老饶毕业设计最终五层电梯PLC控制论文.docx
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老饶毕业设计最终五层电梯PLC控制论文
燕山大学
毕业设计（论文）
电梯PLC控制系统设计
学院电气工程学院
年级专业03级电力1班
学生姓名饶俊国
指导教师殷桂梁
专业负责人贾清泉
答辩日期2007年6月31日
燕山大学毕业设计（论文）任务书
学院：
030103030103系级教学单位：
电力工程系
学号
030103030103
学生姓名
饶俊国
专业班级
03级电力1班
课题
题目
电梯PLC控制系统设计
来源
自拟
主
要
内
容
电梯电器控制系统结构设计；PLC可编程序控制器应用方法；电梯PLC控制系统硬件设计；PLC控制系统程序设计。
基
本
要
求
1.遵守毕业设计期间的纪律，按时答疑；
2.独立完成设计任务，培养基本的科研能力；
3.设计说明书一份（不少于2万字），A0图纸一张；英文资料翻译不少于5千字；说明书要求条理清晰、文笔通顺，符合毕业设计撰写规范的要求；论文、图纸中的文字符号符合国家现行标准；
4.完成相关的实验，并反映在论文中，以附件的形式给出编写的程序清单。
参
考
资
料
1.《楼宇电气控制》，中国建筑工业出版社
2.相关科技论文
周次
1—4周
5—8周
9—12周
13—16周
17—18周
应
完
成
的
内
容
查阅资料
掌握电梯电气控制系统的基本原理
电梯控制系统电路结构设计；
掌握PLC基本原理
控制系统的PLC实现
编程和调试
论文撰写答辩
指导教师：
殷桂梁
系级教学单位审批：
说明：
如计算机输入，表题黑体小三号字，内容五号字。
本任务书一式二份，教师、学生各执一份。
摘要
PLC（ProgrammableLogicController）是一种可编程序的存储器，在其内部执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程的设备，是作为传统继电器的替代品而出现的。
随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。
它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。
电梯是高层建筑不可缺少的运输工具，用于垂直运送乘客和货物，采用PLC组成的控制系统可以使电梯运行更加安全、方便、舒适。
目前在电梯系统中已得到广泛应用。
在层数和控制功能较少的场合，采用PLC控制较为有利。
文章阐述了可编程控制器PLC在电梯控制中的应用。
主要介绍了5层电梯的PLC控制系统总体设计方案、设计过程、组成。
列出了具体的主要硬件电路、电梯的控制梯形图。
并给出了系统组成框图和程序流程图，在分析、处理逻辑关系的基础上，提出了PLC的编程。
关键词 电梯；控制系统；PLC；梯形图
Abstract
PLC（ProgrammableLogicController）isaprogrammabledepositstoragedevicesontheimplementationofitsinternallogicoperations,sequentialcontrol,timing,countingandarithmeticoperations,etc,digitaloranaloginputandoutputtocontrolalltypesofmachineryandequipmentorprocessequipment,asanalternativetothetraditionalrelayofgoods.
WithmicroelectronicsandcomputertechnologytotherapiddevelopmentofPLChasmoreofthecomputer'sfunctions,notonlyabletomakelogiccontrol,butalsohasadataprocessing,communications,networkingandotherfunctions.Itcanbechangedbysoftwaretocontroltheprocess,butalsosmallinsize,easymaintenanceassembly,programmingsimple,highreliability,anti-jammingcapabilities,andsoonfeatures,hasbeenwidelyusedinindustrialcontrolinallareas,greatlypromotetheelectro
mechanicalintegrationprocess.
Elevatoristhehigh-risebuildingindispensablemeansoftransportfortheverticaltransportofpassengersandgoods,ThePLCcontrolsystemcanruntheliftmoresafe,convenientandcomfortable.Currentlytheelevatorsystemhasbeenwidelyused.Inthefloorsandcontrolfunctionsfeweroccasions,PLCcontrolmorefavorable.
ThearticledescribedthePLCinelevatorcontrolapplications.Mainlyonthefive-storeyelevatorPLCcontrolsystemdesign,processdesigncomposition.identifiedspecifichardwareofthemaincircuit,theelevatorcontrolladder.Andthesystemcomponentsandprocessesflowchartdiagramintheanalysis,processinglogicrelationsonthebasisofthePLCprogramming.
