畢業(yè)設(shè)計（論文）工廠用自動升降梯的機電系統(tǒng)一體化設(shè)計

1、目 錄1 電梯的概述11.1 電梯的發(fā)明歷史11.2 電梯的分類及運行工作狀況12 電梯控制部分62.1 電梯的電力拖動部分62.2 電梯的電氣控制部分設(shè)計122.2.6 輸入/輸出點分配：172.2.7 plc外部接線圖182.3 軟件設(shè)計192.3.1 電梯響應(yīng)流程192.3.2 梯形圖及注釋202.3.3 報警器及超重控制212.3.4 內(nèi)指令信號的登記與消除212.3.5 電梯選層定向輔助222.5.5.外召喚信號的登記與消除222.5.6.電梯指層控制222.5.7.電梯上下行222.5.8.電梯開關(guān)門223 電梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計部分設(shè)計與計算233.1 轎廂主要結(jié)構(gòu)件的校核計算233.1

2、.1 上梁計算233.1.2 下梁計算243.1.3 直梁計算253.2 步進電機的選型計算273.2.1 已知及要求條件273.2.2 初選電動機273.2.3 計算273.3 第三節(jié)同步帶選型及計算283.3.1 確定設(shè)計功率pd283.3.2 選擇帶型和節(jié)距pb283.3.3 確定帶輪齒數(shù)和直徑293.3.4 初選中心距a0、帶的節(jié)線長度l0、帶的齒數(shù)zb303.3.5 同步帶的工作能力驗算303.4 第四節(jié) 巷道導軌的選型與計算303.4.1 導靴303.4.2 巷道導軌與導靴的選型303.4.3 巷道導軌彎曲應(yīng)力的計算（參考文獻：論電梯導軌配置與選擇）313.5 第五節(jié) 報警和救援裝

3、置313.5.1 報警裝置313.5.2 救援裝置323.6 緩沖器32畢業(yè)設(shè)計總結(jié)34致謝35參考文獻37附錄38附錄一、plc電梯控制系統(tǒng)梯形圖38附錄二、 電梯門禁系統(tǒng)梯形圖43 vivi1 電梯的概述1.1 電梯的發(fā)明歷史1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙格雷夫斯奧的斯第一次向世人展示了他的發(fā)明。他站在裝滿貨物的升降梯平臺上，命令助手將平臺拉升到觀眾都能看得到的高度，然后發(fā)出信號，令助手用利斧砍斷了升降梯的提拉纜繩。令人驚訝的是，升降梯并沒有墜毀，而是牢牢地固定在半空中奧的斯先生發(fā)明的升降梯安全裝置發(fā)揮了作用?！耙磺邪踩?，先生們?！闭驹谏堤萜脚_上的奧的斯先生向周

4、圍觀看的人們揮手致意。誰也不會想到，這就是人類歷史上第一部安全升降梯。 人類利用升降工具運輸貨物、人員的歷史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔時就使用了最原始的升降系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的基本原理至今仍無變化：即一個平衡物下降的同時，負載平臺上升。早期的升降工具基本以人力為動力。1203年，在法國海岸邊的一個修道院里安裝了一臺以驢子為動力的起重機，這才結(jié)束了用人力運送重物的歷史。英國科學家瓦特發(fā)明蒸汽機后，起重機裝置開始采用蒸汽為動力。緊隨其后，威廉湯姆遜研制出用液壓驅(qū)動的升降梯，液壓的介質(zhì)是水。在這些升降梯的基礎(chǔ)上，一代又一代富有創(chuàng)新精神的工程師們在不斷改進升降梯的技術(shù)。然而，一個關(guān)

5、鍵的安全問題始終沒有得到解決，那就是一旦升降梯拉升纜繩發(fā)生斷裂時，負載平臺就一定會發(fā)生墜毀事故。 而奧迪斯設(shè)計了一種彈簧，把兩個鋼齒嵌到滑道的v型切口中防止纜繩受到斷裂， 這樣他就造出了世界上第一部安全電梯。 奧的斯先生的發(fā)明徹底改寫了人類使用升降工具的歷史。從那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戲”了，升降梯在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。1889年12月，美國奧的斯電梯公司制造出了名副其實的電梯，它采用直流電動機為動力，通過蝸輪減速器帶動卷筒上纏繞的繩索，懸掛并升降轎廂。1892年，美國奧的斯公司開始采用按鈕操縱裝置，取代傳統(tǒng)的轎廂內(nèi)拉動繩索的操縱方式，為操縱方式現(xiàn)代化開了先河。1.2 電梯的分

6、類及運行工作狀況1.2.1 電梯的分類按驅(qū)動方式分類：1. 交流電梯2. 直流電梯3. 液壓電梯4. 齒輪齒條電梯5. 螺桿式電梯6. 直線電機驅(qū)動的電梯按用途分類：1. 乘客電梯2. 載貨電梯3. 病床電梯4. 服務(wù)電梯5. 觀光電梯7. 車輛電梯8. 船舶電梯9. 建筑使用電梯10. 其它1.2.2 電梯的結(jié)構(gòu)組成一部電梯主要由以下幾部份組成：1. 曳引系統(tǒng)2. 導向系統(tǒng)3. 門系統(tǒng)4. 轎箱系統(tǒng)5. 重量平衡系統(tǒng)6. 電力拖動系統(tǒng)7. 電氣控制系統(tǒng)8. 安全保護系統(tǒng)1.2.3 電梯設(shè)計運行工況及主要參數(shù)電梯在做垂直運行的過程中，有起點站也有終點站。對于三層以上建筑物內(nèi)的電梯，起點站和終點

