李国栋plc方案设计书

1、张家界航空工业职业技术学院电气工程系毕 业 论 文课题名称：四层电梯控制系统设计与制作学生姓名学李国栋号26班级103352专业机电一体化指导教师黄华2013年5月摘要随着我国经济的高速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检 测日新月益更新 , 其应用越来越广。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们 的生活紧密相关，随着人们对电梯运行安全性、高效性、舒适性等要求的不断提高，电 梯得到了快速发展，目前电梯的控制方式普遍采用了两种方式，一种是传统的继电器构 成的控制系统；第二种控制方式用可编程控制器（ PLC取代继电器构成控制系统。本 设计在已有的通变频器的基础上，通过对选

2、择传统的继电器构成控制系统与 PLC控制系 统的优缺点比较，从而采用PLC对电梯进行控制，用软件实现对电梯运行的自动控制功 能，可靠性大大提高。控制系统结构简单，外部线路简化，可方便的增加或改变控制功 能，也可以进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。本设计考虑到载客电梯的实际操作功能，又兼顾载客电梯控制中具有递推功能，所 设计的控制系统针对的是四层电梯。代替传统的继电控制系统，由变频器实现对电梯的 拖动调速，使PLC与调速拖动装置相结合，构成PLC集选控制系统，实现了电梯的各种 控制功能，提高额电梯运行的可靠性，降低了故障率 。关键字： 可编程控制器 PLC 四层电梯目录引言

3、 1第一章：电梯的设计要求 2第二章：交流电梯的基本结构 2第三章：电梯的主电路及控制电路 6电梯自动控制流程图 6（1）：拽引电动机主电路 6（2）：控制部分 7（3）：输入输出地址分配表 8（4）: PLC的外部接线图 9（ 5）：电梯工作过程 9第四章：组态的使用及应用 10第五章：电梯的控制程序 11结论 19致谢20参考文献 21引言随着城市建设的不断发展， 高层建筑的不断增多， 电梯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分。电梯就是用于高层建筑物中的固定式升降运输设备，它有一个装载乘客的轿厢，沿 着垂直或倾斜角度小于 15°的导轨在各楼层间运行，是垂直

4、运行的电梯 （ 通常也简称为电 梯） 、倾斜方向运行的自动扶梯、倾斜或水平方向运行的自动人行道的总称。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。电梯作为 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分。 有了电梯， 摩天大楼才得 以崛起，现代城市才得以长高。据估计，截至 2002年，全球在用电梯约 635 万台，其中 垂直电梯约 610 万台，自动扶梯和自动人行道约 25万台。电梯已成为人类现代生活中广 泛使用的人员运输工具。人们对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求推动了电梯技术 的进步。如今，世界各国的电梯公司还在不断地进行电梯新品的研发、维

5、修保养服务系统 的完善，力求满足人们的对现代建筑交通日益增长的需求。目前电梯的控制普遍采用了两种方式， 一是采用微机作为信号控制单元， 完成电梯信 号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由 变频器来完成； 第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。 从控制方式和性 能上来说，这两种方法并没有太大的区别。PLC可靠性高，程序设计方便灵活。本设计在用PLC控制变频调速实现电流、速度双闭环的基础上，在不增加硬件设备的条件下，实现 电流、速度、位移三环控制。第一章: 设计要求一、接收并登记电梯在楼层以外的所有指令信号，给予登记并输出登记信号。二、根据最早登

6、记的信号，自动判断电梯是上行还是下行，这种逻辑判断称为电梯的 定向。电梯的定向根据首先登记信吃的性质可分为两种。一种是指令定向，指令定是把指 令指出的目的地与当前电梯位置比较得出“上行”或“下行”结论。例如，电梯在二楼， 指令为一楼则向下行；指令为四楼则向上行。第二种是呼梯定向，呼梯定向是根据呼梯信 号的来源位置与当前电梯位置比较，得出“上行”或“下行”结论。例如，电梯在二楼， 三楼乘客要向下，则按 AX3此时电梯的运行应该是向上到三楼接该乘客，所以电梯应向 上。三、电梯接收到多个信号时，采用首个信号定向，同向信号定向，同向信号先执行， 一个方向任务全部执行完后再换向。例如，电梯三楼，依次输入

