基于plc电梯设计毕业设计.docx
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基于plc电梯设计毕业设计
摘要
随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。
电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。
传统的电梯控制系统采用的是继电器逻辑控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命短，占地空间大，正逐步被淘汰。
为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，设计了一套以PLC为核心控制器的电梯自动控制系统，用来取代以往的较复杂的继电器—接触器控制。
系统的核心部分（控制部分）使用了日本三菱公司生产的FX2N-80型PLC，因为在核心控制部分采用的是软件程序控制，从而在保证电梯正常运行这个要求的情况下，大大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容易性，同时还克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素，取得了良好的预期效果。
关键词：
电梯、PLC、梯形图
Abstract
Withthedevelopmentofmoderncities,anincreasingnumberofhigh-risebuilding,elevatorbecomeanindispensablemeansoftransportofdailylife.Thequalityoftheliftperformanceoftheimpactonpeople'slivesbecomingmoreandmoreobvious,itmuststrivetoimprovetheperformanceofelevatorsystems,andensuretheoperationoftheliftissafe,reliableandenergyefficient.Thetraditionalelevatorcontrolsystemuseslogicoftherelaytocontrolcircuit,thiskindofcontrolseasilytobecrash,maintainsinconveniently,themovementlifeisshort,andthatoccupyingalargeareaofspace,itbeingeliminatedgradually.
Forraisingthecredibilityoftheautomaticcontrolsystemandtheworkefficiencyoftheequipments,designasetoftakePLCasthecorecontrolleroftheelevatorautocontrolsystem,usingtoreplaceformermorecomplicatedofafterelectricappliances-thecontactmachinecontrol.Thecorepart（controlpart）ofthesystemusedaJapaneseMitsubishicompanytoproduceoftheFX2N-80typePLCisthesoftwareprocedurecontrolinthecorebecauseofwhattocontrolthepartadoption,thusBepromisingtheelevatorcirculatesnormallyunderthecircumstanceof[with]thisrequest,raisedelevatortobreakdowncheckandtheconvenienceandeasyformaintainconsumedly,stillovercametomoveanoperationsomeartificialinterferencefactorsbringinthemeantime,obtainthegoodresults.
Keywords:
Elevator,PLC,LadderDiagram
第一章绪论
1.1论文的背景及意义
随着科学技术的发展、城市现代化进程的突飞猛进，电梯作为一种高效、迅捷、安全、可靠的垂直运输设备，成为了人们不可缺少的运输工具。
现代高层建筑中各办公大楼、住宅、宾馆、医院、工矿企业、仓库、码头、大型货轮等都离不开它。
据统计，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。
电梯服务中国已有100多年历史，特别在改革开放以后，我国电梯的使用数量快速增长。
尤其是现阶段，随着经济日新月异的发展，人们生活水平不断提高，城市建筑不断增多，楼房也越来越高，与此相应，电梯也得到迅猛的发展。
现在，电梯已完全融入我们的生产、生活中，满足人们生活、工作及学习的需要。
据统计，我国在用电梯已达40多万台，每年还以约5万～6万台的速度增长[1][2]。
目前，在国内，对于一个中、小型的电梯控制系统，大多采用PLC控制，主要原因在于当规模较小时，用PLC控制可以降低因专门设计和制造微机控制装置的成本，且PLC具有编程简单；控制运行可靠性高，抗干扰能力强；通用性好、功能强大；开发周期短；体积小，使用方便，可扩展性强；成本低，维护方便以及强大的网络通讯功能等优点，因此成为现代楼宇中、小型电梯控制系统的主流。
同时，由于历史原因，我国目前还存在着相当数量的由继电器—接触器系统控制的老式电梯，这些电梯的PLC技术改造也是当前我国电梯控制的热点。
因此，PLC控制在我国电梯行业有着广泛运用。
1.2电梯控制系统发展现状
可编程序控制器（PLC）最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。
鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式己逐渐被PLC控制所代替。
同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。
因此，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。
1.2.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题
电梯继电器控制系统的优点：
（1）所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。
（2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。
（3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。
（4）多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。
电梯继电器控制系统存在的问题：
（1）系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。
（2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。
（3）电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。
（4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。
（5）由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高;而且检查故障困难，费时费工。
