基于PLC的三层电梯控制设计(16页).doc

-基于PLC的三层电梯控制设计-第 15 页兰州职业技术学院毕业设计（论文）开题报告课 题 基于PLC的三层电梯控制设计所属教学单位 兰州职业技术学院 专 业 机械制造与自动化 年 级 09A 学 号 20090106122 姓 名 范 瑞 荣 指导教师 赵 翔 年 月 日一、选题的性质 （ü ）应用理论研究 （）应用研究 二、选题的目的和理论、实践意义本次设计主要内容是进行电梯控制电路设计，在设计中运用到了可编程控制器应用技术、电梯及其应用等多门课程知识，并应用三菱PLC编程软件进行程序设计及校验，因此是一个非常重要的综合实践环节，也是一次全面的、规范的实践训练。通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼和培养，主要体现在如下几方面:（1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关电梯设计方面的知识。（2）通过对常用、较简单机电梯电路的设计，使我们掌握了一般电梯设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。 （3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算机辅助设计方面的能力。（4）更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践三、课题研究的主要内容 本课题主要研究的是基于PLC的三层电梯控制电路的设计，包括电气控制技术设计和PLC技术设计。通过设计编制PLC程序实现电梯的自动控制，提供较为直观、准确的电梯运行状态，为维修和故障诊断提供多方面的可能性，充分提高工作效率。本课题侧重于对电梯控制方式的选择，电梯的工作过程及PLC的简介等内容，进一步结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关电梯设计方面的知识，最后完成电梯控制电路的设计。四、课题研究的方法、策略及基本条件通过大量查阅文献资料，将理论与实践结合，进行比较分析，完成设计。通过对教材以及网上搜集的资料做了详细的分析，以此了解了电梯的工作过程。本人做该课题所具备的基本条件：本人已经有了一定的专业知识储备，具备了一定的设计与自学能力；该课题的相关设计资料和相应软件齐全；且目前已搜集了大量与基于PLC电梯控制电路有关的理论及操作资料。借助于计算机技术以及相关软件，完成PLC程序设计以及校验，并且完成电气控制。最后整理资料，准备答辩总结优点，寻找差距，改进缺点。五、课题研究的步骤和总体安排步骤：1、选定设计的方法与步骤；2、电梯控制方式的选择；3、电梯控制方式的选定；4、电梯的结构组成；5、电梯工作过程；6、PLC简介；7、PLC程序设计；8、PLC程序校验；9、完成电梯控制电路的设计10、毕业设计整理。11、录入毕业设计电子文档。12、准备毕业设计答辩。安排：1、第一阶段完成资料收集工作。2、第二阶段完成开题报告。3、第三阶段完成毕业设计。4、第四阶段提交毕业设计。六、成果形式描述 对电梯的工作过程有了更深入的了解，同时也对电梯控制电路及PLC编程有了更全面的认识。七、指导教师意见及指导安排指导教师签字：年 月 日八、所属教学单位意见 负责人签字： 年 月 日摘要本论文通过讨论电梯控制系统的组成，阐述可编程控制器(PLC)在电梯控制中的应用，采用三菱PLC编程的控制方式，提出了三层电梯的PLC控制系统总体方案、设计过程、组成、列出了具体的主要硬件电路，电梯的控制梯形图及指令表，并给出了系统组成框图和程序流程图，在分析、处理随机信号逻辑关系的基础上，提出了PLC的编程方法，设计了一套完整的电梯控制系统方案，采用本方案实现电梯控制，能够解决继电器接触器触点多，故障率高，可靠性差，安装调试周期长，维修工作量大，接线复杂等缺点。使电梯运行更加安全、方便、舒适。 关键词：电梯、PLC、梯形图目录引言1一 电梯概述11.1 电梯的发展史11.2 PLC发展简介11.3 电梯控制系统进行PLC改造的目的及意义1二 三层电梯的主要组成与控制要求22.1 三层电梯的控制要求22.2 电梯的组成与系统简介22.3 电梯的基本原理2三 三层电梯PLC控制系统设计33.1 三层电梯的硬件电路设计33.2 三层电梯的主电路设计33.3 三层电梯梯形图程序.3结束语4致谢5参考文献6引言电梯是高层建筑不可缺少的运输工具，用于垂直运送乘客和货物，传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用 PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题。随着科学技术的发展、近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。更新换代生产更新型的电梯，电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统(“早期安装的电梯多位继电器控制系统)、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改一 电梯概述1.1 电梯的发展史电梯进入人们的生活已经150年了。1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明。他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。“一切安全，先生们。”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也不会想到，这就是人类历史上第一部安全升降梯。人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。早期的升降工具基本以人力为动力。