基于plc的四層箱式電梯改造的課程設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電梯是高層建筑不可缺少的運輸工具，用于垂直運送乘客和貨物，傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)主要采用繼電器—接觸器進行控制，其缺點是觸點多，故障率高、可靠性差、維修工作量大等，而采用 PLC組成的控制系統(tǒng)可以很好地解決上述問題，使電梯運行更加安全、方便、舒適。目前在電梯行業(yè)已得到廣泛應用。采用PLC對電梯進行控制，通過合理的選擇和設計，

2、提高了電梯的控制水平，并改善了電梯運行的舒適感，使電梯達到了較為理想的控制效果。</p><p>　　本文闡述了可編程控制器PLC在電梯控制中的應用。主要介紹了四層電梯的PLC控制系統(tǒng)總體設計方案、設計過程、組成， 列出了具體的主要硬件電路、電梯的控制梯形圖及指令表。并給出了系統(tǒng)組成框圖，在分析、處理隨機信號邏輯關系的基礎上，提出了PLC的編程方法。用MCGS組態(tài)軟件實現了對PLC控制的四層電梯的模擬，計算機與P

3、LC通過串行通信交換信息，用PLC來控制“虛擬”電梯。通過組態(tài)軟件中命令語言編寫的程序，使虛擬電梯的轎廂和門執(zhí)行相應的動作，用畫面上的指示燈和樓層顯示器來顯示來自PLC的各種狀態(tài)信息。</p><p>　　關鍵詞：電梯控制;可編程控制器;組態(tài)軟件</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The elevator

4、 is the high-rise construction essential transport means, uses in vertical shipping the passenger and the cargo, the traditional elevator control system mainly uses the relay. The contact device carries on the control, i

5、ts shortcoming is the electronic contact are many, failure rate high, reliability bad, service work load big and so on, but uses the PLC composition the control system to be possible to solve the above problem well, caus

6、es the elevator movement to be safer, to be conv</p><p>　　The article elaborated programmable controller PLC in the elevator control application. Mainly introduced four elevator PLC control system overall pr

7、oject designs, the design process, the composition, have listed the concrete main hardware electric circuit, the elevator control ladder diagram and the instruction list. And giving the system composition diagram and the

8、 program flow diagram, in the analysis, in the processing random signal logic relations foundation, proposed the PLC programming me</p><p>　　Key words: elevator; Programmable Logic controller; configuration

9、software;</p><p>　　第一章 總體方案設計</p><p>　　1.1總體方案的確定</p><p>　　電梯PLC的控制系統(tǒng)和其他類型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩部分組成。圖3-1為電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結構圖，主要硬件包括PLC主機及擴展、機械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機、調速裝置與主拖動系統(tǒng)等。<

10、;/p><p>　　系統(tǒng)控制核心為PLC主機、操縱盤、呼梯盤、井道及安全保護信號通過PLC輸入接口送入PLC，存儲在存儲器及召喚指示燈等發(fā)出顯示信號，向拖動和門機控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號。</p><p>　　圖1-1 電梯PLC控制系統(tǒng)的基本結構圖</p><p><b>　　1.2 設計思想</b></p><p><

11、b>　　1.信號控制系統(tǒng)</b></p><p>　　電梯信號控制基本由PLC軟件實現。電梯信號控制系統(tǒng)如圖3-2所示，輸入到PLC的控制信號有：運行方式選擇（如自動、有/無司機、檢修、消防運行方式等）、運行控制、轎內指令、層站召喚、安全保護信息、旋轉編碼器、光電脈沖、開關門及限位信號、門區(qū)和平層信號等。</p><p>　　圖1-2 電梯PLC信號控制系統(tǒng)框圖</

12、p><p>　　2.電梯控制系統(tǒng)實現的功能</p><p>　　1)行車方向由內選信號決定,順向優(yōu)先執(zhí)行; </p><p>　　2)行車途中如遇呼梯信號時,順向截車,反向不截車; </p><p>　　3)內選信號、呼梯信號具有記憶功能,執(zhí)行后解除。 </p><p>　　4)內選信號、呼梯信號、行車方向、行車樓層位置均

