【《基于PLC电梯控制系统设计》8100字（论文）】

基于PLC电梯控制系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u7897第一章电梯及控制器的简介 绪论随着科技的发展，社会的进步，高层住宅越来越多，同时对于科技民生的发展也越来越快，人们的生活出行也愈发方便。特别是在改革开放后，在国家相关政策的指导下，我国一些地区的高层建筑层出不穷，随着相关建筑行业的进步，在建筑中作用非常明显的电梯设备也得到了充分的发展空间。在这类建筑中，电梯主要分为载人型以及运输型两种，这两种电梯在我们的日常生活中随处可见。在目前的时代背景下，电梯的数量一定程度上代表了国家在这方面的综合实力。电梯的发展源远流长，早在公元前236年，古希腊的物理学家，天文学家阿基米德就发明了，当时世界上的第一台电梯，由于发电技术还没有出现，这台“电梯”还是人力驱动的，但是这台“电梯”的发明成为了后来电梯的雏形。再后来，真正代替人力的电梯是在1858美国发明的以蒸汽机为动力的电梯。直到1887，电能的广泛使用，出现了第一台电能驱动的电梯，是由美国的奥的斯公司发明的，这个公司后来也成了电梯行业的大亨。不这也才是电力电梯的萌芽阶段，当时所用的电还是直流电，后来进入了20世纪，电能的运用更加广泛，特别是交流感应电机的迅速发展，使电梯的研究者们把研究方向转向了用交流电作用于电梯的拖动系统。交流电在调速方面的优越性使得电梯进一步发展，直到现在，日常生活中我们所看到的大多数电梯，都是采用的交流拖动。第一章电梯及控制器的简介1.1电梯的定义及分类电梯主要是用来对一些特定的楼层进行运输工作的运输设备，为了乘客的安全和便于出行及运输货物，电梯的轨道中需保持两列刚性轨道，这种轨道需与水平面的垂直角小于十五度，这种角度倾斜内才能正常运行电梯并保证电梯安全。通常在我国，电梯依据不同的分类方式可以划分为下列几种类型：（1）在使用方向上，电梯可以作为医用电梯或货运电梯，这种电梯的轿厢一般很大，可以运输大件货物和无法行动的病人。在旅游景点，电梯可以作为观光电梯，其就不需要封闭电梯，在四面或两面设置玻璃，便于游客观光等。除此之外，还包括一些具有特殊用途的电梯。（2）在电梯的动力驱动方向上，电梯主要有直流、交流、液压等动能提供方式，这些驱动方式各有各的优点，可以根据实际环境和应用来进行合理使用。（3）根据电梯运行速度的不同，可以将其分为低速梯（运行速度小于1.00m/s）、中速梯（运行速度处于2.00-5.00m/s的区间范围内）、超高速（运行速度大于10.00m/s）。（4）在某些特殊场合，需要用到可减速的电梯，这就使电梯出现带齿减速类和无齿无减速类电梯。（5）在运输贵重易碎物品时，电梯需要控制运行速度以保持平稳，此时就需要司机来进行人为控制，即电梯分为自动控制和人为控制两种。（6）根据电梯在进行驱动时所使用方式的不同，可以将其分为曳引式、液压式、爬轮式、螺旋式等类型。1.2电梯的结构组成电梯主要分为控制端和机械端，其中，控制端就是电路板，通过程序对机械端的实时操作进行控制。换句话说，在机械以及电气设备的运行过程中，主要是由相应的控制系统来对其进行控制的，是通过各个部分的联系共同进行作用的。通过对电梯的整体进行分析可以发现，电梯的机械部分有机房（负责中心控制系统存放）机厢（负责电梯运输）井道（决定电梯高度及电梯运行位置），其内部控制系统主要包括以下几种系统：（1）拽引系统，前文介绍拽引系统主要为电梯提供驱动，主要驱动方式其中包括液压、直流、交流、螺旋式等。