PLC控制的五层楼交流双速电梯系统.doc

攀枝花学院本科课程设计 Abstract II 摘 要 本文设计了一个用 PLC 控制的五层楼交流双速电梯系统 主要包括主电路 的设计 PLC 的输出 输入点分配以及电梯的启动 平层 换速 正反转 选 向 感应楼层 轿内指令 门厅召唤等的设计 并给出了相关电路图 梯形图 和指令语句 另外 文章还简述了 PLC 和电梯的概况 分析设计结果的功能 并对该电梯的应用和优缺点做了分析 ABSTRACT This paper designs an use of PLC controlled five storey building exchange two speed elevator systems mainly including the main circuit design PLC output and input point distribution and elevator startup smooth layer change speed positive 配套齐全 功能完善 适 用性强 易学易用 深受工程技术人员欢迎 系统的设计 建造工作量小 维 攀枝花学院本科课程设计 1 绪论 1 护方便 容易改造 体积小 重量轻 能耗低 我国可编程控制器的引进 应用 研制 生产是伴随着改革开放开始的 最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器 接下来在各种企业的生产设备 及产品中不断扩大了 PLC 的应用 目前 我国自己已可以生产中小型可编程控 制器 目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁 石油 化工 电力 建材 机械 制造 汽车 轻纺 交通运输 环保及文化娱乐等各个行业 21 世纪 伴随着计算机网络的发展 可编程控制器作为自动化控制网络和 国际通用网络的重要组成部分 将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大 的作用 1 2 电梯的概述 电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机 装有箱状吊舱 用于多层建筑 乘人或载运货物 也有台阶式 踏步板装在履带上连续运行 俗称自动电梯 电梯有以下组成部分 曳引系统 曳引系统的主要功能是输出与传递动力 使电梯运行 导向系统 导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度 使轿 厢和对重只能沿着导轨作升降运动 导向系统主要由导轨 导靴和导轨架组成 轿厢 轿厢是运送乘客和货物的电梯组件 是电梯的工作部分 门系统 系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口 门系统由轿厢门 层门 开门机 门锁装置组成 重量平衡系统 系统的主要功能是相对平衡轿厢重量 在电梯工作中能 使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内 保证电梯的曳引传动正常 电力拖动系统 电力拖动系统的功能是提供动力 实行电梯速度控制 电力拖动系统由曳引电动机 供电系统 速度反馈装置 电动机调速装 置等组成 电气控制系统 电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控 制 安全保护系统 保证电梯安全使用 防止一切危及人身安全的事故发生 按驱动方式可以把电梯分类 交流电梯 用交流感应电动机作为驱动力的电梯 根据拖动方式又可分 为交流单速 交流双速 交流调压调速 交流变压变频调等 攀枝花学院本科课程设计 1 绪论 2 直流电梯 用直流电动机作为驱动力的电梯 液压电梯 一般利用电动泵驱动液体流动 由柱塞使轿厢升降的电梯 齿轮齿条电梯 将导轨加工成齿条 轿厢装上与齿条啮合的齿轮 电动 机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯 本文主要应用的是交流双速电梯 它与其他电梯的区别是它有两套绕组 快速绕组和慢速绕组 由于其内部绕组级数不同 造成速度差异 我们可以通 过对接入绕组的转换来达到对电梯速度的转换目的 攀枝花学院本科课程设计 2 交流双速电梯的电气线路设计 3 2 交流双速电梯的电气线路设计 2 1 电机主电路的设计 电梯在启动过程中 为了限制启动电流 减少电网电压的波动以及减少启 动的加速度 一般在定子电路中串入电抗 电阻与电抗的组合 进行降压启动 这样 可以提高乘客乘坐的舒适感 并防止对机件的冲击 启动后 随着速度 的提高 再逐级将电阻或电抗短接切除 使电梯逐步加速 最后进入稳定运行 