机电一体化毕业设计论文

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目录摘要本次设计基于PLC的五层电梯控制系统的总体设计方案主要将可编程序控制器（PLC）应用到电梯的控制系统中去，以五层电梯为例来完成电梯PLC控制系统的总体设计方案、组成及程序设计。具体来说，我们选用了三菱FX2N可编程控制器，并利用220V交流电源供压。在进行PLC的I/O接口分配时，我们确定了机内各种软继电器、通道代号，以及常用指令的编制规则。为了实现电梯拖动，我们选用了交流双速电机，并采用楼层传感器来实现楼层间的翻转。为了显示电梯所处的楼层，我们采用了LED发光二极管。在系统的设计中，我们重点研究了PLC的安全控制电路、楼层控制电路，以及开关门电路的设计。我们还编写了启动开关门程序、上行下行程序、楼层控制程序、自动定向程序等。通过这些程序，PLC电梯控制系统可以对电梯的升降、加、减速、平层、起动、制动等进行控制。值得一提的是，我们的控制系统可以应用于更高性能要求的电梯中。整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯进行控制，其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。我们的设计考虑到了载客电梯的实际操作功能，同时也兼顾了载货电梯控制中具有递推功能的特点。因此，我们所设计的控制系统针对的是五层电梯。通过使用变频器实现对电梯的拖动调速，我们成功地将PLC与调速拖动装置相结合，构成了PLC集选控制系统。这样一来，我们实现了电梯的各种控制功能，提高了电梯运行的可靠性，降低了故障率。关键词：PLC,电梯,曳引电动机,梯形图1.概述本文介绍了交流双速电梯的设计和实现。首先，简要介绍了电梯的发展历史和运行情况，然后详细阐述了设计要求。接着，详细介绍了交流双速电梯的基本工作原理，包括主电路和主要电气设备。接下来，讨论了输入/输出电路的设计，包括PLC的选择、门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路等。最后，介绍了梯形图的设计，包括梯形图的概念、开门环节、关门环节和总设计。本文的目的是为读者提供一个全面的交流双速电梯设计的指南。1.1电梯的发展简史电梯是一种垂直运输设备，它的发展历史可以追溯到公元前300年左右的古希腊。最初的电梯是由人力驱动的，后来发展成为蒸汽和液压驱动的。20世纪初，电力驱动的电梯开始普及。现在，电梯已成为现代城市生活的必需品。1.2电梯的运行工作情况电梯的运行工作情况包括三个主要方面：电气、机械和安全。电气部分包括电机、电缆、控制电路等。机械部分包括电梯轿厢、导轨、钢丝绳等。安全部分包括门锁、安全装置、紧急制动等。1.3设计要求电梯的设计要求包括运行速度、载重能力、安全性、舒适性等。另外，还需要考虑节能和环保等方面的问题。在设计电梯时，需要综合考虑这些因素，以满足用户的需求和社会的要求。2.交流双速电梯的基本工作原理交流双速电梯是一种常见的电梯类型，它可以实现快速上升和慢速下降。其基本工作原理包括主电路和主要电气设备两个方面。2.1交流双速电梯的主电路交流双速电梯的主电路包括电动机、制动器、限速器、上下行开关等。其中，电动机是电梯的动力源，制动器用于控制电梯的停止和启动，限速器用于保护电梯的安全，上下行开关用于控制电梯的运行方向。2.2电梯的主要电气设备电梯的主要电气设备包括电机、控制器、变频器、编码器等。其中，电机是电梯的动力源，控制器用于控制电梯的运行，变频器用于调节电梯的速度，编码器用于测量电梯的位置。3.输入/输出电路的设计输入/输出电路是电梯控制系统的重要组成部分，它包括PLC的选择、门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路等。3.1PLC的选择PLC是电梯控制系统中的核心部件，它负责控制电梯的运行。在选择PLC时，需要考虑其性能、可靠性和价格等因素。3.2门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路门机电路用于控制电梯门的开关，抱闸电路用于控制电梯的制动器，门锁及安全运行电路用于保证电梯的安全运行。这些电路的设计需要考虑到安全和可靠性等因素。3.3PLC输入/输出电路PLC输入/输出电路用于与其他设备进行通信，包括电机、编码器、按钮等。在设计这些电路时，需要考虑到信号的稳定性和可靠性等因素。4.梯形图的设计梯形图是电梯控制系统的重要组成部分，它用于描述电梯的控制流程和控制逻辑。梯形图的设计包括梯形图的概念、开门环节、关门环节和总设计。4.1梯形图的概念梯形图是一种图形化的控制逻辑表示方法，它用于描述电梯的控制流程和控制逻辑。梯形图由一系列“梯形”组成，每个梯形表示一个逻辑步骤。4.2开门环节开门环节是电梯的一个重要环节，它包括门机电路、门锁电路和门开关等。在设计开门环节时，需要考虑到安全和可靠性等因素。4.3电梯的关门环节关门环节是电梯的一个重要环节，它包括门机电路、门锁电路和门开关等。在设计关门环节时，需要考虑到安全和可靠性等因素。4.4电梯图的总设计电梯图的总设计包括电梯的所有控制逻辑和控制流程。