7、站之間還設(shè)有?？空?。起點站設(shè)在一樓，終點站設(shè)在最高樓。各站的廳外設(shè)有召喚箱，箱上設(shè)置有供乘用人員召喚電梯用的召喚按鈕。一般電梯在起點站和終點站上各設(shè)置一個按鈕，中間層站的召喚箱上各設(shè)置兩個按鈕。而電梯的轎廂內(nèi)都設(shè)置有（雜物電梯除外）操縱箱，操縱箱上設(shè)置有手柄開關(guān)或與層站對應(yīng)的按鈕，供司機或乘用人員控制電梯上下運行。召喚箱上的按鈕稱外召喚按鈕，操縱箱上的按鈕稱指令按鈕。電梯的運行工作情況和汽車有共同之處，但是汽車的起動、加速、?？康热克緳C控制操作，而且在運行過程中可能遇到的情況比較復(fù)雜，因此汽車司機必須經(jīng)過嚴格的培訓和考核。而電梯的自動化程度比較高，一般電梯的司機或乘用人員只需通過操縱箱上的按

8、鈕向電氣控制系統(tǒng)下達一個指令信號，電梯就能自動關(guān)門、定向、起動、在預(yù)定的層站平層?？块_門。對于自動化程度高的電梯，司機或乘用人員一次還可下達一個以上的指令信號，電梯便能依次起動和?？?，依次完成全部指令任務(wù)。盡管電梯和汽車在運算工作過程中有許多不同的地方，但仍有許多共同之處，其中乘客電梯的運行工作情況類似公共汽車，在起點站和終點站之間往返運行，在運行方向前方的?？空旧嫌许樝虻闹噶钚盘枙r，電梯到站能自動平層?？块_門接乘客。而載貨電梯的運行工作情況則類似卡車，執(zhí)行任務(wù)為一次性的，司機或乘用人員控制電梯上下運行時一般一次只能下達一個指令任務(wù)，當一個指令任務(wù)完成后才能再下達另一個指令任務(wù)。在執(zhí)行任務(wù)的過

9、程中，從一個層站出發(fā)到另一個層站時，假若中間層站出現(xiàn)順向指令信號，一般都不能自動?？?，所以載貨電梯的自動化程度比乘客電梯低。本課題主要研究單臺四層電梯的plc控制方法，分述其硬件設(shè)計和軟件設(shè)計過程。設(shè)計程序要求完成電梯控制系統(tǒng)主要達到以下要求：1)系統(tǒng)應(yīng)具備自動響應(yīng)層樓召喚信號（含上召喚和下召喚）。2)具有轎廂層樓顯示（二進制方式或十進制方式）。能自動顯示電梯運行方向。3)具有電梯直駛功能和反向最遠停站功能。具有消防應(yīng)急處理功能。4)電梯開門時間設(shè)為3秒，電梯關(guān)門時間也設(shè)定為3秒。5)具有應(yīng)急手動開門、關(guān)門按鈕。規(guī)格參數(shù) 1000kg速 度1.0 m/s層/站/門4/4/4設(shè)計井道尺寸(寬深)

10、1250mm1050mm設(shè)計門洞尺寸(寬高)11002000mm凈門距(寬高)9001900mm提升高度12.5米設(shè)計底坑深度500mm開門方式中分雙扇門注：井道口尺寸以現(xiàn)場查勘為準技術(shù)要求及性能、配置方案曳引機永磁同步無齒輪主機控制系統(tǒng)plc模塊化控制門機系統(tǒng)變頻變壓調(diào)速(vvvf)電源動力電源380v,50hz；照明電源:220v,50hz性能指標平層精度:5mm運行震動: 水平5gal(o-p),垂直25mm5gal(o-p)；噪音:轎內(nèi)55分貝；井道內(nèi): 80分貝電梯功能要求、功能名稱、 功能描述全集選控制運行電梯對候梯廳上下召喚信號、轎內(nèi)選層指令及各種信號進行綜合分析判斷后，將自動優(yōu)

11、選與電梯運行方向一致的信號進行依次應(yīng)答電梯變頻驅(qū)動(vvvf)精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速，令電梯啟動、運行、停止時的速度曲線平穩(wěn)、圓滑，獲得良好的舒適感門機變頻驅(qū)動(vvvf)精確調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速，使門機的開啟、關(guān)閉更輕柔靈敏光幕保護在轎廂門兩側(cè)安裝光幕。在開門過程中，任何一個光束被遮擋，被碰撞，門會立刻停止關(guān)閉，并反向開門超載報警轎廂超載時，電梯保持開門不運行且轎內(nèi)蜂鳴器鳴響安全?？侩娞菰趯优c層之間發(fā)生故障而未能自動排除，控制器自動進行安全檢測，若符合啟動要求，電梯以低速就近停層開門報警鈴在緊急情況下乘客通過按動轎廂內(nèi)報警按鈕，轎廂頂上的電鈴鳴響報警鈴在緊急情況下乘客通過按動轎廂內(nèi)報警按鈕，轎廂頂上的

