电梯自动控制系统设计VIP

毕业设计（论文）题 目 电梯自动控制系统设计所属系部 机电工程系 所学专业 机电一体化 班 级 学生姓名 指导教师 职 称 2015 年 5 月电梯自动控制系统设计1电梯自动控制系统的设计摘要：随着科学技术的发展，近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速的发展，一些电梯厂也在不断改进设计，修改工艺。更新换代生产更新型的电梯，电梯主要分为机械系统与控制系统两部分，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防线。目前电梯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。继电气控制系统由于故障率高，可靠性差等缺点，目前已被淘汰。微机控制系统虽在只能控制方面有较强的功能，但也存在抗干扰性差，系统设计复杂等缺盐。而 PLC 控制系统由于运行可行性高，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，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛应用于传统继电器控制系统的技术改造。本次设计介绍了利用西门子 S7-300 可编程控制器编写的一个四层电梯的控制系统。关键词：电梯；PLC； 继电器Design of automatic control system for elevatorAbstract: with the development of science and technology, in recent years, Chinas elevator production technology has been rapid development, some of the elevator factory is constantly improving design, modification process. Update production renewal of the elevator, the elevator mainly divides into two parts: the mechanical system and the control system, along with the automatic control theory and microelectronic technologys development, the elevator dragging way and the control method occurred great changes, the AC speed regulation is the elevator dragging main development line of defense. At present, there are three main control modes in the elevator system: relay circuit control system, PLC control system, microcomputer control system. Following the electrical control system due to high failure rate, poor reliability, etc., has been eliminated. Although the microcomputer control system has strong function in the control of the computer, but also has the ability to resist the disturbance, the system design is complex and so on. Advantages and PLC control system due to the high operational feasibility, operation and maintenance convenient, strong anti-interference, design and debugging cycle short, paid more attention to by people, and now has become the most control mode of the elevator control system, is also widely used in traditional relay control system of the technical transformation. This design describes the use of the SIEMENS S7-300 programmable controller to write a four layer elevator control system.Key words: elevator；PLC； relay电梯自动控制系统设计2目录背景 .2第一章 绪论 .31.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题.31.1.1 电梯继电器控制系统的优点 .31.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点.31.2.1 PLC 的特点 .31.2.2 PLC 控制电梯的优点 .4第二章 S7-300PLC 的介绍 .52.1 基本组成.52.2 数字量模块和模拟量模块.62.3 FM(功能模块)、通信处理器模块（CP）以及通讯接口.82.4 PLC的工作过程 .92.5指令系统 .13第三章 电梯的发展及前景 .143.1 电梯的出现及发展.143.2 电梯设备.153.2.1 电梯的分类 .163.2.2 电梯的主要组成部分 .163.2.3 电梯的安全保护装置 .163.2.4 电梯技术发展情况 .173.2.5 电梯发展展望 .17第四章 四层电梯总体方案设计 .184.1电梯的功能要求 .184.2控制器件列表 .184.3电梯主电路 .194.4 PLC的 I/O控制点分配 .204.5控制四层电梯的梯形图 .20致 谢 .26参考文献 .26电梯自动控制系统设计3背景近年来我国的经济飞速发展，人民生活水平的迅速梯高，工作居住条件得到了巨大的改善。电梯作为建筑物内的垂直交通运输工具，与人们的生活息息相关。传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变，另外，传统的电梯控制系统由继电器接触器控制逻辑组成，存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，可靠性差和工作寿命短等缺陷。可编程控制器（PLC）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，不仅能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。因此，PLC 控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。本课题的研究题目“基于 PLC 的电梯控制系统的设计”做诠释如下 PLC 控制是指电梯信号控制由 PLC 及其软件来实现，控制系统的核心为 PLC。其次课题开发的主要任务和内容是：建立“PLC 控制的电梯系统”的总体框架；信号控制系统利用 PLC 集中处理电梯运行方式、安全保护信号、内指令信号、外召唤信号、井道信号、门区信号、开关门及限位信号等信号，并显示电梯所到楼层、运行方向及呼梯应答等，实现开关门控制；拖动控制系统中曳引机的启动、运行、制动停止，包括正反转信号及多种速度信号，经 PLC 运算、判断后通过电机来实现。达到的要求是：通过深入的理论研究和编程实践，全面认真的完成上述几个内容。电梯自动控制系统设计4第一章 绪论1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题1.1.1 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。