六层电梯的PLC控制系统的设计.docx

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六层电梯的PLC控制系统的设计

毕业设计说明书

六层电梯的PLC控制系统的设计

专业

电气工程及其自动化

学生姓名

班级

学号

指导教师

完成日期

2012年5月26日

六层电梯的PLC控制系统的设计

摘要:

随着我国经济的高速发展，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，而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，扮演着越来越重要的角色。

随着科技的进步,研究可编程控制器（PLC）在电梯中的控制运用是一个非常有意义的课题。

这次设计是利用可编程序控制器（PLC）控制一个六层乘客电梯。

主要目的是解决目前电梯控制中存在的一些问题，合理地利用PLC的硬件资源和软件资源，充分利用各种指令的简化控制程序，做到控制程序应尽量简单，便于理解，并有一定的规律性以便能适合于不同控制楼层的要求，使电梯达到较为理想的控制效果。

在设计的过程中通过对电梯所需的输入输出节点的统计来选择合适的PLC型号，在进行PLC控制的软件设计时，首先把电梯的整个控制过程进行分解，把它分成不同的几个模块，然后对这几个模块分别进行设计，最后再把它们重新组合起来成为一个完整的控制系统。

本次设计采用三种控制方式:

乘客操作方式、司机操作方式和手动检修方式。

与以前的电梯相比,本设计的电梯具有可靠性高,控制程序简单,输入输出端子使用少的特点。

关键词:

电梯；PLC；控制梯形图；程序

DesignonThesix-storeyelevatorPLCcontrolsystem

Abstract:

Withthehigh-speeddevelopmentofChina'seconomic，Microelectronicstechnology,computertechnologyandautomationtechnologyhasbeendevelopingrapidly.Andtheliftasamodernhigh-risebuilding,theverticaltransport,andpeople'slivesarecloselylinked,areplayinganincreasinglyimportantrolewiththeadvancementoftechnology,ResearchProgrammableLogicController（PLC）intheelevatorontheuseofcontrolisaverymeaningfultask.

ThedesignofcontentfortheuseofProgrammableLogicController（PLC）controlinasix-storyofpassengerelevator.Themainpurposeistosolvesomeproblemsoftheexistingelevatorcontrol,therationaluseofPLChardwareresourcesandsoftwareresourcesMakefulluseofallthecommandssimplifiedcontrolprocedures,thecontrolproceduresshouldbedoneassimpleandeasytounderstandAndwithsomeregularityinordertobetailoredtodifferentfloorscontrolofthecallsthatliftsquitesatisfactorycontrolresults.

InthedesignprocessthroughtolifttheinputandoutputnodesstatisticstoselectappropriatemodelsPLCDuringthesoftwaredesignofPLCcontrolsystem,firstofall,liftthewholecontrolprocessdecomposition,itisdividedintoseveraldifferentmodules,thendesignforthesemodulesRespectively,andfinallyregroupedtogetherintoacomprehensivecontrolsystem.Thedesignsofusedthreecontrolmodes:

passengersoperationmode,thedriverandmanualmodeofoperationmaintenancemode.

Andcomparedtotheprevious,thedesignoftheliftwithhighreliability,controlproceduressimpleandinputandoutputterminalsusefewerfeatures.

Keywords:

Elevator；PLC；Controlladder；Procedures

六层电梯的PLC控制系统的设计

1.概述

1.1概述

在二十一世纪的今天,经济迅速发展,高层建筑如雨后春笋,从而带动了电梯业的发展。

例如我国上海的金茂大厦（世界第三超高建筑）采用了60部电梯和18部自动扶梯,而美国纽约世界贸易中心共安装了239部电梯和74部自动扶梯。

电梯已经成为我国经济建设中重要的一环。

原来一大批老式用继电器接触器控制的电梯已经远远不能满足社会的需要,随着计算机和电子技术的飞速发展,运用可编程控制器（PLC）来控制电梯已经成为大势所趋。

不过在实际控制中也出现了不少问题。

其中最主要的还是控制程序的设计问题例如控制功能单一,缺少灵活性。

如果程序设计考虑不全也会出现失电记忆信息丢失的严重后果。

目前PLC在电梯控制中主要解决以下几个问题:

a）合理利用PLC的硬件资源和软件资源,在保证电梯安全,可靠的运行条件下，减少PLC的输入输出端口,充分利用各种指令简化控制程序。

b）PLC的控制程序应具有最优化的逻辑判断能力,使电梯最合理地运行。

c）设计程序应尽量简单,便于理解,并且有一定的规律以便适合于不同控制楼层的需要。

d）PLC具有完善的停电记忆功能,保证在任何情况下都有可靠的工作状态。

e）处理控制电路尽可能可靠简单。

1.2基本设计内容

用可编程控制器（PLC）控制一个六层直升乘客电梯。

本设计主要完成电梯的电气控制部分,电梯控制应具有灵活的控制方式,合理的运行方式以及信号显示装置，在每层电梯门厅都要装一个上行和下行呼唤按钮,分别或同时按动上行、下行按钮,该信号被记忆、对应的信号灯亮（表示该层有人要上行,有人要下行）。

当电梯上行时,如遇到某层有上行呼唤信号时,则在该层停止,同时消除该层上行信号,对应的信号灯灭,门自动打开,而在上行的过程中,下行的呼唤信号不起作用。

电梯下行时同理。

在轿厢里按下关门按钮,门自动关闭,关门到位后,电梯才能升降。

电梯在升降过程中,经过无呼唤信号的楼层时,不停止也不开门。

在上升过程中,如上行和下行都有呼唤信号,应优先服务于上行的呼唤信号,在上层无呼唤信号时,而下层有呼唤信号则服务于下层信号。

在下降过程中的原理同上行时的原理。

电梯在停止时,可用按钮直接控制开门、关门。

开门5秒后无人关门时,门将自动关闭。

电梯停在某一层时,在门厅按下该层呼唤按钮也能开门。

电梯在开门时不能上升、下降，电梯在升降过程中不能开门。

电梯采用高速启动运行、停止时,电梯先低速运行后到对应的楼层时准确停止。

在每层楼电梯门的上方和轿厢里都装有电梯上行、下行的方向显示和电梯运行在某一层的数字显示。

在轿厢里设置有选层按钮和对应的信号灯,在上行时优先服务于上行选层按钮,在下行时,优先服务于下行信号,当电梯停在某层时,消除该层的选层信号。

电梯的控制采取三种方式:

