六层电梯的PLC控制系统设计说明(共33页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上目录专心-专注-专业摘要本文采用可编程控制器(PLC)代替传统的继电器接触控制，设计了六层电梯的控制系统。在功能需求分析的基础上，选用S7-200系列PLC（CPU226）作为控制器完成了系统的硬件系统的设计，利用编程软件Step7-Micro结合模块化的编程思想设计了电梯系统各环节的梯形图，并借助S7-200仿真软件对六层电梯控制系统进行了模拟仿真，给出了仿真结果图。仿真结果表明本设计实现了电梯运行的基本功能。本文设计的电梯控制系统提高了电梯的控制水平，克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素，取得了良好的预期效果，也为高层电梯及电梯的群控技术提供了理论依据。关键字： 电梯，PLC 控制系统，硬件系统，梯形图，仿真Abstract In this paper, the programmable controller (PLC) is used to replace the traditional relay contact control and the design of the control system for an elevator of six levels is introduced.On the basis of analysis of the functional requirements, S7-200 series PLC (CPU226) is selected as the controller to complete the system hardware design, the use of the programming software Step7-Micro designed the elevator system at all stages of the ladder with modular programming ideas, and the use of S7-200 simulation software for a six-story elevator control system simulation debugging, simulation results are given and the Fig simulation results show that the design of the basic functions of elevator running can be realized.In this paper, the design of elevator control system improves the control level of the elevator, and overcomes some human interference factors in manual operation, and has achieved good result. meanwhile it provides the theory basis for high-level elevator and the control technology of elevator group.Key words: elevator, PLC control system, hardware system,ladder diagram, simulation 第1章 引言随着经济的发展，社会的进步，以及人口密度的增加，城市土地资源的紧缺，城市里高楼大厦越来越多，高层建筑在城市里已然随处可见，甚至一度被作为衡量一个城市发达与否的标准，而电梯承担着高楼里人和物的主要运输工作，已然成为了高楼不可或缺的设备，因此，随着高楼的不断涌现，电梯行业也得以迅速发展，电梯的逻辑控制由原来的继电器接触器控制发展到了现在的可编程控制器控制（PLC）和微机控制，电梯的控制方式由原来的手柄开关控制、按钮信号控制发展到了现在的集选控制、并联控制、群控等，电梯的传动方式由原来的直流电机传动发展到了现在的交流电机传动，从而使得电梯的可靠性得到了大大的提高，电梯的速度得到了大幅度提升，电梯的能耗也得到极大的改善。电梯为人们的生活带来了极大的便利，也为我国的现代化建设提供了重要保障。