Keywords elevatorcontrolsystemPLCTrapezoidalchart
第1章绪论
1.1课题背景
电梯是一种垂直交通运输设备，又是一种比较复杂的机、电一体的大型工业产品，它既有完善的机械专用构造，又有复杂的电气控制部分。
过去由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，进入上世纪九十年代，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。
目前，电梯的继电器控制方式已经被可编程控制器（PLC）控制所代替。
电梯的拖动方式也由原来直流调速逐渐过渡到了交流调速。
因此，PLC控制技术结合交流调速技术已成为现代电梯行业的一个热点[1]。
电梯的全集选控制（PCC），是在信号控制基础上发展起来的、实现无司机操纵的高度自动控制方式。
其控制系统目前主要有继电器控制系统、PLC控制系统和微机控制系统。
其中，继电器控制系统已经逐渐被后两种控制系统所取代，可编程计算机控制器是一种集PLC和微机于一体的新一代控制器，既具有PLC的强大控制功能，又具有微机的强大数据处理功能.因此将它应用于电梯控制是一种较佳的方案，因为PCC采用了分时多任务操作系统，这样可以将控制程序模块化，可以十分灵活地利用操作系统调度管理整个系统，摆脱了PLC中单个程序对硬件的依赖，这对电梯的运行和维护都有重要的意义。
交流双速电梯是常用的一种电梯，它具有简单、经济等特点，舒适感也较好；因此，本论文以5层交流双速电梯为例，介绍PLC在电梯控制系统中的应用。
1.2国内外发展现状
1.2.1PLC的发展现状
从技术发展上讲，目前PLC由于不断受到其他基于计算机技术的控制装置及系统越来越多的挑战，受到PLC技术本身软件方面急待更新与发展的挑战，受到一种全新的工业控制结构——不但控制分散化，而且网络也分散化的挑战，受到开放型模块化体系结构控制系统（OMAC）的挑战。
于是PLC必然将会向完善其软件和硬件两个方向发展。
1、继续增加控制算法功能，满足过程控制要求
Siemens公司为此开发了一个名为“多户应用工具”（ApplicationsProductivityTool）软件包，简称APT。
它实现了满足实力强的用户愿意自己设计过程控制策略和自整定算法的愿望。
它是一种在PC机环境下的软件包，允许用户在一个面向对象的编程环境中开发自己的控制策略。
然后由APT将此翻译为梯形图语言向下装载至PLC作为可执行的程序。
APT还提供连续和顺序功能图功能和许多功能块，用户可以自行连接与组态，来实现任意组合的控制操作，还可以开发超前滞后补偿器、Smith预估器、PID回路自整定算法等。
2、实现以PC为平台的PLC控制
以PC为平台的PLC控制，有人称之为：
以PC为基础的控制（或简称PC控制）。
它就是将经过加固的PC机（或称工业PC）的硬件与控制软件组合在一起，实施通常由专用的PLC执行的控制功能。
或者说，将PLC的控制功能“封装”在软件内，运行于PC机中。
这样，系统提供了PLC同样的功能，但却具备了PC环境下的各种优点。
它将控制器、通信、人机界面以及其他各种特定的应用全都合为一体，可大大简化工厂自动化的体系结构，还可以最大限度的利用PC机日新月异的软硬件发展成果，其前景是很吸引人的。
但这并不意味着PC控制将取代PLC控制，PC控制只是替代了PLC的CPU模块，而不是替代I/O模块。
I/O模块仍然是PLC原有的I/O系列或者是第三方I/O生产厂的产品，其发展方向必然是运用现场总线、工业控制网络构筑开放系统。
1.2.2电梯的发展现状
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。
变频调速（VVVF），使得电梯的速度、加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。
电梯的逻辑控制从过去简单的继电器——接触器控制发展为PLC和微机控制。
电梯的管理功能不断加强，PLC网络控制技术及总线技术被广泛采用[1,2]，不断满足用户的使用功能要求。
智能群控管理得到广泛应用[3,4]
机械传动方面，由于机械加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用。
