电梯控制系统的设计.docx
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电梯控制系统的设计
,
毕业设计(论文)
类型:
□毕业设计说明书■毕业论文
题目:
电梯控制系统的设计
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摘要
电梯作为现在高层建筑的垂直交通工具,与人们的生活紧密相关,随着人们对电梯运行安全性、高效性、舒适性等要求不断提高,电梯得到快速发展,其拖动技术已经发展到了调频、调压、调速,其逻辑控制也由PLC代替了原来的继电器控制。
电梯采用了PLC控制,用软件实现对电梯运行的自动控制,可靠性大大提高,电梯控制系统结构简单,外部线路简化可方便增加或改变控制功能也可进行故障自动检测与报警显示,提高运行安全性,并便于检修。
而电动机交流变频器调速技术是当今节电、改善工艺流程,以提高产品质量、改善环境、推动技术进步的一种主要手段。
变频器调速以其优异的调速性能和起制动性能、高效率高功率因素和节电效果,广泛的适用范围及其它许多优点而获得国内外公认为最有前途的调速方式,因此PLC技术加上变频器调速技术已成为现代电梯行业的一个热点。
本设计考虑到载客电梯的实际操作功能,又兼顾载客电梯中具有递推功能,所设计的系统是针对四层电梯。
代替传统的几点控制系统,由变频器实现对电梯的拖动调速,使PLC与调速拖动装置相结合构成PLC集选控制系统,实现了电梯的各种控制功能,提高了电梯运行的可靠性,降低了故障率。
关键词:
可编程控制器PLC;四层电梯;变频器;电动机;编程;控制
2.2采用PLC控制电梯的优点………………………………………………………………………..4
2.5电梯控制系统的原理图……………………………………………………………………………6
3.11PLC的概述……………………………………………………………………………………7
3.12PLC的选型…………………………………………………………………………………...7
4.3系统工作过程分析…………………………………………………………………..13
4.4控制系统程序设计…………………………………………………………………..14
4.4.1开关门控制及保护安全保护…………………………………………………...14
4.4.2电梯的内指令外召唤信号的登记消除及显示回路…………………………...14
4.4.3电梯铃控制与故障报警………………………………………………………..15
4.4.4电梯的消防运行回路…………………………………………………………...15
5.结论…………………………………………………………………………………………15
附图…………………………………………………………………………………………………………19
引言
伴随着工厂自动话程度的提高,PLC可编程控制器在工厂中的应用也越来越广泛,而且几乎涉及到工厂的各个方面,包括供电、生产、物料管理、运输等等。
本文旨在通过实现自动抓取控制系统这样一个典型的实例,来展现PLC在自动化生产中的运用.
采用可编程控制器来实现电梯的控制对于提高电梯运行的稳定性、降低电梯控制系统的成本以及缩短电梯系统的开发周期都具有实际意义。
通过本课题的研究,可以在一定程度上推动电梯相关行业的发展,拓展PLC在自动化行业的应用领域,具有一定的经济和理论意义。
1.绪论
1.1本课题设计的背景
1968年,美国最大的汽车制造商——通用汽车公司为满足市场需求,适应汽车生产工艺不断更新的需要,将汽车的生产方式由大批量、少品种转变为小批量、多品种。
为此要解决汽车不断改型而重新设计汽车装配线上各种继电器的控制线路问题,要寻找一种比继电器更加可靠,响应速度更快,功能更强大的通用工业控制器。
于是可编程控制器应运而生,1969年,美国数字设备公司研制出世界上第一台可编程控制器简称PC(programmablecontroller)。
但由于PC容易与个人计算机(programmablecomputer)相混淆,所以人们还是习惯用PLC作为可编程控制器的缩写。
