基于西门子PLC的电梯控制系统设计及调试课程设计(共26页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上唐 山 学 院 PLC 课 程 设 计 题 目 基于西门子PLC的电梯控制系统设计及调试 系 (部) 信息工程系 班 级 12电本1班 姓 名 学 号 指导教师 关榆君、田红霞、田丽欣 2016 年 1 月 4 日 至 1 月 15 日 共 2 周2016年 1 月 15 日专心-专注-专业目 录1 绪论1.1电梯的发展状况在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，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年英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。但是，电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。18世纪末发明了电机，并随着电机技术的发展，19世纪初开始使用交流异步单速和双速电动机作动力的交流电梯，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能。在20世纪初，美国奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯，从而为后来的高速度、高行程电梯的发展奠定了基础。20世纪30年代美国纽约市的102层摩天大楼建成，美国奥的斯电梯公司为这座大楼制造和安装了74台速度为6.0m/s的电梯。从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异地发展着。目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。随着电子工业的发展，可编程序控制器（PLC）和电子计算机成功地应用到电梯的电气控制系统中去后，电梯产品的质量和运行效果显著提高。1.2 PLC在电梯控制中的应用及发展前景目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。而PLC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证继电器等实际上是PLC系统内存工作单元，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。PLC控制是三控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。然而，人们的追求并没有就此停止下来，仍在不断的进行研究改进。绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。目前意义上的“绿色”，一般是强调“天然”的一面，强调与环境的协调与和谐。电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽可能小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。这也应是绿色电梯的发展方向。(1) 智能化。我们这里所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而且还有传统的人工智能无法比拟的东西，具有动念和随机处理各种问题的能力。诸如能根据轿厢内的情况和各层的候梯信息，自动地制定每次最优的运动速度和停车政策；自动选择运动方面；双向语音交流；到达目的层的语音提示等，让乘客有更多的主动性，使大楼交通运输实现真正的人机对话。(2)安全性。运行安全是电梯的根本和关键。可以说，电梯的全部其他工作都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁辐射，使用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的视觉效果，让每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内有安全、舒适的好心情。(3) 与环境的协调和平衡，包括以下几个方面：视觉协调。有人曾经做过环境色彩是否对人有影响的研究。色彩宜人，格调高雅，制作精良的电梯，乘客自然会有一种安全的感觉，有一种视觉上的舒适。消除电磁辐射。