在这些驱动方式作用下，拽引轮和轿厢连接在钢丝的两端，通过摩擦力来进行控制轿厢的升降，在连接方式的选择上，复绕可以可以增大电梯的拽引力，可以使电梯承重增加并提高电梯的运行速度，同时选择导向轮可以使连接具有一定空隙。故在拽引系统中大部分电梯采用导向轮并使用复绕方式进行连接。（2）门系统，门系统顾名思义即电梯的开关门，在每层都设计一个开关门，门系统负责控制这些门的开关，同时也可根据红外传感对进出进行控制，一旦红外传感器感应不到出入，即可自动控制电梯关门，在主控系统下门系统会在乘客指定的楼层进行开门关门控制，是电梯中关键的系统之一。（3）导向系统，在电梯运行中，为了防止电梯滑落或因为某些外力进行偏移从而导致电梯的安全性降低，采用导向系统对电梯的运行状态进行控制，通过导轨导靴对轿厢和对重自由度进行保证。从而使电梯只能沿固定导轨进行运动。（4）轿厢，即乘客或货物运输的运行箱子，轿厢大小控制着运输货物的大小多少，其内还有照明系统，最近随着相关行业的发展，通常会在轿厢体中添加一定的广告设计，提高利用资源。整体的空间大小和载重的大小都要有额定载重量和人数决定。1.3PLC的定义与运用可编程控制器（简称PLC）从源头来讲也是属于计算机的一种，但与普通计算机不同的是，这类控制器主要是在工业领域得到了广泛的应用，可编程控制器可靠性高、输出输入多接口，可控性强，所以广泛应用到日常生活中。PLC的主要特点如下：1.3.1高可靠性可编程控制器由于使用在一些恶劣的工业环境中，其经常处于光电等电离影响中，于是，采用光电隔离和电气隔离，可以使可编程控制器可靠性更高，传输信息更稳定。RC滤波器为PLC系统提高了可靠性，一般情况下将其时间常数保持在10-20ms的区间范围内。（3）这类系统都添加了相应的屏蔽措施，继而可以保证对辐射干扰能够进行有效的隔离。（4）这类系统开关的性能都是极佳的。（5）这类系统有添加了相应的自我诊断功能。在系统中存在中断系统，一旦系统运行出现问题，中断系统切断运行，保证数据的安全性。1.3.2有丰富的输入输出接口模块PLC在对不同的工业要求，在输入输出接口上，也可以根据不同的环境进行选择，输入输出端可以是电流、电压、也可以输入数字量、模拟量都可以，具有操作方便兼容的优势。1.3.3模块化结构PLC的内部结构都利用了模块化结构，这样的设计，CPU、输入输出、电源等分块化管理，用电缆和机架把不同的模块联系起来，用户可以自己选择模块的大小和各种实现的功能。1.4可编程序控制器(PLC)主要简介1.4.1PLC的主要结构PLC发展到现在，各个PLC制造公司制造的可编程控制器外观上各有不同，但从结构来看，这些控制器大都是相同或者类似的，包括CPU、存储器、I/O电路、电源以及编程器等五个部分。具体框图如图1所示。图1PLC的结构框图（1）中央处理单元中央控制单元（CPU）是PLC的控制中心。中央控制单元（CPU）按照编程器赋予的软件控制程序来接收并存储应用程序和实时数据。同时包括检查电源、存储器的状态、I/O的运行，并且还有语法检测的功能。当PLC工作的时候，CPC先接受通过扫描得到的I/O得状态和实时数据，然后存放于I/O口的镜像区，再从用户存储器中读取所编程序，经过CPU解读之后按照程序中的规定运行算术和逻辑运算。把处理过后的结果直接返回I/O镜像区或者数据存储器中，等所有的程序都处理完之后，把所有存储在I/O镜像区或者数据存储器中的数据传输到相应的执行装置中，循环执行，直到停止运行。（2）存储器从本质上来看，PLC也是工业计算机的一种，类似于计算机的组成方式，其主要的设施包括硬件和软件两个部分。对其软件部分进行细分，可以明确其主要包括系统软件和运用软件两种.