三层电梯自动控制系统研究设计.docx
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三层电梯自动控制系统研究设计
毕业设计(论文)
函授站 西工院10级
专业 机电一体化
姓名 东卫林
致谢..............................................................................................................................31
摘要
电梯是高层建筑不可缺少的运输工具,用于垂直运送乘客和货物,传统的电梯控制系统主要采用继电器--接触器进行控制,其缺点是触点多,故障率高、可靠性差、维修工作量大等,而采用PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题。
本论文通过讨论电梯控制系统的组成,阐述可编程控制器(PLC)在电梯控制中的应用,采用三菱PLC编程的程序控制方式,提出了三层电梯的PLC控制系统总体设计方案、设计过程、组成,列出了具体的主要硬件电路、电梯的控制梯形图。
在分析、处理随机信号逻辑关系的基础上,提出了PLC的编程方法,设计了一套完整的电梯控制系统方案。
采用本方案实现电梯控制,能够解决继电器——接触器触点多,故障率高、可靠性差、安装调试周期长、维修工作量大、接线复杂等缺点。
使电梯运行更加安全、方便、舒适。
关键词:
电梯,PLC,梯形图
第一章电梯概述
1.1引言
随着城市建设的不断发展,城市迅速的崛起,高层建筑的不断增多,电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。
它是采用电力拖动方式,将载有乘客或货物的轿厢,运行于垂直方向的两根刚性导轨之间,运送乘客和货物的固定式提升设备。
所以,电梯是为高层建筑运输服务的设备,它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。
但传统的电梯控制系统主要采用继电器--接触器进行控制,其缺点是触点多,故障率高、可靠性差、维修工作量大等,而采用PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题,使电梯运行更加安全、方便、舒适。
目前电梯的控制普遍采用了两种方式,一是采用微机作为信号控制单元,完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运行功能,拖动控制则由变频器来完成;第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。
从控制方式和性能上来说,这两种方法并没有太大的区别。
而采用PLC可靠性高,程序设计方便灵活。
1.2电梯的发展简史
据国外有关资料介绍,公元前2800年在古代埃及,为了建筑当时的金字塔,曾使用过由人力驱动的升降机械。
公元1765年瓦特发明了蒸气机之后,1858年美国研制以蒸气为动力,并通过皮带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯,1878年英国的阿姆斯特发明了水压梯,并随着水压梯的发展淘汰了蒸气梯,后来又出现了采用液压泵的控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯,这种液压梯至今仍为人们所采用。
18世纪末发明了电机,特别是交流双速电动机的出现,显著改善了电梯的工作性能。
在20世纪初,美国OTIS电梯公司首先使用直流电动机作为动力,生产出以槽轮式驱动的直流电梯。
从此以后,电梯这个产品,一直在日新月异的发展着。
目前的电梯产品,不但规格品种多,自动化程度高,而且安全可靠,乘坐舒适。
1.3电梯的基本结构
电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的特点.下面简单介绍电梯机械部分的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它。
1.3.1.曳引系统
曳引系统的主要功能是输出与传递动力,使电梯运行.
曳引系统主要由曳引钢丝绳,导向轮,反绳轮组成.
1.3.2.导向系统
导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度,使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动.
导向系统主要由导轨,导靴和导轨架组成.
1.3.3.轿厢
轿厢是运送乘客和货物的电梯组件,是电梯的工作部分.
轿厢由轿厢架和轿厢体组成.
1.3.4门系统
门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口.
门系统由轿厢门,层门,开门机,门锁装置组成.
1.3.5重量平衡系统
系统的主要功能是相对平衡轿厢重量,在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内,保证电梯的曳引传动正常.
系统主要由对重和重量补偿装置组成.
1.3.6电力拖动系统
电力拖动系统的功能是提供动力,实行电梯速度控制.
电力拖动系统由曳引电动机,供电系统,速度反馈装置,电动机调速装置等组成.
1.3.7电气控制系统
电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制.
电气控制系统主要由操纵装置,位置显示装置,控制屏(柜),平层装置,选层器等组成.
1.3.8安全保护系统
保证电梯安全使用,防止一切危及人身安全的事故发生.
由限速器,安全钳,缓冲器,端站保护装置组成.
1.4电梯的分类
1.4.1按用途分:
(1)客梯代号K为运行乘客而设计的电梯,有完善的安全装置.
(2)货梯代号H为运送货物而设计的电梯,通常有人操作,有必备的安全装置.
(3)客货梯代号L主要用作运送乘客,但也可运送货物,它与客梯的区别在于轿厢内部装饰结构不同.
(4)病床电梯代号B为运送病床而设计的电梯,具有轿厢长而窄的特点.
(5)住宅电梯代号Z供住宅楼使用的电梯,一般采用下集选控制方式,轿厢内部装饰较简单.
(6)杂物电梯代号W供图书馆,办公楼,饭店运送图书,文件,食品等.不容许人员进入电梯,结构简单,无乘人必备的安全装置.
(7)船舶电梯代号C用于船舶上的电梯,能在船舶摇晃中正常工作.
(8)观光电梯代号G轿厢壁透明供乘客观光之用.
(9)还有一些专用电梯.
1.4.2按速度分:
(1)低速电梯速度不大于1M/秒的电梯.
(2)快速电梯速度大于1M/秒,低于2M/秒的电梯.
(3)高速电梯速度在2M/秒以上的电梯.
1.4.3按拖动方式分:
(1)交流电梯曳引电动机是交流电机.
当电机是单速时,称为交流单速电梯.
当电机是双速时,称为交流双速电梯.