13、由信號燈指示</p><p>　　5)停層時可延時自動開門、手動開門、(關門過程中)本層順向呼梯開門; </p><p>　　6)有內選信號時延時自動關門,關門后延時自動行車; </p><p>　　7)無內選時延時5s自動關門，但不能自動行車; </p><p>　　8)行車時不能手動開門或本層呼梯開門,開門不能行車。</p>

14、<p>　　第二章 硬件的選型</p><p>　　2.1 控制系統(tǒng)的選擇</p><p>　　2.1.1PLC的特點</p><p>　　PLC能如此迅速發(fā)展的原因是由于它具有通用計算機所不及的一些下列特點：</p><p><b>　　可靠性。</b></p><p><b

15、>　　二、易操作性。</b></p><p><b>　　三、靈活性。</b></p><p><b>　　四、機電一體。</b></p><p>　　2.1.2 PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較</p><p>　　1. PLC與繼電器控制系統(tǒng)比較</p><

16、p>　　表2-1 可編程序控制器與繼電器柜的區(qū)別</p><p>　　2. PLC與微型計算機的比較</p><p>　　表2-2 可編程序控制器與通用計算機的區(qū)別</p><p>　　從上邊的論述和比較可以看出。由PLC的硬件決定了它的可靠性和控制功能比繼電器控制系統(tǒng)高的多，它是專門為工業(yè)控制場合設計的，所以他的穩(wěn)定性也比一般通用計算機要好的多，而且它操

17、作簡單靈活，易于實現系統(tǒng)升級和功能擴展所以在本設計中采用PLC來進行邏輯控制。</p><p>　　3.1 變頻器參數設置</p><p>　　參數設置原則(如表3. 1)：</p><p>　　為減小啟動沖擊及增加調速的舒適感，其斜坡上升時間和斜坡下降時間應當長一些(如圖3.1.1時間t（s）/f（Hz）曲線)；</p><p>　　為了提

18、高運行效率，快車頻率應選為工頻，而爬行頻率要盡可能低些，以減小停車沖擊；</p><p>　　零速一般設置為Oft，帶速抱閘將影響舒適感；</p><p>　　表3.1變頻器參數設置</p><p>　　圖3.1.1 時間t（s）/f（Hz）曲線</p><p>　　3.2減速及平層控制</p><p>　　電梯的工作

19、特點是頻繁啟制動,為了提高工作效率、改善舒適感，要求電梯能平滑減速至速度為零時，準確平層，即“無速停車包閘”，不要出現爬行現象或低速抱閘,即直接停止,要做到這一點是要準確發(fā)出減速信號,在接近層樓面時按距離精確的自動矯正速度給定曲線。本設計采用旋轉編碼器檢測轎廂位置，只要電梯運行，計數器就可以精確地確定走過的距離，達到與減速點相應的預制數時即可發(fā)出減速命令。</p><p>　　3.3 電梯機房里的主要部件（如圖3

20、.5）</p><p><b>　　圖3.5電梯構架圖</b></p><p><b>　　1.拽引機</b></p><p>　　(1) 驅動電動機：交流梯專用的雙速電動機</p><p>　　制動器：在電梯上通常采用雙瓦塊常閉式電磁制動器。電梯停止或電源斷電情況下制動抱閘，以保證電梯不致移動。

21、</p><p>　　(2) 減速箱：渦輪蝸桿減速箱。</p><p>　　(3) 拽引輪：拽引機上的繩輪稱為拽引輪。兩端借助拽引鋼絲繩分別懸掛轎廂和對重，并依靠拽引鋼絲繩與拽引輪繩槽間的靜摩擦力來實現電梯轎廂的升降</p><p>　　(4) 導向輪或復繞輪（導向輪又稱抗繩輪）：因為電梯轎廂尺寸一般都比較大，所以轎廂懸掛中心和對重懸掛中心間的距離往往大于設計

