畢業(yè)設(shè)計（論文）四層電梯的PLC控制

1、畢業(yè)論文 題目 基于plc的電梯控制系統(tǒng)的應(yīng)用 姓名 指導(dǎo)教師 四層電梯的plc控制摘 要在現(xiàn)代社會和經(jīng)濟活動中，計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和電力電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，電梯已經(jīng)成為城市物質(zhì)文明的一種標志。特別是在高層建筑中，電梯是不可缺少的垂直運輸設(shè)備。隨著高層建筑飛速發(fā)展的今天，電梯行業(yè)也隨之進入了新的發(fā)展時期,電梯控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速，其邏輯控制也由plc代替原來的繼電器控制，其許多功能是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)的。 該設(shè)計針對我國電梯業(yè)的現(xiàn)狀，將可編程序控制器(plc)應(yīng)用于四層電梯進行邏輯控制，通過合理的選擇和設(shè)計，不但提高了電梯可靠性、可維護性以及靈活性，同時延長了

2、使用壽命，縮短了電梯的開發(fā)周期，并提高了電梯的控制水平，改善了電梯運行的舒適感，使電梯達到了較為理想的控制效果。本文所設(shè)計的電梯與傳統(tǒng)的電梯相比，在運行上具有良好的舒適感，在生活中可以節(jié)約電能，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，達到了理想的目的。該電梯控制系統(tǒng)具有指層、廳召喚、選層選向、手動和自動等功能，具有集選控制的特點。 本文在介紹電梯基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，深入分析了電梯的工作原理，闡述了plc的優(yōu)點及特點，重點分析了電梯的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，研究并提出了基于plc電梯控制系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)方案，最后對本論文的研究內(nèi)容進行了總結(jié)與展望。關(guān)鍵詞 電梯 變頻器 plc控制 變頻調(diào)速目錄第1章 緒論1.1

3、 plc及在電梯控制中的應(yīng)用特點1.1.1 plc的特點1.1.2 plc控制電梯的邏輯關(guān)系1.1.3 plc控制電梯的優(yōu)點1.2 電梯變頻調(diào)速控制的特點第2章變頻器的選擇2.1變頻器的選擇2.2變頻器的設(shè)計 2.2.1變頻器的參數(shù)設(shè)置 2.2.2變頻器的容量計算2.2.3變頻器制動電阻參數(shù)的計算第3章plc控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 四層電梯主電路3.1.1 四層電梯驅(qū)動電機3.1.2 plc外部接線圖3.2 i/0點數(shù)的分配及機型的選擇 3.2.1 i/o點數(shù)的估算 3.2.2輸入/輸出的分配 3.2.3 機型的選擇3.4 編碼器與plc的連接第4章 程序軟件設(shè)計4.1四層電梯梯形圖4.1.1

4、外召喚信號登記及消除4.1.2內(nèi)指令信號登記及消除4.1.2 電梯的平層信號及處理4.1.4 選層定向及反向截梯4.1.5 內(nèi)指令外召喚信號的保持4.1.6 各樓層停車信號4.1.7 自動開關(guān)門第5章 總體結(jié)構(gòu)5.1電梯控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能5.2電梯操作方式5.3轎廂運行速度曲線結(jié)論謝 辭參考文獻 第1章 緒論1.1 plc及在電梯控制中的應(yīng)用特點1.1.1 plc簡介及其特點 plc即可編程控制器（programmable logic controller，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（international electrical committee

5、）頒布的plc標準草案中對plc做了如下定義：plc英文全稱programmable logic controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(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械或生產(chǎn)過程.“plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的

6、機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計?！眕lc的特點1.可靠性高，抗干擾能力強2.配套齊全，功能完善，適用性強3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎4.系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造5.體積小，重量輕，能耗低1.1.2 plc控制電梯的邏輯關(guān)系電梯控制邏輯關(guān)系如下: 1)行車方向由內(nèi)選信號決定,順向優(yōu)先執(zhí)行; 2)行車途中如遇呼梯信號時,順向截車,反向不截車; 3)內(nèi)選信號、呼梯信號具有記憶功能,執(zhí)行后解除。 4)內(nèi)選信號、呼梯信號、行車方向、行車樓層位置均由信號燈指示5)停層時可延時自動開門、手動開門、(關(guān)門過程

