自动化毕业论文四层电梯的PLC控制系统设计与实现

西安思源学院本科毕业设计（论文）I摘 要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造。关键词 PLC；电梯；控制系统；设计西安思源学院本科毕业设计（论文）IIAbstractAlong with sciences and technologys development, the recent years, our countrys elevator production technology obtained the rapidly expand. Some elevator factory unceasingly is also improving the design, the revision craft. The renewal production renewals elevator, the elevator mainly divides into the mechanical system and the control system two major parts, along with the automatic control theory and microelectronic technologys development, elevators dragging way and the control method has had the very big change, the exchange velocity modulation is the current elevator dragging main development direction. At present the lift control system mainly has three control modes: Following electric circuit control system (“early installment elevator many black-white control system), PLC control system, microcomputer control system. Because the black-white control system the failure rate is high, the reliability is bad, control mode not nimble as well as consumed power big and so on shortcomings, at present has been eliminated gradually. Key words PLC, elevator, control system, design西安思源学院本科毕业设计（论文）III目录摘 要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题研究目的和意义 .11.2 电梯控制系统的组成 .21.3 PLC 在电梯系统的应用现状与发展趋势 .41.4 可编程控制器简介 .51.4.1 可编程控制器的发展 .51.4.2 PLC 的用途 .61.4.3 可编程控制器的特点 .71.4.4 PLC 的工作原理 .91.4.5 PLC 的编程语言 .101.5 论文的主要研究内容 .10第 2 章 电梯 PLC 控制系统结构方案 .122.1 楼层状态指示设计 .132.2 电梯下行程序设计 .132.3 电梯上行程序设计 .142.4 电梯到达时程序设计 .14第 3 章 系统输入输出设计 .173.1 PLC 输入信号的确定方法 .173.2 PLC 输出信号的确定方法 .18第 4 章 电梯 PLC 控制系统设计 .244.1 电梯的控制要求 .244.2 PLC 控制系统的设计分析 .244.3 电梯模型 PLC 控制系统设计 .254.4 PLC 的选择 .274.5 I/O 分配表 .274.6 硬件接线图 .284.7 PLC 程序梯形图 .29第 5 章 电梯 PLC 的调试与安装 .355.1 模拟调试 .35西安思源学院本科毕业设计（论文）IV5.2 安装调试 .355.2.1 单指令运行调试 .365.2.2 复杂运行调试 .36结 论 .37致 谢 .38参考文献 .39西安思源学院本科毕业设计（论文）第 1 章 绪论1.1 课题研究目的和意义自 1889 年美国奥迪斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；而且作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程控制器既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质性能。因此，PLC 在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用 1。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC 在工业控制领域内得到十分广泛地应用。PLC 是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储 用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯；百货大楼和宾馆需要有客梯 ,自动扶梯。在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样，成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前 236 年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出人力驱动的卷筒式卷扬机。1858 年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而有在英国出现水压梯。1889 年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900 年还出现了第一台自动扶梯。1949 年出现了群控电梯,首批 46 台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955 年出现了小型计算机控制电梯。1962 年美国出现了速度达 8 米/秒的超高速电梯。1963 年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967 年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971 年集成电路被应用于电梯。第二年又出西安思源学院本科毕业设计（论文）2现了数控电梯。1976 年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期 13。电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。PLC 作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。