四层楼电梯控制系统设计.docx

1、四层楼电梯控制系统设计四层楼电梯控制系统设计电工大作业作者姓名： 学号： 班级： 任课教师： 摘 要随着科学技术的发展，我国的电梯生产技术得到了迅速发展。随着自动控制理论与微电子技术的发展、电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐步被淘汰，微机控制系统虽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PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方

2、便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，备受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。关键词：plc 电梯 可编程控制器第一章绪论1.1电梯的硬件分析1.1.1 电梯的组成（1）曳引系统曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。（2）导向系统导向系统的主要功能是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升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。（3）轿厢轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。（4）门系统门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门

3、，层门，开门机，门锁装置组成。（5）重量平衡系统系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。（6）电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。（7）电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。（8）安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由限速器，安全钳，缓冲器，端站保护装置组成。2.1.

4、2电梯的工作原理曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控

5、制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。1.2可编程控制器简介1.2.1 可编程控制器的定义 PLC英文全称Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器， 定义：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境中而设计的。它采用一类可编程的控制器，用于其内部存储程序执行逻辑运算，顺序控制，定时，技术与运算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。1.2.2 可编程控制器的工作原理（一）PLC的工作方式 PLC虽然以微处理器为核心，具有微型计算机的

6、许多特点，但它的工作方式却与微型计算机有很大的不同，微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，当有按键按下或I/O动作，则转入相应的子程序或中断服务程序，无按键按下，则继续扫描等待。PLC采用循环扫描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行对。当PLC运行时，CPU根据用具按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，在开始下一次扫描；如此周而复始。实际上PLC扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为

7、自诊断。通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。（1）自诊断 每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容包括I/O部分、存储器、CPU等，并通过CPU设置定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，如果发现异常，则停机并显示出错，若自诊断正常，则继续向下扫描。通讯服务（2）通讯服务PLC检查是否有与编程器、计算机等的通讯要求，若有则进行相应处理。（3）输入处理 PLC在输入刷新阶段，首先以扫描方式按顺序从输入缩存器中写入所有输入端子的状态或数据，并将其存入内存中为其专门开辟的暂存区输入状态映像区中，这一过程称为输入采样，或是如刷新，随后关闭输入端口，进入程序执行阶段，即使输入

8、端有变化，输入映像区的内容也不会改变，变化的输入信号的状态只能在下一个扫描周期的输入刷新阶段被读入。（4）输出处理 同输入状态映像区一样，PLC内存中也有一块专门的区域称为输出状态映像区，当程序的所有指令执行完毕，输出状态映像区中所有输出继电器的状态就在CPU的控制下被一次集中送至输出锁存器中，并通过一定的输出方式输出，推动外部的相应执行器件工作，这就是PLC输出刷新阶段。（5）程序执行PLC在程序执行阶段，按用户程序顺序扫描执行每条指令。从输入状态映像区独处输入信号的状态，经过相应的运算处理等，将结果写入输出状态映像区。通常将自诊断和通讯服务合称为监视服务。输入刷新和输出刷新称为I/O刷新。

9、可以看出，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的扫描只是在输入采样阶段进行，对输出赋的值也只有在输出刷新阶段才能被送出，而在程序执行阶段输入、输出会被封锁。这种方式称做集中采样、集中输出。（二）扫描周期 扫描周期即完成一次扫描（I/O刷新、程序执行和监视服务）所需要的时间，有PLC的工作过程可知，一个完整的扫描周期T应为：T=（输入一点时间*输入点数）+（运算速度*程序步数）+（输出一点时间*输出点数）+监视服务时间 扫描周期的长短主要取决于三个要素：一时CPU执行指令的速度；二是每条指令占用的时间；三是执行指令条数的多少，即用户程序的长度。扫描周期越长，系统的响应速度越慢。现在厂家生产的基型P

10、LC的一个扫描周期大约为10ms，这对于一般的控制系统来说完全是允许的，不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力，这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行。PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲式的，短期的，由于系统响应慢，往往要几个扫描周期才相应一次，多次扫描因瞬时干扰而引起的误动作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对控制时间要求较严格、相应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时还需要采取一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的影响带来的不良影响。1.3松下FP-X系列概述 FP-X系列产品是日本松下电工公司生产的小型PLC产品系