12、電鈴鳴響轎廂應(yīng)急照明在轎廂內(nèi)設(shè)置緊急照明裝置，停電時照明燈會自動啟用轎廂風扇、照明自動關(guān)閉在規(guī)定的時間內(nèi)沒有召喚和指令，轎廂內(nèi)風扇和自動關(guān)閉以節(jié)約能源滿載直駛當轎廂內(nèi)載荷達到滿載預(yù)設(shè)值時，即進入滿載直駛狀態(tài)，電梯將不再應(yīng)答廳外召喚而直接響應(yīng)轎內(nèi)指令直達指定樓層自動返回基站在預(yù)定時間內(nèi)如果沒有召喚或指令，轎廂將自動返回基站，關(guān)門待機超速保護當轎廂下行速度超過規(guī)定值時，限速器帶動安全鉗動作，轎廂夾停在導軌上，保護乘客安全電梯受阻失速保護當曳引鋼絲繩打滑達到預(yù)定時間時，電梯停止運行開門保持時間自動調(diào)節(jié)根據(jù)層站召喚或轎廂內(nèi)指令自動調(diào)整開門保持時間上電再平層由于停電或電源故障引起轎廂停在兩層之間，當電源

13、恢復(fù)后轎廂將運行到平層位置自動再平層自動調(diào)整轎廂平層準確性通話裝置轎廂內(nèi)操縱面板上的對講機可與機房、值班室、轎頂、底坑進行三方通話檢修操作當進入檢修狀態(tài)時，轎廂以檢修速度點動運行即時關(guān)門電梯停站開門后，按下關(guān)門按鈕，門立即關(guān)閉本層再開門關(guān)門過程中，按本層站召喚按鈕，電梯重新開門停層開門電梯停層后自動開門重復(fù)關(guān)門若關(guān)門受阻，電梯能重復(fù)關(guān)門動作轎廂到站鐘設(shè)置在轎廂頂部，當電梯到達?？繕菍訒r，將發(fā)出清脆的鈴聲提示乘客已到站火災(zāi)返回系統(tǒng)接收到火警信號后，將取消所有的召喚信號，驅(qū)動電梯直接返回指定的避難層，使乘客安全撤離現(xiàn)場消防功能火災(zāi)時打開消防開關(guān)，所有召喚均被取消，電梯立即返回指定層站，供消防員專用

14、，電梯只應(yīng)答轎廂內(nèi)的召喚電梯裝潢要求轎廂發(fā)紋不銹鋼(鋼板厚度1.2毫米)轎門發(fā)紋不銹鋼(鋼板厚度1.2毫米)轎廂天棚豪華裝飾吊頂轎內(nèi)操縱箱發(fā)紋不銹鋼面版,微觸按鈕廳外召喚箱發(fā)紋不銹鋼面版,微觸按鈕廳門全部為發(fā)紋不銹鋼(鋼板厚度1.2毫米)門套全部為發(fā)紋不銹鋼小門套(鋼板厚度1.2毫米)轎底材料塑膠地板照明設(shè)施高效節(jié)能專用燈具,日光型照明說明：上述參數(shù)僅為基本要求，供應(yīng)商在投標中其投標產(chǎn)品可以高于基本要求，但不得低于其基本要求；投標產(chǎn)品必須是國內(nèi)知名品牌或中外合資產(chǎn)品；中標供應(yīng)商所投產(chǎn)品必須符合電梯制造與安裝安全規(guī)范gb-7588-2003國家標準、電梯安裝驗收規(guī)范gb-10060-1993國家

15、標準、電梯維修規(guī)范gb/t18775-2002國家標準。 2 電梯控制部分2.1 電梯的電力拖動部分電梯主拖動類型有直流電動機拖動、交流電動機拖動、直流gm（即發(fā)電機電動機組供電）拖動、晶閘管供電（scrm）的直流拖動和交流雙速電動機拖動、交流調(diào)壓調(diào)速（avcc）拖動、交流變頻調(diào)速（vvvf）等。因直流電梯的拖動電動機有電刷和換相器，維護量較大，可靠性低，現(xiàn)已被交流調(diào)速電梯所取代。為了得到較好的舒適感，要求曳引電動機在選定的調(diào)速方式下，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩總能達到負載轉(zhuǎn)矩的要求?？紤]到電壓的波動、導軌不夠平直造成的運動阻力增大等因素，電動機轉(zhuǎn)矩還應(yīng)有一定的裕度。2.1.1 曳引電動機的選型與計算（

16、1）主要技術(shù)性能參數(shù)已知： q= 1000額定載重量kg)v= 1電梯額定速度(m/s)p= 1100空轎廂及其支承部件的質(zhì)量(kg)i= 2鋼絲繩的倍率h= 12.5提升高度（m）d= 13鋼絲繩直徑（mm）g= 1575對重（kg）dt= 640 曳引輪直徑（mm） 0.475 平衡系數(shù)（2）曳引機功率計算及電動機選擇n=qv(1-)/102i其中：q=1000kgv=1.0m/s=0.4-0.5 取0.475（平衡系數(shù)）=0.60（機械效率）i =2得出：n= qv(1-)/102i =（100010.525）/（1020.602） =4.28kw根據(jù)電梯曳引機系列表可初步選擇曳引機，具

17、體參數(shù)如下：選取y132m2-6型電動機，p=5.5 kw n=960 r/min t=9550(pi)/n=890 nmd=640mm v=1.0m/s m=2940kg d=13 mm 軸q=kf=1.2(1000p)/v= 6600n曳引比 i=2 中心高l=132mm 減速比 j=21/1（3）曳引機電動機的校核1）p=5.5 kwn=4.28 kw2) m=2940 kgq/2=500 kg 3)實際運行扭矩m按超載10%計算： m= 5259.80.64/4=823 t4）主軸最大靜載荷計算曳引繩13的重量q=0.586 kg/mt=p+g+qnh+p+q=1100+1000+0.

