基于PLC的多层电梯控制及远程监控系统毕业论文设计word格式.docx
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基于PLC的多层电梯控制及远程监控系统毕业论文设计word格式
本科毕业设计（论文）
题目基于PLC的多层电梯控制及远程监控系统
院（系部）电气与自动化工程系
专业名称电子信息工程
年级班级
学生姓名
2011年5月26日
摘要
随着科学技术的发展、近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展．一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。
更新换代生产更新型的电梯，电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流调速是当前电梯拖动的主要发展方向。
目前电梯控制系统主要有三种控制方式：
继电路控制系统（早期安装的电梯多位继电器控制系统）、PLC控制系统、微机控制系统。
继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。
微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。
而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。
关键词：
PLC电梯可控式编程器
Abstract
Alongwithscience'sandtechnology'sdevelopment,therecentyears,ourcountry'selevatorproductiontechnologyobtainedtherapidlyexpand.Someelevatorfactoryunceasinglyisalsoimprovingthedesign,therevisioncraft.Therenewalproductionrenewal'selevator,theelevatormainlydividesintothemechanicalsystemandthecontrolsystemtwomajorparts,alongwiththeautomaticcontroltheoryandmicroelectronictechnology'sdevelopment,elevator'sdraggingwayandthecontrolmethodhashadtheverybigchange,theexchangevelocitymodulationisthecurrentelevatordraggingmaindevelopmentdirection.Atpresenttheliftcontrolsystemmainlyhasthreecontrolmodes:
Followingelectriccircuitcontrolsystem（“earlyinstallmentelevatormanyblack-whitecontrolsystem）,PLCcontrolsystem,microcomputercontrolsystem.Becausetheblack-whitecontrolsystemthefailurerateishigh,thereliabilityisbad,controlmodenotnimbleaswellasconsumedpowerbigandsoonshortcomings,atpresenthasbeeneliminatedgradually.
Keywords:
PLCelevatorcontrollable-likeprogrammer
第1章绪论1
1.1国内外电梯的研究现状1
1.2课题研究的意义6
1.3本论文的主要任务8
第2章电梯控制系统硬件设计9
2.1电梯控制系统的原理9
2.1.1电梯的结构9
2.1.2电梯的控制要求12
2.1.3目前先进的电梯控制系统14
2.1.4PLC与其他工业控制系统的比较15
2.2可编程控制器PLC的选型21
2.2.1PLC及其在电梯控制系统中的应用22
2.2.2PLC的基本硬件结构23
2.2.3各种PLC的比较和选型26
2.3电梯控制系统各环节的设计28
2.3.1电梯轿厢楼层位置检测环节28
2.3.2电梯轿内指令和厅外召唤信号的处理环节29
2.3.3电梯自动开关门的控制环节32
2.3.4电梯的方向控制环节34
2.3.5电梯的启动加速和减速平层控制环节36
2.3.6电梯的信号指示系统环节39
2.3.7电梯的安全保护环节41
第3章电梯控制系统软件设计44
3.1PLC的I/O端口分配44
3.2电梯的开关门环节45
3.3外召唤信号登记及消除环节46
3.4内指令信号登记及消除环节47
3.5内指令外召唤信号的保持环节47
3.6选层定向及反向截梯环节48
3.7电梯的平层信号处理环节52
3.8各楼层停车信号环节52
第4章电梯的远程监控系统54
4.1电梯监控系统的组成54
4.2组态软件的介绍54
4.2.1组态软件的选型54
4.2.2组态软件的结构55
4.2.3组态软件的功能55
4.3基于“组态王”的电梯监控系统界面56
4.3.1设备的配置57
4.3.2构造数据库变量58
4.3.3设计图形界面58
4.3.4构建动画连接58
4.3.5运行和调试58
第5章总结60
致谢61
参考文献62
附录1：
63
第1章绪论
1.1国内外电梯的研究现状
在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。
作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。
一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。
在全球经济持续低迷的情况下，我国国民经济仍然以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。
这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场。
上世纪80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。
总趋势是上升的，目自口进入了“第三次浪潮”，2004年总产量超过了8力．台，而且目前还没有减速的迹象。
从1949年建国以来全国共生产安装了6l万多台电梯。
尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。
全世界平均1000人有l台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加70万台。
到那时候，全国在用电梯将达到130万台，每年仅报废更新就需要6万台。
到2005年，中国电梯的年产量达到13．5万台，与1980年相比，25年增长了59倍，产量每年平均增长17．8％。
2005年安装验收电梯124465台，截至05年底，我国的在用电梯总数已达651794台。
如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台!