11、列，其具体结构特点、技术性能、特殊功能和编程手段等可见电工学（下册）教材。第二章电梯设计方案2.1 电梯设计方案实现的功能由于电工学所学知识有限，难以在短时间内设计出与现实生活中完全相同的四层电梯控制系统，但是通过查阅资料，四层电梯控制系统应完成一下几项基本功能：（1）接收并记录电梯在楼层以外的所有指令信号，给予记录并输出记录信号。（2）根据最早记录的信号，自动判断电梯是上行还是下行，这种逻辑判断称为电梯的定向。电梯的定向根据首先记录信号的性质可分为两种。一种是指令定向，指令定是把指令指出的目的地与当前电梯位置比较得出“上行”或“下行”结论。例如，电梯在二楼，指令为一楼则向下行；指令为四楼则向

12、上行。第二种是呼梯定向，呼梯定向是根据呼梯信号的来源位置与当前电梯位置比较，得出“上行”或“下行”结论。例如，电梯在二楼，三楼乘客要向下，则按AX3，此时电梯的运行应该是向上到三楼接该乘客，所以电梯应向上。（3）电梯接收到多个信号时，采用首个信号定向，同向信号定向，同向信号先执行，一个方向任务全部执行完后再换向。例如，电梯三楼，依次输入二楼指令信号、四楼指令信号、一楼指令信号。如用信号排队方式，则电梯下行至二楼上行至四楼下行至一楼。而用同向先执行方式，则为电梯下行至二楼上行至四楼。显然，第二种方式往返路程短，因而效率高。（4）具有同向截车功能。例如，电梯在一楼，指令为四楼则上行，上行中三楼有呼

13、梯信号，如果该呼梯信号为呼梯向（K5），则当电梯到达三楼时停站顺路子载客；如果呼梯信号为呼梯向下（K4），则不能停站，而是先到四楼后再返回到三楼停站。（5）一个方向的任务执行完要换向时，依据最远站换向原则。例如，电梯在一楼根据二楼指令向上，此时三楼、四楼分别在呼梯向下信号。电梯到达二楼停站，下客后继续向上。如果到三楼停站换向，则四楼的要求不能兼顾，如果到四楼停站换向，则到三楼可顺向截车。本文就围绕以上几点功能展开文献查阅以及设计工作，在此添加必要的保护环节并最终完成设计工作第三章 控制流程设计3.1 电梯控制流程 查阅资料可知，理想电梯设计方案电梯控制流程如下，设计如下图一所示： 图一在本文的

14、设计当中不得不舍去许多步骤，比如“传入阻抗剂”等等，但基本设计控制流程如上，且此图对于本文的进一步研究有指导作用。第四章 主电路设计4.1 拽引电动机主电路 根据2.1中对电梯设计方案所实现功能的要求以及3.1中对电梯流程控制的分析设计，设计电动机主电路如下图二：图二如图二所示：Q为电源总开关。KM1为电动机正转接触器，接通之后电梯上行。KM2为电动机反转接触器，接通之后电梯下行。FU为电路短路保护。FR为电路过载保护。4.2 门厅电动机主电路 门厅电动机主电路与拽引电动机主电路基本相同，如图二，其中KM1换成KM3，KM2换成KM4，即KM1为门厅电动机正转接触器，接通后，电梯开门。KM4为

15、门厅电动机反转接触器，接通后，电梯关门。其余部分基本相同。第五章 控制电路设计5.1输入输出地址分配表5.1.1输入地址分配表名称助记符号名称助记符号一层位置开关X11一层上行呼梯X5二层位置开关X12二层上行呼梯X6三层位置开关X13三层上行呼梯X7四层位置开关X14二层下行呼梯X8一层指令开关X1三层下行呼梯X9二层指令开关X2四层下行呼梯X10三层指令开关X3四层指令开关X45.2.2输出地址分配表名称助记符号名称助记符号上行指示YA（指示灯）一层上行呼梯Y5下行指示YB（指示灯）二层上行呼梯Y6上行驱动YC（KM1线圈）三层上行呼梯Y7下行驱动YD（KM2线圈）二层下行呼梯Y8一层指令

