三層樓電梯PLC控制系統(tǒng)設計與調試

1、前 言    現代社會中，電梯已經成為不可缺少的運輸設備。電梯的存在使得每幢高層建筑的交通更為便利。電梯控制技術的發(fā)展主要經歷了三個階段：繼電器控制階段，微機控制階段，現場總線控制階段。目前電梯設計使用可編程控制器(PLC)，功能變化靈活，編程簡單，故障少，噪音低。維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強，控制箱占地面積少，使電梯運行更加安全、方便、舒適。 目 錄前 言摘 要···············

2、83;·················································

3、83;··2緒 論···············································

4、;·····················30.1選題背景···························

5、83;·····································30.2方案的比較和論證··········

6、83;············································3第1章 電梯概述····

7、··················································

8、·······41.1電梯的發(fā)展簡史·········································&

9、#183;·················41.1.1電梯的起源······························&#

10、183;······························41.1.2電梯技術發(fā)展趨勢·················

11、······································51.2電梯的基本結構··········&

12、#183;················································61.3電梯的

13、類型·················································

14、3;············9第2章 可編程控制器簡介···································

15、83;·················102.1 PLC的特點······························

16、83;································102.2 PLC控制電梯的優(yōu)點···············

17、;········································10第3章 三層樓電梯PLC控制系統(tǒng)設計······

18、83;····································113.1 電梯的控制要求···········&#

19、183;·············································113.1.1電梯流程圖··&#

20、183;·················································&#

21、183;·····113.2 PLC型號選擇··········································&

22、#183;··················123.3電梯PLC I/O配線表····························&#

23、183;··························123.4 PLC輸入輸出接線示意圖····················&#

24、183;······························133.4.1硬件的設計和選擇·················

25、;·····································143.4.2程序設計思路··········

26、3;···············································153.4.3三層樓電梯梯形圖程

27、序··················································

28、;163.4.4 三層樓電梯指令表···············································&

29、#183;·····183.4.5 三層電梯外部接線圖·········································&#

30、183;·······20結 論·········································

31、83;·······················20致 謝·························

32、3;·········································23參考文獻·······

33、3;·················································

34、3;·········23三層樓電梯PLC控制系統(tǒng)設計與調試摘要： 本論文闡述了可編程控制器PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應用，介紹了3層樓電梯的PLC控制系統(tǒng)的總體設計方案、設計過程、組成，列出了具體的主要硬件電路、I/O分配表、電梯的控制梯形圖及指令表，并給出了系統(tǒng)組成框圖和程序流程圖。在分析處理隨機信號邏輯關系的基礎上，進行了PLC的編程方法，設計了一套完整的電梯控制系統(tǒng)方案。 電梯的電氣系統(tǒng)由拖動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成。當乘員進入電梯，按下樓層按鈕，電梯門自動關閉后控制系統(tǒng)進行下列運作：根據轎廂所處位

35、置及乘員所處層數。判定轎廂運行方向，較廂運行。將轎廂停在選定的樓層上；同時，根據樓層的呼叫，順路停車，自動開關門。另外在轎廂內外均要有信號燈顯示電梯運行方向及樓層數。關鍵字：PLC 電梯控制 27緒 論0.1選題背景隨著城市建設的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經濟和生活中有著廣泛的應用。電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分，廣泛的應用于高層住宅，大型公共建筑，工廠倉庫等場所，節(jié)省了人力和時間，提高了工作效率。電梯作為現代化的產物，早在上個世紀就進入了我們的生活之中。大規(guī)模的經濟建設尤其是蓬勃發(fā)展的房地產業(yè)給國內電梯行業(yè)開拓了更為廣闊的市場。隨著經濟建設的持續(xù)高

36、速發(fā)展，我國電梯需求量越來越大。由此，一個更為龐大的電梯市場已經在國內轟然形成。我國以前主要都是依靠國外的進口技術，本國的電梯廠商主要都是依靠為進口電梯作銷售代理或者售后維修進行經營。但是隨著技術的革新和與國外的交流，當今經濟建設需求的各類電梯，幾乎全部都可以在中國生產。電梯生產作為一門國家的新興產業(yè)，它這種能有減少人口膨脹對環(huán)境所造成的巨大壓力的特性，注定了其在中國具有一片光明的前景。國內電梯的生產能力、產品質量和制造成本有很強的國際競爭力。關稅的降低使國外電梯產品的進口量有可能增長，但同時也給國產電梯以及零部件的出口提供了機會；我國電梯市場是很大的市場，也是很挑剔的市場。隨著我國城市化、城

