基于PLC的电梯控制电气设计.doc

毕业设计 I 设计 论文 任务书设计 论文 任务书 设计 论文 题目 PLC 控制气压系统控制气压系统 学院 北京化工大学专业 机电一体化班级 华电专 111 学生 李亚男指导老师 韩强 1 设计 论文 的主要任务及目标 熟悉三菱 PLC 基本编程技巧 针对需求完成编程任务 能够完成 PLC 程序的调试 掌握气动系统的设计使用 能用 PLC 控制气动系统 熟练掌握 WORD 文档编辑 2 设计的基本要求 完成 PLC 编程及调试任务 完成气动回路图的设计 完成项目报告 3 主要参考文献 1 廖常初主编 可编程序控制器应用技术 M 重庆 重庆大学出版社 2005 2 陈远龄主编 机床与电气自动控制 M 重庆 重庆大学出版社 2006 3 曹承志主编 电机 拖动与控制 M 北京 机械工业出版社 2001 4 唐介主编 电机拖动与控制基础 M 北京 高等教育出版社 2002 5 张勇主编 电机拖动与控制 M 北京 机械工业出版社 2001 6 程宪平主编 机电传动与控制 M 武汉 华中科技大学出版社 1997 7 冯晓 仲恕编著 电机与电器控制 M 北京 机械工业出版社 2005 4 进度安排 设计 论文 个阶段任务起 至 日 期 1理解设计任务 复习 PLC 编程知识 2010 6 17 2复习气压传动知识 2010 6 17 3编写程序并调试 2010 6 20 4设计气动回路图 2010 6 22 5完成报告并发送教师信箱 2010 6 28 毕业设计 II 摘 要 此次论文包含五个小章节 第一章讲述了电梯的分类 它的发展及组成 第二章概述了五层电梯的设计方案 其中包含了电梯控制系统程序和 PLC 控制 系统的组成 第三章描述了可编程控制器的结构与工作原理 第四章讲了 PLC 控制程序设计包括了 FX2N 可编程控制器简介 PLC 设计梯形图 最后一章则 写了电梯的电气控制系统及电气控制系统的主要部件 功能 关键词 电梯设计 PLC 电气控制 毕业设计 I 目 录 第一章第一章 电梯的发展与分类电梯的发展与分类 2 1 1 概述 2 1 2 电梯的分类 3 1 3 电梯的主要参数及规格尺寸 5 1 4 电梯的组成部件 6 第二章第二章 五层电梯设计方案五层电梯设计方案 9 2 1 电梯设计程序 9 2 2 电梯 PLC 控制系统的组成 10 2 3 电梯舒适度 12 第三章第三章 可编程控制器的结构与工作原理可编程控制器的结构与工作原理 14 3 1 PLC 的结构 14 3 2 可编程控制器的基本结构 14 3 3 开关量 I 0 模块 16 3 4 可编程控制器的工作原理 16 3 5 机型的选择 17 第四章第四章 PLCPLC 控制程序设计控制程序设计 19 4 1 FX2N 可编程控制器简介 19 4 2 PLC 设计梯形图 20 第五章第五章 电梯的电气控制系统电梯的电气控制系统 25 5 1 概述 25 5 2 电梯电气控制系统中的主要电器部件 25 参考文献参考文献 29 致谢致谢 30 毕业设计 2 第一章第一章 电梯的发展与分类电梯的发展与分类 1 1 概述 电梯产品的录属关系和在人民物质生活中的作用电梯产品的录属关系和在人民物质生活中的作用 在我国 电梯 手扶梯 自动人行道等属于起重运输设备 电梯是在垂直 方向上运行的运输设备 手扶梯是在斜面上运行的运输设备 但是电梯和手扶 梯都是把人或货物从一个水平面提升到另一个水平面的起重运输设备 随着人口的增加 科学技术日新月异地发展 人们物质生活水平的逐步提 高 建筑业得以迅速发展 大批的高楼大厦拔地而起 十几层至几十层的宾馆 饭店 办公楼 住宅楼鳞次栉比 完全可以预想到 随着社会的发展 电梯产 品在人们物质文化生活中的地位将会和汽车一样 成为重要的运输设备之一 电梯产品发展简史电梯产品发展简史 据国外有关资料介绍 公元前2800年在古代埃及 为了建筑当时的金字塔 曾使用过由人力驱动的升降机械 公元1765年瓦特发明了蒸汽机后 1858年美 国研制出以蒸汽机为动力 并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯 1878年 英国的阿姆斯特郎发明了水压梯 并随着水压梯的发展 淘汰了蒸汽梯 后来 又采用液压泵和控制阀以及直接拄塞式和侧拄塞式结构的液压梯 这种液压梯 至今仍为人们所采用 但是电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为 动力来源 我国电梯的使用历史悠久 80年代中期以来 随着我国对外开放 对内告 活经济的政策深入贯彻执行 随着技术引进工作的进一步开展 在国内建立一 批合资和独资电缆生产厂 使我国的电梯工业又取得巨大的发展 我国又新颁 布一批具有80年代国际水平的电梯制造标准 随着采用新标准生产的电梯批量 推向市场 技术性能和质量明显提高的电梯又进一步促进建筑业和电梯业的发 展 电梯工业蓬勃发展的局面已经形成 电梯的运行工作情况电梯的运行工作情况 电梯在做垂直运行的过程中 有起点站也有终点站 对于三层以上建筑物 内的电梯 起点站和终点站之间还设有停靠站 起点站设在一楼 