18、586412.5+1100+10000.475=3705 kg軸載=6600kg綜上所述選取的曳引機部件符合要求2.1.2 鋼絲繩的選型與計算 （1）載重量為1000kg曳引鋼絲繩安全系數(shù)曳引鋼絲繩的計算主要技術(shù)參數(shù): 額定載荷: 1000 kg鋼絲繩數(shù)量: 3根鋼絲繩直徑: 13mm曳引輪直徑: 640mm導向輪直徑: 520mm曳引輪節(jié)圓直徑與鋼絲繩直徑的比值:49.231判定:符合要求轎頂輪節(jié)圓直徑與鋼絲繩直徑的比值:40判定:符合要求提升高度:12.5m 根據(jù)g8 88-2附件n,安全系數(shù)計算如下參考gb7 588一20039，2.2a安全系數(shù)不能小于13):sf=10(2.6834-

19、(695.85106nequiv/(dt/dr)8.567)/ (77.09(dt/dr)(-2.894)=13.705 取安全系數(shù):13.705其中:sf 理論安全系數(shù)nequiv 滑輪等效數(shù)量dt 曳引輪直徑dr 鋼絲繩直徑nequiv= nequiv（t）+ nequiv(p) =7.69 + 2.2946 =9.9846當=96.5 u形槽角度時，nequiv(t)=7.69 (由插值法求得=95時為6.7，=95.5時為7.03，=96.5時為7.69) nequiv(p)=kp(nps+4npr)= 2.2946 1 =2.2946nps = 1 簡單彎折的滑輪數(shù)量npr = 0

20、反向彎折的滑輪數(shù)量kp = 2 .2946單根鋼絲繩的受力計算如下:tmax=(p+q)/rn+qh 9.8=2103.4 (n)其中:tmax 轎廂以額定載荷停在最底層時，在曳引輪高度處鋼絲繩所承受的鋼絲繩最大張力 （n）p= 1100 轎廂自重 (kg)q= 1000 電梯額定載荷(kg)r= 2 電梯曳引比n= 5 曳引鋼絲繩根數(shù)q= 0.586 曳引鋼絲繩每米質(zhì)量(kg)h= 12.5 提升高度(m)理論最小破斷載荷: pbreak = 28826.68 (n)實際最小破斷載荷: pbreak= 74300.00 (n)判定:符合要求（2） 載重量為1000 kg曳引鋼絲繩曳引條件計算

21、原始數(shù)據(jù):p= 1100空轎廂及其支承部件的質(zhì)量(kg)q= 1000額定載重量kg)v= 1電梯額定速度(m/s)h= 12.5電梯的提升高度(m) a= 0.35電梯的運行加減)速度(m/s2)i= 2鋼絲繩的倍率 = 0.475 平衡系數(shù)= 154鋼絲繩在曳引輪上的包角() ns= 5 鋼絲繩的數(shù)量g = 1575 kg 對重的質(zhì)量qmsr= 0.586鋼絲繩每米質(zhì)量kg nc= 0補償鏈的數(shù)量 qmcr= o補償鏈每米質(zhì)量(kg) mcomp= 0補償鏈張緊裝置的質(zhì)量(kg)nt= 1隨行電纜的數(shù)量qmtrav=2隨行電纜何米質(zhì)量(kg)曳引繩在曳引輪槽的比壓計算(該項gb7588一2

22、003不作要求，僅作參考) 曳引條件計算(依據(jù)gb7588一1995第九章)鋼絲繩在曳引輪槽中不打滑應(yīng)符合下列條件:(ti/t2) c1c2efa式中：t1 鋼絲繩在曳引輪處轎廂側(cè)的張力t2 鋼絲繩在曳引輪處對重側(cè)的張力t1/t2 轎廂側(cè)和對重側(cè)鋼絲繩張力比f=4（1-sin（/2）/(-sin)=0.1977當量摩擦系數(shù)=0.09 鋼絲繩與鑄鐵曳引輪的摩擦系數(shù)=96.5 曳引輪槽切口角度()c1=(g+a)/(g-a)=1.0741 與電梯起動、制動加速度有關(guān)的系數(shù)c2= 1 由于摩擦導致曳引輪槽斷面變化的影響系數(shù)，半圓槽c2=1當轎廂裝有125%額定載荷且轎廂位于底層:t1/t2 c1 c

23、2=1.6342efa=1 .7008判定:符合鋼絲繩不打滑條件當轎廂空載且轎廂位于最高層:t1/t2 c1 c2=1.5607efa=1.7008判定:符合鋼絲繩不打滑條件（3）曳引鋼絲繩在繩槽中的上比壓計算(依據(jù)gb7588-1995第九章)(此項目gb7588-2003不作要求，僅為參考)p=(t/(ndd) (8cos(/2)/(-sin)p=(12.5+4vc)/(1+vc) 根據(jù)gb7588-1995中9.3.2條的要求，鋼絲繩在曳引輪槽中的比壓條件 pp d= 13 mm 鋼絲繩直徑 d= 640mm 曳引輪直徑 n= 3 鋼絲繩根數(shù) r= 2 電梯曳引比 t=(p+q)/rg=