37、鎮(zhèn)化和村鎮(zhèn)化建設步伐的加快，尤其是西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，住宅建設勢頭不減，住宅電梯的需求量繼續(xù)看好；電梯是一種售后服務工作量特別大的機電產品，其使用可靠性不但取決于產品的制造與安裝，而且更大程度上取決于完善的維修與保養(yǎng)。為了更好地適應市場要求，電梯企業(yè)目前應該注意進一步遵守市場行為規(guī)范，努力培育自主開發(fā)能力，組建完善的維修保養(yǎng)和售后服務網絡，不斷提高國產電梯和民族品牌的市場競爭力。 0.2方案的比較和論證影響電梯質量好壞的關鍵是它的控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的電梯自動控制一是由繼電器接觸器進行控制，其缺點是觸點多，接線復雜，故障率高，可靠性差，維護工作量大，二是有微機控制，其缺點是系統(tǒng)抗干擾能力弱，而采用

38、PLC組成的控制系統(tǒng)很好的解決了上述問題，它工作可靠性高，靈活性好，通用性高，編程簡單，使用方便，而且它的抗干擾能力遠遠強于傳統(tǒng)電梯的，它使電梯的運行更加安全，方便。已成為目前電梯系統(tǒng)中使用最多的控制方式。第1章 電梯概述1.1電梯的發(fā)展簡史1.1.1電梯的起源電梯在漢語詞典中的解釋為：建筑物中用電作動力的升降機,代替步行上下的樓梯。說到電梯的起源要從公元前2600年埃及人在建造金字塔時使用了最原始的提升系統(tǒng)說起，但這一類起重機的能源均為人力。到了1203年，法國的二修道院安裝了一臺起重機，所不同者只是該機器是利用驢作為動力，載荷由繞在一個大滾筒上的繩子進行起吊。此種方法一直沿用到近代直到瓦特

39、發(fā)明了蒸汽機，約在1800年，煤礦主才能利用起重機把礦井中的煤輸送上來。數百年來人們制造過各種類型的升降梯，它們都具有一個共同的缺陷：只要起吊繩突然斷裂，升降梯便急速地墜落到底層。1854年奧的斯設計了一種制動器：在升降梯的平臺頂部安裝一個貨車用的彈簧及一個制動桿與升降梯井道兩側的導軌相連結，起吊繩與貨車彈簧連結，這樣僅是起重平臺的重量就足以拉開彈簧，避免與制動桿接觸。如果繩子斷裂，貨車彈簧會將拉力減弱，兩端立該與制動桿咬合，即可將平臺牢固地原地固定免繼續(xù)下墜?！鞍踩纳堤荨卑l(fā)明成功了！一時間，奧的斯成了眾人注目的中心。第一臺升降機并非奧的斯所發(fā)明，但他卻是第一臺“安全”升降梯的發(fā)明者?！鞍?/p>

40、全”這一概念不僅開創(chuàng)了升降梯工業(yè)，而且也為那些想建造更高層建筑物以增加更多可利用空間的設計們打開了通途。然而真正能夠稱為電梯（用電能驅動升降梯）的產品應該是在20世紀初才出現的。在20世紀初，美國OTIS電梯公司首先使用直流電動機作為動力，生產出以槽輪式驅動的直流電梯。從此以后，電梯這個產品，一直在日新月異的發(fā)展著。目前的電梯產品，不但規(guī)格品種多，自動化程度高，而且安全可靠，乘坐舒適。1.1.2電梯技術發(fā)展趨勢隨著現代建筑的發(fā)展，日益增高的高層建筑已成為現代都市的重要標志，作為高層建筑的垂直運載工具電梯得到了快速發(fā)展。 (1)結構不斷緊湊化，體積不斷輕型化、小巧化隨著新技術、新結構、新材料、新

41、工藝的發(fā)展，電梯的機械系統(tǒng)結構簡單化、體積小型化、材料輕型化、工藝先進化、外觀漂亮化。同時，無機房電梯在新世紀將會有較大速度發(fā)展。 (2)技術含量更高，性能更好 電梯行業(yè)技術發(fā)展非常迅速，幾年前推出的具有先進性能、高舒適性的VV VF電梯，如今已成為電梯行業(yè)的標準配置，因為永磁同步無齒輪曳引機具有更節(jié)能、更潔掙、更安全、更安靜、更經濟的特點，所以永磁同步曳引機逐步成為新型曳引機的主流:由于永磁技術的先進性，將來很有可能取代VVVF技術。另外，網絡控制和智能群控系統(tǒng).以其控制的先進性、快速性、準確性和可靠性亦是電梯的發(fā)展潮流。電梯的速度要求越來越快，高速、超高速電梯的數量愈來愈多。 （3）安裝更