终点站设在 最高楼 设在一楼的起点站常作为基站 起点站和终点站之间的停靠站称为中 间站 各站的厅外设有召唤箱 箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮或 毕业设计 3 触钮 一般电梯在两端站的召唤箱上各设置一只按钮或触钮 中间层站的召唤 箱上各设置两只按钮或触钮 对于无司机控制的电梯 在各层站的召唤箱上均 设置一置有手柄开关或与层站对应的按钮或触钮 供司机或乘用人员控制电梯 上下运行 召唤箱上的按钮或触钮称为指令或触钮 操纵箱上的按钮或触钮称 为内指令按钮或触钮 外指令按钮或触钮发出的电信号称为外指令信号 内指 令按钮或触钮发出的电信号称为内指令信号 80年代中期后 触钮已被微动按 钮所取代 作为电梯基站的厅外召唤箱 除设置一只召唤按钮或触钮外 还设置一只 钥匙开关 以便下班关闭电梯时 司机或管理人员把电梯开到基站后 可以通 过专用钥匙扭动钥匙开关 把电梯的厅轿门关闭妥当后 自动切断电梯控制电 源或动力源 电梯的运行工作情况和汽车有共同之处 但是汽车的起动 加速 停靠等 全靠司机控制操作 而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂 因此汽车司 机必须经过严格的培训和考核 而电梯的自动化程度比较高 一般电梯的司机 或乘用人员只需要通过操纵箱上按钮或触钮向电气控制系统下达一个指令 电 梯就能自动关门 定向 起动 加速 在预定的层站平层停靠开门 对于自动 化程度比较高的电梯 司机或乘用人员一次还可以下达一个一上的指令信号 电梯便能够依次起动和停靠 依次完成任务 尽管电梯和汽车在运行工作过程有许多不同的地方 但仍有许多共同之处 其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车 在起点站和终点站之间往返运行 在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时 电梯到站能自动平层停靠开 门接客 而载货电梯的运行工作情况下则类似卡车 执行任务为一次性的 司 机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务 当一个指 令任务完成后才达另一个任务 在执行任务的过程中 从一个层站出发到另一 层站时 假若中间层站出现指令信号 一般都不能自动停靠 所以载货电梯的 自动化程度比乘客电梯低 1 2 电梯的分类 电梯的分类比较复杂 一般常从不同的角度进行分类 按用途分类按用途分类 1 乘客电梯 为运送乘客而设计的电梯 主要用于宾馆 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 毕业设计 4 2 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 这类电梯的装潢不太讲究 自动化程度和运 行速度一般比较低 而载重量和轿厢尺寸的变化范围比较大 3 病床电梯 为运送病床而设计的电梯 4 杂货电梯 服务电梯 供图书馆 办公楼 饭店运送图书 文件 食 品等 并不允许人员进入的电梯 这种电梯的安全设施不齐全 不准运送乘客 为了不使人员进入轿厢 进入轿厢内部的门洞及轿厢的面积都设得非常小 而 且轿厢的净高度一般不大于1 2m 5 住宅电梯 供住宅楼使用的电梯 6 客货电梯 主要用做运送乘客 但也运送货物的电梯 它与乘客电梯的 区别在于轿厢内部的装饰结构不同 7 特殊电梯 除上述常用的几种电梯外 还有为特殊环境 特殊条件 特 殊要求而设计的电梯 如船舶电梯 观光电梯 防腐电梯 车辆电梯等 按速度分类按速度分类 1 低速度 速度V 1 0m s的电梯 2 快速度 速度1 0m s V 2 0m s的电梯 3 高速度 速度V 2 0m s的电梯 按曳引电动机的供电电源分类按曳引电动机的供电电源分类 1 交流电源供电的电梯 1 采用交流异步双速电机变极调速拖动的电梯 简称交流双速电梯 速度 一般小于1 0m s 2 采用交流异步双绕组双速电机调压调速拖动的电梯 俗称ACVV拖动电梯 3 采用交流异步单绕组单速电机调频调压调速拖动的电梯 俗称VVVF拖动 的电梯 2 直流电源供电的电梯 80年代中期前用在中高档乘客电梯上 以后不 再产生 按有 无蜗轮减速器分类按有 无蜗轮减速器分类 1 有蜗轮减速器的电梯 用于梯速为3 0m s以下的电梯 2 无蜗轮减速器的电梯 用于梯速为3 0m s以上的电梯 按驱动方式分类按驱动方式分类 1 钢丝绳式 曳引电动机通过蜗杆 蜗轮 曳引绳轮 驱动曳引钢丝绳两 端的轿厢和对重装置做上下运行的电梯 2 液压式 电动机通过液压系统驱动轿厢上 下运行的电梯 毕业设计 5 按控制方式分类按控制方式分类 1 轿内手柄开关控制的电梯 2 轿内按钮开关控制的电梯 3 轿内 外按钮开关控制的电梯 4 轿外按钮开关控制的电梯 5 信号控制的电梯 6 集选控制的电梯 7 2台或3台并联控制的电梯 8 梯群控制的电梯 按拖动方式分类按拖动方式分类 1 交流异步单速电机拖动的电梯 2 交流异步双速电机变极调速拖动的电梯 3 