电气自动化毕业论文3600111.docx
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电气自动化毕业论文3600111
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五层电梯PLC控制系统
目录
前言..................................................1
第一章电梯的概述.................................3
1.1电梯的定义...................................................3
1.2电梯的发展状况...............................................3
1.3电梯的主要机械部件..........................................5
第二章电梯的拽引..................................................6
第三章电梯的电力驱动系统...........................................7
3.1电梯电力驱动系统的分类及要求...................................7
3.2交流感应电动机的转速调节及其评价...............................7
3.3交流调速电梯的运行工艺过程.....................................8
3.4交流双速电梯的主驱动系统......................................9
第四章PLC在电梯控制中的应用.......................................11
4.1PLC的控制要求...........................................11
4.2电梯启动、停车所需的条件....................................11
4.3设备选型....................................................11
4.4电梯控制系统原理框图........................................12
4.5交流双速电梯的主电路图.....................................12
4.6输入输出分配表......................................134.7PLC端子接线图............................................14
4.8程序的编写.........................................15
4.9门机、抱闸、门锁、安全运行电路..............................21
总结与体会...................................................22
参考文献.........................................................23
附录...........................................................24
前言
1852年，世界上第一台在德国柏林电梯诞生了，采用电动机拖动。
之后美国出现以蒸汽机为动力的客梯。
电梯安全装置的研究开创了升降机工业、电梯工业新纪元。
1858年美国纽约市的一台客梯上首次把蒸汽机作为提升设备的动力。
接着水压梯替代了蒸汽机梯；然后又是新的动力设备不断出现并替代了旧的动力设备，例如用液压泵和液压控制阀等。
1857年，世界第一台载人电梯问世，为不断升高的高楼提供了重要的垂直动输工具。
美国率先采用直流电动机作为电梯升级的驱动单元，并为今天的电梯发展奠定了基础。
1889年奥的斯公司在纽约试制成功第一台电力驱动蜗轮减速的电梯，这一设计思想为现代化的电梯奠定了基础。
1903年美国生产了不带减速器的无齿轮高速电梯，并把卷筒式传动改进为曳引槽轮式传动，在动力问题得到解决之后，美国着手研制电气控制及速度调节等方面课题。
1915年美国成功设计了自动平层控制系统以及高速电梯（6ms）。
在现代都市里，作为垂直运输工具的电梯得到了最广泛的应用。
电梯应用，大大的改善了劳动条件，减轻了劳动强度。
可以这么说，当今世界电梯的使用量已成为衡量现代化程度的重要标志之一。
电梯也随之成为现代化社会中作为垂直运输工具中其他交通工具不能替代的重要设备。
电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。
而PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点。
本论文主要介绍电梯总的发展状况，电梯的基本原理结构、电梯的电力驱动系统以及PLC在电梯控制中的应用。
第一章电梯的慨述
随着我国社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高，伴随建筑业的发展，为建筑物内提供上下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。
电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种人们频繁乘用的交通运输设备。
