PLC专业课程设计四层电梯(2).doc

天津职业技术师范大学
课程设计汇报书

题 目：四层电梯自动控制
学 院：机械工程学院
班 级：机检0911
学 生：魏晓东
学 号：
指导老师：邓三鹏
时 间：1月4日至1月9日

目 录
第一章 绪论 4
1.1 PLC在电梯控制中应用 4
1.2 课程设计内容 4
1.3 四层电梯控制要求 5
第二章 电梯综述 5
2.1 电梯定义和介绍 5
2.2 电梯关键参数及性能指标 5
2.3 电梯结构及组成部件 7
2.4 电梯工作原理 9
第三章 总体方案设计 10
3.1 整体设计方案 10
3.2 控制方法选择 10
3.3 电梯PLC控制系统基础结构 11
3.4 信号控制系统 12
第四章 硬件设计 13
4.1 可编程控制器机型选择 13
4.2 其它参数 13
4.3 输入输出点分配 14
4.4 PLC外部接线图 15
4.5 四层电梯主电路图 15
第五章 软件设计 17
5.1 电梯运行步骤图 17
5.2 电梯开关门步骤图 19
5.3 梯形图 19
5.4 语句表 24
第六章 总结 29
第七章 参考文件 30

第一章 绪论
1.1 PLC在电梯控制中应用
现在，在电梯控制方法上，关键有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。而PlC实际上是一个专用计算机，它采取巡回扫描方法分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就确保只有正确程序才能运行，不然电梯不会工作；又因为PLC中内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，所以，它比继电器控制有着显著优越性，运行寿命更长，工作愈加可靠安全，自动化水平更高。PLC控制是三种控制方法中最含有可靠性、实用性和灵活性控制方法，它更适合于用在电梯技术改造和控制系统更新换代，是电梯控制系统中理想控制新技术。
1.2 课程设计内容
课程设计内容关键是用可编程控制器（PLC）改造在用电梯自动控制系统。因为大部分传统电梯电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯电控系统进行改造，以节省资金。所以，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产传统电梯改造之路，并进而提升国产电梯技术水平和质量，含有十分关键意义。
针对传统电梯采取继电器逻辑控制方法存在功效弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺点，提出采取功效强、故障率低、可靠性高可编程控制器（PLC）来控制电梯。
关键内容以下：
首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）作了简单介绍。接着叙述了电梯关键性能指标和参数、结构及组成部件，电梯控制系统分为调速和信号控制两大部分。确定了系统总体结构，由 PLC 来实现电梯信号控制，完成了电机和可编程控制器（PLC）选择。然后是系统硬件开发，完成了 PLC 选型、I/O 点数分配和 PLC 连接。在分析了电梯系统软件设计方法基础上，设计出了软件步骤图，提出了模块化编程思想，介绍了系统软件开发。最终对改造后电梯系统进行模拟调试。
1.3 四层电梯控制要求
（1） 电梯上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。
（2） 楼层呼叫按钮及电梯内按钮按下，电梯未达成对应楼层或未得到对应响应时，对应指示灯一直接通指示。
（3） 电梯运行时，电梯开门和关门按钮不起作用，电梯抵达停在各楼层时，电梯开门和关门动作可由电梯开门和关门按钮控制，也可延时控制，但检测到电梯超重时，电梯门不能关闭，并由报警电铃发出报警信号。
（4）电梯最大运行区间为三层距离，若一次运行时间超出30s，则电动机停转，并由HA报警。
(5) 检修开关SB7接通时，电梯下行停在一层位置，进行检修，其它全部动作均不对应。
(6)电梯拖动电动机控制电路有多种常规电气保护，如短路保护、过载保护、正反转互锁等。