42、方便、更快捷高效、安全可重復使用的無腳手架安裝，將是高層電梯安裝的主要方式;隨著新技術的開發(fā)、應用，電梯的硬件系統(tǒng)給安裝帶來更大的方便，使電梯安裝更快、效率更高。（4）更加節(jié)能、綠色環(huán)保綠色理念是電梯發(fā)展總趨勢。有專家預言“誰最先推出綠色產品并搶占市場，誰就掌握市場競爭主動權”。發(fā)展趨勢主要有：不斷改進產品的設計，生產環(huán)保型低能耗、低噪聲、無漏油、無漏水、無電磁干擾、無井道導軌油漬污染的電梯。電梯曳引采用尼龍合成纖維曳引繩，鋼皮帶等無潤滑油污染曳引方式。電梯裝璜將采用無（少）環(huán)境污染材料。電梯空載上升和滿載下行電機再生發(fā)電回收技術。安裝電梯將無需安裝手腳架。電梯零件在生產和使用過程中對環(huán)境沒有

43、影響（如剎車皮一定不能使用石棉）并且材料是可以回收的。1.2電梯的基本結構電梯是機電合一的大型復雜產品,機械部分相當于人的軀體,電器部分相當于人的神經.機與電的高度合一,使電梯成了現代科學技術的綜和產品.對于電梯的結構而言,傳統(tǒng)的方法是分為機械部分和電氣部分,但以功能系統(tǒng)來描述,則更能反映電梯的特點.下面簡單介紹電梯機械部分的結構,而我們的主要目的是怎樣來控制它. 1.曳引系統(tǒng)曳引系統(tǒng)由曳引機、曳引鋼絲繩、導向輪及反繩輪等組成。 曳引機由電動機、聯軸器、制動器、減速箱、機座、曳引輪等組成，它是電梯的動力源。 曳引鋼絲繩的兩端分別連接轎廂和對重（或者兩端固定在機房上），依靠鋼絲繩與曳引輪繩槽之間

44、的摩擦力來驅動轎廂升降。 導向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，采用復繞型時還可增加曳引能力。導向輪安裝在曳引機架上或承重梁上。 當鋼絲繩的繞繩比大于1時，在轎廂頂和對重架上應增設反繩輪。反繩輪的個數可以是1個、2個甚至3個，這與曳引比有關。 2.導向系統(tǒng) 導向系統(tǒng)由導軌、導靴和導軌架等組成。它的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動。 導軌固定在導軌架上，導軌架是承重導軌的組件，與井道壁聯接。 導靴裝在轎廂和對重架上，與導軌配合，強制轎廂和對重的運動服從于導軌的直立方向。 3.門系統(tǒng) 門系統(tǒng)由轎廂門、層門、開門機、聯動機構、門鎖等組成。 轎廂門設在轎廂入口，由門扇

45、、門導軌架、門靴和門刀等組成。 層門設在層站入口，由門扇、門導軌架、門靴、門鎖裝置及應急開鎖裝置組成。 開門機設在轎廂上，是轎廂門和層門啟閉的動力源。 4.轎廂 轎廂用以運送乘客或貨物的電梯組件。它是由轎廂架和轎廂體組成。轎廂架是轎廂體的承重構架，由橫梁、立柱、底梁和斜拉桿等組成。轎廂體由轎廂底、轎廂壁、轎廂頂及照明、通風裝置、轎廂裝飾件和轎內操縱按鈕板等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量或額定載客人數決定。 5.重量平衡系統(tǒng) 重量平衡系統(tǒng)由對重和重量補償裝置組成。對重由對重架和對重塊組成。對重將平衡轎廂自重和部分的額定載重。重量補償裝置是補償高層電梯中轎廂與對重側曳引鋼絲繩長度變化對電梯平衡

46、設計影響的裝置。6.電力拖動系統(tǒng) 電力拖動系統(tǒng)由曳引電機、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、調速裝置等組成，對電梯實行速度控制。 曳引電機是電梯的動力源，根據電梯配置可采用交流電機或直流電機。 供電系統(tǒng)是為電機提供電源的裝置。 速度反饋裝置是為調速系統(tǒng)提供電梯運行速度信號。一般采用測速發(fā)電機或速度脈沖發(fā)生器，與電機相聯。 調速裝置對曳引電機實行調速控制。 7.電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)由操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏、平層裝置、選層器等組成,它的作用是對電梯的運行實行操縱和控制。 操縱裝置包括轎廂內的按鈕操作箱或手柄開關箱、層站召喚按鈕、轎頂和機房中的檢修或應急操縱箱。 控制屏安裝在機房中，由各類電氣控

