基于PLC的电梯控制新版专业系统设计.doc
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1、第1章 绪 论1.1 论文背景及意义伴随科学技术发展、城市现代化进程突飞猛进,电梯作为一个高效、迅捷、安全、可靠垂直运输设备,成为了大家不可缺乏运输工具。现代高层建筑中各办公大楼、住宅、宾馆、医院、工矿企业、仓库、码头、大型货轮等全部离不开它。据统计,在美国乘其它交通工具人数每十二个月约为80亿人次,而乘电梯人数每十二个月却有540亿人次之多。电梯服务中国已经有100多年历史,尤其在改革开放以后,中国电梯使用数量快速增加。尤其是现阶段,伴随经济日新月异发展,大家生活水平不停提升,城市建筑不停增多,楼房也越来越高,和此对应,电梯也得到迅猛发展。现在,电梯已完全融入我们生产、生活中,满足大家生活、
2、工作及学习需要。据统计,中国在用电梯已达40多万台,每十二个月还以约5万6万台速度增加12。电梯作用越来越显著,电梯需求越来越大。而现在中国使用优异电梯系统基础上全部是国外设计制造,其关键技术并不公开。中国含有自主知识产权控制方法和技术在实际中应用还比较少,和国外优异技术相比还有较大差距。立即研究和掌握优异控制技术,对中国电梯工业发展会有很大促进作用。早期电梯自动控制系统中,信号逻辑控制通常是由继电器接触器电路来实现。因为继电器、接触器全部是有触点电气元件,体积庞大,弧光放电较严重,使用寿命有限;在电梯这种较复杂控制系统中可靠性不高,施工过程中接线复杂,当控制要求改变时必需改变硬件接线,使得通
3、用性和灵活性不够,生产周期加长;另外,继电器、接触器触点数目有限,可扩展性较差;继电器接触器控制系统依靠触点机械动作实现控制,工作频率低且机械触点还会出现抖动问题;继电器控制逻辑通常不含有计数功效;同时伴随楼宇层数增加,继电器接触器控制系统过于庞大,给设计带来不便。基于以上多个原因,造成电梯控制系统工艺性、运行可靠性和安全性降低,故现在己被逐步淘汰。现在电梯控制普遍采取两种方法,一是采取微机作为信号控制单元,完成电梯信号采集、运行状态和功效设定,实现电梯自动调度和集选运行功效。微机控制是电梯控制技术发展方向,现在已经有部分由微机控制电梯新机型相继推出,使控制功效得到增强,性能得到改善。微机控制
4、系统即使在智能控制方面有较强大功效,但也存在一定不足之处,首先微机控制抗干扰能力较差、系统设计较复杂、通常维修人员难以掌握其维修技术,其次专门设计和制造微机控制装置,一次性成本较高。这些全部限制了微机控制系统应用普及。第二种控制方法用可编程控制器(PLC)替换微机实现信号集选控制。现在,在中国,对于一个中、小型电梯控制系统,大多采取PLC控制,关键原因在于当规模较小时,用PLC控制能够降低因专门设计和制造微机控制装置成本,且PLC含有编程简单;控制运行可靠性高,抗干扰能力强;通用性好、功效强大;开发周期短;体积小,使用方便,可扩展性强;成本低,维护方便和强大网络通讯功效等优点,所以成为现代楼宇
5、中、小型电梯控制系统主流。同时,因为历史原因,中国现在还存在着相当数量由继电器接触器系统控制传统电梯,这些电梯PLC技术改造也是目前中国电梯控制热点。所以,PLC控制在中国电梯行业有着广泛利用。1.2 电梯控制系统发展现实状况多年来,中国电梯生产技术得到了快速发展部分电梯厂也在不停改善设计、修改工艺。更新换代生产更新型电梯。继电器组成次序控制系统是最早一个实现电梯控制方法。不过,进入九十年代,伴随科学技术发展和计算机技术广泛应用,大家对电梯安全性、可靠性要求越来越高,继电器控制弱点就越来越显著。可编程序控制器(PLC)最早是依据次序逻辑控制需要而发展起来,是专门为工业环境应用而设计数字运算操作
6、电子装置。鉴于其种种优点,现在,电梯继电器控制方法己逐步被PLC控制所替换。同时,因为电机交流变频调速技术发展,电梯拖动方法己由原来直流调速逐步过渡到了交流变频调速。所以,PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业一个热点。1.2.1 电梯继电器控制系统特点及存在问题电梯继电器控制系统优点:(1)全部控制功效及信号处理均由硬件实现,线路直观,易于了解和掌握,适合于通常技术人员和技术工人所掌握。(2)系统保养、维修及故障检验无需较高技术和特殊工具、仪器。(3)大部分电器均为常见控制电器,更换方便,价格较廉价。(4)多年来中国一直生产这类电梯,技术成熟,已形成系列化产品,技术资料图纸齐全,熟悉
7、、掌握人员较多。电梯继电器控制系统存在问题:(1)系统触点繁多、接线线路复杂,且触点轻易烧坏磨损,造成接触不良,所以故障率较高。(2)一般控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂控制功效,使系统控制功效不易增加,技术水平难以提升。(3)电磁机构及触点动作速度比较慢,机械和电磁惯性大,系统控制精度难以提升。(4)系统结构庞大,能耗较高,机械动作噪音大。(5)因为线路复杂,易出现故障,所以保养维修工作量大,费用高;而且检验故障困难,费时费工。电梯继电器控制系统故障率高,大大降低了电梯可靠性和安全性,常常造成停梯,给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底,不仅会造成电梯机械部件损坏,还可能出现