7、二楼指令信号、四楼指令 信号、一楼指令信号。 如用信号排队方式， 则电梯下行至二楼上行至四楼下行至一楼。 而用同向先执行方式， 则为电梯下行至二楼上行至四楼。 显然，第二种方式往返路程短， 因而效率高。四、具有同向截车功能。例如，电梯在一楼，指令为四楼则上行，上行中三楼有呼梯 信吃，如果该呼梯信号为呼梯向（K5）,则当电梯到达三楼时停站顺路子载客；如果呼梯 信号为呼梯向下（K4），则不能停站，而是先到四楼后再返回到三楼停站。五、一个方向的任务执行完要换向时，依据最远站换向原则。例如，电梯在一楼根据 二楼指令向上，此时三楼、四楼分别在呼梯向下信号。电梯到达二楼停站，下客后继续向 上。如果到三楼停

8、站换向，则四楼的要求不能兼顾，如果到四楼停站换向，则到三楼可顺 向截车。六、采用MCG组态软件监控系统运行。实现监控功能。第二章: 交流电梯的基本结构电梯的电气系统包括电力拖动系统和电气控制系统两大部分。 电力拖动系统有各种交 流的和直流调速系统。 电气控制系统现在已逐渐采用可靠性更高、 通用性更强的可编程控 制器和微型计算机控制系统， 但是，仍有大量正在使用的电梯采用继电器接触器控制系 统。本次毕业设计采用交流变极调速、继电器一接触器控制的XPM型四层四站客货两用电梯,XPM型 型号中X代表选层按钮控制，P代表自动选层，M代表自动门。电梯的基本结构按照位置，可分为机房、井道、轿厢和厅门四大部

9、分。 一：机房部分机房设在顶层，在井道的上方，机房部分包括拽引机、控制屏和限速器等。(1) : 拽引机 拽引机是电梯的驱动机构，它包括拽引电动机、电磁制动器减速器和拽引电动机为电 梯专用YTD系列双速电动机。减速器采用蜗轮蜗杆减速。拽引轮是 V型或轮挂着对重，当 轿厢上升时同，对重下降，反之当轿厢下降时对重上升，轿厢与对重要在井道中各自的导 轨内滑动。(2) : 控制屏控制屏上装有电梯电气控制系统的大部分电器，包括熔断器、接触器，各种继电器、 变压器、整流器及各种阻容元件等。(3) : 限速器限速器是电梯专用的一种安全保护装置，通常使用离心甩块夹绳式限速器。二 : 井道部分井道是电梯轿厢垂直运

10、动的通道，在井道里安装有轿厢和对重的导轨，缓冲器，以及 各种控制和保护用的电器。极限开关，楼层感应器，平层隔磁板等。 、三 : 轿厢部分电梯的轿厢部分包括轿厢体， 安全钳，轿厢门的自动开关装置， 平层和层楼信号装置， 以及轿厢渺无人烟操纵屏和指示灯。(1) : 轿厢体 轿厢是指电梯用来载动运乘客或货物的装置。包括厢架、厢体、厢门。(2) :自动开关装置开关门及电机开关门控制装置轿厢门由电动机拖动， 能自动开关， 开关门电动机采用 直流电动机。(3) : 平层和楼层信号感应器装置，从电力拖动自动控制的角度来看，电梯是垂直运行按行程位置进行控制的电气设备，而向控制电路发出楼层和平层的位置信号的装置

11、是永磁感应器。平层感应器一般用永磁感应器，他和换速感应器结构相同，均由干簧管和永磁铁组 成，干簧管是一个装有触点的真空管，其动触点 2 是用导磁的簧片制成，触点 12 之间 相当于一组动断触点， 2 3 之间相当于一组动合触点。由于干簧管装在永久磁铁旁边， 在磁场的作用下簧片动作，其动断触点 12 断开，而动合触点 2 3 断开。用永久磁感应 器作位置控制的主令电器， 不但具有动作迅速可靠的优点， 而且没有行程开关容易产生机 械磨损的缺点。发出平层信号的平层感应器装在轿厢上，装在上面的是平层感应器，装在两者中间 是开门感应器。三个感应器随轿厢上下运动，而平层隔磁板则固定在井道中，当轿厢到达 停

