PLC控制升降电梯的毕业设计

PLC控制升降电梯的设计 【摘要】：电梯在工作生产、建筑、商贸、楼宇自动化等各行各业中的应用越来越广泛，电梯的自动控制技术及PLC在其中应用也就成为一个热点问题。电梯的种类多种多样，按拖动系统来分有交流单速/双速拖动电梯交流调压调速电梯、直流发电机等。按控制方式来分有信号控制电梯、集选控制电梯、下集控制电梯。交流双速电梯是常用一种电梯，它具有简单、经济等特点，舒适感也较好，集选控制电梯可以实现司机操作，也可以实现无司机操作，是一种高度自动控制的电梯。因此，本设计以交流双速电梯为例，介绍PLC在电梯自动化控制中应用。【关键词】：电梯 可编程序控制器 交流双速 自动控制引 言随着社会主义市场经济的不断发展,人民物质需求得到迅速发展和提高,各地的高层建筑林立,大批住宅楼群不断新建,作为高楼和住宅的垂直交通工具电梯,在其需求量日益增长的同时,必须确保电梯投入；必须了解电梯,熟悉电梯。随着自动控制理论，微电子技术以及电力电子器件的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化。利用交流调速驱动成为当前电梯拖动的主要发展方向；可编程控制器（PLC）作为电气控制领域的一项新技术，经过30多年的发展，已经形成了完整的工业产品系列，从功能及技术指标等各个方面，都达到了成熟的工业控制计算机的软硬件水平。PLC正在快速地改变着电气控制技术的面貌，正在成为电气控制领域的PLC技术，让其更好地为各行各业服务。正是在这种前提下，我认为多层住宅楼电梯的PLC控制系统的设计与开发是个很值得学习、研究和掌握的设计课题，所以我选择了这个课题，为此我用了将近1个月的时间搜集了大量关于本次设计的相关书籍。由于学识有限，本设计中难免有不妥和错误之处，恳请各位老师给予指正。目 录第一章 电梯的总体方案选择.4一 电梯的拖动系统.4二 设计电梯的PLC选择 .4第二章 电梯的构造及电梯的工作原理5一 电梯的构造.5二 电梯的工作原理.6第三章 电梯的控制要求. 9一 电梯的安全运行的一些要求.9第四章 电梯的PLC选型.10一 FX2N系列PLC的特点.10第五章 电梯的程序设计.11一 电梯的电器元件.11二 系统程序设计.13三 电梯形图的汇总及总结.14第六章 电梯的调试.20一 应用程序的模拟调试.20结束语.21致谢.23参考文献.24第一章 电梯的总体方案选择一 电梯的拖动系统拖动系统通常利用电能驱动电梯机械装置运动，其主要功能是为电梯提供动力、对电梯运动操纵过程进行控制。电梯拖动系统主要由曳引电动机、供电装置、速度检测装置和调速装置等几部分构成。电梯的调速控制主要是对电动机的调速控制。电梯运行性能的好坏，在很大程度上取决于其拖动系统性能的优劣。电梯的种类多种多样，按拖动系统来分有直流电梯、交流双速电梯、交流变频调速电梯、交流调压调速电梯以及永磁同步无齿拖动的电梯。二 设计电梯的PLC选择PLC的种类很多，其中有三菱的、西门子的、欧姆龙的等系列的PLC。在本设计中我选择三菱FX系列PLC。FX系列PLC的特点先进美观的外部结构三菱公司FX系列PLC吸收了整体式和模块式可编程序控制器的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和宽度相同。它们的相互连接不用基板，其体积小。提供多种系列机型供用户选用FX0S的功能简单实用，价格便宜，可用于小型开关量控制系统；FX0N可用于要求较高的中小型控制系统；FX2N的功能最强，可用于要求很高的系统。灵活多变的系统配置FX系列PLC的系统配置灵活，用户除了可以选用不同型号的FX系列PLC外，还可以选用各种扩展单元和扩展模块，组成不同I/O点和不同功能的控制系统。第二章 电梯的构造及电梯的工作原理一 电梯的构造电梯是一种特殊的起重运输设备，由轿厢及配重、拖动电动机及减速传动机械、井道及井道设备、召唤系统及安全装置构成。轿厢是载人或装货的部位，配重是为了改变电梯电动机负载的特性以提高电梯安全性而设置的。图21是电梯拖动系统示意图，图中可见电梯的轿厢几配重分系在钢丝绳的两端，钢丝绳跨挂在曳引轮上，曳引轮经减速机构由电动机拖动，使得轿厢上下运动。图2-1 电梯拖动系统示意图轿厢设有自动门机用来完成电梯的开门及关门任务。电梯门分厅门及轿门，当电梯在某层停层时，此层的厅门在轿门的带动下开启及关闭。电梯的操纵盘安装在轿厢内，设有与电梯层站数相同的内选层按扭（带内选记忆指示灯），上下行启动按扭（带上下行记忆指示灯），开关门按扭，报警按扭，电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯是自动或检修运行）以及风扇、照明、楼层指示灯等。