电梯PLC设计论文

摘要随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，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，随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。本文在已有的通变频器的基础上，采用PLC对电梯进行控制，实现所有的控制要求。该课程的设计思路是采用随机控制原理，根据电梯自身的控制规律，响应随机的外部呼叫信号。该设计分析讨论了FX2NX型PLC控制电梯模型的程序设计的整个过程，并主要阐述了三个方面：系统的控制要求、系统配置、软件设计。通过合理的选择和设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。关键词：PLC；电梯；控制系统；设计1目录摘要设计任务书第一章可编程序控制器PLC简介………………………………………………………21.1电梯继电器控制系统存在的问题………………………………………………21.2可编程序控制器的特点…………………………………………………………31.3PLC的工作原理…………………………………………………………………21.4PLC的用途………………………………………………………………………3第二章电梯基本结构和原理图…………………………………………………………32.1电梯硬件分析…………………………………………………………………32.2电梯控制系统的组成…………………………………………………………42.3电梯工作结构图………………………………………………………………42.4电梯控制系统设计……………………………………………………………52.4.1电梯控制系统的要求……………………………………………………52.4.2电梯具体运行控制………………………………………………………52.4.3电梯控制的过程和流程图………………………………………………62.4.4电梯主电路线路控制……………………………………………………9第三章I/O分配、I/O设备接线图和梯形图设计……………………………………113.1I/O点数的分配和硬件参数的选择…………………………………………113.1.1I/O点数的估算…………………………………………………………113.1.2输入/输出的分配………………………………………………………113.1.3电梯设计技术参数的选择……………………………………………133.2I/O设备接线图………………………………………………………………143.3梯形图…………………………………………………………………………16第四章心得……………………………………………………………………………23参考文献………………………………………………………………………………242第一章可编程控制器简介1.1电梯继电器控制系统存在的问题(1)系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。(2)普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。(3)电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。(4)系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。(5)由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大。费用高；而且检查故障困难，费时费工。1.2可编程控制器的特点(1)硬件的可靠性PLC是在工业环境的恶劣条件下应用而设计的，一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。(2)编程简单，使用方便PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前打多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。(3)接线简单，通用性好PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。(4)可连接为控制网络系统PLC可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为500—2500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为1M—10Mbps，传输距离为500—1000m，网上结点可达1024个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。(5)易于安装，便于维护PLC安装简单而且功能有效，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到PLC系统的情况下，PLC小的模块结构使之能安3装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。1.3PLC的工作原理PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用循环扫描工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而不断循环。每一个循环称为一个扫描周期。一个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故称为“I（输入）/O(输出)刷新”。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出队输入产生了响应。