基于PLC的自动电梯运行系统设计本科毕业生论文.docx

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基于PLC的自动电梯运行系统设计本科毕业生论文

黄石理工学院自学考试本科毕业生论文

论文题目：

基于PLC的自动电梯运行系统的设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

1引言

1.1电梯的起源与发展

随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多。

所以，电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。

尽管交流电动机结构简单，造价便宜，但在调速性能方面却难以满足更高的要求。

而对直流电动机来讲，由于后来采用了发电机—电动机组调速系统，能较好地满足电梯调速的更高要求。

因此，在20世纪前半叶，电梯的电力拖动，尤其是高层建筑物中的电梯速度的调节，几乎都是采用直流调速系统来实现的。

1900年美国奥梯斯电梯公司制造出世界上第一台自动扶梯。

1915年已设计成功电梯自动平层控制系统。

1933年美国制造出6m/s的高速电梯。

在第二次世界大战以后，美国的建筑业得以快速发展，促使电梯也进入发展时期，新技术被广泛用于电梯。

1949年研制出4-6台电梯的群控系统。

1955年出现了真空电子管小型计算机控制的电梯。

1962年在美国己出现了8.5m/s的超高速电梯。

在1967年将固体晶闸管用于电梯拖动系统。

随着电力电子技术的发展，在用晶闸管取代直流发电机—电动机组的同时，研制出了交流调压调速系统，使交流电梯的调速性能得到了明显改善。

1976年将微处理器应用于电梯。

1977年日本三菱电机株式会社开发出了10m/s的超高速电梯。

至此，电梯的控制技术有了很大发展。

进入80年代，电梯控制技术又有了新的变化。

由于固体功率器件的不断发展和完善以及微机技术的应用，出现了交流变频调速系统。

1984年在日本己将其用于2m/s以上的高速电梯。

1985年以后，又将其延伸到中、低速交流调速电梯。

交流变频调速技术被认为是电梯行业的当代技术。

1985年日本生产出世界上第一台螺旋式自动扶梯，使其明显减少了占地面积。

1993年日本生产的12.5m/s世界上最高速的交流变频调速电梯已投入运行。

当前，在电梯电力拖动方面，除了大容量电梯还采用直流拖动系统以外，用交流变频调速方式取代直流调速方式，已成为高速电梯的主流。

1.2载货电梯的特点与技术现状

载货电梯是主要为运送货物而设计的并有人伴随的电梯，通常有专职司机操作。

一般用在事业单位、商场、工矿企业、仓库等场所，货梯的楼层停站大多数在10层下，运行速度一般在0.63m/s以下。

解放前，全国总共只有电梯2000台，货梯的数量就更加的微乎其微，而且国内几乎没有电梯生产企业。

解放后，随着我国经济建设的发展，电梯企业应运而生。

我国的电梯企业由60年代开始起步，到了70年代己初具规模。

改革开放后，随着经济的快速发展，我国载货电梯的需求量急剧上升。

在我国通过引进国际电梯标准以及发达国家的先进产品和技术，产生了一支以中外合资企业为主体的外向型企业队伍。

如中国迅达公司、天津奥梯斯公司、上海三菱公司、苏州迅达公司和广州电梯工业公司等企业，就是通过合资和补偿贸易方式，引进发达国家的先进管理和技术，不断改善现有产品结构和管理体制，使企业素质和产品质量都提高到了一个新水平，推出一代电梯新产品。

为我国载货电梯的快速发展奠定了坚实的基础。

1.3本文的研究内容、目的与意义

当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。

在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。

早期的电梯控制装置主要是由继电器、接触器控制逻辑电路组成，存在功能弱、故障多、寿命短等缺点。

目前，已经广泛采用可编程序控制器（PLC）来控制电梯，PLC作为新一代工业控制器，以其接线简单，高可靠性和技术先进性，在货梯控制中得到广泛应用，从而使货梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。