交流异步双绕组双速电机调压调速 俗称ACVV 拖动的电梯 4 交流异步单速电机调频调压调速 俗称VVVF 拖动的电梯 5 直流电机拖动的电梯 1 3 电梯的主要参数及规格尺寸 电梯的主要参数电梯的主要参数 1 额定载重量 kg 制造和设计规定的电梯载重量 2 轿厢尺寸 mm 宽 深 高 3 轿厢形式 有单或双面开门及其它特殊要求等 以及对轿顶 轿底 轿 壁的处理 颜色的选择 对电风扇 电话的要求等 4 轿门形式 有栅栏门 封闭式中分门 封闭式双拆门 封闭式双拆中分 门等 5 开门宽度 mm 轿厢门和厅门完全开启的净宽度 6 开门方向 人在厅外面对厅门 门向左方向的为左开门 门向右方向开 启的为右开门 两扇门分别向左右两边开启者为中开门 也称为中分门 7 曳引方式 常用的有半绕1 1吊索法 轿厢的运行速度等于钢丝的运行 速度 半绕2 1吊索法 轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半 全绕1 1 吊索法 轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度 8 额定速度 m s 制造和设计所规定的电梯运行速度 9 电气控制系统 包括控制方式 拖动系统的形式等 如交流电机拖动或 直流电机拖动 轿内按钮控制或集选控制等 10 停层站数 站 凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站 毕业设计 6 11 提升高度 mm 由底层端站楼面至层顶端站楼面之间的垂直距离 12 顶层高度 mm 由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构 件之的垂直距离 电梯的运行速度越快 顶层高度一般越高 13 底坑深度 mm 由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离 电梯 的 毕业设计 7 运行速度越快 底坑一般越深 14 井道深度 mm 由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构 件之间的垂直距离 15 井道尺寸 mm 宽 深 我国有关标准对电梯主要参数和规格尺寸的规定我国有关标准对电梯主要参数和规格尺寸的规定 为了加强对电梯产品的管理 提高电梯产品的使用效果 国家曾于1974年 颁布了JBI435 74 JBI816 74 JB Z110 74等一批电梯产品的部标准 电梯的主要参数是电梯制造厂和设计和制造电梯的依据 用户选用电梯时 必须根据电梯的安装使用地点 载运对象等 按标准的规定 正确选择电梯的 类别和有关参数与尺寸 并根据这些参数与规格尺寸 设计和建造安装电梯的 建筑物 否则会影响电梯的使用效果 1 4 电梯的组成部件 电梯是一种复杂的机电产品 一般由机房 轿厢 厅门及井道和井底设备 等4个基本部分组成 1 机房机房 机房位于电梯井道的最上方或最下方 用于装设曳引机 控制柜 限速器 选层器 地震检测仪 配线板 总电源开关及通风设备等 当机房设在井道底部时 称为下置式曳引方式 由于此种方式结构较复杂 钢丝绳弯折的次数较多 缩短了钢丝绳的使用期限 增加了井道承重 且保养 困难 所以一般不采用 只有机房不可能设在井道顶部时才采用 相反 机房 上置式曳引方式因设备简单 钢丝绳弯折次数少 成本低 维护简单等特点 最为普遍采用 如果机房即不可能设在井道底部 也不了能设在顶部时 可考 虑选用液压式电梯 即机房侧置式 机房结构必须坚固 防震和隔音 有足够的面积 高度 承重能力和良好 的通风条件 而且室内经常保持有适度的照明亮度 保持干燥清洁等 通常有 如下的规定 1 面积一般至少为井道侧面积的2倍以上 对交流电梯 一般为2 2 5倍 对直流电梯 一般为3 3 5倍 2 高度指机房地面至顶板的垂直距离 对客梯 病房梯 一般为2 2 2 8m 以上 对货梯 一般为2 2 2 4m以上 3 承重能力 机房的地板要求能承重 6kPa 杂物梯为 4kPa 的均部载荷 在曳引 机安装的上方 应设吊钩用于维修 钩的承重能力如下 对额定载重量 500 毕业设计 8 3000kg的电梯 应大于2000kg 对额定载重量5000kg的电梯 应大于 3000kg 4 对于机房的设置有以下3种方式 机房下置式 机房上置式和机房侧置式 1 曳引机 曳引机是电梯升降的动力源 由曳引电动机 电磁制动器 减 速器 曳引轮和盘车手轮等组成 通过业余绳与曳引绳轮的摩擦产生的牵引力 来实现轿厢和平衡对重升降驱动装置 按曳引电动机与曳引轮之间有无减速箱 又可以分为有齿轮曳引机和无齿轮曳引机 有齿轮曳引机采用涡轮蜗杆减速传 动 a 曳引电动机 根据梯形的不同 可分别采用笼型单速电动机 笼型双速 电动机 笼型三速电动机或直流电动机 b 电磁制动器 采用闭式双制动瓦块直流电磁制动器 电动机旋转时松闸 停止时制动 以保持轿厢位置不变 c 曳引轮 具有V形 半圆形或带缺口的绳槽轮 靠摩擦力曳引起动 d 盘车手轮 装在曳引电动机的后端轴上 供盘手时使用 2 控制柜 该装置能发出指令 检测各机器的动作情况 