为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、管理电梯、维护好电梯。
1.1电梯的定义
电梯是服务于规定楼层的固定式升降设备。
它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的倾角小于15度的钢性导轨之间。
轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。
它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。
1.2电梯的发展状况
电梯是机械、电气结合的机电一体化产品。
其电气控制系统包括拖动系统和控制系统两部分。
电梯的质量好坏在很大程度上是由拖动系统和控制系统两部分决定的。
本设计采用的控制系统为可编程控制系统，即PLC控制系统。
可编程控制器简称PC机，是采用微处理器控制、可执行逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算等功能，并具有高可靠性的输入输出电路，能直接应用于工业环境中的通用自动控制设备。
时至今日，PC已拥有门类齐全的各种功能模块和强大的网络通讯能力，其控制范围由单机自动化、简单生产过程直至大型集散系统，可以覆盖现代工业的各个应用领域，满足绝大部分受控对象的不同控制要求。
综合国内外的发展状况，电梯已进入了全面发展的阶级：
在电气控制方面，大量使用微机和可编程序控制器（PLC）；在电梯操纵方面，出现声控电梯；在速度方面，出现了10ms以上的电梯；在导向方面，已研制出了无导轨电梯；在牵引方面，利用聚氨基甲酸脂减振器代替了传统的弹簧及橡胶减振器；在品种方面，出现了高效率双层电梯，大吨位集装箱电梯，节省了空间螺旋扶梯等；并且还发展出音响指层，有触觉操纵等适合伤残人使用的电梯。
电梯技术包括电梯电机的拖动技术和电梯运行的控制技术，本文着重研究PC机在电梯控制技术中的应用。
国产电梯控制技术过去一直是以继电器、接触器为核心，系统庞大、复杂,所用控制柜很大。
随着电脑技术的发展，各生产厂家也曾研制出全数控或微机电梯控制系统，以期提高运行可靠性。
但由于微机控制系统本身的不稳定,其故障率反而更高。
这时，PC机以其可靠的硬件，高级的可编程软件等优势，很快就得到电梯业内人士的青睐，短时间内PC机在电梯控制技术上的应用达到高潮，成为众多厂家的主要定型产品之一。
1.3电梯的主要机械部件
1、轿厢
2、电梯门
3、开关门机构
4、层门门锁
5、机械安全装置
电梯中，限速器、安全钳装置是十分重要的机械安全保护装置。
它的作用在于：
因机械或电气的某种原因，例如断绳或失控使电梯超速下降时当下降速度达到一定限值时，将轿厢擎停在导轨上。
不论是限速器还是安全钳都不能单独完成上述任务。
上述任务的完成是靠它们的配合动作来完成的。
图1-1是电梯的基本结构剖视图及机械部件说明：
1-1电梯的基本结构剖视图
1-减速箱；2-曳引轮；21-缓冲器； 22-底坑；
3-曳引机底座；4-导向轮；23-层门； 24-呼梯盒；
5-限速器； 6-机座；25-层楼指示灯； 26-随行电缆
7-导轨支架； 8-曳引钢丝绳；27-轿壁； 28-轿内操纵箱；
9-开关碰铁； 10-紧急终端开关；29-开门机； 30-井道传感器；
11-导靴； 12-轿架；31-电源开关；32-控制柜；
13-轿门； 14-安全钳；33-曳引电机； 34-制动器
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
第二章电梯的拽引
拽引电机是驱动电梯上下运行的动力源，其运行情况比较复杂。
运行过程中需要频繁的起动、制动、正转、反转，而且负载变化很大，经常工作在重复短时状态、电动状态、再生制动状态的情况下。
因此，要求拽引电机不但应能适应频繁起制动要求，而且要求起动电流小、起动力距大、机械特性硬、噪声小，当供电电压在额定电压7％的范围内变化，还能正常起动和运行。
（1）此种交流电动机具有两种速度，这样可以使起动与稳定运行时具有较高的速度，从而可太大的提高电梯的输送能力。
同时它又具有准确停层所需的较低速度，也保证了电梯停层准确度（对额定速度为1.OmS时，一般停层准确度为＜3Omm。
所以电梯的运行效率较单速电梯时大大提高。
（2）该驱动系统虽然比单速电梯的复杂，但相对其他电梯来说还是比较简单的。
系统虽然有级调速，但可以分别对高低速进行控制和调节。
因此电梯的运行效率和性能得到相当大的提高和改善，从而使得这种驱动程序系统在一般低速电梯中得到广泛的应用。
（3）这种电梯驱动系统和减速过程是采用低绕组的再生发电制动原理，即在减速开始的瞬间，快速绕组虽已从电网撤出，并立即把低速绕组接入电网而电动机的实际转述因电梯机械传动系统的惯性，仍维持在原快速状态时的转速。
因此，对低速绕组来说，此时的实际转速已大大高于低速绕组的同步转速，从而在低速绕组中产生发电制动减速过程。
对低速绕组来说，电动机处于发电机的工作状态，即把在快速运行时所具有的动能反馈到电网中去。
这样的减速制动方式是较经济的，电能消耗相对较少。
第三章电梯的电力驱动系统
3.1电梯电力驱动系统的分类及要求
电梯的电力驱动系统分为两大类：
交流驱动系统和直流驱动系统，由以下几部分组成。
（如图3-1所示）
图3-1电梯电力驱动系统图
电梯的电力系统要求是：
“快、稳、准”
3.2交流感应电动机的转速调节及其评价
以三相交流感应电动机为驱动的交流电梯中，在现有的条件下，交流电梯的运行速度一般均在1mS用以下。