我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。
兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、同本三菱、只立、东芝、富士达等13家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了74％，先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。
苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的电梯品牌看清了自己的定位与出路。
目前国内市场需要的电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定的出口。
国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。
自1985年我国参加了国际标准化组织ISO／TCl78以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。
标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。
许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。
国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。
随着计算机技术的发展，微型计算机在工业控制系统中得到了广泛的应用，在电梯控制上采用微型计算机，取代传统的继电器控制方式越来越受到人们的重视。
使用微型计算机控制，它成本低，体积小，可靠性高，使用寿命长，简化了安装调试工作，使得电梯控制系统体积减小、节省能源、可靠性提高。
可编程使灵活性增大。
更突出的优点是微型计算机具有算术运算功能和灵活的逻辑运算功能，因此可以实现更完善的自动控制，例如对于电梯平层可以实现自适应控制，便平层情况达到最佳状态。
目前，交流调压调速电梯技术已趋成熟，一些企业都有成功的产品。
微机控制电梯是电梯技术的方向，一些生产企业与科研单位相结合，相继推出了微机控制的电梯新机型，使控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。
除了合资企业外，也有其他厂家开发出了变频调速电梯新产品。
另外，用可编程序控制器取代继电器控制系统的机型对单梯进行控制还是有前途的。
有些生产企业开发了紧急供电装置、防火厅门、地震控制、自检测以及语言合成等电梯新功能；对机械系统采用了新结构、新材料、新技术和新工艺”3。
总之，与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距，但国内电梯技术正以迅猛的发展速度赶超世界先进水平。
中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达l万台左右，约占亚洲市场的1／50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。
当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。
在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。
世界上有名的几家电梯公司，诸如：
美国奥的斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51％。
其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。
目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。
此外，家用小型电梯将成走电梯家族中新的组成部分。
随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。
然而，人们的追求并没有就此停止下来。
仍在不断地进行研究改进。
绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。
电梯是载人的机电设备，要实现“绿色”，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。
国外对绿色电梯的研究做得比较出色的可能要数Peters了，他专门就绿色电梯进行研究。
当然，他的研究是从电梯对环境影响的角度进行的。
Peters在其研究中认为，目前的电梯在整个电梯生命周期罩，对环境占主导影响的因素有：
不可再生资源的消耗、产生废弃物和为生产满足曳引电梯的电力而产生的二氧化碳。
同时他还认为，目前电力是不可持续的并对环境有损害，作为在地球上有责任的人，我们应当减少能源消耗，寻找可持续发展的能源。
Peters并没有给绿色电梯下定义，但他认为，绿色电梯应从以下四方面考虑：
（1）选择驱动电梯的更有效能源；
（2）减小惯性和其他阻力；（3）有效的电梯轿厢照明；（4）优化计划，包括可到达的楼层和避免电梯容积过大。
同时，Peters提出了使电梯成为绿色电梯的绿色步骤即：
运动学控制、减少停车层数、灵活的停车政策。
目前意义上的“绿色”，一般是强调“天然”的一面，强调与环境的协调与和谐。
电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽可能小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。
这也应是绿色电梯的发展方向。
（1）智能化。
我们这罩所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。
传统的智能控制是一种技术的事先安排，说到底是一种程序控制，是一种周期性的系统自动控制，实际上还算不上智能。
而真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而且还有传统的人工智能无法比拟的东西，具有动念和随机处理各种问题的能力，诸如能根据轿厢内的情况和各层的候梯信息，自动地制定每次最优的运动速度和停车政策；自动选择运动方面；双向语音交流；到达目的层的语音提示等，让乘客有更多的主动性，使大楼交通运输实现真正的人机对话。
智能化要求电梯有自动安全检测功能，让电梯自己能够检测到电梯的故障所在，并及时报警予以排除。
（2）安全。
运行安全是电梯的根本和关键。
可以说，电梯的全部其他工作都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。
运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁辐射，使用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的视觉效果，让每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内有安全、舒适的好心情。
同时，电梯运行安全也要求电梯在运行中发生故障时，不但要使乘客容易与外界沟通联系，而且电梯本身应当能自动播放让乘客感到放松的音乐，彻底消除产生紧张不安的情绪。
当小孩和老人乘坐时，电梯对他们应给予一种如同家人般的照顾，不但让老人和孩子感到方便和舒适，而且更让其家人感到放心。
电梯运行安全还要求电梯有自动休眠功能，使电梯在保证运行效率最高的同时，使电梯能最大限度地得到休眠。
（3）与环境的协调和平衡，包括以下几个方面：
①视觉协调。
有人曾经做过环境色彩是否对人有影响的研究。
该研究发展：
视觉不协调的环境色彩对人的情绪、精神影响非常大。
色彩宜人，格调高雅，制作精良的电梯，乘客自然会有一种安全的感觉，有一种视觉上的舒适。
用料低廉，款式陈旧，色彩沉闷，甚至破破烂烂的电梯，乘客视觉协调无从谈起，乘坐电梯的第一感觉就是不安全。
国内的许多电梯公司对此的重视是远远不够的，甚至不少通过引进国外技术国产化的电梯也显露出一副土生土长的容貌。
②消除电磁辐射。
如前所述，由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是电磁干扰的元凶，所以绿色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小，而又不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备。
这样不仅可以保证乘客的身心健康，而且也可以保证大楼、大厦中的大楼的办公自动化（0A）、楼宇自动化（BA）、通讯自动化（CA）的正常运转。
③舒适感。
通过采用高载频波矢量静音变频器，可降低噪声变换频率及电压。
以CPU控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、更舒适的运行。
对现代化电梯性能的衡量，主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。
此外，对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应要求。
随着时代的发展，对人在与外界隔离封闭的电梯轿厢内，心理上的压抑感和恐惧感也有所考虑。
因此，提倡对电梯进行豪华性装修，比如：
轿厢内用镜面不锈钢装潢、在观光电梯井道设置宇宙空间或深海景象：
进而主张电梯、扶梯应与大自然相协调，在扶梯的周围种植花草；在轿厢壁和顶棚装饰某些图案甚至是有变化的图案，并且在色彩调配上要令人赏心悦目；在轿厢内播放优美的音乐，用以减少烦躁；在轿厢内播放电视节目，乘客可收看天气预报、新闻等。