高校中关于 PLC 教学实验的中等模型较少，为此，自行设计并制作了专用 4 层集选电梯。此电梯模型所采用的类型为三菱 FX2C。PLC 程序设计采用模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则设计各个功能模块。设计的程序要求完成电梯自动运行功能如：内选外召唤信号的登记、消号、到层自动开门、延时自动运行等。合理分配轿厢内指令的执行和厅外召唤的应答。关于 PLC 控制系统的基本结构及电梯控制系统的安装与调试重点介绍如下。1.2 电梯控制系统的组成一、电梯硬件的分析电梯的组成：(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。曳引系统主要由曳引机、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)重量平衡系统西安思源学院本科毕业设计（论文）3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。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。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，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。由限速器，安全钳，缓冲器，端站保护装置组成。二、电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。(1)电力拖动电力拖动部分由拽引电机、抱闸和相应的开关电路以及开门机组成。由于所设计的只是一个教学模型，梯速低于 1.5m/s，所以只要能实现电机的正反转即可，而不必考虑电机的机械特性。制动时为满足准确停层的需要，定子回路可接入电抗器减速最后再加上抱闸制动。故在制动过程中采用了三档延时切换控制。(2)电气控制电气控制部分又称控制电路，它是电梯控制系统的核心。它包含两部分：拖动控制电路和信号控制电路。拖动控制电路因电梯的拖动方式不同而各异。可以是接触器线圈及其相关的控制电路 ，也可以是 电力电子器件的门极控制电路，对于有速度闭环控制的系统，还必须考虑含有电源、电压、速度检测电路和调节电路。信号控制电路与拖动的方式关系不大，主要与程序能够实现的功能有直接的关系。因此，不同的拖动方式的电梯可以采用同一信号控制电路。(3)PLC 系统部分完成所设定的控制任务所需要的 PLC 规模主要取决于控制系统对输入，输出西安思源学院本科毕业设计（论文）4点的需求量和控制过程的难易程度。IO 点的估算：系统的输入点有：门厅召唤按钮 6 个输入点；轿内指令按钮 4 个点；楼层感应器 4 个点；门区感应 l 点；手动开门 l 点：共计输入点 16 点。而输出点有：快慢速接触器 2 点；上下行接触器 2 点；楼层指示灯 4 点；门锁 1 个点；共计输出点 9 点。总计 IO 点数为 169. 综上所述，根据具体情况，我们选择三菱的FX 系列。输入输出点数为 34 点，电机 20 点，考虑 10%到 15%的 I/O 裕量，我们选择 FX2C-64MR 这种型号。1.3 PLC 在电梯系统的应用现状与发展趋势随着我国经济的发展，城市中涌现出越来越多的高层建筑，而与之配套的电梯已成为人们日常生活中不可缺少的工具。同时，由于城市老龄化问题日益突出，多层建筑同样也有使用电梯的要求。而目前，国内中小电梯厂商大多采用继电器控制或微机控制方法实现对电梯的控制，前者硬布线的逻辑控制方式具有原理简单、直观等特点，但通用性差，逻辑系统由许多触点组成，接线复杂、故障率高、设备庞大，现已慢慢淡出市场；后者在工业控制系统中的应用十分广泛，在电梯控制上取代传统的继电器控制方式慢慢受到人们的重视。根据电梯的功能要求，微机控制电梯的方式主要分为 4 种：单微机控制方式，双微机控制方式，三微机控制方式，群控电梯的微机控制方式。单微机控制方式又分为 2 种，即单板机控制方式和单片机控制方式；双微机控制方式由控制系统CPU 和拖动系统 CPU 以及部分继电器组成整个电梯的控制系统，可以实现起制动闭环、稳速开环控制，也可以实现全闭环控制；三微机控制方式也称为多微机控制方式，以上海三菱的 VFCL 系统为例，它采用三个 CPU 来控制电梯，整个系统由三部分组成：DR-CPU 驱动部分、CC-CPU 控制和管理部分、ST-CPU 串行传部分，VFCL 系统的驱动部分采用 VVVF 方式对曳引机进行速度控制，控制部分主要对选层器、速度图形和安全检查电路三方面进行控制；群控方式使用的微机数量根据方式的不同也有所不同。但是由于微机控制的可靠性不高，容易发西安思源学院本科毕业设计（论文）5生故障，从而使电梯难以达到用户希望的安全、稳定、可靠等要求 2。PLC 自问世以来，以其高可靠的特点在工业自动化领域获得广泛的应用。近年来，随着超大规模集成电路技术和通信技术的进步，PLC 的性价比逐年提高，使用 PLC 控制电梯，是一种投资小、见效快、可靠性高的好方法 2。1.4 可编程控制器简介1.4.1 可编程控制器的发展第一台可编程控制器的设计规范是美国通用公司提出的。当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序、可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后，美国数字设备公司（DEC）于1969 年研制成第一台 PLC，型号为 PDP-14，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了 PLC 的新纪元。第一台 PLC 具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。这些控制器易于安装，占用空间小，可重复使用。尽管控制器编程有些琐碎，但它具有公共的工厂标准梯形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。在短时间内，PLC 在其他工业部门也得到应用。到 70 年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用 PLC 代替继电器控制设备，迈出了其实用化阶段的第一步。70 年代中期，由于大规模集成电路的出现，使 8 位微处理器和位片处理器相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃。在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制、提高了运算速度，扩大了输入输出规模。在这个时期，日本、原西德和法国相继研制出了自己的 PLC，我国在 1974 年也开始研制。70 年代由于超大规模集成电路的出现，使 PLC 向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系列化产品。这是面向工程技术人员的编程语言发展成熟，出现了工艺人员使用的图形语言。在功能上，PLC 可以代替某些模拟控制装置和小型机 DDC 系统。进入八九十年代后，PLC 的软硬件功能进一步得到加强，PLC 已发展成为一西安思源学院本科毕业设计（论文）6种可提供诸多功能的成熟的