本科毕业设计论文--基于plc电梯控制设计.doc
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1、西南科技大学应用型自考毕业设计(论文)目 录1绪论11.1 电梯设计背景31.1.1 电梯的发展31.1.2 电梯的分类31.1.3 电梯的主要组成部分51.1.4 电梯的安全保护装置51.2 电梯的设计平台51.2.1 元器件总的选择原则62 方案论证部分72.1 传动方案论证72.1.1 卷绕式传动72.1.2 电气控制运用72.2 电梯控制方案82.2.1 常见的控制方法82.2.2 PLC程序的设计92.3 PLC的基本概念92.3.1 PLC的特点92.3.2 PLC的基本结构112.3.3 PLC的工作原理122.4 电梯控制系统132.4.1 PLC选型132.4.2 PLC控制
2、电梯的优点132.4.3 电梯运行图133 电梯结构设计163.1 电梯曳引机的选用163.2 电梯轿厢的设计163.3 电梯导向系统设计173.4 电梯门系统的设计173.5 钢丝绳的选用184 电梯信号控制系统的设计194.1 电梯的功能概述194.1.1 电梯基本功能194.2 电梯信号要求204.2.1 电梯上行功能204.2.2 电梯下行功能224.2.3 电梯门的自动功能244.2.4 电梯门的手动功能244.2.5 显示功能244.3 电梯基本功能244.3.1 电梯总功能模块图244.3.2 电梯内部件功能简介244.3.3 电梯外部件功能简介244.3.4 电梯初始状态,运行
3、中状态和运行后状态分析254.4 电梯结构254.5 电梯PLC程序设计254.5.1 PLC I/O地址分配254.5.2 PLC程序中的I/O点定义26参考文献28致谢28附 录A29附 录B381绪论1.1 电梯设计背景1.1.1 电梯的发展随着城市建设的不断发展,高层建筑不断增多,电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具,与人们的日常生活密不可分。在许多交通设备中,电梯是自动化程度最高的先进设备的一种。以前的电梯主要采用单片机控制,其性能等各方面都不太完善,现在电梯控制系统广泛采用PLC,从电梯的性能、器件的灵活性及安全保障方面等都有了很大的提高。实际
4、上电梯是根据外部呼叫信号以及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是不能满足控制要求的,因此,电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式,一是采用微机作为信号控制单元,完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运行功能,拖动控制则由变频器来完成;第二种控制方式用可编程控制器(PLC)取代微机实现信号集选控制。在现代社会和经济活动中电梯已经成为城市物质文明的一种标志,特别是在高楼层建筑中电梯是不可缺少的垂直运输设备。电梯作为垂直运输的升降设备,起特点是在高层建筑物中所占的面积很小,同时通
5、过电气或其它的控制方式可以将乘客或货物安全、合理、有效地送到不同楼层, 基于这些优点,在建筑业特别是在高层建筑飞速发展的今天,电梯行业也随之进入了新的发展时期。生活在继续,科技在发展,电梯在进步,电梯发展到今天,在使用需求和新技术应用方面都进入到全面发展时期,随着智能化,信息化建筑的兴起与完善,要求电梯不只是完成垂直运输的基本功能,还应以人为本,提高舒适度,特别是从电梯的控制智能化角度考虑电梯已经不再是单一的“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,远程控制与故障诊断,节能以及减少环境污染等。1.1.2 电梯的分类根据国家
6、标准GB/T70241997电梯,自动扶梯,自动人行道术语,电梯的定义为:服务于规定楼层的固定式升降设备,它具有一个轿厢,运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。虽然,电梯是一种间歇动作的,沿垂直方向运动的,有电力驱动的,完成方便载人或运送货物任务的升降设备。在建筑设备中属于起重机械,而在机场、车站、大型商夏等公共场所普遍使用的自动扶梯和自动人行道,按专业定义则属于一种在倾斜或水平方向上完成连续运输任务的输送机械,他只是电梯家族中的一个分支。目前美、日、英、法、等国家则习惯于将电梯自动扶梯和自动人行道都归为垂直运输设备。由于建筑物的用途不同
7、,客、货流量也不同,故需配置各种类型的电梯,因此各个国家对电梯的分类也采用不同的方法。根据我国的行业习惯,大致归纳如下:(1)按速度分类 低速电梯 快速电梯 高速电梯 超高速电梯(2)按用途分类 乘客电梯 住宅电梯 观光电梯 载货电梯 客货两用电梯 医用电梯 服务电梯 车辆电梯 自动扶梯 自动人行道 其他电梯(3)按驱动方式分类 交流电梯 直流电梯 液压电梯 齿轮齿条电梯 螺杆式电梯 直线电动机驱动的电梯(4)按有无司机分类 有司机电梯 无司机电梯 有/无司机电梯(5)按控制方式分类 手柄操纵控制电梯 按钮控制电梯 信号控制电梯 集选控制电梯 5) 并联控制电梯 群控智能电梯 微机控制电梯(6
