PLC在电梯控制系统中的应用.docx
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PLC在电梯控制系统中的应用
学号
2007118010112
编号
2011180112
研究类型
基础研究
分类号
TQ351.2
HUBEINORMALUNIVERSITY
学士学位论文
Bachelor’sThesis
论文题目
PLC在电梯控制系统中的应用
ElevatorControlSystemBasedOnPLC
作者姓名
董文林
指导教师
冯震
所在院系
机电与控制工程学院
专业名称
电气工程及其自动化
完成时间
2011年5月16日
湖北师范学院学士学位论文（设计）诚信承诺书
中文题目：
PLC在电梯控制系统中的应用
外文题目：
ElevatorControlSystemBasedOnPLC
学生姓名
董文林
学号
2007118010112
院系专业
机电与控制工程学院
电气工程及其自动化专业
班级
0701班
学生承诺
我承诺在毕业论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人毕业论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的情况。
如有违规行为，我愿承担一切责任，接受学校的处理。
学生（签名）：
董文林
年月日
指导教师承诺
我承诺在指导学生毕业论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，经过本人核查，该生毕业论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为该生本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的现象。
指导教师（签名）：
年月日
PLC在电梯控制系统中的应用
董文林
（湖北师范学院机电与控制工程学院，湖北黄石435002）
摘要：
PLC（可编程控制器）通俗的说是一种工业控制微型计算机，它的优点是编程方便、操作简单，尤其是它的高可靠性等，目前已经广泛的应用在工业生产过程中。
变频技术的发展推动了PLC的应用。
它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。
电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。
PLC在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。
由于可编程控制器具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。
在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。
本文阐述了可编程控制器PLC在电梯控制系统中的应用，主要介绍了4层电梯的可编程控制器控制系统的总体设计方案及设计过程，对I/O点数的分配与估算、PLC的选型、电梯运动流程的规划、梯形图的绘制等进行了详细阐述。
最后通过系统安装，现场调试，成功验证了程序的可行性，实现了电梯运行中的自动选向、自动到达目的层、呼叫记忆等功能。
关键词：
可编程控制器电梯控制程序设计
中图分类号：
ElevatorControlSystemBasedOnPLC
DongWenLin
（DepartmentofControlScienceandEngineering,HubeiNormalUniversity,Huangshi435002,China）
Abstract:
PLC（ProgrammableLogicalController）tookonekindmostimportant,theapplicationsituationindustrial-controlledmicrocomputer,itisconvenient,operationsimpleinparticularbyitsprogrammingmeritandsoon.Itsredundantreliability,obtainedthewidespreadapplicationintheindustrialproductionprocess.Itappliesthelarge-scaleintegratedcircuit,theminiaturemachinetechnologyandthecommunicationtechnologydevelopmentachievement.Andgraduallyformedmanykindsofmerits.Alongwithsociety'sunceasingdevelopment,thebuildingsarehigherandhigher,theelevatorsbecametheuncessaryequipmentsforhighlevelbuildings.Afterhumanity'smorethancenturiesunremittingendeavors,theelevatorshasalreadydevelopedthegroupcontrolelevatorinsteadofswitchoperationelevatorbythehandleorbutton.Thishasmadetheindeliblecontribution.TheapplicationsofPLCmainlymanifestedbyitslogicalswitchcontrolfunction.ThisfunctionenablesPLCtohavethelogicoperation,countswithfixedtimeaswellasthedatain-and-putfunction.Duringthecontrolofelevators,allkindsoflogicalswitchcontrolandPLC’sworkingtogetherrealizesthegoodresultsofcontrolling.ThedissertationintroducestheuseofPLCintheelevatorcontrollingsystem.APLCcontrolsystemforafour-storyelevatorwasdesignedasanexampletodescribehowtoestimatethenumberoftheI/0pointsanddistributethem,howtochooseaPLC,planthemovementoftheelevator,drawaladderdiagramindetails.ItwascertifiedthattheelevatorwiththePLCcontrolsystemhasallthefunctionsexpected.Suchas:
selectingthedirectionsandmakingthedoorswitchautomatically,automaticlanding,callmemoryetc.