对于高速发展的电梯产业来说，提供更加安全、高效、环保、稳定的电梯控制系统，使每一部电梯都能安全高效稳定地运行，将成为电梯行业未来的主要发展方向。近年来，随着生活水平的进一步提高，人们对乘坐电梯的安全性和舒适性提出了更高的要求，这就要求电梯的研究者和开发者不断提高电梯控制技术，以满足人们对于乘坐电梯日益增长的要求。 如今，在我国大部分城市，电梯都在被广泛地应用着。我国拥有的电梯数量已然居于世界第一，我国的电梯技术也达到了世界领先水平。然而，随着现代化建设的发展，科学与技术的进步，智能化和信息化建筑的出现，以及人们生活观念的改变，电梯行业将面临新一轮挑战，人们对电梯的要求将不只是完成垂直运输的基本功能，人们本着以人为本的观念，对电梯的安全性和舒适性提出了更高的要求，这就要求电梯的研究者和开发者从电梯运行的控制智能化角度考虑，电梯的优质服务不再是单一的“时间最短”问题，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以期实现单梯与群控管理的最佳模式。合理的配置与使用远程监控与故障诊断、节能以及减少环境污染等。本论文中将重点研究电梯的升降控制逻辑以及电梯的整个运行过程，不着重介绍主电动机的升降速度以及电梯的安全保护措施。本设计主要是用可编程控制器(PLC)代替电梯的传统电气控制系统。由于大部分老式电梯的电气控制系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电气控制系统进行技术改造，以便改善电梯性能，减少电梯成本。因此，对电梯的控制系统进行研究，提出一条适合国产老式传统电梯的改造技术，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，将具有十分重要的意义。针对老式传统电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，本论文提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器(PLC)来控制电梯系统。 本论文对电梯控制系统及可编程控制器（PLC）作了简单的介绍。并对本电梯控制系统进行了功能需求分析，确定了本系统的总体设计方案，由可编程控制器（PLC） 来实现电梯的逻辑信号控制，由交流电机来实现电梯的调速。然后对本系统硬件开发部分做了相关介绍，确定了 PLC 的选型、I/O 点数分配以及与PLC 连接的外部设备。在确定了系统的硬件系统之后，认真分析了电梯控制系统的软件设计方法，根据功能需求设计出了控制系统的软件流程图，提出了模块化编程思想，并详细介绍了系统的软件开发，对电梯控制系统的各个环节的梯形图进行了设计与工作原理阐述。最后对本设计过程中遇到的问题及本设计的不足之处进行了一个总结。第2章 功能需求分析本章将根据本系统所要实现的主要功能，在确保可行的前提下，结合经济性、便利性等原则，选择一种最佳的设计方案，以便更好的实现电梯控制功能。2.1 电梯的集选控制功能当电梯轿厢及各楼层厅门外同时有多个请求发出时，要能按照一定顺序逐个响应，这就要求系统能够对各个楼层的优先级进行判断比较，而且要能够记忆各个尚未作出响应的请求信号。为方便各层发出请求，在各层厅门需要设置上下请求按钮，在轿厢部需要设置选层按钮，在编程时需要考虑电梯的响应逻辑，对请求信号做出比较，以便电梯能按一定的顺序进行响应，对于尚未响应的请求信号要有专门的寄存器存储，以免信号丢失，当响应时可以将其从寄存器中取出，响应结束后要能自动消除请求信号，用程序实现顺向截停，自动换向反向应答等功能。2.2 电梯的楼层检测及平层功能电梯在控制过程中，需要判断当前电梯的位置，依据当前电梯的位置及请求信号做出判断处理，要判断电梯的位置也就是需要对电梯进行楼层检测，对楼层检测可以用位置开关，当电梯到达位置开关处时，相应的位置开关会做出响应，反馈给PLC当前的位置信号。当电梯接近停靠站时需要准备平层，使电梯轿厢地面和厅门地面可以停靠在同一水平面上，以免出现事故，为保证准确平层需要进行平层检测，平层检测可以使用接近开关，接近开关是一种非接触式的开关，无机械损耗和机械误差，定位精度高，当电梯达到平层位置时接近开关做出响应，反馈给PLC平层信号，PLC接收信号并进行下一步响应操作。2.3 电梯门的控制功能当电梯到达停靠站停机后，电梯门程序要判断当前情况是否满足开门条件，当满足时要能实现自动开门，为实现准确判断要收集当前楼层信号、平层信号、电机运行信号等。