47、制元件組成，是電梯實行電氣控制的集中組件。 位置顯示是指轎內和層站的指層燈。層站上一般能顯示電梯運行方向或轎廂所在的層站。 選層器能起到指示和反饋轎廂位置、決定運行方向、發(fā)出加減速信號等作用。8.安全保護系統(tǒng) 安全保護系統(tǒng)包括機械和電氣的各類保護系統(tǒng)，可保護電梯安全使用。 機械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護作用；緩沖器起沖頂和撞底保護作用；還有切斷總電源的極限保護等。 電氣方面的安全保護在電梯的各個運行環(huán)節(jié)都有。 電梯結構圖如圖11所示：1-減速箱； 2-曳引輪； 3-曳引機底座；4-導向輪； 5-限速器； 6-機座； 7-導軌支架； 8-曳引鋼繩； 9-開關碰鐵； 10-緊急開關； 11

48、-導靴； 12-轎架； 13-轎門； 14-安全鉗； 15-導軌； 16-繩頭組合； 17-對重， 18-補償鏈； 19-補償鏈導輪 20-張緊置； 21-緩沖器； 22-底坑； 23-層門； 24-呼梯盒； 25-層樓指示燈：26-隨行纜； 27-轎壁； 28-轎內操縱箱； 29-開門機； 30-井道傳器； 31-電源開關； 32-控制柜； 1.3電梯的類型按使用性質分：客梯；貨梯；消防電梯按電梯行駛速度分： 高速電梯。速度大于2m/s。 中速電梯。速度在2m/s1.5m/s之間。 低速電梯。運送食物電梯常用低速，速度在1.5m/s以內。觀光電梯：觀光電梯是把豎向交通工具和登高流動觀景相結合

49、的電梯。第2章 可編程控制器簡介2. 1 PLC的特點PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，實質上屬于計算機控制方式。PLC與普通微機一樣，以通用或專用CPU作為字處理器，實現通道(字)的運算和數據存儲，另外還有位處理器(布爾處理器)，進行點(位)運算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點。2. 2 PLC控制電梯的優(yōu)點(1)在電梯控制中采用了PLC，用軟件實現對電梯運行的自動控制，可靠性大大提高。 (2)去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結構簡單，外部線路簡化。 (3)PLC可實現各種復雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。 (4) PLC可進行

50、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。第3章 三層樓電梯PLC控制系統(tǒng)設計3.1 電梯的控制要求一層呼叫按鈕PB1、二層下呼叫按鈕PB2、二層上呼叫按鈕PB3，三層呼叫按鈕PB4，一層行程開關 LS1、二層行程開關 LS2、三層行程開關 LS3；輸出信號有：電梯上升KM1、電梯下降KM2，控制要求如下：1不允許同時有兩層樓要求停電梯；2當二層不需要停時，能越過二層直接到達所需樓層。圖31 電梯示意圖3.1.1流程圖 3.2 PLC型號選擇PLC的種類非常繁多，不同種類之間的功能設置差異很大，這

51、既給PLC機型的挑選提供了十分廣闊的空間，同時也帶來了一定的難度。機型選擇的基本原則應是在功能滿足要求的前提下，力爭最好的性價比，并有一定的升級空間?？紤]到本次設計的電梯系統(tǒng)只有3層，且開關量居多，模擬量較少；對于開關量控制為主的系統(tǒng)而言，一般PLC的響應速度足以滿足控制的要求，在小型PLC中整體式比模塊式的價格便宜，體積也小，但是在設計活動中，經常碰到一些估計的指標，在設計活動中需要進行局部調整，另外模塊式PLC排除故障所需時間短；我們估算輸入輸出接口比較多；由于考慮到本次設計的電梯系統(tǒng)只有3層，考慮到工廠造價，我們采用離線編程的方式，以減小軟硬件的開銷。統(tǒng)計輸入、輸出點數并選擇PLC型號：

52、輸入信號有7個，考慮到有15的備用點，即7×（115）8.05，取整數9，因此共需9個輸入點。輸出信號有6個，考慮到有15的備用點，即6×（115）6.9，取整數7，因此共需7個輸出點。因此可選用歐姆龍C20PCPU類型可編程控制器，它有12個輸入點，8個輸出點，滿足本例的要求。3.3電梯PLC I/O配線表三層樓電梯輸入輸出端子分配表見表31表3-1 三層樓電梯輸入輸出信號的I/O地址分配輸入電器輸入端子輸出電器輸出端子三層呼叫按鈕PB40002電梯上升KM10501二層上呼叫按鈕PB30003電梯下降KM20500二層下呼叫按鈕PB20001三樓指示燈3F0504一層呼