第二章 电梯综述
2.1 电梯定义和介绍
一个以电动机为动力垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。
服务于要求楼层固定式升降设备。它含有一个轿厢，运行在最少两列垂直或倾斜角小于15°刚性导轨之间。轿厢尺寸和结构形式便于乘客出入或装卸货物。
习惯上不管其驱动方法怎样，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具总称。
2.2 电梯关键参数及性能指标
2.2.1 性能指标：
（1）安全性
电梯时运输乘客，即使载货电梯通常也有些人相伴随，所以对电梯第一要求就是安全。电梯安全和设计、制造、安装调试及检修各步骤全部有亲密联络，任何一个步骤出了问题，全部可能造成不安全隐患，以致造成事故。
（2）可靠性
电梯可靠性很关键，假如一部电梯工作起来常常出故障，就会影响大家正常生产和生活，给大家造成很大不便，不可靠也是事故隐患，常常是不安全起因。要想提升可靠性，首先应提升组成电梯各个零部件可靠性，只有每个零部件全部是可靠，整个电梯才能使可靠。
（3）停站正确性
停站正确性又称平层正确度，平层精度。GB/T10058-1997《电梯技术条件》对轿厢平层正确度要求以下：
电梯类型
额定速度（m/s）
平层正确度（m/s）
交流双速电梯
0.25或0.5
≤±15
0.75或1.0
≤±30
交直流快速电梯
1.5—2.0
≤±15
交直流高速电梯
≥2.0
≤±5
电梯轿厢平层正确度和电梯额定速度，电梯负载情况有亲密关系。负载重，则惯性大，提速高惯性也大。所以检验平层正确度时，分别以空载，满载，上下运行，抵达同一层站停测量平衡误差，取其最大值做平层站平层正确度。
（4）振动、噪声及电磁干扰
现代电梯是为乘客发明舒适生活和工作环境。因侧要求电梯运行平稳，平静，无电磁干扰。
（5）舒适感和快速感
电梯作为一个交通工具，对于快速性要求是必不可少，快速能够节省时间，这对于快节奏现代生活中乘客是很关键。不过加速度和减速度过分增大不合理改变又会造成乘客不适感。所以在电梯设计时就要兼顾快速性和舒适感这两个相互矛盾原因。
（6）节能
现代电梯应该合理选择拖动方法，以达成节能目标
2.2.2 关键参数：
（1）额定载重量（kg）：制造和设计要求电梯载重量。
（2）轿厢尺寸（mm）：宽×深×高。
（3）轿厢形式：有单或双面开门及其它特殊要求等，和对轿顶、轿底、轿壁处理，颜色选择，对电风扇、电话要求等。
（4）轿门形式：有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中分门等。
（5）开门宽度（mm）：轿厢门和厅门完全开启净宽度。
（6）开门方向：人在厅外面对厅门，门向左方向为左开门，门向右方向开启为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门，也称为中分门。
（7）曳引方法：常见有半绕1：1吊索法，轿厢运行速度等于钢丝运行速度。半绕2：1吊索法，轿厢运行速度等于钢丝运行速度二分之一。全绕1：1吊索法，轿厢运行速度等于钢丝运行速度。
（8）额定速度（m/s）：制造和设计所要求电梯运行速度。
（9）电气控制系统：包含控制方法、拖动系统形式等。如交流电机拖动或直流电机拖动，轿内按钮控制或集选控制等。
（10）停层站数（站）：凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢地点均称为站。
（11）提升高度（mm）：由底层端站楼面至层顶端站楼面之间垂直距离。
（12）顶层高度（mm）:由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之垂直距离。电梯运行速度越快，顶层高度通常越高。
（13）底坑深度（mm）：由层底端站楼面至井道底面之间垂直距离。电梯运行速度越快，底坑通常越深。
（14）井道深度（mm）：由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之间垂直距离。
（15）井道尺寸（mm）：宽×深。
2.3 电梯结构及组成部件
电梯是机电一体化产品。其机械部分好比是人躯体，电气部分相当于人神经，控制部分相当于人大脑。各部分经过控制部分调度，亲密协同，使电梯可靠运行。尽管电梯品种繁多，但现在使用电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统和机械安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功效控制系统和电气安全保护等系统组成。

（1）、拽引系统
电梯拽系统功效是输出动力和传输动力，驱动电梯运行。关键由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电梯运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。拽引钢丝两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽引轮之间摩擦来驱动轿厢升降。导向轮作用是分开轿厢和对重间距，采取复绕型还能够增加拽引力。