系统程序存储器主要是对系统软件进行存储的，而用户程序存储器则主要是用来对运用软件进行存储的。当前市场中使用比较普遍的类型主要包括RAM、EPROM以及EEPROM三种类型。（3）输入/输出（I/0）电路首先使用（I/O）电路，可以兼容很多的电平格式，在数字信号中，可以接受高低点平，对于模拟信号也可以转换成CPS使用的标准电平。同时，在工业中，由于工厂中会存在大量的电离，导致数据传输受到影响，I/O口可以有效的屏蔽电离影响，从而平稳安全的传输数据。（4）电源PLC的供电方式主要可以分为两种，市电200V以及直流24V。这类系统在电源精准度方面的标准并不是特别高，通常情况下处于-10%～+10%（或-15%～+15%）范围内都不影响。（5）编程器编程器作为一种外围设备，其作用是非常明显的。一般是用来完成对于程序的调试、监控过程的，除此之外，对于PCL的运行以及相应的参数可以进行实时监测。同时，通过对其进行利用可以完成人机对话的过程。行业中所使用的编程器主要包括两种类型：简易编程器和图形编程器。1.4.2PLC的工作原理（1）PLC是一种类似计算机工作的工作系统，其也包含CPU，接口等，通过编程系统对元器件进行相应的控制操作。需要我们注意的是，与计算机不同的是，在这类系统对程序进行录入时，利用的是循环扫描的办法，通常是按照从上往下的方式来进行逐条、按顺序、循环扫描。下图2是PLC扫描运行的方式。图2PLC工作时的扫描过程1.4.3PLC扫描周期的中断处理由于这类系统在进行扫描时无法满足一些需要紧急处理的要求，这就需要我们构建相应的中断处理方式，通过对这种方式的应用，可以对一些紧急的任务进行中断处理，在完成这个过程后，正在运行的程序会被关闭，继而执行相应的中断工作，在这个过程结束后，回归到原有的正常程序中从而继续进行扫描运行工作。1.5PLC控制电梯系统的优点PLC控制电梯的优点对于内部控制系统，PLC控制系统可以屏蔽电离及一些外界干扰，从而准确安全的传输数据，可以使电梯运行的安全受到保障。在硬件选择上，PLC控制的电梯硬件十分普遍，在维修和后期保养上，可以很轻松的进行元器件的更换，不会出现维修升级很麻烦的情况。PLC控制电梯，在内部控制系统设计成熟的情况下，因为其安全性已得到了保障，所以对于人为使用时就减少很多的麻烦，可以很轻松的使用电梯。对于电梯的控制部分，PLC系统可以进行诸多操作，例如，可以设置减速系统以保证乘客乘坐的舒适性，可以设计音乐系统在轿厢中播放音乐等，总之，PLC控制系统的优势不胜枚举，本文也将对PLC控制系统进行软硬件设计并得出相关结论。第二章控制系统硬件设计2.1控制系统的总体结构本次设计的硬件控制如下，采用可编程控制器（PLC）作为信号集选控制，将电梯内的各种设备转化为输入信号并于输入结构相连接，通过PLC循环扫描的过程，CPU存储器处理之后，传输到输出接口，继而输出具体的设备中。需要我们注意的是，轿厢盘和厅外呼梯盘同时被人做输入和输出。对于楼层显示器来说，大部分情况下使用的都是七段数码管，通过这个设备可以显示实时的楼层数以及需要达到的楼层数，相较于以前比较传统的交流调压调速的方式来说，现在被广泛应用的是利用变频器来进行调速的方式。具体结构图如下图3所示：图3PLC控制系统的整体结构图本次的控制系统采用市面上常见的轿厢门外召唤和箱内按钮控制的方式，其中按钮控制面板位于轿厢内的侧壁上，高度适应人群。控制面板上有相应的楼层按钮和门开关按钮，按下想要去的楼层，里面的程序会作出响应，运行结果是使轿厢到达目的楼层。