由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是电磁干扰的元凶，所以绿色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小，而又不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备。舒适感。通过采用高载频波矢量静音变频器，可降低噪声变换频率及电压。以CPU控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、更舒适的运行。1.3研究背景及设计意义电梯是集机、电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机PLC以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。2电梯控制系统设计2.1PLC控制系统设计的基本原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则:(1) 最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。(2) 保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如:应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而在非正常情况下(如突然掉电再上电、按钮按错等)也能正常工作。(3) 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。(4) 适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/0点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。2.2 设计思想电梯信号控制基本由PLC软件实现。电梯信号控制系统如图2-3所示，输入到PLC的控制信号有:运行方式选择、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。各种数字信号通过输入接口输入PLC内部再由PLC通过输出接口控制各种功能的实现。图2-1 电梯PLC信号控制系统框图2.3 主电路的设计2.3.1 拖动电机电路的设计本设计采用三相异步电机作为电梯的牵引电机，并且电机采用星-三角起动方式。M3L1L2L3FUKM3KM4FRKM6KM5U1V1W1U2V2W2+ KM7RZDC图2-2电梯拖动电机电路异步电机从静止状态过渡到稳定运行状态的过程称为异步电机的启动过程。如果在额定电压下直接起动，由于最初起动瞬间主磁通约减小到额定值的1/2，转子功率因数又很低，造成了起动时堵转电流相当大而堵转转矩并不大（不像直流电机那样，起动转矩与起动电流成正比）的结果，所以要采用星-三角降压起动方法。起动时，电机定子绕组接成星形联结，起动后改接成三角形联结，如图3所示。起动时，接触器KM3、KM5触点闭合，电机定子绕组接成星形联结，待转速升高到一定程度后，接触器KM5触点断开，接触器KM6触点闭合，定子绕组改成三角形联结，电机进入正常运行。制动时采用能耗制动，接触器KM3触点断开、KM7闭合，电机在断开交流电源的同时，在定子两相上通入直流电流，直流电流通过定子绕组，便在电机内建立一个位置固定、大小不变的恒定磁场。电机转子由于惯性继续旋转，转子导体切割恒定磁场而产生感应电动势和电流，该电流和恒定磁场相互作用产生相互作用产生电磁转矩，转矩的方向与转子实际旋转方向相反，起到了制动的作用。在制动过程中，电机的转速不断下降，电机不断吸收系统存储的机械能，并把它转换成电能消耗在转子电路的电阻上。M3L1L2L3FUKM1KM2FR图2-3电梯门拖动电机2.3.2 门电机电路的设计门电机的驱动也采用三相异步电机，而起动时采用直接起动的方式，因为门电机的功率不大，直接起动对电源的影响不大，门电机电路如图4所示。接触器KM1闭合，门电机正转，电梯门打开。接触器KM2闭合，门电机反转，电梯门关闭。2.4I/O点数的分配根据电梯控制的要求，电梯应具有内呼和外呼按钮、行程开关、开关门按钮，以及相应的指示灯，估算所需I/O口的数量，并绘制I/O口分配表，见下表。