电梯安全是电梯最重要的技术指示。电梯的安全设备有：安全窗及其开关、安全钳及其开关、限速器及其开关、限速开关等。安全窗位于轿厢顶部，供应急情况下疏散乘客。安全钳是为了防止电梯曳引钢绳断裂及超速运行的机械装置，用以在上述情况下将轿厢夹持在轨道上。限速器是检测电梯运行速度的装置，当电梯超速运行时，限速器动作，带动安全钳使电梯运行。极限开关、强迫换速开关是电梯位置安全装置，当电梯运行至上下极限位置时仍不停车，上下限开关动作，发出停车信号；若仍不能停车，将压下强迫停车开关，强制电梯停止运行；若还不能停车，将通过机械装置带动极限开关切断曳引电动机电源，以达到停车的目的，避免电梯出现冲顶或蹲底事故。二 电梯的工作原理交流双速电梯的主电路图2-2 交流双速电梯的主电路图2-2是交流双速电梯的主电路图。图中，M1为电梯专用型双速拢型异步电动机；KM1，KM2为电动机、正反接触器，用以实现电梯、上下行控制；KM3，KM4为电梯高低、速运行接触器，用以实现电梯的高速或低速运行；KM5为起动加速接触器；KM6，KM7，KM8为减速制动式的接触器；L1，L2与R1，R2为串入电动机定子电路中电抗与电阻，与KM5KM8配合实现对电动机的加、减速的控制。当KM1或KM2与KM3通电吸合时，电梯将进行上行或下行启动，延时后KM5通电吸合，切除R1、L1，电梯将转上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停层指令后，KM3断电释放，KM4通电吸合，电动机转为低速接法，串入阻抗制动，实现上升或下降的低速运行，且KM6KM8依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动的舒适感；至平层位置时，接触器全部断电释放，机械抱闸，电梯停止运行。在检修状态时，电梯只能在低速接法下点动运行。电梯的主要电器设备曳引电动机齿轮曳引系统作为电梯的提升机构，主要由驱动电动机，电磁制动器（也称电磁抱闸），减速器及曳引轮组成。自动门机用来完成电梯的开门与关门：电梯的门有厅门（每层站有一个）和轿门（只有一个）。只有当厅电梯停靠在某层站时，此层的厅门才允许开启；也只有当厅门，轿门全部关闭后才允许启动运行。层楼指示层楼指示也叫层显，过去常由低压灯泡构成，安装在每层站厅门的上方和轿厢的内轿门的上方；现多由数码管或LED点阵结构组成，与呼梯盒，运行的方向指示做成一体的结构。 呼梯盒呼梯盒也叫召唤按钮箱或外呼盒，用以在每层站召唤电梯。常安装在厅门外，离地面1米左右的墙壁上。基站的呼梯盒上，常有钥匙开关，供电梯管理员开关电梯。操纵箱操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作命令。平层及开门装置该装置如图2-3所示，由磁铁板和上、下平层感应器1KR、2KR组成。上行时1KR首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速，至2KR插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号，电机停转，机械抱闸；下行时，2KR首先插入隔磁铁板，发出减速信号至1KR插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号。停层装置如图2-3所示，在电梯的井道内的每层站装有一只磁铁板，当轿厢运动到相应的层站时，磁铁板插入平层感应器内，以此检测电梯所处的位置和产生平层信号。安全窗及其开关安全窗及其开关，限速器及其开关，上，下强迫停止开关，极限开关。图2-3 电梯的平层、停层装置示意图第三章 电梯的控制要求一 电梯的安全运行的一些要求电梯位置的确定与显示轿厢中的乘客及门厅中等待乘坐电梯的人都需要知道电梯的位置，因而轿厢及门厅都设有以楼层标志的电梯位置显示装置。这还不够，电梯的运行还需要更加准确的电梯位置信号，以满足制动停车等控制的需要。轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号司机及乘客可按下轿厢内操纵盘上的选层按扭选定电梯运行的目的楼层，此为内选信号。按扭按下后，该信号应被记忆并使相应的指示灯点亮。在门厅等候电梯的乘客可以按门厅的上行或下行召唤信号，此为外唤信号。该信号也需记忆并点亮门厅的上行或下行指示灯，这些保持信号在要求得到满足时应能自动消号。