1.2课题研究的意义
电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。
随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。
电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。
而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。
事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。
在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。
然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。
在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。
因此，可以说乘坐电梯更安全。
美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：
乘电梯比走楼梯安全5倍。
掘资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。
目前，由可编程序控制器（PLC）和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。
采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。
可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。
自1969年针对工业自动控制的特点和需要而丌发的第一台PLC问世以来，迄今己30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。
它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。
用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践。
而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。
这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。
可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。
PLC现已成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD／CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。
PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。
总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空问。
PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。
因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。
因此，本次毕业设计我选着使用基于PLC的电梯控制进行研究。
1.3本论文的主要任务
由于PLC在工业控制中的总总优点，所以本次课题的研究内容是基于PLC的多层电梯控制系统（以5层为例）及基于组态软件的远程监控系统。
本次研究能帮助我们了解最新的电梯技术水平和质量，具有十分重要的意义。
论文的主要内容如下：
（1）首先了解国内外电梯控制的研究现状，认清基于PLC的电梯控制的可行性。
并从中认识到本次研究的意义。
（2）在第二章中主要介绍三方面内容。
一是各种工业控制系统在电梯控制中的应用，并从中认识到基于PLC的电梯控制系统比之其他工业控制系统的优越性。
二是对于本次研究中所需PLC的选型。
最后详细介绍本次研究中电梯控制系统各环节的硬件设计。
（3）第三章中主要介绍基于PLC的电梯控制系统中各环节的软件设计，并利用相应的编程软件编写各环节的梯形图。
（4）第四章主要研究基于组态软件的电梯远程监控系统，其中包括组态软件的选型以及监控界面的设计及连接。
第2章电梯控制系统硬件设计
2.1电梯控制系统的原理
2.1.1电梯的结构
电梯是机、电一体化产品。
其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。
各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。
尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。
一、拽引系统
电梯拽系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。
主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。
拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。
拽引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。
导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。
二、导向系统
导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。
它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。
三、门系统
门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。
轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。
开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。
四、轿厢
轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。
它是有轿厢架和轿厢体组成的。
轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。
轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。
轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定。
五、重量平衡系统
重量平衡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额定载重。
重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。
六、电力拖动系统
电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。
拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。
供电系统是为电机提供电源的装置。
速度反馈系统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机相连。
调速装置对拽引电机进行速度控制。
七、电气控制系统
电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。
其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。
操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。
平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。
所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到用——平面的操作。
位置显示装置。
是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。
1-减速箱2-曳引轮
3-曳引机底座4-导向轮
5-限速器 6-机座
7-导轨支架 8-曳引钢丝绳
9-开关碰铁 10-紧急终端开关
11-导靴 12-轿架
13-轿门 14-安全钳
15-导轨 16-绳头组合
17-对重 18-补偿链
19-补偿链导轮 20-张紧装置
21-缓冲器 22-底坑
23-层门 24-呼梯盒
25-层楼指示灯 26-随行电缆
27-轿壁 28-轿内操纵箱
29-开门机 30-井道传感器
31-电源开关32-控制柜
33-曳引电机 34-制动器
图2-1电梯的基本结构剖视图及机械部件说明
八、安全保护系统
安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。
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，还有切断总电源的极限保护装置。
电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。
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