毕业论文(设计)：电梯轿厢设计及PLC控制系统设计.doc
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成人教育学生毕业论文
电梯轿厢设计及PLC控制系统设计
系部名称：
汽车工程系
专业班级：
交通运输B02-2班
学生姓名：
崔志军
指导教师：
刘成明
职称：
副教授
黑龙江工程学院成人教育学院
二○○七年六月·哈尔滨
TheGraduationDesignforBachelor'sDegree
StudyonConstructionMachinery
HydraulicSystems
Candidate：
ZhangXianfen
Specialty：
ConstructionMachinery
Class：
B02-2
Supervisor：
AssociateProf.LiChunxiang
HeilongjiangInstituteofTechnology
2006-06·Harbin
黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文）
摘要
本文主要对电梯轿厢及PLC控制系统进行设计。
分析了电梯轿厢要求实现的功能要求和PLC控制系统要求达到的标准，了解了电梯轿厢及PLC控制系统的工作原理，基本结构，系统组成及功能。
本次研究主要是对客用电梯轿厢的设计及对PLC控制系统的研究。
电梯是一个简单的机电一体化产品，融合了红外技术，单片机，继电器，电机等相关技术。
其主要技术路线是通过PLC系统控制，触发电机工作，通过控制电机的行程来控制电梯的上下运动。
设计主要包括了电梯轿厢的结构，PLC控制系统设计。
本文对设计中，轿厢的结构图，装配图，零件图，都有详细的说明。
关键词:
轿厢PLC控制系统继电器单片机
ABSTRACT
Inthispaper,IintroducethedesginofelevatorcarandPLCcontrolsystems.AnalysisoftheelevatorcardemandsofthefunctionalrequirementsandthePLCcontrolsystemrequirementsofthestandard,understandingoftheelevatorcarandPLCcontrolsystemworks,thebasicstructureofthesystemcomponentsandfunctions.ThestudyofthepassengerelevatorcaronthedesignandPLCcontrolsystems.
Elevatorisasimplemechanicalandelectricalintegrationproductsandintegrationofinfraredtechnology,SCM,relays,electricalandotherrelatedtechnologies.ThemainroutesthroughthetechnologyPLCcontrolsystem,triggeringtheelectricalwork,bycontrollingthemotortriptocontroltheliftupanddownmovement.
Designincludesthestructureoftheelevatorcar,PLCcontrolsystemdesign.Inthispaper,thedesignofthestructureoftheCabin,assembly,partsmap,therehavebeendetailedinstructions.
Keywords：
ElevatorCar；PLCControlSystem；RelayControl；SCM
II
黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文）
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章引言 1
1.1设计的背景与意义 1
1.2国内外的研究或设计开发情况 2
1.3设计的性质和任务 3
第2章电梯轿厢设计 3
2.1基本概念 3
2.1.1轿厢 3
2.1.2轿底 3
2.1.3轿壁 4
2.1.4轿顶 4
2.2轿厢称重装置 5
第3章电梯的电气控制系统 5
3.1电梯控制系统概述 5
3.1.1继电器-接触器控制系统 6
3.1.2半导体逻辑控制系统 6
3.1.3微机控制系统 6
第4章PLC在电梯电气控制系统中的应用 6
4.1PLC的产生及发展 7
4.2PLC控制的电气控制系统 8