启动过程中 常采用一级或者两级短路切除电抗和电阻 电梯减速时 由高速绕组转到低速绕组 为了限制电梯制动电流 减小减 速时的加速度 防止冲击过大 我们可以采用二级或者三级切除电抗 通过调 整串联电阻或电抗的大小 以及控制逐级短接电阻和电抗的时间 可以改变电 梯的加速度 以满足对舒适性的要求 下面是我设计的交流双速电梯的拖动电路 它采用一级串联电抗启动 二 级电阻电抗减速 M G XC2 1C1 XQ 1C2 1C3 XQ XQ KC1 KC2 3C1 3C2 3C3 2C1 2C2 2C3 MC1 MC2 XC1 SC1 SC2 图 2 1 交流双速电梯电机的主电路 其基本原理是 启动时 串入电抗 XQ 进行降压启动 经过一段时间后 1C 接触器接通 电机转入正常速度 减速时 KC 断开 MC 接通 慢速绕组串 入阻抗 XJ 和电阻 R 运行 延时一定时间后 2C 接通 短接 R 电机串入电阻 XJ 运行 再过一段时间后 3C 接通 电机慢速运行 直到 SC 或 XC 断开 电机 停止运转 攀枝花学院本科课程设计 2 交流双速电梯的电气线路设计 4 2 2 电气控制线路 电梯的控制线路主要有 轿内指令线路 厅门召唤线路 定向选层线路 启动运行线路 平层线路 安全保护线路 它们之间的关系如图 2 2 所示 平层线路拖动线路拖动线路 平层感应器 启动电路 定向平层线路 轿内指令与厅门呼唤线路 楼层信号 减速减速点信号 指层线路 位置信号 图 2 2 交流双速电梯电气控制线路的组成框图 攀枝花学院本科课程设计 3 PLC 选型与 I O 定义 5 3 PLC 选型与 I O 定义 首先应该确定 PLC 的输入输出点数 其多少随楼层的多少和电路复杂程度 有关 按电梯各个组成部分来统计如下 3 1 输入点 轿内指令按钮 位于轿内的操纵箱上 每层各一个 门厅召唤按钮 位于电梯的厅门口 除顶层只有下呼和底层只有上呼外 其它楼曾各有两个 楼层感应器 位于井道每一层的相对位置 当轿箱到达每层的相对位置 时 楼层感应器干簧管触电因隔磁板插入而断开 该触电信号用于选向 选层 轿内指示 厅们召唤的信号和指层电路 平层感应器 位于轿箱的顶部 用于准确平层 由上平层感应器 SPG 门区感应器 MQG 和下平层感应器 XPG 组成 共占 3 个输入点 开关门 有厅门和轿门电气触电开关 用于保证电梯厅 轿门都关好才 能让电梯运行 以及包括关门极限开关 GMK 开门极限开关 KMK 手动开关门按 钮 共占 5 个输入点 其他 模式选择开关以及留有扩充功能的开关或者触电 3 2 输出点 上行接触器 SC 下行接触器 XB 快速接触器 KC 慢速接触器 MC 加速接触器 1C 第一减速接触器 2C 和第二减速接触器 3C 开关门接触器 楼层指示灯等 因此 五层楼的电梯大约需要 60 点的 PLC 进行控制 我选用三菱公司的 F1 60MR 型 以下是 I O 端子定义表 攀枝花学院本科课程设计 3 PLC 选型与 I O 定 义 6 表 3 1 PLC 的 I O 端子分配表 输入地址定义输出地址定义 X400 X4045YG 1YG 下行楼层感应干簧 管触点 Y430SC 上行接触器 X405 X4115YG1 1YG1 下行楼层感应干 簧管触点 Y431XC 下行接触器 X500 X504A5J A1J 轿内指令按钮Y432KC 快速接触器 X505 X510A4S A1S 4 1 层上召唤按钮Y433MC 慢速接触器 X000 X003A5X A2X 5 2 层下召唤按钮 X004有 无司机操作方式转换开关 X005XPG 下平层感应器触点 X412SPG 上平层感应器触点 X413MQG 门区感应接触器 X511司机上行选择按钮 X512司机下行选择按钮 X513SHK 上强迫换速开关 X411XHK 下强迫换速开关 攀枝花学院本科课程设计 4 交流双速电梯 PLC 控制设计 7 4 交流双速电梯 PLC 控制程序设计 以下为几个主要部分的 PLC 控制程序设计 其中涉及到的中间继电器的定 义如表 4 1 所示 表 4 1 梯形图中中间继电器的定义表 中间继电器定义中间继电器定义 M110 M104楼层感应中间继电器M133司机下行中间继电器 M105 M111指层中间继电器M134换速中间继电器 M112 M116轿内指令中间继电器M135门锁中间继电器 M117 M1225 2 层向下召唤中间继 电器 M140上平层感应中间继电器 M123 M1264 1 层向上召唤中间继 电器 M141门区感应中间继电器 M130上行中间继电器M142下平层感应中间继电器 M131下行中间继电器M143快速运行中间继电器 M132司机上行中间继电器M144换速消除中间继电器 4 1 电梯的启动平层电路控制的设计 电梯通常以快速启动 而在减速时断开快速绕组 