基于PLC电梯控制系统的设计-数控设备应用维护专业毕业论文说明书

扬州大学本科生毕业设计毕业设计（论文）作 者： 孙行知 学 号： 院 部： 电气工程系 专 业： 数控设备应用与维护 题 目： 基于PLC电梯控制系统的设计 校内指导教师：陈志文企业指导教师：张宏评阅者：2017年5月摘要 现在的经济越来越发达，导致我们对生活质量与安全的要求越来越高，大部分出现的就是代步工具，在生活中，运用较多的就是电梯了，所以电梯性能的好坏对我们的生活的影响越来越大。对于技术的成熟掌握，使得电梯的各种性能也得到了快速的发展，其运动技术也已经发展到了多种调平调压调速的技术。原本的继电器控制也替换为了PLC来代替。所以本文主要讲的就是然后用PLC来控制电梯通过各种方案和设计，让我们能更加方便的控制电梯，也在乘坐电梯的同时给我们讲带来身心的愉悦，也更加舒适，不会像以前那么沉闷。关键词：电梯；控制系统；可编程控制器 AbstractNow more and more developed, leading to our quality of life and safety of demand is higher and higher, most is the transport, in the life, use more is the elevator, so the stand or fall of elevator performance has more and more influence on our lives. For mature control technology, make the various performance of the elevator also obtained fast development, its movement technology also has already progressed to a variety of leveling regulating speed control technology. The original relay control was replaced by PLC instead. So this article is primarily concerned with and use PLC to control the elevator through a variety of plan and design, let us can more convenient control, elevator in the elevator at the same time told us also bring physical and mental pleasure, more comfortable, not so boring like before.Key words：The elevator control system Programmable controller目录摘要 21 引言 41.1 课题的必要性与发展概况41.2 电梯的简介 41.3 电梯的设计要求与思想 52 基本方案的选择 72.1 变频器的选择 72.2 可编程控制器（PLC）选型 72.2.1 输入输出（I/O）点数的估算 102.3 PLC 控制系统抗干扰措施102.3.1 硬件抗干扰措施 102.3.2 软件抗干扰措施 113 电梯控制系统设计 133.1 主回路原理图 133.2 电梯控制主程序流程图 143.3 梯形图 15结论 24致谢 25参考文献 26附录A I/O口分配表 271 引言1.1 课题的必要性与发展概况随着社会的进步，人类对于计算机技术的熟练掌握，我们对于生活质量的要求也越来越高了。所以在乘坐电梯的过程中，不止追求于速度，更加追去乘坐过程的享受。所以现在就有一种新的技术代替原来的技术。所以就要运用到可编程控制器PLC来控制电梯的运行，它将代替原先继电器的控制方式。电机的变频技术也有显著的提示，所以也将原来的直流变频调速换成的当今热门的交流变频调速，所以，通过PLC控制和变频调速来控制电梯的运行，已经成为了以后电梯发展的一个重要方向。PLC是一种用于自动化控制的专用计算机，所以利用计算机来控制电脑将会给电梯提高很多的操作空间。因为PLC控制相较于其他的控制会更加的方便快捷，可操作的空间也更大。不会像以前那么死板。PLC控制也更加的智能，不用太多复杂的线路，使整个电梯更加的简洁，降低使用成本。也可以进行自动的故障检测，不在需要人为的一点一点的去检测，甚至于一个普通的乘客也可以再电梯发生故障时顺利简单的解决故障。 随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机技术的日益完善也对电梯的使用过程中节电和空间利用方面带来了很大的改善，也对电梯的效率有了大大的提升。然后就是变频调速，它的优点就在于它的调速性能，能够对于提高效率和功率，节能减排方面有很大的帮助，正是因为它的这些优点是当今社会所追求的，所以，PLC控制技术和变频技术将会是电梯和其他行业的一个重要的发展方向。 