4.3PLC的硬件结构及其基本工作过程 9
第5章PLC在电梯上的应用技术基础 10
5.1概述 10
5.2PLC脉冲选层控制原理 10
5.2.1电梯系统连接框图及信号传输说明 10
5.2.2利用脉冲计数实现位移控制 11
5.2.3脉冲计数方式及防乱层措施 12
5.3脉冲计数软件设计 13
5.3.1各特殊继电器及数字寄存器的使用及说明 13
5.3.2井道层高自学习 14
5.3.3正常运行时的换速过程 15
5.3.4正常运行程序举例及说明 16
第6章设计总结 17
参考文献 19
致谢 20
附录 21
黑龙江工程学院成人教育学院学生毕业设计（论文）
电梯轿厢及PLC控制系统设计
第1章引言
1.1设计的背景与意义
电梯进入人们的生活已经150年了。
一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升人类生活质量的承诺。
1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明。
他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。
令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中——奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。
“一切安全，先生们。
”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。
谁也不会想到，这就是人类历史上第一部安全升降梯。
人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。
早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：
即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。
早期的升降工具基本以人力为动力。
1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。
英国科学家瓦特发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。
紧随其后，威廉·汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯，液压的介质是水。
在这些升降梯的基础上，一代又一代富有创新精神的工程师们在不断改进升降梯的技术。
然而，一个关键的安全问题始终没有得到解决，那就是一旦升降梯拉升缆绳发生断裂时，负载平台就一定会发生坠毁事故。
奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。
从那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。
1889年12月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。
1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。
生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。
150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。
如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。
调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保——一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。
1.2国内外的研究或设计开发情况
电梯是机电一体化的高技术产品，目前国产电梯的技术水平和产品质量都已进入世界先进行列，但电梯运行中关人、夹人、蹲底、冲顶等事故时有发生，电梯的质量焦点反映在运行可靠性上。
电梯运行可靠性的提高一方面要通过改进设计、提高制造、安装质量来解决，另一方面要依靠完善的维修保养体系和先进的信息管理系统来解决。
由于电梯是一种非常繁忙的运输工具，最繁忙时每小时起、制动达240次之多，电梯的运行部件（如层门等）多，操作按钮多，乘坐人员素质差异很大，所以可靠性的提高更大程度上是依靠维修保养。
目前国际上电梯技术进步的侧重点已转向售后和物业服务，美国、口本、欧洲的电梯公司都利用现代化的通讯手段和计算机技术开发了各自的电梯信息管理系统。
