基于PLC的施工升降机控制系统优秀毕业论文读书笔记.doc

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毕业设计（论文）

读书报告（读书笔记）

学院：

机械与控制工程学院

课题名称：

基于PLC的施工

升降机控制系统设计

专业（方向）：

自动化（控制）

班级：

学生：

指导教师：

日期：

10

读《基于PLC的电梯群控系统N:

N网络设计》

吴丽,李小雄.基于PLC的电梯群控系统N:

N网络设计[J].煤炭技术,2010,29（8）:

52-54.

在这篇期刊中对电梯群控系统按呼梯信号最小等待时间原则设计，为了保证1部或多部电梯检修时，系统内其他电梯还能正常运行，考虑为每部电梯配置1套可靠性较高的FX2N-64MR可编程控制器（PLC）作为控制单元。

各控制单元之间由三菱PLC专用N:

N网络连成一个系统，这样每个控制单元均可以检测到其他单元的动态参数变化，当有呼梯信号发生时，控制程序依据这些参数判断他梯的运行状态、运行方向、轿厢与呼梯的距离，来决定本梯是否响应。

在N:

N网络架构下,由于每个控制单元的动态数据区都唯一，且对其他控制单元透明，因此上位机可以与系统内任一控制单元通过RS-485总线连接，在上位机上安装kingview6.5工业系统组态监控软件,经系统组态完成群梯监控系统设计。

在网络中的FX2N-485-BD通信模板设计中，FX2N-485-BD通信模板是FX系列可编程控制器的通用通信模板，可直接连接到FX2可编程控制器的基本单元。

通过该模板可在FX2N可编程控制器之间，或可编程控制器与PC之间进行无协议、专用协议（1:

N）、并行连接（1:

1）及N:

N网络连接等多种形式的通信。

FX2N-485-BD连接其他RS485（422）单元时，要使用屏蔽双绞线，可选择双对子连接和单对子连接两种形式，在N:

N网络的应用中，必须采用单对子连接[3]。

单对子连接时，只使用1对屏蔽双绞线，在端子RDA和RDB之间连接终端电阻（110Ω/0.5W）。

在设置网络协议中，目前PLC网络多采用分级分布式复合结构时，一般分为三级（层）：

管理层（以太网）、控制层（开放式，标准的现场总线）、现场层（部件层）也就是指装置层和传感器层。

N:

N网络的MAC（介质访问控制）协议采用令牌总线协议。

N:

N网络在设计时采用了三级总线型结构的中间一级，即控制层，最低一层为远程I/O链路，负责与现场设备通信，收集现场数据，驱动执行器，在远程I/O链路中配置周期I/O通信机制，这一层也可配置AS-（I传感器－执行器接口）链路。

读《基于PLC及触摸屏的液压施工升降机控制系统设计》

黄雀群.基于PLC及触摸屏的液压施工升降机控制系统设计[D].西安：

西南交通大学，2009.

本论文的设计背景是施工升降机在建筑施工中不可缺少的垂直运输机械，然而目前国内普遍生产电机一机械传动式施工升降机，由于其控制方式是通过接触器控制来实现，其自动化控制水平较低，在施工运行过程中，存在大量问题，而且速度单一、启制动冲击大、乘员感觉不适等缺点，不能满足中高层和超高层建筑项目的施工要求。

因此研究施工升降机的控制系统是一个很有意义的工作，不但提高工作效率,消除安全隐患,还能产生更大的经济效益，而液压升降机运行速度快，可实现无级调速，起动、制动平稳，因此本文以液压施工升降机为背景，对其控制系统进行了设计，在全面了解施工升降机基本工作原理的基础之上，设计了30层的液压驱动型施工升降机控制系统。