1.2.2PLC在电梯控制中的应用特点
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。
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。
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之一。
PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。
由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。
因此在工业控制方面得到了广泛应用。
自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用。
并形成了一系列的定型产品。
在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。
可编程控制器（ProgrammableLogiccontroller，简称PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。
它具有可靠性高、适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特点，已成为解决自动控制问题的最有效工具，是当前先进工业自动化的三大支柱之一。
PLC控制电梯主要有以下几优点：
（1）在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。
（2）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。
（3）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。
（4）PLC可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。
（5）用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。
（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。
1.3论文的主要内容
课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）来设计电梯自动控制系统。
由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。
因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。
由于PLC作为新一代电梯控制工具具有以上优点，本次毕业设计就以四层电梯作为控制对象，以PLC作为工具对电梯控制系统进行了设计。
设计过程主要包括以下几项：
（1）分析电梯的主要结构和控制要求。
（2）利用PLC技术实现四层电梯运行控制，包括：
电梯的开关门控制、电梯的厅召唤控制、电梯的到站指示控制、电梯的自动平层控制、电梯的调速控制。
本文采用德国西门子（Siemens）公司生产的S7-200型PLC及其扩展模块，利用其丰富和功能强大的指令，设计出梯形图。
（3）利用S7-200的仿真软件对主要程序进行仿真。
第二章电梯控制理论基础
2.1电梯概述
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、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。
2.1.2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。
电梯基本结构如图2-1所示[4]。
图2-1电梯的基本结构
1-控制柜（屏）;2-拽引机;3-拽引钢丝绳;4-限速器;5-限速器钢绳;6-限速器张紧装置;7-轿厢;8-安全钳;9-轿厢门安全触板;10-导轨;11-对重;12-厅门；13-缓冲器。
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）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
（5）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。
（6）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，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。
（7）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同—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。
（8）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。
2.1.3电梯的控制要求
人们对现代电梯的自动化程度和智能行越来越高，可以有下列基本功能，这些功能有的是厂家作为标准功能配置在电梯上，有的是可按用户要求配置。
但是由于本次设计工作的时间有限，不可能实现下面的所有控制要求，只能完成其中的一些主要的最基本的控制要求。
（1）司机操作。
由司机关门启动电梯运行，由轿内指令按钮选向，厅外召唤只能顺向截梯，自动平层。
（2）集选控制。
集选控制是将轿厢内指令与厅外召唤等各种信号集中进行综合分析处理的高度自动控制功能。
它能对轿厢指令、厅外召唤登记，停站延时自动关门起动运行，同向逐一应答，自动平层自动开门，顺向截梯，自动换向反向应答，能自动应召服务。
（3）下行集选。
只在下行时具有集选功能，因此厅外只设下行召唤按钮，上行不能截梯。
（4）独立操作。
只通过轿内指令驶往特定楼层，专为特定楼层乘客提供服务不应答其它层站和厅外召唤。
（5）特别楼层优先控制。
特别楼层有呼唤时，电梯以最短时间应答。
应答前往时，不理会轿内指令和其它召唤。
到达该特别楼层后，该功能自动取消。
（6）停梯操作。
在夜间、周末或假日，通过停梯开关使用电梯停在指定楼层停梯时，轿门关闭，照明、风扇断电，以利节电、安全。
（7）满载控制。
当轿内满载时，不响应厅外召唤。
（8）清除无效指令。
清除所有与电梯运行方向不符的轿内指令。
（9）开门时间自动控制。
根据厅外召唤、轿内指令的种类以及轿内情况，自动调整开门时间。
（10）按客流量控制开门时间。
监视乘客的进出流量，使开门时间最短。
（11）开门时间延长按钮。
用于延长开门时间，使乘客顺利进出轿厢。
（12）故障重开门。
因故障使电梯门不能关闭时，或者在关门的过程中又有乘客进入的时候，使门重新打开再试关门。
（13）强迫关门。
当门被阻挡超过一定时间时，发出报警信号，并以一定力量强行关门。
（14）光电装置。
用来监视乘客或货物的进出情况。
（15）光幕感应装置。
利用光幕效应，如关门时仍有乘客进出，则轿门未触及人体就能自动重新开门。
（16）副操纵箱。
在轿厢内左边设置副操纵箱，上面设有各楼层轿内指令按钮便于乘客较拥挤时使用。
（17）电子触钮。
用手指轻触按钮便完成厅外召唤或轿内指令登记工作。
（18）灯光报站。
电梯将到达时，厅外灯光闪动，并有双音报站钟报站。
（19）停电时紧急操作。
当市电电网停电时，用备用电源将电梯运行到指定楼层待机。
（20）火灾时紧急操作。
发生火灾时，使电梯自动运行到指定楼层待机。
（21）消防操作。
当消防开关闭合时，使电梯自动返回基站，此时只能由消防员进行轿内操作。
（22）故障检测。
将故障记录在微机内存（一般可存入8～20个故障），并以数码显示故障性质。
当故障超过一定数量时，电梯便停止运行。