24、10290 n轎廂側(cè)鋼絲繩的靜張力 vc= vr =2 m/s 鋼絲繩的速度 p= 2.8477 p=6.833判定:鋼絲繩比壓符合要求2.2 電梯的電氣控制部分設(shè)計電氣控制系統(tǒng)由控制柜、操縱箱、層樓指示、召喚箱及曳引電動機等幾十個分散安裝在電梯井道內(nèi)外和各相關(guān)電梯部件中的電器元件構(gòu)成。電氣控制系統(tǒng)通過電路控制電力拖動系統(tǒng)工作程序，完成各種電氣動作功能，保證電梯安全運行。電梯一般是由電動機來拖動的，其運行過程大多包括啟動、正（反）轉(zhuǎn)、停止等，這整個過程是由電氣控制系統(tǒng)來完成。具體地說電梯的控制主要是指對電動機的起動、停止、運行方向、層樓指示、層站召喚、轎廂內(nèi)指令等進行處理。其操縱是實行各個控制

25、環(huán)節(jié)的方式和手段。電梯電氣控制系統(tǒng)與電力拖動系統(tǒng)比較，變化范圍比較大。當一臺電梯的類別、額定載重量和額定運行速度確定后，電力拖動系統(tǒng)各零部件就基本確定了，而電氣控制系統(tǒng)則有比較大的選擇范圍，必須根據(jù)電梯安裝使用地點、乘載對象進行認真選擇，才能最大限度地發(fā)揮電梯的使用效益。電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能、自動化程度和運行可靠性。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)引進工作的進一步開展，電氣控制系統(tǒng)發(fā)展換代迅速。繼電器控制系統(tǒng)的電梯故障率高，大大降低了電梯的運行可靠性和安全性，所以基本上已經(jīng)被淘汰。而plc以其體積小、功能強、故障率低、壽命長、噪聲低、維護保養(yǎng)簡便、修改邏輯靈活、程序容易編制，易聯(lián)成控制網(wǎng)絡(luò)等諸

26、多優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。2.2.1 plc的選擇（1）plc的定義和特點定義：由于plc在不斷發(fā)展，因此，對它下一個確切的定義是困難的。1980年plc問世后，由美國電氣制造商協(xié)會(national electric manufacturerassociation nema)對plc下過如下的定義:plc是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、計數(shù)、計時和算術(shù)運算等功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。1982年，國際電工委員會(international electrical committee iec)頒布了plc標準草案，1985年提交了第2版

27、，1987年的第3版對plc作了如下的定義: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)字式或模擬式的輸人和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(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。上述的定義表明，plc是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置，它與其他順序控制裝置不同的特點。（2）plc的特點plc能如此迅速發(fā)展的原因是由于它具有通用計算機所不及的一些下列特點：一：可靠性?？煽啃园óa(chǎn)品的有效性和可維修性。

28、plc的可靠性高，表現(xiàn)在下列幾方面：1)plc不需要大量的活動部件和電子元器件，它的接線也大大減少。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單、維修時間縮短，因此可靠性得到提高。2)plc采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進行設(shè)計，例如，冗余設(shè)計、掉電保護、故障診斷和信息保護及恢復(fù)等，使可靠性得到提高。3)plc有較強的易操作性，它具有編程簡單、操作方便、維修容易等特點，因?qū)Σ僮骱途S修人員的技能要求降低，容易學習和掌握，不容易發(fā)生操作的失誤，可靠性高。二：易操作性。plc的易操作性表現(xiàn)在下列三個方面:1)操作方便對plc的操作包括程序輸人的操作和程序更改的操作。大多數(shù)plc采用編程器進行程序輸人和更改的操作。編程器至

29、少提供了輸人信息的顯示，對大中型的plc，編程器采用crt屏幕顯示，因此，程序的輸人直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需的地址編號、繼電器編號或觸點號進行搜索或順序?qū)ふ?，然后進行更改。更改的信息可在液晶屏或crt屏幕上顯示。所以plc具有操作方便的特點。2)編程方便plc有多種程序設(shè)計語言可供使用。對電氣技術(shù)人員來說，梯形圖由于與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的編寫和學習。采用布爾助記符編程語言時，由于符號是功能的簡單縮寫，十分有利于編程人員的編程。雖然功能表圖、功能模塊圖和高級描述語句的編程方法應(yīng)用尚未普及，但是，由于它們具有功能清晰、易于理解等優(yōu)點，正為廣大技術(shù)

30、人員所接納和采用，并發(fā)揮出更有效的功能特點。3)維修方便，plc所具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低了。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可根據(jù)有關(guān)故障信號燈的提示和故障代碼的顯示，或通過編程器和crt屏幕的顯示，很快地找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時間。為便于維修工作的開展，有些plc的制造企業(yè)提供了維修用的專用儀表或設(shè)備，提供了故障樹等維修用的資料。有些廠商還提供維修用的智能卡件或插件板，使維修工作變得十分方便。plc的面板和結(jié)構(gòu)的設(shè)計也考慮了維修的方便性，例如，對需維修的部件設(shè)置在便于維修的位置，信號燈設(shè)置在易于觀察的部位，接線端子采用便于接線與