本设计的目的就在于用PLC代替传统的继电器接触控制逻辑电路，充分利用PLC的优点和交流变频变压调速系统，通过远程监控使货梯的实际运行更加的安全、高效。

设计内容主要包括电梯的拖动和控制技术，货梯控制系统的软硬件设计（梯形图程序设计），货梯的监控等组成部分。

2电梯的拖动与控制技术

2.1电梯的定义与种类

2.1.1电梯的定义

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度的钢性导轨之间运行。

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）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电梯的种类

1、按运行速度分类

（1）超高速电梯（3m/s-10m/s或更高的电梯，通常用于超高层建筑物内）。

（2）高速电梯（2-3m/s的电梯。

如2m/s，2.5m/s，3m/s等;通常用在16层以上的建筑物内）。

（3）快速电梯（>lm/s而<2m/s的电梯。

如1.5m/s，1.75m/s；通常用在10层以上的建筑物内）。

（4）低速电梯（lm/s及以下的电梯。

如0.25m/s，0.5m/s，0.75m/s，1m/s；通常用在10层以下的建筑或客货两用电梯或货梯）。

2、按用途分类

（1）乘客电梯

（2）载货电梯（3）客货（两用）电梯（4）病床电梯（5）住宅电梯（6）杂物电梯（7）船用电梯（8）观光电梯（9）车辆电梯

3、按有无司机分类

（1）有司机电梯

必须有专职司机操纵。

（2）无司机电梯

不需要专门司机，而由乘客自己操纵，具有集选功能。

（3）有/无司机电梯

根据电梯控制电路及客流量等，平时可改由乘客自己操纵电梯运行，客流大或必要时可由司机操纵。

4、按操纵控制方式分类

（1）手柄控制电梯

（2）按钮控制电梯（3）信号控制电梯（4）集选控制电梯（5）下（或）上集选控制电梯（6）并联控制电梯（7）梯群程序控制电梯（8）梯群智能控制电梯（9）微机控制电梯

5、按拖动方式分类

（1）直流电梯

（2）交流电梯（3）液压电梯（4）齿轮齿条电梯（5）螺杆式电梯（6）直线电机驱动电梯

2.2电梯的主要组成

电梯是把机电合成一体的大型复杂产品，为了研究的方便，必须首先对电梯的总体结构有概括认识。

2.2.1电梯在空间上的组成

一部电梯总体的组成有机房、井道、轿厢和层站四个部分，也可看成一部电梯占有了四大空间。

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、层门门锁、层门框、层门地坎、呼梯钮、到站钟。

2.2.2电梯功能的组成

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、重力平衡系统

功能：

相对平衡轿厢重力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：

对重和重力补偿装置等。

6、电器控制系统图

功能：

对电梯的运行进行操纵和控制。

电梯结构图见图2.1。

2.3电梯的主要拖动技术

电梯的拖动控制系统经历了从简单到复杂的过程，到目前为止应用于电梯的拖动技术主要有以下几个方面。

2.3.1单、双速交流电动机拖动技术

2.1货梯结构图

大家都知道交流电动机具有结构紧凑，维修简单等特点。

当电动机是单速时，称为交流单速电梯，其速度一般不高于0.5m/s。

当电动机是双速时，称为交流双速电梯，其速度一般不高于1m/s。

单、双速交流电动机拖动系统采用开环方式控制，线路简单，价格较低，因此目前仍在电梯上广泛应用。

但它的缺点是舒适感较差，所以一般被用于载货电梯上。

2.3.2交流电动机定子调压调速拖动技术

交流电动机定子调压调速拖动技术国外已大量应用于电梯。

这种系统采用可控硅闭环调速，加上能耗或涡流等制动方式，使得它所控制的电梯能在中低速范围内大量取代直流快速和交流双速电梯。

它的舒适感好，平层准确度高，而造价却比直流电梯低，结构简单，易于维护，多用于2m/s以下的电梯。

2.3.3直流发电机—电动机可控硅励磁拖动技术

直流电动机具有调速性能好，调速范围大的特点，因此很早就应用于电梯，采用发电机—电动机组形式驱动。

它控制的电梯速度达4m/s，但是，机组结构体积大，耗电大，维护工作量较大，造价高，因此，常用于对速度，舒适感要求较高的建筑物中。

2.3.4可控硅直接供电拖动技术

可控硅直接供电拖动技术在工业上早有应用，但用于电梯上却要解决舒适感问题（尤其是低速段），因此应用较晚，它几乎与微机同时应用，比起电动机—发电机组形式的直流电梯，它有很多优点。