12、层位置时，平层隔磁板插入三个感应器中间，则轿厢的底版正好与楼面地板平齐。楼层 信号感应器的原理与此相同， 不同的是停层隔磁铁板装在轿厢顶上随轿厢运动， 而楼层感 应器则固定在井道中(每层一个) 。(4) : 轿厢内操纵屏和指示灯 在轿厢上装有操纵屏，上面装有选层按钮和各种控制按钮。在轿厢门上有指示灯，用 以指示轿厢所在的楼层数。四: 厅门部分厅门部分主要有厅门，厅门外的召唤按钮和指示灯。(1) : 厅门 厅门是指每一楼层的电梯门，厅门平时应是关闭的。而且从外面不能打开。厅门本身 没有开关门的动力。 当电梯轿厢到达一层楼时， 由轿厢门上的拔叉插入厅门上的两个渡轮 之间，带动厅门与轿厢一起开、关。

13、(2) : 厅门外的呼唤按钮和楼层信号指示灯 在厅门的门框旁，装有两个按钮，用来发出呼唤电梯信号，一个是上呼唤按钮，一个 是下呼唤按钮。XPM型电梯是由操纵者在轿厢内进行控制的，在厅门外能向操纵者发出呼 唤电梯信号，现时不能控制电梯运行的方向。交流双速电梯电气控制系统由拖动电路部分 ,直流控制电路部分 ,交流控制电路部分 , 照明电路部分 ,厅外召唤电路部分 ,以及指示灯信号指示电路。交流双速电梯电气控制系统按电路功能分为自动门的开关电路 , 轿厢指令控制与厅外 招呼控制电路 , 指层电路与定向控制电路 ,电梯的启动加速与减速平层电路等 . 各电路之间的控制关系。正是上述电路的相互配合，曳引电

14、动机按指拧启动，正转、反转、加速、减速、 等速、制动、停止来实现电梯各种工作状态的运行。五：电梯的平层与停层平层与停层时使上行或下行接触器 KM1或 KM2断电释放，切断拽引电动机和电磁制动 器线圈电路，实现制动抱闸，电梯停于某一层站。平层是指电梯平层时，轿厢底与层站地 面在同一水平面上，这样便于乘客的进出。为了保证电梯的平层准确度。通常在轿厢顶设 置平层器。平层器由三个干簧感应器构成，由上至下分别为上平层感应器，门区感应器和F平层感应器触点3 0触点2 0_1A丄触点1 0谨管磁感线永久磁铁(a)中间无隔磁铁插入触点3 O触点1 O触点2隔磁铁板(b)中间有隔磁铁板插入图2.2.2 干簧感应

15、器结构原理示意图干簧感应器的结构和工作原理图如图1-3所示，它由干簧管和永久磁铁组成，干簧管是一个装有触点的真空管，其动触点2是用导磁的簧片制成，触点1 2之间相当于一组动断触点，23之间相当于一组动合触点。由于干簧管装在永久磁铁的旁边，在磁场的作 用下簧片动作，其动断触点1 2断开，而动合触点23闭合(图2.2.2 (a)当隔磁铁 板插入干簧管与磁铁之间(图 2.2.2 ( b)时,簧片复位，其动断触点1 2闭合，动合 触点23断开。用永磁干簧感应器作位置控制的主令电器，不但具有动作迅速可靠的优 点，而且没有行程开关容易产生机械磨损的缺点第三章：电梯的主电路及控制电路肌梯的自动控制过程的流程