把自己负责维修保养的电梯置于监控网络之中。
当电梯出现故障时，能够在第一时间发现故障，并在此瞬间既把故障情况自动通知信息管理系统，同时又立即呼叫专职维修人员来排除故障。
由于该系统能够储存电梯的日常运行数据和日常发生的故障记录，这就使得厂家和用户对一段时间内特定电梯的运行情况有一个全面的了解。
改革开放以来，我国电梯保有量迅速增长，如何保证每台电梯都能够可靠运行，已成为提高物业管理水平和我国电梯技术进步的关键所在。
据统计，我国在用电梯34.6多万台，每年还以约5万～6万台的速度增长。
电梯服务中国已有100多年历史，而我国在用电梯数量的快速增长却发生在改革开放以后，目前我国电梯技术水平已与世界同步。
100多年来，中国电梯行业的发展经历了以下几个阶段：
①对进口电梯的销售、安装、维保阶段（1900～1949年），这一阶段我国电梯拥有量仅约1100多台；
②独立自主，艰苦研制、生产阶段（1950～1979年），这一阶段我国共生产、安装电梯约1万台；
③建立三资企业，行业快速发展阶段（自1980年至今），这一阶段我国共生产、安装电梯约40万台。
目前，我国已成为世界最大的新装电梯市场和最大的电梯生产国。
本课题根据实际生活中最常用的客梯轿厢及PLC控制系统进行设计，总结经验，尝试突
1.3设计的性质和任务
近年来，我国自己已经能生产出质量很高的电梯了，但是与发达国家电梯生产厂家比起来还是有所不足，我国自己的电梯厂家与美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、日立、东芝、富士达等老牌电梯生产厂家之间还是有一定的差距的，无论是从安全性，耐久性，舒适性等方面都存在着差距。
因此要通过对先进知识的学习，不断提高我国生产电梯的技术水平。
开展国产电梯轿厢安全舒适性及PLC控制系统的研究工作。
加强对电梯轿厢及PLC控制系统的理论方面的研究，改进其工艺参数，提高产品质量。
加强对电梯各方面的了解，提高硬件部分的质量和软件部分的稳定性，一方面要通过对工人的生产技术的培训，另一方面技术人员要通过不断的学习先进的知识，不断完善自身的设计。
我国电梯行业已经存在了100多年。
100多年来我国电梯业的技术人员通过不断的对国外先进技术的学习使我国电梯业越来越壮大，与国外老牌电梯厂家的差距也越来越小，生产的
电梯的种类也越来越多，安全高速稳定的电梯也渐渐进入人们的生活，而人们生活对于电梯的需求也有增无减使电梯业有着广阔的发展前景。
第2章电梯轿厢设计
2.1基本概念
2.1.1轿厢
一般电梯的轿厢由轿底，轿壁，轿顶，轿门等机件组成，轿厢出入口及内部净高度至少为2M，轿厢的面积应按GB7588—2003的8.2条规定进行有效控制。
2.1.2轿底
轿底用6-10号槽钢和角钢按设计要求的尺寸焊接成框架，然后在框架上铺设一层3-4mm厚的钢板或木板而成。
一般货梯在框架上铺设的钢板多为花纹钢板。
普通客，医梯在框架上批社的多为普通平面无纹钢板，并在钢板上粘贴一层塑料地板。
高级客梯则在框架上铺设一层模板，然后在模板上铺放一块地毯。
高级客梯的轿厢大多设计成活络轿厢，这种轿厢的轿底，轿顶与轿架之间不用螺栓固定，在轿顶上通过四个滚轮限制轿厢在水平方向上作前后和左右摆动。
而轿底的结构比较复杂，需要一个用槽钢和角钢焊接的轿底框，这个轿底框通过螺栓与轿架的立梁连接，框的四个角各设置一块40-5-mm厚，大小为200mmX200mm左右的弹性橡胶垫。
和一般轿底结构相似，与轿顶和轿壁紧固成一体的轿底放置在轿底框的四块弹性橡垫上。
由于这四块弹性橡胶垫的作用，轿厢能随载荷的变化而上下移动。
若在轿底装设一套机械和电气的检测装置，就可以检测电梯的载荷情况。
若把载荷情况转变为电信号送到电气控制系统，就可以避免电梯在超载的情况下运行，减少事故发生。
2.1.3轿壁
轿壁多采用厚度为1.2-1.5mm的薄钢板制成槽钢形式，壁板的两头分别焊一根角钢做堵头。
有的电梯轿壁上还设有安全门，必要时撤离轿厢内人员。
轿壁间以及轿壁与轿顶，轿底间多采用螺栓紧固成一体。
壁板长度与低体的类别及轿壁的结构形式有关，宽度一般不大于1000mm，为了提高轿壁板的机械强度，减少电梯在运行过程中的噪声，在轿壁的背面点焊用薄板压成需要形状的加强筋。
大小不同的轿厢，用数量和宽度不等的轿壁板拼装而成。
为了美观起见，有的在各轿壁板之间还装有铝镶条，有的还在轿壁板面上贴一层防火塑料板，并用0.5mm厚的不锈钢板包边，有的还在轿壁板上贴一层0.3-0.5mm厚，具有图案或花纹的不锈钢薄板等等。
对乘客电梯，轿壁上还装有扶手，整容镜等。
观光电梯轿壁可使用厚度不小于10mm的夹层玻璃，玻璃上应有供应商名称或商标，玻璃形式和厚度的永久性标志。