该系统主要由两部分组成：

主控制系统和显示监控系统，主控制系统和显示监控系统采用串行通信的方式完成施工升降机控制的全过程。

论文的设计中主控系统采用FX2N48MR-001PLC为控制核心，结合模拟量输出模块FX2N-ZDA，并设计了施工升降的理想速度曲线。

PLC系统完成了所有I/O信号和上位机串口通信信号的接收，根据其内部设计程序进行集中运算处理，实现了对液压施工升降机的控制系统的逻辑信号及速度控制。

另外，还根据控制系统要求，设计了控制系统主回路、安全运行电路、电液比例控制回路等。

显示监控系统选用的是触摸屏PWS1711-STN可编程控制终端，采用其带的人机交互界面编辑软件HITECHADP，设计友好的选层参数的输入和运行状态监控界面。

实现了施工升降机运行过程的良好人性化。

通过对本施工升降机控制系统的设计，可大大提高施工升降机控制系统自动化控制水平。

PLC和触摸屏的优势互补，提高控制系统的可操作性及安全性。

读《体育场升降机无线控制系统》

张野.体育场升降机无线控制系统[D].大连:

大连理工大学,2012.

该论文的设计背景是，目前，大型体育场常设置多个配有升降机的篮球架，当需要在场地上做其他活动时，要将篮球架升起到体育场棚顶，腾出场地空间,提高体育场的使用灵活性。

为了符合绿色环保、节能减排的可持续发展路线，进一步实现体育场升降机控制的现代化管理，本文在分析传统控制方式不足的基础上，提出了基于Zigbee短距离无线射频技术、嵌入式技术和数据库技术的体育场升降机无线控制系统。

这个系统包括一个手持遥控终端和多个升降机控制终端。

其中，手持遥控终端以STM32F103为核心处理器，处理系统中显示、触摸屏响应、Zigbee节点数据收发等任务；采用EPM570作为4.3寸TFT-LCD显示屏的驱动器，反应迅速，画面清晰，提供良好的人机界面；使用CC2530无线通信芯片，配合TI的Z-STACK协议栈，实现数据的可靠收发；遥控终端使用锂电池供电，并配有先进的锂电池充电芯片和电源管理电路，提高电池的利用效率。

升降机控制终端同样配有以CC2530为核心的Zigbee接收节点，接收遥控终端发来的命令，通过继电器控制升降机完成升降动作。

另外，上位机端采用VB语言编写管理软件界面，结合Access数据库，负责对升降机操作过程进行记录，便于查询管理，还可以将数据库上传给网络服务器，实现对多个体育场升降机的统一管理。

该论文系统包括了：

1）总体方案设计，在分析具体产品要求和保证系统高性价比的基础上，确定了系统总体方案，包括手持遥控器、降机控制单元、Zigbee网络模块和上位机数据库软件。

2）硬件设计：

①手持遥控器上TFT-LCD驱动电路设计。

采用CPLD配合双SRAM的全新方案，实现高分辨率屏的准确快速显示。

②手持遥控器上主控电路的设计。

包括核心处理器及其外围电路设计、111源符理电路设计、触摸屏驱动设计和串行通信接口设计等。

③ 升降机控制单元硬件设计。

包括核心处理器及其外围电路设计、两级继屯器输出电路设计和串行通信接口设计等。

3）软件设计：

①手持遥控器上TFT-LCD驱动软件设计。

采用VerilogHDL语言，对CPLD进行编程，还包括前仿真、后仿真和时序约束分析等工作。

②手持遥控器上核心处理器的软件设计。

采用标准C语言，对Contex-M3内核的ARM芯片进行编程,包括美观易用的人机界面设计、触摸屏信号采集程序和串口收发程序等。

③升降机控制单元的软件设计。

同样采用C语言编写程序,完成串口数据的接收和继电器的逻辑控制。

读《基于PLC控制的矿井提升机制控系统的应用》

李娜.基于PLC控制的矿井提升机制控系统的应用[J].煤炭技术,2012,31（4）:

30-31.