16、图:拽引电动机主电路如下图2 1所示。Q电源总开关M交流双速电动机动KM7慢速接触器，KM6快速接 触器，KM1上行接触器，KM2下行接触器，KM3加速接触器KM4,第一减速接触器，KM3 第二减速接触器图【21 )二：控制部分针对这个四层电梯的控制系统.本文采用西门子S7 200可编程控制器设计电梯的控制系 统完成电梯的轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制 任务电梯运行规则（1） 当电梯在一楼时，按厢内指令开关”四”，电梯应在四楼停车。（2）按” 1”楼下呼梯开关,电梯应由四楼降到一楼接人。（3） 按厢内指令开关”三”，同时按二楼上呼开关电梯应在二楼接入后，再到

17、三楼。（4） 当电梯在三楼时，依次按厢内开关”二”四”一”电梯应下行到二楼 下行至一楼 上 行至四楼。（5） 电梯在一楼，按厢内指令开关”二”随后立即按三楼，四楼应下呼梯开关，电梯应先 到二楼,下客后断续上升到四楼接客，然后到三楼接客。0电梯的按钮屏的示意图(1)、输入三：输入输出地址分配 表如下：名称元件名地址编码名称元件名地址编码一层位置开关SQ110.0一层上行呼梯SB5I1.0二层位置开关SQ210.1二层上行呼梯SB611.1三层位置开关SQ3I0.2三层上行呼梯SB711.2四层位置开关SQ4I0.3二层下行呼梯SB8I1.3一层指令开关SB1I0.4三层下行呼梯SB911.4二层

18、指令开关SB2I0.5四层下行呼梯SB1011.5三层指令开关SB3I0.6四层指令开关SB4I0.7(2)、输出名称元件名地址编码名称元件名地址编码上行指示L1Q0.0一层上行呼梯L7Q1.0下行指示L2Q0.1二层上行呼梯L8Q1.1上行驱动KM1线圈Q0.2三层上行呼梯L9Q1.2下行驱动KM2线圈Q0.3二层下行呼梯L10Q1.3一层指令登记L3Q0.4三层下行呼梯L11Q1.4二层指令登记L4Q0.5四层下行呼梯L12Q1.5三层指令登记L5LQ0.6开门模拟L13Q1.6四层指令登记L6Q0.7关门模拟L14Q1.7四：PLC的外部接线图LI U KM1 KM2 L3 L4 L5

19、口 L7 L8 L9 L10L11L12L13 U4® £c9$01 >j1XTIL<IU °Q g Q 2L«CCg£3L£ ££©££ 七=PPPpppp*ST.汀厂厂严宁NW亠6H70 代S7-200/CPU226寸 ggbOicifi 寸u: g r-gd dQ PI "二宀一二一N uN LI ±41 1 1 丨 1)¥TrlTiSQ1 SQ2 SQ3SQ4 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 SBP SB

20、10五：电梯工作过程当电梯处于基站，关门等运行状态时，此时按基站外呼按钮，信号经按钮传输到PLC 经PLC判断为本层开门，再将信号传输到 M2开关门电动机。输出开门信号，电梯开门。人进入轿厢后，经延时，电梯自动关门。也可按关门按钮（ CLOS）E ，使电梯提前关 门。开门时显示板上的关门显示发光二极管点亮，开门结束后熄灭。关门时关门显示发光 二极管点亮，关门结束后熄灭。如果轿内指令选四层按钮，则指令经串行传输到 PLC上，显示屏上的发光二极管L4 闪亮，当手离开按钮后，信号被登记，内选按钮指示灯也点亮。电梯定为上方向运行。PLC核实信号后，可将运行信号传输到各个工作部位并发出运行指令。电梯开始

21、按给定 曲线运行，其给定速度信号不断与速度反馈信号比较，不断校正，使电梯运行的速度曲线 尽量符合理想的运行曲线，使电梯运行平稳。运行过程中， 井道中的轿厢位置传感继电器每过一个隔磁板即核对一次运行位置， 并 将信号输入PLC与其中记忆的位置和旋转编码器发回的脉冲数量核对， 三个信号核对无误 后电梯继续运行。电梯每到一个隔磁板，门区继电器即吸合一次，层楼指示便变化一次。运行过程中PLC里的“先行楼层”不断寻索楼层呼梯指令信号。当“先行楼层”导索 到呼梯指令后，上到站钟 GU或下到站钟GD发出到站钟声，经延时，电脑发出换速信号， 电梯开始减速运行。当隔磁板插入平层感应器时，电梯进一步减速进入爬行。