1985年国际电工委员会(IEC)对PLC的定义如下:
可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统,是专为在工业环境下饮用而设计的工业控制器,它采用了可编程的储存器,用来在起内部储存执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字货模拟式的输入和输出,控制各种类型机械的生产过程。
PLC是继电器逻辑控制系统发展而来,所以他在数学处理、顺序控制方面具有一定的优势。
几点器在控制系统中主要起两种作用:
(1)逻辑运算
(2)弱电控制控制强电。
PLC是集自动控制技术,计算机技术和通讯技术与一体的一种新型工业控制装置,已跃居工业自动化三大支柱(PLC、ROBOP、CAD/CAM)的首位。
可编程控制器,简称PLC。
它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。
具有1.可靠性高、抗干扰能力强2.设计、安装容易3.维修工作量少4功能强、通用性好5开发周期短、成功率高6.体积小、重量轻、消耗低等特点。
具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点,已广泛运用于自动化控制的的各个领域,并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。
与继电——接触器系统相比系统更加可靠;站位空间比继电——接触器系统小;价格上能与继电——接触器系统竞争;易于在现场变更程序;便于使用、维护、维修,能直接推动电磁阀、接触器与与之相当的执行机构;能向中央执行机构;能向中央数据处理系统直接传输数据等。
因此,进行电梯的PLC控制系统的设计,可以推动电梯行业的发展,扩大PLC在自动控制领域的应用,具有一定的经济理论研究价值。
1.2本课题设计的内容
本设计将以下几个方面对机械手的控制系统进行研究和论证。
1电梯类型的选择。
综合电梯的类别和各类的特点和要求,在本课题中,主要研究四层电梯上下行控制,开、关门控制、内外呼叫控制。
2电梯硬件系统的设计。
本课题设计的电梯要求,运行迅速、准确度高,在电梯的层格检测系统中选用用在工业控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器,运用感应器开关量的信号输入给PLC来实现PLC对电梯的控制。
由于本课题的具体需求在硬件系统的设计过程中主要考虑了电梯的经济适用稳定的需要。
3电梯控制系统的软件的设计。
本设计选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图,梯形图的编程能直观明了的设计出机械手控制的要求,梯形图的编写运用SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件此软件支持全部的三菱FX系列的PLC,并且具有强大的诊断功能,能更快的查找出故障的原因,从而大大的缩短了维修时间。
1.3本课题设计的目的和意义
随着我国经济的快速发展,微电子技术、计算机技术、和自动控制技术也得到了迅速发展,电梯也成为人类现代生活广泛适用的运输工具随着人们对电梯运行安全性、高效性、舒适性等要求的提高,电梯得到了快速发展,其拖动技术已经发展到了调频调压调速,其逻辑控制也由PLC代替了原来的继电器控制。
可编程控制器(PLC)因稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和适用方便已成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置,成为了当代工业自动化的主要支柱之一。
电梯控制要求控制介入设备适用简便,对应于系统组态的编程简单具有人性化的人机界面,配备应用程序库,加快编程和调试速度。
通过PLC对程序设计,提高了电梯的控制水平,并改善了电梯运行的舒适感。
因此PLC在电梯控制系统中的应用非常的广泛,非常有实际价值。