表2-1 I/O地址分配表序号输入信号输出信号编号名称编号名称1I0.0开门Q0.0开门2I0.1一层限位Q0.1一层指示3I0.2二层限位Q0.2二层指示4I0.3三层限位Q0.3三层指示5I0.4四层限位Q0.4四层指示6I0.5关门Q0.5关门7I0.6开门到位Q0.6上行指示8I0.7关门到位Q0.7下行指示9I1.0上平层感应器Q1.0高速10I1.1一层内选Q1.1一层内选指示11I1.2二层内选Q1.2二层内选指示12I1.3三层内选Q1.3三层内选指示13I1.4四层内选Q1.4四层内选指示14I1.5下平层感应器Q1.5低速15I1.6上限位Q1.6上行输出16I1.7下限位Q1.7下行输出17I2.0一楼上呼Q2.0一楼上行18I2.1二楼下呼Q2.1二楼下行19I2.2二楼上呼Q2.2二楼上行20I2.3三楼下呼Q2.3三楼下行21I2.4三楼上呼Q2.4三楼上行22I2.5四楼下呼Q2.5四楼下行23I2.6关门测试信号2.5PLC外部接线图根据I/O点数分配表及电梯实现的功能画出PLC外部接线图如下图所示： 图2-4 PLC外部接线图3电梯控制系统功能实现与仿真3.1各段程序块功能3.1.1复位初始化模块首先观察检测电梯是否处于关门状态，如果不是，就执行关门。当电梯门彻底闭合之后，将关门电机复位，停止关门。梯形图如下：图3-1 电梯开关门状态中间继电器M1.1的作用是记录轿厢是不是在楼层上，到达任一楼层后，复位M1.1表示已经到达正确楼层。梯形图如下：图3-2 电梯是否到达正确楼层3.1.2内选模块举例说明，假设内选一层，内选一层时一层指示灯亮；到达一层并且执行开门时指示灯熄灭；电梯停在某一层时该层指示灯灭。梯形图如下：图3-3 一层指示灯电路3.1.3上下行指示中间继电器当电梯处于下行状态或者上行没有到3、4楼的任务时，M0.0有效；当电梯处于上行状态或者下行没有到1楼的任务时，M0.1有效；当电梯处于下行状态或者上行没有到4楼的任务时，M0.2有效；当电梯处于上行状态或者下行没有到1、2楼的任务时，M0.3有效。梯形图如下：图3-4 上下行指示中间继电器3.1.4外呼模块举例说明，假设电梯到达二层，则电梯开门。电梯是上行方向或者下行但是没有往下的任务时取消呼梯信号。梯形图如下：图3-5 二楼外呼上行电路3.1.5平层感应有时电梯运行时由于某些影响，导致电梯不能准确的停留在欲停留的楼层，会与楼层出现错位，因此要加装平层感应装置。梯形图如下：图3-6 平层感应电路3.1.6电梯高低速运行电梯运行过程中有一个高低速转换状态，电梯开始启动时先进入低速模式，一定时间后转为高速状态。当预停车继电器M2.0有效时，当电梯有上行输出且上平层感应器接触时；或者电梯有下行输出且下平层感应器接触时；电梯则由高速运行转为低速运行。当有电梯上行输出且下平层感应器接触断开时；或者电梯有下行输出且上平层感应器断开时；电梯由低速运行转为高速运行。梯形图如下：图3-7 电梯高低速运行3.1.7停车模块M2.0为预停车继电器，当在一层，有一层内选或上呼时；当在二层，有二层内选或上、下呼时；当在三层，有三层内选或上、下呼时；当在四层，有四层内选或下呼时；则M2.0有效。当平层到位时，M2.0复位。梯形图如下：图4-7 电梯高低速运行图3-8 停车电路3.1.8电梯上下行中间继电器以下行中间继电器为例，M0.5为下行继电器，当电梯在三层，有三楼下呼、二楼上呼、二楼下呼、一楼上呼、轿厢内选一层、轿厢内选二层时；当电梯在二层，有一楼上呼、轿厢内选一层时；当电梯有轿厢内选四层时；下行继电器M0.5有效。平层到位继电器有效，当电梯在二层，二楼可上行继电器有效时；当电梯在三层，三层可上行继电器有效时；当电梯在一层时；则下行继电器复位。梯形图如下：图3-9 电梯上下行中间继电器图4-7 电梯下行中间继电器3.1.9开关门模块以开门状态举例，在满足各楼层的开门条件，并且前提是关门状态时，执行开门，在按下关门电机或者关门到位的时候关闭开门电机，开门到位后延时一段时间，电梯自动关门。梯形图如下：图3-10 开门电路3.1.10电梯上下行输出以上行输出为例，当上行指示灯亮，关门到位信号有效，电梯既没有执行开门动作也没有下行输出，则电梯上行输出灯亮。当电梯上限位有效或执行开门动作时，电梯执行上行输出复位。梯形图如下：图3-11 上下行输出电路3.2程序仿真图3-12 程序仿真图4设计总结本设计基本上达到了设计目的,利用PLC实现了对电梯的控制，通过合理的软件设计，提高了电梯运行的可靠性，改善了电梯运行的舒适感，并节约了电能。利用可编程控制器（PLC）控制技术改造旧电梯，充分利用了现代电力电子技术、计算机原理和检测技术，达到了对电梯的可靠控制。通过合理的设备选型、参数设置和软件设计，提高了电梯的运行可靠性。