31、更換的類型等，這些設(shè)計使維修工作能方便地進行，從而大大節(jié)省維修時間。采用標準化元件和標準化工藝生產(chǎn)流水線作業(yè)，使維修用的備品備件簡化，也使維修變得方便。三、靈活性。plc的靈活性表現(xiàn)在下列三方面：1)編程的靈活性。plc采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊圖和語句描述編程語言，只要掌握其中一種語言就可以進行編程。編程方法的多樣性使編程方便，應(yīng)用面拓展。由于采用軟連接的方法，在生產(chǎn)工藝流程更改或者生產(chǎn)設(shè)備更換時，可以不必改變plc的硬設(shè)備，通過程序的編制與更改就能適應(yīng)生產(chǎn)的需要。這種編程的靈活性是繼電器順序控制系統(tǒng)所不能比擬的。正是由于編程的柔性特點，使plc能大量地替代繼電器

32、順序控制系統(tǒng)，成為當今工業(yè)控制領(lǐng)域的重要控制設(shè)備。在柔性制造單元(fmc)、柔性制造系統(tǒng)(fms)、計算機集成制造系統(tǒng)(cims)和計算機集成過程控制系統(tǒng)(cips)中，plc正成為主要的控制設(shè)備，得到廣泛的應(yīng)用。2)擴展的靈活性。plc的擴展靈活性是它的一個重要的特點。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴展，即可進行容量的擴展，功能的擴展，應(yīng)用和控制范圍的擴展。它不僅可以通過增加輸人輸出單元增加點數(shù)，通過擴展單元來擴大容量和功能，也可以通過多臺plc的通信來擴大容量和功能，甚至可通過與集散控制系統(tǒng)(dcs)或其他上位機的通信來擴展它的功能，并與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)的交換等。這種擴展的靈活性大大地方便了用戶。

33、3)操作的靈活性。操作的靈活性是指設(shè)計的工作量大大減少，編程的工作量和安裝施工的工作量大大減少，操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得容易。在繼電器順序控制系統(tǒng)中所需的一些操作可以簡化，不同的生產(chǎn)過程可采用相同的控制臺或控制屏等。四、機電一體化為了使得工業(yè)生產(chǎn)過程的控制更平穩(wěn)、更可靠，向優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低耗要效益，對過程控制設(shè)備和裝置提出了機電一體化儀表、電子、計算機綜合的要求，而plc正是這一要求的產(chǎn)物，它是專門為工業(yè)過程控制而設(shè)計的控制設(shè)備，它的體積大大減小，功能不斷完善，抗干擾性能增強、機械與電氣部件被有機地結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起。因此，它已成為當今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機器人

34、、過程流程控制等領(lǐng)域的主要控制設(shè)備。2.2.2 plc的主要功能和應(yīng)用plc的主要功能和應(yīng)用如下:1)開關(guān)邏輯和順序控制這是plc應(yīng)用最廣泛、最基本的場合。它的主要功能是完成開關(guān)邏輯運算和進行順序邏輯控制，從而可以實現(xiàn)各種簡單或十分復(fù)雜的控制要求。2)模擬控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，由許多連續(xù)變化的物理量需要進行控制，如溫度、壓力、流量、液位等，這些都屬于模擬量。為了實現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域?qū)δM量控制的廣泛要求，目前大部分plc產(chǎn)品都具備處理這類模擬量的功能。特別是在系統(tǒng)中模擬量控制點數(shù)不多，同時混有較多的開關(guān)量時，plc具有其他控制裝置所無法比擬的優(yōu)勢。另外某些plc產(chǎn)品還提供了典型控制策略模塊，如pid模

35、塊，從而可實現(xiàn)對系統(tǒng)的pid等反饋或其他模擬量的控制運算。3)定時控制plc具有很強的定時、計數(shù)功能，它可以為用戶提供數(shù)十甚至上百個定時與計數(shù)器。其定時時間間隔可以由用戶加以設(shè)定。對于計數(shù)器，如果需要對于頻率較高的信號進行計數(shù)，可以選擇高速計數(shù)器。4)數(shù)據(jù)處理新型plc都具有數(shù)據(jù)處理的能力，它不僅能進行算術(shù)運算，數(shù)據(jù)傳送，而且還能進行數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)顯示打印等功能，有些plc還可以進行浮點運算、函數(shù)運算。5)信號連鎖系統(tǒng)信號連鎖是安全生產(chǎn)所需的。在信號連鎖系統(tǒng)中，采用高可靠性的plc是安全生產(chǎn)的要求。對安全要求高的系統(tǒng)還可采用多重的檢出元件和連鎖系統(tǒng)，而對其中的邏輯運算等，可采用冗余的

36、plc實現(xiàn)。6)通信把plc作為下位機，與上位機或同級的可編程序控制器進行通信，成數(shù)據(jù)的處理和信息的交換，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的信息控制和管理，因此plc是實現(xiàn)工廠自動化的理想工業(yè)控制器。2.2.3 plc與繼電器控制系統(tǒng)的比較從某種意義上說，plc是從繼電接觸控制發(fā)展而來的。兩者既有相似性又有不同之處。1)繼電接觸控制全部用硬器件、硬觸點和“硬”線連接，為全硬件控制；plc內(nèi)部大部分采用“軟”電器、“軟”接點和“軟”線連接，為軟件控制。2)繼電接觸控制系統(tǒng)體積大；plc控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。3)繼電接觸控制全為機械式觸點，動作慢；plc內(nèi)部全為“軟接點”，動作快。4)繼電接觸控制功能改變，