该论文基于，PLC自动控制系统代表着先进电气控制系统，依照煤矿矿井提升机的要求，引入的PLC系统，不仅拥有原电气控制系统的所有功能，也有其自己独特的功能，具体功能如下：

第一，根据提升机控制系统制作方法和所处系统环境，能够达到操作单元发出的命令，通过网络实现各部分之间的数据交流并产生便于计算机控制的数字命令的功能。

第二，完成不同状态下准S曲线，且在模块进行速度递减操作的过程中，实现曲线全自动修正及操作的功能。

第三，数字化行程监控。

在矿井升降机标准运行速度下，对其机械位置及升降快慢在整个运行过程中实施监察，完成机械速度调整和升降机提升次数，并具有更直观的数字或曲线显示功能，能准确的显示升降机具体位置。

第四，具有自诊断功能，能发出明显的声光特性，能检测出系统模块出现故障的准确位置。

第五，具有完善的后续保护。

论文中控制系统具有的状态：

1）工作状态：

工作状态在PLC操作单元过程中又分为不同的状态，它们分别是常规工作状态和快捷工作状态2种。

在常规工作状态下,所有的PLC单元都具有可靠性强，自动化程度高，能自动检测和工程控制及监控整个过程；在快捷工作状态下，PLC具有选择性，此时控制模块的PLC运作停止,仅有传动PLC正常运行，减少了不必要浪费，合理利用系统装置。

在快捷工作中操作单元丧失了极小部分监测和运作功能，且控制系统的运行速度也局限在3m/s的范围内，但是控制单元依然能实现数字操作，并能快速实现简单的提升机升降的任务和整个过程中重要的位置监控。

2）运作状态和驱动状态：

通过大量的实际操作发现，运作状态在PLC的操作模块中又分为自动和手动2种状态。

其中矿井提升机在自动状态下发出开测启动的信号时,根据接收到的信号指令对提升机系统发出数字命令，计算机根据全数字的命令来实现机器的开启停止、速度调整、里程统计等等操作,全面实现整个过程的自动监测控制,方便司机实时勘察矿井提升机全程的工作状态，对故障及时发现及时处理。

手动状态就是在实际操作环境和丰富的实践经验下，司机通过操作手柄来实现对提升机的一系列手动控制，同样采用技术成熟的PLC实现故障自检测,因此其安全性、稳定性依然可靠。

驱动状态在PLC操作模块中包括3种系统驱动状态，分别是全桥、桥1半载和桥2半载3种，通过分工精细，保证了矿井提升机在不同驱动下正常运作。

实际工作并没有这3种状态的分类，这3种状态是互为条件、相互作用共同存在的。

读《PLC、触摸屏及变频器在升降机中的应用》

印浩.PLC、触摸屏及变频器在升降机中的应用[J].制造业自动化,2002,24（12）:

51-54.

该升降机水平布枪,由直流伺服驱动。

其特点是调节方便,上下速度分别可调,调速性能好。

但模拟控制,技术比较落后，且在不同速度情况下,定位有明显偏差。

在论文中升降机系统设计方案包括：

1）分析控制要求,一般设备运动定位控制的方法很多,从驱动的角度上主要有步进驱动控制、直流伺服驱动控制、交流伺服驱动控制、交流变频驱动控制等。

步进驱动功率小、速度慢,不适合连续、大负载运行。

直、交流伺服驱动性能高，而控制系统复杂、成本也高。

针对静电喷涂升降机系统,其定位、运动速度精度要求不高,要求系统行程、速度连续可调,运行稳定即可。

因此我们决定采用性能可靠的PLC及价廉的通用变频器来改造升降机。

由编码器获得机械运行的位置及速度信息,通过PLC处理来控制变频器的工作,从而实现工艺要求。

位置是闭环控制。

另外为了便于参数的输入、处理，数据的显示及可维护性,减少I/O点数、接线，简化PLC程序,我们还采用了触摸屏。

2）系统硬件设计三菱公司的FX系列小型PLC的输入（如10键、16键、拨码盘输入数据指令）、输出（7段译码、BCD码显示指令），高速处理（比较置位、脉冲密度）等指令十分丰富，很适用于本系统。

设计控制程序：

1）触摸屏用户画面设计，在设计用户画面时，要确保各画面切换自如。

2）PLC程序设计，①升降系统运动规律分析运行启动后，在t加时间内将升降机加速至设定速度V,然后匀速运行。

运行到第一减速点时,开始在t减1时间内匀减速至固定低速V低。

然后继续运行到第二减速点时，开始在t减2时间内匀减速至0，喷枪到上行程位置。

同时经过换向延时时间t换延后，再反向启动，重复该过程,实现升降机循环往复运动。

其中换向延时时间t换延≥减速时间t减2。

②程序设计由于FX1S没有浮点运算功能,为了保证计算的精度,在中间运算时,采取先将数据扩大1000倍,32位进行双字数据运算,最后将所需数据缩小1000倍,取整数部分。

读《施工升降机的设计与研究》

陈华良.施工升降机的设计与研究[D].成都:

西华大学,2006.