变频调速电梯使用了先进的SPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能;调速范围广、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，几乎可与直流电机媲美。同时明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能显著。1.2 电梯的简介其实人类在很早以前就已经发明出了类似于电梯的搬运工具，早在公元2600年前，金字塔的建造过程中，就是利用最原始的电梯系统，至今原理都还是如此，通过更重的物体去带动更轻的物体来移动，就和古代的马车有些类似，利用马行动时的大力气，将马车带动。后来人类渐渐利用科学的力量来代替最原始的劳动力。比如最初的蒸汽机，来作为动力。1845年，第一台液压驱动升降机研制成功，这也标志着人类在电梯的运用上有老里程碑式的进步。不过问题一直都是存在的，直到1852年，才有了第一台完全安全的升降机。 1852年，美国纽约杨克斯的机械工程师奥的斯先生发明了世界第1台安全升降机。18573年23日，奥的斯公司在纽约为一座专营法国瓷器和玻璃器皿的商店安装了世界上第一台客运升降机。1862年，奥的斯公司采用单独蒸汽机控制的升降机问世。1878年，奥的斯公司在纽约百老汇大街155号安装了第1台水压式乘客升降机。1889年12月，奥的斯公司在纽约的第玛瑞斯特大楼成功安装了1台直接连接式升降机。这是以直流电动机为动力的世界第1台电力驱动升降机，从此诞生了名副其实的电梯。1.3 电梯的功能设计要求1 电梯的功能设计要求（1） 当电梯到达乘客想要到达的楼层时，能够自动开门，然后手动关门。（2） 利用电梯里的按钮来控制乘客想要到达的楼层。（3） 能自动判断电梯的运行方向，并发出相应的只是信号。（4） 电梯在向上或者向下运行的同时都会有一台电机牵引。电机正转，电梯上升；电机反转，电梯下降。（5） 电梯门的开关由一台电机来实施。（6） 每一层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮，楼层指令按钮。（7） 电梯启动，运行，到站实现速度的调节。2 设计思想（1） 信号控制系统电梯信号控制基本由PLC软件实现。输入的主要信号有：呼叫电梯、电梯开关门的保护性、上下楼层控制、和提示灯的控制。（2） 电梯控制系统实现的功能 能够在电梯外和内部对电梯进行控制，并作出相应的响应。 电梯停在某一层时，此时按动该层的呼叫按钮（上呼叫或下呼叫）,则相当于发出打开电梯门的指令，电梯门打开；如果电梯此时不在该层，则等到电梯完成其他楼层的指令后来进行运行。 电梯运行的不换向原则指电梯有限执行于与电池此时所接受的信号的同方先来进行运行，直到没有相同方向的指令时，才会去完成反方向的指令。 电梯在每一层都有一个行程开关，当电梯碰到某层的行程开关时，说明电梯已经到达所接受指令的层数。 当电梯到达指示的楼层时，电梯门自动打开，等待时间内无人进出，则电梯门缓慢的关闭，直到完全闭合，电梯继续运行，运行过程中门是无法打开的。 当电梯到达相应的楼层时，指示灯会亮起，每到一层指示灯都会改变。3 电梯操作方式 电梯的方式主要以按钮控制为主。 2 基本方案的选择 2.1 变频器的选择 如今变频器的性价比越来越高，然后对于我们设计的帮助，所以我们选择了有点更多的交流变频器。目前市面有很多专门用于电梯的变频器，但是这些变频器的价格都比较贵，所以我们还是选择了比较普通的变频器。利用我们对知识的掌握来提高变频器的性能，相信普通变频器也可以达到我们想要的效果。 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感;另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。考虑以上各种因素，本设计选用安川VS-61665型全数字变频器，它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。2.2可编程控制器（PLC）选型 可编程控制器，英文称Programmable Logic Controller，简称PLC。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器制造技术，但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换成为要求输出的信息，进而在通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。PLC有丰富的指令系统有各种各样的I/O接口，通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统因而具有以下基本功能：1、数据运算功能；2、准确定数功能；3、高速计算功能；4、中断处理功能；5、程序与数据存储功能；6、自检测，自诊断功能；可以说，凡是小型计算机能实现的功能，PLC也几乎都可以做到。