7、中)本層順向呼梯開門; 6)有內(nèi)選信號時延時自動關(guān)門,關(guān)門后延時自動行車; 7)無內(nèi)選時延時5s自動關(guān)門，但不能自動行車; 8)行車時不能手動開門或本層呼梯開門,開門不能行車。1.1.3 plc控制電梯的優(yōu)點（1）在電梯控制中采用了plc，用計算機軟件控制實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性和先進性大大提高。（2）去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部線路簡化。（3）實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，可方便地增加或改變控制功能。（4）可進行故障自動檢測與報警顯示，提高運行安全性，并便于檢修。（5）用于群控調(diào)配和管理，并提高電梯運行效率。（6）更改控制方案時不需改動硬件接線。1.2 電梯變頻調(diào)速控

8、制的特點隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動機交流變頻調(diào)速技術(shù)是當今節(jié)電、改善流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種主要手段。變頻以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動平穩(wěn)性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速 第2章 變頻器2.1變頻器的選擇2.2 變頻器的設(shè)計變頻器是變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心設(shè)備，它的質(zhì)量品質(zhì)對于系統(tǒng)的可靠性影響很大，選擇品牌時，質(zhì)量品質(zhì)，尤其是與可靠性相關(guān)的質(zhì)量品質(zhì)是選擇時的重要考慮方面9經(jīng)過多次市場調(diào)查，選用日本松下變頻器vf-7f，其功率是400w，輸入電壓是單相

9、220v，輸出電壓是單相的220v，頻率的調(diào)節(jié)范圍是0.2400hz，該型號變頻器在電梯的門機中大量使用，安全可靠，非常適合電梯使用。2.2.1變頻器的參數(shù)設(shè)置變頻器的設(shè)置直接影響到電梯運行時的舒適感，參數(shù)設(shè)置時應(yīng)考慮以下方面：（1）減小啟動沖擊及增加調(diào)速的舒適感，其速度環(huán)比例系數(shù)宜小些，而積分時間常數(shù)宜大些；（2）提高運行效率，快車頻率應(yīng)選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車沖擊；（3）零速一般設(shè)計為0hz； （4）變頻器其他常用參數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)電壓和電機銘牌數(shù)據(jù)直接輸入。具體見表2-1。表2-1 變頻器參數(shù)設(shè)置序號參 數(shù) 設(shè)定值參數(shù)說明1第一加速時間2s設(shè)置加速時間2第一減速時間2s設(shè)

10、置減速時間3頻率范圍50設(shè)置伏/赫方式4過載保護功能2加保護但降低輸出頻率5停止方式選擇0高定減速停止或慣性停止6停止頻率0hz設(shè)定停止頻率7最大頻率50.00設(shè)定最大輸出頻率8基礎(chǔ)頻率50設(shè)定基礎(chǔ)頻率9多速功能設(shè)定0選擇多速功能10點動頻率20.00hz設(shè)置點動頻率11點動加速時間5.0s設(shè)置點動加速時間12點動減速時間5.0s點動減速時間13預(yù)設(shè)第二頻率50.00hz電梯的高速頻率14預(yù)設(shè)第三頻率10.00hz電梯的爬行速度頻率15加速/減速方式1s型加/減速方式16下限頻率5.0hz設(shè)定下限頻率17上限頻率50.0hz設(shè)定上限頻率18偏置/增益功能選擇0無偏置/增益功能19監(jiān)控器選擇0頻

11、率監(jiān)視方式20最大輸出電壓220v根據(jù)電動機的額定值設(shè)定最大輸出電壓21過電流矢速值140%設(shè)定防止過電流矢速值22矢量控制選擇0無矢量控制伏/赫方式23電動機容量0.2kw設(shè)定適用電動機容量24電動機極對數(shù)2與適用電動機的極對數(shù)適配2.2.2變頻器容量計算變頻器的功率可根據(jù)曳引機電機功率、電梯運行速度、電梯載重與配重進行計算。設(shè)電梯曳引機電機功率為p1，電梯運行速度為v，電梯自重為w1，電梯載重為w2，配重為w3，重力加速度為g，變頻器功率為p。在最大載重下，電梯上升所需曳引功率為p2見式（3.1）：p2=(w1+w2-w3)g+f1*v 式（3.1）其中f1=k(w1+w2+w3)g+為摩