1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。英国科学家瓦特发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。紧随其后，威廉·汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯，液压的介质是水。在这些升降梯的基础上，一代又一代富有创新精神的工程师们在不断改进升降梯的技术。然而，一个关键的安全问题始终没有得到解决，那就是一旦升降梯拉升缆绳发生断裂时，负载平台就一定会发生坠毁事故。 奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。从那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。1889年12月，美国奥的斯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程控制、主机节能、控制拒低噪音耐用、复合钢带环保一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。1.2 PLC的发展简介一、PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。二、CPU的核心CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元三、I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。1.3 电梯控制系统进行PLC改造的目的及意义电梯作为现代智能建筑内的代步工具，越来越显示它的重要作用，为了适应电梯的快速发展，由PLC控制代替传统的继电器控制已成为发展的定局。PLC是集计算机控制、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。它的编程软件采用易学易懂的梯形图语言。控制灵活方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠。本次设计对传统电梯控制方式加以更新，运用高性价比的现代PLC控制方式，力求以人性化、智能化、置消防为一体的现代化电梯。实际上电梯是根据外部呼叫信号和自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际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都不能满足控制要求。二 三层电梯的主要组成与控制要求2.1 三层电梯的控制要求每层电梯外有上下两个按钮，电梯内部有开门，关门、1、2、3五个按钮控制要求，某层当电梯有输入信号时电梯开始工作。 当电梯接收到某层的输入信号时，在该层停止，由楼上楼下的输入信号决定电梯的运动方向。停止时间由开门关门的信号决定，开门关门的信号每次工作20s.电梯。每次工作完成后停在1楼PLC电梯控制系统流程图：初始化是否有门厅呼叫是否有轿厢呼叫电梯选项确认本层与目标电梯运行楼层检测是否目标平层检测电梯制动开门延时关门是否停止运行停止YYYYY2.2 电梯的组成与系统简介一 电梯的结构及其装备可分为机械、电气两大部分，现主要介绍其机械组成系统结构：（1） 曳引系统（2） 导向系统（3） 轿厢（4） 门系统（5） 重量平衡系统（6） 电力拖动系统（7） 电气控制系统（8） 安全保护系统 电梯控制系统硬件结构图轿厢内外呼梯按钮脉冲计数光电编PLC控制器楼层显示电路 （7段数码管）轿厢开关门电路呼梯按钮记忆等电路（发光二极管）变频器曳引电机（拖动电机上下运动）二 组成系统简介：1 曳引系统曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要有曳引机、曳引钢丝绳、导向轮，反绳轮组成。2 导向系统导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨、导靴和导轨架组成。3 轿厢轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。4 门系统门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门、层门、开门机、门锁装置组成。5 重量平衡系统重量平衡系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。重量平衡系统主要由对重和重量补偿装置组成。6 电力拖动系统电力拖动系统的主要功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、电动机调速装置等组成。7 电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电梯控制系统主要有操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成。8 安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。安全保护系统主要由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。2.3 电梯的基本原理一 电梯的工作原理由升降机械的电动机带动曳引机，驱动曳引钢绳与悬吊装置，拖动轿厢和对重在井道内作相对运动，轿厢上升对重下降，轿厢下降则对重上升，由此实现轿厢在井道中沿轨道上下运动。二 机械安全保护装置的工作原理电梯的轿厢两侧装有导靴，导靴从三个方面箍紧在导轨上，以便使轿厢和对重在水平方向准确定位。一旦发生运行超速或曳引钢绳拉力减弱的情况，安装在轿厢上（有的在对重上）的安全钳启动，牢牢地把轿厢卡在导轨上，避免事故发生。如果当轿厢和对重的控制系统发生故障时急速坠落，为了避免与井道地面发生碰撞，在井坑下部设置了档铁和弹簧式缓冲器，以缓和着地时的冲击。