1.3发展趋势
1.3.1PLC的发展趋势
PLC今后的发展趋势无非会在以下几方面寻找冲破：
（1）为向各种工业领域渗透，适合各种灵活控制方案，一部分PLC将朝着小规模低造价方向发展。
（2）由于PLC的联网功能不断加强，将使PLC向分散控制方向发展。
（3）由于超大规模集成电路技术迅猛发展，促使PLC追求更高的处理速度和更大的存储容量。
（4）由于越来越多的大系统使用PLC，将使一部分PLC向在规模和功能更复杂的方向发展。
（5）由于计算机软件技术飞速发展，促使PLC编程软件实现多样化和高级化。
今后，PLC的各种特性提高的速度和各种功能完善的速度越来越快，DCS和PLC的控制功能将进一步融合，DCS必将被由PLC构成的控制系统或被PC为平台的PLC控制系统所取代。
1.3.2电梯的发展趋势
电梯的发展速度十分惊人，目前国内外电梯正在朝着以下几方面发展：
（1）将重视电梯调度和交通分析等理论的研究。
（2）进一步对大功率晶体管矢量、标量调速，微机应用等控制理论的研究，交流调速特别是变压变频调速将日益更加广泛应用，并向标准化、模块化、系列化方向发展[11,12]
（3）随着大功率半导体电路的负载能力不断加大，直流无齿轮电梯的电气控制系统将向更高要求发展，直流高速电梯中的发电机组将普遍地被晶闸管供电系统所替代[5,13]
（4）在改进工艺技术方面，将采用斜齿轮或新颖蜗杆传动的新式曳引机，以提高传动效率和使用寿命；使用冷轧或金属加工以及钢板液压成型的导轨，以提高各种导轨的速度等级；用激光测试技术代替挂铅垂线，采用安装平台代替脚手架安装电梯。
（5）广泛应用电子计算机、数字串行通信、远距离遥测、开发智能化电梯、节约原材料和能源[6,7,14]。
（6）大力推广新技术.采用新材料，研发更加人工智能化电梯；发展和完善直线电机电梯；针对特殊建筑研究斜行电梯；发展防火电梯、双层电梯等。
1.4存在问题
1.PLC控制的电梯系统还是存在继电器和接触器，这些元件使用一段时间后会出现接触不良，使电梯出故障。
2.由于系统中继电器和接触器动作有时滞，使得系统存在机械和电磁惯性影响。
3.在PLC控制的系统中单个程序对硬件的依赖性强，这对电梯的运行和维护不方便。
4.各种输入、输出信号之间逻辑关系复杂，PLC编程难度大[8]。
5.还存在锁闭装置不先进，拖动与控制系统落后，性能价格比不高[8]。
1.5本章小结
本章浅谈了本课题的选题背景，国内外发展现状，发展趋势及存在的问题，使我们对电梯PLC控制系统有一定的了解。
本论文结构如下：
第1章浅谈了本课题的选题背景，国内外发展现状，发展趋势及存在的问题；第2章介绍了电梯设备与电梯发展动态；第3章概述了本课题运用的控制方法——可编程控制器；第4、5章为本文的核心部分，第4章主要是电梯控制系统设计说明，第5章主要是用PLC实现电梯控制系统的设计；最后是对本文做的结论。
第二章电梯系统及其发展
随着科学技术日新月异发展，人们物质文化水平逐步提高，建筑业迅速发展，高层建筑频繁出现，电梯成为人们频繁乘用的交通运输设备。
电梯的电气控制系统决定着电梯的性能、自动化程度和运行可靠性。
电梯控制方式有继电器控制、可编程PLC控制、晶闸管控制和微机控制等。
随着控制技术的提高，电梯的安全、可靠性得到了保障。
2.1电梯概述
2.1.1电梯的定义
1.电梯的定义[12]
根据国家标准GB7024.1-86《电梯名词术语》规定，电梯的定义：
用电力拖动，具有乘客或载货轿厢，其运行于垂直的或与垂直方向倾斜不大于15度角的两侧刚性导轨之间，运送乘客和（或）货物的固定设备。
另外，国家标准GB7588-87《电梯制造与安装规范》，对电梯的技术含义作了如下叙述：
乘客方便的进出，轿厢至少部分的在两根垂直的或与垂直方向成倾斜角小于15度的刚性导轨之间运行。
从以上的两个条文可以理解电梯的含义：
（1）电梯是由电力来驱（拖）动的；
（2）电梯是沿着垂直方向运行的一种提升设备，可以是乘客的，也可以是载货的；
（3）轿厢要方便于乘坐乘客或承载货物。
2.1.2电梯的主要组成部分
1.电梯的总体组成
电梯总体的组成有机房、井道、轿厢和层站四个部分
（1）轿厢所属的主要构件：
轿顶轮、轿厢架、轿厢底、轿厢门、自动门机构、自动安全触板、平层感应器、护脚板、导靴、对重、电话、绳头板。