其中电梯的上下行用一台交流电机来实现，定义为电动机正转为上行，反之则下行。其中的电梯的加速环节、稳定运行环节和减速停车环节由变频器来实现。而电梯的门系统由另一个它励直流电机来实现，定义和轿厢的上下行相似，电机的正转运行代表开门，电机的反转代表着关门。此电机的功能没有拖动电机那么复杂,所以没有连接变频器，直接将三相电中的两相电对调来实现。在轿厢里面用七段数码管来显示楼层数，在每层楼外面也有显示楼层运行方向的显示等装置。2.2主要的电气设备2.2.1牵引电机牵引电机是把电梯轿厢提升和下降的一个设备，其主要的组成有驱动电动机，电磁制动器和减速器牵引轮构成。2.2.2门机门机系统包括厅门和轿厢门，当轿厢到达目标楼层且停稳时，轿厢的门和厅门才会开启，轿厢门由门电机的正转实现。当乘客都进入电梯后，延时一段时间后轿厢门关闭，当传感器检测到还有人员进入时，不可关闭。确认轿厢门关闭后，厅门也关闭，牵引电机才开始运行实现上下行。2.2.3楼层指示灯楼层指示灯也被成为层显，轿厢里面的层显安装在内侧，每层楼外面的显示器安装在厅门侧面，和呼吸盒是一体结构。由七段数码管构成，可以显示所在楼层数、上下行的实时楼层数和运行的方向。2.2.4呼梯盒呼吸盒安装与每层楼的厅门外，用来实现电梯上下行的呼叫信号，一般是建在离楼层地面一米左右的位置。有两个特殊的位置，基站和底站。它们都只有一个呼叫按钮。2.2.5操纵箱操纵箱是安装在轿厢里面的，当乘客进入电梯之后，可以通过操纵箱来选择想去的楼层。操纵的对象是按钮。2.2.6平层及开门装置这部分由两个器件构成，一个是平层感应器，一个是楼层感应器。当电梯处于上升状态时，上磁板会与楼层感应器相接触，通过变速器来对轿厢进行减速操作，直到电梯静止。与上行过程相同，在电梯处于下降状态时，也会和感应器接触，将信号传递到变频器中，由变频器来控制整个过程，当电梯到达指定楼层时，电梯处于静止状态，待电梯稳定下来后发出相应的开门信号，电梯门打开，乘客可以自由出入，具体装置图如下图3-2所示。电梯具体结构图如下图4所示：图4电梯整体结构图2.3电梯调速与变频器的选择2.3.1电梯运行时的速度曲线在电梯的拖动系统中，运行时的舒适度以及安全性、准确性主要是取决于速度运行曲线，当曲线不够平顺时，会对舒适度造成一定的影响，在这种情况下通常要在电梯进行上升或下降过程中启动加速或者减速制动。在整个运输曲线中，速度变化的快慢决定了加速度的变化情况，曲线变化，也就是电梯的加速和减速过程是否平滑决定了乘坐时的舒适性、准确性。我们假设在电梯运行时的最高速度是1000转/分，可以计算出对应的加速时间。当整个加速时间发生变化时，曲线的斜率也会随之发生变化。平缓程度与加速时间之间呈现的是一种反比例关系。如下图5所示是理想的速度运行曲线：图5电梯运行的理想曲线2.3.2变频器调速原理图6中的滤波电路、变频调速主回路以及相应的输入输出单元共同构成了调速系统。PLC可以对电梯开、关口，内外称呼换、运行方位，指令信号等内容进行控制。当电梯处于三相电源供电的过程中，利用PLC可以对检测电梯口锁和安全回路以及井道保护功能输入能否保持运行的运行的正常状态进行实时的检测。图6电梯调速系统主电路图第三章电梯控制系统的软件设计3.1电梯升降流程图如图7所示是整个电梯轿厢的升降流程图图7程序流程图程序分析：如图7所示，本文将以一个十层电梯为例，在电梯的信号输入段分为外部信号输入和内部信号的存储，外部信号输入即我们按下电梯的按钮，这个数据保存在D1-D10的对应数据中，若此时电梯处于一楼，则内部信号将一楼保存至D0，此时乘客处于7楼，当他按下电梯按钮时，系统会将D7和D0的数据进行比较，若大于，则电梯上行，如果两个乘客先后按下了电梯，则会取第一个按下电梯系统输入的数据为准，电梯进行上行或下行操作。