当开门程序启动后要判断何时停止开门，当轿厢有手动关门信号发出时将跳过开门程序直接关门，当无手动开门信号时就需要在开门末端设置限位开关，当开门到达限位开关位置时停止开门。开门程序结束后经过一定时间后要能自动关门，这段时间的长短可以通过定时器设置，当关门程序启动后需要判断何时停止关门，当关门过程中轿厢有手动开门信号或者检测开关检测到两扇门之间有物体存在时需要结束关门程序，跳转到开门程序，当无手动开门信号和关门检测信号时就需要在关门终端设置关门限位信号，当关门到达该限位开关时停止关门，在电梯运行过程中，电梯门必须保证处于关闭状态。为保证电梯的运行安全，当轿厢承载超重时，电梯门将无法关闭，为实现轿厢载重的检测，在轿厢部安装超重检测装置，当载重超过设定值时，发出超重信号给PLC，PLC做出响应。2.4 电梯的调速功能为提高电梯的舒适度，当电梯启动时，应以低速启动，为保证电梯的运行效率，电梯运行过程中应以适当高速运行，当电梯停车时为保证准确靠站，应先降到较低速度运行，停站时抱闸停车。为实现电梯的双速运行，可以用变频器来实现电梯的调速。2.5电梯的安保功能本设计在电梯上升过程的呼叫程序中加入了一个呼叫确认开关，当按动上升请求按钮时，上升呼叫信号将传送到该层户主家，户主确认呼叫才可发送上升请求到电梯控制器，户主出行可佩带IC卡以乘坐电梯，确认呼叫，该功能可防止陌生人随意进出该楼各楼层。在本设计中只是提供这一延伸功能，但与该功能相关的外围设备及设计不做探讨。本章针对系统的部分主要控制要求进行了功能需求分析，给出了设计方案，为后续的硬件系统设计甚至软件系统设计提供了一定的理论支持。第3章 电梯控制系统的硬件设计本章主要介绍电梯的硬件部分。在对电梯系统进行了功能需求分析之后，本章将首先根据具体要求选择适当的硬件设备，并对一些主要的硬件设备进行分析选型，在确定了硬件设备之后，将着重介绍该系统的电气原理图的分析与设计，并对电气系统的工作原理做出说明。3.1可编程控制器（PLC）的选型PLC作为整个控制系统的核心，在选择时要结合实际功能进行考虑，电梯控制系统需要PLC完成的是一些很常规的功能，市场上的大部分PLC都能实现，故在此主要考虑其容量和成本。本系统是一个六层的电梯控制系统，属于中小型控制系统，考虑到本人对德国西门子公司生产的一种小型PLC S7-200比较熟悉，而且其某些功能达到中型PLC的水平，但价格却是小型PLC价格，性价比较高，故此首先考虑采用S7-200系列PLC。经分析，该系统需要34个输入，23个输出，输入输出信号类型均为数字量，S7-200系列PLC中CPU226型PLC拥有24个数字量输入，16个数字量输出，最多可以接7个扩展模块，价格相对较低，而且功能强大。CPU226型PLC外接一个16点输入，8点输出的输入/输出混合扩展模块EM223即可满足要求，使用方便，功能强大，而且价格便宜，故此，本系统采用CPU226型S7-200系列PLC。3.2其他主要器件的选型3.2.1电机的选型六层电梯控制系统为一中小型控制系统，所需功率较小，因其商用性、民用性的特点，要求价格便宜，运行稳定。电机分为直流电机和交流电机，直流电机较交流电机来说，调速围广，易于平滑调速，启动、制动和过载转矩大，易于控制，可靠性较高，但换向问题严重；交流电机结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流的电机，最主要的是交流电机没有换向问题。本系统换向频繁，外部电源为交流电源，故采用交流电机。交流电机分为异步电机和同步电机。异步电动机结构简单、容易制造、价格低廉、性能良好、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高且适用性强，缺点是功率因数较差；同步电动机功率因数较高，对大功率低转速的电动机，其体积要比异步电动机小，但其结构和性能较异步电动机较差，故此采用异步电动机。异步电动机又分为鼠笼式和绕线式两种。鼠笼式电机结构简单，成本低，运行可靠，维护工作量小，控制电机运行也相对简单，但是启动力矩较小，不易调速；绕线式电机可以通过集电环和电刷，在转子回路中串入外加电阻，从而实现平稳的启动或改变外加电阻在一定围调节转速，而且其启动及运行的力矩较大，一般用在重载和频繁启动的生产机械上，但其也因此结构复杂，成本增加，运行可靠性降低，维护费用增加。鼠笼式异步电机的维护及运行成本都比绕线式电机低，而且可靠性更高，故此采用鼠笼式电机。综上所述，本电梯控制系统采用三相交流鼠笼式异步电动机。