畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于PLC設(shè)計(jì)三層電梯.doc

前言隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和生活中有著廣泛的應(yīng)用。電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。實(shí)際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號(hào)以及自身控制規(guī)律等運(yùn)行的，而呼叫是隨機(jī)的，電梯實(shí)際上是一個(gè)人機(jī)交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)采用隨機(jī)邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)的采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動(dòng)控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（plc）取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。國(guó)內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，自己設(shè)計(jì)和制造微機(jī)控制裝置成本較高；而plc可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn) 定可靠等特點(diǎn)，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實(shí)現(xiàn)。1900年美國(guó)奧梯斯電梯公司制造出世界上第一臺(tái)自動(dòng)扶梯。1915年已設(shè)計(jì)成功電梯自動(dòng)平層控制系統(tǒng)。1933年美國(guó)制造出6m/s的高速電梯。在第二次世界大戰(zhàn)以后，美國(guó)的建筑業(yè)得以快速發(fā)展，促使電梯也進(jìn)入發(fā)展時(shí)期，新技術(shù)被廣泛用于電梯。1949年研制出4-6臺(tái)電梯的群控系統(tǒng)。1955年出現(xiàn)了真空電子管小型計(jì)算機(jī)控制的電梯。1962年在美國(guó)己出現(xiàn)了8.5m/s的超高速電梯。在1967年將固體晶閘管用于電梯拖動(dòng)系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，在用晶閘管取代直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組的同時(shí)，研制出了交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，使交流電梯的調(diào)速性能得到了明顯改善。1976年將微處理器應(yīng)用于電梯。1977年日本三菱電機(jī)株式會(huì)社開發(fā)出了10m/s的超高速電梯。至此，電梯的控制技術(shù)有了很大發(fā)展。進(jìn)入80年代，電梯控制技術(shù)又有了新的變化。由于固體功率器件的不斷發(fā)展和完善以及微機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，出現(xiàn)了交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。1984年在日本己將其用于2m/s以上的高速電梯。1985年以后，又將其延伸到中、低速交流調(diào)速電梯。交流變頻調(diào)速技術(shù)被認(rèn)為是電梯行業(yè)的當(dāng)代技術(shù)。當(dāng)前，在電梯電力拖動(dòng)方面，除了大容量電梯還采用直流拖動(dòng)系統(tǒng)以外，用交流變頻調(diào)速方式取代直流調(diào)速方式，已成為高速電梯的主流。 基于plc設(shè)計(jì)三層電梯 摘要本文介紹了電梯的起源與發(fā)展，載貨電梯的特點(diǎn)與技術(shù)現(xiàn)狀，以及本設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容和意義。先對(duì)電梯的定義、種類、組成進(jìn)行闡釋，從而對(duì)電梯有初步了解。進(jìn)而介紹了可編程序控制器的發(fā)展階段、定義、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、plc的性能指標(biāo)、特點(diǎn)、plc的應(yīng)用、選型；介紹了變頻器的作用、基本構(gòu)成、變頻器的分類、變頻器的矢量控制原理、電梯變頻調(diào)速控制的特點(diǎn)。貨梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是貨梯控制系統(tǒng)采用隨機(jī)邏輯方式控制。