（2）井道所属的主要构件：
轿厢导轨、对重导轨、导轨支架和压道板，对重轮、随线电缆、极限开关、端站限位开关、轿厢、中间接线盒。
（3）机房所属的主要构件：
控制柜、承重梁、导向轮、限速器、选层器、极限开关。
（4）层站所属的主要构件：
层楼显示器、自动层门钥匙开关、手动钥匙开关、层门、层门门锁、层门框、层门地坎、呼梯钮、到站钟。
2.电梯的八大组成系统
（1）导向系统功能：
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上、下运动。
组成的主要构件与装置：
轿厢的导轨、对重的导轨及其导轨架。
（2）曳引系统功能：
输出与传送动力，驱动电梯运行。
组成的主要构件与装置：
曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮等。
（3）轿厢功能：
用以运送乘客和（或）货物的组件，是电梯的工作部分。
组成的主要构件与装置：
轿厢架和轿厢体。
（4）门系统功能：
乘客或货物的进出口，运行时层、轿门必须封闭，到站时才能打开。
组成的主要构件与装置：
轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等。
（5）重量平衡系统功能：
相对平衡轿厢重以及补偿高层电梯中曳引绳长度的影响。
组成的主要构件与装置：
对重和重量补偿装置等。
（6）电气控制系统功能：
对电梯的运行实行操纵和控制。
组成的主要构件与装置：
操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置选层器等。
（7）电力拖动系统功能：
提供动力，对电梯实行速度控制。
组成的主要构件与装置：
曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、电动机调速装置等。
（8）安全保护系统功能：
保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。
机械方面有：
限速器、安全钳、缓冲器、端站保护装置等。
电气方面有：
超速保护装置、供电系统断相错相保护装置、超越上、下极限工作位置的保护装置、层门锁与轿门电气联锁装置等。
2.1.3电梯控制系统概述
1.组成部分
电气控制系统一般由控制柜、操纵箱、选层器、换速平层装置、层楼指示及呼梯装置、开关门电机及开关门调速开关、曳引电动机、制动器线圈、电气安全保护装置及随行电缆、接线箱等几十个分散安装在电梯各部分的零部件组成。
2.电气控制系统的功能
对电梯的运行实行操纵和控制。
通过电路控制电力拖动系统工作程序，完成各种电气动作功能，保证电梯安全运行。
具体的控制主要是对电动机及开门机的起动、换速、停止、运行方向、指层显示、层站召唤、轿厢内指令、安全保护指令信号进行管理。
2.1.4电梯门控系统概述
1.门系统的组成
门系统主要包括轿门（轿厢门）、层门（厅门）及其附属的零部件。
2.门系统的作用
层门和轿门都是为了防止人员和物品坠入井道或轿内乘客和物品与井道相撞而发生危险，都是由电梯的重要安全保护设施。
3.层门的安全保护
电梯层门，是乘客在使用电梯时首先看到或接触到的电梯部分。
是电梯很重要的一个安全设施。
2.1.5电梯的安全保护装置
电梯长期频繁地载人在空间上下运行，必须有足够的安全性。
为了确保性安全，在设计时设置了多种的机械安全装置和电气安全装置，这些装置共同组成了电梯安全保护系统[21]。
（1）超载保护装置——超载开关，当超载时，轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行；
（2）超速保护装置——限速器、安全钳；
（3）急停按钮——装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车；
（4）超速上下极限工作位置的保护装置——包括强迫减速开关、终端极限开关来达到强迫换速、切断控制电路、切断动力电源三级保护；
（5）撞底（与冲顶）保护装置---缓冲器；
（6）层门门锁与轿门电气联锁装置。
确保门不关闭、电梯不能运行；
（7）门的安全保护装置-一层门、轿门设置门光电装置、门电子检测装置、门安全触板等。