在距轿厢地板1.1m高度以下，若使用玻璃做轿壁，则应在0.9-1.1m的高度设一个扶手。
这个扶手应牢固固定。
2.1.4轿顶
轿顶的结构与轿壁相仿。
轿顶装有照明灯，有的电梯还装有电风扇。
除杂物电梯外，有的电梯轿顶还设置安全窗，以便发生事故或故障时，司机或检修人员上轿顶检修井道内的设备，必要时乘用人员还可以通过安全窗撤离轿厢。
由于检修人员经常上轿顶保养和检修电梯，为可确保电梯设备和维修人员的安全，电梯轿顶应能承受三个带一般常用工具的检修人员的重量。
轿厢是乘用人员直接接触的电梯部件。
因此，各电梯制造厂对轿厢的装潢是比较重视的，特别是高级客梯的轿厢在装潢上更下功夫，除常在轿壁上贴各种类别的装潢材料外，还在轿厢地板上铺地毯，轿顶下面加装各种各样吊顶，如青天白云，满天星吊顶等等，给人以豪华，舒适的感觉
2.2轿厢称重装置
当轿厢载荷超重时电梯应不能启动运行，发出报警声，只有当轿厢中载荷等于或小于额定载荷时电梯才能启动运行。
完成载荷称重功能的装置为轿厢称重装置，按工作原理一般有三类：
机械式，橡胶块式，压力传感式。
它可以分为设在轿底下的机械称重装置和设在轿顶或机房的机械称重装置。
它利用磅秤原理，当轿厢受载荷后，连接块在重力作用下向下移动，当轿内重量达到设定值时，轿底的下移使连接块上的开关碰块碰触微动开关，电梯控制线路被切断。
此时电梯不能起动，警报器响，超载灯亮。
称量值可以通过移动秤砣和副砣来调节。
轿顶或机房机械式称重装置利用的是杠杆原理，称重装置与轿顶或机房中绳头悬挂板结合在一起，维修保养比较方便，但由于钢丝绳及补偿绳的长度变化，称重值必须修正。
第3章电梯的电气控制系统
3.1电梯控制系统概述
就一般集选控制系统而言，大致有以下几部分组成：
轿内指令登记与消号，厅外召唤登记与消号，安全保护线路，定向选层线路，启动线路，减速平层线路，楼层指示线路，开关门控制线路，驱动回路控制线路，检修运行线路，消防运行线路，主控回路等。
这几部分共同构成电梯的控制系统，实现电梯的登记，开关门，启动，运行，减速，平层等各种功能。
在电梯的电气自动控制系统中，逻辑判断起着主要作用，而逻辑判定中，逻辑运算的支配是十分重要的。
电梯的电气自动控制系统必须启动各种控制信号元件，如：
接触器，继电器，发光指示器，电动机等。
从系统的实现方法来看，电梯的控制系统经历了继电器控制，可编程控制（PLC），单片机控制，多微机控制等多种形式，这些控制方式代表了不同时期电梯控制系统的主流，并且随着大规模集成电路和计算机技术的发展而逐步推成出新。
3.1.1继电器-接触器控制系统
继电器电梯控制系统是我国20世纪80年代运用最广泛的一种电梯控制方式。
由这种控制方式实现的电梯控制逻辑线路具有简单，直接，易于理解和掌握的优点。
但由于该类系统是由若干个继电器和接触器构成，使用一段时间后其触点往往接触不良，所以电梯故障率较高；另一方面，众多的继电器，接触器动作噪声较大，控制系统的能量消耗大，整个控制柜体积也很大；由于继电器，接触器触点动作的时滞性，接点闭合缓慢，使其存在机械和电磁惯性的影响。
由于系统有上述诸多弊病，继电器-接触器系统仅仅应用于电梯速度和控制要求不高的场合。
3.1.2半导体逻辑控制系统
20世纪60年代末随半导体技术及其器件的发展和广泛应用，晶体二极管，三极管等电子器件替代了继电器-接触器的有触点系统。
这种控制技术避免了上述继电器-接触器系统存在的缺点，因其没有接点的磨损或接触不良问题，也不存在使用寿命问题，其可靠性得到极大提高。
特别是随着计算机技术在工业控制系统中的广泛应用，由可编程控制器（PLC）
取代继电器而工程的电梯控制系统开始大量涌现。
通过可编程控制器可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而最主要的是可编程控制器的“可编程功能”，当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可，而不需要像继电器控制系统那样接线。
可编程控制器组成的电梯控制系统与继电器电梯控制系统相比，可靠性提高，故障率下降，维修方便，噪声降低。
3.1.3微机控制系统
随着大规模集成电路的出现和反站，尤其自20世纪70年代末和80年代初开始，微机在各个领域内的广泛应用，国外电梯制造商已成功地把微机技术应用于电梯控制系统，并取得了相当惊人的成就。
国内的几家电梯合资企业也相继推出了一些不同的微机控制系统。
因为微机在电梯中的应用不仅却带了大部分继电器和选层器，而且整个系统更加可靠，灵活性进一步得到增强；可以方便地实现电梯的集选功能，群控管理，故障指示，防捣乱功能等。