论文写作背景：

施工升降机是建筑施工中必不可少的机械设备之一。

我国建筑业的蓬勃发展，对施工升降机的性能提出了更高的要求，各类新型施工升降机的研制成为当前建筑机械行业的热点之一。

在论文中课题对施工升降机的总体方案、结构、驱动装置、安全装置分别进行了设计研究。

综合比较了几种施工升降机总体方案后，采用钢丝绳卷扬式，其结构简单，受力明确，用户也比较熟悉。

安全防坠器、超载保护装置、高度限位装置作为施工升降机的安全保护装置，当施工升降机遇到突发事故时它可以防止吊笼坠落事故的发生,保证人员及货物的安。

在安全保护装置中安全防坠器的作用最为重要，受到了业内人士的广泛重视，论文对现有施工升降机及安全装置进行了深入地分析，研制出了一台施工升降机，为其设计了灵敏度高、可靠性好的安全防坠器及超载保护装置和高度限位装置，并对安全防坠器进行了静力学与动力学分析。

论文主要研究内容包括4个方面：

1）施工升降机研制综合各方面因素及用户需求，完成施工升降机的总体方案的设计以及起升机构的设计与选择，在总体设计方案的基础,完成吊笼和塔身结构的设计。

2）安全防坠器的研究开发在完成施工升降机的设计后，首先通过对现有的各种安全防坠器的使用寿命!

制动形式及制动性能的分析与研究，确定为该施工升降机设计的安全防坠器的形式；然后确定安全防坠器的技术指标，制定总体设计方案，并对安全防坠器的工作过程、制动力、制动距离、可靠性进行分析；最后设计出符合要求的安全防坠器；并在设计完成后提出了安全防坠器的检验标准。

3）施工升降机的动力学分析制动时间及制动距离是衡量安全防坠器性能的好坏的重要指标，要准确的获取这两个指标。

由于安全防坠器的制动过程中属于多体系统动力学问题，所以在安全防坠器设计完成之后，建立其虚拟样机模型并对其进行动力学仿真分析。

本课题应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS对安全防坠器的制动过程进行仿真，求得制动时间和制动距离，作为评价安全防坠器性能的理论依据。

4）超载保护装置及高度限位装置的研究开发在人货两用的施工升降机中，超载保护装置和高度限位装置必不可少，在完成施工升降机的设计后为其设计了超载保护装置和高度限位装置，进一步保障了升降机的安全性。

读《液压施工升降机总体及液压系统设计》

王菲菲.液压施工升降机总体及液压系统设计[D].成都:

西南交通大学,2009.

论文的写作背景：

施工升降机是一种用吊笼（或平台、料斗等）载人、载物沿导轨作上下运输的施工机械。

它主要应用于建筑工程施工时使用，尤其是高层建筑工程的施工或维修时使用更为广泛。

改革开放以来，我国建筑行业蓬勃发展，尤其是近年来高层、超高层建筑的增多，对施工升降机性能的要求也相应的提高，各种新型施工升降机的研制事在必行。

随着液压技术的发展，国外也开始出现了以原动机（电机式内燃机））液压（静压）为传动一形式的液压施工升降机。

液压传动系统具有无级调速、起制动平稳的特点，其运行速度可高达96m/min，当使用内燃机作为动力时就可不受电缆的约束，因此可用于无电源地区和超高层建筑物施工和维修。

国内在液压施工升降机的研制方面不如国外的先进，因此研制出应用先进控制技术的机、电、液一体化的液压施工升降机迫在眉睫。

本论文所设计的液压施工升降机是在综合各方面因素及用户需求的基础上，完成总体方案的设计以及起升机构的设计。

在总体设计方案的基础上，完成液压控制系统的设计，具体有液压执行元件---液压马达载荷力矩的组成与计算；马达排量和流量的计算与马达选型；制定液压系统基本方案和绘制液压系统图；液压元件---液压泵、液压阀、管道以及油箱容量的计算与选择；液压系统性能验算等。

