专科电气毕业论文

1、专科电气毕业论文    三层楼电梯PLC控制系统设计与调试【摘要】：本文主要是设计一种电梯PLC控制系统。电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可或缺的交通运输设备，既可作为楼层间的交通工具也可以作为工业生产中的运输装备。它靠电力拖动，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们的生活中起着举足轻重的作用。而控制电梯运行的PLC系统也要求越来越高，要求达到电梯运行的“稳，准，快”的运行目的。该系统主要由PLC、逻辑控制电路组成。其中包括交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和变频器组成为一体的控制系统。PLC在电梯升降控制上的应用主要

2、体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对的控制。本文主要讨论研究利用欧姆龙CPM1A PLC对电梯的升降进行控制，形成电梯控制系统。整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层；起动、制动控制。其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握，更重要的是实惠经济。【关键词】：电梯；可编程序控制器；自动控制进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器(PLC)是根据顺序

3、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。因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行业的一个热点。PLC是一种用于自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方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。电梯采用了PLC控制，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。控制系统结构简单，外部线路简化。另外可方便地增加或改变控制功能。也可进行故障自动检测与报警显示，提高运

4、行安全性，并便于检修。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。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。        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

5、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。第一章 总体设计方案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

6、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。1.1 总体方案的确定目前，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

7、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，不如可编程序控制器的接线端子那样方便可靠。  

8、60;     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。1.2 电

9、梯PLC控制系统的构建（1）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，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）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。（3）门厅每

10、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。（4）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。（5）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，

11、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率的大小来控制其运行速度的快慢。（6）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箱内和层站的指层灯；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

12、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。（7）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。1.3 电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析1.3.1 电梯的初始状态假设电梯开始时处于第1 层待命、各层显示器都被初始化, 电梯处于以下状态:各层呼叫灯均不亮。电梯内部及外部各楼层显示器显示均为“1”。电梯内部及外部各楼电梯门均关闭。1.3.2 电梯运行过程中按下某层呼叫按钮( 13 层) 后, 该层呼叫灯亮, 电梯响应

13、该层呼叫。电梯上行或下行直至该层。各楼层显示随电梯移动而改变,各层指示灯也随之而变，运行中电梯门始终关闭, 到过指定层时, 门才打开。在电梯运行过程中, 支持其他呼叫。1.3.3 电梯运行后状态在到达指定楼层后, 电梯会继续待命, 直到新命令产生。电梯在到达指定楼层后, 电梯门会自动打开, 经过一段时间自动关闭, 在过程中, 支持手动开门或关门。各楼层显示值为该层所在位置, 且上行与下行指示灯均灭。欧姆龙的CPM1A的系列PLC，它是将众多功能凝集在超小型机壳内的微型可编程控制器。在控制器内备有模拟电位器与RUN/STOP 开关等，方便功能实现，通过扩展单元、扩展模块与基本单元的连接，可自由地

14、选择使用方法。1.4 实际运行中的控制要求分析实际中, 电梯服务的对象是许多乘客, 乘客乘坐电梯的目的地是不完全一样的, 而且, 每一个乘客呼叫电梯的时间有前有后。因此, 我们将电梯在实际中的各种具体情况加以分类, 做出分析, 以便于编制程序。电梯上行分析,若电梯在上行过程中, 某楼层有呼叫产生时, 可分以下两种情况:        （1） 若呼叫层处于电梯当前运行层之上、目标运行层之下, 则电梯应在完成前一指令之前先上行至该层, 完成该层呼叫后再由近至远的完成其他各个呼叫动作。（2） 呼叫层处于电梯当前运行层之下

15、, 则电梯在完成前一指令之前不响应该指令, 直至电梯重新处于待命状态为止。电梯下行分析,若电梯在下行过程中, 某楼层有呼叫产生时, 可分以下两种情况:（1）若呼叫层处于电梯当前运行层之下、目标运行层之上, 则电梯应在完成前一指令之前先下行至该层, 完成该层呼叫后再由近至远的完成其他各个呼叫动作。（2）呼叫层处于电梯当前运行层之上, 则电梯在完成前一指令之前不响应该指令, 直至电梯重新处于待命状态为止。1.5 电梯控制要求( 1) 呼叫接收控制接受每个呼叫按钮( 包括内部和外部的呼叫) 的呼叫命令, 并做出相应的响应。( 2) 楼层呼叫控制电梯停在某一层( 例如2 层) 时, 此时按动该层的呼叫