1.1.2 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。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扰。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 。1.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点1.2.1 PLC 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。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。（1） 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。（2） 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 MTTF（平均无故障时间） ，使可靠性提高。（3） 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，一般电梯自动控制系统设计5不易发生操作的错误。（4） 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。（5） 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。（6） 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：（1） 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。（2） 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。（3） 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：（1） 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。（2） 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。（3） 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1.2.2 PLC 控制电梯的优点电梯自动控制系统设计6（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。此外，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没被广泛采用。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。PLC 以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。在电梯业也是如此，目前国内 7080 年代安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多，故障率高，系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大，严重地影响电梯运行质量。应对这些电梯进行更新和改造。但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难，所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。近年来，采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯，取得了良好效果。利用 PLC 和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。第二章 S7-300PLC 的介绍可编程序控制器是二进制逻辑运算为主的、专为工业环境应用而设计的控制器，后来发展成为具有各种接口，且通讯功能和 软件能日趋完善的工业控制器。为与个人计算机区分，可编程序控制器一般简称为PLC(Programmable Logical Controller)。PLC与单片机等计算机控制系统相比，具有以下特点：全系统采用模板化标准结构；针对生产过程的系列化I/O接口模板，能适用于各种电压等级，越来越丰富的智能接口模板；模块化软件和面对普通电气人员的梯形图编程语言；系列化产品形成，同系列不同型号间联网容易；适应工业环境，安装维护容易；可靠性高，故障率低；系统组成灵活，易扩充，易更新；便于在线调试修改。 SIMATIC S7-300是一种通用型的PLC能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易掌握等特点，使得S7-300在各种工业领域中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的一种解决方法。2.1 基本组成S7-300（如图2-2-1所示），由多种模块部件组成，包括导轨（RACK）、电源模块电梯自动控制系统设计7（PS）、CPU模块、接口模块（IM）、输入/输出模块（SM）。各种模块能以不同方式结合在一起，从而可控制系统设计更加灵活，满足不同的应用需求。(1) CPU 模块CPU 是 PLC 系统的运算控制核心。它根据系统程序的要求完成任务：接受并存储用户程序和数据，接收现场输入设备的状态和数据，诊断 PLC 内部电路工作状态和编程过程中的语法错误，完成用户程序规定的运算任务，更新有关标志位的状态和输出状态寄存器的内容，实现输出控制或数据通信等功能。S7-300 的 CPU 有 20 种不同的型号，各款都有非常详尽的性能数据表，其中值得关注的 CPU 性能有以下 5 个方面：I/O扩展能力；指令执行速度；工作内存容量；通信能力；CPU 上的集成功能。CPU 313C-2DP，本例所用的紧凑型 CPU，带集成的数字量输入和输出以及 PROFIBUS DP主站/从站接口。操作时也必须用 MMC 卡扩充装载存储器。(2) 电源模块（PS）电源模块是构成 PLC 控制系统的重要组成部分。正对不同系列地 CPU，西门子有匹配的电源模块与之对应，用于对 PLC 内部电路和外部负载供电。有多种 S7-300 电源的模块可为可编程控制器供电,也可以向需要 24V 直流的传感器 /执行器供电, 比如 PS 305、PS 307。PS 305 电源模块是直流供电，PS 307 电源模块是交流供电。(3) 输入/ 输出模块（SM）信号模块（SM）也叫输入 /输出模块，是 CPU 模块与现场输入/输出原件和设备连接得桥梁，用户可根据现场输入/输出设备选择各种用途的 I/O 模块。信号模块包含了数字量模块和模拟量模块。 S7-300 的输入/输出模块外部连线在插入式的前连接器的端子上，前连接器 插在前盖后面的凹槽内。无须断开前连接器上的外部连线，可以迅速的更换模块。信号模块面板上的 LED 用来显示各数字量输入/输出点的信号状态，模块安装在 DIN 标准导轨上，通过总线连接器与相邻的模块连接。2.2 数字量模块和模拟量模块图2-2-1 S7-300PLC基本结构电梯自动控制系统设计8（1）S7-300有多种型号的数字量I/O模块供选择。本例主要介绍数字量模块I/O SM323。SM323模块有两种类型：一种是带有8个共地输入端和8个共地输出端；另一种是带有16个共地输入端和16个共地输出端。两种特性相同。I/O额定负载电压24VDC，输入电压“1”信号电平为1130V,“0”信号电平为-3+5V,I/O通过光耦与背板总线隔离。在额定输入电压下，输入延迟为1.24.8ms。输出具有电子短路保护功能（2）S7-300模拟量输入模块的输入测量范围很宽，它可以直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号，而S7-300模拟量输出模块可以输出010V、115V、-1010V、020mA、420mA、-2020mA 等模拟信号。以下简单介绍模拟量I/O模块SM334。模拟量 I/O 模块 SM334 有两种规格：一种是 4 模拟量输入/2 模拟量输出，其输入、输出精度为 8 位；另一种也是有 4 模拟量输入/2 模拟量输出，其输入/输出精度为 12位。SM334 模块输入测量范围为