22、上所允許的拽引輪直徑。因此對一般電梯而言，通常要設置導向輪，以保證兩股向下的拽引鋼絲繩之間的距離等于或接近轎廂懸掛中心和對重懸掛中心間的距離。對于復繞的無齒輪電梯而言，改變復繞輪的位置同樣可以達到上述目的。</p><p>　　2.限速器：當轎廂運行速度達到限定值時，能發(fā)出電信號并產生機械動作的安全裝置</p><p>　　3.控制柜：各種電子元器件和電氣元器件安裝在一個防護用的柜形結構內

23、，按預定程序控制轎廂運行的電控設備。</p><p>　　4.電源開關、照明開關</p><p>　　5．選層器、極限開關。機械樓層指示器、發(fā)電機組等部件</p><p>　　3.4 電梯井道里的主要部件（如圖3.5）</p><p>　　1.轎廂：轎廂是電梯的主要部件，是容納乘客或貨物的裝置。</p><p>　　2

24、.導軌：供轎廂和對重在升降運行中起導向作用的組件。</p><p>　　3.對重裝置：設置在井道中，由拽引鋼絲繩經拽引輪與轎廂連接，在運行過程中起平衡作用的裝置。</p><p>　　4．緩沖器：當轎廂超過下線位置時，用來吸收轎廂或對重裝置所產生動能的制停安全裝置。緩沖器一般設置在井道低坑上。</p><p>　　5.限位開關：該裝置是可以裝載轎廂上，也可以裝在電梯

25、井道上端站和下端站附近，當轎廂運行超過端站時，用于切斷控制電源的安全裝置。</p><p>　　6.接線盒：固定在井道壁上，包括井道中間接線盒及各層站接線盒。</p><p>　　7.控制電纜：電纜兩端分別與井道中間接線盒和轎內操作箱連接。</p><p>　　8.補償鏈或補償繩：用于補償電梯在升、降過程中由于拽引鋼絲繩在拽引輪兩邊的重量變化。</p>

26、<p>　　9.平層感應器或井道傳感器：在平層區(qū)內，使轎廂地坎與廳門地坎自動準確對準的裝置。</p><p>　　3.5 轎廂上的主要部件</p><p>　　1．操作箱：裝載轎廂內靠近轎廂門附近。用指令開關、按鈕或手柄等操作轎廂運行的電氣裝置。</p><p>　　2. 轎內指層燈：設置于轎廂內，客梯一般裝在轎門上方，貨梯一般裝在轎廂側壁，用以顯示電梯

27、運行位置和運行方向的裝置。</p><p>　　3. 自動門機：裝于轎廂頂的前部，以小型的交流、直流、變頻電動機為動力的自動門開關轎門和廳門的裝置。</p><p>　　4. 安全觸板（光電裝置）：設置在層門轎門之間，在層門、轎門關閉過程中，當有乘客或障礙物觸及時，門立刻停止并返回開啟的安全裝置。</p><p>　　5. 轎門：設置在轎廂入口的門。</p&g

28、t;<p>　　6. 稱重裝置：能檢測轎廂內的負載變化狀態(tài)，并發(fā)出信號的裝置，適用于乘客或貨物電梯等。</p><p>　　7. 安全鉗：由于限速器作用而引起動作，迫使轎廂或對重裝置制停在導軌上，同時切斷控制回路的安全裝置。</p><p>　　8. 導靴：設置在轎廂架和對重裝置上，使轎廂和對重裝置沿著導軌運行的裝置。</p><p>　　9. 其他部

29、件：轎頂安全窗、光電保護、超載裝置、鄰梯指示等部件，要視電梯規(guī)格、型號、種類及客戶要求而設置。</p><p>　　3.6 電梯層門口的主要部件</p><p>　　1 層門：設置在層站入口的封閉門。</p><p>　　2. 層門門鎖：設置在層門內側，門關閉后，將門鎖緊，同時接通控制回路，轎廂可運行的機電聯鎖安全裝置。</p><p>　　