Keywords：
PLC,elevatorcontrolling,systemdesign
目录
引言1
1电梯设备与电梯的发展…………………………………………………………………..6
1.1电梯的出现6
1.2电梯的定义6
1.3电梯的分类7
1.3.1按用途分类7
1.3.2按驱动系统分类8
1.4电梯的基本结构9
1.5电梯的发展11
2可编程控制器的简介……………………………………………………………………13
2.1PLC的定义和特点13
2.2PLC的工作原理14
2.2.1扫描过程14
2.2.2输入采样阶段15
2.2.3用户程序执行阶段15
2.2.4输出刷新阶段15
2.3西门子S7-200系列可编程控制器的介绍15
3PLC控制系统的设计…………………………………………………………………...17
3.1对控制系统的要求17
3.1.1电梯输入信号及其意义:
17
3.1.2电梯输出信号及其意义17
3.1.3电梯模型运行原则18
3.2PLC程序设计18
3.0PLC和电梯模型的接线图19
3.2.1呼梯登记环节19
3.2.2厢内指令登记环节21
3.2.3记忆及清除指令环节23
3.2.4开门|关门控制环节25
3.2.5上行|下行驱动环节25
3.2.6上行环行指示环节27
3.2.7关门指示关节28
3.3对仿真电梯的要求28
4电梯模拟调试……………………………………………………………………………..30
5致谢………………………………………………………………………………………..32
参考文献……………………………………………………………………………………33湖北师范学院学士学位论文（设计）评审表…………………………………………….34
PLC在电梯控制系统中的应用
董文林（指导老师，冯震）
（湖北师范学院控制科学与工程系湖北黄石435002）
前言
随着现代经济的发展，日益增高的高层建筑已经成为现代都市的重要标志。
电梯是服务于三分之一楼层的固定式升降设备。
建筑的发展必然带来了电梯行业的快速发展。
PLC是一种以微型计算机为基础，综合了计算机技术，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。
它是具有强大控制功能和抗干扰能力的工业控制装置，具有体积小、可靠性高、易操作、易维修、编程简单、灵活性强等一系列的优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。
目前，我国上个世纪90年的传统电梯仍在使用中，它们的电气部分仍然还是继电器接触器控制的，由于缺点多，这些电梯基本处于闲置状态，而它们的曳引系统采用的则是交流双速电机系统换速，效率非常低，调速性能指标比较差，电梯运行质量非常不可靠。
另外，这些电梯的性能及乘坐舒适感较差，交流调压调速系统能耗大，但其调速的机械部分无大问题，本着节约成本，相当大一批电梯用户希望对老电梯进行更新改造，提高运行能力，实现真正意义的节能减排。
因此，现在对电梯PLC控制技术进行深入研究，对我国的老式电梯进行改造具有十分重要的意义[3]。
人们对电梯的了解已经不是那么陌生了，它一般常见于商场、写字楼及住宅楼上，是重要的交通工具，这些建筑物与人们的工作和生活密切相关。
PLC作为新一代工业控制器，正是因为其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，使得电梯在控制方式上迈出了一大步。
一些学者认为，PLC逻辑控制是微型专用计算机系统。
因为PLC具有稳定的性能、强大的抗干扰能力、设计配置灵活等诸多优点，不仅在电梯行业，甚至其它行业也得到了广泛应用。
自PLC引入我国电梯行业以来，主要的电梯制造商就开始采用用PLC控制电梯系统。
现在很多公司已经把PLC控制系统用于老式传统继电器控制的电梯的改造[4-5]。
普通电梯控制系统可以分为以下两部分：
即调速部分和逻辑控制部分。
乘客的舒适感主要由调速部分控制，而安全可靠运行由逻辑控制部分控制。
为了提高乘坐电梯的舒适感与运行的可靠性，PLC控制电梯为首选推荐，因为PLC可以大大提高电梯的性能。
电梯的控制是怎么实现的？
通俗的说，就是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，说白了电梯就是一个人机交互式的控制系统，单用顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的，所以，电梯控制系统还需要随机逻辑控制方式。
除了传统的继电器控制，常见的电梯控制一般采用两种控制方式：
一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯的信号采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。
从控制方式和性能上来
说，这两种方式区别不是很大。
但国内厂家大多采用第二种方式，其原因在于用PLC控制有许多优点：
1．可靠性高，由于采取了一系类的PLC高可靠性的措施，PLC的平均无故障时间（MTBF）一般可达3~5万小时。
而且PLC的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；2．编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言。
这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。
当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3．体积小、结构紧凑、安装、维修方便。
PLC的体积小，重量轻，便于安装。
一般PLC都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。