反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响。扫描周期的长短主要取决于这几个因数：一是CPU执行指令的速度，二是每条指令占用的时间，三是指令条数的多少，即程序的长短。对于慢速控制系统，响应速度常常不是主要的，故这种方式不但没有坏处反而可以增强系统抗干扰能力。因为干扰常是脉冲式的、短时的，而由于系统响应较慢，常常要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，瞬间干扰所引起的误动作将会大大减少，故增加了抗干扰能力。但对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，这一问题就需慎重考虑。应对响应时间作出精确的计算，精心编排程序，合理安排指令的顺序，以尽可能减少周期造成的响应延时等的不良影响。1.4PLC的用途PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降,使PLC的成本下降,同时又由于PLC的功能大大增强,使PLC的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。PLC的应用通常可分为五种类型：顺序控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理和通信和联网。第二章电梯基本结构和原理图2.1电梯硬件的分析电梯的组成：曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、4电气控制系统和安全保护系统。2.2电梯控制系统的组成(1)电力拖动电力拖动部分由拽引电机、抱闸和相应的开关电路以及开门机组成。由于所设计的只是一个教学模型，梯速低于1.5m/s，所以只要能实现电机的正反转即可，而不必考虑电机的机械特性。制动时为满足准确停层的需要，定子回路可接入电抗器减速最后再加上抱闸制动。故在制动过程中采用了三档延时切换控制。(2)电气控制电气控制部分又称控制电路，它是电梯控制系统的核心。它包含两部分：拖动控制电路和信号控制电路。拖动控制电路因电梯的拖动方式不同而各异。可以是接触器线圈及其相关的控制电路，也可以是电力电子器件的门极控制电路，对于有速度闭环控制的系统，还必须考虑含有电源、电压、速度检测电路和调节电路。信号控制电路与拖动的方式关系不大，主要与程序能够实现的功能有直接的关系。因此，不同的拖动方式的电梯可以采用同一信号控制电路。(3)PLC系统部分完成所设定的控制任务所需要的PLC规模主要取决于控制系统对输入，输出点的需求和控制过程的难易程度。2.3电梯工作结构图下图1是电梯的基本结构剖视图及机械部件说明：1-减速箱；2-曳引轮；3-曳引机底座；4-导向轮；5-限速器；6-机座；7-导轨支架；8-曳引钢丝绳；9-开关碰铁;10-紧急终端开关；11导靴；12-轿架；13-轿门；14-安全钳；15-导轨；16-绳头组合；17-对重；18-补偿链；19-补偿链导轮；20-张紧装置；21-缓冲器；22-底坑；23-层门；24-呼梯;25-层楼指示灯；26-随行电缆;27-轿壁；28-轿内操纵箱；29-开门机；30-井道传感器；31-电源开关；32-控制柜；33-曳引电机；34-制动器；5图1电梯结构剖视图2.4电梯控制系统设计2.4.1电梯控制系统的要求该四层电梯采用的是曳引式的电梯模型，其运行过程包括启动、停止、正转、反转和制动等。对电梯的控制主要包括曳引电机控制、开(关门电机的控制、轿厢的运动方向、楼层显示、层站招呼和安全保护指令信号的管理a)电梯启动后，某楼有呼梯信号，轿厢自动上升或下降到该楼，并自动延时开门或手动开门，延时一段时间后又自动关门或手动关门；b)当轿厢处在“悬停”时，若有呼叫信号，则对信号进行处理，高于当前楼层时则轿厢上升，反之则下降；c)电梯运行中只响应顺向呼梯信号，对反向呼梯信号只作记忆；d)应具有楼层显示、状态指示、极限位置保护等功能。2.4.2电梯具体控制1、开关门控制当某一楼层的电梯指示灯一直亮时，表示该层电梯正在进行开门、延时、关门的动作。为了保证电梯运行的安全性，电梯的开关门信号、上下行信号和故障报警信号应该是互6锁的，也就是说，当故障报警信号有效时，开关门信号都不会显示。2、内外呼叫控制一旦有乘客按下某层楼的呼叫按钮，该层相应的电梯指示灯便亮起来，不过不能立即开门。呼叫信号要一直保持到电梯到达该层后且呼叫信号的指示与电梯的运行方向相同时才可以被撤消。3、上下行控制电梯在上下行期间，电梯内有上下行剪头灯指示，并且电梯开关门按钮不起作用，起到连锁作用。电梯在每个楼层分别设置一个外呼按钮，电梯运行时楼层指示灯亮。不过上下行指示灯不能同时亮，各个楼层的指示灯也不能同时亮。一个呼叫请求在完成之前如果收到另一个呼叫请求，则判断两个呼叫请求是否是在同一个方向，如果是同一个方向则截车，反之则不截车。在行车过程中，如果有故障故障需要维修时电梯就会下行停在一层进行维修，其他所有动作都无效，在上下行期间，电梯的速度由电动机的起动和制动作用。2.4.3电梯控制过程和流程图（一）电梯上行1当电梯停于1楼（1F）或2F、3F时，4楼呼叫，则上行到4楼碰到行程开关后停止等待。2.电梯停于1F或2F时，3F呼叫，则上行，碰到3楼行程开关后停止等待。3.电梯停于1F，2F呼叫时，则上行，碰到2F行程开关后停止等待。4.电梯停于1F，2F，3F同时呼叫，则电梯上行到2F后，停止，开关门，继续上行到3F后停止等待。5．电梯停于1F，3F、4F同时呼叫，电梯上行到3楼，停止，开关门，继续上行到4楼停止等待。6.电梯停于1楼，2楼、4楼同时呼叫电梯上行到2楼，停止，开关门，继续上行到4楼停止等待。7.电梯停于1楼，2、3、4楼同时呼叫电梯上行到2楼，停止，开关门，继续上行到3楼，停止，开关门，再继续上行到4楼停止等待。8.电梯停于2楼，3、4楼同时呼叫，电梯上行到3楼，停止，开关门，继续