30、3. 樓層指示燈；設置在層站層門上方或一側，用以顯示轎廂運行層站位置和方向的裝置。</p><p>　　4. 層門方向指示燈：設置在層站層門上方或一側，用以顯示轎廂欲運行方向并裝有到站音響機構的裝置。</p><p>　　5. 呼梯盒：設置在層站門側，當乘客按下需要的召喚按鈕時，在轎廂內即可顯示或登記，令電梯運行停靠在召喚層站的裝置。</p><p>　　6. 電梯

31、門側壁上裝有壓力傳感器，當電梯在關門時施加一定壓力，梯門從新打開。</p><p>　　3.7電梯的安全保護環(huán)節(jié)</p><p>　　(一)斷繩與超速保護；</p><p>　　(二)轎門與層門鎖保護；</p><p>　　(三)安全電路保護；</p><p>　　(四)梯門入口安全保護；</p><

32、;p>　　(五)上、下端站的強迫減速保護；</p><p>　　(六)上、下方向限位保護及終端保護；</p><p>　?。ㄆ撸┤毕?、錯相保護；</p><p>　?。ò耍╇娞蓦姎饪刂葡到y(tǒng)中的短路保護；</p><p>　?。ň牛┳б妱訖C（交流原動機、主變壓器）的過載保護；</p><p>　?。ㄊ╇妱訖C運轉

33、時間限制保護；</p><p>　?。ㄊ唬┚o急停止保護；</p><p>　?。ㄊ┺I廂上行超速保護；</p><p>　　3.8電梯控制系統(tǒng)操作過程</p><p>　　(1)按動召喚按鈕,電梯牽引機啟動到達召喚層停止、響鈴、電梯門和轎廂門同時打開。</p><p>　　(2)人進入轎廂，超重保護沒有報警。<

34、;/p><p>　　(3)電梯門開的同時計時器開始計時5秒鐘,5秒鐘到電梯門和轎廂門自動關閉。</p><p>　　(4)按動選層鍵,電梯牽引機啟動到達選擇層停止、響鈴、電梯門和轎廂門同時打開。</p><p>　　(5)電梯門打開的同時計時器開始計時5秒鐘，5秒鐘到電梯門和轎廂門自動關閉。</p><p>　　(6)當電梯行駛過程中收到正向召喚

35、信號,則到達召喚樓層時停止,接收到反向召喚信號,電梯繼續(xù)執(zhí)行當前信號,在順向信號執(zhí)行完畢后執(zhí)行反向信號,執(zhí)行過程中自動相應最近的信號。</p><p>　　(7)電梯門和轎廂門設有壓力傳感器,當受到一定推力時,門自動返回計時5秒后重新關閉。</p><p>　　3.9電梯控制系統(tǒng)實現的功能</p><p>　　1.電梯內外當前樓層顯示；</p><

36、;p>　　2.各層廳外召喚按鈕；</p><p>　　3.轎廂內樓層選擇指令鍵 ；</p><p>　　4.一臺交流電動機拽引轎廂上升和下降；</p><p>　　5．待客召喚自動開門，當電梯在某層時，按下召喚信號自動開門；</p><p>　　6．感到壓力及時自動重新開關門；</p><p>　　7.到站有自動

37、響鈴提示并自動開門經5秒自動關門；</p><p>　　8.指令記憶，當轎廂接收多個指令后，電梯能按順序自動?？寇囬T，并自動選擇最佳運行方向；</p><p>　　9.自動定向功能，當轎廂接收多個指令時，按照先入為主原則，自動確定運行方向；</p><p>　　10.呼梯記憶和順向截梯功能，當電梯運行時，遇到順向召喚信號能停靠應答；</p><p