12、擦力，可忽略不計。電機功率p1，變頻器功率p應(yīng)接近電機功率p1，相對于p2留有安全裕量，可取p=1.5p2。k=0.02,w1=2000kg,w2=1000kg,w3=2400kg,g=9.8m/sv=1.5m/s所以： p2=（6009.81089.8）1.510.4kw可以得到：p=1.5p2=15.6kw。由于采用變頻調(diào)速，效率高。依照計算結(jié)果選1.5倍裕量，取變頻器容量為15kw。2.2.3變頻器制動電阻參數(shù)的計算由于電梯為位能負載，電梯運行過程中產(chǎn)生再生能量，所以變頻調(diào)速裝置應(yīng)具有制動功能.帶有逆變功能的變頻調(diào)速裝置通過逆變器雖然能夠?qū)⒃偕芰炕仞侂娋W(wǎng)，但成本太高.采用能耗制動方式通

13、過制動單元將再生能量消耗在制動電阻上，成本較低而且具有良好的使用效果.能耗制動電阻rz見式（3.2）的大小應(yīng)使制動電流iz見式（3.3）的值不超過變頻器額定電流的一半，即 iz=uo/rzin/2 式（3.2）rz2 ud/ rz =2513/35.528.9(歐) 式（3.3） 其中uo為額定情況下變頻器的直流母線電壓，取rz30歐，由于制動電阻的工作不是連續(xù)長期工作，因此其功率可以大大小于通電時消耗的功率。即：pzzud/ rz =0.45132/303.5kw.最后，選用的制動電阻為r=30歐，功率為p=3.5kw的電阻。第3章plc控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 四層電梯主電路3.1.1 四層

14、電梯曳引電機及門電機電路圖根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖2-1所示。圖中m1，m2為曳引電機和門電機，交流接觸器km1km4通過控制兩臺電動機的運行來控制轎廂和廳門，從而進行對電梯的控制。fr1，fr2為起過載保護作用的熱繼電器，用于電梯運行過載時斷開主電路。fu1為熔斷器，起過電流保護作用。圖3-1四層電梯曳引電機及門電機電路圖3.1.2 plc外部接線圖本設(shè)計的plc外部接線圖如圖2-2所示.cpu226cn的傳感器電源24v(dc)可以輸出600ma電流，通過核算在本設(shè)計中plc容量完全滿足要求，cpu226cn的輸出繼電器觸點容量為2a，電壓范圍為530v（dc）

15、或5250v（ac）。 圖2-2 plc外部接線圖3.2 i/0點數(shù)的分配及機型的選擇3.2.1 i/o點數(shù)的估算采用plc構(gòu)成四層簡易電梯電氣控制系統(tǒng)。電梯的上、下行由一臺電動機拖動，電動機正轉(zhuǎn)為電梯上升，反轉(zhuǎn)為下降。一層有上升呼叫按鈕k1和指示燈h1，二層有上升呼叫按鈕k2和指示燈h2以及下降呼叫按鈕k4和指示燈h4，三層有上升呼叫按鈕k3和指示燈h3以及下降呼叫按鈕k5和指示燈h5，四層有下降呼叫按鈕k6和指示燈h6。一至四層有到位行程開關(guān)sq1sq4。電梯內(nèi)有一至四層呼叫按鈕k10k7和指示燈h10h7；電梯開門和關(guān)門按鈕sb5和sb6，電梯開門和關(guān)門分別通過電磁鐵km3和km4控制，

