全手写已通过机电一体化毕业论文

1、基于PLC的电梯控制系统的设计系 部： 机 电 工 程 系 学生姓名： 专业班级： 机 电 11C1 班学 号： 指导教师： 2014年 4 月声 明 本人所呈交的基于PLC的电梯控制系统的设计，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 同学 日 期： 2014.4 目录一、电梯的现状、市场前景，存在的问题 （一）电梯的现状 （二）电梯的前景 （三）电梯的存在问题 （四)电梯常见故障和分析方法二、PLC控制简单

2、概要 （一)PLC的产生 （二)PLC的应用状况 (三）PLC的发展趋势 （四)PLC的工作特点 （五）PLC的结构组成 （六）PLC的工作方式 （七）PLC工作的主要特点 (八）PLC汇编语言三、五层电梯设计的总体方案 （一）可控制编程器（PLC）方案  （二）单片机控制方案 （三）继电器控制方案  （四）工业计算机控制系统方案 四、 电梯功能的描述 （一）I/O地址分配 （二）PLC外部接线图 （三）各段程序功能描述【摘要】随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用，其作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可

3、分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠。本文介绍了PLC在五层电梯控制系统中的应用，以PLC为主控制器，采用集选控制方式，实现了五层电梯的基本功能。【关键词】：PLC 电梯控制一、电梯控制系统简介 （一）电梯行业的现状改革开放初期，鉴于当时我国资金和技术双重匮乏的情况，国家决定

4、引进外资，电梯业成为我国最早引进外资的行业。外资或合资品牌由此全面进入我国市场，外资品牌垄断的市场份额曾经高达95%以上。外资品牌在初期进入的时候，确实有其自身的技术、品牌优势和在我国所享有的税收优惠等超国民待遇，迅速垄断了国内市场，在合资初期一定程度上抑制了我国民族品牌的发展。但外资品牌的进入对于促进我国电梯业的发展也起到了一定的促进作用，也加速了民族品牌企业的发展。由于整机和配套技术的全面发展，使得电梯自主品牌全面发展。   近年来，一批民族电梯企业苦练内功，绝地反击，出现四分天下有其一的局面。目前，中国已成为全球电梯劲旅竞争的主战场，中国电梯业目前面临行业的

5、重新“洗牌”，民族自主品牌应利用国家政策支持、资本市场支持等多方面有利因素，逐鹿天下，加快赢得更多市场。整机制造商需要掌握的行业技术众多，对产品设计和制造、机电集成技术以及产品的售后安装维保的要求高，进入电梯行业特别是整机制造领域，对产品开发、设计、管理和安装维保人员的专业素质要求都较高，需要一定时间的技术积累，在很大程度上形成了进入该行业的技术和人才壁垒。     同时，电梯作为终端消费品，品牌在市场竞争中的作用明显。品牌往往成为人们在选择电梯产品时的重要考虑因素，电梯生产企业要想建立良好的品牌并获得市场的认可，也必须经过市场一定时间的不断检

6、验。中国成为全球电梯制造中心和最大的电梯市场 。随着我国经济持续增长、城镇化建设的加速和房地产行业的进一步发展，大型商场等城市建设投入的增加，电梯市场需求量因多方面需求得到迅速增长。目前市场份额中，外资品牌占国内电梯市场的75%左右的份额，民族自主品牌约占25%的市场份额。但我国民族自主品牌与外资品牌在资金和品牌上仍存在一定差距，自主品牌企业的发展还任重道远。产业集群效应初显 自主品牌加速崛起 江苏省吴江市地处沪、苏、浙交汇中心，是我国电梯生产的重要核心区域，全市拥有电梯整机生产企业30家、配件企业150家，形成了一个以吴江汾湖经济开发区为中心的电梯、扶梯及零部件

7、产业集群，该产业集群已经列入江苏省100个重点培育产业集群。     康力电梯是汾湖产业集群中具有代表性的品牌之一，公司从初期为外资品牌做配套开始，在较短的时间内形成了从研发、设计、制造到安装、维保等完整的业务链条，具备了自主研发能力，拥有成本、技术、网络、人才和国家政策支持等五大相对优势。     政府支持力度的加大，为民族自主品牌电梯的成长创造了良好的发展空间。2008年，国家公布了自主创新产品政府首购和订购管理办法，明确了政府优先采购国内自主创新产品；2009年，国家出台了装备制造业的振兴计划，强调