38、>　　11.自動換向功能，當電梯運行到頂層或最底層時，能自動換向運行；</p><p>　　12.自動關門待客功能，當電梯全部完成轎廂內指令，又無廳外召喚信號時，電梯能自動關門停在原位待客。</p><p><b>　　軟件設計</b></p><p>　　4.1：I/O(輸入/輸出)端口分配</p><p>　　

39、根據控制要求I/O端口分布（如圖4.1）</p><p>　　圖4.1 輸入輸出端口分配</p><p>　　4.2：外部接線圖（如圖4.2）</p><p>　　根據I/O端口設計外部接線圖</p><p>　　圖4.2 外部接線圖</p><p><b>　　4.3：梯形圖</b></p

40、><p>　　4.4梯形圖控制分析</p><p>　　網絡1至網絡6：當按下召喚按鈕I0.0、I0.1、I0.2、I0.3時，對應輔助繼電器，M0.0、M0.1和M0.2、M0.3和M0.4、M0.5得電，如果轎廂在呼叫層上方M0.0、M0.1、M0.3接通電梯下行輸出Q0.1，反之M0.2、M0.4、M0.5接通電梯上行輸出,當電梯開門時,才能將當前呼梯信號清除,只有當前信號有效,轎廂到達

41、時,才能自動開。當有多個呼梯信號同時發(fā)生，根據轎廂位置，利用時間繼電器，管理轎廂上行或者下行，例如轎廂在二層，一層、三層和四層同時有呼梯，轎廂先去三層四層，最后去一層。</p><p>　　網絡7至網絡網絡18：當按下選層按鈕，如果是向上輔助繼電器M0.6、M0.7、M1.0、M1.2、M1.3、M1.6接通電梯上行輸出，電梯上行；反之M1.1、M1.4、M1.5、M1.7、M2.0、M2.1接通電梯下行輸出，電

42、梯下行。</p><p>　　網絡19至網絡24:利用時間繼電器，將多個同時呼梯信號排序，如果轎廂在三層，這時一層、二層和四層同時有呼梯，通過網絡22輔助繼電器M2.5先斷開網絡1的M0.0和網絡6的M0.5，然后分別利用時間繼電器T41定時1秒、T42定時2秒接通M0.0和M0.5。使轎廂先去二層再去一層最后去四層。</p><p>　　網絡25至網絡30：當有多個選層信號時，分別利用定

43、時繼電器將信號延時輸入,起到對選層信號智能逐一執(zhí)行的作用。例如網絡25如果轎廂在二層當去一層、三層/四層時按下時，利用輔助繼電器M3.4先斷開網絡M1.3和網絡M1.4輸入，利用定時器T46延時5秒鐘接通M1.2和M1.3，使轎廂先去一層。</p><p>　　網絡31至網絡38：當轎廂運行時正好有順向呼梯信號，電梯運行到呼梯層停止并開門接客，然后繼續(xù)運行。</p><p>　　網絡39至

44、網絡40為電梯上行和下行輸出。上行和下行互鎖，都設有開門、關門、故障、開門限位保護。</p><p>　　網絡41至網絡45為電梯開門輸出，碰到開門限位開關I2.4時電梯停止開門。網絡45設有電梯門側壓力傳感器輸入I1.3，當側門感受到一定壓力時重新將門打開。Q0.4是電鈴，與開門輸出并聯，當門開時電鈴同時響。</p><p>　　網絡46至網絡47是電梯關門過程，當門碰到極限開關I2.4

45、時停止開門，并接通定時器T45定時5秒鐘，T45接通關門輸出Q0.3，電梯門自動關閉，當碰到關門限位開關I2.5時斷開關門輸出Q0.3，電梯停止關門。</p><p>　　網絡48為電梯的安全保護輸入，當任何一個元器件發(fā)生故障時，Q1.1會立即被接通得電，并通過Q1.1的常閉觸點斷開電梯所有的輸入輸出，使電梯立即停止運行。</p><p>　　網絡49是電梯超載保護輸入，當電梯超載時發(fā)出警

