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机电一体化毕业设计论文 1 毕 业 论 文（设 计）论文题目 基于 PLC 的五层电梯控制设计 系 部 机电工程系 学生姓名 专业名称 机电一体化 班级/学号 指导教师 机电一体化毕业设计论文 2 基于 PLC 的五层电梯控制设计 【摘要】本次设计基于 PLC 的五层电梯控制系统的总体设计方案主要将可编程序控制器（PLC）应用到电梯的控制系统中去，以五层电梯为例来完成电梯 PLC 控制系统的总体设计方案、组成及程序设计。通过三菱 FX2N 可编程控制器，利用220V 交流电源供压。在进行 PLC 的 I/O 接口分配，确定机内各种软继电器、通道代号，常用指令的编制规则。选用交流双速电机实现电梯拖动，采用楼层传感器实现楼层间翻转；显示驱动电路采用 LED 发光二极管。重点研究 PLC 的安全控制电路、楼层控制电路，开关门电路的设计，以及启动开关门程序、上行下行程序、楼层控制程序、自动定向程序的编写。PLC 电梯控制系统只需要稍加改进即可应用于更高性能要求的电梯中。整个系统通过 PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层；起动、制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。本设计考虑到载客电梯的实际操作功能，又兼顾载电梯控制中具有递推功能，所设计的控制系统针对的是五层电梯。代替传统的继电控制系统，由变频器实现对电梯的拖动调速，使 PLC 与调速拖动装置相结合，构成 PLC 集选控制系统，实现了电梯的各种控制功能，提高了电梯运行的可靠性，降低了故障率。关键词：PLC,电梯,曳引电动机,梯形图 机电一体化毕业设计论文 3 目 录 1 概 述.1 1.1 电梯的发展简史.1 1.2 电梯的运行工作情况.1 1.3 设计要求.2 2 交流双速电梯的基本工作原理.3 2.1 交流双速电梯的主电路.3 2.2 电梯的主要电气设备.4 3 输入/输出电路的设计.7 3.1PLC的选择.7 3.2 门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路.7 3.3PLC输入/输出电路.8 4 梯形图的设计.10 4.1 梯形图的概念.10 4.2 开门环节.10 4.3 电梯的关门环节.11 4.4 电梯图的总设计.12 5 结论与展望.22 谢辞.22 参考文献.23 机电一体化毕业设计论文 第1页 1.概 述 1.1 电梯的发展简史 电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的 PLC 系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由 PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以三菱 FX2N 的可编程控制器 PLC 对机器进行全过程控制。电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,1.2 电梯的运行工作情况 召唤箱上各设置两个按钮。而电梯的轿厢内都设置有（杂物电梯除外）操纵箱，操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮称外召唤按钮，操纵箱上的按钮称指令按钮一部电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜箱、导轨等主要部件组成。电梯在做垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯，起点站和终点站之间还设有停靠站。起点站设在一楼，终点站设在最高楼。各站的厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮。一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮，中间层站的。电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，但是汽车的起动、加速、停靠等全靠司机控制操作，而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂，因此汽车司机必须经过严格的培训和考核。而电梯的自动化程度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只需通过操纵箱上的按钮向电气控制系统下达一个指令信号，电梯就能自机电一体化毕业设计论文 第2页 动关门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度高的电梯，司机或乘用人员一次还可下达一个以上的指令信号，电梯便能依次起动和停靠，依次完成全部指令任务。尽管电梯和汽车在运算工作过程中有许多不同的地方，但仍有许多共同之处，其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车，在起点站和终点站之间往返运行，在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时，电梯到站能自动平层停靠开门接乘客。而载货电梯的运行工作情况则类似卡车，执行任务为一次性的，司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务，当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务。在执行任务的过程中，从一个层站出发到另一个层站时，假若中间层站出现顺向指令信号，一般都不能自动停靠，所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。