本课题的主要研究内容包括：

1）总体设计综合各方面因素及用户需求，完成液压施工升降机总体方案的设计以及起升机构的设计。

2）机械系统的结构设计在总体设计方案的基础，完成吊笼和导轨架结构的设计。

应用有限元方法分析施工升降机在工作过程中吊笼和塔身的变形及应力情况。

3）液压系统的设计在总体设计方案的基础，完成液压控制系统的设计，具体有液压执行元件）液压马达载荷力矩的组成与计算!

马达排量和流量的计算与马达选型；制定液压系统基本方案和绘制液压系统图；液压元件---液压泵、液压阀、管道以及油箱容量的计算与选择;液压系统性能验算等。

4）液压系统安全装置的设计本课题研制的液压施工升降机，除了具备GB/T100545施工升降机技术条件6和GBIOO555施工升降机安全规则6中所规定应有的安全装置外，因其具有液压系统，在安全装置方面相应作了特殊考虑，增设安全装置。

5）液压系统仿真在总体方案和液压系统的设计完成以后,用软件AMESim对液压系统进行仿真。

读《PLC控制的小型货物升降机调速系统》

吴婧.PLC控制的小型货物升降机调速系统[J].实战案例,2009,（4）:

127.

该论文包括：

（一）小型货物升降机的基本结构：

升降机的升降过程是利用电动机正反转卷绕钢丝绳带动吊笼上下运动来实现的。

小型货物升降机一般由电动机、滑轮、钢丝绳、吊笼以及各种主令电器等组成。

（二）PLC和变频器控制的调速系统：

1）过程控制要求吊笼在升降过程中，要有一个由慢到快，然后再由快到慢的过程，即起动时缓慢的升速，达到一定速度后快速运行，当接近终点时，先减速，再缓慢停车。

将升降过程划分为三个行程区间；2）过程硬件设置系统的硬件由三菱FX2N—48MR可编程控制器、富士FRN2.2G11S-4CX变频器、三相鼠笼式异步电动机组成。

3）变频器参数设定

PLC控制代替了继电器控制线路，对于系统所要求的提升和下降以及由限位开关获取吊笼运行的位置信息通过PLC内部程序的处理后，在Y0～Y3端输出相应的“0”、1”信号来控制变频器输入端子的状态，使变频器及时输出转动方向和相应的频率，从而控制升降机的运行特性。

当PLC输出端Y3Y2Y1Y0的状态为“0101”时，变频器输出一速频率，升降机以10Hz对应的转速上升，当为“0110”状态时，变频器输出二速频率，升降机以30Hz对应的转速上升；相应的，当Y3Y2Y1Y0的状态为“1001”、“1010”时，升降机分别以10Hz、30Hz对应的转速下降。

读《基于PLC的施工升降机自动控制系统的研究》

曹玉超,李永红,康会峰.基于PLC的施工升降机自动控制系统的研究[J].技术平台,2012,（11）:

32-34.

论文背景是在要：

现阶段，施工升降机主要是通过电梯司机人工控制升降机运行，不仅浪费人力资源，而且有诸多安全隐患。

所以对PLC技术应用于施工升降机进行了探讨，介绍了基于PLC技术控制系统的工作原理、设计思路和工作流程。

论文首先介绍了控制系统的工作原理，控制系统采用模块化的工作原理，便于系统维护，各个功能模块之间彼此独立，鉴于施工电梯为粗放型的建筑设备，安全可靠性要高于系统功能性，故系统牺牲掉了一部分的智能，目的是提高安全性，电梯的核心部分也是基于安全性的整体的调度策略。

电梯的轿厢容量有限，一般为施工的小推车或是建筑材料等，一次响应在大部分时间内即能满载，因此电梯在运行过程中设计为不响应新的命令，而将新命令入栈保护，工作策略如下：