可编程控制器PLC，是继电器常规控制技术和微机技术相结合的产物，是在微机控制器和顺序控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心，用作数字控制的专用计算机，自1969年第一台PLC问世以来，刚好走过了40年的历程，其发展过程是复杂的，不仅包含了控制技术的发展，而且又不同于顺序控制器和微机控制装置，这使得对微处理器的优势充分利用，以满足不同行业的实际控制要求，同时也考虑到现场电气维护人员的习惯和技能，抛掉了常用的微机计算机编程语言的表达方式，形成一套独具风格地以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编程清晰直观、方便易学、调试和发现错误都非常容易。
用户只需要购买所适合自己要求的PLC后，按照说明书安装或提示，做一些必要的接线工作和程序编制，就可以非常灵活而方便地将PLC应用于生产实践，最重要的是，用户对程序的编制、修改和调试都不需要具有专门的计算机编程语言知识。
即使是初学者，也很容易使用操作。
PLC在现代工业自动化控制中广泛应用，它已经成为现代工业控制三大支柱（PLC、
CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等突出特性，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的继电-接触控制系统，主要用于机械、化工、石油、冶金、轻工、交通等各大行业。
总之，电梯控制非常复杂。
在PLC没有研究出来之前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展起到不可磨灭的作用，这是人们永远不会忘记的，但是它自身的缺陷太多，已经不能满足与适应现代电梯的要求和发展，两者之间存在着质的差别。
现在，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了一个更广阔的平台。
PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积越来越小，功能不断完善与壮大，过程的控制更加精确、平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被有机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。
它也因此成为电梯运行中的关键技术。
传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，这种控制方式存在很多的缺陷：
（1）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，大大降低了电梯的可靠性和安全性，而且经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。
（2）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。
（3）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。
（4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作嗓音大。
（5）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，费事费工。
而采用PLC组成的控制系统，可以很好的解决上述问题：
（1）在电梯控制中采用了PLC可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，可提高电梯的运行效率，节约了能源，
更改控制方案时不需改动硬件接线。
在此基础上，我首先对电梯系统及可编程控制器作比较全面的总结和介绍。
接着阐述了电梯控制系统的分类及特点，电梯的控制系统分为调速和信号控制两大部分。
确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制，完成了电机和可编程控制器（PLC）的选择。
然后是系统硬件开发，完成了PLC的选型、I/O点数分配与PLC的连接。
在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出了软件流程图。
最后对改造后的电梯系统进行模拟调试。
该模拟电梯由四层电梯装置、变频器及电梯控制系统等组成，由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此控制采用随机逻辑控制。
即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。
同时为了提高电梯的运行效率和平层的精度，系统要求PLC能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制。
根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现。
为了电梯的运行安全，系统设置可靠的故障保护和相应的显示。
1电梯设备与电梯的发展
1.1电梯的出现
1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明－历史上第一部安全升降梯。
从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用。
以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。
150年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。
