基于PLC的电梯控制系统设计六层电梯为例.doc
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1、 编号 淮安信息职业技术学院毕业论文题 目基于PLC的电梯控制系统设计以六层电梯为例学生姓名刘先跃学 号42023207系 部电气工程系专 业机电一体化技术班 级426121指导教师薛岚顾问教师揭志远十一月摘 要在现代社会及经济活动中,电梯已成为城市物质文明的标志。特别是在高层建筑中,电梯作为一种垂直运送工具,承载着大量人流、物流的输送。随着今天高层建筑的迅速发展,人们对电梯诸如可靠性、舒适度、低噪音、低能耗等的性能规定也愈来愈高。这一系列的规定促进了如今电梯行业的快速发展,其拖动技术发展到了调频调压调速阶段,逻辑控制也由可编程控制代替了之前的继电器控制。本课题是以PLC为核心的六层电梯控制系
2、统的设计,选用了西门子S7-200型的PLC。本文将电梯控制系统分为逻辑控制和速度控制系统两个部分来完毕,通过PLC解决旋转编码器输出的脉冲信号来控制变频器以实现电梯的上下行和变速自动控制。用西门子编程软件来进行编程并通过仿真调试来达成控制规定,从而使电梯的运营舒适并且安全。关键词:电梯 PLC 变频器AbstractIn modem social and economic activities,elevator has become a sign of urban material civilization.Elevator as a vertical transportation,it c
3、arries a large number of passenger and cargo especial in the highrise buildings.Along with the rapid development of highrise buildings,the higher and higher demands are proposed on the performance of elevator,such as reliability,comfort sensor,low noise and low-energy consumption,etc.This series of
4、requirements to promote the rapid development of the elevator industry,its dragging technology has developed from DC timing to AC variable frequency timing and its logic relay system also has been replaced by PLCThis issue is the design of six-layer elevator control system based on PLC and here is a
5、 selection of Siemens S7-200. To complete the design, this paper has been divided into the elevator control system logic and speed control system. This elevator control system use PLC to deal with pulse signal come from rotary encoder, and then the frequency converter has been controlled to realize
6、Kipling or down link and speed changing. Programming with the Siemens programming software and reaching the requirements by simulation and debugging. Thus it can make the operation of the elevator comfortable and safe.Keywords: elevator PLC frequency converter目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 课题研究的背景11.2
7、电梯控制系统的研究现状11.3 论文的重要内容2第二章 电梯的概述32.1 电梯产品发展简史32.2 电梯的组成部件32.3 电梯工作原理4第三章 六层电梯控制系统的硬件设计63.1 电梯的控制规定63.2 设备元件的选择73.3 旋转编码器的选型73.4 变频器的选型83.5 I/O端口设计和PLC的选型83.6 电梯控制系统主电路和控制电路设计103.7 PLC外部接线图11第四章 六层电梯控制系统的软件设计134.1 电梯的工作流程图134.2 梯形图14第五章 电梯的模拟调试295.1 电梯的开关门程序调试。295.2 电梯内呼控制程序调试305.3 电梯外呼控制程序调试315.4 电