接入慢速绕组 设置中 间继电器 M143 来控制快速接触器 电梯启动的梯形图如图 4 1 所示 其中 M135 为门锁继电器 保证门管好后才能启动电梯 启动只需接通 M130 和 M131 任意一个即可以快速上行或下行 当 M134 接通时 中间继电器 M143 断电 输 出线圈 Y432 断电 接通慢速接触器 Y433 电机慢速运行 攀枝花学院本科课程设计 4 交流双速电梯 PLC 控制设计 8 X513M130M135M134M143 X411M131 M143Y433Y432 Y430 Y431M141Y432Y433 图 4 1 电梯启动控制梯形图 电梯平层控制的梯形图如图 4 2 所示 如果电梯上行超越平层位置 SPG 离开隔磁板 使 X412 断开 M104 断开 这时 Y431 由 Y432 M140 M143 和 Y430 的常闭接点和 M142 的常开接点而接通 电梯反向平层 直到 M140 接通 电梯位于平层位置后 M140 M141 和 M142 均接通 Y430 和 Y431 均断开 进行抱闸 T450 为延时断开时间继电器 用于快速运行断开时的延时 以保护 电机绕组 X412M140 X413M141 M142 Y430 Y431 Y431 Y430 X005 T450M143M130 M141Y433Y430 Y432M142M243M140 T450M143M131 M141Y433Y431 Y432M140M143M142 图 4 2 电梯平层控制梯形图 攀枝花学院本科课程设计 4 交流双速电梯 PLC 控制设计 9 4 2 电梯的换速平层电路控制的设计 当电梯达到需要停止的楼层时 应发出换速信号 断开快速继电器 接通 慢速继电器 然后制动 M105M144M134 M113M106 M114M107 M115M110 M111 M130M131 M134 M105M106M107M110M111M144 图 4 3 电梯换速控制梯形图 如图 4 3 为换速电路的梯形图 其原理为 如 3 楼有指令位号 即 M114 接通 在电梯将要到达 3 楼时 M107 接通 使换速继电器 M134 接通 发出还速信号 并保持 其他楼层同类 当电梯到达顶层时或底层时 无论有无轿内指令都必须换速 M144 位换速消除继电器 当电梯离开任一楼层时 M144 接通 断开 M134 这时电梯高速运行 M130 M131 常闭接点支路为无方向换速控制 保证由于人为或其它原因使 M105 M111 全部断开时 电梯进入换速状态 以便在最近楼层平层停止 4 3 电梯的选向电路控制的设计 改变电梯的运行方向 实际上就是改变电动机的旋转方向 而对于三相电 动机来说 我们只需要将其中两相电进行交换 由此我设计了电动机正反转电 路图 攀枝花学院本科课程设计 4 交流双速电梯 PLC 控制设计 10 M sc1 sc2 xc1 xc2 图 4 4 电动机正反转控制电路图 如图 4 4 所示 当上行接触器 SC 接通时 电机正转 而当 XC 接通时 电 动机反转 如图 4 5 所示是选向控制的梯形图 其工作原理为 当电梯处于 2 层时 中间继电器 M110 接通 如果这时按下 3 层指令按钮 中间继电器 M114 接通 这时虽然 M110 的常闭触电为断开状态 但中间继电器 M107 M106 和 M105 的常闭触电均为接通状态 因此电梯上行继电器 M130 通电 选择上行方向 反之 当电梯位于 2 层 中间继电器 M110 通电 而 1 层的指令按钮按下 时 中间继电器 M116 通电 则下行方向继电器 M131 通电 电梯选择向下方向运行 攀枝花学院本科课程设计 4 交流双速电梯 PLC 控制设计 11 M112M105M133Y430 M130 M131M130 M112M106M105 M114M107M106M105 M115M110M107M106M105 Y105Y106M107M110M111M116 M116M111M132Y431 M131 M130M131 M132 M133 X511 X512 M004 M004 M115M110M111 M111 M111 Y111Y110M107M106M105M112 M113 M114M107 M106 M110 M107M110 图 4 5 电梯的选向控制梯形图 当上行 下行均有指令情况出现时 例如电梯在 2 层时 1 层轿内指令中 间继电器 M116 4 层轿内指令中间继电器 M113 5 层轿内指令中间继电器 M112 均接通 这时 如果电梯已经处于上行状态 则执行完 M113 M112 表示的向上 指令后 再执行 M116 表示的向下指令 这是因为中间继电器 M113 或 M112 接通 使中间继电器 M130 接通 选择向上 M130 的常闭接点使 