四层电梯plc课程设计.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除目 录1.绪论12.课题介绍23.设计内容及要求43.1控制要求43.2设计方案43.3控制原理介绍及图示5第4章 硬件设计74.1 PLC的选型74.2变频器的选择94.3 设备选型105.软件设计125.1 I/O地址表125.2 程序设计与说明136.运行调试157.小结16参考文献17附录17附录1四层楼电梯控制电气图17附录2 主接线图20附录3梯形图20精品文档1. 绪论:随着微电子技术和计算机技术的迅速发展,PLC(即可编程控制器)在工 业控制领域内得到十分广泛地应用.PLC 是一种基于数字计算机技术,专为在工 业环境下应用而设计的电子控制装置,它采用可编程序的存储器,用来存储用户 指令,通过数字或模拟的输入/输出,完成一系列逻辑,顺序,定时,记数,运 算等确定的功能,来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程.本文介绍了利 用可编程控制器编写的一个四层电梯的控制系统, 检验电梯 PLC 控制系统的运行 情况.实践证明,PLC 可编程控制器和 MCGS 组态软件结合有利于 PLC 控制系统 的设计,检测,具有良好的应用价值. 关键词 PLC ;4 层楼电梯控制 电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具. 多层厂房和多 层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯;百货大楼和宾馆需要有客梯,自动 扶梯等.在现代社会,电梯已像汽车,轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输 工具. 据统计, 美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数. 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.追溯电梯这种升降设备的历 史,据说它起源于公元前 236 年的古希腊.当时有个叫阿基米德的人设计出-人 力驱动的卷筒式卷扬机.1858 年以蒸汽机为动力的客梯,在美国出现,继而有 在英国出现水压梯.1889 年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动 力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化.1900 年还出现了第一台 自动扶梯.1949 年出现了群控电梯,首批 46 台群控电梯在纽约的联合国大厦 被使用.1955 年出现了小型计算机(真空管)控制电梯.1962 年美国出现了速度 达 8 米/秒的超高速电梯.1963 年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制 电梯.1967 年可控硅应用于电梯,使电梯的拖动系统筒化,性能提高.1971 年 集成电路被应用于电梯.第二年又出现了数控电梯.1976 年微处理机开始用于 电梯,使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期.2. 课题介绍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。高校中关于 PLC 教学实验的中等模型较少,为此,自行设计并制作了专用 4 层集选电梯。PLC 程序设计采用模块化编程思想,即根据各功能实现的条件及原则设计各个功能模块。设计的程序要求完成电梯自动运行功能如:内选外召唤信号的登记、到层自动开门、延时自动 运行等。合理分配轿厢内指令的执行和厅外召唤的应答。电梯的基本分类 按用途分类 乘客电梯:为运送乘客而设计的电梯.主用与宾馆,饭店,办公楼,大型商店等客 流量大的场合.这类电梯为了提高运送效率,其运行速度比较快,自动化程度比较高.轿厢 的尺寸和结构形式多为宽度大于深度, 使乘客能畅通地进出. 而且安全设施齐全, 装潢美观. 载货电梯:为运送货物而设计的并通常有人伴随的电梯.主要用于两层楼以上的车 间和各类仓库等场合. 这类电梯装潢不太讲究自动化程度和速度一般比较低. 而载重量和轿 厢尺寸的变化范围则比较大. 住宅电梯:为提供住宅楼使用设计的电梯,一般采用下集选控制方式允许残疾人的 轮椅,童车及家具等乘坐. 杂物电梯:供图书馆,办公楼,饭店等运送图书,文件,食品等物品.但不允许人 员进入电梯.此种电梯结构简单,操纵按钮在厅门外侧,无乘人必备的安全装置. 船用电梯:固定安装在船舶上为乘客和船员或其他人员使用的电梯.船用电梯速度 应小于或等于 1M/S.能在船舶摇晃中工作. 汽车用电梯:用于垂直运输各种车辆.这种电梯的轿厢面积比较大结构牢固,梯速 不大于 1M/S.有时无轿厢顶,其特点是大轿厢,大载重量.常用与立体停车场及汽车库等 场所. 观光电梯:观光电梯是一种供乘客观光用的,轿厢透明的电梯.一般安装在高大建 筑物的外壁供乘客观光建筑物的周围外景. 病床电梯:病床电梯是为医院运送病床而设计的电梯.