而lmS＜V＜2．0mS则属交流调速（或称快速）电梯的范畴。
（1）改变三相交流感应电动机定子电压转速调节特性
这种调速方法的拽引电机工作在非正常状态下，如果长期处于低于额定电压下的运行，虽达到调速的墓顶，但其能耗、特性硬度、最大转矩等特性均低于额定电压时的情况，因此这种调速方法是不经济的，且性能也不理想，故这种调速方法今仅用于起动和制动的短暂时间内，以限制起动电流和改善电梯的舒适感。
由公式n0＝60fp中可知，当电动机的极对数P改变时交流感应电动机的同步转速n0也将改变。
所以，交流电梯中也常用改变电动机及对数P的方法获得电梯所需的转速调节特性。
这种具有二种以上及对数的电动机，我们通常称之为双速、三速电动机。
这种电动机的定于绕组有两种结构形式：
A．各独立统组的多速电动机（例如JTD系列电动机）；B．按特殊接线方法而改变极对数的单绕组多速电动机（例如YTD系列电动机）。
（2）改变三相交流感应电动机定于绕组的极对数时的转速
只能是有极的调节交流感应电动机的转速而不是无极的，因此在转速的调节过程中，即从一个极对数相对应的速度调节至另一极对数相对应的转述过程中，必定要采取有效措施防止电梯系统给乘客带来不舒服感觉和对机械传动系统产生冲击，这样为了转速的调节需添置众多的附加设备（例如接触器、电阻或电抗器等）。
假若在改变电动机极对数P的调节过程中，如保持其他参数基本不变，则从前面的式于和图中可以看出，对同一电动机的不同极对数P时的机械特性曲线基本上是平行的。
这是我们十分希望的调速特性。
也就是希望其调速后新的机械特性硬度p保持不变，这样才能保证交流双速电梯在不同负荷时其停层准确且保持不变。
由于在同一定于内需要布置两套三相统组（或改变单相统组的不同接线方法），则其不同极对数时相应的磁通量和功率是不一样的，因而极对数P越大，其最大转矩Mk也将有稍许变化。
（3）外力口涡流制动器等的转速调节特性
在交流电梯中除了三相交流感应电动机的本身进行速度调节外，还可以利用外加器件调节交流感应电动机的最后输出速度。
这种情况常见的有：
在电机内的一个独立统组中加一个可控制的直流电流或在交流感应电动机的轴端加一个可控制的涡流制动器。
但比较理想且控制方便的是涡流制动器的速度调节方法。
虽然这种调速方法的机械特性曲线较为理想，但其能量消耗是大的，而且把电动机的原有动能全部消耗在涡流制动器的发热上了。
3.3交流调速电梯的运行工艺过程
首先接通电梯的总电源及控制电源、照明电源；把电梯的层门和轿厢门打开；司机进入电梯轿厢内，合上轿厢内操作箱上应该合上的各种开关，并点亮轿厢内的照明灯；司机根据轿厢内乘客欲往的楼层或轿厢内无乘客时根据某个楼层的厅外召唤信号，司机锨按操作箱上相应的一个楼层或几个楼层数的指令按钮；自动定出电梯的运行方向；司机锨按起动开车按钮；自动关门；自动起动；分级加速至稳速运行；在接近目的楼层时，井道内该层永磁开关自动发出减速信号；
自动分级减速制动；自动平层停车；自动开门，让乘客出入电梯轿厢；司机再次掀按起动开车按钮，电梯内可以有专职司机操作，也可以有进入轿厢内的乘客自己操作，也可以有某个或几个楼层的厅外召唤信号而把电梯召唤来，而且在运行应答完最后一个（即最远一个）召唤信号后，电梯即可自动换向。
但是楼层厅外召唤信号的作用只有在电梯门关闭后方可起作用，此即所谓电梯轿厢内的指令信号“优先”于厅外召唤信号。
3.4交流双速电梯的主驱动系统
1、主驱动系统的结构原理
此交流双速电梯的主驱动系统结构原理：
三相交流异步电动机定于内具有两个不同极对数的绕组。
国内一般为6极（同步转速为1000rmin）和24极（同步转速为250rmin）两个统组。
这两个统组可以是各自独立的双绕组（例如JTD系列电动机），也可以是单绕组双速（通过工艺接线法获得两种极对数）这种主驱动系统的工作过程如下：
快速绕组（6极）作为起动和稳速（即额定速度）运行之用；而慢速绕组（24极）作为制动，减速平层停车之用。
起动按时间原则，串电阻，电抗一极加速；而减速制动也按时间原则进行两极在发电制动减速，以慢速绕组进行低速稳定运行，直到平层车。
2、交流双速电梯的主要性能与特点
（1）这种电梯的交流电动机具有两种速度，这样就使起动与稳定运行时具有较高的速度，从而可以大大提高电梯的输送能力。
同时它又具有准确停层所需的较低速度，也保证了电梯的停层准确度。
所以该电梯的运行效率比单速电梯有很大的提高。
（2）主驱动系统虽然比单速电梯的复杂，但相对其他电梯来说还是比较简单的。
系统虽然有级调速，但可以分别对高低速进行控制和调节。
因此电梯的运行效率和性能得到相当大的提高和改善，从而使得这种驱动系统在一般低速电梯中得到广泛的应用。
（3）这种电梯主驱动系统的制动和减速过程是采用低速绕组的再生发电制动原理，即在减速开始的瞬间，快速绕组虽然从电网撤出，并立即把低速绕组接入电网而电动机的实际转速因电梯机械传动系统的惯性，仍维持在原快速状态时的转速。
因此，对低速绕组来说此时的实际转速已大大高于低速绕组的同步转速，从而在低速绕组中产生再生发电制动减速过程。
对低速绕组来说，电动机处于发电机的工作状态，即把快速运行时所具有的功能反馈到电网中去。
这样的减速制动方式是较经济的，电能消耗相对较少。
第四章PLC在电梯控制中的应用
目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。
而PlC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。
PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。
