电梯自动控制 毕业设计doc.docx

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毕　业　设　计

电

梯

自

动

控

制

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[摘要]本设计根据电梯自动控制之要求利用欧姆龙系统完成设计。

主要介绍了3层电梯的PLC的特点、PLC的功能、发展趋势、PLC控制电梯的软、硬件设计。

在示意图、接线图、电梯的控制梯形图、指令表、和程序流程图的基础之上提出了PLC的编程方法。

可编程控制系统（ProgrammableLogicController）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。

它采用一种可编程的存储器，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。

随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。

由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业自动化控制控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。

电梯是高层建筑不可缺少的运输工具，用于垂直运送乘客和货物，传统的电梯控制系统主要采用继电器--接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。

目前在电梯行业已得到广泛应用。

在层数和控制功能较少的场合，采用PLC控制较为有利。

[关键词]PLC功能及特点硬件设计软件设计

[Abstract]accordingtothedesignofmechanicalandelectricalintegrationJinzhouVocationalandTechnicalCollege2004graduatingclass--adesignrequirementoftheuseofOMRONelevatorcontrolsystemcompletethedesign.Liftthethree-storeymainfeaturesofthePLC,thePLCfunction,developmenttrends,thesoftPLCcontrolelevator.hardwaredesign.Inmaps,wiringplans,theelevatorcontrolTallyordertableonthebasisofaprocessflowchartandPLCprogramming.Programmablecontrolsystemisaspecializedapplicationdesignedinindustrialenvironmentsfortheoperationofelectronicdigitalcomputingsystem.Aprogrammablememoryofit.Throughdigitaloranalogueinputandoutputofvarioustypesofmachineryandequipment,ortocontroltheproductionprocess.

PLCisthecombinationofcomputertechnologyandautomationtechnologyandthedevelopmentofanewgenericapplicationcontroldevicesinindustrialsettings.Asthereplacementoftraditionalproductsandtherelay.Withtherapiddevelopmentofmicroelectronicsandcomputertechnology,moreprogrammablecontrollerwiththefunctionsofacomputer,Notonlycanberealizedlogiccontrol,butalsowiththedataprocessing,telecommunications,theInternetandotherfunctions.Becauseitcanbechangedbysoftwaretocontroltheprocess,butalsohastheadvantagesofsmallsize,easeofmaintenanceandassembly,programmingsimple,highreliabilityfeatures,suchasanti-jammingcapabilities,hasbeenwidelyusedinvariousfieldsofindustrialautomationcontrol.greatlypromotetheprocessofintegrationofmachinery.

TallBuildingelevatorisanindispensablemeansoftransportfortheverticaltransportofpassengersandgoods,Theelevatorcontrolsystemmainlyusestraditionalrelay--contactorcontrol,thedrawbackiscontact,thehighfailurerate.poorreliability,maintenanceworkload,andtheuseofPLCcontrolsystemcanbeusedtoresolvetheseissues,makeelevatoroperationmoresecure,convenientandcomfortable.Elevatorhasbeenwidelyusedinindustry.Risetotheoccasionandcontrolfunctionsinsmaller,morefavorablePLCcontrol.

[Keywords]FeaturesandfunctionsHardwareDesignSoftwareDesign

随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，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。

目前电梯的控制普遍采用了两种方式,一是采用可编程控制器（PLC）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;第二种控制方式用微机取代可编程控制器实现信号集选控制.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一种方式,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.因为PLC具有可靠性高、程序设计方便灵活、抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点,所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现.电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分.调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响,而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键.全文结合变频器和PLC的性能,从逻辑控制部分方面来介绍电梯控制系统.。