8、)按曳引机结构分类 有齿曳引机电梯 无齿曳引机电梯(7)其他分类方式按轿厢尺寸的大小时,经常使用“小型”,“超大型”等词来描述电梯。按机房位置不同可分为:机房位于井道顶部的上置电梯,机房位于井道底部或底部旁侧的下置电梯。近些年来还出现了小机房电梯和无机房电梯。1.1.3 电梯的主要组成部分(1)曳引部分通常由曳引机和曳引钢丝绳组成。电动机带动曳引机旋转使轿厢上下运动。(2)轿厢和厅门轿厢由轿架、轿底、轿壁和轿门组成;厅门一般有封闭式、中分式、双折式、双折中分式和直分式等。(3)电器设备及控制装置有曳引机,选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅站指示器组成。 (4)其它装置对重装置、补偿装
9、置等。1.1.4 电梯的安全保护装置(1)电磁制动器,装于曳引机轴上,一般采用直流电磁制动器,启动时通电松闸,停层后断电制动。(2)强迫减速开关,其分别装于井道的顶部和底部,当轿厢驶过端站换速未减速时,轿厢上的撞块就触动此开关,通过电器传动控制装置,使电动机强迫减速。(3)限位开关,当轿厢经过端站平层位置后仍未停车,此限位开关立即动作,切断电源并制动,强迫停车。(4)行程极限保护开关,当限位开关不起作用,轿厢经过端站时,此开关动作。(5)急停按钮,装于轿厢司机操纵盘上,发生异常情况时,按此按钮切断电源,电磁制动器制动,电梯紧急停车。(6)厅门开关,每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯
10、启动;在运行中如出现厅门开关断开,电梯立即停车。(7)关门安全开关,常见的是装于轿厢门边的安全触板,在关门过程中如安全触板碰到乘客时,发出信号,门电机停止关门,反向开门,延时重新开门,此外还有红外线开关等。(8)超载开关,当超载时轿底下降开关动作,电梯不能关门和运行。 (9)其它的开关,安全窗开关,钢带轮的断带开关等。1.2 电梯的设计平台我们所设计的电梯是一种用PLC控制信号的电梯,在信号控制上,我们采用计算机与PLC连接技术,实现利用可编程控制器软件编程,利用梯形图等手段观察语句点的逻辑运行情况,同时也做到了计算机观测和控制整个系统的信号,改变了手工编程的诸多不便。在编程上我们增加了锁定按
11、钮功能,单行控制,门的开关控制部分,楼层显示功能,运行状态显示,内请求按钮功能等,改变了以前单纯的一点控点的设计思想,让我们的产品更接近现实生活中的是用电梯。1.2.1 元器件总的选择原则(1)体积小、重量轻、整体的协调性好;(2)精度和灵敏度高、响应快、稳定性好、信噪比高;(3)安全可靠、寿命长; (4)便于接线和控制; (5)不容易受其他元件影响,也不影响外部环境; (6)经济性好; (7)可靠性。2 方案论证部分2.1 传动方案论证2.1.1 卷绕式传动卷绕式如图2-1所示,常用电梯的拖动方式有:卷绕式和对重式两种。对重式虽然可以大大减小电动机的额定功率,从而减少投资,降低能耗;但是对重
12、系统的平衡性要求比较高,在设计时计算也比较复杂,对曳引轮,减速器,曳引钢丝绳都有特殊的处理要求,所需的元器件也不容易购买,同时也不容易用别的器件来代替。而卷绕式原理简单直观,计算也比较方便。图2-1 卷绕式拖动图2.1.2 电气控制运用二极管和数码管:楼层显示器和状态显示器是电梯模型的基本功能之一,实际生活中是当乘客到电梯前一方面要了解电梯当前的位置,另一方面还要了解电梯的运行状态;而我们的电梯模型是从数码管显示器上得知电梯轿厢当前位置,从二极管的发光来判断电梯轿厢的运行情况。行程开关:行程开关是电梯模型的关键器件之一,当轿厢到达某楼层后碰它,它将传送一个信号给PLC。点动按钮:点动按钮是乘客
13、呼叫的请求工具,乘客可以通过按请求按钮把相应的信号传输个PLC让电梯模型作出相应的动作响映。继电器:因为我们所适用的电压是220V,非安全电压,所以我们在设计时尽量以安全为前提,采用远程控制换相。2.2 电梯控制方案2.2.1 常见的控制方法(1)采用继电器 所需继电器繁多假设我们采用继电器作为信号控制,一个五层楼的电梯有,十个行程开关(包括五个楼层的行程开关,开门关门的行程开关,上下极限行程开关),十四个按钮(包括五个楼层的八个上下请求按钮,轿厢内五个楼层的五个请求按钮和开关门的两个请求按钮), 我没有去算过到底需要多少个继电器,但我们都学过数学,当电梯停于不同楼层时必须用不同的继电器来表示
14、它的信号,期间还需开门和关门等信号也需要不同的继电器来控制,但我们可以想象所需的继电器一定不少。 排线困难假设我们采用继电器控制,数百个继电器,要把它的信号分别按要求接出来除了需要一定的时间和精力外,还有就是这样繁多的线路不仅所占空间庞大,而且所要接的线也很多,很容易出错,由于又没有专门的排线工具,所以给排线也带来极大困难。 信号不稳定由于继电器较多难以保证接触的稳定性,所以造成信号的不稳定。(2)采用微机控制 技术难以保证; 经济性不好。如果我们采用微机控制,的确可以方便观察整个流程的动态情况,但由于我们所学知识所限,和现阶段的硬件条件不成熟,所以很难做到。同时采用微机控制的经济也不是很理想
15、,所以采用微机控制不是最佳选择。(3)采用PLC作为信号控制优点: 可靠性高; 编程简单; 通用性好; 功能强大; 体积小、功率底;缺点: 可编程控制器PLC经济性不好。 综合以上两种信号控制的特点:考虑现有的条件和可操作性,采用PLC控制电梯母性信号。2.2.2 PLC程序的设计PLC编程的方法有:(1)顺序控制; (2)选择分支控制; (3)并行分支控制。电梯作为一个多信号的控制系统,如果采用单一的方法编辑程序是根本不可能实现它的功能。首先我们分析电梯的流程,简意流程图如图3-2所示。从电梯的简意流程图来看,当按下命令按钮后,PLC要处理的信号是多种的,经过判断后,要执行的命令就只有四种;