在设计电梯图时，需要考虑到电梯的运行速度、载重能力、安全性和舒适性等因素。5.结论与展望本文介绍了交流双速电梯的设计和实现。通过对电梯的发展历史、运行情况和设计要求的介绍，以及交流双速电梯的基本工作原理、输入/输出电路的设计和梯形图的设计等方面的讨论，读者可以了解交流双速电梯的设计和实现过程。未来，交流双速电梯的发展将会更加智能化、数字化和网络化。1.概述1.1电梯的发展简史电梯是一种垂直运输设备，在高层建筑中不可或缺。它通过电力来驱动轿厢在井道内的导轨上进行垂直升降运动，扮演着举足轻重的角色。随着电梯的发展，对于控制电梯运行的PLC系统的要求也越来越高，必须达到“稳、准、快”的运行目的。该系统主要由PLC、逻辑控制电路组成，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。本机控制单元采用三菱FX2N的可编程控制器PLC对机器进行全过程控制。电梯是机电一体的大型复杂产品，机械部分相当于人的躯体，电器部分相当于人的神经，机电高度合一，使电梯成为现代科学技术的综合产品。对于电梯的结构而言，传统的方法是将其分为机械部分和电气部分。1.2电梯的运行工作情况电梯的轿厢内都设置有操纵箱，操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮称为外召唤按钮，操纵箱上的按钮称为指令按钮。电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜/箱、导轨等主要部件组成。电梯在进行垂直运行的过程中，有起点站和终点站。对于三层以上的建筑物内的电梯，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。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。一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮，中间层站的数量则根据建筑物的高度而定。电梯的运行工作情况和汽车有些相似，但汽车的起动、加速、停靠等都需要司机操作，而且在运行过程中可能遇到复杂的情况，因此汽车司机必须经过严格的培训和考核。相比之下，电梯的自动化程度更高，一般司机或乘用人员只需通过操纵箱上的按钮向电气控制系统下达指令信号，电梯就能自动关门、定向、起动，并在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度更高的电梯，司机或乘用人员一次可以下达多个指令信号，电梯便能依次起动和停靠，依次完成全部指令任务。尽管电梯和汽车在运行过程中有许多不同之处，但它们也有许多共同点。例如，乘客电梯的运行方式类似于公共汽车，在起点站和终点站之间往返运行。当电梯到达前方停靠站时，如果有顺向指令信号，它会自动平层停靠并开门接乘客。而载货电梯的运行方式类似于卡车，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，一般只能下达一个指令任务。在执行任务的过程中，如果中间层站出现顺向指令信号，一般不能自动停靠。因此，载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。本设计主要研究五层电梯的PLC控制方法，包括硬件设计和软件设计过程。设计程序要求实现以下要求：1.自动启停，到达指定楼层后自动停层并自动开门。2.当电梯到达顶层或底层时，自动变换运行方向。3.门外或轿内有楼层显示和运行方向显示。交流双速电梯的主电路图如图1所示。其中，M1为YYTD系列电梯专用型双速笼型异步电动机（4/16）；KM1、KM2为电动机正、反转接触器，用以实现电梯上、下行控制。KM3、KM4为电梯高、低速运行接触器，用以实现电梯的高速或低速运行；KM5为启动加速接触器；KM6、KM7、KM8为减速制动时的接触器。L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路中的电抗与电阻，与KM5~KM8配合实现对电机的加、减速控制。当KM1或KM2与KM3通电吸合时，电梯将进行上行或下行启动，延时后KM5通电吸合，切除R1、L1，电梯将转为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停层指令后，KM3断电释放，KM4通电吸合，电动机转为低速接法，串入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且KM6~KM8依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动的舒适感；至平层位置时，接触器全部断电释放，机械抱闸，电梯停止运行。在检修状态时，电梯只能在低速接法下点动运行。电梯的主要电气设备包括曳引电动机和自动门机。齿轮曳引系统作为电梯的提升机构，主要由驱动电动机、电磁制动器（也称电磁抱闸）、减速器及曳引轮组成。自动门机则用于控制电梯门的开关。电梯的门分为厅门和桥门。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启。厅门由门机拖动桥门，桥门带动厅门完成。