乘客操作控制方式、司机操作控制方式和手动检修方式。

a）乘客操作方式

在乘客操作方式下，乘客在某层电梯门厅按一下上行或下行呼唤按钮,同时对应的信号灯亮.电梯根据乘客的呼唤信号,按最优运行方式运行到有呼唤信号楼层停止，自动开门。

乘客进入轿厢后可人工关门（按关门按钮）或自动关门（规定5秒钟后）。

再按一下选层按钮，对应的信号灯亮，当到达该层后停止，自动开门，同时对应的选层信号灯灭。

b）司机操作方式

在司机操作方式下，乘客不能控制电梯的升降和停止，电梯的运行状态完全由轿厢内的司机控制。

司机按下某层的选层按钮时，对应的指示灯亮，电梯行至该层时，对应的指示灯灭，显示该层的楼层号，门自动打开，当门关好后，自动行至下一个楼层。

当乘客按下某层呼唤按钮时，轿厢内对应的楼层指示灯亮以告诉司机，司机可根据情况到该层停止或不停止。

c）手动检修方式

在手动检修方式下，检修人员可根据情况选择高速或低速运行方式。

电梯开门、关门、上升、下降分别有点动控制和联动控制两种方式，以方便检修工作，并可以不受楼层限位开关的控制，轿厢可以停在井道中的任何位置。

但是当门开启或关闭到极限位置，轿厢上升到最上层或下降到最下层必须自动停止。

在手动检修方式下，轿厢内和厅门上的各种显示信号仍应正常显示。

2.课题研究背景与意义

2.1课题研究背景

电梯的初始形态是一种升降设备，起源于古代农业和建筑业中的原始起重升降机械，我国周朝时期人们提水用的轱辘就是木制的支架卷简、曲柄和绳索组成的卷扬机。

在希腊，也曾于公元前236年出现由阿基米德设计的人力驱动的卷扬机，安装在尼罗宫殿内。

1765年，蒸汽机诞生了，也就出现了由蒸汽机拖动的升降机。

1845年，英国汤姆逊制作了第一台水压式升降机械，这是现代液压式升降机（液压梯）的雏形。

现代电梯兴盛的根本原因是电力和电动机的作用。

1887年德国出现了电力拖动的升降机--电梯，到1889年纽约使用了由美国奥的斯公司推出的真正的电梯。

随着电力技术的发展，电梯技术逐渐由交流感应式电动机拖动、双速电机拖动、直流调压电机、继电器--接触器控制系统，发展为现在的计算机控制的交流变频电机拖动系统，这期间经历了100多年的历史。

在国外，电梯已经实现智能化，就是利用推理和模糊逻辑，采用专家系统方法指定运行规则，并对选定规则进一步处理以确定最佳的运行状态。

同时向乘客通报电梯状态，满足乘客生理和心理要求，实现高效的垂直输送。

一般智能电梯是多微机控制系统，并与维修、消防、公安、电信部门进行联网，做到节能、安全、环境优美、实现无人化管理。

我国电梯业发展较晚，1908年上海安装了第一台进口电梯。

1949年才100多台，1959年上海电梯厂生产了我国第一台双人自动扶梯。

改革开放以来，我国电梯业才得以迅速发展，也有了许多自己的电梯制造公司。

80年代，我国生产出在交流双速电机基础上增加直流能耗制动的自动调速电梯。

随着国产电子元器件生产能力的提高、进口技术市场的开放，我国又生产了使用PLC控制的电梯。

90年代，我国引进技术生产了具有较高技术性能、用计算机控制的电梯，并研制出使用计算机控制的、具有先进水平的变压电梯，使我国电梯业登上了一个新的台阶。

在高楼林立的现代化大都市中，电梯的作用是十分重要的，或者承担着货物的运输、或者担负着人员的运输，电梯运行的安全可靠性也越来越重视。

2.2课题研究意义

随着国民经济的高速发展和多功能现代化的建筑不断涌现，全社会配备电梯的用户正在迅速增加。

现代化的高层建筑离不开电梯，服务性和生产性的部门也同样需要不同类型的电梯。

电梯是一种垂直交通运输设备，又是一种比较复杂的机-电结合成一体的大型工业产品，它既有完善的机械专用构造，又有复杂的电气控制部分。

过去由继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。

但是，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。

目前，电梯的继电器控制方式已经被可编程控制器（PLC）控制所代替。

同时，由于电力电子技术和微电子技术的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的不断深入，特别是近几年来，大规模式集成电路32位数据处理器和矢量控制理论的应用，使得通用变频器的性能得到了很大提高，电梯的拖动方式也由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。

因此，PLC控制技术结合变频调速技术已成为现代电梯行业的一个热点口,本文采用PLC对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。

与传统的继电器控制系统相比PLC在电梯控制中有以下优点：

a）在电梯控制中采用PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。

b）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。

c）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便增加或改变控制功能。

d）PLC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。

e）用于群控调配和管理，以提高电梯运行效率。

3.电梯概述

3.1电梯的定义

根据国家标准（《GB7024.1-86电梯名词术语》）规定，电梯的定义:

用电力拖动，具有乘客或载货轿厢，其运行于垂直的或与垂直方向倾斜不大于15度角的两侧刚性导轨之间，运送乘客（或）货物的固定设备。

另外，国家标准GB7588-87《电梯制造与安装规范》，对电梯的技术含义作了如下叙述:

乘客方便进出，轿厢至少部分的在两根垂直的或与垂直方向成倾斜角小于15度的刚性导轨之间运行。

从以上的两个条文可以理解电梯的含义:

a）电梯是由电力来驱（拖）动的。

b）电梯是沿着垂直方向运行的一种提升设备，可以是乘客的，也可以是载货的。

c）轿厢要方便于乘坐乘客或承载货物。

3.2电梯的分类

A．按运行速度分类

a）高速电梯（3m/s～10m/s或更高的电梯，通常用于超高层建筑物内）。

b）高速电梯（2～3m/s的电梯。

如2m/s,2.5m/s,3m/s等，通常用在16层以上的建筑物内）。

c）快速电梯（>lm/s而<2m/s的电梯。

如1.5m/s,1.75m/s，通常用在10层以上的建筑物内）。

d）低速电梯（lm/s及以下的电梯。

如0.25,0.5,0.75,1m/s通常用在10层以下的建筑或客货两用电梯或货梯）。

B．按用途分类

a）乘客电梯（代号：

TK）b）载货电梯（代号：

TH）

c）客货两用电梯（代号：

TL）d）病床电梯（代号：

TB）

e）住宅电梯（代号：

TZ）f）杂物电梯（代号：

TW）

g）船用电梯（代号：

TC）h）观光电梯（代号：

TG）

i）车辆电梯（代号：

TQ）

C．按有无司机分类

a）有司机电梯

必须有专职司机操纵。

b）无司机电梯

不需要专职司机，而由乘客自己操纵，具有集选功能。

c）有/无司机电梯

根据电梯控制电路及客流量等，平时改由乘客自己操纵电梯运行，客流大或必要时可由司机操纵。

D．按操纵控制方式分类

a）手柄控制电梯（代号：

S）b）按钮控制电梯（代号：

A）

c）信号控制电梯（代号：

XH）d）集选控制电梯（代号：

JX）

e）下（上）集选控制电梯f）并联控制电梯（代号：

BL）

g）梯群程序控制电梯（代号：

QK）h）梯群智能控制电梯（代号：

W）

i）微机控制电梯

E．按拖动方式分类

a）直流电梯（代号：

Z）b）交流电梯（代号：

J）

c）液压电梯（代号：

Y）d）齿轮条电梯

e）螺杆式电梯f）直线电机驱动电梯

3.3电梯的主要组成部分

电梯是把机和电合成一体的大型复杂产品，为了研究的方便，必须首先对电梯的总体结构有个概括的认识。

A．电梯在空间上的组成

一部电梯总体的组成有机房、井道、轿厢和层站四个部分，也可看成一部电梯占有了四大空间。

a）轿厢

所属的主要构件:

轿顶轮、轿厢架、轿厢底、轿厢门、自动门机构、自动安全触板、平层感应器、护脚板、导靴、对重、电话、绳头板。

b）井道

所属的主要构件:

轿厢导轨、对重导轨、导轨支架和压道板、对重轮、随线电缆、极限开关、端站限位开关、轿厢、中间接线盒。

c）机房

所属的主要构件：

控制柜、承重梁、导向轮、限速器、选层器、极限开关。

d）层站

所属的主要构件：

层楼显示器、自动层门钥匙开关、手动钥匙开关、层门、层门门锁、层门框、层门地坎、呼梯钮、到站钟。

B．电梯在功能上的组成

a）导向系统

功能：

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上、下运动。

组成的主要构件与装置是轿厢的导轨、对重的导轨及其导轨架。

b）曳引系统

功能：

输出与传送动力，驱动电梯运行。

组成的主要构件与装置是曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮等。

c）轿厢

功能：

用以运送乘客（或）货物的组件，是电梯的工作部分。

组成的主要构件与装置是轿厢架和轿厢体。

d）门系统

功能：

乘客或货物的进出口，运行时层、轿门必须封闭，到站时才能打开。

组成的主要构件与装置是轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等。

e）重力平街系统

功能：

相对平衡轿厢重力以及补偿高层电梯中曳引绳长度的影响。

组成的主要构件与装置是对重和对重补偿装置等。

f）电气控制系统

功能：

对电梯的运行实行操纵和控制。

组成的主要构件与装置是操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等。

g）电力拖动系统

功能：

提供动力，对电梯实行速度控制。

组成的主要构件与装置是曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、电动机调速装置等。

h）安全保护系统

功能：

保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。

机械方面有时限速器、安全钳、缓冲器、端站保护装置等。

电气方面有:

超速保护装置、供电系统断相错相保护装置、超越上、下极限工作位的保护装置、层门锁与轿门电气联锁装置等。

3.4电梯的安全保护装置

电梯是高层建筑物不可缺少的垂直运输工具，长时期地频繁地载人在空间上上下下的运行，必须有足够的安全性。

为了确保在运行中的安全，电梯在设计时设置了多种的机械安全装置和电气安全装置，这些装置共同组成了电梯安全保护系统。

A．电梯可能发生的事故隐患和故障

a）轿厢失控、超速运行

由于电磁制动器失灵，减速器中的蜗轮、蜗杆的轮齿、轴、销、键等折断以及曳引绳在曳引轮严重打滑等情况发生，那么正常的制动手段已无法使电梯停止动，使轿厢失去控制，造成运行速度超过极限速度，即额定速度的115%。

b）终端越位

由于平层控制电路出现故障，轿厢运行到顶层端站或底层端站时，不停而继续运行或超出正常的平层位置。

c）冲顶或蹲底

当上终端限位装置失灵等。

造成电梯冲向井道顶部，称为冲顶；当下终端限位装置失灵或电梯失控，造成电梯轿厢跌落井道底坑，称为蹲底。

d）不安全运行

由于限速器失效、选层器失灵、层门、轿门不能关闭或关闭不严或超载、电动机断相、错相等状态下运行。

e）非正常停止

由于控制电路出现故障，安全钳误动作或电梯停电等原因，都会造成在运行中的电梯突然停止。

f）关门障碍

电梯在关门时，受到人或物的阻碍，使门无法关闭。

B．电梯安全保护系统的基本组成

a）超载保护装置---超载开关，当超载时，轿厢下降开关动作，电梯不能关门和运行。

b）超速保护装置--限速器、安全钳。

c）急停按钮---装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。

d）超速上下极限工作位置的保护装置---包括强迫减速开关、终端极限开关来达到强迫换速、切断控制电路、切断动力电源三级保护。

e）撞底（与冲顶）保护装置---缓冲器。

f）层门门锁与轿门电气联锁装置,确保门不关闭、电梯不能运行。

g）门的安全保护装置---层门、轿门设置门光电装置、门电子检测装置、门安全触板等。

3.5电梯的发展展望

随着技术、新结构、新材料、新工艺的发展，一方面电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。

另一方面电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯。

如今己成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流。

由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。

另外，网络控制和智能群控系统，以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。

同时高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式。

随着新技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。

此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保--安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。

4.电梯PLC控制设计

4.1可编程控制器概述

4.1.1可编程控制器（PLC）的产生

可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的。

在可编程控制器诞生之前，工业电气自动化控制主要采用传统的继电器控制方式，这种方式往往需要在多种低压电器之间进行复杂的硬件接线，才能实现某一固定的逻辑功能。

若想改变其控制功能就必须改变继电控制电路的硬件接线，显然这样的控制电路使用起来既不灵活，也很麻烦。

可编程控制器（ProgrammableController）简称PC或PLC。

它是一种新型通用的自动控制装置。

它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，专门为工业控制而设计，具有功能强、可靠性高、通用性好、编程方便、体积小、重量轻、设计、施工和调试周期短等优点，因此在工业控制方面的应用极为广泛。

目前PLC技术、CAD/CAM技术和机器人技术已经发展成为现代工业自动化的三大支柱。

可编程控制器的出现开创了以微电子技术为核心的数字化电气控制技术的新局面。

1969年美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程控制器，并在美国通用汽车公司的生产线上试用，取得了满意的效果，可编程控制器由此诞生。

可编程控制器的出现开创了以微电子技术为核心的数字化电气控制技术的新局面，此后这一全新的技术便以很快的速度发展起来。

1980年美国电气制造协会（NationalElectricalManufacturersAssociation简称NEMA）把这种新的控制设备正式命名为可编程序控制器，由于早期的可编程控制器主要用于开关的逻辑控制，且为了和个人计算机（PersonalComputer）相区别，人们把可编程控制器缩写为PLC（ProgrammableLogicController），一直沿用至今。

1987年2月美国电气制造协会对可编程控制器作了如下的规定:

“可编过程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编过程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。

应该强调指出的是:

可编程控制器与继电器式的控制器在“可编程