37、須拆線、接線乃至更換元器件，比較麻煩；plc控制功能改變，一般僅需修改程序即可，極其方便。5)plc控制系統(tǒng)的設(shè)計、施工與調(diào)試比繼電接觸控制系統(tǒng)周期短。6)plc控制的自檢和監(jiān)控功能比繼電接觸控制的強。7)plc的應(yīng)用范圍比繼電接觸控制的要廣泛。8)plc可靠性比繼電接觸控制的高。此外，可編程序控制器與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同?？删幊绦蚩刂破魇且苑磸?fù)掃描的方式工作，是循環(huán)地、連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時刻它只能執(zhí)行一條指令，也就是說可編程序控制器是以“串行”方式工作的。而繼電-接觸器是按“并行”方式工作的，或者說是按同時執(zhí)行方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個電器同時動作

38、。繼電-接觸器控制的并行工作方式因觸點動作的延誤易產(chǎn)生競爭和 序失配等問題，這些在串行工作方式的可編程序控制器中不會發(fā)生。可編程器與繼電器柜的區(qū)別可編程序控制器繼電器柜控制方式程序（軟件）繼電器配線（硬件）控制功能 指令以軟件實現(xiàn)大規(guī)模高興能控制 器件功能有限，隨規(guī)模加大而大型化控制要素無觸點（也有有觸電的），高可靠性，壽命長，高速控制。有觸點，壽命有限，低速控制變更控制更改程序可適應(yīng)各種控制對象更改器件之間連接，更改困難2.2.4 plc的系統(tǒng)硬件設(shè)計任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計plc控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：1)最大限度地滿足

39、被控對象的控制要求充分發(fā)揮plc的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計plc控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進的國內(nèi)、國外資料。2)保證plc控制系統(tǒng)安全可靠保證plc控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證plc程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。3)力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品

40、的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓、設(shè)備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。4)適應(yīng)發(fā)展的需要由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設(shè)計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇plc、輸入/輸出模塊、/o點數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進。2.2.5 plc機型的選擇為了完成設(shè)定的控制任務(wù)

41、,主要根據(jù)電梯控制方式與輸入/輸出點數(shù)和占用內(nèi)存的多少來確定plc的機型。所需輸入/輸出點數(shù)與內(nèi)存容量估算如下: 1輸入/輸出點的估算：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

42、鐵km3和km4控制，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。轎廂上行和下行由接觸器km1和km2控制，并有上行記憶和下行記憶兩路指示燈。輸入點共有14個，輸出點共有16個,總共30個。2. 內(nèi)存容量的估算用戶控制程序所需內(nèi)存容量與內(nèi)存利用率、輸入/輸出點數(shù)、用戶的程序編寫水平等因素有關(guān)。因此,在用戶程序編寫前只能根據(jù)輸入/輸出點數(shù)、控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度進行估算。本系統(tǒng)有開關(guān)量i/o總點數(shù)有30個，模擬量i/o數(shù)為0個。利用估算plc內(nèi)存總?cè)萘康挠嬎愎?所需總內(nèi)存字數(shù)=開關(guān)量i/o總點數(shù)(1015)+模擬量i/o總點數(shù)(150250)再按30%左右預(yù)留余量。估算本系統(tǒng)需要約

43、1k字節(jié)的內(nèi)存容量。綜合i/o點數(shù)以及內(nèi)存容量，s7200的cpu226輸入，輸出點數(shù)為2416，足以滿足要求。2.2.6 輸入/輸出點分配：該系統(tǒng)占用plc的30個i/o口，14個輸入點，16個輸出點，具體的i/o分配如下表所示。名 稱輸入點序號名 稱輸出點0一層內(nèi)呼i0.00一層內(nèi)呼指示q0.01二層內(nèi)呼i0.11二層內(nèi)呼指示q0.1序號三層內(nèi)呼i0.22三層內(nèi)呼指示q0.23四層內(nèi)呼i0.33四層內(nèi)呼指示q0.34一層外呼上i0.44一層外呼上指示q0.45二層外呼下i0.55二層外呼下指示q0.56二層外呼上i0.66二層外呼上指示q0.67三層外呼下i0.77三層外呼下指示q0.78

44、三層外呼上i1.08三層外呼上指示q1.09四層外呼下i1.19四層外聽下指示q1.110開門開關(guān)i1.210電梯上行門q2.011關(guān)門開關(guān)i1.311電梯下行門q2.112一層平層i1.412門電機開q2.213二層平層i1.513門電機關(guān)q2.314三層平層i2.014電梯上行指示q2.415四層平層i2.115電梯下行指示q2.516開門限位i2.216超重指示q2.617關(guān)門限位i2.317警報器q2.718電梯上升極限位i2.418一層指示q3.019電梯下降極限位i2.519二層指示q3.120超重i2.620三層指示q3.221警報器按鈕i2.721四層指示q3.322激光傳感器

45、i3.0222.2.7 plc外部接線圖本設(shè)計的plc外部接線圖附錄三所示.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）或5250v（ac） 電梯的軟件部分主要由流程圖來實現(xiàn)控制要求。電梯的上下控制流程圖如附錄三所示。2.3 軟件設(shè)計軟件是建立在硬件的基礎(chǔ)上，確定程序結(jié)構(gòu)然后進行主程序的設(shè)計。四層電電梯運行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應(yīng)，但如果反向外呼梯信號前方向無其它內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應(yīng)該外號。2.3.1