采用PLC改造后的电梯结构紧凑、维修简单、故障率低。如果PLC与交流变频调速（VVVF）控制技术结合将提升电梯的的效率和舒适感，有利于电梯的节能。具有一定的经济效益和社会效益。当然，本次设计还存在一些不足之处，例如:本设计的外围电路设计过于简单。但由于时间有限，本人没有考虑周详。另外，由于实际条件的限制，本设计是模拟设计不能采集到现场数据，这也是不足之处。当然，设计中肯定还有其他不足和纰漏之处，请各位老师指正。5 参考文献1 储云峰.施耐德电气可编程控制器原理及应用.北京:机械工业出版社.2006.8 2 宋伯生.PLC 编程原理、算法及技巧M.北京:机械工业出版社.2006 3 刘裁文.电梯控制系统.北京：电子工业出版社.1996 4 陈家盛.电梯结构原理及安装维修，机械工业出版社.2003 5 陈在平.可编程控制器技术与应用系统设计，机械工业出版社.20056陈建民.电气控制与PLC应用M. 北京：电子工业出版社.2011. 7 邓星钟. 机电传动控制. 武汉：华中科技大学出版社.2001. 8 静  康. 实用电工典型线路图例. 北京：中国水利水电出版社.1998. 9 朱英韬. 工厂电气控制技术. 北京：工业大学出版社.1991. 10 杨长能,张兴毅. 可编程程序控制器基础及应用.重庆:重庆大学出版社.2001.附录Network 1/ 关门指示LD SM0.1AN I0.6AN I0.7S Q0.5, 1Network 2 / 关门到位1LD I0.7R Q0.5, 1Network 3 / 初始下行复位LD SM0.1AN I0.1AN I0.2AN I0.3AN I0.4AN I1.6S M1.1, 1Network 4 / 复位LD I0.1O I0.2O I0.3O I0.4O I1.7R M1.1, 1Network 5 / 一层内呼LDN I0.1A I1.1LDN I0.1ON Q0.0A Q1.1OLD= Q1.1Network 6 / 二层内呼LDN I0.2A I1.2LDN I0.2ON Q0.0A Q1.2OLD= Q1.2Network 7 / 三层内呼LDN I0.3A I1.3LDN I0.3ON Q0.0A Q1.3OLD= Q1.3Network 8 / 四层内呼LDN I0.4A I1.4LDN I0.4ON Q0.0A Q1.4OLD= Q1.4Network 9 / 二层外呼下响应LD M0.4AN Q1.3AN Q1.4AN Q2.2AN Q2.3AN Q2.4AN Q2.5O M0.5= M0.0Network 10 / 二层外呼上响应LD M0.5AN Q2.0AN Q2.1AN Q1.1O M0.4= M0.1Network 11 / 三层外呼下响应LD M0.4AN Q1.4AN Q2.4AN Q2.5O M0.5= M0.2Network 12 / 三层外呼上响应LD M0.5AN Q1.1AN Q1.2AN Q2.1AN Q2.3AN Q2.0O M0.4= M0.3Network 13 / 一层外呼上灯LD I2.0LDN I0.1ON Q0.0A Q2.0OLD= Q2.0Network 14 / 四层外呼下灯LD I2.5LDN I0.4ON Q0.0A Q2.5OLD= Q2.5Network 15 / 二层外呼下灯LD I2.1LDN M0.0ON Q0.0ON I0.2A Q2.1OLD= Q2.1Network 16 / 二层外呼上灯LD I2.2LDN M0.1ON Q0.0ON I0.2A Q2.2OLD= Q2.2Network 17 / 三层外呼下灯LD I2.3LDN I0.3ON M0.2ON Q0.0A Q2.3OLD= Q2.3Network 18 / 三层外呼上灯LD I2.4LDN I0.3ON M0.3ON Q0.0A Q2.4OLD= Q2.4Network 19 / 开门LD Q1.1O Q2.0A I0.1LD M0.0A Q2.1LD M0.1A Q2.2OLDO Q1.2A I0.2OLDLD M0.2A Q2.3LD M0.3A Q2.4OLDO Q1.3A I0.3OLDLD Q1.4O Q2.5A I0.4OLDLD I0.0AN Q0.0AN Q0.5OLDAN Q0.5LD Q0.7AN Q0.6EUO I0.6NOTLPSA Q0.0= Q0.0LPPALDO Q0.0= Q0.0Network 20 / 开门后延时3秒LD I0.6TON T33, 300Network 21 / 关门LD I0.5EUO T33AN