五层电梯PLC控制毕业设计论文.docx
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五层电梯PLC控制毕业设计论文
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目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Keywords1
引言2
1绪论3
1.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题3
1.1.1电梯继电器控制系统的优点3
1.1.2电梯继电器控制系统存在的问题3
1.2PLC及其在电梯控制中的应用特点3
1.2.1PLC的特点3
1.2.2PLC控制电梯的优点4
1.3课题的提出5
1.4电梯的功能要求5
2电梯概述6
2.1电梯的出现及发展6
2.2电梯设备6
2.2.1电梯的分类6
2.2.2电梯的主要组成部分7
2.2.3电梯技术发展情况7
2.2.4电梯发展展望7
3PLC的选择及其硬件开发9
3.1可编程序控制器（PLC）的选择9
3.1.1轿厢位置检测9
3.1.2可编程控制器（PLC）的选型9
3.2PLC控制系统硬件开发9
3.3设计思想10
3.4I/O点数的分配及机型的选择11
3.5电梯PLC输入输出接线图12
4系统软件开发13
4.1电梯内部部件功能简介13
4.2电梯的外部部件功能简介13
4.3电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析13
4.4软件流程图15
4.5电梯的控制要求14
5电梯模拟调试及安装16
5.1电梯模拟调试16
5.2电梯安装调试16
参考文献17
附录A18
致谢26
五层电梯PLC控制设计
机械电子工程孔祥朋
指导老师沈勇
摘要：
随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。
电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。
采用PLC对电梯信号系统进行控制，开发出了完整的电梯控制软件，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。
该系统具有先进、可靠、经济的特色。
该电梯控制系统具有手动和自动的功能，并且具有指层、厅召唤、选层、选向等功能。
具有集选控制的特点。
关键词：
电梯、PLC、梯形图
ControlandDesignoffive-storyelevatorbyPLC
StudentmajoringinDepartmentofElectronicEngineeringKongxiangPeng
TutorShenYong
Abstract：
Withthedevelopmentofmoderncities,anincreasingnumberofhigh-risebuilding,elevatorbecomeanindispensablemeansoftransportofdailylife.Thequalityoftheliftperformanceoftheimpactonpeople'slivesbecomingmoreandmoreobvious,itmuststrivetoimprovetheperformanceofelevatorsystems,andensuretheoperationoftheliftissafe,reliableandenergyefficient.TheuseofPLCsignalsontheelevatorcontrolsystem,thedevelopmentofacompleteelevatorcontrolsoftware,toimprovetheleveloftheelevatorcontrolandimprovetheoperationoftheelevatorcomfort,sothatthelifttoreachamoresatisfactorycontroleffect.Thesystemhasadvanced,reliableandeconomiccharacteristics.Theelevatorcontrolsystemhasthedriverstoruntheoperationandnodriversormanualandautomaticfunctions,andhasmeanslayer,calledtheOfficeoftheelectionstory,electiontothefunctions.Withasetoffeaturestocontroltheelection.
Keywords:
Elevator,PLC,LadderDiagram
引言
随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。
电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。
实际上电梯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，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。
目前电梯的控制普遍采用了两种方式，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，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，这两种方法并没有太大的区别。
国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；目前电梯设计使用可编程控制器（PLC），要求功能灵活，编程简单，故障少，噪音低，通用性和灵活性高。
维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。
当乘员进入电梯后，按下楼层按钮，电梯门自动/手动关闭后。
电梯进行下列运作：
根据轿厢所处位置及乘员所到层数。
判定轿厢的运行方向，保证轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，与电梯相同运行方向时停车，自动/手动开关门。
另外在轿厢内外均有信号灯显示电梯的运行方向及所处楼层数。
1绪论
1.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题
1.1.1电梯继电器控制系统的优点
（1）所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。
（2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。
（3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。
（4）多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全熟悉掌握的人员较多。
1.1.2电梯继电器控制系统存在的问题
（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。
（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，机械动作噪音大。
（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，费时费工。
电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。
且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。
1.2PLC及其在电梯控制中的应用特点
1.2.1PLC的特点
PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。
PLC与普通微机一样。
以通用或专用CPU作为字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。
PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修。
编程简单、灵活性强等特点。
1、可靠性
对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。
（1）PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。
（2）PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性提高。
（3）PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。
（4）PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机更简单的编程语言和更可靠的硬件。
采用了精简化的编程语言，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。
（5）在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。
例如，采用可靠性的元件；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器内容的保护等。
（6）PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。
例如，采用软件滤波等；软件自诊断；简化编程语言等。
2、易操作性
PLC的易操作性表现在下列几个方面：
（1）操作方便
PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。
大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。
编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。
更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。
更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。
（2）编程方便
PLC有多种程序设计语言可供使用。
对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。
采用布尔助记符编程语言，十分有助于编程人员的编程。
（3）维修方便
PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求减低。
当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。
3、灵活性
PLC的灵活性表现在以下几个方面：
（1）编程的灵活性。
PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。
编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。
（2）扩展的灵活性。
PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。
它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。
（3）操作的灵活性。
操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。
1.2.2PLC控制电梯的优点
（1）在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。
（2）去掉了选层器及大部分继电器，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，并提高电梯运行效率。
（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。
此外，微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷而没被广泛采用。
PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。
1.3课题的提出
PLC以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。
在电梯业也是如此，目前国内70～80年代安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多，故障率高，系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大，严重地影响电梯运行质量。
应对这些电梯进行更新和改造。
但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难，所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。
近年来，采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯，取得了良好效果。
利用PLC和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。
1.4电梯的功能要求
（1）电梯运行到指定位置后应具有手动或自动开/关门的功能。
（2）利用指示灯显示电梯厢外的呼唤信号、电梯厢内的指令信号和电梯的到达信号。
（3）能自动判断电梯的运行方向，并发出响应的指示信号。
（4）电梯的上行下行有一台电机牵引。
电机正传，电梯上升；电梯反转，电梯下降。
（5）电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。
电机正传，轿厢门打开；电机反转，轿厢门关闭。
（6）每一层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮、楼层指令按钮。
（7）电梯启动、运行、到站实现速度的调节。
2电梯概述
2.1电梯的出现及发展
说到电梯的起源要从公元前2600年埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统说起，但这一类起重机的能源均为人力。
到了1203年，法国的二修道院安装了一台起重机，所不同者只是该机器是利用驴作为动力，载荷由绕在一个大滚筒上的绳子进行起吊。
此种方法一直沿用到近代直到瓦特发明了蒸汽机，约在1800年，煤矿主才能利用起重机把矿井中的煤输送上来。
数百年来人们制造过各种类型的升降梯，它们都具有一个共同的缺陷：
只要起吊绳突然断裂，升降梯便急速地坠落到底层。
1854年奥的斯设计了一种制动器：
在升降梯的平台顶部安装一个货车用的弹簧及一个制动杆与升降梯井道两侧的导轨相连结，起吊绳与货车弹簧连结，这样仅是起重平台的重量就足以拉开弹簧，避免与制动杆接触。
如果绳子断裂，货车弹簧会将拉力减弱，两端立该与制动杆咬合，即可将平台牢固地原地固定免继续下坠。
“安全的升降梯”发明成功了！
一时间，奥的斯成了众人注目的中心。
第一台升降机并非奥的斯所发明，但他却是第一台“安全”升降梯的发明者。
“安全”这一概念不仅开创了升降梯工业，而且也为那些想建造更高层建筑物以增加更多可利用空间的设计们打开了通途。
随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置越来越多地用于电梯系统，使电梯的拖动系统简化，性能提高。
同时交流调压调速系统的研制和开发，使交流电梯的调速性能有了明显的改善。
