基于PLC的电梯控制系统设计.docx

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河南科技学院

2009届本科毕业论文（设计）

论文题目：

基于PLC的电梯控制系统设计

学生姓名：

贾学军所在院系：

机电学院

所学专业：

机电技术教育导师姓名：

王玉萍

完成时间：

2009年5月20日

摘 要

随着社会的发展，电梯的应用越来越被企、事业单位、大型超市等场所普及，而它的安全、可靠性确备受观注。

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。

关键词：

PLC,电梯控制系统,可靠性

PLC-basedelevatorcontrolsystemdesign

Abstract

Withthedevelopmentofsociety,theelevatorareappliedbyenterprises,institutions,largesupermarketetcpopularizationwidely,itistheviewofsafetyandreliability.Programmablelogiccontroller（PLC）isageneralautomaticcontroldeviceasthecoreofacomputertechnology,itsstrongfunction,highreliability,simpleprogramming,easytouse,smallsize,applyingPLCtoelevatorcontroltoovercometheelevatorcontrolcircuitcomplexity,bigvolume,difficulttomaintainandhighdefects.itobtainedverybigimprovementtoelevatorcontrolsystemofthesafetyandreliability.

Keywords:

ElevatorControlSystem,PLC,Reliability

目 录

1绪言 6

2控制系统方案设计 6

2.1PLC控制系统与其他控制方式的比较 6

2.1.1PLC控制系统与继电器控制系统的比较 6

2.1.2PLC控制系统与计算机控制系统比较 8

2.2电梯控制系统方案设计 9

2.3电梯控制系统原理框图设计 9

2.4电梯控制系统硬件结构框图 9

3电气控制部分 10

3.1交流双速电梯的主电路 10

3.2电梯的主要电气设备 11

3.2.1曳引电动机 11

3.2.2自动门机 11

3.2.3层楼指示 11

3.2.4呼梯盒 12

3.2.5操纵箱 12

3.2.6平层及开门装置 12

3.2.7停层装置 13

3.2.8开关装置 13

4PLC控制部分 14

4.1PLC的选择 14

4.2输入/输出电路的设计 15

4.2.1PLC的电源控制电路 15

4.2.2输入设备 15

4.2.3输出设备 15

4.3梯形图设计 16

4.3.1开门环节 16

4.3.2电梯的关门环节 18

4.3.3开关门保护及故障显示电路 19

4.3.4层楼信号的产生与清除环节 19

4.3.5内选信号的登记、消除和显示环节 20

4.3.6外呼信号的登记、消除和显示环节 20

4.3.7电梯的定向环节 21

4.3.8停层信号的产生和消除环节 22

4.3.9停车制动环节 23

4.3.10自动运行时启动加速和稳定运行环节 24

5结论 25

谢辞 26

参考文献 27

1绪言

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。

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,它必须具有高度的安全性与科学性,因此它的控制系统就受到了广泛的关注。

早期的国产电梯控制系统中,电梯信号的逻辑控制一般是由继电器电路来实现的。

继电器控制系统故障率高,降低了电梯的运行可靠性与安全性。

传统的继电器控制方式已经被计算机控制方式所代替,其控制方式有:

单片机控制、单板机控制、单微机控制、多微机控制以及可编程序控制器（PLC）控制等多种方式。

其中单片机控制具有成本低,通用性强等优点,但它不适于较复杂的控制算法和故障诊断等要求;微机控制的配件使系统设计和调试更加复杂,它必须具有相应的大型开发系统,这无疑会增加电梯的成本,因此对于一个小型的电梯控制系统利用PLC进行控制将是一个最佳的选择。

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

继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。

但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、

可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。

可编程序控制器（PLC）最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。

鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制所代替。

同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。

因此，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。

电梯继电器控制系统的优点：

所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握；系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器；大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜；多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，己形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。

但是，电梯继电器控制系统存在很多的问题：

系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高；普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高；电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高；系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大；由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高，而且检查故障困难，费时费工。

电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧，且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。

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。

PLC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。

为便于比较PLC控制系统与继电器控制系统优缺点现列表如下，详见表2-1。

比较项目

控制功能

继电器控制系统

PLC控制系统

有许多继电器，采用接线的方式来完成控制功 各种控制功能通过编制的程序来实现

表2-1PLC控制系统与继电器控制系统

实现

对控制要求变更适应性

控制速度特殊功能安装，施工

可靠性

能

适应性差，需要重新设计，改变继电器和接线

适应性强，只需针对程序进行修改

低，靠机械动作实现

一般没有

连线多，施工繁差，触点多，故障多

寿命

可扩展性维护

短

困难

工作量大，故障不易查找

极快，靠微处理器进行处理

有

安装容易，施工方便

高，因元器件采取了筛选和抗老化等可靠性措施

长容易

有自诊能力，维护工作量小

从表2-1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，实时性强，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，技术水平较高，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，缩小体积，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2-2。

比较项目

工作目的工作环境工作方式系统软件

采用的特殊措施

编程语言

通用计算机系统

科学计算

对工作环境要求高中断处理方式

需配备功能较强的系统软件

掉电保护等一般性措施

对操作人

员的要求

汇编语言，高级语言，如BASIC，C

等

需专门培训，并具有一定的计算机基础

PLC控制系统

工业自动控制

对工作环境要求低，可在恶劣的工业现场工作循环扫描方式

一般只需简单的监控程序

采用多种抗干扰措施，自诊断，断电保护，可在线维修

梯形图，助记符语言，SFC标准化语言

一般的技术人员，稍加培训即可操作使用

表2-2PLC控制系统与通用计算机系统的比较

对内存的要求

价格其他

容量大

价格高

若用于控制，一般需自行设计

容量小

价格低

机种多，模块种类多，易于集成系统

从表2-2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电梯控制系统方案设计

本设计通过多种方案的比较和参照，可看出PLC控制具有显著的优点：

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；可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能；可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性和可靠性，并便于检修；用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。

综上所述，本设计采用PLC控制。

2.3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

2.4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。