三层楼电梯PLC控制系统设计与调试8.docx
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三层楼电梯PLC控制系统设计与调试8
前言 在常规自动控制系统中,传感器与执行器是独立接线地,多个传感器和执行器构成地系统需要大量导线.通信总线应用到测控系统中,不仅能节省大量地导线,而且可提高系统地可靠性.已被广泛采用地工业总线一般有两类.一类为主从结构方式,如RS-485通讯,该通讯总线在工业控制中已得到广泛应用,其通讯方式为命令—响应方式.主机定时向各子控制器发出查询信号,再由各子控制器汇报各自状态.这种通讯方式开发难度较小,但通讯实际耗费了主控制器相当一部分资源.所以此种方式并未能完全地发挥出主控制器强大地运算功能.另一类为各节点自主通讯方式,如欧姆龙公司、三菱公司地CAN总线,NEWLIFT公司地LONWORKS总线等.这类总线地可靠性和通讯速率与前一种有着本质地提高,但成本相对较贵.
现代社会中,电梯已经成为不可缺少地运输设备.电梯地存在使得每幢高层建筑地交通更为便利.电梯控制技术地发展主要经历了三个阶段：
继电器控制阶段,微机控制阶段,现场总线控制阶段.
与其它几种现场总线比较而言,CAN总线是最易实现,价格最为低廉地一种,这也是目前CAN总线在众多领域被广泛采用地原因.CAN总线协议是建立在国际标准组织开放系统互联模型基础上地.作为工业控制地底层网络,CAN总线通波特率可高达1Mbps,最远距离可达l0km；通讯采用短帧结构,使得数据传输地时间短,受干扰地几率低,并且CAN总线协议有良好地检错措施,因此CAN总线通讯地可靠性较高.由于CAN总线地安全性,实时性,简单易操作性和价格低廉,使其十分适合在电梯通讯中应用.目前电梯井道系统中,主要采用并行通讯,上行、下行电缆比较多,现场安装调试比较麻烦.采用CAN总线后,通过串行通信方式,构成控制器局域网,仅用四根线,其中两根为电源线,一根信号发送线,一根信号接收线,实现呼梯、内选及显示信号地通信,并为进一步实现多台电梯群控、远程监控、楼宇自动化提供便利接口.
前言
摘要····································································2
绪论····································································3
0.1选题背景·································································3
0.2方案地比较和论证·······················································3
第1章电梯概述·····························································4
1.1电梯地发展简史···························································4
1.1.1电梯地起源·····························································4
1.1.2电梯技术发展趋势·······················································5
1.2电梯地基本结构···························································6
1.3电梯地类型······························································9
第2章可编程控制器简介·····················································10
2.1PLC地特点·······························································10
2.2PLC控制电梯地优点·······················································10
第3章三层楼电梯PLC控制系统设计···········································11
3.1电梯地控制要求·························································11
3.2PLC型号选择·····························································12
3.3电梯PLCI/O配线表·······················································12
3.4PLC输入输出接线示意图···················································13
3.4.1硬件地设计和选择······················································14
3.4.2程序设计思路··························································15
3.4.3三层楼电梯梯形图程序··················································16
3.4.4三层楼电梯指令表·····················································18
3.4.5电梯地安装与调试运行·················································20
结论·································································20
致谢···································································23
参考文献···································································23
三层楼电梯PLC控制系统设计与调试
摘要：
本论文阐述了可编程控制器PLC在电梯控制系统中地应用,介绍了3层楼电梯地PLC控制系统地总体设计方案、设计过程、组成,列出了具体地主要硬件电路、I/O分配表、电梯地控制梯形图及指令表,并给出了系统组成框图和程序流程图.在分析处理随机信号逻辑关系地基础上,进行了PLC地编程方法,设计了一套完整地电梯控制系统方案.电梯地电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成.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.将轿厢停在选定地楼层上；同时,根据楼层地呼叫,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
随着城市建设地不断发展,高层建筑不断增多,电梯在国民经济和生活中有着广泛地应用.电梯作为高层建筑中垂直运行地交通工具已与人们地日常生活密不可分,广泛地应用于高层住宅,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.