關(guān)鍵詞：可編程序控制器，貨梯控制，變頻器，plc，監(jiān)控abstractthe article introduces the origin and the development of the elevator and the characteristics of the freight elevator with the present situation, and the design of the objectives, contents and significance. at first gives the definition, types, composition, which hopes to have a preliminary understanding of the lift. and then describes the plcs stage of development, definition, the basic structure and working principle, performance and features，plcs application and selection, describing the basic composition of the inverter, classification, the vector control principle of the inverter and vvvf elevator control features. the design of the freight elevator control system is the system with random logic control. key words: programmable controller, freight elevator controlling, frequency transformer，plc , monitoring function 目錄：前言2摘要3abstract3一 plc的簡(jiǎn)介51.1 plc的定義51.2 plc的基本結(jié)構(gòu)51.3 plc的工作原理6二 電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)72.1 總體方案72.2 電梯模型系統(tǒng)設(shè)計(jì)72.3 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)8三 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)定103.1 電梯plc.i/o配線表103.2 梯形圖設(shè)計(jì)113.3 i/o接線圖15總結(jié)16致 謝16參考文獻(xiàn)17 一 plc的簡(jiǎn)介1.1 plc的定義可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?？傊删幊炭刂破魇且慌_(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。1.2 plc的基本結(jié)構(gòu)plc的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。cpu模塊i/o模塊編程器電源接口1.3 plc的工作原理plc是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在plc運(yùn)行時(shí)，cpu根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。plc的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。1）輸入采樣plc在開始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序?qū)⑺休斎胄盘?hào)，讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個(gè)過程稱為輸入采樣，也稱輸入刷新。plc在運(yùn)行程序時(shí)，所需的輸入信號(hào)不是現(xiàn)時(shí)取輸入端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內(nèi)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，只有到下一個(gè)掃描周期輸入采樣階段才被刷新。2）程序執(zhí)行plc完成了輸入采樣工作后，按順序從0000號(hào)地址開始的程序進(jìn)行逐條掃描執(zhí)行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入輸出映像寄存器中保存。但這個(gè)結(jié)果在全部程序末執(zhí)行完之前不會(huì)送到輸出端子上。3）輸出刷新在執(zhí)行到end指令，即執(zhí)行完用戶所有程序后，plc將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器c中進(jìn)行輸出，驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備。plc重復(fù)地執(zhí)行上述三個(gè)階段，每重復(fù)一次的時(shí)間就是一個(gè)掃描周期（也稱一個(gè)工作周期）。在每次掃描中，可編程控制器只對(duì)輸入采樣一次，輸出刷新一次，這可以確保在程序執(zhí)行階段，在同一個(gè)掃描周期的輸入映像寄存器和輸出鎖存電路中的內(nèi)容保持不變。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的plc，其存儲(chǔ)容量各不相同。電源：plc的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個(gè)良好的、可得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此plc的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將plc直接連接到交流電網(wǎng)上去。二 電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 總體方案目前，電梯行業(yè)在我國(guó)迅速的發(fā)展，在一定程度上占有很大的市場(chǎng)。