并具有控制功能 从而使电梯能安全 稳妥 快速到达目的层 该装置由主电路接触器 管理继 电器 控制继电器 时限继电器 半导体器等组装而成 因是精密设备 所以 要防尘 并保持良好的通风 以维持规定电温度 3 限速器 限速其为电梯限速保护装置 是重要的安全设备 当电梯超过 额定速度或失控时 为额定速度的115 限速器能发出电信号 自动切断控制 电路 如果轿厢仍然继续高速下行 此时限速器则以机械方式操纵安全钳动作 将轿厢夹持在导轨上 阻止起继续下降 避免产生不良后果 电梯上的限速器大多属于离心式限速器 由轮盘 开关 缆绳和夹钳装置 构成 以旋转所产生的离心力反映电梯的运行速度 常见的有甩块式和甩球式 两种 轴承 销部的磨损是误动作的主要原因 会降低安全装置的机能 故要 经常检查 2 轿厢与对重轿厢与对重 1 轿厢 轿厢是是用来安全运送乘客及物品到目的层的箱体装置 它的运 行轨迹是在曳引钢丝绳的牵引下沿导轨上下运行 2 对重 对重又称平衡重 起到平衡轿厢的作用 但这种平衡是相对的和 变化的 对重与轿厢通过曳引绳的连接 利用曳引绳与曳引轮槽之间的摩擦力 驱动轿厢的上升和下降 3 厅门 层门 厅门 层门 毕业设计 9 厅门是为确保在候梯厅的乘客安全而设置的开闭装置 只有在轿厢停层和 平层时才被打开 4 井道与井底设备井道与井底设备 1 曳引钢丝绳 连接轿厢与对重 驱动轿厢上下运行 2 导轨 使轿厢和平衡对重在井道内垂直升降的导向装置 3 限速钢丝绳 张紧装置 用以防止限速钢丝绳的松弛或摇动 把轿厢速 度正确地传送到限速器的辅助装置 4 补偿链 由于轿厢升降 轿厢侧与对重侧的曳引钢丝绳重量比随之变化 为了修正这个变化 减轻电动机的负载 将轿厢与对重用补偿链连接起来 一 般用于提升高度超过30m的电梯 5 终端保护装置 终端保护装置由终端电气保护装置和机械缓冲装置两部 分组成 终端电气保护装置由换速开关 限速开关和极限开关组成 机械缓冲 装置是指位于底坑的各种缓冲器 它们是电梯安全保护的最后一道措施 设置 在井道底坑中且正对轿厢和对重 起作用是防止轿厢和对重冲顶撞底 常用的 缓冲器有弹簧缓冲器和油压缓冲器两种 毕业设计 10 第二章 五层电梯设计方案 PLC 系统设计时 首先应确定控制方案 下一步工作就是 PLC 工程设计选 型 工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据 PLC 及有关设备应是 集成的 标准的 按照易于与工业控制系统形成一个整体 易于扩充其功能的 原则选型所选用 PLC 应是在相关工业领域有投运业绩 成熟可靠的系统 PLC 的系统硬件 软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应 熟悉可编程序 控制器 功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间 因此 工程设计选 型和估算时 应详细分析工艺过程的特点 控制要求 明确控制任务和范围确 定所需的操作和动作 然后根据控制要求 估算输入输出点数 所需存储器容 量 确定 PLC 的功能 外部设备特性等 最后选择有较高性能价格比的 PLC 和 设计相应的控制系统 2 1 电梯设计程序 目前 电梯行业在我国迅速的发展 在一定程度上占有很大的市场 而在 今天选择控制电梯运动的设备已经从传统的继电器 接触器转变成可编程序控 制器 PLC 可编程序控制器 PLC 与其他计算机控制相比较 个人计算机有很强的数据处理功能和图形显示功能 有丰富的软件支持 但是它们是为办公室自动化和家庭设计的 对环境要求很高 抗干扰能力不强 一般不适合在工业现场使用 单片机只是一片集成电路 不能直接将它与外部I O信号相连 要将它用于 工业控制 还要附加一些配套的集成电路和I O接口电路 硬件设计 制作和程 序设计的工作量相当大 要求设计者具有很强的计算机领域的理论知识和实践 经验 工业控制计算机 简称工控机 也是为工业控制设计的 目前比较流行的 是PC总线工控机 它与个人计算机兼容 工控机采用总线式结构 各厂家产品 的兼容性强 工控机一般是在通用微机的基础上发展起来的 有实时操作系统 的支持 因此在要求快速 实时性强 功能复杂的领域占有优势 工控机的价 格较高 将它有与开关量控制以取代继电器系统有些大材小用 工控机的外部 I O接线一般都用多芯扁平电缆和插头 插座 直接从印刷电路板上引出 不如 毕业设计 11 可编程序控制器的接线端子那样方便可靠 以上各种计算机用语控制的程序一般都是用汇编语言编写的 不像可编程 续控制器的梯形图语言那样易于被工厂的电气人员掌握 可编程序控制器是专为工厂现场应用环境设计的 结构上采取整体密封或 插件组合型 对印刷电路板 电源 机架 插座的制造和安装 均采用了严密 的措施 可编程序控制器由于具有前述的各种优点 在工业控制领域具有不可 比拟的竞争力 当然在电梯的控制领域也具有重要的地位 把可编程序控制器用于电梯运 动的核心部分是很合理的选择 而且可编程序控制器现在在市场上也是一种成 熟的产品 总之 经上述比较可得 我确定选用PLC控制电梯的运行 2 2 电梯 PLC 控制系统的组成 