自从我国实行改革开放政策以来，全国各地高层建筑不断涌现，作为高楼的垂直交通工具―电梯，其需求量日益增长。
各种类型、规格繁多的电梯已在高楼内投入运行。
为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。
1.2电梯的定义
国家标准《GB7024·I-86电梯名词术语》中对电梯进行了如下定义：
电力驱动，具有乘客或载货轿箱，其运行于垂直的或与垂直方向倾斜不大于15°角度的两侧刚性导轨之间，运送乘客和（或）货物的固定设备[10]。
此外，国家标准GB7588-87《电梯制造与安装规范》中对电梯的技术含义做出了如下总结：
电梯是服务于规定楼层的固定式的提升设备（交通工具），包括一个轿箱，轿箱的尺寸与结构形式可使乘客方便的进出，轿箱至少部分的在两根垂直的或与垂直方向成倾斜角小于15°的刚性导轨之间运行[11]。
从以上的两个定义可以理解电梯的含义：
（1）电梯是有外力即电力来驱（拖）动的；
（2）轿箱要方便于乘客乘坐或运载货物；
（3）电梯是沿着垂直方向运行的一种提升设备，可乘客，也可载货。
因此商场、车站等场所用的自动扶梯或自动人行道，按以上专业定义就不能称之为电梯，当然它们肯定是电梯家族里的一个分支。
1.3电梯的分类
1.3.1按用途分类
（1）乘客电梯：
主要目的是运送乘客，这类电梯称为乘客电梯。
常用于宾馆、办公楼、写字楼、大型商店等人流量比较大的场所。
为了提高运行能力，其速度一般比较快，自动化程度相对也比较高。
轿箱的尺寸和结构形式多为宽度大于深度，使轿内乘客进出方便。
配备轿多安全装置，轿箱装潢比较华丽[12]。
（2）住宅电梯：
主要安装于住宅小区，一般采用全集选控制方式或允许残疾人的轮椅进出，童车及家具等也可乘坐。
（3）载货电梯：
主要运送货物的电梯，但一般有人伴随。
主要用于两层楼以上的工厂车间和各类仓库等场所。
这类电梯装潢不太讲究，自动化程度和速度一般比较低。
而载重量和轿厢尺寸的变化范围则比较大，而且通常进出叉车。
（4）杂物电梯：
供图书馆、办公楼、饭店（一般通往厨房）等运送图书、文件、食物等物品。
但绝不允许人员进入电梯。
这种电梯结构简单，操纵按钮在厅门外侧，有落地式与窗口式之分，电梯一般不允许乘人。
（5）汽车用电梯：
用于垂直运输各种车辆，常见于立体停车场及汽车库等场所。
。
这种电梯的轿厢面积比较大，结构牢固，梯速不大于1.00M/S。
一般情况下不密封，无轿顶，其特点是轿厢大，载重量大。
（6）船载电梯：
常见于大型游轮中，供乘客和船员或其他人员使用的电梯。
船载电梯吨位和速度都比较小。
但可在船舶摇晃环境中保持工作。
（7）观光电梯：
观光电梯是一种轿箱透明，可供乘客观光用的电梯。
一般悬挂在高大建筑物的外壁供乘客观看周围全景。
（8）病床电梯：
病床电梯是为医院运送病床而设计的电梯。
其特点是轿厢窄而宽，常要求前后贯通开门，并且一般配备电梯司机进行操作。
（9）消防电梯：
火警情况下供消防队员使用的专梯，非火警情况下可作为一般乘客电梯或载货电梯使用。
消防电梯轿箱的有效面积应大于1.4平方米。
吨位要求大于630KG，厅门口宽度大于0.8米，并要求以额定速度从最低一个停站直驶运行到最高一个停站（中间不停层）的运行速度时间不得超过1分钟。
（10）建筑施工电梯：
建筑工地施工电梯指建筑施工与维修使用的简易型电梯。
（11）电扶梯：
这类电梯常见于商业大厦、火车站、飞机场，供运送顾客上下楼用。
（12）自动人行道：
用于档次要求很高的国际机场、火车站，也称坡梯。
（13）特殊电梯：
除上述常用几种电梯外，还有为特殊环境，特殊条件，特殊要求而设计的电梯。
如防爆电梯，防腐电梯等。
1.3.2按驱动系统分类
交流电梯，牵引电动机是交流异步电动机的有以下四类：
（1）交流双速电梯：
牵引的电机为电梯专用的变极对数的交流异步电动机，梯速V≤1M/S，提升高度H≤50M。
（2）交流单速电梯：
牵引的电机为交流单速异步电动机，电梯速度为V≤0.4M/S。
一般用于杂物电梯等。
（3）交流调速电梯：
牵引电梯为电梯专用的单速或多速交流异步电机，而电动机的驱动控制系统在电梯的起动加速-稳速-制动减速（或仅是制动减速）的过程中采用调压调速或涡流制动器调速或变频变压调速的方式，梯速V≤2M/S，提升高度H≤50M。
（4）交流高速电梯：
牵引电机为电梯专用的低转速的交流异步电动机。
其驱动控制系统为变频变压加矢量的VVVF系统。
其梯速V﹥2M/S，一般提升高度H≤120M。
直流电梯，牵引电动机是电梯专用直流电动机有以下两类：
（1）直流快速电梯：
牵引的电动机给减速箱后驱动电梯，梯速V≤2.0M/S。
现在由直流发电机供电给直流电动机的一个直流快速电梯已被市场淘汰，今后若有直流快速电梯的话，将由晶闸管供电的直流快速电梯。
一般提升高度H≤50M。
（2）直流高速电梯：
牵引的电动机为电梯专用的低转速直流电动机。
电动机获得供电的方式是直流发电机组供电的，或是晶闸管供电的两种形式，其梯速V>2.0M/S，一般的提升高度H≤120M。
1.4电梯的基本结构
电梯，可以说是把机械和电气合二为一的大型复杂产品，那么它的机械部分相当于人的躯体，电气部分则相当于人的神经，两者不可分割。
机械与电气的结合，使电梯成为现代高科技产品。
虽然电梯有这么多品种，但电梯目前绝大多数使用的还是电力驱动，牵引绳结构。
其机械部分由曳引系统、导向系统、轿箱和门系统、平衡系统、引导系统以及机械安全保护装置的组成部分；而有些电气传动有电气控制系统，运行逻辑控制系统和电气安全保护系统等组件。
电梯的基本结构如下图（图2-1）所示：
（1）电梯的曳引系统
电梯系统的牵引功能很简单，无论是输出功率或传递动力，主要用于驱动电梯。
由曳引机（主机）、钢丝绳、导向轮和反向轮组成。
曳引机为动力源，它由电机、牵引轮、联轴器、减速箱和电磁制动器
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