而在今天選擇控制電梯運(yùn)動(dòng)的設(shè)備已經(jīng)從傳統(tǒng)的繼電器接觸器轉(zhuǎn)變成可編程序控制器（plc）?？删幊绦蚩刂破鳎╬lc）與其他計(jì)算機(jī)控制相比較：個(gè)人計(jì)算機(jī)有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能和圖形顯示功能，有豐富的軟件支持，但是它們是為辦公室自動(dòng)化和家庭設(shè)計(jì)的，對(duì)環(huán)境要求很高，抗干擾能力不強(qiáng)，一般不適合在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用。單片機(jī)只是一片集成電路，不能直接將它與外部i/o信號(hào)相連。要將它用于工業(yè)控制，還要附加一些配套的集成電路和i/o接口電路，硬件設(shè)計(jì)、制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大，要求設(shè)計(jì)者具有很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱工控機(jī)）也是為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，目前比較流行的是pc總線工控機(jī)，它與個(gè)人計(jì)算機(jī)兼容。工控機(jī)采用總線式結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品的兼容性強(qiáng)。工控機(jī)一般是在通用微機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，因此在要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、功能復(fù)雜的領(lǐng)域占有優(yōu)勢(shì)。工控機(jī)的價(jià)格較高，將它有與開關(guān)量控制以取代繼電器系統(tǒng)有些大材小用。工控機(jī)的外部i/o接線一般都用多芯扁平電纜和插頭、插座，直接從印刷電路板上引出，不如可編程序控制器的接線端子那樣方便可靠。以上各種計(jì)算機(jī)用語控制的程序一般都是用匯編語言編寫的，不像可編程續(xù)控制器的梯形圖語言那樣易于被工廠的電氣人員掌握?？删幊绦蚩刂破魇菍楣S現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)的，結(jié)構(gòu)上采取整體密封或插件組合型，對(duì)印刷電路板、電源、機(jī)架、插座的制造和安裝，均采用了嚴(yán)密的措施。可編程序控制器由于具有前述的各種優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域具有不可比擬的競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)然在電梯的控制領(lǐng)域也具有重要的地位，把可編程序控制器用于電梯運(yùn)動(dòng)的核心部分是很合理的選擇，而且可編程序控制器現(xiàn)在在市場(chǎng)上也是一種成熟的產(chǎn)品。總之，經(jīng)上述比較可得，我確定選用plc控制電梯的運(yùn)行。2.2 電梯模型系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于電梯的運(yùn)行是根據(jù)樓層和轎廂的呼叫信號(hào)、行程信號(hào)進(jìn)行控制，而樓層和轎廂的呼叫是隨機(jī)的，因此，系統(tǒng)控制采用隨機(jī)邏輯控制。即在以順序邏輯控制實(shí)現(xiàn)電梯的基本控制要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)隨機(jī)的輸入信號(hào)，以及電梯的相應(yīng)狀態(tài)適時(shí)的控制電梯的運(yùn)行。另外，轎廂的位置是由脈沖編碼器的脈沖數(shù)確定，并送plc的計(jì)數(shù)器來進(jìn)行控制。為便于觀察，對(duì)電梯的運(yùn)行方向以及電梯所在的樓層進(jìn)行顯示，采用led和發(fā)光管顯示，而對(duì)樓層和轎廂的呼叫信號(hào)以指示燈顯示(開關(guān)上帶有指示燈)。為了提高電梯的運(yùn)行效率和平層的精度，系統(tǒng)要求plc能對(duì)轎廂的加、減速以及制動(dòng)進(jìn)行有效的控制。根據(jù)轎廂的實(shí)際位置以及交流調(diào)速系統(tǒng)的控制算法來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)電梯所處的位置和運(yùn)行方向，在編程中，采用了四個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，即上行優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、上行次優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、下行優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、下行次優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。其中，上行優(yōu)先級(jí)隊(duì)列為電梯向上運(yùn)行時(shí)，在電梯所處位置以上樓層所發(fā)出的向上運(yùn)行的呼叫信號(hào)，該呼叫信號(hào)所對(duì)應(yīng)的樓層所具有的脈沖數(shù)存放的寄存器所構(gòu)成的陣列。