电梯自动运行时的信号响应电梯自动运行时应根据内选及外唤信号，决定电梯的运行方向及在哪些站点停站。一般情况下，电梯按先上后下的原则安排运送乘客的次序，而且规定在运行方向确定之后，不响应中途的反向呼唤要求，直到到达本方向的最远站点才开始返程。轿厢的启动与运行轿厢在运行方向确定，轿厢门已关好时启动运行，运行的初始阶段是加速运行阶段，其后是稳定运行阶段。轿厢的平层与停车轿厢运行后需确定在哪一层站停车，平层及是指停车时，轿厢的底与门厅“地平面”应相平齐。平层停车过程需在轿厢底面与停车楼面相平之前开始，先是减速，在是制动，以满足平层的准确性及乘客的舒适感。第四章 电梯PLC的选型型 号输 入点 数输 出点 数扩展模块可用点数继电器输出双向晶闸管输出晶体管输出FX2N16MR001 -FX2N16MT001882432FX2N32MR001FX2N32MS001FX2N32MT00116162432FX2N48MR001FX2N48MS001FX2N48MT001 24244864FX2N64MR001FX2N64MS001FX2N64MT00132324864FX2N80MR001FX2N80MR001FX2N180MT00140404864FX2N128MR001 -FX2N128MT00164644864三菱公司近年来推出FX系列PLC有FX0、FX2、FX0S、FX2C、FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC等系列型号。本设计中我选择FX2N型号的PLC。一 FX2N系列PLC的特点FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。其基本单元如表4-1所示。用户存储器容量可扩展到16KB。I/O点最大可扩展到256点。它有27条基本指令，其基本指令的执行速度超过了很多大型PLC。有多种特殊功能模块，如模拟量输入/输出模块、高速计数模块、脉冲输出模块、位置控制模块。FX2N有3000多种辅助继电器、1000点状态继电器、200多点定时器、200点16位加计数器、35点32位加/减计数器、8000多点16位数据寄存器、128点跳步指针、15点中断指针。这为应用程序的设计提供了丰富的资源。表4-1 FX2N系列PLC基本单元第五章 电梯的程序设计一 电梯的电器元件为了便于对电梯的工作原理及PLC控制系统进行分析，先列出电器元件和输入/输出继电器的地址与功能，分别见表5-1和表5-2所示。表5-1 5层5站电梯电器元件表元件符号名称及作用元件符号名称及作用KM1上行接触器1SB14SB11楼4楼上行外呼按钮KM2下行接触器2SB25SB22楼5楼下行外呼按钮KM3高速接触器1HL5HL1楼5楼指示灯KM4低速接触器6HL 、7HL上、下行指示灯KM5启动加速接触器HL6 、HL7操纵箱上、下行指示灯KM6KM8制动减速接触器HL81楼外呼记忆灯KM9开门接触器HL92楼上呼记忆灯KM10关门接触器HL102楼下呼记忆灯SQ5基站开关HL113楼上呼记忆灯SQ6开门到位开关HL123楼下呼记忆灯SQ7关门到位开关HL134楼上呼记忆灯SQ8开门调速开关HL144楼下呼记忆灯SQ9 、SQ10关门调速开关HL155楼下呼记忆灯SQ11SQ151楼5楼厅门锁开关SA1运行状态选择钥匙开关SQ16轿门关闭到位开关SA2基站开关梯钥匙开关SQ17上限位开关SQ1安全窗开关SQ18下限位开关SQ2安全钳开关SQ19上行强迫停止开关SQ3限速器开关SQ20下行强迫停止开关SQ4轿内急停开关SB1开门按钮1KR上平层感应器SB2关门按钮2KR下平层感应器SB3上行启动按钮3KR开门感应器SB4下行启动按钮4KR1楼感应器SB5SB91楼5楼内选层按钮5KR2楼感应器6KR3楼感应器7KR4楼感应器8KR5楼感应器SQ电源开关表5-2 5层电梯PLC控制输入/输出继电器的地址输 入输 