46、告信號，并斷開關門輸出。當超載解除時繼續(xù)執(zhí)行關門輸出。</p><p>　　網絡50至網絡53是電梯運行顯示指示信號輸出，用于顯示轎廂當前所在樓層。</p><p><b>　　設計心得</b></p><p>　　這次畢業(yè)設計從開始到結束用力一個多月的時間，非常高興能夠圓滿完成。</p><p>　　通過設計由最初對電

47、梯工作過程一竅不通到自己獨立設計，漸漸明白了利用PLC就可以實現控制電梯復雜的運行。</p><p>　　在本次設計中學到最多的是電梯的控制過程，比如說當有多個呼層指令發(fā)出時，電梯會根據自己的位置最先響應距離自己最近的信號，當運行時再有呼梯信號進來，就先完成當前任務，如果這個呼梯信號在運行方向前方，則到達呼叫層停止，然后再繼續(xù)運行，實現了控制過程的智能化。節(jié)省了電能消耗，在一定程度上保護了環(huán)境。</p>

48、;<p>　　設計中用到了PLC、變頻器、壓力傳感器，通過對PLC為中心編程控制電梯整個運行過程，為了使電梯可靠安全運行，加入了多種保護開關，如拽引機超載保護防止電梯超載，梯門入口安全保護防止關門過程中有東西被夾到，為了讓人即使了解電梯運行狀況電梯裝有樓層顯示器、超載報警、電梯到達電鈴響鈴。通過變頻器變頻調速，電梯在平層時轎廂速度逐漸減小，并利用“無速停車抱閘”控制方法停止電梯，啟動時緩慢啟動，使人不感到眩暈、振動大大提高

49、了乘坐電梯的舒適度和安全系數。壓力傳感器主要用在電梯門側主要作用是收到壓力時及時打開門防止東西被夾到。</p><p>　　剛開始在設計電梯召喚信號時用了兩個按鈕，即上樓呼梯和下樓呼梯，但后來感覺這樣和在轎廂內選層有所重復，并且大大增加編程難度，所以省略了廳外兩個召喚信號，改用一個召喚信號，上下樓選層在轎廂內選擇，這樣也極大的方便了不清楚要去樓層在上還是在下的用戶。</p><p>　　設

50、計中用到了變頻器這一新時代的產物，由于對變頻器的學習幾乎沒有，所以在圖書館、網上找了許多資料，勉強了解了變頻器一些基礎知識，但也足夠本次設計用了。</p><p>　　本次設計對我們是一個很大的考驗，也是一個很大的學習機會，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。原來在我們身邊還有許多能夠用我們所學的專業(yè)知識來解決的問題，這使得我對我學的專業(yè)越來越喜歡，并且從理論結合實際中，我可以學到更多。所以這次的

51、課程設計雖然艱難也學到了很多。我也明白了，設計必須建立在實際的基礎上。以后要更努力的學習，提高自己。也要多多運用自己所學的知識來運用的實際中，解決實際問題。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　設計至此，算是告一段落。這次設計要感謝我的設計指導老師張老師，每次遇到問題張老師都會詳細幫我分析問題，引導我找到解決問題的方法。在這里衷心的對張老

52、師說聲：張老師您辛苦了！</p><p>　　還要感謝學校給了我一個上大學的機會，使我學到了很多有用的知識。還要感謝我的從大一到大三教過我的每位老師。</p><p>　　最后祝愿我們學校以后發(fā)展的越來越好！祝愿每位老師身體健康，工作順利！</p><p><b>　　[參考文獻]：</b></p><p>　　[1]《

53、西門子S7-200系列PLC應用實例詳解》--------化學工業(yè)出版社 ｛主編：趙光｝</p><p>　　[2]《西門子S7-200PLC應用100例》-------------電子工業(yè)出版社 ｛主編：楊后川｝</p><p>　　[3]《PLC技術應用》---------北京理工大學出版社 ｛主編：白娟娟 郭軍｝</p><p>　　[4]《