基于PLC实现的电梯自动化设计.docx

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基于PLC实现的电梯自动化设计

目录

1工程概况1

2绪论1

2.1电梯的发展1

2.2PLC的发展1

3电梯的机械部分3

3.1曳引机的传动机构3

3.2电梯门机机构4

3.3电梯的安全装置4

4总体设计方案6

4.1设计思想6

4.2设计步骤6

5电梯控制系统设计8

5.1控制要求8

5.2I/O分配8

5.3PLC外部接线图9

5.4部分程序梯形图及指令表9

有关说明14

致谢15

参考文献16

1工程概况

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，故目前己被逐步淘汰。

目前电梯的控制普遍采用两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、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:

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。

用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制，拖动控制则由变频器来完成。

电梯的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），要求功能变化灵活，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。

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，保证轿厢平层时减速。

将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，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。

2绪论

2.1电梯的发展

很久之前，人们就使用一些原始的升降工具运送人和货物。

公元前236年，希腊数学家Archimedes设计制作了由绞车和滑轮组构成的起重装置。

这些升降工具的驱动力一般是人力或畜力。

19世纪初，在欧美开始用蒸汽机作为升降工具的动力。

1845年，威廉汤姆逊研制出1台液压驱动的升降机，其液压驱动的介质是水。

尽管升降工具被一代代富有革新精神的工程师们进行不断改进，然而被工业界普遍认可的升降机仍未出现，直到1852年世界第1台安全升降机诞生。

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。

1983年，三菱电机公司开发了世界第1台变压变频驱动的电梯。

1990年，三菱电机公司又首次将变频驱动系统用于液压电梯。

1993年，三菱电机公司在日本横滨地区Landmark大厦安装了12.50m/s速度的超高速乘客电梯，是当时世界速度最快的乘客电梯。

超高速电梯往往用于电视塔、超高大厦等具有标志意义的建筑中。

1996年，三菱电机公司开发了采用永磁电机无齿轮曳引机和双盘式制动系统的双层轿厢高速电梯，安装于上海的Mori大厦。

国内电梯业的情况：

100多年来，我国电梯行业的发展经历以下几个阶段:

①对进口电梯的销售、安装、维护阶段（1900--1949年），这一阶段我国电梯拥有数量仅约1100多台；②独立自主、艰苦研制、生产阶段（1950--1979年），这一阶段我国共生产安装电梯约1万台；③建立三资企业，行业快速发展阶段（自1980年至今），这一阶段我国共生产安装电梯约40万台。

目前，我国已经成为世界最大的新装电梯市场和最大的电梯生产国。

并且还有着巨大市场和发展潜力空间。

2002年，中国电梯行业电梯年产量首次突破6万台。

中国电梯行业自改革开放以来第三次发展浪潮正在掀起。

第一次出现在1986-1988年，当时适逢我国高层建筑业的大规模浪潮的第一次兴起。

第二次出现在1995-1997年。

应该说，随着我国经济的增长，电梯市场一直保持着旺盛的需求。

其次表现在企业的规模效益逐步展现。

随着我国经济平稳持续的发展，尤其是住宅产业作为国民经济新增长点的提出，为电梯业的发展提供了良好的机遇。

今后几年，我国将年建住宅3.5亿平方米，公建项目1.2亿平方米。

随着城市向大型化、高层化的发展，我国每年将需要电梯在40000台以上。

如此大的市场需求，将是电梯业再创辉煌的最好契机。

国外电梯使用情况：

当今世界，电梯的生产情况和使用数量已经成为衡量一个国家或地区建筑业及现代化程度的标志之一。

目前，在发达国家，各类电梯的使用相当普遍，据统计，在世界各地运行的电梯有400多万台，其中日本就有34万台。

全世界电梯年需求量大概在15万台/部左右。

而且预计未来世界年平均增长率为7%，而亚太地区为9%。

世界上有名的几家电梯公司，包括:

美国奥的斯公司、瑞士迅达公司、日本三菱公司和日立公司、芬兰科恩公司，其电梯产量己经占世界市场的51%。

其中美国奥的斯公司和日本三菱公司是世界上年产量最大的电梯生产企业。

在亚洲，日本对电梯市场占有绝对优势，占有率约67%，远远超过我国。

2.2PLC的发展

近年来，随着大规模集成电路的发展，以微处理机为核心组成的可编程控制器得到了迅速的发展，在电动机的运行控制、电磁阀的开闭、产品的计数、温度压力等的设定和控制等方面，可编程控制器正发挥着越来越大的作用。

早期的PLC主要用于顺序控制上。

顺序控制，就是按照工艺流程的顺序，在控制信号的作用下，使得生产过程的各个执行机构自动地按照顺序动作。

PLC的应用大大促进了流水线技术的发展。

今天的PLC已经开始用于闭环控制，不仅如此，随着其扩展能力和通信能力的发展，它也越来越多地应用到了复杂的分布式控制系统中。

PLC自1969年问世以来，它按照成熟而又有效的继电器控制概念和设计思想，不断利用新科技，新器件，尤其和现在飞速发展的计算机技术相联系，逐步形成一门较为独立的新兴技术和具有特色的各种系列产品，同时也逐步发展成为一类解决自动化问题的有效而且便捷的方式。

PLC自身具有的完善的功能，模块化的结构，以及开发容易、操作方便、性能稳定、可靠性高的特点和较高的性价比，使其在工业生产中的应用前景越发看好，而且随着集成电路的发展和网络时代的到来，PLC必将能够有更大的用武之地。

现在的主要的PLC的厂商都集中在日本和美国等发达国家，国内生产和制造PLC的工艺技术都还落后于这些国家。

作为实现工业自动化的不可缺少的部分，大力发展PLC对于我国来讲是很重要的，也有深远的意义。

可编程控制器（ProgrammableLogicalController）简称为PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件。

日本电气控制学会曾对可编程控制器作了一个定义：

可编程控制器是将逻辑运算，顺序控制，时序和计数以及算术运算等控制程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟，数字等输入输出部件，对生产设备和生产过程进行控制的装置。

PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。

为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（NationalElectricalManufactoryAssociation）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（ProgrammableController），并给PC作了如下定义：

“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。

用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。

一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。

”

以后国际电工委员会（IEC）又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义：

“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/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外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

”

个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。

总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。

它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。

但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。

在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。

目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。

为了使各位初学者更方便地了解PLC，本文对PLC的发展、基本结构、配置、应用等基本知识作一简介，以期对各位网友有所帮助。

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。

上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30～40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

PLC是基于计算机技术和自动控制理论发展而来的，它既不同于普通的计算机，又不同于一般的计算机控制系统，作为一种特殊形式的计算机控制装置，它在系统结构，硬件组成，软件结构以及I/O通道，用户界面诸多方面都有其特殊性。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

从原理上说，可编程控制器和计算机是一致的，为了和工业控制相适应，PLC采用扫描原理来工作，也就是对整个程序进行一遍又一遍的扫描，直到停机为止。

之所以采用这样的工作方式，是因为PLC是由继电器控制发展而来的，而CPU的扫描用户程序的时间远远短于继电器的动作时间，只要采用循环扫描的办法就可以解决其中的矛盾。

循环扫描的工作方式是PLC区别于普通的计算机控制系统的一个重要方面。

虽然各种PLC的组成各不相同，但是在结构上是基本相同的，一般由CPU、存储器、输入输出设备（I/O）和其他可选部件组成。

其他的可选部件包括编程器，外存储器，模拟I/O盘，通信接口，扩展接口等。

CPU是PLC的核心，它用于输入各种指令，完成预定的任务，起到了大脑的作用，自整定、预测控制和模糊控制等先进的控制算法也已经在CPU中得到了应用；存储器包括随机存储器RAM和只读存储器ROM，通常将程序以及所有的固定参数固化在ROM中，RAM则为程序运行提供了存储实时数据与计算中间变量的空间；输入输出系统（I/O）使过程状态和参数输入到PLC的通道以及实时控制信号输出的通道，这些通道可以有模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出、脉冲量输入等，使PLC的应用十分广泛。

从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

3电梯的机械部分

本论文设