2.系统控制方案的确定
2.1电梯的概念
电梯是电动机为动力的垂直升降机,装有箱状吊舱,用与多层建筑乘人或载运货物的机械设备。
随着城市的发展,高层建筑的增多,电梯的应用也越来越广泛,分类也随之增多。
如果按照电梯的分类可分为以下几类:
1.乘客电梯,为运送乘客设计的电梯,要求有完善的安全措施以及一定的室内装饰。
2载货电梯,主要为运送货物而设计的电梯,通常有人伴随的电梯。
3观光电梯,厢壁透明,为乘客观光用的电梯。
4车辆电梯,用作装运车辆的电梯。
5船舶电梯,船舶上使用的电梯。
、
6建筑施工电梯,建筑施工与维修用的电梯。
7其它类型的电梯,除了上述常用的电梯外,还有一些特殊用途的电梯,如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员专用电梯等。
2.2采用PLC控制电梯的优点
1.从控制方面上看:
电器控制硬接线,逻辑一旦确定,要改变逻辑或增加功能是很困难;而PLC软接线,只需改变控制程序就可轻易改变或增加功能。
2.从工作方式上看:
电器控制并行工作,而PLC串行工作,不受制约。
3.从控制速度上看:
电器控制速度慢,触点易抖动;而PLC通过半导体来控制,速度很快,无触点,故而无抖动一说。
4.定时、计数看:
电器控制定时精度不高,容易受环境温度变化所影响,且无计数功能;PLC时钟脉冲由晶振产生,精度高,定时范围宽;有计数功能。
5.可靠维护看:
电器空竹触点多,会产生机械磨损和电弧烧伤,接线也多,可靠、维护性能差;PLC无触点,寿命长,且有自我诊断功能,对程序执行的监护功能,现场调试和维护方便。
2.3系统设计的基本步骤
在电梯控制系统的设计过程主要考虑以下几点:
1.深入了解和分析电梯的工艺条件和控制要求。
2.确定I/O设备。
根据机械手控制系统的功能要求,确定系统所需的用户输入输出设备。
常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等,常用的输出设备有继电器。
接触器指示灯等。
3.根据I/O点数选择合适的PLC类型。
4.分配I/O点,分配PLC的输入输出点,编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。
5.设计电梯系统的梯形图程序,根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序,这是整个电梯系统设计的核心工作。
6.将程序输入PLC进行软件测试,查找错误,使系统程序更加完善。
7.电梯整体调试,在PLC软硬件设计和现场施工完成后,就可进行整个系统的年纪调试,调试中发现的问题要逐一排除,直至调试成功。
2.4系统控制方案
有一四层办公楼,要求装配一个电梯,其电梯体统的控制要求如下:
(1)开门控制:
由于本设计不构筑电梯模型,只涉及模拟控制,故将开关门控制省略。
当某一楼层的指示灯持续亮时,表示该层正在进行开门、延时、关门。
为了实现电梯的安全运行,电梯开关门信号与故障报警信号应该是互锁的,即当故障报警信号有效时,开、关门信号都不能实现,楼层指示灯不会亮。
(2)内外呼叫控制:
在电梯内各层呼叫控制中,设计成当有乘客按下某层的呼叫按钮时,使相应的指示灯亮,单不能立即启动电梯。
其呼叫信号一直保持到电梯达到层位后呼叫信号与电梯运行方向相同是才被撤销。
(3)上下行控制:
1电梯在一、二、三、四层楼分别设置一个呼叫按钮。
2由于没有真实的电梯来控制,所以假设电梯在收到信号后以5S/层的速度运动,用楼层灯的闪烁表示电梯在运动中。
3上下行指示灯不能同时亮,1、2、3、4层楼指示灯不能同时亮,在一个呼叫请求完成疫情,不能接受新的呼叫请求。
当故障报警信号有效时,任何动作都无效,指示灯灭。
4在上下行的同时在电梯的运行中由变频器的速度给定。
(图2-1为电梯速度运行曲线)
2.5电梯控制系统的原理图
电梯控制系统的原理图如图2-2所示
3.系统硬件设计
3.1可编程控制器PLC的选型
3.1.1PLC的概述