2.2电梯控制系统的发展
2.2.1电梯控制系统发展概述
1.电梯的逻辑控制己从过去简单的继电器——接触器控制发展为可编程序控制器（PLC）和微机控制。
2.直流电梯逐步被交流电梯替代，调频调压调速（AC-VVVF）技术，使得电梯的速度、加速度控制更加符合人生理要求，电梯的舒适感大为改善。
3.电梯的管理功能不断加强，PLC网络控制技术及总线技术被广泛采用，不断满足用户的使用功能要求。
4.机械传动方面，由于机械加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。
5.智能群控管理得到广泛应用[22,23]。
2.2.2电梯系统未来的发展
1.结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。
电梯的机械系统结构简单、体积小、材料轻、工艺先进、外观漂亮。
2.技术含量更高，性能更好。
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。
3.安装更方便、更快捷。
随着新技术的开发、应用，硬件系统的安装更加方便。
此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保——安全、环保、节能、也将是未来电梯的发展方向。
2.3本章小结
本章主要介绍了电梯的一些基本概念，有电梯的定义、种类，电梯的主要组成部分，并简单介绍了一下电梯的电气控制系统，门控系统，安全保护装置。
最后分析了电梯的发展方向，对电梯的未来发展进行了预测。
第三章可编程控制器概述
3.1可编程控制器（PLC）
可编程控制器是为了工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机PersonalComputer的简称PC混淆，仍然将可编程控制器简称为PLC[8]
3.2PLC的应用
目前典型的PLC应用主要有以下几个方面[24,25,26]：
（1）顺序控制这是可编程控制器最广泛应用的领域，PLC取代了传统的继电器顺序控制，例如装配生产线、数控机床及电梯控制等。
（2）过程控制在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量等。
可编程控制器有A/D和D/A转换模块，这样可编程控制器可以采用模拟量控制用于过程控制。
（3）数据处理一般可编程控制器都设有四则运算指令，可以很方便的对生产过程中的数据进行处理。
用PLC可以构成监控系统，进行数据采集和处理、监控生产过程。
较高档次的可编程控制器都有位置控制模块，用于控制步进电动机或伺服电动机，实现对各种机械的位置控制。
（4）通信联网某些控制系统需要多台PLC连接起来使用或者由一台计算机与多台PLC组成集散控制系统和总线控制系统。
3.3PLC的应用在电梯控制系统中的优点
1.PLC控制比继电器控制有很大的灵活性。
各种不同的运行方式可用相同的硬件，只是软件不同，只要把按钮，限位开关，光电开关，无触点行程开关等电器元件作为输入信号，而把制动器，接触器等功率输出元件接到输出端就完成了全部接线任务，在功能上层数变化时，一般无须增减检点器和大量的线路。
2.简化了控制电路，提高整体可靠性。
PLC内部资源（定时器，计数器，软继电器）等非常丰富，免去了许多外部硬件“继电器”及其之间复杂的接线使控制系统结构紧凑，可靠。
3.实现多种运行状态故障显示。
有故障检测功能，自诊断功能，可用声、光、电信号等来显示系统的故障部位，使维护简便，减少故障时间，提高运行效率，提高拖动系统的等级，便于实现数字化控制。
3.4PLC的组成及工作原理
3.4.1PLC的组成
PLC的基本结构如图3-1
图3-1PLC的基本结构图
组成部分：
I/O模块编程器电源接口
（1）中央处理单元（CPU）CPU是PLC的核心部件，由运算器和控制器组成。
主要用于：
接收并存储从编程器输入的用户程序；检查编程过程是否出错；进行系统诊断；解释并执行用户程序；完成通信及外设的某些功能。
（2）存储器
存储器有三种:
（1）系统程序存储器。
用于存放系统程序，这些程序在PLC出厂前就已
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