8、要“依靠区域优势，发挥产业聚集效应，形成若干具有特色和知名品牌的装备制造集中地”。这些政策的出台，都促进了民族电梯业的发展。近年来，我国电梯的出口年均增长率将保持在35%以上，电梯行业也逐步成为国内比较重要的行业。中国电梯协会预测，未来五年内我国垂直电梯和扶梯市场国内市场和出口市场将分别占整个全球市场的1/2和1/3，我国在今后相当长的时间内仍将是全球最大的电梯市场，年产值超千亿元，电梯市场可谓前景广阔。国务院特种设备安全监察条例规定，特种设备的强制报废制度也为我国电梯改造市场带来了新的机遇。（二）电梯的前景伴随我国经济的快速发展和城镇化进程的不断深入，我国的电梯行业正经历着一个高速发展期，目

9、前，我国在电梯产量、电梯保有量、电梯增长率方面均为世界第一。2011年，我国电梯产量为45.7万台，相比2010年增长幅度达24%。截至2011年底，我国电梯保有量达到201.06万台。2012年，中国经济增速放缓，国家持续对房地产市场进行调控，电梯行业面临着市场由快速扩张向需求放缓后的平稳增长。2012年全年我国共生产了52.9万台电梯，与2011年相比，增长了15.8%。截至2012年年底，我国电梯保有量达到250万台左右，继续领跑全球。随着我国二三线城市的快速发展以及城镇化进程的不断推进，带动经济建设快速发展。特别是国家在今后几年对保障房市场的投入，将使得包含保障性住房在内的住宅建设总量

10、依然呈增长趋势，将带动电梯的需求量进一步增长。因此，我国在今后相当长的时间内还将是全球最大的电梯市场，仍有巨大潜力。同时，电梯和空调是建筑中的耗电大户，一台电梯大约超过10 台空调的用电量。目前国内城市高层建筑中高耗能的早期传统双速电梯和老式直流电梯仍然在延续使用，经测算，如果2005 年所有在用电梯中80采用节能电梯，全年可以节约耗电122 亿千瓦时。过去人们一直比较注重电梯的安全、舒适，对于节能这一块重视不够。但随着国家建筑节能法规的出台，节能电梯将成为未来中国电梯市场的发展趋势。（三）电梯发展存在问题自从电梯发明以后，电梯电气控制技术越来越收到人们的重视。电梯作为现代建筑中的重要交通工具

11、，它与一般的交通工具有着较大的差别。电梯主要是由机械、拖动系统、电器控制系统部分组成的。拖动系统也可以属于电器系统，因而电梯的故障主要出现在机械故障和电气故障，良好的电梯控制技术是电梯高质量运行的重要保障，电梯运行安全舒适、高效、节能控制器的性价比等都是电梯技术发展面临的重大问题。（4） 电梯常见故障和分析方法 故障： 1、在基站将钥匙开关闭合，电梯不开门。 2、电网提供正常，电梯没有快车和慢车。3、电梯下行正常，上行五快车。4、电梯轿厢到平层位置不停车。5、电梯有慢车没有快车。6、选层记忆并开关门后电梯不能启动运行。7、开门、关门过程中门扇抖动、有卡阻现象。8、门安全触板失灵。9、按下选层按

12、钮后没有信号。10、电梯起动困难或运行速度明显减低。11、连接件松脱引起的故障、12、自然磨损引起的故障。13、润滑系统引起的故障。14、机械疲劳造成的故障。15、继电器、接触器、开关等元件的触点短路或断路引起的故障。分析方法：当电梯控制电路发生故障时，首先要问、看、听、闻、做到心中有数。所谓问，既是询问操作者或报告故障的人员故障发生时的现象情况，查询在故障发生前有否作过任何调整或更换元件工作。所谓看，就是观察每一个元器件是否正常工作，看控制电路的各种信号指示是否正确，看电气元器件外观颜色是否改变等。所谓听，就是听电路工作时是否有异常声。所谓闻，闻电路元器件是否有异常气味。完成上述工作后，可采

13、用下列方法进行电气控制电路故障诊断。1、 程序检查法2、 静态电阻测量法3、 短路法4、 接触不良测试1. 节能问题 随着我国经济建设的不断发展，人民生活水平的不断提高，电梯的拥有量呈不断上升趋势，电梯的能耗也随之不断提高。因此采取有效措施降低电梯能耗已引起广泛关注，通过近些年的研究和开发，一些电梯的节能技术也日趋成熟，特别是永磁同步电机驱动技术和制动电能回馈利用技术的重大突破，对电梯产品总能耗产生了巨大影响，为电梯节能带来了巨大的空间。2.效率 电梯作为日常居民常用的工具，承载着一定负载，而且电梯又能够经得起频繁地上下起动的考验。所以电梯运动动力学分析、运行过程特性分析、交流双速电梯拖动控制