16、按钮( 上呼叫或下呼叫) , 则相当于发出打开梯门的命令, 进行开门的动作过程; 若此时电梯的轿箱不在该层( 在1、3 层) ,则等到电梯关门后, 按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。( 3) 运行方向控制电梯运行的不换向原则是指电梯优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫, 直到这此命令全部响应完毕后才响应使电梯反向运行的呼叫。( 4) 楼层到达控制电梯在每一层都有1 个行程开关, 当电梯碰到某层的行程开关时, 表示电梯已经到达该层。( 5) 呼叫按钮控制当按动某个呼叫按钮后, 相应的呼叫指示灯亮并保持,直到电梯响应该呼叫为止。( 6) 电梯门控制当电梯停在某层时, 在电梯内部挥动开门按钮,

17、则电梯门打开, 按动电梯内部的关门按钮, 则电梯门关闭。但在电梯运行期间电梯门是不能打开的。( 7) 楼层指示灯控制当电梯运行到某层后, 相应的楼层指示灯亮, 直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变。1.6 可行性论证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   

18、60;    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：根据人们生活中的经验证明，在运动速度不

19、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。所以目前电梯的运行速度虽已高达10m/s。仍能使乘客无大的不适感。1.7 设计的整体布局及其选型通过上述的分析可知，我所选择的电梯载重量为1000kg,速度为1m/s,三层三站。PLC的型号为CPM1A-30CDT-D-V1，通过其继电器电路图来设计出梯形图，通过PLC的选型连接其PLC接线图。电动机

20、选用交流三相异步电动机，它具有结构简单、维护和操作简便、价格便宜、坚固耐用、工作可靠等优点；其缺点是调速性差、概率因数低。变频器选用安川变频器（616G5），它作为通用变频器适合任何应用场合,在低速下能够实现平稳启动（1%额定转速），并且极其精确地运行。它的自动调整功能可使世界各地生产的电动机达到高性能运行。具有如下优点：低速大转矩和全频域平稳加、减速；驱动普通电机能达到最佳的控制效果；操作简单灵活；具有扩展功能，既可单机使用也可联网使用；设计平均无故障时间：250000小时。把50Hz的工频交流电经过处理后输出频率可调的交流电的电气装置叫变频器。它由整流电路、滤波电路、再生制动电路、逆变电路

21、和控制电路组成。安全保护系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用。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；还有切断总电源的极限保护等。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气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。        2.1 电梯的电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置，操作装置和位置显示装置等

22、部分组成。其中控制装置根据电梯运行逻辑功能要求，控制电梯运行，设置咋机房中的控制柜上。操作装置时由轿箱内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯运行的。平层装置时发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎和厅门地砍达到用平面的操作。位置显示装置，是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用箭头指示电梯的运行方向。2.2 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、

23、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。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

24、来已出现操纵箱和指层箱合为一体新型操纵指层箱。（2）指层灯箱指示灯箱是司机，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。根据处于位置的不同，召唤按钮箱分位于上端站，只装设一只下行召唤按

25、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慢上、慢下的按钮，点动开关门按钮，急停按钮，轿顶正常运行和检修运行检索转换开关，轿顶检修灯开关等。（5）换速平层装置换速平层装置是一般低速或快速实现到预定停靠站时，提前一定距离把快速运行切换为

26、平层前慢速运行，平层时自动停靠的控制装置。（6）限位开关装置为了确保司机、乘用人员、电梯设备的安全，在电梯的上端站和下端站处，设置了限制电梯运行区域的装置，称为限位开关装置。（7）极限开关装置极限开关是一种在80年代中期以前，用于交流双速电梯，作为当限位开关装置失灵，或其它原因造成轿厢超越端站楼面100150mm距离时，切断电梯主电源的安全装置。极限开关包括位于机房，经改制的铁壳开关，固定于轿厢导轨的上下滚轮组，固定于轿厢架的打板（和极限位开关装置合用一个打板），以及联结铁壳开关和上下滚轮组的钢丝绳构成。电梯运行过程中，由于某种原因造成电梯轿厢超越端站楼面，达到极限开关的作用点时，位于轿架的打

27、板碰撞上或下滚轮组，上下滚轮组通过钢丝绳强行拉掉铁壳开关，切断电梯的总电源，强迫电梯立即停靠。由于这种装置的结构比较复杂，开关的故障率比较高，80年代中后期，国内不少厂家采用在井道两端站各安装一只限位开关，由限位开关打板碰压，由限位开关控制一只接触器，由接触器切断电梯总电源的办法所取代。（8）选层器选层器设置在机房或隔音层内，是模拟电梯运行状态，向电气控制系统发出相应电信号的装置。按与电气控制系统配套使用情况，选层器可分为两种：a.用于货、客梯电气控制系统的选层器b.用于客梯电气控制系统的选层器用于客梯电气选层器除具楼层指示器的功能外，还具有自动消除轿内指令登记信号，根据内外指令登记信号，自动定电梯的运行方向，到达预定停靠站时提前一定距离向控制系统发出减速信号和提前开门信号，有的还能发出到站平层停靠信号等。由于与客梯控制系统配套使用的选层器具有比较完善的性能，不但可以简化电气控制系统，便