16、關(guān)門到位由行程開關(guān)st1檢測，開門到位由行程開關(guān)st2檢測。轎廂上行和下由接觸器km1和km2控制，并有上行記憶和下行記憶兩路指示燈。綜上所述，輸入點共有20個，輸出點共有16個?？删幊炭刂破鱯7200的cpu226輸入，輸出點數(shù)為2416。足以滿足要求3.2.2輸入/輸出的分配如下：該系統(tǒng)占用plc的36個i/o口，20個輸入點，16個輸出點，具體的i/o分配如表3-3所示：表3-3 plc i/o分配序號名 稱輸入點序號名 稱輸出點0一層平層i0.00電梯上行記憶q0.01二層平層i0.11電梯下行記憶q0.12三層平層i0.22電機正轉(zhuǎn)q0.23四層平層i0.33電機反轉(zhuǎn)q0.34內(nèi)呼一

17、樓i0.44內(nèi)呼一樓指示q0.45內(nèi)呼二樓i0.55內(nèi)呼二樓指示q0.56內(nèi)呼三樓i0.66內(nèi)呼三樓指示q0.67內(nèi)呼四樓i0.77內(nèi)呼四樓指示q0.78一層外呼上行i1.08一層外呼上行指示q1.09二層外呼上行i1.19二層外呼上行指示q1.110三樓外呼上行i1.210三樓外呼上行指示q1.211二樓外呼下行i1.311二樓外呼下行指示q1.312三樓外呼下行i1.412三樓外呼下行指示q1.413四樓外呼下行i1.513四樓外呼下行指示q1.514手動開門i2.014門電機正轉(zhuǎn)q1.615手動關(guān)門i2.115門電機反轉(zhuǎn)q1.716開門限位i2.2 17關(guān)門限位i2.318電梯上升極限位

18、i2.419電梯下降極限位i2.5 3.2.3機型的選擇simatic s7-200系列plc及其編程軟件step 7-micro/win 32simatic 小型s7-200系列plc適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。s7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。s7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實時特性；強勁的通訊能力；豐富的擴展模塊等。s7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極

19、為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。step 7-micro/win 32是西門子公司專門為s7-200系列plc設(shè)計在個人計算機windows操作系統(tǒng)下運行的編程軟件，它的功能強大，使用方便，簡單易學(xué)，可用梯形圖（lad）、語句表（stl）和功能塊圖三種編程語言編制程序，不同的編程語言編制的程序可以相互轉(zhuǎn)換。step 7-micro/win 32提供兩套指令集，即simatic指令集（s7-200方式）和國際標準指令集（iec1131-3方式）。程序編制完成之后，利用plc與計算機專用的pc/ppi電纜傳送程序

20、至plc。3.3 編碼器與plc的連接1、thplc-dt型四層電梯實驗教學(xué)模型一臺2、安裝了v3.2 step 7 microwin編程軟件的計算機一臺3、pc/ppi編程電纜一根4、plc主機一臺（西門子自配），應(yīng)選用40點機型（輸入口大于20點、輸出口大于16點）。第4章 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計4.1 四層電梯梯形圖4.1.1外召喚信號登記及消除 廳外召喚指令具有登記指示，到層取消。4.1.2內(nèi)指令信號登記及消除點動內(nèi)呼按鈕，信號登記顯示。到層信號取消。本系統(tǒng)設(shè)一樓為基站，兩分鐘內(nèi)無任何操作，電梯自動返回一樓。4.1.3 電梯的平層信號處理4.1.4 選層定向及反向截梯轎廂上行轎廂下行4.1.

21、5 內(nèi)指令外召喚信號的保持轎廂的內(nèi)呼指令與外召喚指令保持信號，用于在有乘坐需要的樓層停車，并自動或手動執(zhí)行開關(guān)門操作。開關(guān)門執(zhí)行一次之后，信號取消。使電梯能夠繼續(xù)響應(yīng)其他乘坐信號。4.1.6 各樓層停車信號4.1.7 自動開關(guān)門如梯形圖所示，電梯到層停車后，延時2s開門，5s后自動關(guān)門。并設(shè)有手動開門按扭和關(guān)門按鈕?？蓪崿F(xiàn)即時開關(guān)門。第五章 總體結(jié)構(gòu)5.1 電梯控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能（1）電梯運行到位后，具有手動及自動開關(guān)門功能（2）電梯的每一層均有升降及車廂所在樓層的指示燈顯示（3）每層的樓頂均有輸入（分上行和下行）按鈕召喚電梯（4）具有自動定向、順向截梯、反向保號、外呼記憶、自動開/關(guān)門、停梯