8、梯程序中体现出来的指令记忆功能。32第六章 总结与展望34致 谢35参考文献36第一章 绪论1.1 课题研究的背景电梯是将机械原理应用、电气技术、微解决器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备,它是建筑物中的永久性垂直交通工具。电梯作为一种较为复杂的机电一体化设备,它由多许机械构件和电子、电气、大规模集成电路组成的微型计算系统及声、光控制部件所组成。那么电梯到底有哪些功能呢?我们从按下电梯的按钮到完毕电梯的运营并走出电梯轿厢,事实上已包含了电梯的许多功能,如:电梯的定向选层、电梯的起动、加速、稳速运营、到站减速、平层停车、开关门。尚有检修功能、安全保护功能、消
9、防功能、楼层显示等。从电梯控制系统的实现方法分,电梯的控制系统经历了继电器控制、可编程序控制(PLC)、单片微机控制、多微机控制多种形式。继电器控制系统是80年代最广泛的一种电梯控制方式,有控制逻辑线路简朴、直接、易于理解和掌握的优点,但由于该类系统是由众多继电器、接触器构成,使用一段时间后其接触点往往接触不良,所以电梯故障高,众多的继电器、接触器动作噪声较大,整个控制柜体积大。随着多微机系统在电梯控制系统中的应用,电梯控制发生了限大的变化,由于微机在电梯中的应用不仅取代了大部分继电器和选层器,并且使整个系统更加可靠,灵活性更加提高,功能大增强了。但微机的集成度高,功能项目固化,一般维修人员及
10、工程人员不能修改或增长其功能,只能回生厂家或用专用的工具。可编程控制器取代继电器构成的电梯控制系统,可以实现由继电器实现的逻辑控制功能,并且触点少、可靠高、故障率低、维修方便、噪声小。最重要的是它的可编程功能,使得当改变电梯的控制功能时,只要更改程序即可。虽然PLC的编程语言需不尽相同,但都有通俗易懂,便于自学的优点一般维修及工程人员都能掌握,PLC电梯控制系统比较合用于小高层的楼房。1.2 电梯控制系统的研究现状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越来越广泛的应用,电梯作为高层建筑中垂直运营的交通工具已与人们的平常生活密不可分。随着经济的高速发展,微电子技术、计
11、算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展,这使得交流变频调速电梯控制系统已经进入一个崭新的时代。事实上电梯是根据外部呼喊信号以及自身控制规律等运营的,而呼喊是随机的,电梯事实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规定的,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,完毕电梯信号的采集、运营状态和功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运营功能,拖动控制则由变频器来完毕;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
12、因素在于生产规模较小,自己设计和制造微机控制装置成本较高;而PLC具有可靠性高,程序设计方便灵活,抗干扰能力强、运营稳定可靠等特点,所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。随着人们生活水平的不断提高,对电梯的规定的也相应提高,为满足和提高人们的生活质量,电梯的智能化、自动化技术迅速发展。特别是随着技术、微电子和电力电子技术的飞速发展,现代电梯的技术含量日益提高。在改善电梯性能的同时,对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的规定。1.3 论文的重要内容本篇课程设计所选择的是西门子SIMATICS7-200系列的PLC。所采用的CPU模板是CPU 22X系列CPU 226。CPU226本
13、机集成了24点输入/16点输出,共有40个数字量I/O。它可连接7个扩展模块,最大扩展至168点数字量I/O点或35路模拟量I/O点。CPU226有13K字节程序和数据存贮空间,6个独立的30KHZ高速计数器,2路独立的20KHZ高速脉冲输出,具有PID控制器。CPU226配有1个RS-485通讯/编程口,具有PPI通讯、MPI通讯和自由方式通讯能力,是具有较强控制能力的小型控制器。在设计过程中,运用了西门子S7-200的编程软件和仿真软件,并将这两种软件结合起来,达成了很好的效果。此篇毕业设计总共分为六个章节:第一章为绪论,把握整体着重介绍基于PLC电梯控制系统的研究背景及其发展现状以及论文
14、的结构和重要内容;第二章重要对电梯的概述;第三章又具体的介绍了电梯控制系统硬件电路的设计;第四章进行软件的设计;第五章为软件的仿真调试的过程;第六章是对本片论文的总结与展望。第二章 电梯的概述2.1 电梯产品发展简史根据国外有关资料介绍,公元前282023在古代埃及,为了建筑当时的金字塔,曾使用过由人力驱动的升降机械。公元1765年瓦特发明了蒸汽机后,1858年美国研制出以蒸汽机为动力,并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。1878年英国的阿姆斯特郎发明了水压梯。并随着水压梯的发展,淘汰了蒸汽梯。后来又采用液压泵和控制阀以及直接栓塞式和侧栓塞式结构的液压梯,这种液压梯至今仍为人们所采用。但是电