22、当轿厢到达 平层位置后，接触器断电，电梯停止运行。制动系统工作，电梯停稳。电梯停稳后，发出开门信号，电梯开门。经延时，关门时间到，发出关门信号，电梯 又开始关门。电梯门关好后， 其运行方向按轿内指令和厅外召唤与轿厢的相对位置而定。 如没有 任何指令，电梯就地待命（有返回基站功能时即返回基站）。第四章: 组态的使用及应用MCGS软件具有全中文、面向窗口的可视化操作界面。实时性强，有良好的并行处理 性能和丰富生动的多媒体画面。MCGSS）软件的开放式结构拥有广泛的数据获取和强大的 数据处理功能。同时。提供良好的安全机制，为多个不同级别用户设定不同的操作权限。 MCG组态软件支持多种硬件设备，实现“

23、设备无关”，用户不必因外部设备的局部改动， 而影响整个系统。MCG组态软件由“ MCG组态环境”和“ MCG运行环境”两个系统组成。 两部分互相独立。又紧密相关。本文利用MCGSA态软件设计。在设备组态窗口中选择适当的串口通讯设备添加西门子S7 200PLC正确设置其属性。正确设置组态软件中数据变量设备通道的连接，即可 实现PLC与组态软件的通讯。将PLC中的串口驱动程序与组态软件的需求响应相结合，使 电脑对PLC发出的信号有响应。在 MCGS&态软件的用户窗口中，制作一个动画界面。在 界面上设置各个控件的属性，使设置的控件按照真实的情况动作，检验和测试电梯PLC控制系统对电梯的运行状

24、态的控制效果。MCG用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面组态配置各种不同类型和功能的对象或构构。可以对实时 数据进行可视化处理。第五章：电梯的控制程序NBtwDrk 3三楼掴督HNetwork 4|匹錢猖令登记Id?K4Q07Nelwoik 5占星上行呼搂堡记Q1Q)Nelwaik G111M0.2Q".iNeEwotk 7三楼上印璀登记11.2M0.3Netwonk 8II.3M0.2Q1.3MetwOik 9|三軽下疔呼稷登记Network 1UI四楼下行呼楼登记Q1.5Ndlwaik 11Uff号Mttlio 0ionm2I FyH丿 JNelwa

25、ik 12指楚倍号10.3M(12d()ionmo10.2T FyH_' JQ0.5MC.2Network 16Q0.6Nelwuik 17M0.2Q0.3Ml.5)Netwoik 24OUM0.2I I1 F-pH1.4M03I I1 MNeliwtfk 25Il1QC.4I IMC.1IIM1 u11Q0.5JIIIM0.2II1 1I IQO.ET 1M0.3H IQC.7I I1 1Network 27IM3.DIIPLSENENOOOXMilIi jNelriuk 32Ndwo(k 33M2 5-HTMZ7皿1QLBduQI?QQDPI_()Nttncik 34I下歸TF諭画

26、両M2CQO.OQ1 &结论本系统主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了利用可编程控制器控制 电梯的功能，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当电梯的功能增加时，硬件接线 上只需增加行程开关输入信号。 原来的接线不需要改变， 软件上只需增加相应程序以及输出 的功能，要改动的地方也较少。调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，都达到了 设计的要求，表明该设计方案是可行的。在这次的毕业设计中 , 我的收获颇多 ,主要有：1. 熟悉有关电梯的一些运动状态和方式。2. 进一步熟悉掌握了 PLC的使用方法和编程的一些思路。3. 一些画图软件的使用方法得到了明显的提高。4. 提高了自己自身许多学习上的能力和动手的能力。5. 对于面对各种情况的能力得到了提高。在这次毕业设计中 , 也有一些问题有