22、銷號、自動達層等功能（5）電梯能在一定條件下進行啟動，加速和還速（6）電梯能在超載狀態(tài)或故障時取消關(guān)門動作，同時發(fā)出警報，直到警報被清除（看門狗信號有效的條件是一層樓連續(xù)發(fā)生關(guān)門中斷情況超過3次）。5.2 電梯操作方式1、換向說明當電梯轎內(nèi)或門廳呼叫按鈕按下時，根據(jù)檢測到的上行或下行指令給出相應(yīng)的信號，從而控制電梯的驅(qū)動電機進行相應(yīng)的動作；當有多個呼叫信號到達時，執(zhí)行方式為優(yōu)先響應(yīng)電梯運行方向上的信號，再響應(yīng)另一方向信號；對未及時響應(yīng)的信號要進行保留。 、換速說明 電梯正常狀態(tài)下以快速啟動，當要到達需要停止的樓層時，給出換速信號控制拖動電機轉(zhuǎn)為慢速運行，以確保電梯平穩(wěn)的停止在目標位置。 5.3

23、 轎廂運行速度曲線為了滿足舒適感提高運輸效率及正確平層要求，電梯的速度給定曲線是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。人們對于速度變化的敏感度主要是加速度的變化率，舒適感就意味著要平滑的加速和減速。為了獲得良好的舒適感，將電梯的起制動速度曲線設(shè)計成由兩段拋物線(s曲線)及一段直線構(gòu)成，而這一曲線形狀的構(gòu)成及改變，則是由加速度斜率及s曲線變化率決定的。見圖4.1。 圖5.3速度運行曲線結(jié)論四層教學(xué)電梯系統(tǒng)在各類院校的實踐教學(xué)中得到廣泛的利用，它可以作為電氣及樓宇自動化等專業(yè)的plc、變頻器相關(guān)課程的實踐教學(xué)平臺。但是由于實際硬件的教學(xué)電梯投入較大，對教學(xué)空間也比較苛刻，從而給各個院校的實踐教學(xué)帶來很大的困擾。利用工控組

24、態(tài)軟件實現(xiàn)plc與上位計算機通信的方法簡單易行，本四層教學(xué)仿真電梯系統(tǒng)利用工控組態(tài)軟件組態(tài)王，配合簡單的plc主機，在pc機界面上實現(xiàn)了實踐教學(xué)訓(xùn)練平臺，投入較少，對教學(xué)空間要求不高，適合大批量學(xué)生的實踐訓(xùn)練，符合大多數(shù)高等院校及培訓(xùn)機構(gòu)的教學(xué)要求。所以利用plc主機、pc機及工控組態(tài)軟件設(shè)計實現(xiàn)的四層教學(xué)仿真電梯系統(tǒng)，在plc、組態(tài)軟件應(yīng)用及電梯控制等課程教學(xué)中，具有突出的優(yōu)點和很好的利用價值。謝 辭時至今日，幾個禮拜的畢業(yè)設(shè)計終于可以畫上一個句號了，但是現(xiàn)在回想起來做畢業(yè)設(shè)計的整個過程，頗有心得，其中有苦也有甜，不過樂趣盡在其中！尤其是根本組人員的搭配，不僅讓我對plc和組態(tài)軟件有的更深一

25、步的了解，同時也增加了自己的動手實踐能力，為以后的工作打下了基礎(chǔ)?？梢哉f畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。本次畢業(yè)設(shè)計是在我的指導(dǎo)老師段春霞、韓英的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題到論文的完成，無不傾注著兩位老師辛勤的汗水和心血。兩位老師的嚴謹治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我受益匪淺，從尊敬的指導(dǎo)老師身上，我不僅學(xué)到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的指導(dǎo)老師致以最衷心的感謝和深深的敬意!同時我在這里還要感謝我們組的成員康仲凱等人，他們也在畢業(yè)設(shè)計方面給予了我很多幫助和關(guān)心，尤其是在編寫程序、利用組態(tài)軟件仿真方面。其次還要感謝我的父母，他們?yōu)榱宋业某砷L付出了辛勤的努力和汗水，給