53、叫按鈕PB10004二樓上指示燈2F上0505三層行程開關SQ30005二樓下指示燈2F下0507二層行程開關SQ20006一樓指示燈1F0506一層行程開關SQ100073.4 PLC輸入輸出接線示意圖PLC的輸入輸出模塊與外部用戶設備的接線方式分為匯點式和分割式，兩種方式的區(qū)別在于：選用匯點式接法的系統(tǒng)使用的電源電壓唯一，而選用分割式接法的系統(tǒng)電源電壓不唯一。根據系統(tǒng)的實際情況，輸入輸出模塊與外部設備的接線形式均勻，具體接法如下圖32所示：PLC輸入輸出接線圖圖32 3.4.1硬件的設計和選擇這里所選擇的硬件設備主要指的是主副回路的設備選擇主要是以下設備的選型：1：曳引電動機：電梯的種類多

54、種多樣，按拖動系統(tǒng)來分有交流單速/交流雙速拖動電梯、交流調壓調速電梯等等。在此次設計中，將采用交流雙速電機作為曳引電機，它的優(yōu)點是簡單，經濟，更重要的是舒適感好。2：備用電機的選擇：備用電機只要選擇和曳引電機一樣的型號即可。3：門電機：只要滿足功率要求，門電機選用一般三相異步電動機即可。如圖中所示電動機的正反轉來實現門的開關，采用星角降壓啟動，KS為速度繼電器，用來對開關門到頭時制動，防止轎，廳門的損壞?；谝陨峡紤]，部分硬件的選擇結果如下：曳引電機型號：YDDL160L-6/8 額定功率：11KW額定電壓：380V 額定電流：23A功率因數：0.83備用曳引電機選型通上門電動機型號：Y100

55、L-2 額定功率：3KW 額定電壓：380V 額定電流：7A 功率因數：0.87主電路部分電器型號的選擇結果如下：交流接觸器：CJ20-25 熔斷器：BLR1-63/3P 分斷能力：50000A熱繼電器：JR16-20/3D 熔斷式刀開關：HH4-30/3-25門電路部分電器型號的選擇如下：交流接觸器：TYC2-12-9熔斷器：BLR1-63/3P-14熱繼電器：JR16-20/3熔斷式刀開關：HH3-15/2-103.4.2 程序設計思路 所設計的電梯模型共三層，電梯每層的樓廳均設有按鈕召喚電梯；電梯內部設有按鈕以便乘客選擇要到達的樓層，還設有開關門按鈕，方便乘客進出電梯。工作中的電梯控制系

56、統(tǒng)的主要任務是對各種呼梯信號和當前電梯運行狀態(tài)進行綜合分析，再確定下一個工作狀態(tài)。為實現電梯自動控制，要求控制系統(tǒng)具有自動定向，順向截梯，反向保號，外呼指令記憶，停梯銷號，自動開關門，自動報警，手動開關門等。具體設計思路為：當電梯停于一樓或二樓時，按PB3，則電梯上升到LS3停止;當電梯停于三樓或二樓時，按PB1，則電梯下降到LS1停止；當電梯停于一樓，按PB2，則電梯上升到LS2停止；當電梯停于三樓，按PB2，則電梯下降到LS2停止；當電梯停于一樓，而二、三樓均有人呼叫時，電梯上升到LS2時停5秒，然后繼續(xù)上升到LS3停止；當電梯停于三樓，而一樓、二樓均有人呼叫時，電梯下降到LS2時停5秒，

57、然后繼續(xù)下降到ls1停止；當電梯上升途中，任何反方向的下降信號無效，當電梯下降途中，任何反方向的上升呼叫無效；每層樓之間的到達時間均應在10秒之內，否則電梯停止。3.4.3 三層樓電梯梯形圖程序三層電梯梯形圖程序如圖33所示：圖33 PLC控制的電梯梯形圖如圖33所示，中間繼電器1003、1004用來處理在同方向同時有兩層樓呼叫的情況，1003用來記憶二樓的呼叫信號，在電梯行到二樓時，1004為ON 5秒鐘，使電梯停5秒后再運行。3.4.4 三層樓電梯指令表LD 0002 OR 0504AND NOT 0005OUT 0504LD 0003OR 0505AND NOT 0006OUT 0505LD 0001OR 0507AND NOT 0001O