本设计主要研究五层电梯的 PLC 控制方法，分述其硬件设计和软件设计过程。设计程序要求完成电梯控制系统主要达到以下要求：。1.3 设计要求（1）自动启停，达到指定楼层，自动停层、自动开门；（2）电梯到达顶层或底层，自动变换运行方向。（3）门外或轿内有楼层显示和运行方向显示。机电一体化毕业设计论文 第3页 2.交流双速电梯的基本工作原理 2.1 交流双速电梯的主电路 图（1）是交流双速电梯的主电路图。图中，M1 为 YYTD 系列电梯专用型双速笼型异步电动机（4/16）；KM1、KM2 为电动机正、反转接触器，用以实现电梯上、下行控制 KM3、KM4 为电梯高、低速运行接触器，用以实现电梯的高速或低速运行；KM5 为启动加速接触器；KM6、KM7、KM8 为减速制动时的接触器；机电一体化毕业设计论文 第4页 L1、L2 与 R1、R2 为串入电动机定子电路中的电抗与电阻，与 KM5KM8 配合实现对电机的加、减速控制。当 KM1 或 KM2 与 KM3 通电吸合时，电梯将进行上行或下行启动，延时后 KM5 通电吸合，切除 R1、L1，电梯将转为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停层指令后，KM3断电释放，KM4 通电吸合，电动机转为低速接法，串入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且 KM6KM8 依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动的舒适感；至平层位置时，接触器全部断电释放，机械抱闸，电梯停止运行。在检修状态时，电梯只能在低速接法下点动运行。2.2 电梯的主要电气设备 1）曳引电动机 齿轮曳引系统作为电梯的提升机构，主要由驱动电动机、电磁制动器（也称电磁抱闸）、减速器及曳引轮组成。2）自动门机 用来完成电梯的开门与关门：电梯的门又厅门（每层站一个）和桥门（只有一个）。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动桥门，桥门带动厅门完成）；也只有当厅门、桥门全部关闭后才允许启动运行（检修状态时，可以在不关门状态下运行）。3）层楼指示 层楼指示也叫层显，过去常由低压灯泡构成，安装在每层站厅门的上方和轿厢内轿门的上方；现多由数码管或 LED 点阵结构组成，与呼梯盒、运行方向指示做成一体结构。4)呼梯盒 呼梯盒也叫召唤按钮箱或外呼盒，用以在每层站召唤电梯。常安装在厅门外，离地面 1M 左右的墙壁上。基站与顶站只有；一个按钮，中间层站由上呼与下呼两个按钮组成。按钮带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯信号已被接收并记忆；当电梯满足呼梯要求并停层开门时，呼梯记忆灯熄灭。基站的呼梯盒上，常带有机电一体化毕业设计论文 第5页 钥匙开关，供电梯管理员开关电梯。5）操纵箱 操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布命令。操纵箱上没有与电梯层站数相同的内选层按钮（带指示记忆灯），上、下行启动按钮（带上、下行指示记忆灯，检修时用），开、关门按钮，急停按钮，电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯时自动运行，还是检修状态）以及风扇、照明等的控制开关。6)平层及开门装置 该装置如图所示，图 2.2 计量系统工作流程图 由磁铁板和上、下平层感应器 1KR、2KR 组成。上行时，1KR 首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速，至 2KR 插入隔磁铁板时，发出停车及开门机电一体化毕业设计论文 第6页 信号，电机停转，机械抱闸；下行时，2KR 首先插入隔梯铁板，发出减速信号至1KR 插入隔梯铁板时，发出停车及开门信号。7）停层装置 如上图所示，在电梯的井道内每层站装有一只磁铁板，当轿厢运动到相应层站时，磁铁板插入平层感应器内，以此检测电梯所处在位置和产生平层信号。8）安全窗及其开关，安全钳及其开关，限速器及其开关，上、下限位开关，上、下强迫停止开关，极限开关。电梯的轿厢顶部开有安全窗，供紧急情况下疏散乘客，当安全窗打开时，电梯不允许运行。安全钳是为防止电梯曳引钢绳断裂及超速运行的机械装置，用以在上述情况下将轿厢夹持在导轨上。限速器是用以检测电梯运行速度的机械装置，当电梯超速运行时，限速器动作，带动安全钳使电梯停止运行。以上三种装置的动作通过其相应开关来检测。当电梯运行至上、下极限位置时仍不停车，上、下限位开关动作，发出停车信号，若仍不能停车，将压下上、下强迫停止开关，强制电梯停止运行；若还不能停车，将通过机械装置带动极限开关 SQ0 动作，切断电梯曳引电动机的电源，以达到停车的目的，避免电梯出现冲顶与礅底事故。为了便于对电梯的工作原理及 PLC 控制系统进行分析，现列出 5 层 5 站电梯的电器元件。见表 机电一体化毕业设计论文 第7页 3.输入/输出电路的设计 3.1 PLC 的选择 本设计共有个输入以及各输出，结合实际需求与成本控制故采用三菱FX2N-48MR-001 型PLC(如 图机电一体化毕业设计论文 第8页 3.1.1)。该款 PLC 价格适中，性能稳定，适用于本设计。图 3.1.1 FX2N-48MR-001 内置8K 容量的RAM存储器，最大可以扩展到16K CPU运算处理速度0.08S/基本指令 在FX2N系列右侧可连接输入输出扩展模块和特殊功能模块 3.2 门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路 门电动机为它励直流电动机，如图所示，KM9、KM10 控制其正、反转。