可编程控制器,英文简称ProgrammableController,简称PLC,本课题中用PLC作为他的简称,PLC是用于工业现场的电控制器,它源于继电器控制技术,但基于电子计算机。
它通过运行存储在其内存中的程序,把经输入的物理过程得到的输入信息,转变为所要求的输出信息,进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。
PLC有丰富的指令系统,有各种各样的I/O接口、通信接口,有大容量的内存,有可靠的自身监控系统,因而具有以下基本的功能:
1.逻辑处理功能;
2.数据运算功能;
3.准确定时功能;
4.高速计数功能;
5.中断处理功能;
6.程序与数据储存功能;
7.联网通信功能;
8.自检测、自诊断功能。
可以说,凡普通小型计算机能实现的功能,PLC几乎都可以做到。
像PLC这样。
集丰富功能于一身,是别的电控器所没有的,更是传统继电控制电路所无法比拟的,丰富的功能为PLC的广泛运用提供了可能,同时也诶自动话行业的远程化、信息化智能化创造了条件。
3.1.2PLC的选型
在PLC系统设计时,确定控制方案后,下一步工作就是PLC工程设计选型。
工艺流程的特点和应用要求是选型的主要依据,工程设计选型和估算时,应详细分析供已过程的特点,控制要求,明确控制人物和范围确定的操作和动作,然后根据要求,估算输入输出点数、所需储存容量、确定PLC功能、外部设备特性等,最后选择有较高性价比的PLC和设计相应的控制系统。
1.输入输出(I/O)点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量,通常根据统计的输入输出点数。
在增加10%~20%的可扩展。
余量后作为输入输出点数估算数据。
实际订货时,还需根据PLC制造厂商PLC的产品特点,对输入输出点数进行圆整,根据估算的方法顾本课题的I/O点数输入31点,输出33点。
2.存储器容量的估算
程序容量在设计阶段是未知的,需再程序调试在后才知道,为你设计选型时能对程序容量有一定的估算,通常采用储存器容量的估算来代替。
存储器内存容量的估算没有固定的公式,许多文献资料中给出了不同的公式,答题是都是按数字量I/O电视的10~15倍,加上模拟I/O电视的100倍以次数为内存的总字数(16位为一个字),另外再按此数的25%考虑余量,因此本课题的PLC内存容量选择应能储存2000条梯形图,这样才能在以后的改造过程中由足够的空间。
3.控制功能的选择
该选择包括包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。
根据本课题所设计的自动门控制的需要,主要介绍以下几种功能的选择。
(1)控制功能
PLC主要用于顺序逻辑控制,因此,大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制,有时也采用专用的输入输出控制单元完成所需的控制功能,提高PLC的处理速度和节约储存容量。
(2)编程功能
离线编程方式:
PLC和编程器公用一个CPU,编程器在编程模式时,CPU只为编程器提供服务,不对现场设备进行控制。
完成编程后,编程器切换到运行模式,CPU对现场设备进行控制,不能进行编程,离线编程方式克降低系统成本,但使用和调试不方便。
在线编程方式:
CPU和编程器有各自的CPU,主机CPU负责现场控制,并在一个扫描周期内,与编程器进行数字交换,编程器把在线编制的程序或数据发送到主机,下一扫描周期主机就根据新收到的程序运行。
这种方式成本高,但系统调试和操作方便,在大中型PLC种常采用。
(3)诊断功能
PLC的诊断功能包括硬件和软件的这段。
硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的障碍位置,软件诊断分内诊断和外诊断。
通过软件对PLC内部性能和功能进行诊断是内诊断,通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。
PLC的诊断功能的强弱,直接影响对操作和维护人员技术能力的要求,并影响平均维修时间。
3.机型的选择