46、電梯響應(yīng)流程電梯應(yīng)具有最遠反向外梯響應(yīng)功能。例如：電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應(yīng)四層向下外呼梯信號。電梯響應(yīng)流程圖如下當電梯到達系統(tǒng)控制的目標樓層時，控制系統(tǒng)發(fā)出開門信號，電梯門開，當門開到開門限位時，計時3秒鐘，然后關(guān)門，直到關(guān)門限位產(chǎn)生信號。此過程期間，按開門按鈕電梯門打開，按關(guān)門電梯門關(guān)閉，并且當門關(guān)閉動作時，門間來人會使光電傳感器產(chǎn)生信號，控制系統(tǒng)發(fā)出開門信號，電梯開關(guān)門流程圖見下圖所示2.3.2 梯形圖及注釋電梯初始控制：由于斷電或故障等原因，會使plc停止運行。當plc重新運行時，假如電梯門未完全打開或關(guān)閉時，q2.3置位有信

47、號，產(chǎn)生關(guān)門動作，直到電梯門完全關(guān)閉，q2.3復(fù)位。當電梯未在任意平層時，利用輔助繼電器m1.1,電梯會下降，直到電梯碰觸行程開關(guān)后停止報警器及超重控制按下警報器按鈕(i2.7)，警報器響(q2.7)，計時10秒鐘(t33)，警報器關(guān)門。此系統(tǒng)由電梯載重控制儀控制電梯載重。當電梯超重時(i2.6)，電梯禁止上下運行，并且超重指示燈亮起（q2.6）。2.3.4 內(nèi)指令信號的登記與消除以2層內(nèi)呼為例：當按下2層內(nèi)呼時(i0.1)，若電梯未在2樓平層時(i1.5)，2層指示燈亮(q0.1)，電梯運行至2樓平層，門打開，2層指示燈滅；若電梯在2樓平層時，指示燈不亮。2.3.5 電梯選層定向輔助在電梯運

48、行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應(yīng)，但如果反向外呼梯信號前方向無其它內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應(yīng)該外號。電梯應(yīng)具有最遠反向外梯響應(yīng)功能。例如：電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應(yīng)四層向下外呼梯信號2.5.5.外召喚信號的登記與消除以2層外呼下指示燈為例：按下2層外呼下按鈕（i0.5），若電梯未在2樓平層時(i1.5)，指示燈亮(q0.5)，當電梯運行至二樓平層，并且該外呼信號得以響應(yīng)時，門打開(q2.2)，指示燈滅；若電梯停在2樓平層且門未處于打開動作時，按下2層外呼下按鈕，指示燈亮，電梯門打開，指示

49、燈滅。2.5.6.電梯指層控制電梯樓層位置由行程開關(guān)控制。以2層指示燈為例：若電梯在2樓平層時(i1.5)，2層指示燈亮(q3.1)，當電梯向上運行(q2.0)，指示燈依然亮著，直到電梯到達3層平層位置(i2.0)；若電梯在3樓層時，3層指示燈亮(q3.2)，輔助繼電器m2.1置位，電梯下行時（q2.1），3層指示燈滅，2層指示燈亮，當電梯到達2樓平層時，m2.1復(fù)位。2.5.7.電梯上下行以電梯上行為例：當系統(tǒng)無外呼下響應(yīng)，即m0.0和m0.2沒有信號時，若電梯停在3層，當有3層外呼上(q1.0)、4層外呼下(q1.1)或4層內(nèi)呼有信號(q0.3)時，電梯將向上運行，輔助繼電器m0.4置位，

50、且當四層外呼下或四層內(nèi)呼有信號時，電梯向上運行(q2.0)，到達目標樓層時電梯停止。當電梯上行時，上行指示燈亮(q2,4)；下行時，下行指示燈亮(q2.5)。見附錄一。2.5.8.電梯開關(guān)門當電梯達目標樓層時，電梯門打開。以2層外呼下為例，當按下2層外呼下指示燈亮時（q0.5），并且外呼作得到響應(yīng)（m0.0），即m0.0有信號，當電梯運行至2樓平層時（i1.5），電梯門打開(q2.2)。電梯開門到位后，計時3秒(t34)，電梯門關(guān)閉(q2.3)。電梯未平層或運行時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運行后，按開門按鈕電梯門打開，按關(guān)門電梯門關(guān)閉。此外當門關(guān)閉時，若門間來人，光電傳感器會產(chǎn)生信號，控制電梯門打開。見附錄二。3 電梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計部分設(shè)計與計算3.1 轎廂主要結(jié)構(gòu)件的校核計算計算假設(shè)簡化計算時許用安全系數(shù)的取值上梁 下梁 直梁 拉桿 側(cè)梁正常載荷 3-4 3-4 4-5 非正常載荷 2-3 2轎廂框架結(jié)構(gòu)的分析計算按三維成型的鉸接結(jié)構(gòu)，如圖3.1.1 上梁計算計算說明：在轎廂滿載滿速運行時安全鉗動作，此時沖擊載荷最人，轎廂結(jié)構(gòu)處一最危險的應(yīng)力狀態(tài)。上梁受力簡圖如圖所示 有關(guān)的技術(shù)參數(shù)：材料:冷板折彎件：q235-a斷面