当电机具有调压调速装置时,称为交流调速电梯.
当电机具有调压调频调速装置时,称为变频调速电梯.
(2)直流电梯曳引电动机是直流电机
分为直流有齿和直流无齿电梯.
(3)液压电梯靠液压传动的电梯,分为柱塞直顶式和柱塞侧置式.
(4)齿轮齿条式电梯(一般为工程电梯).
1.4.4按控制方式分:
(1)手柄操纵控制电梯由司机操纵轿厢内的手柄开关,实行轿厢运行控制的电梯.
(2)按钮控制电梯具有简单的自动控制方式的电梯,具有自动平层功能.
(3)信号控制电梯自动控制程度较高的有司机电梯.具有自动平层,自动开门,轿厢命令登记,厅外召唤登记,自动停层,顺向截停和自动换向等功能.
(4)集选控制电梯高度自动控制的电梯,可无司机驾驶,除信号控制电梯的功能外,还具有自动掌握停站时间,自动应召服务,自动换向应答反向厅外召唤等功能.
第二章总体设计方案
2.1总体方案的确定
电梯行业在我国迅速的发展,在一定程度上占有很大的市场。
而在今天选择控制电梯运动的设备已经从传统的继电器—接触器转变成可编程序控制器(PLC)。
可编程序控制器(PLC)与其他计算机控制相比较:
个人计算机有很强的数据处理功能和图形显示功能,有丰富的软件支持,但是它们是为办公室自动化和家庭设计的,对环境要求很高,抗干扰能力不强,一般不适合在工业现场使用。
单片机只是一片集成电路,不能直接将它与外部I/O信号相连。
要将它用于工业控制,还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路,硬件设计、制作和程序计的工作量相当大,要求设计者具有很强的计算机领域的理论知识和实践经验。
工业控制计算机(简称工控机)也是为工业控制设计的,目前比较流行的是PC总线工控机,它与个人计算机兼容。
工控机采用总线式结构,各厂家产品的兼容性强。
工控机一般是在通用微机的基础上发展起来的,有实时操作系统的支持,因此在要求快速、实时性强、功能复杂的领域占有优势。
工控机的价格较高,将它有与开关量控制以取代继电器系统有些大材小用。
工控机的外部I/O接线一般都用多芯扁平电缆和插头、插座,直接从印刷电路板上引出,不如可编程序控制器的接线端子那样方便可靠。
可编程序控制器是专为工厂现场应用环境设计的,结构上采取整体密封或插件组合型,对印刷电路板、电源、机架、插座的制造和安装,均采用了严密的措施。
可编程序控制器由于具有前述的各种优点,在工业控制领域具有不可比拟的竞争力。
当然可编程序控制器在电梯的控制领域也具有重要的地位,把可编程序控制器用于电梯运动的核心部分是很合理的选择,而且可编程序控制器的程序设计方便灵活,梯形图语言易于被工厂的电气人员掌握,性价比高。
我确定选用PLC控制电梯的运行。
2.2电梯PLC控制系统的构建
(1)机房
机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。
机房可以设置在井道顶部,也可设置在井由自部。
当机房设于井道底部时,即为曳引机下置式曳引方式。
这种方式结构复杂,建筑物承重大,对井道尺寸要求大,只有在机房无法顶置时才使用。
对于绝大多数电梯,机房均设于井道顶部。
机房必须有足够的面积,高度、承重能力及良好的通风条件。
(2)轿厢
轿厢是用以运送乘客和货物的电梯组件。
它由轿厢架和轿厢体组成。
轿厢架是轿厢体的承重构架。
是由上横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成;轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮等组成;轿厢体空间的大小由额定载重量和额定载客量决定。
(3)门厅
每一层电梯门口装的门,门上带有机器锁及电气接点。
客梯多为自动开关门,开关门由轿厢门上的开门刀带动厅门上的橡皮勒辘来完成的,而轿厢门是由轿厢上的开关门装置驱动的。
(4)重量平衡系统
该系统由对重和重量补偿装置组成。
对重由对重架和对重块组成,对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重;重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯设计影响的装置。
(5)电力拖动系统
该系统由曳引机、供电系统、速度反馈装置、调速装置和变频器等组成。
对电梯实行速度控制。
曳引电动机是电梯的动力源,根据电梯的配置可用交流电动机或直流电动机;供电系统是为电动机提供电源的装置;速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号,一般采用测速发电机或速度脉冲发生器,与电动机相连;调速装置对曳引电动机实行调速控制;变频器可以通过改变频率的大小来控制其运行速度的快慢。
(6)电器控制系统
该系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它起着操纵和控制电梯运行的作用。
操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急;位置显示装置是指轿内和层站的指层灯;层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站;控制屏安装在机房中,由各类电气控制元件(或板)组成,是电梯实行电气控制的集中组件;选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。
它可由机械式、继电器式或电子式组成。
(7)安全保护系统
电梯上设有机械和电气的各类保护系统,以保证电梯安全使用。
机械方面的有限速器和安全钳,起超速保护作用;缓冲器,起冲顶和撞底保护作用;切断总电源的极限保护。
2.3电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析
2.3.1电梯的初始状态
假设电梯开始时处于第1层待命、各层显示器都被初始化,电梯处于以下状态:
各层呼叫灯均不亮。
电梯内部及外部各楼层显示器显示均为“1”。
电梯内部及外部各楼电梯门均关闭。
2.3.2电梯运行过程中
按下某层呼叫按钮(1~3层)后,该层呼叫灯亮,电梯响应该层呼叫。
电梯上行或下行直至该层。
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