进入20世纪80年代，通过控制电动机定子供电电压与频率电梯运行速度的调压调频技术研制成功，出现了交流变压变频（VVVF）调速电梯，开拓了电梯拖动的新领域。
电梯发展的今天，在使用需求和新技术应用方面都进入到全面发展时期，随着智能化、信息化建筑的兴起与完善，要求电梯不只是完成垂直运输的基本功能，还应以人为本提高舒适度，特别从电梯运行的控制智能化角度考虑，电梯的优质服务不再是单一的“时间最短”问题，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以期实现单梯与群控管理的最佳模式。
合理的配置与使用远程监控与故障诊断、节能以及减少环境污染等。
本文中着重电梯的升降控制逻辑，不调节主电动机的升降速度以及电梯的安全保护措施。
2.2电梯设备
2.2.1电梯的分类
电梯的分类有各式各样：
（1）按速度分类：
低速电梯1m/s以下高速电梯2-3m/s超高速电梯3-10m/s
（2）按用途分类：
乘客电梯住宅电梯观光电梯载货电梯客货两用电梯车辆电梯其他电梯
（3）按拖动方式分类：
交流电梯直流电梯液压电梯齿轮齿条电梯螺杆式电梯
（4）按有无司机分类：
有司机电梯无司机电梯有/无司机电梯
（5）按控制方式分类：
手柄操纵控制电梯按钮控制电梯信号控制电梯集选控制
（6）按曳引机结构分类：
有齿曳引机电梯无齿曳引机电梯
2.2.2电梯的主要组成部分
（1）曳引部分：
通常有曳引机和曳引钢丝绳组成。
电动机带动曳引机旋转使轿厢上下运动。
（2）轿厢和厅门：
轿厢由轿架，轿底，轿壁和轿门组成；厅门一般有封闭式、中分式、双折中分式和直分式等。
（3）电器设备及控制装置：
有曳引机，选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅外指示器组成。
（4）其它装置：
对重装置、补偿装置等。
2.2.3电梯技术发展情况
（1）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。
（2）电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。
逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。
交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变级调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-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。
（3）电梯的逻辑控制已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，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。
（4）电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足拥护的使用功能要求。
如紧急停车操作，消防员专用、防捣乱系统等。
（5）智能群控管理得到广泛应用。
（6）机械传动方面，由于国际上机构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。
2.2.4电梯发展展望
（1）结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。
随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。
同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。
（2）技术含量更高，性能更好。
电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流；由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。
另外，网络控制和智能群控系统以其控制的先进性、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
高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式，随着技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。
（4）理念是电梯发展趋势
不断改进产品的设计，生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的电梯。
电梯曳引采用尼龙合成纤维曳引绳，钢皮带等无润滑油污染曳引方式。
电梯空载上升和满载下行电机再生发电回收技术。
3PLC的选择及其硬件开发
3.1可编程序控制器（PLC）的选择
电梯PLC控制系统不再使用继电器控制系统中模拟轿厢运动的机械选层器。
电梯运行过程中，轿厢所处楼层位置如何检测，PLC软件如何根据给定的输入信号及运行条件判断或计算楼层数，是电梯正常运行的首要问题，是正确定向和选层换速的前提。
3.1.1轿厢位置检测
轿厢位置检测装置俗称选层器，它检测电梯轿厢运行状态，所处位置，及时向控制系统发出所需要的信号。
其主要功能是：
根据登记的内选与外呼信号和轿厢的位置关系，确定运行方向；当电梯将要到达所需停站的楼层时，给曳引电动机减速信号，使其换速；当平层停车后，发出信号以消去已应答的选层、呼梯信号，并指示轿厢当前位置，选层器种类较多，通常分为三大类，即机械选层器、继电器选层器和微机选层器。
其中机械选层器与继电器选层器将随着继电器控制电梯的逐步淘汰而淘汰。
位置检测方法主要有如下几种：
1）用于簧管磁感应器或其它位置开关。
这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。
2）利用稳态磁保开关。
这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。
由于本文是五层电梯的控制故选用感应器检测轿厢位置。
3.1.2可编程控制器（PLC）的选型
考虑到本次设计的电梯系统有五层，且开关量居多，模拟量较少；对于开关量控制为主的系统而言，一般PLC的响应速度足以满足控制的要求，在小型PLC中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，综合考虑后，系统选择了德国西门子公司生产的S7-200系统PLC。
S7-200系统PLC具有以下几方面的优点：
1）S7-200配置灵活，除主机单元外，还可扩展I/O模块，A/D模块，D/A
模块和其它特殊功能模块。
2）S7-200指令功能丰富，有各种指令，且指令执行速度快。
3）S7-200可用内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，寄存器D，计数器C的功能和数量满足了系统控制要求的需要。
4）S7-200的编程可用编程器，也可以在PC机上使用西门子公司的专用编程软件STEP7-Micro/WIN来进行。
编程语言可用梯形图或指令表。
尤其是可用PC机对系统实时进行监控。
为调试和维护提供了极大的方便。
3.2PLC控制系统硬件开发
电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。
图3-1为电梯PLC控制系统的基本结构图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。
系统控制核心为PLC主机、操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。
图3-1电梯控制系统的基本结构
3.3设计思想
1）信号控制系统
电梯信号控制基本由PLC软件实现。
电梯信号控制系统如图3-2所示，输
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