上行次優(yōu)先級(jí)隊(duì)列為電梯向上運(yùn)行時(shí)，在電梯所處位置以下樓層所發(fā)出的向上運(yùn)行的呼叫信號(hào)，該呼叫信號(hào)所對(duì)應(yīng)的樓層所具有的脈沖數(shù)存放的寄存器所構(gòu)成的隊(duì)列?？刂葡到y(tǒng)在電梯運(yùn)行中實(shí)時(shí)排列的四個(gè)優(yōu)先級(jí)陳列，為實(shí)現(xiàn)隨機(jī)邏輯控制提供了基礎(chǔ)。貨梯結(jié)構(gòu)圖2.3 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)例如接通x012即接通sq1，表示橋箱原停樓層1，按s3,即x001接通一下，表示呼叫樓層3，則y007接通，三層內(nèi)選指示燈sel3亮，y005接通，表示電梯上升，手動(dòng)（表示橋箱離開底層，釋放行程開關(guān)）sq1斷開；電梯在底層與二層之間運(yùn)行指示燈l1亮，2秒后一層指示燈l1滅，二層指示燈l2亮，2秒后二層指示燈l2滅，三層指示燈l3亮。直至sq3接通，y007斷開（三層內(nèi)選指示燈sel3滅），y005斷開（表示電梯上升停止），三層指示燈l3滅，電梯到達(dá)三層。一 電梯在一二三層樓分別設(shè)置一個(gè)行程開關(guān)，在橋箱內(nèi)設(shè)置三個(gè)樓層內(nèi)選按鈕。行程開關(guān)sq1sq2sq3都斷開的情況下，呼叫不起作用。二 用指示燈來模擬電梯的運(yùn)行過程。（1）從一層到二層：接通x012即接通sq1，表示橋箱原停樓層1，按s2，即x002接通一下，表示呼叫樓層2，則y010接通，二層內(nèi)選指示燈sel2亮，y005接通，表示電梯上升。斷開sq1，一層指示燈l1亮，過2秒后，一層指示燈l1滅，二層指示燈l2亮。直至sq2接通，y010斷開（二層內(nèi)選指示燈sel2滅），y005斷開（表示電梯上升停止），二層指示燈l2滅，電梯到達(dá)二層。在橋箱原停樓層1時(shí)，按u2，電梯運(yùn)行過程同上。（2）從一層到三層：接通x012即接通sq1，表示橋箱原停樓層1，按s3，即x001接通一下，表示呼叫樓層3，則y007接通，三層內(nèi)選指示燈sel3亮，y005接通，表示電梯上升。斷開sq1，一層指示燈l1亮，過2秒后，一層指示燈l1滅，二層指示燈l2亮；過2秒后，二層指示燈l2滅，三層指示燈l3亮。直至sq3接通，y007斷開（三層內(nèi)選指示燈sel3滅），y005斷開（表示電梯上升停止），三層指示燈l3滅，電梯到達(dá)三層。在橋箱原停樓層1時(shí)，按u3，電梯運(yùn)行過程同上。（3）從二層到三層：接通x013即接通sq2，表示橋箱原停樓層2，按s3，即x001接通一下，表示呼叫樓層3，則y007接通，三層內(nèi)選指示燈sel3亮，y005接通，表示電梯上升。斷開sq2，二層指示燈l2亮，過2秒后，二層指示燈l2滅，三層指示燈l3亮。直至sq3接通，y007斷開（三層內(nèi)選指示燈sel3滅），y005斷開（表示電梯上升停止），三層指示燈l3滅，電梯到達(dá)三層。在橋箱原停樓層2時(shí)，按u3，電梯運(yùn)行過程同上。（4）從三層到二層：接通x014即接通sq3，表示橋箱原停樓層3，按s2，即x002接通一下，表示呼叫樓層2，則y010接通，二層內(nèi)選指示燈sel2亮，y004接通，表示電梯下降。斷開sq3，三層指示燈l3亮，過2秒后，三層指示燈l3滅，二層指示燈l2亮。直至sq2接通，y010斷開（二層內(nèi)選指示燈sel2滅），y004斷開（表示電梯下降停止），而層指示燈l2滅，電梯到達(dá)二層。在橋箱原停樓層3時(shí)，按d2，電梯運(yùn)行過程同上。（5）從三層到一層：接通x014即接通sq3，表示橋箱原停樓層3，按s2，即x003接通一下，表示呼叫樓層1，則y011接通，一層內(nèi)選指示燈sel1亮，y004接通，表示電梯下降。斷開sq3，三層指示燈l3亮，過2秒后，三層指示燈l3滅，二層指示燈l2亮；過2秒后，二層指示燈l2滅，一層指示燈l1亮。直至sq1接通，y011斷開（一層內(nèi)選指示燈sel1滅），y004斷開（表示電梯下降停止），而層指示燈l1滅，電梯到達(dá)一層。在橋箱原停樓層3時(shí)，按d1，電梯運(yùn)行過程同上。（6）從二層到一層：接通x013即接通sq2，表示橋箱原停樓層2，按s1，即x003接通一下，表示呼叫樓層1，則y011接通，一層內(nèi)選指示燈sel1亮，y004接通，表示電梯下降。斷開sq2，二層指示燈l2亮，過2秒后，二層指示燈l2滅，一層指示燈l1亮。直至sq1接通，y011斷開（一層內(nèi)選指示燈sel1滅），y004斷開（表示電梯下降停止），而層指示燈l1滅，電梯到達(dá)一層。在橋箱原停樓層2時(shí)，按u1，電梯運(yùn)行過程同上。（7）從一層到二三層：接通x012即接通sq1，表示橋箱原停樓層1，按s2s3，即x001x002接通一下，表示呼叫樓層23，則y010y007接通，二層內(nèi)選指示燈sel2亮三層內(nèi)選指示燈sel3亮，y005接通，表示電梯上升。斷開sq1，一層指示燈l1亮，過2秒后，一層指示燈l1滅，二層指示燈l2亮；sq2閉合后，二層指示燈l2滅，二層內(nèi)選指示燈sel2滅，sq2斷開后，二層指示燈l2亮，過2秒后，二層指示燈l2滅，三層指示燈l3亮。直至sq3接通，y007斷開（三層內(nèi)選指示燈sel3滅），y005斷開（表示電梯上升停止），三層指示燈l3滅，電梯到達(dá)三層。在橋箱原停樓層1時(shí)，按u2u3，電梯運(yùn)行過程同上。（8）從三層到二一層：接通x014即接通sq3，表示橋箱原停樓層3，按s2s1，即x002x003接通一下，表示呼叫樓層21，則y010y011接通，二層內(nèi)選指示燈sel2一層內(nèi)選指示燈sel1亮，y004接通，表示電梯下降。斷開sq3，三層指示燈l3亮，過2秒后，三層指