只有当厅门、桥门全部关闭后才允许启动运行。但在检修状态时，可以在不关门状态下运行。层楼指示也叫层显。过去常由低压灯泡构成，安装在每层站厅门的上方和轿厢内轿门的上方。现多由数码管或LED点阵结构组成，与呼梯盒、运行方向指示做成一体结构。呼梯盒也叫召唤按钮箱或外呼盒，用以在每层站召唤电梯。常安装在厅门外，离地面1米左右的墙壁上。基站与顶站只有一个按钮，中间层站由上呼与下呼两个按钮组成。按钮带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯信号已被接收并记忆。当电梯满足呼梯要求并停层开门时，呼梯记忆灯熄灭。基站的呼梯盒上常带有钥匙开关，供电梯管理员开关电梯。操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布命令。操纵箱上没有与电梯层站数相同的内选层按钮（带指示记忆灯），上、下行启动按钮（带上、下行指示记忆灯，检修时用），开、关门按钮，急停按钮，电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯时自动运行，还是检修状态）以及风扇、照明等的控制开关。平层及开门装置由磁铁板和上、下平层感应器1KR、2KR组成。上行时，1KR首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速，至2KR插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号，电机停转，机械抱闸。下行时，2KR首先插入隔梯铁板，发出减速信号至1KR插入隔梯铁板时，发出停车及开门信号。停层装置在电梯的井道内每层站装有一只磁铁板。当轿厢运动到相应层站时，磁铁板插入平层感应器内，以此检测电梯所处在位置和产生平层信号。安全窗及其开关、安全钳及其开关、限速器及其开关、上、下限位开关、上、下强迫停止开关、极限开关等都是电梯的安全装置。电梯的安全装置包括安全窗、安全钳和限速器。安全窗位于轿厢顶部，用于紧急情况下疏散乘客，打开后电梯将停止运行。安全钳是为防止电梯曳引钢绳断裂及超速运行而设计的机械装置，用以夹持轿厢在导轨上。限速器则用于检测电梯运行速度，当电梯超速时，限速器会动作并带动安全钳，使电梯停止运行。这些装置的动作通过相应开关来检测。当电梯运行至上、下极限位置时，如果仍不停车，上、下限位开关会动作发出停车信号。如果电梯仍不能停车，上、下强迫停止开关会被压下，强制电梯停止运行。如果还不能停车，机械装置会带动极限开关动作，切断电梯曳引电动机的电源，以达到停车的目的，避免电梯出现冲顶与礅底事故。为了方便分析电梯的工作原理及PLC控制系统，列出了5层5站电梯的电器元件。其中，PLC选择了三菱FX2N-48MR-001型，该款PLC价格适中，性能稳定，适用于本设计。它内置8K容量的RAM存储器，最大可以扩展到16K，CPU运算处理速度为0.08μS/基本指令，在FX2N系列右侧可连接输入输出扩展模块和特殊功能模块。门电动机为它励直流电动机，控制正、反转的是KM9和KM10。KM9接通时，电阻R2与电动机电枢并联，电流由电枢左端流向右端，电动机正转实现开门。压下SQ8时，R2部分被短接，实现开门调速。KM10接通时，电动机将反转，实现关门，并由SQ9、SQ10与R3一起实现关门调速。抱闸线圈YB应该在电梯上、下行运行时打开，停止运行时抱死。因此，KM1和KM2可以控制抱闸线圈YB的通电和断电。所有厅门、轿门开关串联在一起，控制门锁继电器KA1，实现全部门关后电梯才能运行的控制。安全回路由安全窗开关（SQ1）、安全钳开关（SQ2）、限速器开关（SQ3）、轿内急停开关（SQ4）、上、下强迫停止开关、基站开关（SA2）以及热继电器触点FR1、FR2串联在一起，控制安全运行继电器KA2。只有当KA2吸合时，才允许PLC处于运行状态。这样可以节省PLC的输出口，又可以实现在多种紧急情况下的立即停车。PLC的输入/输出电路是将电梯运行过程中的各种输入信号，通过输入口送入PLC，构成其输入电路图。而完成电梯运行的各种执行元件和指示电梯运行状态的指示灯，都需要受到PLC输出口的控制，构成其输出电路。具体的输入/输出电路图可参考图示。梯形图是PLC使用最广泛的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，非常适用于开关量逻辑控制。因此，梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计则称为编程。电梯开门环节存在多种情况。例如，在电梯投入运行前的开门，需要将开关电梯钥匙插入SA2内，旋转至开电梯位置，此时PLC电源接通，程序开始运行，电梯自动开门，乘客或司机进入轿厢，选层后电梯自动运行。而在电梯检修时开门，开门则为手动状态，由开关门按钮SB1和SB2实施开门与关门。其他情况包括电梯自动运行停层时的开门、电梯关门过程中的重新开门、呼梯开门、防夹或超载开门等。电梯的关门环节同样存在多种情况。例如，在电梯到达基站时，司机或乘客离开轿厢，电梯自动关门，司机将开、关梯钥匙插入SA2，旋转到关梯位置，电梯的安全回路被切断，PLC停止运行，电梯被关闭。同时，电梯开门时开始计时，时间到后，电梯应自动关门。还可以通