如：

机房占地节省35%，重量减轻40%，节能25%到35%。

2.3.5交流调速拖动技术

80年代初，VVVF变频变压系统控制的电梯问世。

当电动机具有调压（variablevoltage缩写为VV）调速装置时称为交流调速电梯，它采用交流电动机驱动，却可以达到直流电动机的水平，其速度一般不高于1.75m/s。

当电动机具有调压调频（variablevoltagevariablefrequency，缩写为VVVF）调速装置时称为交流调频调压电梯，简称VVVF控制电梯，目前控制速度已达6m/s。

它的体积小，重量轻，效率高，节省能源等几乎包括了以往电梯的所有优点。

是目前最新的电梯拖动系统。

本设计应用的就是这种拖动技术。

2.4电梯的主要控制技术

2.4.1继电器控制技术

对使用者来说，在编制程序时，可以不考虑微处理器及存储器内部的复杂结构，也不必用各种计算机使用的语言，而是把PLC看成内部由许多“软继电器”组成的控制器，以便于提供使用者按设计继电器控制线路的形式进行编程。

这样，从功能上来讲，可以把PLC的控制部分看作是由许多“软继电器”组成的等效电路。

必须注意的是电路中的继电器并不是实际的物理继电器，它实质上是存储器中的一位的触发器。

触发器为“1”态，相当于继电器接通；为“0”态，相当于继电器断开。

PLC为用户提供的继电器一般是：

输入继电器、输出继电器、辅助继电器、特殊功能继电器、移位寄存器、计时器、计数器等。

这些继电器统称为PLC的元素。

其中，输入、输出继电器与外部用户输入，输出设备连接，而其他继电器与外部用户设备没有联系，因此统称为内部继电器。

继电器由两个主要的部件构成，一是（电磁）线圈，二是（常开、常闭）接点。

一旦继电器线圈经接点A接通电源，电流就流过线圈（称为得电），使电磁铁吸动衔铁。

衔铁通过机械作用使原来呈闭合状态的常闭接点断开（成为吸断），紧接着使原来呈断开状态的常开接点闭合（称为吸合）。

反之，继电器线圈断电，电源不再给线圈供电（称为失电），那么衔铁释放返回原位（简称复位），常开接点也随之断开复位（称为释断），紧接着常闭接点也复位闭合（称为释合）。

2.4.2交流变频变压控制技术

PWM控制技术是通用型变频器中应用十分广泛的一种电压和频率控制方法，它可以极为有效地抑制输出电压的谐波，而且动态响应较好。

在频率控制、效率等诸方面都有着十分显著的优点。

1、PWM控制的原理

PWM是PulseWidthModulation的缩写，即脉宽调制。

PWM控制是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变为电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或周期以达到改变电压的目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频的目的。

在变频调速应用中，则主要是后者即变压变频。

形成PWM波形的方法有很多种，其中最基本的方法是利用三角形调制波和控制波的比较。

控制系统通过比较电路将调制三角波与各相的控制波进行比较，变换为逻辑电平，并通过驱动电路使功率器件交替导通和关断，则变频器输出各相电压波形。

为使逆变器输出电压波形趋于正弦波，常采用SPWM（SinusoidalPulseWidthModulation）控制方式。

2、SPWM控制

逆变器开关模式信号通常情况下利用三相对称的正弦波参考信号（控制波）与一个共用的三角波载频信号（调制波）互相比较来生成。

控制上常有单极性和双极性两种情况。

所谓单极性控制，是指在输出的半个周波内同一相的两个导电臂仅一个反复通断而另一个始终截止。

所谓双极性控制是指在输出的半个周波内同一相的两个导电臂互补交替通断，具体工作情况与单极性控制类似。

3货梯控制系统的硬件设计

随着社会的不断迅速发展，电梯的应用越来越广泛也越来越必要。

电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求，而且电梯的首要保证就是安全，所以采用可编程控制器是非常合适的选择。