16、登记Y1三层下行呼梯Y9二层指令登记Y2四层下行呼梯Y10三层指令登记Y3开门模拟Y11（KM3线圈）四层指令登记Y4关门模拟Y12（KM4线圈）5.2PLC外部接线图 PLC外部接线图如下5.3.电梯控制的程序5.3.1编程界面图 松下FPWIN-GR程序编写界面图如下：图三图四图五图六5.3.2 电梯控制的程序 电梯控制系统程序如下：图七第六章 程序仿真 通过对FPWIN GR程序的进一步学习，本人利用软件自带的仿真过程对电梯控制系统程序进行了进一步的调试，其中，两次简单的仿真过程如下： 第一次仿真：将电梯位置设置在一层，在第二层发出上行呼梯指令，观察电梯驱动方向以及指示灯的指示方向。 第

17、一步：接通触点X11，将电梯为之设置在第一层；第二步：接通触点X6，即在第二层发出上行呼梯指令；第三步：观察电梯驱动方向，即观察YC、YD线圈的接通情况，由下图可知，YC线圈接通，即电梯上行驱动，程序正确；第四步：观察指示灯指示情况，即观察YA、YB线圈接通情况，由下图可知，YA线圈接通，即电梯上行指示灯亮，程序正确；第二次仿真：将电梯设置在第二层，系统发出一层指令信号，观察其驱动方向及指示情况 第一步：接通触点X12，将电梯为之设置在第二层； 第二步：接通触点X1，即系统发出一层指令信号； 第三步：观察电梯驱动方向，即观察YC、YD线圈的接通情况，由下图可知，YD线圈接通，即电梯下行驱动，程

18、序正确；第四步：观察指示灯指示情况，即观察YA、YB线圈接通情况，由下图可知，YB线圈接通，即电梯下行指示灯亮，程序正确；分析：经过测试，程序对于电梯的上行以及下行驱动以及指示基本正确，除此之外，对于电梯门厅控制系统的仿真可以这样理解，在电梯到达指定楼层后，程序经历一个扫描周期的开门过程，以及一个扫描周期的关门过程，而在程序运行结束之后，电梯门厅始终处于关闭状态。第七章 分析与提高对于电梯系统的控制程序，本文的程序比较简单，而实际上，在许多方面可以进一步改进与提升，如：（1）在电梯门厅控制系统中，可以加入计时器以达到延时关门，延时开门的目的。（2）在电梯拽引电动机主电路中可以加入调速控制系统，

19、以达到趋于平稳舒适的运行速度，在门厅控制系统中也可做此改进，使门厅实现加速开门以及减速关门的设计目的。（3）在电梯拽引电动机主电路中还可以加入各种传感器以加强电梯的安全性与稳定性等等。系统能够改进的地方还有很多，在此基础上，通过进一步学习电工知识，一定可以设计出更加人性化的合理的电梯系统控制程序第八章 作业心得与体会 此次电工大作业给了我一次独立完成论文的机会，同时也给了我一个巨大的挑战，在如此紧迫的时间内，设计一个完全不熟悉的系统并完成仿真任务的确不容易。通过在网络上以及图书馆查找资料，对已有的设计方案进行分析，经过几个夜晚的鏖战，最终设计出来一个能够完成基本运行任务的电梯控制系统，并完成论文。 通过此次作业我不但进一步熟悉了可编程控制器的结构和原理，了解了松下编程软件的操作，同时也提升了我分析问题，解决问题的能力，使我撰写论文的水平也有了极大的提高，收获颇丰。 在以后的学习生活中，我一定会更加积极地尝试将课堂所学知识与实践相结合，尽快使自己掌握知识服务于科创，努力地汲取与创新，进一步提高自己的能力。