M131 断开 这样即使 M116 接通 M131 也不能接通 必须等到电梯到达 5 层后 中间继电器 M112 M130 均断开 才能选择向下运行 在有司机操作的情况下 当电梯位于 2 层并处于上行状态时 如果继电器 M113 M112 M116 接通 而电梯在启动前司机已按下下行按钮 即 X512 接通 则中间继电器 M133 接通 其常闭接点断开 上行方向继电器 M130 断电 同时 接通 M131 选择下行方向 攀枝花学院本科课程设计 4 交流双速电梯 PLC 控制设 计 12 4 4 楼层感应电路控制的设计 楼层感应电路是通过楼层感应器干簧管触点的接通或断开来感应出楼层信 号 用于指层 选向 厅门召唤得信号等 在电梯工作过程中 要求楼层感应信号应是连接的 即该层感应信号只有 当电梯运行到上层或下层时才能消失 图 4 6 楼层感应电路的控制梯形图 楼层感应电路的控制的梯形图如图 4 6 所示 其基本原理是 当电梯在 1 楼时 M104 接通 M111 接通 并保持 电梯上行到 2 楼时 M103 接通 M110 接通 并保持 同时切断 M111 即 电梯上行时 当上升至某层时 相应的楼层感应中间继电器接通指层中间继电 器 实现楼层感应 与电梯上行时的控制方法相同 当电梯下行时 相应的楼层感应中间继电 器也接通指层中间继电器 时间楼层感应 4 5 轿内指令及厅召唤电路的控制 关于电梯执行召唤先后顺序 我按照国际上比较常用的方法 向相应向上的 信号 然后再执行向下的信号 如此反复 上行时应保留下行的信号 下行时 攀枝花学院本科课程设计 4 交流双速电梯 PLC 控制设计 12 也 保留上行的信号 M112 M113 M114 M115 M116 X500M100 M101 M102 M103 M104 M130 M131 X501 X502 X503 X504 M130 M131 M130 M131 M130 M131 M130 M131 M112 M113 M114 M115 M116 图 4 7 轿内指令控制梯形图 轿内指令控制梯形图如图 4 7 所示 它的工作原理是 进入轿箱内后 当按下第三层的指令按钮时 输入 X502 接通 中间继电器 M114 接通并自保 当电梯达到 3 层时 楼层信号 M102 断开指令信号 攀枝花学院本科课程设计 4 交流双速电梯 PLC 控制设计 14 X000M117 M105M130M117 X505 M106M123M131 X001 M106M120M130 X506 M107M124M131 M123 M120 M124 M121 M125 M122 M126 X002 M107M121M130 X507 M110M125M131 X003 M110M125M131 X510 M111M126M131 图 4 8 门厅召唤控制梯形图 门厅召唤电路如图 4 8 所示 它的工作原理是 当电梯位于一层时 若 3 层门厅有上呼叫信号 2 楼门厅有上 下呼叫信 号 即 M125 M122 124 接通 电梯到达 2 楼时 M110 接通 M125 断开 2 楼 上呼叫信号消除 而下呼叫信号 M122 保持 即下呼叫信号得到保留 攀枝花学院本科课程设计 结论 15 结论 电动机拖动的电梯控制系统是一中典型的电器控制系统 各种电梯的电气 控制系统都比较复杂 对控制的可靠性要求也很高 如果采用常规的继电器控 制系统进行控制 要实现较多的控制功能 那么需要的元件就非常多 而且接 线复杂 可靠性比较差 采用 PLC 进行电梯的运行控制 控制系统的硬件结构将大为简化 同时由 于采用的是 软接线 方法的程序控制 系统地可靠性和灵活性都大大提高 由于电梯控制系统的信号输入点比较多 这就造成了 PLC 控制系统要比继电器 控制系统的成本要高 不过可以采用节省输入点的办法解决成本较高的问题 例如 可以采用编码 译码电路来减少 PLC 的输入点 从而降低成本 但也要根 据情况而定 不能因为过分依赖于硬件电路而降低了系统的可靠性 这篇论文的完成不仅使我对可编程控制系统有了更多的了解 更让我学会 脱离了课堂如何学习 在这个过程中 我的指导老师金轶锋教授给了我很大的 帮助和鼓励 使我突破了很多难关 在这里我表示衷心的感谢 指导老师 刘兴华 攀枝花学院本科课程设计 参考文献 16 参 考 文 献 1 马小军 建筑电器控制技术 M 北京 机械工程出版社 2002 2 周洪 智能建筑控制系统概述 M 北京 中国电力出版社 2003 3 陈志新 电气与 PLC 控制技术 M 北京 中国林业出版社 2000 4 常南斗 李全力 可编程控制器原理极其应用 M 北京 电子工程出版社 2005 5 常小玲 电梯控制系统与可编程控制器 M 北京 机械工程出版社 2004 6 罗雪莲 交流双速电梯 PLC 控制 