8、人身事故。1.2.2 PLC在电梯控制中应用特点PLC控制系统因为运行可靠性高,使用维修方便,抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点,倍受大家重视等优点,已成为现在在电梯控制系统中使用最多控制方法,现在也广泛用于传统继电器控制系统技术改造。现在中国七八十年代安装很多电梯电气部分用继电器接触器控制系统,线路复杂,接线多,故障率高,维修保养难,很多已处于闲置状态,其拽引系统多采取交流双速电机系统换速,效率低,调速性能指标较差,严重影响电梯运行质量。因为这些电梯交流调压调速系统,交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适感较差,交流调压调速系统属能耗型调速机械部分无大问题,为节省资金,大部分传统电梯用户期望对
9、电梯电气控制系统进行改造,提升电梯运行性能。所以对电梯控制技术进行研究,寻求适合中国传统电梯改造方法含有十分关键意义。电梯作为高层建筑物关键交通工具和大家工作和生活日益紧密联络。PLC作为新一代工业控制器,以其高可靠性和技术优异性,在电梯控制中得到广泛应用,从而使电梯由传统继电器控制方法发展为计算机控制一个关键方向,成为目前电梯控制和技术改造热点之一。PLC是一个专门从事逻辑控制微型计算机系统。因为PLC含有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。所以在工业控制方面得到了广泛应用。自80年代后期PLC引入中国电梯行业以来,由PLC组成电梯控制系统被很多电梯制造厂家普遍采取。并形成了一系列定
10、型产品。在传统继电器系统改造工程中,PLC系统一直是主流控制系统。电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分性能对电梯运行是乘客舒适感有着关键影响,而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行关键。为了改善电梯舒适感和运行可靠性,现在全部改为用PLC来控制电梯运行,这么大大提升了电梯性能。可编程控制器(Programmable Logic controller,简称PLC)是以微处理器为基础,综合了计算机技术和自动化技术而开发新一代工业控制器。它含有可靠性高、适应工业现场高温、冲击和振动等恶劣环境特点,已成为处理自动控制问题最有效工具,是目前优异工业自动化三大支柱之一。PLC控制电梯关键有以下几优
11、点:(1)在电梯控制中采取了 PLC,用软件实现对电梯运行自动控制,可靠性大大提升。(2)去掉了选层器及大部分继电器,控制系统结构简单,外部线路简化。(3)PLC 可实现多种复杂控制系统,方便地增加或改变控制功效。(4)PLC 可进行故障自动检测报警显示,提升运行安全性,并便于检修。(5)用于群控调配和管理,并提升电梯运行效率。(6)更改控制方案时不需改动硬件接线。另外,微机控制系统虽在智能控制方面有较强功效,但也存在抗扰性差,系统设计复杂,通常维修人员难以掌握其维修技术等缺点而没被广泛采取。PLC控制系统因为运行可靠性高,使用维修方便,抗干扰性强,设计和调试周期短等优点,倍受大家重视等优点,
12、已成为现在在电梯控制系统中使用最多控制方法。1.3论文关键内容课题所研究内容关键是用可编程控制器(PLC)来设计电梯自动控制系统。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。因为PLC作为新一代电梯控制工具含有以上优点,此次毕业设计就以四层电梯作为控制对象,以PLC作为工具对电梯控制系统进行了设
13、计。设计过程关键包含以下几项:(1)分析电梯关键结构和控制要求。(2)利用PLC技术实现四层电梯运行控制,包含:电梯开关门控制、电梯厅召唤控制、电梯到站指示控制、电梯自动平层控制、电梯调速控制。本文采取德国西门子(Siemens)企业生产S7-200型PLC及其扩展模块,利用其丰富和功效强大指令,设计出梯形图。(3)利用S7-200仿真软件对关键程序进行仿真。第2章 电梯控制理论基础2.1 电梯概述一个半世纪风风雨雨,翻天覆地是历史变迁,永恒不变是电梯提升现代人生活质量承诺。生活在继续,科技在发展,电梯也在进步。电梯材质由黑白到彩色,样式由直式到斜式,在操纵控制方面更是步步出新包含手柄开关操纵
14、,按钮控制,信号控制,集选控制、人机对话等。多台电梯还出现了并联控制,智能群控;双层轿箱电梯展示出节省井道空间,提升运输能力优势,变速式自感人行道扶梯大大节省了行人时间;不一样外形扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中乘客视线不再封闭。电梯关键分为机械系统和控制系统两大部份,伴随自动控制理论和微电子技术发展,电梯拖动方法和控制手段均发生了很大改变,交流调速是目前电梯拖动关键发展方向。现在电梯控制系统关键有三种控制方法:继电路控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统因为故障率高、可靠性差、控制方法不灵活和消耗功率大等缺点,现在已逐步被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强