像PLC这样，集丰富功能于一身，是别的电控器所没有的，更是传统继电控制电路所无法比拟的。因为PLC的功能更多，所以运用的范围也更加广泛，也为信息化及智能化创造了条件。PLC的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性价比。所以我们的控制系统不在使用继电器控制系统。在电梯运行的时候，电梯如何判断所到的楼层以及提示相应的楼层，这是我们需要仔细研究的一个问题，在电梯正常运行的同时，正确的接收信号然后到达所要到达的楼层，在运行过程中的匀速和到达起步时的慢速，这都是需要利用PLC来控制。利用PLC的编程，来对用户指令的执行，综合所述PLC具有以下特点：(1)可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。 (2)配套齐全，功能完善，适用性强。PLC发展到今天，已经可以满足于各种类型产品的需求，也包括了很多方面的控制。(3)易学易用，对于技术人员来说，这些往往都是家常便饭，技术人员通过利用各种高端的编程技巧，来进行各种操作。(4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。PLC采用的是顺序式的运行，然后不断的循环，所以只要将程序编号，然后将程序输入，程序将会自动运行，当程序运行结束后又会从第一步开始重新运行。 (1)FX系列是新一代微型程序控制器具有以下特点： 程序模块化和标准化，使得编程更加快速和灵活，提供了最先进的软件开发环境，指令系统为同等类型PLC中最丰富、功能最强大。每毫秒29K步处理速度确保完成高性能、高精度的控制；最大I/O控制8192点。可以构成多CPU系统，提供PC-CPU模块。体积小，价格低廉，性能价格比最高。先进美观的外部结构。 提供多种子系列供用户选用。灵活多变的系统配置。功能强、使用方便。(2)除此之外，FX还具有以下优点：配置灵活，除主机单元外，还可扩展I/O模块、A/D模块、D/A模块和其他特殊功能模块。 指令功能丰富，指令执行速度快。可用于内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，寄存器D，计数器C，其功能和数量满足了系统控制要求的需要，尤其是高速计数器（C251等）能接受脉冲编码器脉冲。 编程可用编程器，也可以在PC机上使用三菱公司的专用编程软件包MELSE MEDOC 来进行。编程语言可以梯形图或指令表。可用PC机对系统进行监控，为调试和维护提供了极大的方便。 根据以上特点以及要求可编程控制器必须具有高数计数器。又因为电梯是双向运行的，所以PLC还需具有可逆计数器。综合考虑后，本设计选择了日本三菱公司生产的FX系列机。2.2.1 输入输出（I/O）点数的估算本系统控制四层电梯采用集选控制方式。为了完成设定的控制任务,主要根据电梯输入/输出点数确定PLC的机型。根据电梯控制的要求，电梯应具有内呼和外呼按钮、行程开关、开关门按钮，以及相应的指示灯，估算所需I/O口的数量，并绘制I/O点数分配表，见表1-1。（附录A）2.3 PLC控制系统抗干扰措施我们现在所使用的各种类型的PLC，都是安装在控制室或者单个设备上，他们大部分都是在比较恶劣的环境中运行的，但是PLC就是专门针对于各种恶劣的环境所设计的。所以在设计过程中，要对各种可能存在环境和所发生的突发状况进行试验，然后提出相应的面对措施，这也使PLC控制有很强的抗干扰能力。所以这也并不需要人为的去为各种环境去提供各种的保护措施。当然还有很多不确定性的干扰，所以这些并不能做到完全消除，只能做到尽量的去限制。还有就是内部的问题，当出现内部系统问题时，我们可以通过修改系统来消除这些故障。2.3.1 硬件抗干扰措施PLC控制系统的安装和使用环境PLC是专为工业控制设计的，所以并不需要人为的去做相应的保护措施，但是在PLC系统的内部，则需要对环境合理的控制。普遍的问题就是温度，湿度，尽量把问题控制在常温，原理温度较高的地方，周围也不要摆放散热量较大的物体。还有就是避免一些腐蚀气体和颗粒物，所以需要进行密封式的安装。安装完成后尽量不要大幅度的震动。PLC的电源与接地PLC本身的抗干扰能力一般都很强。所以我们只要将线路与系统线路分开使用就可以了。趋于PLC本身的保护功能，对于自身也会有很大的保护。如果遇到特殊情况时，可以避免与其他电器之间的互相干扰，增加变压器之类的。此外，PLC的输出端子带负载能力是有限的，如果超过了规定的最大限值，必须外接继电器或接触器，才能正常工作。外接继电器、接触器、电磁阀等执行元件的质量，是影响系统可靠性的重要因素。常见的故障有线圈短路、机械故障造成触点不动或接触不良。这一方面可以通过选用高质量的元器件来提高可靠性，另一方面，在对系统可靠性及智能化要求较高的场合，可以根据电路中电流异常的情况对输出单元的一些重点部位进行诊断，当检测到异常信号时，系统按程序自动转入故障处理，从而提高系统工作的可靠性。