1 机房机房 机房用来安装曳引机 电控屏 限速器等 机房可以设置在井道顶部 也 可设置在井由自部 当机房设于井道底部时 即为曳引机下置式曳引方式 这 种方式结构复杂 建筑物承重大 对井道尺寸要求大 只有在机房无法顶置时 才使用 对于绝大多数电梯 椭均设于井道顶部 机房必须有足够的面积 高 度 承重能力及良好的通风条件 2 曳引系统曳引系统 曳引系统主要由曳引机 曳引钢丝绳 导向轮组成 曳引机由电动机联轴 器 制动器 减速器 机座 曳引轮等组成 它是电梯的动力源 曳引钢丝绳 的两端分别连接轿厢和对重装置 或者两端固定在机座房上 依靠钢丝绳与曳 引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢的升降 导向轮的作用是分开轿厢和对重装 置的距离 采用复绕型时还可增加曳引能力 导向轮安装在曳引机架上或重梁 上 当钢丝绳的绕绳比大于1时 在轿厢和对重架上应增设反绳轮 反绳轮的个 数可以是1个 2个 甚至3个 这与曳引比有关 3 导向系统导向系统 导向系统由导轨 导靴和导轨架等组成 它的作用是限制轿厢和对重只能 沿着导轨作升降运动 导轨固定在导轨架上 导轨架是支承导轨的组件 与井 道壁联接 导靴装在轿厢和对重架上 与导导轨配合 强制轿厢和对重的运动 服从于导轨的直立方向 4 门系统门系统 门系统由轿厢门 层门 开门机 联动机构 门锁等组成 轿厢门社在轿 厢入口 由门扇 门导轨架 门靴和门刀等组成 层门社在层站入口 由门扇 毕业设计 12 门导轨架 门靴和门锁装置及开锁装置组成 开门机社在轿厢上 是轿厢门和 层门 毕业设计 13 启闭的动力源 5 轿厢轿厢 轿厢是用以运送乘客和货物的电梯组件 它由轿厢架和轿厢体组成 轿厢 架是轿厢体的承重构架 是由上横梁 立柱 底梁和斜拉杆等组成 轿厢体由 轿厢底 轿厢壁 轿厢顶及照明 通风装置 轿厢装饰件和轿内操纵按钮等组 成 轿厢体空间的大小由额定载重量和额定载客量决定 6 门厅门厅 每一层电梯门口装的门 门上带有机器锁及电气接点 客梯多为自动开关 门 开关门由轿厢门上的开门刀带动厅门上的橡皮勒辘来完成的 而轿厢门是 由轿厢上的开关门装置驱动的 7 井道井道 井道由围壁 顶板及底坑围成一个在纳电梯轿厢和对重的有限空间 为了 出人 在每个层站开有入口 8 围壁围壁 围壁的作用是将电梯与外界分隔开 当导轨架直接安装在围壁上时 它还 应承受费切力 围壁的结构分为封闭式和空格式 9 顶板顶板 井道的顶部是机房 它是维修人员工作的地方 因此顶板必须是封闭型的 将井道与机房完全隔离 顶板还具有阻止机房即传向井道的作用 对于快 高 速电梯 为了取得良好的隔声效果 常在井道顶部设隔音层 此时的井道顶成 了双层结构 10 底坑底坑 井道的底坑深入地面 用于安装缓冲器 限速器 钢丝绳涨紧装置等 由 于深人了地面 因此要求防水 最好有排水设施 11 重量平衡系统重量平衡系统 该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的额定载重 重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重 侧曳引钢丝绳长度变化对电梯设计影响的装置 12 电力拖动系统电力拖动系统 该系统由曳引机 供电系统 速度反馈装置 调速装置和变频器等组成 对电梯实行速度控制 曳引电动机是电梯的动力源 根据电梯的配置可用交流 电动机或直流电动机 供电系统是为电动机提供电源的装置 速度反馈装置是 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 与电动机相连 调速装置对曳引电动机实行调速控制 变频器可以通过改变频 毕业设计 14 率的大小来 毕业设计 15 控制其运行速度的快慢 13 电器控制系统电器控制系统 该系统由操纵装置 位置显示装置 控制屏 平层装置 选层器等组成 它起着操纵和控制电梯运行的作用 操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄 开关箱 层站召唤按钮 轿顶和机房中的检修或应急 位置显示装置是指轿内 和层站的指层灯 层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站 控制屏 安装在机房中 由各类电气控制元件 或板 组成 是电梯实行电气控制的集 中组件 选层器能起到指示和反馈轿厢位置 决定运行方向 发出加减速信号 等作用 它可由机械式 继电器式或电子式组成 14 安全保护系统安全保护系统 电梯上设有机械和电气的各类保护系统 以保证电梯安全使用 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 切 断总电源的极限保护 2 3 电梯舒适度 可编程序控制器是由继电器逻辑控制而来的 所以它在开关量处理 顺序 控制方面具有一定的优势 发展初期主要侧重于开关量顺序控制 随着计算机 技术的发展 可编程序控制器增加了数值运算 PID闭环调节功能 并开始与个 人计算机或小型计算机联网 它本身也可以构成网络系统 可编程序控制器的应用领域 