3.1可编程控制器（PLC）

可编程序控制器是以微处理器为基础，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。

它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点。

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。

因而在冶金、化工、交通、电力、机械等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一。

3.1.1可编程控制器（PLC）的发展

可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。

这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展，而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了它们的发展。

从控制功能来分，可编程序控制器的发展经历了下列四个阶段。

第一阶段：

从第一台可编程序控制器问世到20世纪70年代中期，是可编程序控制器的初创阶段。

这一阶段的产品主要用于逻辑运算和计时、计数运算，它的CPU由中小规模的数字集成电路组成，它的控制功能较简单。

其典型产品包括有MODICON公司的084\ALLEN-BRADLEY（AB）公司的PDQ2,DEC公司的PDP-14、日立公司的SCY-022等。

由于这些产品主要完成逻辑运算功能，因此被称为可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController-PLC）。

第二阶段：

从20世纪70年代中期到末期，是可编程序控制器的扩展阶段。

在这一阶段，产品的主要控制功能得到了较大的发展，它的发展主要来自两方面，从可编程序控制器发展而来的控制器，它的主要功能是逻辑运算，同时扩展了其他运算功能；而从模拟仪表发展而来的控制器，其功能主要是模拟运算，同时扩展了逻辑运算功能。

因此，按习惯的分类方法，前者被称为可编程序逻辑控制器（PLC），后者被称为单回路或多回路控制器。

可编程序控制器的名称缩写为PC（ProgrammableController），但是为了与个人计算机（PersonalComputer）的名称缩写PC相区别，通常还是把可编程序控制器简称为PLC，这一阶段的产品有MODICON公司的184,284,384，西门子公司的SYMATICS3系列，富士电机公司的SC系列等产品。

第三阶段：

从20世纪70年代末期到20世纪80年代中期，是PLC通信功能实现阶段。

与计算机通信的发展相联系，PLC也在通信方面有了很大的发展，初步形成了分布式的通信网络体系，但是，由于制造企业各自为政，通信系统自成系统，因此，各产品的互相通信是较困难的。

在该阶段，由于生产过程控制的需要，对PLC的需求大大增加，产品的功能也得到了发展，数学运算的功能得到了较大的扩充，产品的可靠性进一步提高。

这一阶段的产品有西门子公司的SYMATICS6系列、富士电机公司的MICREX和德州仪器公司的T1530等等。

第四阶段：

从20世纪80年代中期开始是PLC的开放阶段。

由于开放系统的提出，使PLC也得到了较大的发展。

主要表现在通信系统的开放，使各制造企业的产品可以通信，通信协议的标准化使用户得到了好处。

在这一阶段，产品的规模增大，功能不断完善，大中型的产品多数有CRT屏幕的显示功能，产品的扩展也因通信功能的改善而变得方便，此外，还采用了标准的软件系统，增加了高级编程语言等。

这一阶段的产品有西门子公司的SYMATICS5和S7系列、AB公司的PLC-5等。

3.1.2可编程控制器（PLC）的定义

由于PLC在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。

在二十世纪七十年代PLC问世后，由美国电气制造商协会（NationalElectricManufacturerAssociation-NEMA）对PLC下过如下的定义：

PLC是一种数字式的电子装置。

它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。

1987年，国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee-IEC）颁布了PLC标准草案，其第3版对PLC作了如下的定义：

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。

它采用可以编制程序的存储器，用来在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。

PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。

3.1.3可编程控制器（PLC）的基本结构

PLC的型号、规格繁多。

它主要由中央处理单元CPU、存储