其特点是轿厢窄而宽,常要 求前后贯通开门. 消防梯:火警情况下能适应消防员专用的电梯,非火警情况下可作为一般客梯或货 梯使用.消防梯轿厢的有效面积应不小于 1.4 M2.额定载重量不得低于 630kg.庭门口宽度 不得少于 0.8M,并要求以额定速度从最低一个停站直驶运行到最高一个停站(中间不停层) 的运行速度时间不得超过 60s. 建筑施工电梯:建筑施工电梯指建筑施工与维修用的电梯. 扶梯:这类电梯装于商业大厦,火车站,飞机场.供运送顾客或乘客上下楼用. 自动人行道(自动步梯) :用于档次要求很高的国际机场,火车站. 特速电梯:除上述常用几种电梯外,还有为特殊环境,特殊条件,特殊要求而设计3. 设计内容及要求3.1控制要求电梯由安装在各楼层门口的上升下降呼叫按钮进行呼叫操纵,操纵内容为电梯运行方向。轿厢内设有楼层内选按钮S1S4，用以选择须停靠的楼层。L1为一层指示L2为二层指示.，SQ1SQ4为到位行程开关。电梯上升途中只响应上升呼叫，下降途中只响应下降呼叫，任何反方向的呼叫均无效。例如，电梯停在一层，在三层轿厢外呼叫时，须按三层上升呼叫按钮，电梯才响应呼叫（从一层运行到三层），按三层下降呼叫按钮无效；反之，若电梯停在四层，在三层轿厢外呼叫时，必须按三层下降呼叫按钮，电梯才响应呼叫，按三层上升呼叫按钮无效，依此类推。3.2 设计方案电梯控制方式主要分为三种，分别是继电器控制方式、微机控制方式和可编程控制器（PLC）控制方式，由于继电器控制存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短的缺陷现在已逐渐被淘汰，微机控制可靠性差故也不多采用，而PLC控制采用一种巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作。又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等是它本身系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，因此，它比继电器控制有明显的优越性，比微机控制有明显的可靠性，自动化水平更高。综上所述PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、优越性和实用性的控制方式，它更适合用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术，所以本次课程设计采用可编程控制器(PLC)作为控制方式。3.3控制原理介绍及图示3-1 plc模拟控制图如图所示,当电梯停在一楼时,按下三楼的下呼按钮,则上行灯亮,各楼层的指示灯依次亮起.当电梯停在四楼时,按下轿厢内的二层按钮,则下行灯亮,各楼层的指示灯依次亮起. 3-2控制系统框图3-3 系统结构图第4章 硬件设计4.1 PLC的选型目前市场是可编程控制器种类繁多，有西门子的、三菱的、欧姆龙的等。同一品牌的可编程控制器也有很多类型，仅西门子就S7-200/S7-300/S7-400这三个系列。结合自身学习特点，在学习期间接触西门子s7-200的时间比较长，熟悉s7-200的各种功能指令，可以熟练利用s7-200各种功能指令编程。结合PLC s7-200本身具有的：模块结构、可靠性好、多功能性、易编程性等特点，本次课题设计需要输入端口26个，输出端口11个。故设计中选用西门子PLC S7-200 CPU224。S7-200系列是一类可编程逻辑控制器(Micro PLC)。这一系列产品可以满足多种多样自动化控制需要，（如图1.2）展示一台S7-200Micro PLC。由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。4-1西门子PLC S7-200外部结构2.CPU 的能力CPU224 集成 14 输入/10 输出共 24 个数字量 I/O 点，可连接 7 个模块，最大扩展至 168 路数 字量 I/O 或 35 路模拟量 I/O 点，13KB 程序和数据存储空间。 CPU224 输入电路采用了双向光电耦合器， 24V 直流极性可任意选择， 系统设置 1M 为 I0.X 输入端 子的公共端，2M 为 I1.X 输入端子的公共端。在晶体管输出电路中采用了 MOSFET 功率驱动器件， 并将数字量输出分为两组，每组有一个公共端，共有 1L、2L 两个公共端，可接入不同的负载。3. I/O点数的确定CPU224 主机共有 I0.0 至 I0.7、 I1.0 至 I1.5 14 个输入点和 Q0.0 至 Q0.7、 Q1.0 至 Q1.1 10 个输出 点。4. 存储器容量的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运， 一般要求 PLC 的存储器容量， CPU224 的程序和数据存储空间按 256 个 I/O 点至少选 13K 存储器选择。 需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器5.PLC 电源的选择PLC 的供电电源，除了引进设备时同时引进 PLC 应根据产品说明书要求设计和选用外，一般 PLC 的供电电源应设计选用 220VAC 电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或 稳压电源供电。