16、(1)是曳引电机正转(电梯的轿厢上行);(2)是曳引电机反转(电梯的轿厢下行);(3)开关门电机正转(开门);(4)开关门。电机反转(关门),而且这四种情况在一定条件下还不成并列关系,为此我们使用选择分支控制步进程序。按命令按钮经PLC处理曳引电机正转电梯上行曳引电机反转电梯下行开关门电机正转(开门)开关门电机反转(开门)停5s图2-2 电梯动作流程简意图结 束2.3 PLC的基本概念2.3.1 PLC的特点(1)可靠性高可编程控制器采用了微电子技术,大量的开关动作由无接触点的半导体集成电路完成,内部处理过程不依靠与机械触点,而是通过对存储器的内容进行读或写来完成,因此不会出现继电接触器控制系
17、统的接线老化,触点接触不良,触点电弧等现象,此外,在制造工艺上加强了抗干扰措施。如在输入,输出端口均采用了光电隔离电路,使外部电路与内部电路之间避免了直接电的联系,可有效的控制外部电磁干扰。PLC还具有完善的自诊断功能,检查判断故障方便,因而便于维修。PLC特殊的外壳封装结构,使其具有良好的密封、防尘、抗震等的作用,因此可以工作在环境恶劣的工业现场。由于PLC具有高可靠性,其平均故障时间约为25万个小时。(2)编程简单PLC的最大特点是采用了易学易懂的梯形语言。它是以计算机软件技术构造成人们已习惯的继电器模型,形成一套独立具有风格的以继电器线路图为基础的形象编程语言。梯形图语言的电路符号和表达
18、式与继电接触器电路接线图相当接近,只用PLC的几十条开关量逻辑指令就可以实现继电器电路的功能。只要通过如阅读PLC的实用手册或接收短信期培训,电气操作人员就可以编制用户程序。梯形图语言实际是一种面向用户的高级语言。PLC在执行梯形图时,通过解释程序将它“翻译”成汇编语言去执行。与直接用汇编语言编写相比,虽然执行时间要长些,但对大多数自动控制系统来说是微不足道的。(3)通用性好PLC是通用软件来实现控制的,同一台PLC可用于不同的控制对象,只需改变软件就可以实现不同的控制要求,充分体现了灵活性,通用性。各种PLC都有各自的系列产品,不同机型功能基本相同,可以互换,可以根据控制要求进行扩展,包括容
19、量扩展,功能扩展,可以进一步满足控制需要。(4)功能强大PLC不仅可以完成逻辑运算,计数,定时功能,还可以完成算术运算以及A/D、D/A转换等。PLC最广泛的应用场合是对开关量进行逻辑运算和顺序控制,同时还可以应用对模拟量的控制。PLC可以控制一台单机,一条生长线,还可以可控制一个机群,多条生产线,可以现场控制,也可以远距离控制,可控制简单系统,也可以控制复杂系统。在大系统控制中,PLC可以作为下位机与上位机或同级的PLC之间进行通信,完成数据的处理和信息交换,实现对整个生产过程的信息控制和管理。(5)体积小,功率底由于PLC采用半导体集成电路,因此具有体积小,质量轻,功率底的特点,而且设计结
20、构紧凑坚固,易于装入机械设备内部,是实现机电一体化的理想设备。2.3.2 PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同,如图1所示: 图2-3 PLC的基本结构中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄
21、存器内。等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性,近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统,或采用三CPU的表决式系统。这样,即使某个CPU出现故障,整个系统仍能正常运行。2.3.3 PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作的。即PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描。如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直到程序结束,然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描
22、。在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作周而复始。PLC的扫描工作过程可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段,并进行周期性循环。 (1)输入采样阶段在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。(2)用户程序执行阶段在用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下的顺序依
23、次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即,在用户程序执行过程中,只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化,而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化,而且排在上面的梯形图,其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反,排在下面的梯形
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