KM9 接通时，电阻 R2 与电动机电枢并联，电流由电枢左端流向右端，电动机正转实现开门，压下 SQ8 时，R2 部分被短接，实现开门调速。KM10 接通时，电动机将反转，实现关门，并由 SQ9、SQ10 与 R3一起实现关门调速。在电梯上、下行运行时，抱闸应打开，其线圈应通电。电梯停止运行时，抱闸应抱死，其线圈断电。故可用 KM1、KM2 控制抱闸线圈 YB 的通电和断电。将所有厅门、轿门开关串联在一起，控制门锁继电器 KA1，实现全部门关机电一体化毕业设计论文 第9页 门正常后电梯才能运行的控制。将安全窗开关（SQ1），安全钳开关（SQ2），限速器开关（SQ3），轿内急停开关（SQ4），上、下强迫停止开关，基站开关（SA2）以及热继电器触点 FR1、FR2 串联在一起，构成安全回路，控制安全运行继电器 KA2，只有当 KA2 吸合时，才允许 PLC 处于运行状态。这样可以节省 PLC 的输出口，又可以实现在多种紧急情况下的立即停车。如上图所示 3.3 PLC 输入/输出电路 将电梯运行过程中的各种输入信号，送入 PLC 的输入口构成其输入电路图。完成电梯运行的各种执行元件及指示电梯运行状态的各种指示灯，均要受到 PLC输出口的控制，构成其输出电路。其输入/输出电路如图所示。机电一体化毕业设计论文 第10页 机电一体化毕业设计论文 第11页 4.梯形图的设计 4.1 梯形图的概念 梯形图是 PLC 使用得最多的图形编程语言，被称为 PLC 的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。4.2 开门环节 电梯的开门存在以下几种情况。1）电梯投入运行前的开门 此时电梯位于基站，将开关电梯钥匙插入 SA2（程序中 X10）内，旋转至开电梯位置，此时 PLC 电源接通，程序开始运行，电梯自动开门，乘客或司机进入轿厢，选层后电梯自动运行。2）电梯检修时开门 检修状态下（X3 接通），开门均为手动状态，由开关门按钮 SB1（X4）、SB2（X5）实施开门与关门。3)电梯自动运行停层时的开门 电梯在停层时，至平层位置，M140 接通，电梯开门。4)电梯关门过程中的重新开门 在电梯关门的过程中，当需要重新开门时，可以通过开门按钮 X4 实施重新开门。大多数电梯现采用光幕或机械安全触板进行检测，自动发送重新开门信号，以达到重新开门的目的。5）呼梯开门 机电一体化毕业设计论文 第12页 电梯到达某层站后，若没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命；若有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。电梯在运行的过程中，当有外呼梯信号时，若顺向运行，则电梯停层开门；若逆向运行，则电梯不停层。6）防夹或超载开门 当电梯在关门的过程中，如有东西夹在门上，则电梯在关门的过程中关不上，会使 X37 接通；或电梯超载，轿厢底下的称重开关 X36 接通，使程序中的M20 接通，则电梯重新开门。7）电梯在运行中禁止开门 4.3 电梯的关门环节 1）电梯的关门环节 此时电梯到达基站，司机或乘客离开轿厢，电梯自动关门，司机将开、关梯钥匙插入 SA2，旋转到关梯位置，电梯的安全回路被切断，PLC 停止运行，电梯被关闭。2）自动关门 电梯开门时开始计时，时间到后，电梯应自动关门。3)提前关门 停站时间未到时，可以用按钮X5 实现提前关门。4）检修关门 考虑检修状态时的关门，检修关门不自锁。5）电梯超重时禁止关门 机电一体化毕业设计论文 第13页 4.4 电梯图的总设计 机电一体化毕业设计论文 第14页 机电一体化毕业设计论文 第15页 机电一体化毕业设计论文 第16页 机电一体化毕业设计论文 第17页 机电一体化毕业设计论文 第18页 机电一体化毕业设计论文 第19页 机电一体化毕业设计论文 第20页 机电一体化毕业设计论文 第21页 机电一体化毕业设计论文 第22页 5.结论与展望 电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的 PLC 系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由 PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。本机控制单元采用以三菱 FX2N 的可编程控制器 PLC 对机器进行全过程控制。电梯是机电合一的大型复杂 品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,整个系统通过 PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层；起动、制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。本设计考虑到载客电梯的实际操作功能，又兼顾载电梯控制中具有递推功能，所设计的控制系统针对的是五层电梯。代替传统的继电控制系统，由变频器实现对电梯的拖动调速，使 PLC 与调速拖动装置相结合，构成 PLC 集选控制系统，实现了电梯的各种控制功能，提高了电梯运行的可靠性，降低了故障率。谢辞 本次毕业设计是在周庆老师精心指导下完成的，导师严谨求实的教学态度、兢兢业业的工作精神、正直坦荡的为人风范使我受益匪浅。谨在此向我的导师致以崇高的敬意和衷心的感谢。在本课题的选题和研究的过程中，不仅有导师精心的指导，而且还得到了其他老师和同学的帮助。在此，对其他给予帮助的老师们和同学们表示我真挚的谢意和衷心的感谢。机电一体化毕业设计论文 第23页 参考文献 1王光辉,王云涛.自动识别技术在物流管理中的应用J.物流科技,2005(1):15-17 2林君，现代科学仪器及其发展趋势。吉林大学学报，2002 3周万珍，PLC 分析与设计应用。北京：电子工业出版社。2004 4张宏建，自动检测技术与装置。北京：化学工业出版社。2004