目前,国内众多的生产厂家生产了众多系列功能各异的PLC的产品,使用户眼花缭乱、无所适从。
通过对输入/输出点的选择、对存储容量的选择、对I/O响应时间的选择以及输出负载的特点选型的分析。
我决定使用三菱公司生产的FX2N系列的FX2N-64MR型号的可编程控制器作为电梯的控制器
3.2变频器的选择
本实验电梯控制系统是模拟型的,所以我们设计的是通过变频器的外控制端子实现电动机的正反转及速度的变化。
我们选用的是三菱E540变频器。
其物图如图3-1所示。
3.3电机的选择
电梯的曳引电机特点
电梯是典型位能性负载,根据电梯的工作特性,电动机应有如下性质:
(1)能频繁的启动和制动,启动电流较小
(2)电动机运行噪声低电动机散热好
此外曳引电动机具备两个伸轴端:
其一端为传动端与减速器耦合,另一端为飞传动端,通常装有飞轮。
考虑以上各种因素,本设计选用J250系列永磁无齿曳引机如图3-2。
3.4PLC外部电路的设计
1.报警系统设计
通过输入模拟信号发出故障产生信号。
当按下故障报警信号产生键时,故障报警信号指示灯亮,发出报警声,指示灯延时10S。
10S后系统了重置。
报警指示登是Y002,现报警系统的线路如图3-3所示。
2.定位系统的设计
电梯在各层之间运行,总有指示灯显示所在的位置,图3-4为电梯定位系统接线,例如,电梯处于一楼位置时,经过传感器的测定时,给PLC一输入信号,输入信号为Y30、Y31、Y32、Y33连接译码电路,通过信号的输出使发光二极管b、c点亮,显示此时电梯停留在一楼。
图3-4显示的是7段显示器的结构图
3.5硬件接线图
系统硬件接线图即PLC和系统中各个硬件的接线,具体的如图3-5所示
3.6I/O分配表
输入:
输出:
4.系统软件设计
4.1PLC梯形图的概述
梯形图是使用的最多的图形编程语言,被称为PLC的第一编程语言,梯形图与电梯控制系统的电路图很相似,具有直观易懂的优点,很容易被工厂电气人员掌握,特别适用于开关量逻辑控制。
梯形图常被称为电路或者程序,梯形图的设计被称为编程。
根据梯形图中各个触点的状态和逻辑关系,求出与图中各个线圈对应的编程元件的状态,称为梯形图的逻辑解算。
梯形图中逻辑解算是按从左到右、从上到下的顺序进行的,解算的结果,马上可以被后面的逻辑解算所利用。
逻辑解算是根据输入影像寄存器中的值,而不是根据解算瞬间时外部输入触点的状态来进行的。
4.2SWOPC-FXGP/WIN/C编程软件的操作方法
本课题采用的编程软件为WOPC-FXGP/WIN/C编程软件,具体操作方法如下:
1.打开WOPC-FXGP/WIN/C编程软件,之后点击
,在下拉菜单栏点击“新文件”,再选择
,确定打开后就可以绘制梯形图编本课题的程序。
2.在打开文件之后就可以绘制梯形图,根据所编的程序,在页面右面的功能图,如图4-1所示:
在绘制梯形图中选择需要的输入元件,完成梯形图的绘制。
3.完成了对梯形图的绘制后,在软件的菜单栏中点击PLC,并在下拉菜单中的“寄存器”..“数据传送”的子栏种选择“写出”,将程序编入三菱FX2N-64MR.
4.3系统工作过程分析
1.初始化
2.确认本层与目标层并检测是否有厅外呼叫,无则结束
3.若有呼叫分辨分辨本层与目标是否一致。
是则开门
4.确认电梯启动方向
5.电梯启动
6.电梯加速
7.电梯高速运行
8.层格检测
9.是否是目标层。
不是则电梯继续高速运行
10.到目标层,电梯减速
11.平层检测
12.电梯制动
13.开门
14.延时有关门
15.是否停止运行,不是则原地等待
16.确认运行结束则停止运行
4.4控制系统程序设计
4.4.1开关门控制及保护安全保护
开关门控制程序是按照双开门有/无司机控制来设计的。
主要完成电梯的手动开门、无司机状态下的本层开门、电梯运行到达目的层站的自动开门,手动关门、无司机状态下的自动延时关门、基站外启动时的开关门等功能。
1本层开门
本层开门是指电梯在停车状态和非检修条件下,当轿厢所在的楼层有上召唤且没有定下方向,或有下召唤而没有定上方向时,电梯自动开门,电梯本层开门的条件也可简化为:
在停车状态下,当轿厢所在楼层有厅外召唤时,电梯自动开门