三 三层电梯PLC控制系统设计3.1 三层电梯的硬件电路设计硬件电路是系统用于驱动外部设备执行工作的部分，分为主电路和辅助电路，这电路采用380V的三相电源，经交流接触器，热继电器等常用低压电器直接驱动三相电机的运转。辅助电路以PLC器件为主，结合开关按钮用于控制主电路中各接触器、继电器的通断，从而控制主电路的运行状态。它采用交流220V和直流24V两路电源供电，其中24V电源连接按钮和开关，可以确保乘客的操作安全。3.2 三层电梯的主电路设计电梯的运行状态有4种：开门和关门，上升和下降。开门和关门可由一台电机的正反转来控制实现。电机正传时电梯开门，反转电梯关门。门开到位或关紧时压下行程开关以切断电源，使开门电机停转。电梯上升和下降也有一台电动机来实现，正转电梯上升，反转电梯下降。并在每层楼中双向行程开关，电梯每达到一个楼层时，压下该楼层的平层开关，从而切断升降电机的电源使电梯停车，为了防止电机长期过载运行或缺相运行而发热以至烧坏，在主电路中设有热继电器加以保护。同时设有熔断器加以短路保护，一旦发生电机短路、过载或缺相运行时，这些电器就会动作，从而及时切断电源。此外，在三相电源的输入端设有组合开关，在主电路出现故障时，可以切断并隔离电源给检修带来安全和方便。电梯主电路：图L1、L2、L3为三相电源，三相电动机M3为电梯轿厢上行和下行电动机，由KM7和KM8分别控制电动机正反转从而控制轿厢的上行和下行；M1、M2、M3为电梯开关门控制的直流电机，分别由接触器KM1KM6的触点控制；QS1为总开关，起隔离电源作用；FU为熔断器，起短路和严重过载保护；FR为热继电器，起过载和短相保护作用。3.3 三层电梯梯形图程序根据要求，满足本课题控制要求PLC的I/O点地址分配如下：输入接口分配表(I)X001一层内呼SB1X013一层开门到位SQ1X004一层到位SQ7X002二层内呼SB2X014二层开门到位SQ2X005二层到位SQ8X003三层内呼SB3X015三层开门到位SQ3X006三层到位SQ9X023一层外呼SB4X020一层关门到位SQ4X010一层防夹SQ10X024二层外呼SB5X021二层关门到位SQ5X011二层防夹SQ11X025三层外呼SB6X022三层关门到位SQ6X012三层防夹SQ12输出接口分配表(O)Y1灯LY14一层关门KM4Y2上升显示L4Y15二层关门KM5Y3下降显示L5Y16三层关门KM6Y4一层到位显示L1Y13电梯上升输出KM7Y5二层到位显示L2Y17电梯下降输出KM8Y6三层到位显示L3Y11二层开门KM2Y10一层开门KM1Y12三层开门KM3PLC外部接线图传送指令MOV K100 D10 XOOO传送示意图当触发条件被触发时，传送源数据到指定数据存储器，如上图，当X000触发时，把K100移到D10中去。比较指令比较指令示意图比较S1和S2里面的数据，然后去控制D包含的连续三个对象的接通，上例中：S1>S2 M0导通S1=S2 M1导通S1<S2 M2导通即K100大于C20的当前值时，M0接通：K100等于C20的当前值时时，M1接通：K100小于C20的当前值时时，M2接通。电梯上下控制程序分析比较呼叫信号D1、楼层限位D2里面的数值，以比较结果指挥电梯动作。D1<D2，电梯在上呼叫在下，电梯此时应该下降。D1>D2,电梯在下，呼叫在上，电梯此时应该上升。D1=D2电梯与呼叫在同一位置，可根据不同的楼层位置驱动不同的门进行开关。通过传感器把电梯位置信号转换成相应的信号送到寄存器D2里面去如果在第一层，把常数1赋给D2；如果在第二层，把常数2赋给D2;如果在第三层，把常数3赋给D2；电梯控制程序分析图电梯呼叫信号分析根据不同的按钮动作把呼叫信号转换成数值存入寄存器DI里面当第一层呼叫时，就把常数1放在D1里面当第二层呼叫时，就把常数2放入D1里面当第三层呼叫时，就把常数3放入D1里面1、 电梯呼叫信号程序（第一层）电梯呼叫信号图电梯楼层显示程序分析利用三个层限位开关进行判断：当第一层限位开关触发时，一层显示灯亮；当第二层限位开关触发时，二层显示灯亮；当第三层限位开关触发时，三层显示灯亮；三层电梯梯形图程序： 四 结束语在设计本系统之初，我的三菱PLC编程语言知识几乎空白，特别是指令的运用，除了在课堂上掌握的个别指令外，其他的几乎没见过，在老师和同学们的帮助下，我首先对学过的进行了复习，再了解并掌握了一部分课堂上没学过的。在完成本设计的过程中，我既感受到了面对自己无法解决问题时的苦恼，也体会到问题最终得以解决时的快乐。同时，也总结了一些经验：1 一个详细周密的计划对于完成一项任务的重要性。实际上，我对于这次作业着手较早。但由于刚开始时间较松，在学习时就想到哪学到哪，没有认真计划。到后来发现同学们的进步都已经赶上甚至超过我，这才又着急来，赶紧找资料。2 知识是一切的良药。我对PLC的学习实际上分两个阶段。前一段为学习语言而学习语言。在这个阶段，我总有隔物观花的感觉，学的似是而非。后一阶段边实践边学习，很多前一阶段不甚了了的问题得到迎刃而解。3 要学会运用互联网工具。它是一个具有大量资源的信息宝库，在这次毕业设计中如果没有互联网也许我完不成任务。所以一定要会并善于运用互联网工具。完成这次设计后回头来看，我完成的并不完美。有很多需要提高和改进的地方。总之，经过这次毕业设计，我深刻认识到要完成一项任务首先必须有一个详细周密的计划，要有系统的思维方式和方法，对待一个新问题，要有耐心、要善于运用已有的资源来解决；要勇于实践，在实践中发现和解决问题，要相信自己有解决问题的能力和勇气。致谢通过这次毕业设计，我基本上掌握了PLC实现一个自动控制系统的基本思路和实施步骤。在设计的这个过程中，老师在各方面都给予了全面的指导和帮助，老师的渊博知识，求实创新，勤奋严谨的治学风范，忘我的工作作风时刻熏陶着我。老师的因材施教、诲人不倦授业精神给我留下了深刻的印象，这将使我受益终身。在校期间，得到了兰州职业技术学院各位代课老师的亲切关怀和无私的培养，使我在学习的过程中学到了许多做人的道理。在此我向您们道声;老师，您们辛苦了！参考文献PLC技术应用教科书http：/