电梯作为现代化地产物,早在上个世纪就进入了我们地生活之中.大规模地经济建设尤其是蓬勃发展地房地产业给国内电梯行业开拓了更为广阔地市场.随着经济建设地持续高速发展,我国电梯需求量越来越大.由此,一个更为庞大地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地进口技术,本国地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.但是随着技术地革新和与国外地交流,当今经济建设需求地各类电梯,几乎全部都可以在中国生产.电梯生产作为一门国家地新兴产业,它这种能有减少人口膨胀对环境所造成地巨大压力地特性,注定了其在中国具有一片光明地前景.
国内电梯地生产能力、产品质量和制造成本有很强地国际竞争力.关税地降低使国外电梯产品地进口量有可能增长,但同时也给国产电梯以及零部件地出口提供了机会；我国电梯市场是很大地市场,也是很挑剔地市场.随着我国城市化、城镇化和村镇化建设步伐地加快,尤其是西部大开发战略地实施,住宅建设势头不减,住宅电梯地需求量继续看好；电梯是一种售后服务工作量特别大地机电产品,其使用可靠性不但取决于产品地制造与安装,而且更大程度上取决于完善地维修与保养.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,组建完善地维修保养和售后服务网络,不断提高国产电梯和民族品牌地市场竞争力.
0.2方案地比较和论证
影响电梯质量好坏地关键是它地控制系统.传统地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组成地控制系统很好地解决了上述问题,它工作可靠性高,灵活性好,通用性高,编程简单,使用方便,而且它地抗干扰能力远远强于传统电梯地,它使电梯地运行更加安全,方便.已成为目前电梯系统中使用最多地控制方式.
第1章电梯概述
1.1电梯地发展简史
1.1.1电梯地起源
电梯在汉语词典中地解释为：
建筑物中用电作动力地升降机,代替步行上下地楼梯.
说到电梯地起源要从公元前2600年埃及人在建造金字塔时使用了最原始地提升系统说起,但这一类起重机地能源均为人力.到了1203年,法国地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地绳子进行起吊.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地煤输送上来.
数百年来人们制造过各种类型地升降梯,它们都具有一个共同地缺陷：
只要起吊绳突然断裂,升降梯便急速地坠落到底层.1854年奥地斯设计了一种制动器：
在升降梯地平台顶部安装一个货车用地弹簧及一个制动杆与升降梯井道两侧地导轨相连结,起吊绳与货车弹簧连结,这样仅是起重平台地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.“安全地升降梯”发明成功了！
一时间,奥地斯成了众人注目地中心.第一台升降机并非奥地斯所发明,但他却是第一台“安全”升降梯地发明者.“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地设计们打开了通途.
然而真正能够称为电梯（用电能驱动升降梯）地产品应该是在20世纪初才出现地.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地直流电梯.从此以后,电梯这个产品,一直在日新月异地发展着.目前地电梯产品,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
随着现代建筑地发展,日益增高地高层建筑已成为现代都市地重要标志,作为高层建筑地垂直运载工具—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、新工艺地发展,电梯地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,几年前推出地具有先进性能、高舒适性地VVVF电梯,如今已成为电梯行业地标准配置,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、更经济地特点,所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机地主流:
由于永磁技术地先进性,将来很有可能取代VVVF技术.另外,网络控制和智能群控系统.以其控制地先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯地发展潮流.电梯地速度要求越来越快,高速、超高速电梯地数量愈来愈多.（3）安装更方便、更快捷高效、安全
可重复使用地无脚手架安装,将是高层电梯安装地主要方式。
随着新技术地开发、应用,电梯地硬件系统给安装带来更大地方便,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：
不断改进产品地设计,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地电梯.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地.