（2）、导向系统
导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它作用是限制轿厢和对重活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。
（3）、门系统
门系统有轿厢门、层门、开门、连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层门动力源。
（4）、轿厢
轿厢是运输乘客或货物电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶和照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间大小由额定载重量和额定客人数决定
（5）、重量平衡系统
重量平衡系统由对重和重量赔偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量赔偿装置是赔偿高层电梯中轿厢和对重侧拽引钢丝绳长度改变对电梯平衡设计影响装置。
（6）、电力拖动系统
电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它作用是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯动力源，依据电梯配置可采取交流电机或直流电机。供电系统是为电机提供电源装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。通常采取测速发电机或速度脉冲发生器和电机相连。调速装置对拽引电机进行速度控制。
（7）、电气控制系统
电梯电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置依据电梯运行逻辑功效要求，控制电梯运行，设置在机房中控制柜上。操纵装置是由轿厢内按钮箱和厅门召唤箱按钮来操纵电梯运行。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢正确平层控制装置。所谓平层，是指轿厢在靠近某一楼层停靠站时，欲使轿厢地坎和厅门地坎达成同一平面操作。位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置轿内和厅门指示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯运行方向。
（8）、安全保护系统
安全保护系统包含机械和电气多种保护系统，可保护电梯安全使用。机械方面有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源极限保护装置。电气方面安全保护在电梯各个运行步骤中全部有表现。
2.4 电梯工作原理
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，曳引电动机经过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳和曳引轮摩擦产生牵引力，实现轿厢和对重升降运动，达成运输目标。固定在轿厢上导靴能够沿着安装在建筑物井道墙体上固定导轨往复升降运动，预防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它载荷箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、降低电动机功率。赔偿装置用来赔偿曳引绳运动中张力和重量改变，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以正确停靠。电气系统实现对电梯运动控制，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运动方向和所在楼层位置。安全装置确保电梯运行安全。

第三章 总体方案设计
3.1 整体设计方案
整体设计方案图3-1所表示。

图3-1 整体设计方案图
3.2 控制方法选择
  电梯控制方法有：1）、电磁继电控制系统 ，2）、微机（PC）控制系统， 3）、可编程控制器（PLC）控制系统， 4）、单片机控制系统等。
此次课程设计采取可编程控制器（PLC）作为控制方法。
3.3 电梯PLC控制系统基础结构
电梯PLC控制系统关键由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。图3-2为电梯PLC控制系统基础结构图，关键硬件包含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、调速装置和主拖动系统等。
系统控制关键为PLC主机、操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号经过PLC输入接口送入PLC，存放在存放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3-2 电梯PLC控制系统基础结构图
3.4 信号控制系统
电梯信号控制基础由PLC软件实现。电梯信号控制系统图3-2所表示，输入到PLC控制信号有：运行方法选择（如自动、有/无司机、检修、消防运行方法等）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器、光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。

图3-2 电梯PLC信号控制系统框图
第四章 硬件设计
4.1 可编程控制器机型选择
（1）输入/输出点估算：
采取PLC组成四层简易电梯电气控制系统。电梯上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮SB11和指示灯H11，二层有上升呼叫按钮SB21和指示灯H21和下降呼叫按钮SB22和指示灯H22，三层有上升呼叫按钮SB31和指示灯H31和下降呼叫按钮SB32和指示灯H32，四层有下降呼叫按钮SB41和指示灯H41。一至四层有到位行程开关ST1～ST4。电梯内有一至四层呼叫按钮SB1～SB4和指示灯H1～H4；电梯开门和关门按钮SB5和SB6，电梯开门和关门分别经过电磁铁YA1和YA2控制，关门到位由行程开关ST5检测。另外还有电梯载重超限检测压力继电器KP和故障报警电铃HA。
输入点共有20个，输出点共有15个,总共35个。
（2） 内存容量估算
用户控制程序所需内存容量和内存利用率、输入/输出点数、用户程序编写水平等原因相关。所以,在用户程序编写前只能依据输入/输出点数、控制系统复杂程度进行估算。本系统有开关量I/O总点数有35个，模拟量I/O数为0个。利用估算PLC内存总容量计算公式:
所需总内存字数=开关量I/O总点数×(10～15)+模拟量I/O总点数×(150～250)再按30%左右预留余量。估算本系统需要约1K字节内存容量。
综合I/O点数和内存容量，S7—200CPU226输入，输出点数为24／16，足以满足要求。
4.2 其它参数
① 拖动电动机M：5.5kW，AC380V，11.6A，1440r/min。
② 指示灯H：0.25W，AC220V。
③ 电铃HA：8W，AC220V。
④ 电磁铁YA：100mA，AC220V。