在拖动系统中,现在国内多采用电梯专用变频电机和与之相配套的专用变频器.专用变频器是为了满足电梯的灵活调速、控制及高精度平层等要求而专门设计的.变频器控制电梯变频电机按理想速度曲线运行.电机何时启动、换速以及电机转向是由PLC根据电梯呼梯、减速等信号做出决策,发出信号给变频器.当变频器接收到PLC控制器发出的呼梯方向信号,变频器依据设定的速度及加速度值,启动电动机,达到最大速度后,匀速运行,在到达目的层的减速点时,PLC控制器发出切断高速度信号,变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度.在减速运行过程中,变频器能够自动计算出减速点到平层点之间的距离,并计算出优化曲线,从而能够按优化曲线运行,使低速爬行时间缩短至013s.在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度,即当电梯停得太早时,变频器增大低速度值或减少制动斜坡值,反之则减少低速度值或增大制动斜坡值.在电梯到距平层位置4～10cm时,有平层开关自动断开低速信号,系统按优化曲线实现高精度的平层,从而达到平层的准确可靠.逻辑部分主要由PLC来进行控制.PLC控制系统具有接线少、工作可靠、维护容易等特点.电梯是根据外部呼叫信号、行程信号以及自身控制规律运行的.由于呼叫是随机的,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.结合前面拖动系统,PLC接收来自操纵盘和每层呼梯的呼叫信号、轿厢和厅门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号,经程序判断与运算实现电梯的集选控制.PLC在输出显示和监控信号的同时,根据随机逻辑控制的要求,向变频器发出运行方向、启动、加/减速运行和制动停梯等信号.由变频器根据一定的控制规律和控制算法来控制电机.同时,当系统出现故障时,PLC向变频器发出信号.其中各个厅门和轿厢操纵盘上的信号通过厅门、轿厢控制器以串行通信方式送入PLC.完成电梯的工作全过程。

电梯控制系统使用了专用变频器,使电梯运行平稳,舒适感好.

本设计共分两大部分，注意联系所学知识，内容通俗易懂。

电梯的设计主要集中在第二部分。

1.概述

1.1PLC的简介

可编程序控制器是一种以计算机为核心的通用工业控制装置，目前已被广泛的应用于各个领域。

造气的可编程序控制器只能进行开关量的逻辑控制，被称为可变程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC。

现代可变程序控制器采用微处理器（Microprocessor）作为中央处理单元，其功能大大增强，它不仅具有逻辑控制功能，还具有算术运算、模拟量处理和通信联网等功能，PLC这一名称已不能准确地反映它的特性，于是，人们将其称为可编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。

但近年来个人计算机（PersonalComputer）也简称为PC，为了避免混淆，可编程序控制器常被称为PLC.“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该按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。

”

1.2PLC的特点

1.2.1高可靠性

（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。

（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.

（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。

（4）采用性能优良的开关电源。

（5）对采用的器件进行严格的筛选。

（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。

（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

1.2.2丰富的I/O接口模块

PLC针对不同的工业现场信号，如：

交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。

有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：

按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。

另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。

1.2.3采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。

PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

1.2.4编程简单易学

PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

1.2.5安装简单，维修方便

PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。

使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。

各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。

由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。

1.3PLC的功能

1.3.1逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

1.3.2定时控制

在程序中被广泛应用在定时计数等方面，断电后定时器复位。

1.3.3计数控制

具有断电保持功能。

1.3.4步进（顺序）控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

1.3.5PID控制

在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。

PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。

即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。

PID控制，实际中也有PI和PD控制。

PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

1.3.6数据控制：

PLC具有数据处理能力。

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

1.3.7通信和联网

1.3.8其它

PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：

定位控制模块，CRT模块。

1.4发展趋势

1.4.1人机界面更加友好

PLC制造商纷纷通过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提高了其软件水平，多数PLC品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，使更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC＋网络＋IPC＋CRT的模式被广泛应用。

1.4.2网络通讯能力大大加强

PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。

由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。

如罗克韦尔A－B公司主推的三层网络结构体系，即EtherNet、ControlNet、DeviceNet，西门子公司在Profibus-DP及Profibus-FMS网络等。

1.4.3开放性和互操作性大大发展

PLC在发展过程中，各PLC制造商为了垄断和扩大各自市场，处于群雄割据的局面，各自发展自己的标准，兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。

开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协与竞争的过程，并且这一过程还在继续。

开放的进程，可以从以下方面反映：

（1）IEC形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，虽然有人说，多种标准就是没有标准，但必竟是一个经过困难的争论与妥协的成果。

标准推出后，各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准，或者开发与之相应的新产品。

（2）IEC制订了基于Windows的编程语言标准IEC61131-3，它规定了指令表（IL）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）五种编程语言。

这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件。

虽然PLC开发上各工具仍不兼容，但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较方便地适不同品牌的产品。

（3）OPC基金会推出了OPC（OLEforProcessControl）标准，这进一步增强了软硬件的互操作性，通过OPC一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。

目前，多数PLC软件产品和相当一部分仪表、执行机构及其它设备具有了OPC功能。

OPC与现场总线技术的结合，是未来控制系统向FCS技术发展的趋势。

1.4.4PLC的功能进一步增强，应用范围越来越广泛。

PLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方面，有人统计，除石化过程等个别领域，PLC均有成功能应用，PLC在相当多的应用取代了昂贵的DCS，从而使原来PLC（顺序控制）＋DCS（过程控制）的模式变成PLC＋IPC模式。