14、、永磁同步电梯拖动控制等理论的分析都会有助于电梯运行效率的提高。现在在国内能够做到电梯高效率的运行很难，这些技术都将限制电梯发展。 3.控制器性价比低 目前国内的电梯厂家采用的电梯控制核心设备大部分都是国外进口产品，核心技术和知识产权为国外大公司所有。另外国内的绝大部分VVVF电梯采用的变频器都是电梯用专用变频器，这种变频器虽然使用起来很方便，但其价格却是同类通用变频器的1.5到2陪，使整个控制系统的性价比大大下降。 电梯系统是实现智能垂直交通运输的重要设备，也是智能建筑自动化系统的重要组成部分，应为乘客提供一个安全、快捷、方便、舒适的环境，即减少乘客的候梯时间，将候梯烦躁感降到最低，增加舒适

15、度，减少电梯运行时间，提高运行效率，优化电梯的承载率。现在控制系统是机电一体化设备，涉及机械工程、电力驱动、PLC控制、传感器与检测等学科技术。二、PLC可编程控制器简单概要 可编程控制器（Programmable Controller）简称PLC，与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。 PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设

16、计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按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设计。”（一）PLC的工作特点 PLC之所以能适应工业环境，并能够得以迅猛的发展，是因为它具有如下特点： 1、可靠性高，抗干扰能力强； 2、程序可变，具有柔性； 3、编程简单，使用方便； 4、功能完善； 5、组合灵活，扩充方便； 6、减少了工作量； 7、体积小，重量轻，环境要求低； 8、成本低，水平高。（2） PLC的结构组成 如图1现场输出信号输出

17、映像寄存器输入映像寄存器电 源现场输入信号输出接口输入接口存储器CPU扩展接口总线或标准接口扩展单元、特殊功能单元等外部设备（编程器等）图1 PLC工作流程图PLC是一种通用的工业控制计算机，它的硬件组成与普通微型计算机基本相同。主要由以下几部分组成：CPU；存储器；I/O部分；编程工具；电源CPU：是PLC的核心部件之一。按一定的规律和要求读入被控对象的各种工作状态，接收用户程序，处理数据，向被控对象送出相应的控制（驱动）信号。各个公司PLC选用的CPU芯片类型不同。1、通用微处理器2、单片机（自成体系，集成性好）3、位片式微处理器 （适用于多CPU，速度快，造价高，4、集成度低。大中型PL

18、C）4、存储器：保存程序和中间运算结果的器件5、系统程序存储器 固化PLC厂家编写的系统程序（ROM/PROM/EPROM）6、用户程序存储器 存放用户编写的控制程序（RAM/EPROM） 数据表存储器存放I/O状态表，定时器、计算器的预置表。高速暂存储器存放运算的中间结果、统计数据、故障诊断的标志位编程工具：用于编程、检查、修改、调试、检查和监视简易编程器：无CPU，只能联机编程，体积小、重量轻、便于生产现场调试图形编程器：有显示屏（手持式），有CPU，可联机编程也可脱机编程，可编辑梯形图程序通用微机作为编程器：个人电脑，配上厂家提供的编程软件和通讯线。有效利用资源。（三）PLC的工作方式

19、1、PLC以顺序循环扫描工作方式为基本工作方式。有的PLC虽然也有中断工作方式但仍以顺序扫描工作方式为基础 2、PLC采用的是循环扫描工作方式。在PLC中，用户程序按照先后顺序存放在PLC中，工作时CPU从第一条指令开始执行，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始，不断循环。PLC在运行过程中，总是处在不断循环的顺序扫描过程中。PLC上电后，就在系统程序的监控下，周而复始地按固定顺序对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行，这个过程实质上是一个不断循环的顺序扫描过程 3、PLC的扫描周期：PLC重复执行上述三个阶段，每重复一次的时间为一个扫描周期或工作周期。在本扫描周期的程序执行阶段发生的

20、输入状态变化是不会影响本周期的输出的。（串行工作）PLC工作流程：图2所示图2 PLC内部处理过程三、五层电梯设计的总体方案PLC系统设计时，首先应了解设计要求，其次要确定确定控制方案，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、

21、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。（一）电梯控制系统的方案论证在电梯控制系统中，我们可以采用可控制编程器（PLC）、单片机、继电器控制等三种控制方案，以下我们将对三种控制方案进行详细说明。 1.可控制编程器（PLC）方案 PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑 运算、顺序运算、计数、计 时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。 2.单片机控制方案