如果 PLC 本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设 计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入 PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的， 有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。我们做实验用的是 220V 的电源。4.2变频器的选择 变频器（如图2.1）是利用电力半导体期间的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电动机的启动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行以改善电梯运行的舒适度。 由于西门子MM440变频器具有：(1)调试简单；（2）模块化的结构，配置灵活性最大；（3）6个可编程，带隔离的数字输入；（4）2个可表定的模拟输入（0V至10V，0mA至20mA），它们也可作为第7和第8个数字输入；（5）2个可编程的模拟输出（0mA至20mA）；（6）3个完全可编程的继电器输出（30V直流/5A，阻性负载；250V交流/2A，感性负载）；（7）当使用较高的开关频率时，电机可以低噪音运行（在开关频率较高情况下，要降格使用）（8）完善的变频器和电动机保护功能。所以本次课题设计采用西门子MM440变频器。4-2 西门子MM440变频器示意图4.3 设备选型1.拽引电机型号选择根据课程设计要求，已知要求设计四层电梯，载重量为2000KG（20人）现假设电梯自重1t，电梯运行时匀速，速度为0.5m/s，电机效率为a=80%（机械能电能转化效率） 由公式:P=mgv =2000*10*0.5 =10KW P总= P/a =10/0.8 =12.5KW 综合考虑选择一个功率为15KW的曳引电机。（留有一定的裕量） 我所选择电机型号为许昌博玛 WA-2-2.00/1200型曳引电机。 相关参数为： 额定转矩：750N/m 额定电压：380V 额定功率：15KW 额定转速：1440r/min cos=75% 额定电流：I = P/ 1.732U cos =30.7A （选型标准）2.门电机型号选择门电机功率与载重量无关，可根据经验选定设备型号。 此次设计中我选择本溪市微分ZYGS-150型直流电机（150W） 相关参数为： 额定功率：150W 额定电压DC：110V 额定转速：65r/min 噪音50db 额定电流 In= 150/110*70% =1.9A3电气设备选型曳引电机部分： 断路器额定电流：I= 1.7*30.7A =52.5A ,选择55 A 交流接触器额定电流I= 1.5*30.7A =46.1A ，选择50 A 热继电器额定电流:I= 1.2*30.7A =36.8A ，选择45 A 熔断器额定电流：I= 2*30.7A =61.4A ，选择63 A 选择型号为： 断路器 CZB 1-100C 63/3 交流接触器 TYC1-50/N2S 热继电器 CTX1-45 熔断器 RT18-63X1 门电机部分： 断路器额定电流：I= 1.7*1.9A =3.23A ，取4A 电流继电器额定电流：I= 1.2*1.9A =2.28A ，取4A 选择型号为： 断路器 S251S-C4 电流继电器 LL-11/55.软件设计5.1 I/O地址表1、输入输出接线主机模块的COM接主机模块输入端的COM和输出端的COM1、COM2、COM3、COM4、COM5主机模块的24+、COM分别接在实验单元的V+，COM5.2 程序设计与说明流程图NYY用户输入程序是否在开关门Y开关门程序电梯复位程序开始是否空闲Y是否上行召唤结束定上行指标N电梯是否复位N是否下行召唤是否处于上行定下行指标执行运行程序段执行运行程序段是否处于下行NYYNNNYN6.运行调试在完成了软件设计，硬件设计以及MCGS监控组态设计之后，要进入学校的PLC实验室，完成对设计的调试阶段，在相应的模拟板块上实现设计要求。在调试过程中，要求先将PLC的梯形图程序输入PLC模块，完成PLC与四层电梯模块的连线，实现PLC控制四层电梯的设计要求。然后，在第一步成功的基础上，运用MCGS监控组态的设计，实现对于四层电梯系统的监控要求。首先，打开三菱PLC的变成软件GX Developer，PLC的系列选项选择FX CPU，PLC的类型选项选择FX2N，然后将编写好了梯形图程序输入其中并完成转换。然后打开PLC的电源，并置于STOP档，在GX Developer上的“在线”菜单中选择“传输设置”选项，根据要求设置传输连接属性，设置完成后点击“测试PLC通信”，通信成功后同样在“在线”菜单中点击“PLC写入”，将程序写入PLC中。6-1 plc传输设置然后完成四层电梯模块与PLC的接线，对应I/O的输入、输出地址分配表进行调试，调试完成后将PLC打到RUN档