J 机电一体化 2001 4 46 48 攀枝花学院本科课程设计 附录 17 附录 程序指令 表 a 电梯启动控制部分 编号指令编号指令 1LD NOT X5132AND M130 3LD NOT X4114AND M131 5OR LD6AND M135 4ANT M1348AND OUT M143 9LD M14310ANT Y433 11AND OUT Y43212LD Y430 13LD Y43114OR LD 15ANT M14116ANT Y432 17AND OUT Y433 表 b 电梯平层控制部分 编号指令编号指令 1LD X4122AND OUT M140 3LD X4134AND OUT M141 5LD X0056AND OUT M142 7LD T4508AND M143 9AND M13010LD NOT 141 11AND Y43312AND Y430 13LD NOT Y43214ANT M142 15ANT M24316AND M140 17OR LD18ANT Y431 19AND OUT Y43020LD T450 21AND M14322AND M131 23LD NOT M14124AND Y433 25AND Y43126LD NOT Y432 27ANT M14028ANT M143 29AND M14230OR LD 31ANT Y43032AND OUT Y431 攀枝花学院本科课程设计 附录 18 表 c 电梯换速控制部分 编号指令编号指令 1LD M1052LD M113 3AND M1064LD 114 5AND M1076LD M115 7AND M1108LD M111 9LD NOT M13010ANT M131 11LD M13412OR LD 13ANT M14414AND OUT M134 15LD NOT M10516ANT M106 续表 c 编号指令编号指令 17ANT M10718ANT M110 19ANT Y11120AND OUT M144 攀枝花学院本科课程设计 附录 19 表 d 电梯的选向控制部分 编号指令编号指令 1LD M1122ANT M105 3LD M1124ANT M106 5ANT M1056LD M114 7ANT M1078ANT M106 9ANT M10510LD M115 11ANT M11012ANT M107 13ANT M10614ANT M105 15LD M11616ANT M111 17ANT M11018ANT M107 19ANT M10620ANT M105 21OR LD22ANT M133 23ANT Y43024OR M130 25ANT M13126AND OUT M130 27LD M11628ANT M111 29LD M11530ANT M110 31ANT M11132LD M114 33ANT M10734ANT M110 35ANT M11136LD M113 37ANT M10638ANT M107 39ANT M11040ANT M111 41LD M11242ANT M105 43ANT M10644ANT M107 45ANT M11046ANT M111 47OR LD48ANT M132 49ANT Y43150OR NOT M131 51ANT M13052AND OUT M131 53LD NOT M00454AND X511 55AND OUT M13256LD M004 57AND X51258AND OUT M133 攀枝花学院本科课程设计 附录 20 表 e 楼层感应控制部分 编号指令编号指令 1LD M1302AND X400 3LD M1314AND X405 5OR LD6AND OUT M100 7LD M1308AND X401 9LD M13110AND X406 11OR LD12AND OUT M101 13LD M13014AND X402 15LD M13116AND X407 17OR LD18AND OUT M102 19LD M13020AND X403 21LD M13122AND X410 23OR LD24AND OUT M103 25LD M13026AND X404 27LD M13128AND X411 29OR LD30AND OUT M104 31LD M10032LD NOT M101 33AND M10534OR LD 35AND OUT M10536LD M101 37LD NOT M10038AND M106 39AND NOT M10240OR LD 41AND OUT M10642LD M102 43LD NOT M10144AND M107 45AND NOT M10346OR LD 4