4.3 输入输出点分配
该系统占用PLC35个I/O口，20个输入点，15个输出点，具体I/O分配如表4-3所表示。
表4-3 I\O分配表
输 入
输 出
文字符号
说 明
文字符号
说 明
SB1
电梯内一层按钮
H1
电梯内一层按钮指示灯
SB2
电梯内二层按钮
H2
电梯内二层按钮指示灯
SB3
电梯内三层按钮
H3
电梯内三层按钮指示灯
SB4
电梯内四层按钮
H4
电梯内四层按钮指示灯
SB11
一层上升呼叫按钮
H11
一层上升呼叫按钮指示灯
SB21
二层上升呼叫按钮
H21
二层上升呼叫按钮指示灯
SB22
二层下降呼叫按钮
H22
二层下降呼叫按钮指示灯
SB31
三层上升呼叫按钮
H31
三层上升呼叫按钮指示灯
SB32
三层下降呼叫按钮
H32
三层下降呼叫按钮指示灯
SB41
四层下降呼叫按钮
H41
四层下降呼叫按钮指示灯
SB5
电梯开门按钮
KM1
电动机正转接触器
SB6
电梯关门按钮
KM2
电动机反转接触器
SB7
检修开关
YA1
电梯开门电磁铁
ST1
电梯一层到位限位开关
YA2
电梯关门电磁铁
ST2
电梯二层到位限位开关
HA
电梯故障报警电铃
ST3
电梯三层到位限位开关

ST4
电梯四层到位限位开关

ST5
电梯关门到位限位开关

SP
电梯载重超限检测

FR
电动机过载保护热继电器

4.4 PLC外部接线图
本设计PLC外部接线图图4-4所表示.CPU226传感器电源24V(DC)能够输出600mA电流，经过核实在本设计中PLC容量完全满足要求，CPU226输出继电器触点容量为2A，电压范围为5~30V（DC）或5~250V（AC）。

图4-4 PLC外部接线图
4.5 四层电梯主电路图
此次设计四层电梯控制系统主回路原理图图4-5所表示。电机经过KM1、KM2闭合来实现正反转，从而实现电梯上、下运行。FR1为起过载保护作用热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用.

图4-5 四层电梯控制主电路图

图4-6 四层电梯控制控制电路图

第五章 软件设计
5.1 电梯运行步骤图
（1）电梯运行步骤图图5-1所表示
图5-1 电梯运行步骤图

（2）电梯运行步骤图简明介绍：
首先判定电梯停在几楼，假如停在一楼，再判定2、3、4楼是否有信号，假如没有信号，电梯停在一楼，假如有信号，电梯上升到对应楼层，停止后判定电梯停在哪一楼，判定有没有上行或下行信号，假如只有一个，上行或下行，则实施上行或下行；假如同时有上行和下行信号，则30秒后电梯回到一楼。
5.2 电梯开关门步骤图
电梯开关门步骤图图5-2所表示

图5-2 电梯开关门步骤图
3.2 梯形图
5.3.1外召唤信号登记及消除

5.3.2 内指令信号登记和消除
点动内呼按钮，信号登记显示。到层信号取消。
本系统设一楼为基站，两分钟内无任何操作，电梯自动返回一楼。

5.3.3 轿厢上行

5.3.4 电梯下行

5.3.5电梯故障警铃和检修

5.3.6 内指令外召唤信号保持
轿厢内呼指令和外召唤指令保持信号，用于在有乘坐需要楼层停车，并自动或手动实施开关门操作。开关门实施一次以后，信号取消。使电梯能够继续响应其它乘坐信号。
轿厢外：