PLC控制技术在现今工业控制中的应用得到长足的发展，在电梯行业中，也得到广泛的应用，一般用于完成逻辑控制，拖动调速系统一般使用变极调速、调频调压调速等方式。
4.1PLC的控制要求
（1）、变化灵活、故障少、抗干扰能力强、维修方便。
（2）、当乘客进入电梯，按一下楼层按钮，电梯门自动关闭后，根据轿厢所处处置及乘客所处层数，判定轿厢运动方向，保证轿厢平层时减速。
将轿厢停在选定的楼层上，同时根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开、关门。
4.2电梯的启动停车所需条件
（1）安全保护系统正常
（2）门锁锁闭
（3）定向部分选择好电梯的运行方向
（4）选层部分选择好停车楼层
（5）电梯必须到达要停车楼层的减速点
（6）电梯到达目标楼层的平层位置
4.3设备选型
PLC控制器选用三菱FX2N-64MR
三菱FX2N-64MR的优点有：
1、体积小节省空间。
2、灵活多变的系统配置。
3、功能强、使用方便。
4.4电梯控制系统原理框图
4.5交流双速电梯的主电路图
4.6输入输出分配表
PLC端口类型
地址分配
名称及作用
数
字
量
输
入
X400-x404
上行楼层感应干簧管触点
X405-x411
下行楼层感应干簧管触点
X500-x504
轿内指令按钮
X505-x510
1-4层上召唤按钮
X000-x003
2-5层下召唤按钮
X004
有无司机操作方式转换开关
X005
下平层感应器触点
X412
上平层感应器触点
X413
门区感应器触点
X511
司机上行选择按钮
X512
司机下行选择按钮
X513
上强迫换速开关
X411
下强迫换速开关
输
出
Y430
KM1上行接触器
Y431
KM2下行接触器
Y432
KF快速接触器
Y433
KS慢速接触器
4.6PLC端子接线图
4.7PLC中继电器分配表
M100-M104
楼层感应中间继电器
M105-M111
指层中间继电器
M112-M116
轿内指令中间继电器
M119-M122
2-5层向下召唤中间继电器
M123-M126
1-4层向上召唤中间继电器
M130
上行中间继电器
M131
下行中间继电器
M132
司机上行中间继电器
M133
司机下行中间继电器
M134
换速中间继电器
M135
门锁中间继电器
M140
下平层感应中间继电器
M141
门区感应中间继电器
M142
下平层感应中间继电器
M143
运行中间继电器
M144
换速消除中间继电器
4.8程序的编写
M130X400
M100
M131X405
M130X401
M101
M131X406
M130X402
M102
M131X407
M130X403
M103
M131X410
M130X404
M104
M131X411
M100
M105
M101M105
M101
M106
M100M101M102
M102
M107
M101M107M103
M103
M110
M102M110M104
M104
M111
M103M111
2、轿内指令控制梯形图
X500M100
M112
M130M112
M131
X501M101
M113
M130M113
M131
X502M102
M114
M130M114
M131
X503M103
M115
M130M115
M131
X504M104
M116
M130M116
M131
3.门厅召唤控制梯形图
X000
M119
M105M119M130
X505
M123
M106M123M131
X001
M120
M106M120M130
X506
M124
M170M124M131
X002
M121
M107M121M130
X507
M125
M110M125M131
X003
M122
M110M122M130
X510
M126
M111M126M131
4.选向控制梯形图
M112M105M133Y430M131
M130
M113M106M105
M114M107M106M105M130
M115M110M107M106M105
M116M111M110M107M106M105
M116M111M132Y431M130
M131
M115M110M111
M114M107M110M111M131
M113M106M107M110M111
M112M105M106M107M110M111
X004X511
M132
X004X512
M133
5.换速控制梯形图
M105M114
M134
M113M106
M114M107
M115M110
M111
M130M131
M134
M105M106M107M110M111
M144
6.起动控制梯形图
X513M130M135M134
M143
X411M131
M141M143Y433
Y432
Y431M141Y432
Y433
Y430
7.电梯平层控制梯形图
X412
M140
X413
M141
X005
M142
T450M143M130Y431
Y430
M141Y433Y430
Y432M142M143M140
T450M143M131Y430
Y431
M141Y433Y431
Y432M140M143M142
4.9门机、抱闸、门锁、安全运行电路
总结与体会
本课程设计是在朱晖老师的精心指导和严格要求下完成的。
从在做设计以来，我不仅在专业上有了很大的进步，而且恩师的严谨治学态度、务实工作作风、高度的责任心，也使我受益非浅。
在此，我要向朱晖老
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