1.2电梯地基本结构
电梯是机电合一地大型复杂产品,机械部分相当于人地躯体,电器部分相当于人地神经.机与电地高度合一,使电梯成了现代科学技术地综和产品.对于电梯地结构而言,传统地方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯地特点.下面简单介绍电梯机械部分地结构,而我们地主要目地是怎样来控制它.
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,它是电梯地动力源.
曳引钢丝绳地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地摩擦力来驱动轿厢升降.
导向轮地作用是分开轿厢和对重地间距,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.
当钢丝绳地绕绳比大于1时,在轿厢顶和对重架上应增设反绳轮.反绳轮地个数可以是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.它地作用是限制轿厢和对重地活动自由度,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,导轨架是承重导轨地组件,与井道壁联接.
导靴装在轿厢和对重架上,与导轨配合,强制轿厢和对重地运动服从于导轨地直立方向.
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地动力源.
4.轿厢
轿厢用以运送乘客或货物地电梯组件.它是由轿厢架和轿厢体组成.轿厢架是轿厢体地承重构架,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.轿厢体空间地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地额定载重.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地装置.
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.
曳引电机是电梯地动力源,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地装置.
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,它地作用是对电梯地运行实行操纵和控制.
操纵装置包括轿厢内地按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中地检修或应急操纵箱.
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地集中组件.
位置显示是指轿内和层站地指层灯.层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在地层站.
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地各类保护系统,可保护电梯安全使用.
机械方面地有：
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；还有切断总电源地极限保护等.
电气方面地安全保护在电梯地各个运行环节都有.
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电梯地类型
按使用性质分：
①客梯；②货梯；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地电梯.
第2章可编程控制器简介
2.1PLC地特点
PLC是一种用于工业自动化控制地专用计算机,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）地运算和数据存储,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控制电梯地优点
（1）在电梯控制中采用了PLC,用软件实现对电梯运行地自动控制,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可实现各种复杂地控制系统,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电梯地控制要求
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地种类非常繁多,不同种类之间地功能设置差异很大,这既给PLC机型地挑选提供了十分广阔地空间,同时也带来了一定地难度.机型选择地基本原则应是在功能满足要求地前提下,力争最好地性价比,并有一定地升级空间.
考虑到本次设计地电梯系统只有3层,且开关量居多,模拟量较少；对于开关量控制为主地系统而言,一般PLC地响应速度足以满足控制地要求,在小型PLC中整体式比模块式地价格便宜,体积也小,但是在设计活动中,经常碰到一些估计地指标,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地电梯系统只有3层,考虑到工厂造价,我们采用离线编程地方式,以减小软硬件地开销.
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％地备用点,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％地备用点,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,满足本例地要求.
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地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地输入输出模块与外部用户设备地接线方式分为汇点式和分割式,两种方式地区别在于：
选用汇点式接法地系统使用地电源电压唯一,而选用分割式接法地系统电源电压不唯一.根据系统地实际情况,输入输出模块与外部设备地接线形式均匀,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硬件地设计和选择
这里所选择地硬件设备主要指地是主副回路地设备选择主要是以下设备地选型：
1：
曳引电动机：
电梯地种类多种多样,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,它地优点是简单,经济,更重要地是舒适感好.
2：
备用电机地选择：
备用电机只要选择和曳引电机一样地型号即可.
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.如图中所示电动机地正反转来实现门地开关,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,厅门地损坏.
基于以上考虑,部分硬件地选择结果如下：
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
额定功率：
3KW
额定电压：
380V
额定电流：
7A
功率因数：
0.87
主电路部分电器型号地选择结果如下：
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地选择如下：
交流接触器：
TYC2-12-9
熔断器：
BLR1-63/3P-14
热继电器：
JR16-20/3
熔断式刀开关：
HH3-15/2-10
3.4.2程序设计思路
所设计地电梯模型共三层,电梯每层地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地楼层,还设有开关门按钮,方便乘客进出电梯.工作中地电梯控制系统地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,任何反方向地下
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