当无人使用电梯时，系统会自动判断是否有信号传输，若无信号传输，则电梯会停在最后使用的楼层，并等待下一次信号的输入响应。3.2电梯各部分程序设计梯形图（1）轿厢内呼的信号输入和寄存器存储程序：当控制端输入信号时，即输入X000时，Y000会进行锁定，防止电梯进行重复操作或卡在楼层中间，当输入信号结束时，即电梯已停止运行，此时Y000解锁，寄存器D1为1，当Y000发生掉电时，寄存器赋值都会归于零。如图8。图8轿厢内呼信号输入及存储程序（2）轿厢外呼动作信号输入和存储程序：假设有人在1楼，他要去5楼，电梯停在了7楼，此时人按了电梯上行的按钮X005,因为电梯并不在一楼，所以电梯需要先进行下行操作，此时七楼对应的寄存器D7中的值被赋为1，M105保持原位，此时电梯进行下行操作直到1层。假如电梯刚开始是停在一楼的，接到信号之后电梯上行，M105、Y015始终处于闭合状态，同时Y006处于上电状态，在轿厢运行至二楼时发生失电。此时响应的寄存器内的数据都会归零。如图9。图9轿厢外呼信号输入和存储程序（3）数码管显示程序：通常情况下是利用七段数码管来进行显示的，不同楼层显示的数字不同，主要是通过D0来进行赋值操作。如图10。图10数码管显示程序（4）判断轿厢上行下行程序：系统控制中有两种存储器，一种是人为输入的信号，存在相应的楼层代号存储器中，另一种是系统本身存储器，可以存储电梯此时刻所在的楼层数据，通过系统对两个数据进行对比，当D1-D10存储器读取出来的数据大于D0读取的数据时，电梯就会上行，否则，电梯就会下行。如图11。图11电梯上下行判断程序（5）轿厢门开启程序：如图12，当电梯停止运行时，Y016自锁，系统通过M70运行，同时打开箱门，即电梯停止后，系统会锁定当前楼层并打开箱门。图12轿厢在某楼层，按下呼叫按钮开门程序（6）轿厢门开关程序：当轿厢没有在平层的时候，M30得电运行，这时候轿厢手动开关门的按钮无效，所以，M31和M32不会运行，当轿厢门开启的时候，没有人进去时，电梯会保持一段时间的开启状态，一般情况下都会设置为3秒，这类程序中的C0、C1通常情况下是用来保证在其到达平层时只开启一次，防止轿厢门一直开启或者不开启，具体运行是：当电梯上行或者下行到平层的时候，按下开门按钮后C0得点。此时按下关门按钮，C1也会得电。在电梯进行运行时，未到达预定平层时，C0数值会自动清零，在到达时，C0和C1数值都会被自动清零。当下一次开关门操作开始进行时，二者都会重新得电。如图13。图13轿厢门开关程序（7）电梯上行程序：当D0存储器的数据对比小于D1-D10存储器的数据时，例如，将电梯从一楼运行至二楼，M3得电，C1得电接通。此时的M40自锁，直到电梯到达目标楼层二楼时才断开，假设轿厢处于一楼或二楼的时候，此时我们按下三层的内环按钮，使M6开始运行的同时锁定M4，在电梯运行至三层时自动失电。如下图14。图14电梯上行程序（8）电梯下行程序，电梯的下行程序和上行程序的原理相同。如图15。图15电梯下行程序结论伴随着社会经济的发展，人们对于美好生活的需求也在不断提高，电梯为了满足人们对于高层居住的需求也得到了较大的发展空间，自身的使用功能以及相关的性能也在不断的到优化，内部的系统也进行了相应的升级。本论文将三菱PLC作为研究的重点，通过对一些与之相关的研究进行分析后对电梯的控制系统作了详细的设计，从论文的选题，到方案的提出和完善作了大量工作，本文将四层电梯作为研究实例