只有排除故障，清除内存记录后，电梯才能运行。
大多数微机控制电梯都具有这种功能。
2.2PLC可编程控制器
2.2.1PLC的特点
PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。
PLC与普通微机一样。
以通用或专用CPU作为字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。
PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修。
编程简单、灵活性强等特点[7]。
（1）可靠性
对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。
PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。
PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTTR，使可靠性提高。
PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。
PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机更简单的编程语言和更可靠的硬件。
采用了精简化的编程语言，编程错误率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。
在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。
例如，采用可靠性的元件；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器内容的保护等。
PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。
例如，采用软件滤波等；软件自诊断；简化编程语言等。
（2）易操作性
PLC的易操作性表现在下列几个方面：
操作方便
PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。
大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。
编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。
更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。
更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。
编程方便
PLC有多种程序设计语言可供使用。
对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。
采用布尔助记符编程语言，十分有助于编程人员的编程。
维修方便
PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求减低。
当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。
（3）灵活性
PLC的灵活性表现在以下几个方面：
编程的灵活性。
PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。
编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。
扩展的灵活性。
PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。
它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。
操作的灵活性。
操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。
2.2.2PLC的功能和应用
（1）PLC的功能
随着PLC技术的不断发展，它目前主要有以下控制功能：
条件控制功能
条件控制又称逻辑控制，用PLC的“与”、“或”、“非”等逻辑指令取代继电器触点的串联、并联及其他各种逻辑连接来实现开关控制，实现逻辑运算功能。
计数、定时功能
PLC具有计数、定时功能，即使用PLC提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器。
计数、定时值可由用户在编程时设定，在运行中读出与修改，使用与操作都很灵活方便。
步进控制功能
步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能进行下一道工序操作的控制，即顺序控制，可利用移位寄存器或步进指令直接编程。
数据处理功能
数据处理功能是指PLC能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算与逻辑运算以及编码和译码等操作。
A/D、D/A转换功能
A/D、D/A转换功能是指通过A/D与D/A模块完成模拟量和数字量之间的转换，从而实现对模拟量的控制与调节。
并可通过PID实现对温度、压力、速度、流量的等物理参数的闭环控制，完成过程控制。
通信与联网功能
通信与联网功能是指PLC采用通信技术，进行远程I/O控制与数据交换，实现多台PLC之间的同位链接，PLC与上位机之间的联网，从而组成分布式控制网络以完成较大规模的复杂控制。
监控功能
PLC能监视系统各部分的运行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、计数器等设定值或强制I/O状态。
（2）PLC的应用
目前，PLC在国内外都已得到了广泛的应用。
利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能进行逻辑控制，可以取代传统的继电器控制系统，广泛用于机床、印刷机、装配生产线、电镀流水线以及电梯的控制。
大多数PLC可配置拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。
大、中型PLC具有多路模拟量输入输出和PID控制，可构成闭环系统，广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒等方面的过程控制。
第三章基于PLC电梯控制程序设计
3.1电梯PLC控制系统结构
电梯的PLC控制系统和其他类型的电梯控制系统一样，主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。
系统控电梯的PLC控制系统的基本组成结构如图3-1所示，主要硬件包括PLC、机械系统、轿厢操纵厢、厅外呼梯、门机与主拖动系统等。
其中控制系统的核心为PLC主机。
来自操纵箱、呼梯盒、井道装置及安全装置的外部信号通过输入接口通过输入单元及其扩展送入PLC内部CPU微处理器进行逻辑运算与处理，再经过输出单元及其扩展模块分别向楼层显示、呼梯信号灯、运行方向信号灯发出显示信号，向门机发出开关门控制信号，向变频器发出上下行、换速等信号，从而实现电梯运行状态的控制。
输入、输出单元一般都通过光电隔离和滤波把PLC和外部电路隔开，因此，PLC的抗干扰能力很强，平均无故障率可达到4～5万小时，远远超过继电器控制系统和计算机控制系统同时，PLC内部的“软”继电器、“软”接点和“软”接线取代了继电器控制系统里的“硬”器件、“硬”触点和“硬”接线，其控制逻辑由存储在内存中的程序实现，大大减少了系统中继电器的使用数量，使得触点少、磨损现象少、连线少，减少了控制柜的体积，系统可靠性增强，并有良好的灵活性和扩展性
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