Q0.0LD I0.0AN I0.5EUO I0.7NOTLPSA Q0.5= Q0.5LPPALDO Q0.5= Q0.5Network 22 / 上行指令中间继电器LD Q2.2O Q1.3O Q1.4O Q2.3O Q2.4O Q2.5A I0.2O I0.1LD Q2.4O Q1.4O Q2.5A I0.3OLDAN M0.5LD I0.2A M0.0LD I0.3A M0.2OLDO I0.4O I1.7NOTLPSA M0.4= M0.4LPPALDO M0.4= M0.4Network 23 / 关断是否下行LD Q2.1O Q1.1O Q2.0A I0.2LD Q2.3O Q1.1O Q1.2O Q2.1O Q2.2O Q2.0A I0.3OLDO I0.4AN M0.4LD I0.2A M0.1LD I0.3A M0.3OLDO I0.1NOTLPSA M0.5= M0.5LPPALDO M0.5= M0.5Network 24 / 上行指示LD Q1.2O Q1.3O Q1.4O Q2.1O Q2.3O Q2.2O Q2.4O Q2.5A I0.1LD Q1.3O Q2.3O Q1.4O Q2.4O Q2.5A I0.2OLDLD Q1.4O Q2.5A I0.3OLDAN Q0.0A I0.7AN Q0.7A M0.4LD I0.4EUO Q0.5O Q0.0O Q0.7NOTLPSA Q0.6= Q0.6LPPALDO Q0.6= Q0.6Network 25 / 下行中间继电器LD Q1.1O Q1.2O Q1.3O Q2.0O Q2.1O Q2.2O Q2.3O Q2.4A I0.4LD Q1.1O Q1.2O Q2.0O Q2.1O Q2.2A I0.3OLDLD Q1.1O Q2.0A I0.2OLDLDN Q0.0A I0.7AN Q0.6A M0.5LDN I0.1AN I0.2AN I0.3AN I0.4OLDALDLD I0.1O I1.7EULD Q0.5O Q0.0O Q0.6OLDNOTLPSA M1.0= M1.0LPPALDO M1.0= M1.0Network 26 / 下行指示LD M1.1O M1.0= Q0.7Network 27 / 楼层指示1LD I0.1O Q0.1AN I0.2AN I0.3AN I0.4= Q0.1Network 28 / 楼层指示2LD I0.2O Q0.2AN I0.1AN I0.3AN I0.4= Q0.2Network 29 / 楼层指示3LD I0.3O Q0.3AN I0.2AN I0.4AN I0.1= Q0.3Network 30 / 楼层指示4LD I0.4O Q0.4AN I0.2AN I0.3AN I0.1= Q0.4Network 31 / 停车触发LDN I0.1AN I0.2AN I0.3AN I0.4LDN M5.0A M3.0OLD= M3.0Network 32 / 停车LD I0.1O M2.2O M2.3O I0.4A M3.0LD M5.0AN I0.6OLD= M5.0Network 33 / 二楼停车继电器LDN Q0.7AN Q2.2AN Q2.3AN Q2.4AN Q2.5AN Q1.3AN Q1.4ON Q0.6A Q2.1O Q1.2LDN Q0.6AN Q2.1AN Q2.0AN Q1.1ON Q0.7A Q2.2OLDA I0.2= M2.2Network 34 / 三楼停车继电器LDN Q0.6AN Q2.3AN Q2.1AN Q2.2AN Q2.0AN Q1.2AN Q1.1ON Q0.7A Q2.4O Q1.3LDN Q0.7AN Q2.4AN Q2.5AN Q1.4ON Q0.6A Q2.3OLDA I0.3= M2.3Network 35 / 低速LD I1.0O I1.5AN M5.0= Q1.5Network 36 / 高速LDN I0.1AN I0.2AN I0.4AN I0.3O Q1.7O Q1.6AN Q1.5AN M5.0= Q1.0Network 37 / 上行输出LD Q0.6AN Q0.7O I1.6AN M5.0= Q1.6Network 38 / 下行输出LD Q0.7AN Q0.6O I1.7AN M5.0= Q1.7Network 39 / 关门测试LD Q1.1O Q1.2O Q1.3O Q1.4O Q2.0O Q2.1O Q2.2O Q2.3O Q2.4O Q2.5A I0.7A I2.6LD M5.0A I0.7OLDAN M5.0= M4.0