基于PLC的电梯控制系统设计.docx

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毕 业 设 计 （论 文）

课题名称:

基于PLC的电梯控制系统设计

摘 要

本论文阐述了可编程控制器PLC在电梯控制系统中的应用，共包含四章。

第一章从电梯的结构和发展进行阐述，简单了解电梯的发展趋势，及对它的分类有所了解；第二章是可编程控制器的简介对电梯由浅入深地认识，能够更好的设计出电梯图及指令；第三章是三层电梯PLC控制系统设计，分别从主电路、I/O分配、梯形图和指令表对电梯进行设计；第四章设计分析与总结，分析系统的不足之处以及改进方法。

现代社会中，电梯已经成为不可缺少的运输设备。

本课题通过对三层电梯的设计，了解可编程控制器的控制特点，该课题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。

关键词:

电梯控制系统可编程控制器

目 录

前 言 3

第一章 电梯的概述 4

（一）发展简史 4

（二）基本结构 4

（三）控制方法 6

第二章 可编程控制器简介 8

（一）PLC的基本结构 8

（二）PLC的工作原理 10

（三）编程语言 10

（四）基本指令 11

（五）梯形图设计规则 11

第三章 三层电梯PLC控制系统设计 12

（一）电梯的控制要求 12

（二）三层电梯主电路 12

（三）输入输出点数分配 13

（四）PLC外围接线图 14

（五）流程图 15

（六）控制梯形图 16

（七）指令表 24

第四章 设计分析与总结 27

（一）本系统的不足之处 27

（二）下一步改进方法 27

致 谢 28

参考文献 29

前 言

在科学技术日新月异的今天，楼房的高度已然和经济发展成正比，作为建筑的中枢神经，电梯的广泛应用已成为城市物质文明的一种标志。

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。

可编程序控制器（PLC）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。

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。

鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。

因此，PLC控制技术已成为现代电梯行业的一个热点。

PLC是一种用于自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方PLC控制。

电梯采用了PLC控制，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。

控制系统结构简单，外部线路简化.另外可方便地增加或改变控制功能。

也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。

电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。

为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术迅速发展。

特别是随着计算机网络技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代电梯的技术含量日益提高。

在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的要求。

第一章 电梯的概述

（一）发展简史

在现代化城市的高速发展中，一幢幢高楼拔地而起，电梯的广泛应用已成为城市物质文明的一种标志。

电梯作为不可缺少的垂直运输设备，已与人们的日常生活密不可分。

在计算机技术、自动控制技术和电力电子技术飞速发展的今天，电梯也随之进入了新的发展时期。

据有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，

为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。

公元1765年瓦特发明了蒸气机之后，1858年美国研制以蒸气为动力，并通过皮带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯，1878年英国的阿姆斯特发明了水压梯，并随着水压梯的发展淘汰了蒸气梯，后来又出现了采用液压泵的控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯，这种液压梯至今仍为人们所采用。

18世纪末发明了电机，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能。

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的直流电梯。

从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异的发展着。

目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且乘坐舒适，安全可靠。

（二）基本结构

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，它是电梯的动力源。

曳引钢丝绳的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的摩擦力来驱动轿厢升降。

导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，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。

当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢顶和对重架上应增设反绳轮。

反绳轮的

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。

它的作用是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升降运动。

导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨的组件，与井道壁联接。

导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。

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的动力源。

4.轿厢

轿厢用以运送乘客或货物的电梯组件。

它是由轿厢架和轿厢体组成。

轿厢架是轿厢体的承重构架，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。

轿厢体空间的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的额定载重。

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的装置。

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。

曳引电机是电梯的动力源，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的装置。

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,它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。

操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。

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的集中组件。

位置显示是指轿内和层站的指层灯。

层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站。

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的各类保护系统，可保护电梯安全使用。

机械方面的有：

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；还有切断总电源的极限保护等。

电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节都有电梯结构示意图如图1所示：

图1电梯结构示意图

（1）减速箱，

（2）曳引机，（3）曳引机底座，（4）导向轮，（5）限速器，（6）机座，（7）导轨支架，（8）曳引钢丝绳，（9）开关碰铁，（10）终端开关，（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）张紧装置，（21）缓冲器，（22）底座，（23）层门，（24）呼梯盒，

（25）层楼指示，（26）随行电缆，（27）轿壁，（28）操纵箱，（29）开门机，（30）井道传感器，（31）电源开关，（32）控制柜，（33）曳引电机，（34）制动器

（三）控制方法

电梯准备通电启动时，制动器上电松闸；当电梯停止运行，或电动机掉电时，制动器立即断电并靠弹簧力使制动器制动，曳引机停止运行并制停轿厢。

1.开始时，电梯处于任意一层。

2.外呼电梯信号到来是，轿厢响应该呼梯信号，达到该楼层时，轿厢停止运

行。

3.有内呼电梯信号到来是，轿厢响应该呼梯信号，达到该楼层时，轿厢停止运行。

4.电梯轿厢运行过程中，即轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或

上升）的外呼信号均不响应，但如果反方向外呼梯信号前方再无其他内、外呼梯信号时，则电梯响应该外呼梯信号。

例如，电梯轿厢在一楼，将要运行到三楼，在次过程中可以响应二层向上的外呼梯信号，但不响应二层向下的外呼梯信号。

当到达二层，如果三层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应二层向下外呼梯信号。

否则，电梯将继续运行至三楼，然后向下运行响应二层向下外呼梯信号。

5.梯具有最远反向外呼梯功能。

例如，电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下呼梯，三层向下呼梯则电梯轿厢先去三楼响应三层向下外呼梯信号。

第二章 可编程控制器简介

可编程控制器是以微处理器为基础，结合了计算机技术，自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。

其可靠性高，抗干扰能力强，配套齐全，功能完善，适用性强，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。

国际电工委员会（IEC）将可编程控制器定义为：

要编程控制器是一个数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程的存储器，用来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指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机。

它不但具有与外部工业设备连接的/输出（I/O）接口电路，而且具有编程直观简单，易学易懂的优点，其控制能力特别强。

（一）PLC的基本结构

PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

采用了可以编制程序的存储器，用来其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

主要由中央处理器CPU，存储器，编程器，输入输出等部分组成。

其基本结构框图如图2所示：

1.中央处理单元CPU

图2PLC基本结构框图

中央处理单元（CPU）是PLC的核心及控制中枢。

它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。

这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

2.存储器

存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件