。
与此同时，PLC也面
临着其它行业工控产品的挑战，各厂家正采取措施不断改进产品。
提高控制系统的复杂性和难度性，使得PLC朝着集成化的方向发展，现在主要是PLC和PC集成、PLC和PID集成等等，这些都强化了网络化与通讯能力，值得一体的是以PC为基础的控制产品增长特别快。
PLC和PC集成，也就是将PLC、PC计算机及操作人员的人-机结合在一起，使PLC能够利用计算机丰富的资源，同时计算机也能与PLC的模块互存取数据。
计算机控制系统可以方便的编程与维护。
体系结构很灵活，以达到降低成本、提高生产率的目的。
3.2.2开放性转变方向
PLC虽然存在很多优点，也存在一些缺陷，编程大多为梯形图，但各个公司的组态、寻址、语文结构都不一致，使得各种不同版本的PLC很难兼容主要是其软、硬件体系结构是封闭而不是开放的，大部分PLC是专用总线、专用通信网络及协议。
为了改变这种现象，国际电工协会于颁布了《可编程序控制器的编程软件标准》，为各个PLC厂家编程的标准化实现了统一。
符合iec1131-3国际标准，开发以计算机为基础、在windows平台下的新一代开放体系结构正在开发中。
3.3可编程控制器的工作原理
PLC采用“顺序扫描、不断循环”的工作方式。
按照设计的控制要求编制好程序，并把它存于存储器中，当开始PLC运行时，CPU首先执行命令，按指令序号顺序地作周期性循环扫描工作。
如果没有跳转指令，那么它就从设置的第一条指令开始，逐条顺序执行用户设定的程序，直到程序结束为止。
然后重新返回第一条指令，开始下一轮的工作。
在每一次的扫描过程中，还要完成对输入信号的采集和对输出状态的刷新等工作，周而复始地进行下去。
PLC的扫描工作过程分为：
采集输入信号、程序执行和输出刷新三阶段，并进行周期性的循环工作。
1．采集输入信号，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行一次采集，并存入寄存器中，此时寄存器会因采集到信号被刷新。
接下来是进入程序处理阶段，在执行程序阶段时，即使输入
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