2开门控制及安全保护
开门到位后,若没有碰到开门限位开关,或限位开关失灵,则由于开门继电器吸合,门电机会发生堵转,时间一长,电机可能烧毁,为此,设计了门电机保护程序,当开门动作时间超过正常开门时间2~3S后,通过定时器计时自动断开开门信号,停止开门。
如果没有外界开门信号,即X3和M70为OFF,其闭点为ON,则定时器T0开始计时,当计时时间到,如果限位开关仍未动作,则通过T0闭点断开Y2,停止开门,并由T0开点使定时器自锁,Y2维持OFF。
当有开门信号时,X2或M70为ON,其闭点OFF,定时器复位,T0闭点为ON,可再次进行开门控制。
3关门控制
关门的条件有以下几种:
停车状态下按关门按钮、无司机状态下自动关门、时间到、锁梯时钥匙开关断开。
停止关门或不关门的条件:
关门到位碰到关门限位开关、有开门信号、开门继电器吸和、超载开关动作。
在关门梯形图中也设置了关门安全保护,因为关门限位开关若不动作或灵,同样容易将电机烧毁。
与开门过程保护一样,可在关门后通过定时器时,超过正常关门时间,自动停止关门,以保护电机。
4.4.2电梯的内指令外召唤信号的登记消除及显示回路
1)内指令信号处理
内指令信号的处理信号的登记、显示基本层停车消息。
信号的登记采用自锁原理,不论电梯上行或者下行,当轿厢运行至有内指令的梯层时,均要换速停车,并消除登记信号,不需反射信号。
2)外召唤信号处理
厅外召唤信号同样需要进行登记,显示本层停车信号,此外还具有反向运行保号功能。
4.4.3呼梯铃控制与故障报警
在司机运行方式下X4为NO,当有厅外召唤时,蜂鸣器发出的声音向司机提示有呼梯信号,当某层站有上召唤或下召唤信号时,均使Y0为ON,由站点,由站点输出接通呼梯铃,当PLC备用电池电压过低时,特殊功能继电器M8005为ON,利用M8011使蜂鸣器发出周期为0.01S的报警声;按下警铃时利用M8012产生周期为0.1S的报警声;超载时,利用PLC的特殊功能继电器M8013,使蜂鸣器发出周期为1S的报警声。
如图
4.4.4电梯的消防运行回路
电梯的消防运行包括两种状态:
消防返基站和消防员专用
1)消防返回下基站
当接通消防开关X20为ON,并由其产生一个上升微分信号M80,该信号用于将所有内选外呼信号消号。
,当电梯正在上行时,Y0为ON,由M67立即发出消防强迫换速信号,就近平层,在停车后自动使内选一层信号M10为ON;如电梯处于停车状态或正在下行,自动消号后,电梯也将自动内选一层返回基站。
2)消防员专用
电梯自动返回下基站停车后,M0为ON,并使开门信号Y2为ON,则消防员专用信号M85接通,并自保。
同时切断消防上行强迫换速Y4和自动内选一层M10程序,在消防员专用状态下,恢复内选功能,由于消防员内选关门后,电梯只按内选指令正常运行换速平层停车,且每次运行停止,由M83发出下降沿微分信号,用于每次运行停车后消除所有登记信号。
如需再次运行,必须再次选择内指令信号。
结论
本系统主要以PLC为核心,利用PLC强大的控制功能,实现了利用可编程控制器控制电梯的功能,具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。
当电梯的功能增加时,硬件接线上只需增加行程开关输入信号。
原来的接线不需改变,软件上只需增加相应程序以及舒服的功能,要改动的地方也较少。
调试结果表明,在适应性、精确性喝可靠性方面,达到了设计的要求,表明该设计方案是可行的。
通过本设计。
我学到了很多东西在工作的细心上也得到了提高。
并且,更了解了有关PLC各个方面的性能,我选择了这个设计也是为了弥补以前学习上的不足。
这次设计使我明白了老师的用心良苦,并且也学到了很多东西。
致谢
在写这篇论文的过程中,让我有了很深刻的启发与认识,老师经常给我讲解许多不懂的地方,使我能尽快完成这篇论文,在此,,对老师在工作和生活中的关心和指导致以最真诚的谢意。
同时还要感谢机电系给予我们的关系和帮助,感谢机房老师给予我们上机实验的
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