15、功效,但也存在抗扰性差,系统设计复杂,通常维修人员难以掌握其维修技术等缺点。而PLC控制系统因为运行可靠性高,使用维修方便,抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点,倍受大家重视等优点,已成为现在在电梯控制系统中使用最多控制方法,现在也广泛用于传统继电器控制系统技术改造。2.1.1电梯起源和发展电梯雏形始于中国商周时期出现提水用辘轳,它是由木制支架、卷筒、曲柄绳索组成简易卷扬机,依靠人力或畜力驱动,提升水速度很慢。1831年英国人法拉弟发明电机以后,德国最早出现了用电力拖动升降机电梯。电梯在美国发展很快,1889年美国纽约“戴维斯特”大厅安装了第一批直流电动机和蜗轮蜗杆电梯,提升速度达成了0.5m
16、/s。19美国奥梯斯电梯企业制造出世界上第一台自动扶梯。19已设计成功电梯自动平层控制系统。1933年美国制造出6m/s高速电梯。在第二次世界大战以后,美国建筑业得以快速发展,促进电梯也进入发展时期,新技术被广泛用于电梯。1949年研制出4-6台电梯群控系统。1955年出现了真空电子管小型计算机控制电梯。1962年在美国己出现了8.5m/s超高速电梯。在1967年将固体晶闸管用于电梯拖动系统。伴随电力电子技术发展,在用晶闸管替换直流发电机一电动机组同时,研制出了交流调压调速系统,是交流电梯调速性能得到了显著改善。1976年将微处理器应用于电梯。1977年日本三菱电机株式会社开发出了lOm/s超
17、高速电梯。1984年日本将交流变频调速系统用于2m/s以上高速电梯。1985年以后,又将其延伸到中、低速交流调速电梯。交流变频调速技术被认为是电梯行业现代技术。1985年日本生产出世界上第一台螺旋式自动扶梯,使其显著降低了占地面积。1993年日本生产12.5m/s世界上最高速交流变频调速电梯已投入运行。目前,在电梯电力拖动方面,除了大容量电梯还采取直流拖动系统以外,用交流变频调速方法已成为高速电梯主流3。应用微机全方面替换继电器控制逻辑实现闭环控制,深入提升电梯性能和可靠性,降低现场调试要求,是电梯控制技术方向。电梯群控系统是现代电梯技术又一关键组成部分。它不仅有完善分区服务、运行监控、客流交
18、通统计分析等功效,还含有故障诊疗功效。在电梯品种方面,出现了双层电梯、大吨位集装箱电梯等。为适应摩天大楼对电梯特殊要求,现在正在研制无绳直线驱动电梯。另外,用电子位置传感器替换机械选层器、用更优异装置替换门安全触板、增设轿厢内通信设施和轿厢非安全门区语音提醒和运行状态语音汇报等装置,也是电梯技术现代化表现。同时,更着重于可靠性、安全性和乘坐舒适性,进而主张电梯、扶梯和大自然相协调,对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有对应要求。至此,电梯进入了全方面快速发展新时期。2.1.2 电梯结构电梯是机、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
19、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。电梯基础结构图2-1所表示4。图2-1 电梯基础结构1-控制柜(屏);2-拽引机;3-拽引钢丝绳;4-限速器;5-限速器钢绳;6-限速器张紧装置;7-轿厢;8-安全钳;9-轿厢门安全触板;10-导轨;11-对重;12-厅门;13-缓冲器。(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
20、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
21、,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,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
22、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。
23、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。2.1.3 电梯控制要求大家对现代电梯自动化程度和智能行越来越高,能够有下列基础功效,这些功效有是厂家作为标准功效配置在电梯上,有是可按用户要求配置。不过因为此次设计工作时间有限,不可能实现下面全部控制要求,只能完成其中部分关键最基础控制要求。(1)司机操作。由司机关门开启电梯运行,由轿内指令按钮选向,厅外召唤只能顺向截梯,自动平层。(2)集选控制。集选控制是将轿厢内指令和厅外召唤等多种信号集中进行综合分析处理高度自动控制功效。它能对轿厢指令、厅外召
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