用微机给定电梯速度运行曲线，可以提高运行效率和改善乘坐舒适感。
因此，目前越来越多的电梯采用了微机控制技术，是今后发展的主要方向。
第4章PLC在电梯电气控制系统中的应用
随着微型计算机的迅速发展与普及应用，微机技术在国防，工业，农业，企业管理，日常生活等各个领域被日益广泛的应用着，起着越来越重要的作用。
在工业控制方面，采用微机技术的可编程控制器（俗称PLC，以下简称PLC），PLC是一种工业控制微机。
在控制功能方面，由于PLC与单板机或通用微机相比，工作更稳定可靠，而且编程简单，使用方便，应用设计和调试周期可大大缩短，加之又能在恶劣的工业环境下和强电一起工作，容易实现机电一体化，因此身手人们的欢迎。
我国自20世纪80年代末明令停止采用中间继电器作为电梯运行过程管理控制作的主要器件后，近十几年来生产的数十万台电梯中，有多半采用PLC作为电梯运行管理控制装置。
而且国内自20实际50—80年代末生产的十多万台电梯中，又几乎全是继电器控制的，对这部分老式继电器控制电梯进行技术升级换代改造时，又多采用PLC取代中间过程管理控制继电器因此采用PLC作为运行管理控制的电梯数量很大。
作为电梯的从业安装，维修人员，了解掌握PLC的结构原理和应用技术也十分必要的。
PLC在我国的应用有着十余年的历史，而且日趋广泛。
在电梯行业里，近十多年来，更是以异常快的速度发展着。
采用PLC控制的各类电梯，由于PLC的可靠性高，易于掌握，维修方便，而倍受广大用户的欢迎。
4.1PLC的产生及发展
（1）PLC的定义
据有关资料介绍，国际电工委员会（IEC）曾于1982年和1985年先后两次颁布有关PLC的标准，标准对PLC作如下定义：
“可编程序控制器的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算，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。
可编程序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，易于扩充其功能的设计原则。
”
（2）PLC的产生及其设计思想
据有关资料介绍，美国最大的汽车公司，美国通用汽车公司为适应汽车不断更新换代，不断更新汽车自动生产线上专用设备的需要，与1986年曾设想把具有“功能完备，灵活，通用”等优点的微机技术和具有“简单易懂，操作方便，价格低廉”等优点的继电器系统结合起来。
把微机的编程方法和程序输入方式加以简化，制成一种使那些不太熟悉计算机的工人，技术人员也能很快地掌握，正确使用的新兴控制装置，并提出以下招标指标：
1）编程简单，并可在现场修改；
2）维护方便，最好是插件式；
3）可靠性高于继电器控制柜，体积小于继电器控制柜，价格可与继电器控制柜竞争；
4）可将数据直接输入管理计算机；
5）输入可以是115V交流电，输出为115V，2A以上，可直接驱动电磁阀；
6）需扩展时，原有系统只需很少变动；
7）拥护存贮容量至少能扩展到4K。
美国数字设备公司（DEC），按通用汽车公司的招标要求，于1969年试制成功第一台新型控制装置，并在通用汽车公司的自动生产线上试用成功。
该新型控制装置被定名为可编程序控制器，1980年美国汽车制造协会把可编程序控制器命名为PLC。
（3）PLC的发展简况及其发展方向
1）PLC的发展简况早期的可编程序控制器，译名为可编程序逻辑器（PLC），它以准计算机的形式出现。
在硬件结构上它简化了计算机的内部电路，主要采用分立元件和中小规模集成电路可、结构和磁心存贮器。
在接口电路上作了适应工业控制要求的变化。
在软件方面它简化了计算机的编程指令，并采用面向拥护，接近自然语言的编程方式。
1975年以后，美国，日本，联邦的国等国家开始采用微处理器（CPU）作为可编程序控制器的中央处理单元，从而扩大了可编程序控制器的功能，提高了可靠性，增加了灵活性，而且降低了成本。
我国70年代末已有几家研究所和企业开始引进PLC生产技术，80年代初有个别企业开始试生产。
80年代末国内已有国营，合资的PLC生产企业十余家，已具有一定的产量和生产规模。
2）PLC的发展方向1980年美国PLC年会上曾指出，PLC正朝两个方向发展：
1.朝大型化，高功能化，分散型，多层分布式的工厂自动网络化方向发展。
它不但具有逻辑运算，计时，计数等功能。
还具有数值运算，模拟调节，监控，记录，显示，计算机借口，数据传送等功能。
而且还能进行中断控制，只能控制，过程控制，远程控制等等：
2.朝简易，超小型方向发展。
以适应中小型，分散，低要求的工业控制场合，以及单机控制和要求机电一体
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