22、0;单片机控制系统是通过芯片控制的系统，首先需要进行系统硬件设计，然后画出硬件电路原理图，最后再制作PCB电路板，在设计过程中需要很多电子元器件，还要焊接PCB电路板，进行硬件调试，进行抗干扰设计和测试的大量工作，需要使用专门的开发装置和编程语言编制控制程序，最后在进行系统联调。 3.继电器控制方案 继电气控制系统主要是以继电器为核心，采用硬接线方式把各种继电器、定时器、接触器及其触点按照一定逻辑关系连接起来组成的控制系统，从而控制相关生产机械工作。  4.工业计算机控制系统方案 工业控制计算机用于实现工业生产过程控制和管理的计算机，又称过程计

23、算机。它是自动化技术工具中最重要的设备。 它具有采集来自工业生产过程的模拟式和(或)数字式数据的能力，并能向工业过程发出模拟式和(或)数字式控制信号，以实现工业过程控制和(或)监视的数字计算机系统。所以综合上述选择方案1，因为PLC控制非常的简单又实用，也适合用于电梯设计的主要应用程序。基于PLC的电梯控制流程图图3 电梯运行控制流程图四、电梯简单功能的描述位移传感器是电梯平层控制调整的装置，实现自动平层，且平层必须准确。适应频繁起动、停止、调整及换向的工作要求，使加减速和等速平稳，速度曲线平滑，到站前五微动。静磁栅位移传感器在电梯控制系统中的作用为电梯平层控制的调整，电控系统是电梯

24、的“中枢神经”，其质量的好与坏直接影响电梯质量，不管是客梯还是医用电梯都讲究乘坐舒适，而舒适感与运行时间有关。要想乘坐舒适，就要延长加减时间，因而使运行时间随之延长，电梯运行效率低。所以，为了使电梯具有较高的运行效率，加减速度应该有一个合适的限度，而且变化平稳称重传感器是测量电梯载荷的装置，为控制系统提供电梯的载荷信号。用PLC控制5层乘客电梯，在每一层安装一个位移传感器，用于检测楼层信号，在14层各安装一个上行呼叫按钮SB1SB4和红色信号灯HL1HL4，在25层各安装一个下层呼叫按钮SB5SB8按下按钮时，对应的信号灯亮。这样用户可以清晰知道电梯到达位置及需要等待的时长。 电梯在上行过程中

25、应优先响应轿厢上层的上行信号，上行到有上行信号的楼层停留3秒。在轿厢上层没有上行信号时，则应响应上层的下行信号。在轿厢上层没有下行信号时，则应响应下层的呼叫信号（包括上行与下行信号）。下行过程与上行类似。（一）I/O地址分配所下表所示PLC输入/输出地址在控制系统中的作用 X1X4电梯上行按钮X12X15电梯下行按钮X21X25楼层位置传感器Y0Y4 Y5Y7上行信号红色 下行信号灯绿色 Y10上行Y12下行Y20Y26楼层显示数码管 agI/O地址分配表表1一楼上行信号灯二楼上行信号灯三楼上行信号灯四楼上行信号灯二楼下行信号灯三楼下行信号灯四楼下行信号灯五楼下行信号灯上行下行abcdefg一

26、楼上行按钮 二楼上行按钮 三楼上行按钮 四楼上行按钮 二楼下行按钮三楼下行按钮 四楼下行按钮 五楼下行按钮 一楼传感器二楼传感器三楼传感器 四楼传感器 五楼传感器 X001 Y000 P L C X002 Y001 X003 Y002 X004 Y003 X012 Y004 X013 Y005 X014 Y006KM1 X015 Y007KM2 X021 Y010a X022 Y012b X023 Y020 c X024 Y021 X025 d Y022e Y023 f Y024g Y025 220VN Y026 L COM1（三）各段程序功能描述图4.1 初始阶段控制1、此段功能是为了检查除

27、一楼以外其他楼层的信号是否处于断开状态，检查楼层是否可以进入运行状态，此段程序有效的解决了个各个楼层的冲突。图4.2 上行控制2、此段程序是控制电梯的上行运行，各楼层相对应的控制，中间继电器起了连续控制作用，从而有序控制楼梯上行。图4.3 下行控制3、此段程序是控制电梯的下行运行，各楼层相对应的控制，中间继电器起了连续控制作用，从而有序控制楼梯下行。图4.4 显示楼层4、此段程序显示楼梯在各楼层的位置，电梯的前后层对它起到连续运行控制的基本作用，让它继续运行。图4.5 楼层位置输出结果5、此段程序是中间楼层所在位置给出的输出控制信号。图4.6 绿灯显示6、此程序是判断电梯上行，显示绿灯代表电梯可以下行。图4.7 红灯显示7、此程序是判断电梯下行，显示绿灯代表电梯可以上行。图4.8 停止时间8、此程序是电梯停止，控制时间为30秒。图4.9 上行9、此程序是控制电梯上行。图5.1 下行10、此程序是控制电梯下