在发达的工业国家 可编程序控制器已经广 泛地应用在所有的工业部门 随着可编程序控制器的性能价格比的不断提高 过去许多使用专用计算机的场合也可以使用可编程序控制器 比如用在开关量 的控制 这是可编程序控制器最基本最广泛的应用 它的输入和输出信号都是 只有通 断状态的开关量信号 这种控制与继电器控制最为接近 可以用价格 较低 仅有开关量控制的功能的可编程序控制器作为继电器控制系统的替代物 开关量逻辑控制可以用于单台设备 也可以用于自动线生产线 如机床控制 冲压 铸造机械 运输带 包装机械的控制 同样也可以用于电梯的控制 通过上述的简述 我希望在控制系统中能够达到如下要求 1 乘坐舒适感乘坐舒适感 根据人们生活中的经验证明 在运动速度不变的情况下 速度值的大小对 人们的器官基本上没有什么影响 这只是指人们沿地面或空中的沿与地面平行 的任意方向运动的情况而言的 高速的升降运动就和上述运动有所不同 这是 由于在升降运动中 人体周围气压的迅速变化 对人们的器官产生影响 例如 耳膜会感到压力而嗡嗡响等等 只要采取一定措施 这些影响是可以消除的 毕业设计 16 所以目前电 毕业设计 17 梯的运行速度虽已高达10m s 仍能使乘客无大的不适感 2 电梯理想运行曲线电梯理想运行曲线 根据大量的研究和实验表明 人可接受的最大加速度为 am 1 5m s2 加速度 变化率 m 3m s3 电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形 梯形和正弦 波形 由于正弦波形加速度曲线实现较为困难 而三角形曲线最大加速度和在 启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线 即 m 跳变到 m 或由 m 跳变到 m 的加速度变化率 故很少采用 因梯形曲线容易实现并且 有良好加速度变化率频繁指标 故被广泛采用 变频器构成的电梯系统 当变频器接收到控制器发出的呼梯方向信号 变 频器依据设定的速度及加速度值 启动电动机 达到最大速度后 匀速运行 在到达目的层的减速点时 控制器发出切断高速度信号 变频器以设定的减速 度将最大速度减至爬行速度 在减速运行过程中 变频器的能够自动计算出减 速点到平层点之间的距离 并计算出优化曲线 从而能够按优化曲线运行 使 低速爬行时间缩短至0 3s 在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动 斜坡来调整平层精度 即当电梯停得太早时 变频器增大低速度值或减少制动 斜坡值 反之则减少低速度值或增大制动斜坡值 在电梯到距平层位置4 10cm时 有平层开关自动断开低速信号 系统按优化曲线实现高精度的平层 从而达到平层的准确可靠 其速度曲线如下所示 抛物线 直线综合速度曲线 抛物线 直线综合速度曲线的加速时间的起始阶段 ta n 和最末段 ta n 均为抛物线形速度曲线 而中间段 n 2 ta n为直线形的速度曲线 n 为起动时间系数 毕业设计 18 第三章第三章 可编程控制器的结构与工作原理可编程控制器的结构与工作原理 3 1 PLC 的结构 PLC 实质上是一种被专用于工业控制的计算机 其硬件结构和微机是 基本一致的 如下图所示 编程器 中央处理单元 CPU 输入电路 输 出 电 路 系统程序存储区用户程序存储区 电 源 PLC 硬件的基本结构 3 2 可编程控制器的基本结构 可编程序控制器简称为 PLC Programmable Logic Controller 主要由 CPU 模块 输入模块 输出模块和编程器组成 如下图所示 毕业设计 19 可编程序控制器实际上是一种工业控制计算机 它的硬件结构与一般微机 控制系统相似 甚至与之无异 可编程序控制器主要由 CPU 中央处理单元 存储器 RAM 和 EPROM 输入 输出模块 简称 I O 模块 编程器和电源五 大部分组成 1 CPU 模块模块 CPU 模块又叫中央处理单元或控制器 它主要由微机处理器 CPU 和存 储器组成 CPU 的作用类似于人类的大脑和心脏 它采用扫描方式工作 每一 次扫描要完成以下工作 1 输入处理 将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器 和数据寄存器 2 程序执行 逐条读入和解释用户程序 产生相应的控制信号去控制有 关的电路 完成数据的存取 传送和处理工作 并根据运算结果更新各有关寄 存器的内容 3 输出处理 将输出映像寄存器的内容送给输出模块 去控制外部负载 2 I O 模块模块 I O 模块是系统的眼 耳 手 脚 是联系外部现场和 CPU 模块的桥梁 输入模块用来接收和采集输入信号 输入信号有两类 一类是从按钮 选择开 关 数字开关 限位开关 接收开关 关电开关 压力继电器等来的开关量输 入信号 另一类是由电位器 热电偶 测速发电机 各种变送器提供的连续变 化的模拟量输入信号 可编程序控制器通过输出模块控制接触器 电磁阀 电磁铁 调节阀 调 速装置等执行器 可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯 数字显示 