出地址功能地址功能X0安全运行Y0上行X1门锁Y1下行X2自动Y2高速X3检修Y3低速X4开门Y4启动加速X5关门Y5制动减速X6上行启动Y6X7下行启动Y7X10基站Y10开门X11开门到位Y11关门X12关门到位Y12上行指示X13上行限位Y13下行指示X14下行限位Y141层内选记忆指示X151楼内选Y152层内选记忆指示X162楼内选Y163层内选记忆指示X173楼内选Y174层内选记忆指示X204楼内选Y205层内选记忆指示X215楼内选Y211楼外呼记忆X221楼上行Y222楼上呼记忆X232楼上行Y232楼下呼记忆X242楼下行Y243楼上呼记忆X253楼上行Y253楼下呼记忆X263楼下行Y264楼上呼记忆X274楼上行Y274楼下呼记忆X304楼下行Y305楼下呼记忆X315楼下行Y31运行位置数码管指示X32上减速/下平层Y32运行位置数码管指示X33下减速/上平层Y33运行位置数码管指示X36超载Y34运行位置数码管指示X37防夹Y35运行位置数码管指示X40上强迫开关Y36运行位置数码管指示X41下强迫开关Y37运行位置数码管指示X421楼感应器X432楼感应器X443楼感应器X454楼感应器X465楼感应器二 系统程序设计由于电梯的输入/输出触点多，控制要求复杂，程序编制较为繁琐，可先将其梯形图的设计分成几个环节进行，然后再把这些环节组合在一起整体考虑它们的联系，增加相互的联锁控制，即可形成完整的梯形图。表5-3 程序中涉及的软元件地址和功能M地址功能地址功能M100开门辅助M1201层内选辅助M101关门辅助M1212层内选辅助M102运行中开门禁止M1223层内选辅助M103定向上行M1234层内选辅助M104定向下行M1245层内选辅助M105停车M1301层上行辅助M106减速信号M1312层上行辅助M1101层轿厢运行位置M1322层下行辅助M1112层轿厢运行位置M1333层上行辅助M1123层轿厢运行位置M1343层下行辅助M1134层轿厢运行位置M1354层上行辅助M1145层轿厢运行位置M1364层下行辅助M140停层开门M1375层下行辅助M144上行辅助M146下行辅助三 梯形图及总结图5-14 5层5站电梯梯形图第六章 电梯的调试一 应用程序的模拟调试应用程序的模拟调试可采用以下两种方法：通过仿真真软件进行调制一些PLC生产厂商提供了仿真软件，例如：三菱公司的与SW3D5CGPPWC仿真软件。西门子的与STEP7编程软件配套的S7PLCSIM仿真软件，在本次设计中采用三菱，仿真软件时按照系统功能的要求。通过将某些输入元件强制为ON或OFF，或改写某些元件中数据来监视系统功能是否正确实现。利用模拟试验板进行调试。利用开关和按钮模拟PLC实际的数量输入信号。通过PLC输出模块的发光二极管观察输出信号是否满足设计的要求，对于复杂的程序，可将程序分解成若干环节，分别进行各环节的调试，最后再做整体调试。对于模拟量输入信号，可以给变速器提供标准的输入信号，通过调节模块上的电位器或程序中的系数，检测模拟量输入信号和转换后的数字量之间的关系是否满足要求。对于模拟量输出信号，可连接电压/电流检测仪表，检测数字输入信号和转换后的模拟量之间的关系是否满足.。在完成应用程序模拟调试后，即可进行现场调试。现场调试时，先进行空载调试，只有空载调试无误时方可进行负载调试。输入电路空载调试：操作控制按钮和开关，观察相应的PLC输入点发光二极管，以保证输入连线的正确及可靠性。完成空载调试后连接输出装置，再次运行程序进行调试，并对部分输入元件（如行程开关）做出相应的调试以满足现场的要求。全部完成调试后，对用户程序进行固化保存，以后备用。结束语我设计的是多层住宅楼电梯PLC控制。在孙老师的精心指导下我顺利如期的完成了本次设计。在这段时间中，我受益匪浅。在设计的刚开始，我对于有些知识点不大清楚。在老师的指导下，我去图书馆和网上查阅了相关的资料。通过本次的学习，了解PLC的有关内容，掌握电梯的工作原理和控制技术，了解电梯的设计、选用、调试、保护等方面的知识。使我在掌握电梯控制的同时，进一步巩固了相关课程，学会综合运用所学的知识，提高分析问题，解决问题的能力，从而培养和提高我的动手能力。设计电梯的方法有很多，在本次设计中我选用拖动系统中交流双速来设计电梯的。在目前较先进的调速电梯上，广泛采用PLC作为逻辑控制，配以电梯专用的调压调速或变频调速器构成控制系统。我在设计的时候不免有许多错误和不足之处，但是在老师的指导下，并且投入了我自己的努力，这些错误得到纠正。最后，在通过孙老师的审批后，他指出了一些不足，让我发现自己的知识还是不完备。致谢：在本次论文的创作过程中，我得到了机械电子工程学院许多老师和同学的帮助，特别是孔老师的指导。在此，我对他们表示衷心的感谢！参考文献：张发玉可编程序控制器应用技术西安科技大学出版社 2006年陈林可编程序控制器应用技术化学工业出版社 2007年王兆义小型可编程序控制器应用技术机械工业出版社 2007年赵明工厂电气控制设备（第二版）机械工业出版社常晓玲电气控制系统与可编程序控制器机械工业出版社李惠等电梯控制技术机械工业出版社郁汉琪电气控制系统与可编程序控制器东南大学出版社24