1.4.5工业以太网的发展对PLC有重要影响。

以太网应用非常广泛，与工业网络相比，其成本非常低，为此，人们致力于将以太网引进控制领域。

目前的挑战在于：

（1）硬件上如合适应工业恶劣环境；

（2）通讯机制如何提高其可*。

以太网能否顺利进入工控领域，还存在争论。

但以太网在工控系统的应用却日益增多，适应这一过程，各PLC厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间产品。

2.电梯的设计分析

电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。

传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。

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。

2.1分析被控对象

被控制的对象为三层楼电梯，在这个设计中要满足：

（1）电梯停于1F或2F时，按3F按钮呼叫，电梯上升到3F才停止；

（2）电梯停于2F或3F时，按1F按钮呼叫，电梯下降到1F才停止；

（3）电梯停于1F时，按2F按钮呼叫，电梯上升到2F停止；

（4）电梯停于3F时，按2F按钮呼叫，电梯下降到2F停止；

（5）电梯停于1F，2F和3F均有按钮呼叫，电梯先上升到2F，暂停2S，然后上升到3F停止；

（6）电梯停于3F，2F和1F均有按钮呼叫，电梯先下降到2F，暂停2S，然后下降到1F停止；

（7）电梯上升途中或下降途中，任何反方向按钮呼叫均无效；

（8）每层楼之间到达时间应在12S内完成，否则电梯停机；

（9）电梯内有意外，有声光报警。

保证电梯的正常运行。

2.2确定输入/输出设备

根据系统的控制要求，确定系统所需的输入设备：

系统启动开关SB1：

000002F到位开关SQ2：

00009

系统停止开关SB2：

000013F到位开关SQ3：

00010

1F呼叫开关SB3：

00002报警开关SB6：

00011

2F呼叫开关SB4：

00003

3F呼叫开关SB5：

000041F到位开关SQ1：

00008

输出设备：

上升继电器KM1：

010002F指示灯YB：

01003

下降继电器KM2：

010013F指示灯YC：

01004

1F指示灯YA：

01002声光报警器YD：

01005

蜂鸣器YE：

01006

辅助或中间继电器：

系统起始辅助继电器：

200001F停止辅助继电器：

20004

1F控制辅助继电器：

200012F停止辅助继电器：

20005

2F控制辅助继电器：

200063F停止辅助继电器：

20003

3F控制辅助继电器：

20002

2.3选择PLC

根据前面的分析我们可以选用OMROM公司生产的CPM1A型PLC。

I/O点数为30，直流电压24V。

2.4分配I/O点

2.5设计软件及硬件

见3、4节

2.6联机调试

程序可行

2.7技术文件

设备

型号

作用

电源控制接触器

CJ10-20

频繁操作和远程控制

负载断电控制接触器

CJ10-20

频繁操作和远程控制

变频器

SJ300

控制电梯的运行速度及停止

制动单元

BU/380V

用于层之间的制动控制

能耗制动电阻

Ra/380V

辅助制动单元制动

主拖动拽引电机

三相异步电动机/380V

主拖动

PLC

CPM1A

控制输入、输出控制信号

熔断器

RL1-60

保护电路安全

PG卡

同变频器

扩展

3.硬件电路设计

[设计思想]人按动相应的控制按钮，发出命令信号，由PLC接受，经PLC内部控制指令处理后，将控制信号传给变频器，通过变频器来控制电压、电流的强度，来决定拖动电机的正反转及速度。

系统硬件结构图如图1所示，其各部分功能说明如下。

Q1—三相电源断路图K1—电源控制接触器K2—负载电机通断控制接触器

VS—变频器BU—制动单元Ra—能耗制动电阻M—主拖动曳引电机

在电梯运行的启动段是关系到电梯运行舒适感指标的主要环节,而舒适感又与加速度直接相关,根据控制理论,要使某个量按预定规律变化必须对其进行直接控制,对于电梯控制系统来说,要使加速度按理想曲线变化就必须采用加速度反馈,当启动上升段速度达到稳态值的90%时，将系统由加速度控制切换到速度控制，因为在稳速段，速度为恒值控制波动较小，加速度变化不大，且采用速度闭环控制可以使稳态速度保持一定的精度，为制动段的精确平层创造条件。

在系统的速度上升段和稳速段虽都采用PI调节器控制，但两段的PI参数是不同的，以提高系统的动态响应指标。

在系统的制动段，即要对减速度进行必要的控制，以保证舒适感，又要严格地按电梯运行的速度和距离的关系来控制，