装置和报警装置等 CPU 模块的工作电压一般是 5V 而可编程序控制器的输入 输出信号电压 一般较高 如直流 24V 和交流 220V 从外部引入的尖蜂电压和干扰噪声可能 损坏 CPU 模块中的元器件 或使可编程序控制器不能正常工作 所以 CPU 模 块不能直接与外部输入 输出装置相连 I O 模块除了传递信号外 还有电平转 换与噪声隔离的作用 3 编程器编程器 编程器除了用来输入和编辑程序外 还可以用来监视可编程序控制器运行 时梯形图中各种编程元件的工作状态 编程器可以永久地连续在可编程序控制器上 将它取下来后可编程序控制 毕业设计 20 器也可以运行 一般只在程序输入 调试阶段和检修时使用 一台编程器可供 多台 毕业设计 21 可编程序控制器公用 3 3 开关量 I 0 模块 开关量模块的输入输出信号仅有接通和断开两种状态 电压等级有直流 5V 12V 24V 48V 和交流 110V 220V 等 输入输出电压的允许范围很宽 如某交流 220V 输入模块的允许低电压为 0 70V 高电压为 70 256V 频率为 47 63HZ 各 I O 点的通 断状态用发光二极管或其它元件显示在面板上 外部 I O 接 线一般接在模块的接线端子上 某些模块使用可拆除的插座型端子板 在不拆 去端子的外部连线的情况下 可以迅速地更换模 开关量 I O 模块可能 4 8 16 32 64 点 3 4 可编程控制器的工作原理 可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的 它的梯形图程序与继电 器系统电路图相似 梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称 如输 入 输出继电器等 这种计算机程序实现的 软继电器 与继电器系统中的物 理结构在功能上某些相似之处 可编程序控制器有两种基本的工作状态 即运行 RUN 状态与停止 STOP 状态 在运行状态 可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序 来实现控制功能 为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输 入信号 用户程序不是只执行一次 而是反复不断地重复执行 直至可编程序 控制器停机或切换到 STOP 工作状态 除了执行用户程序之外 在每次循环过程中 可编程序控制器还要完成 内部处理 通信处理等工作 一次循环可分为 5 个阶段 可编程序控制器的这 种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式 由于计算机执行指令的速度极 高 从外部输入 输出关系来看 处理过程似乎是同时完成的 在内部处理联合阶段 可编程序控制器检查 CPU 模块内部的硬件是否正常 将监控定时器复位 以及完成一些别的内部工作 在通信服务阶段 可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信 响 应编程器键入的命令 更新编程器的显示内容 当可编程序控制器处于停止 STOP 状态时 只执行以上的操作 可编程序控制器处于 RUN 状态时 毕业设计 22 还要完成 另外 3 个阶段的操作 3 5 机型的选择 一 PLCPLC 的类型的类型 PLC 按结构分为整体型和模块型两类 按应用环境分为现场安装和控制室安 装两类 按 CPU 字长分为 1 位 4 位 8 位 16 位 32 位 64 位等 从应用角 度出发 通常可按控制功能或输入输出点数选型 整体型 PLC 的 I O 点数固定 因此用户选择的余地较小 用于小型控制系 统 模块型 PLC 提供多种 I O 卡件或插卡 因此用户可较合理地选择和配置控 制系统的 I O 点数 功能扩展方便灵活 一般用于大中型控制系统 二 输入 输出模块的选择输入 输出模块的选择 输入 输出模块的选择应考虑与应用要求的统一 例如对输入模块 应考 虑信号电平 信号传输距离 信号隔离 信号供电方式等应用要求 对输出模 块 应考虑选用的输出模块类型 通常继电器输出模块具有价格低 使用电压 范围广 寿命短 响应时间较长等特点 可控硅输出模块适用于开关频繁 电 感性低功率因数负荷场合 但价格较贵 过载能力较差 输出模块还有直流输 出 交流输出和模拟量输出等 与应用要求应一致 可根据应用要求 合理选用智能型输入输出模块 以便提高控制水平和降 低应用成本 考虑是否需要扩展机架或远程 I O 机架等 三 电源的选择电源的选择 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 四 存储器的选择存储器的选择 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 按 256 个 I O 点至少选 8K 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 五 冗余功能的选择冗余功能的选择 1 控制单元的冗余 1 重要的过程单元 CPU 包括存储器 及电源均应 1 1 