15、梯得以兴盛发展的主线因素在于采用了电力作为动力来源。我国电梯的使用历史悠久。80年代中期以来,随着我国对外开放,对内告活经济的政策进一步贯彻执行,随着技术引进工作的进一步开展,在国内建立一批合资和独资电缆生产厂,使我国的电梯工业又取得巨大的发展,我国又新颁布一批具有80年代国际水平的电梯制造标准,随着采用新标准生产的电梯批量推向市场,技术性能和质量明显提高的电梯又进一步促进建筑业和电梯业的发展,电梯工业蓬勃发展的局面已经形成。2.2 电梯的组成部件电梯是一种复杂的机电产品,一般由机房、轿厢、厅门及井道和井底设备等4个基本部分组成。1.机房机房位于电梯井道的最上方或最下方,用于装设曳引机、控制柜
16、、限速器、选层器、地震检测仪、配线板、总电源开关及通风设备等。当机房设在井道底部时,称为下置式曳引方式。由于此种方式结构较复杂,钢丝绳弯折的次数较多,缩短了钢丝绳的使用期限,增长了井道承重,且保养困难,所以一般不采用,只有机房不也许设在井道顶部时才采用。相反,机房上置式曳引方式因设备简朴,钢丝绳弯折次数少,成本低,维护简朴等特点,最为普遍采用。假如机房即不也许设在井道底部,也不了能设在顶部时,可考虑选用液压式电梯,即机房侧置式。机房结构必须坚固,防震和隔音,有足够的面积,、高度、承重能力和良好的通风条件,并且室内经常保持有适度的照明亮度,保持干燥清洁等。通常有如下的规定:(1)面积一般至少为井
17、道侧面积的2倍以上,对交流电梯,一般为22.5倍;对直流电梯,一般为33.5倍。(2)高度指机房地面至顶板的垂直距离。对客梯、病房梯,一般为2.22.8m以上;对货梯,一般为2.22.4m以上。(3)承重能力。机房的地板规定能承重6kPa(杂物梯为4kPa)的均部载荷。在曳引机安装的上方,应设吊钩用于维修。钩的承重能力如下:对额定载重量5003000kg的电梯,应大于2023kg;对额定载重量5000kg的电梯,应大于3000kg。(4)对于机房的设立有以下3种方式:机房下置式。2.轿厢与对重(1)轿厢 轿厢是是用来安全运送乘客及物品到目的层的箱体装置,它的运营轨迹是在曳引钢丝绳的牵引下沿导轨
18、上下运营。(2)对重 对重又称平衡重,起到平衡轿厢的作用(但这种平衡是相对的和变化的)对重与轿厢通过曳引绳的连接,运用曳引绳与曳引轮槽之间的摩擦力驱动轿厢的上升和下降。3.厅门(层门)厅门是为保证在候梯厅的乘客安全而设立的开闭装置,只有在轿厢停层和平层时才被打开。4.井道与井底设备(1)曳引钢丝绳 连接轿厢与对重,驱动轿厢上下运营。(2)导轨 使轿厢和平衡对重在井道内垂直升降的导向装置。(3)限速钢丝绳、张紧装置 用以防止限速钢丝绳的松弛或摇动,把轿厢速度对的地传送到限速器的辅助装置。(4)补偿链 由于轿厢升降,轿厢侧与对重侧的曳引钢丝绳重量比随之变化。为了修正这个变化,减轻电动机的负载,将轿
19、厢与对重用补偿链连接起来,一般用于提高高度超过30m的电梯。(5)终端保护装置 终端保护装置由终端电气保护装置和机械缓冲装置两部分相组成,终端电气保护装置由换速开关、限速开关和极限开关组成。机械缓冲装置是指位于底坑的各种缓冲器,它们是电梯安全保护的最后一道措施,设立在井道底坑中且正对轿厢和对重,起作用是防止轿厢和对重冲顶撞底。2.3 电梯工作原理曳引绳两端分别连着轿厢与配重,并通过变频器变速后带动曳引轮转动,靠曳引绳与曳引轮摩擦所产生的牵引力,实现轿厢和对重的升降运动,达成运送目的。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做往复升降运动,防止轿厢在运动中产生偏斜或摆动的动作。
20、常闭式制动器在电动机工作时间松闸,使电机运转,在失电情况下制动,使轿厢停止升降,并在指定层站上维持静止状态,以供人员和货品出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件,配重用来平衡轿厢载荷、减少发动机功率。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制,同时完毕选层、平层、报警工作。指示呼喊系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。第三章 六层电梯控制系统的硬件设计PLC是电梯构成的核心,其输入端涉及旋转编码器带来的变速信号、外呼电梯输入信号、内呼电梯输入信号、开关门输入。而PLC的输出端涉及内呼信号指示、外乎信号指示、运营方向指
21、示、楼层指示、开关门控制以及通过控制变频器来控制电机运转。在系统的控制过程中通过对PLC输入内呼信号、外呼信号、开关门信号、加减速信号,PLC在解决过这些输入信号后会相应的发出内呼信号指示信号、外呼信号指示信号、运营方向指示信号、楼层指示信号、开关门控制信号以及控制变频器的加、减速信号和稳速信号。比如旋转编码器将减速点信号传递给PLC后,PLC会在减速点处控制变频器进行减速解决。具体的系统控制结构图如图3-1。旋转编码器外呼电梯输入信号内呼电梯输入信号开关门输入输入端口输出端口PLC内呼信号指示外呼信号指示运营方向指示楼层指示开关门控制变速信号变频器控制拽引电机和门电机图3-1 系统控制结构图
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