轿厢内

5.3.7 各楼层停车信号

5.3.8 自动开关门
电梯到层停车后，延时2s自动开门，5s后自动关门。并设有手动开门按扭和关门按钮，可实现即时开关门。

电梯外呼信号：

5.4 语句表

5.3.1外召唤信号登记及消除

5.3.2 内指令信号登记和消除

5.3.3 轿厢上行

5.3.4 电梯下行

5.3.5电梯故障警铃和检修

5.3.6 内指令外召唤信号保持
轿厢外：

轿厢内

5.3.7 各楼层停车信号

5.3.8 自动开关门

信号

第六章 总结
经过一个多礼拜研究，经过在图书馆和互联网查阅相关资料，了解了电梯内部结构，而且加深了对电梯运行过程、控制系统认识，熟悉了可编程控制器在电梯控制系统中利用。而且，使我将原来所学知识系统化、理论化、实用化，对怎样使用已经有知识及获取相关资料方面能力又有了提升。经过这次设计，我还认识到不管做什么，全部需要扎实，勤奋，严谨工作态度，这对我以后工作将会产生深渊影响。
从刚开始无从下手到知道方向，这个过程带给我不止是自己试验进度加速，也从另一个层面上诠释着学海无涯。我们这学期刚接触PLC，但知道只是皮毛或说部分简单控制，并没有把它和实际结合起来，也完全不明白控制精髓，当初拿到这个题目就想，编程好复杂啊！天天全部坐电梯，却历来没把它和我们学习自动控制相连系起来，不过想想编程好复杂啊！即使才四层，但情况好多。
经过查阅资料，参考她人部分设计，才逐步明白了部分电梯控制过程。刚开始编程时有多个电梯运行方案，有方案编程简单，但缺乏实际意义，却靠近实际，编程就越复杂，最终我还是选择一个较靠近实际编程。认为越靠近实际那么意义才大，不符合实际东四根本就是无用。
这次实习遗憾是用仿真软件来实现电梯自动控制，行程开关需要手动控制，控制起来有点麻烦，所以我只做了简单单步仿真。
此次设计对我们是一个很大考验，也是一个很大学习机会，让我了解专业知识同时也对本专业发展前景充满信心。原来在我们身边还有很多能够用我们所学专业知识来处理问题，这使得我对我学专业自豪感油然而生，而且从理论结合实际中，我们能够学到更多。所以这次课程设计即使艰苦也学到了很多。我也明白了，设计必需建立在实际基础上，为人服务，方便大家生活。以后要更努力学习，提升自己。也要多多利用自己所学知识来利用到实际中，处理实际问题。

第七章 参考文件
【1】李仁，电气控制技术，机械工程出版社， ，6
【2】江西理工大学本科生毕业设计论文，，6
【3】李道霖，电气控制和PLC 原理及应用,电子工业出版社，．
【4】叶安丽.电梯技术基础(第1版)[M].北京: 中国电力出版社,.
【5】陈恒亮.电梯结构和原理[M].北京:中国劳动社会保障出版社,.
【6】姚玉刚.电梯智能控制系统研究[D].长春理工大学硕士学位论文,.
【7】张福恩等编著.交流调速电梯原理、设计及安装维修.[M] 北京：机械工业出版社，1999.6
【8】张汉达，王锡仲，朱学莉编著.现代电梯控制技术.[M] 哈尔宾工业大学出版社发行，.3
【9】顾战松，陈铁年编著.可编程控制器原理和应用.[M] 北京：国防工业出版社，1996
【10】丁树模主编.机械工程学.[M] 北京：机械工业出版社
【11】肖军,孟令军编著.可编程序控制器原理及应用.北京:清华大学出版社.
【12】贺哲荣,曾龙飞编著.流行可编程序控制器梯形图识图入门.北京:机械工业出版社.
【13】王整风，谢云敏.可编程控制器原理和实践教程.上海：上海交通大学出版社，.
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【15】三菱可编程控制器系统手册.