基于PLC的电梯控制系统设计.doc

目录1绪言.32控制系统方案设计.32.1PLC控制系统与其他控制方式的比较.32.1.1PLC控制系统与继电器控制系统的比较.32.1.2PLC控制系统与计算机控制系统比较.42.2电梯控制系统方案设计.52.3电梯控制系统原理框图设计.62.4电梯控制系统硬件结构框图.63电气控制部分.73.1交流双速电梯的主电路.73.2电梯的主要电气设备.83.2.1曳引电动机.83.2.2自动门机.83.2.3层楼指示.83.2.4呼梯盒.83.2.5操纵箱.83.2.6平层及开门装置.83.2.7停层装置.93.2.8开关装置.94PLC控制部分.104.1PLC的选择.104.2输入/输出电路的设计.114.2.1PLC的电源控制电路.114.2.2输入设备.124.2.3输出设备.124.3梯形图设计.124.3.1开门环节.124.3.2电梯的关门环节.144.3.3开关门保护及故障显示电路.154.3.4层楼信号的产生与清除环节.154.3.5内选信号的登记、消除和显示环节.164.3.6外呼信号的登记、消除和显示环节.164.3.7电梯的定向环节.174.3.8停层信号的产生和消除环节.184.3.9停车制动环节.194.3.10自动运行时启动加速和稳定运行环节.205结论.20谢辞.22参考文献.231绪言电梯是一种大型机电产品,作为一种现代的运输工具已广泛的进驻到人们的生活中。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一,它必须具有高度的安全性与科学性,因此它的控制系统就受到了广泛的关注。早期的国产电梯控制系统中,电梯信号的逻辑控制一般是由继电器电路来实现的。继电器控制系统故障率高,降低了电梯的运行可靠性与安全性。传统的继电器控制方式已经被计算机控制方式所代替,其控制方式有:单片机控制、单板机控制、单微机控制、多微机控制以及可编程序控制器(PLC)控制等多种方式。其中单片机控制具有成本低,通用性强等优点,但它不适于较复杂的控制算法和故障诊断等要求；微机控制的配件使系统设计和调试更加复杂,它必须具有相应的大型开发系统,这无疑会增加电梯的成本,因此对于一个小型的电梯控制系统利用PLC进行控制将是一个最佳的选择。2控制系统方案设计2.1PLC控制系统与其他控制方式的比较2.1.1PLC控制系统与继电器控制系统的比较继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。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已逐渐被PLC控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已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。电梯继电器控制系统的优点：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；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；大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜；多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，己形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。但是，电梯继电器控制系统存在很多的问题：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；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；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；系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大；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。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧，且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。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，实现通道(字)的运算和数据存储，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。PLC控制电梯的优点：(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与报警显示，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。为便于比较PLC控制系统与继电器控制系统优缺点现列表如下，详见表2-1。表2-1PLC控制系统与继电器控制系统比较项目继电器控制系统PLC控制系统控制功能实现有许多继电器，采用接线的方式来完成控制功能各种控制功能通过编制的程序来实现对控制要求变更适应性适应性差，需要重新设计，改变继电器和接线适应性强，只需针对程序进行修改控制速度低，靠机械动作实现极快，靠微处理器进行处理特殊功能一般没有有安装，施工连线多，施工繁安装容易，施工方便可靠性差，触点多，故障多高，因元器件采取了筛选和抗老化等可靠性措施寿命短长可扩展性困难容易维护工作量大，故障不易查找有自诊能力，维护工作量小从表2-1可以看出，PLC控制系统具有继电器控制系统无法比拟的优点，因此传统的继电器控制系统将逐渐被PLC控制系统所取代是大势所趋。2.1.2PLC控制系统与计算机控制系统比较计算机控制系统在工业控制领域中，其主机一般采用能够在恶劣工业环境下可靠运行的工控机。工控机有通用微机应用发展而来，在硬件结构方面总线标准化程度高，品种兼容性强，软件资源丰富，能提供实时操作系统的支持，故对要求快速，实时性强，模型复杂的工业对象的控制占有优势。但是，它的使用和维护要求工作人员应具有一定的专业知识，技术水平较高，且工控机在整机水平上尚不能适应恶劣工作环境。可编程控制器对此进行了改进，变通用为专用，有利于降低成本，缩小体积，提高可靠性等特性，更适应过程控制的要求。PLC控制系统与计算机系统比较见表2-2。表2-2PLC控制系统与通用计算机系统的比较比较项目通用计算机系统PLC控制系统工作目的科学计算工业自动控制工作环境对工作环境要求高对工作环境要求低，可在恶劣的工业现场工作工作方式中断处理方式循环扫描方式系统软件需配备功能较强的系统软件一般只需简单的监控程序采用的特殊措施掉电保护等一般性措施采用多种抗干扰措施，自诊断，断电保护，可在线维修编程语言汇编语言，高级语言，如BASIC，C等梯形图，助记符语言，SFC标准化语言对操作人员的要求需专门培训，并具有一定的计算机基础一般的技术人员，稍加培训即可操作使用对内存的要求容量大容量小价格价格高价格低其他若用于控制，一般需自行设计机种多，模块种类多，易于集成系统从表2-2可见，在控制功能方面，PLC与通用计算机相比，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。2.2电梯控制系统方案设计本设计通过多种方案的比较和参照，可看出PLC控制具有显著的优点：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；可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能；可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性和可靠性，并便于检修；用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。综上所述，本设计采用PLC控制。2.3电梯控制系统原理框图设计电梯控制系统原理框图如图1所示，主要由轿箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。图1电梯控制系统原理框图2.4电梯控制系统硬件结构框图系统由曳引机构、开、关门机构、轿厢、控制系统等组成，如图2所示。曳引系统的主要功能是输出和传递动力，使电梯运行。门系统的功能是封住层站入口和轿厢人口。而轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的主要工作部分。图2电梯控制系统硬件结构框图3电气控制部分3.1交流双速电梯的主电路下图图3为交流双速电梯的主电路图。图中，M1为YYYD系列电梯专用型双速笼型异步电动机（4/16极），KM1、KM2为电动机正、反转接触器，用以实现电梯上、下行控制；KM3、KM4为电梯高、低速运行接触器，用以实现电梯的高速或低速运行；KM5为启动加速接触器；KM6、KM7、KM8为减速制动时的接触器；L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路中的电感与电阻，与KM5-KM