1）当电梯空闲的时候，将目标楼层和当前楼层比较后送入PLC进行处理后，打开通道进行上升和下降的控制。

2）电梯在运行的过程中，不响应当前的命令而是入栈保护，待工作结束，电梯进入空闲时，出栈继续执行。

在介绍了升降机的控制系统：

1）层内呼叫终端楼层内的呼叫终端采用无线通信方式，将信号传送到轿厢内的中心站，以适应施工现场的恶劣环境，避免楼内布线提高可靠性，对各个楼层进行编码，为了简化系统，呼叫信号只有到达信号，而不设置上升和下降信号，信号经过中心站无线接受模块的接收传送给主控系，进而判断出呼叫命令所在的位置等待主控系统进行处理。

2）轿厢内部呼叫终端，轿厢内的终端采用有线方式和主控系统进行连接，增强可靠性。

内部的终端设置为具体的楼层信号，操作人员将目的信号输入键盘上，进而传送给主控系统，主控系统判断出电梯上升和下降信号传送给施工电梯。

3）平层限位，平层限位采用行程开关，既避免了施工现场的恶劣环境对精密检测传感器的影响，又解决定位精度问题，行程开关安装在轿厢上，随着升降机运动，每到一层进行一次触发，并将信号进行处理，以脉冲方式传送给主控系统。

最后介绍了主控系统的软件：

1）初始化的子程序电梯在每次启动前将一层的默认状态赋给PLC，这就要求电梯在每次施工结束后关闭电源时，按照操作规程要求停靠在一层，以方便下次启动时初始化和载货的方便。

2）用户输入指令登记程序由于PLC的循环扫描的工作方式，和按键的即时性，设计出指令登记程序，来保存和处理用户的输入指令，屏蔽机械误差，同时显示出指令的接受状态，方便用户的友好交流。

读《超高层建筑用施工升降机结构的建模与分析》

郑培,张氢,卢耀祖.超高层建筑用施工升降机结构的建模与分析[J].武汉大学学报（工学版）,2009,42（3）:

353-358.

本论文是基于超过400m以上施工升降机为对象，通过对升降机结构形式的简化以及对结构部件的连接形式的分析，建立了采用多种单元类型混合建模的超高层建筑用施工升降机的有限元模型。

根据相关设计规范选择载荷系数、进行载荷组合，通过有限元软件对施工升降机主结构的强度和稳定性进行计算，分析在进行这类超高层施工升降机结构设计过程中出现的新问题，并对这类问题提出合理可行的修改方案，优化升降机结构形式，为今后更高、更快的施工升降机结构设计、计算和分析提供了相关的参考数据。

论文包括了四个部分：

1）有限元计算模型：

施工升降机主结构设计组成与模型的建立，计算模型约束，各部件计算模型的耦合；2）载荷组合及结构计算：

计算载荷，计算载荷计算；3）有限元分析：

有限元计算方法，有限元屈曲分析；4）计算结果分析：

通过ANSYS进行多工况的有限元计算,发现在有风工作工况下施工升降机顶部天轮架结构处以及两节标准节上相连处两侧角钢与主圆管连接处的应力超过许用应力;在非工作工况下附墙自身结构中也出现了超许用应力的情况。

在施工升降机中很多连接形式在有限元模型中的合理的简化和表达在模型计算中非常重要。

对于多数结构部件之间的焊接，在模型中用固接的形式；销轴、齿条以及U型螺栓等连接则需要根据实际的安装形式在模型中采用耦合的方法，释放某些方向的自由度，以保证载荷传递的正确性，这需要结构设计人员和有限元分析师共同合作完成。

施工升降机是以4根主圆管为主体，辅以角钢或者其他型钢连接的四边形结构。

由于四边形的不稳定特点使整个结构对于偏心载荷的承受能力差了很多。

在不干涉施工搭建的前提下应该尽量采用稳定的三角形结构形式,这点在很多长伸臂的塔吊结构中有很好地体现。

我国很多施工升降机多是采用角钢或者工关联影响属性约简算法，将电工理论和粗糙集理论有效地结合起来，构造了电网连锁故障诊断和预警模型，既能完成故障诊断又能实现故障预警，为电网连锁故障诊断和预警提供了新的数学模型和方法。