若PLC输出端子接有感性元件，则应采取相应的保护措施，以保护PLC的输出触点。PLC的输入、输出设备PLC的输入与输出需要尽量的保证电梯运行的安全，然后又有一定的自保能力。所以在选择方面尽量选择一些质量有保证的设备，避免设备本身的问题给电梯运行带来不必要的麻烦。比如一些开关按钮，要能够在多次使用下保持良好的接触状态。在设计电路时，先观察好设备所能接受的最大电压电流值，不要超过设备所能承受的负载。2.3.2软件抗干扰措施硬件抗干扰措施的目的是尽可能地切断干扰进入控制系统，但由于干扰存在的随机性，尤其是在工业生产环境下，硬件抗干扰并不能有效的解决一些干扰，所以就需要软件拥有抗干扰的措施。利用实时监控的方法对系统的运行进行监控PLC内部具有丰富的软元件，如定时器、计数器、辅助继电器等，所以这样就会造成定时器或者计数器故障给电梯运行带来无法估量的后果和乘客带来生命危险。这时候就需要实时监控来防止故障的发生。当实时监控发现系统给我错误指示时，立马发出警报且安全停止电梯。消抖在电梯运行过程中，震动是不可避免的。为了防止震动给电梯运行带来影响，所以设计让发出的信号有短时间的延迟，等到震动结束后在发出信号，这样可以避免电梯在震动时发出错误的信号。用软件数字滤波的方法提高输入信号的信噪比为了提高输入信号的信噪比，常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样五次，若某一次采样值远远大于其它几次采样的幅值，那么就舍去之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往会在一定范围内频繁波动，则采用算术平均法。即用n次采样的平均值来代替当前值。一般认为：流量n= 12，压力n=4最合适。对于缓慢变化信号如温度参数，可连续三次采样，选取居中的采样值作为有效信号。对于具有积分器A/D转换来说，采样时间应取工频周期(20ms)的整数倍。实践证明其抑制工频干扰能力超过单纯积分器的效果。3 电梯控制系统设计3.1 主回路原理图根据本设计要求，本次设计的电气控制系统主要回路原理图如图所示。图中M1,M2为曳引电机和门电机，交流接触器KM1-KM4通过控制两台电机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。FR1,FR2为己过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载是断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用。图1 电气控制系统主要回路原理图3.2 电梯控制主程序流程图图2 电梯控制主程序流程图3.3 梯形图图3 梯形图图4 梯形图图5 梯形图图6 梯形图图7 梯形图图8 梯形图图9 梯形图图10 梯形图图11 梯形图结论本设计基本上达到了最初设计目的。利用PLC实现了对电梯的控制，通过合理的设备选型、硬件和软件设计，提高了电梯运行的可靠性。本设计虽然只是针对四层楼设计的电梯系统，但是在我们稍加改进后，可用于更高曾楼的建筑。PLC系统主要由硬件控制和信号控制组成，硬件主要有电机、门外操作按钮、电梯内操作按钮、移动门、可调速装置、感应器等。通过按钮发出信号给PLC，然后控制电梯的上下，电梯门的开关。因为采用的是PLC技术，所以可操作的可能性更大。还去掉了大部分的继电器，使线路更加的简单，使整个电梯更加整洁。PLC在遇到故障时可能够自动报警，维修方便，运行时安全性高。经过调查，利用PLC控制电梯，其费用仅仅是继电器控制电梯费用的三分之一还少，而且从安全这个角度来说更没有继电器控制电梯危险。但是，随着科学技术飞速的发展，电梯控制由硬件化逐步向软件化发展。并且不断在更新控制方式，利用PLC控制电梯这种方式将会全面发展到社会各个刚层楼企事业单位。致谢此文是在老师的帮助下才能顺利完成的，老师放弃了自己的休息时间，陪着我完成这个艰难而又庞大的任务，老师对我严厉的要求和老师本身认真负责的态度让我深深的感动，谨此，像老师以表达崇高的敬意和由衷的感谢。在这次毕业设计中，我们通过在网上查找资料，图书馆查找书籍，研究关于电梯方面的知识，然后再通过自己对可编程序控制器在电梯系统中的运用，和老师细心的指导，完成了这次对电梯系统的研究和设计。在查找的过程中，也让我发现了自己很多的不足，补充了很多我并不知道的知识。所以在将来的学习中我会更加的努力。也学会了坚持，过程是艰苦的，但是结果是好的，所以做任何事的时候遇到困难不要紧，最重要的是不放弃。参考文献1石天.电梯史话.湖南安全与防灾，2008. 2孙立新，王彦涛.对电梯分类的探讨.ChinaElevator,2004. 3张汉达，王锡仲，朱学莉编著.现代电梯控制技术.哈尔滨：哈尔宾工业大学出版社发行，2001.3. 4芮静康.电梯电气控制技术.北京：中国建筑工业出版社，2005.5冯圣华.浅论电梯电气控制发展.科技资讯，2009. 6杨宁主编. 微机控制技术.M北京：高等教育出版社，2001. 7顾战松，陈