冗余 毕业设计 23 2 在需要时也可选用 PLC 硬件与热备软件构成的热备冗余系统 两重化 毕业设计 24 或三重化冗余容错系统等 2 I O 接口单元的冗余 1 控制回路的多点 I O 卡应冗余配置 2 重要检测点的多点 I O 卡可冗余配置 3 根据需要对重要的 I O 信号 可选用两重化或三重化的 I O 接口单元 六 经济性的考虑经济性的考虑 选择 PLC 时 应考虑性能价格比 考虑经济性时 应同时考虑应用的可扩 展性 可操作性 投入产出比等因素 进行比较和兼顾 最终选出较满意的产 品 输入输出点数对价格有直接影响 每增加一块输入输出卡件就需增加一定 的费用 当点数增加到某一数值后 相应的存储器容量 机架 母板等也要相 应增加 因此 点数的增加对 CPU 选用 存储器容量 控制功能范围等选择都 有影响 在估算和选用时应充分考虑 使整个控制系统有较合理的性能价格比 毕业设计 25 第四章第四章 PLCPLC 控制程序设计控制程序设计 4 1 FX2N 可编程控制器简介 FX2N 是 FX 系列中功能最强 速度最高的微型可编程序控制器 它的 基本指令执行时间高达0 08 s 每条指令 远远超过了很多大型可编 程序控制器 用户存储器容量可扩展到16K 步 最大可扩展到每 256 个 I O 点 有 5 种模拟量输入 输出模块 高速计数器模块 脉冲 输出模块 4 种位置控制模块 多种RS 232C RS 242 RS 485 串行通 信模块或功能扩展板 以及模拟定时器功能扩展板 使用特殊功能模块 和功能扩展板 可以实现模拟量控制 位置控制和联网通信等功能 毕业设计 26 4 2 PLC 设计梯形图 毕业设计 27 毕业设计 28 平层 毕业设计 29 起动 毕业设计 30 换速 毕业设计 31 第五章第五章 电梯的电气控制系统电梯的电气控制系统 5 1 概述 电气控制系统是电梯的两大系统之一 电气控制系统由控制柜 操纵箱 指层灯箱 召唤箱 限位装置 换速平层装置 轿顶检修箱等十几个部件 以 及曳引电动机 制动器线圈 开关门电动机及开关门调速开关 极限开关等几 十个分散安装在电梯井道内外和各相关电梯部件中的电器元件构成 载重量和额定运行速度确定后 机械系统各零部件就基本确定了 而电气 控制系统则有比较大的选择范围 必须根据电梯安装使用地点 乘载对象进行 认真选择 才能最大限度地发挥电梯的使用效益 电气控制系统决定着电梯的性能 自动化程度和运行可靠性 随着科学和 技术的发展和技术引进工作的进一步开展 电气控制系统发展换代迅速 在国 产电梯中 在中间逻辑控制方面 已淘汰继电器控制 采用 PLC 和微机控制 在拖动方面 除速度 V 0 63m s 的底速电梯仍有部分产品采用交流双电动机变 极调速外 对于速度 V 1 0m s 的各类电梯 均采用交流调压调速和交流调频 调速拖动系统 新电气控制系统和拖动系统的出现 不但改善了电梯的性能 而且提高了 电梯的运行可靠性能 使我国的电梯工业提高到一个新的水平 基本实现乘用 安全 可靠 舒适的愿望 5 2 电梯电气控制系统中的主要电器部件 为了便于制造 安装 调试和维修 常把电气控制系统中几百至成千万个 电器元件组装在操纵箱 控制柜等十几个部件内 但是有些电器元件组装到各 电源部件中去后 反而会给制造 安装 调试 维修带来困难或不方便 这是 则将这部分电器元件分散装到各有关电梯部件中去 电气控制系统常用的主要 电器部件如下 1 操纵箱操纵箱 操纵箱一般位于轿箱内 是司机或乘用人员控制电梯上下运行的操纵控制 中心 操纵箱装置的电器元件与电梯的控制方式 停层站数有关 毕业设计 32 操纵箱上装配的电器元件一般包括下列几种 发送轿内指令任务 命令电梯起动和停靠层站的元件 如轿内手柄控制电 梯的手柄开关 轿内按钮控制 信号和集选控制电梯的轿内指令按钮 控制电 梯工作状态的手指开关或钥匙开关 控制开关 急停按钮 短接和应急按钮 点动开门按钮 轿内照明灯开关 电风扇开关 蜂鸣器 外召唤人员所在位置 指示灯 厅外召唤人员要求前往方向信号灯 但是近年来已出现操纵箱和指层 箱合为一体新型操纵指层箱 2 指层灯箱指层灯箱是司机 轿内 外乘人员提供电梯运行方向和所在位置指示灯 信号的装置 除杂物电梯外 一般电梯都在各停靠站的厅门上设置有指层灯箱 但是 当电梯的轿厢门为封闭门 而且轿门上没有开设监视窗时 在轿厢内的轿门上 方也必须设置指示层灯箱 位于厅门上方的指示灯箱厅称厅外指层灯箱 位于 轿门上方的指层灯箱在结构上是完全一样的 近年来出现把层灯箱合并到轿内 操纵箱和厅外召唤箱中去的情况 而且采用数码显示 3 召唤按钮 或触钮 箱召唤按钮 或触钮 箱 召唤按钮是设置在电梯停靠站厅门外侧 给厅外乘用人员提供召唤电梯的 装置 根据处位的不同 召唤按钮箱分位于上端站 只装设一只下行召唤按钮 位于下端站只装设一只上行召唤按钮的单钮召唤箱 但是若下端站又作为基站 时 召唤箱上还需加装一只厅外控制自动开关门的钥匙开关 位于中层站者 则是装设一只上行召唤按钮和一只下行召唤按钮的双召唤箱 4 轿顶检修箱轿顶检修箱 轿顶检修箱位于轿厢顶上 以便于检修人员安全 可靠 方便地检修 检 修箱装设的电梯电器元件一般包括控制电梯