郝兆璐-(已修改)--基于PLC的五层电梯控制系统的优化设计

德州学院机电工程学院2015届自动化专业毕业论文（设计）I目录1引言....................................................................11.1课题研究背景和意义....................................................11.2本选题在国内外的研究现状和发展趋势....................错误!未定义书签。1.2.1国外现状与发展趋势..................................................11.2.2国内现状与发展趋势..................................错误!未定义书签。2总体设计................................................错误!未定义书签。2.1五层电梯的总体设计要求................................错误!未定义书签。2.2总体设计方案..........................................................33电梯控制系统的硬件设计..................................................33.1电梯硬件框图及控制要求分析............................................33.2可编程控制器的选型....................................................53.3五层电梯的主电路......................................................53.4门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路................................63.5电梯的主要电气设备....................................................73.6输入输出设计.........................................................113.7楼层位置显示功能.....................................................113.8电梯意外断电安全电路图...............................................114电梯控制系统的软件设计.................................................134.1五层电梯软件设计流程图...............................................134.2电梯的自检状态.......................................................154.3电梯的正常工作状态...................................................154.4电梯开关门控制.......................................................154.5层楼信号产生与消除...................................................184.6内选指令的登记与消除.................................................194.7外呼信号的登记与消除.................................................214.8电梯的上、下行定向...................................................235.程序的仿真及调试......................................................265.1创建项目.............................................................265.2程序的编写...........................................................27德州学院机电工程学院2015届自动化专业毕业论文（设计）II5.3程序的编译及调试.....................................................28结束语...................................................................30参考文献.................................................................31附录.....................................................................33致谢......................................................错误!未定义书签。德州学院机电工程学院2015届自动化专业毕业论文（设计）1基于PLC的五层电梯控制系统优化设计郝兆璐（德州学院机电工程学院，山东德州253023）摘要：电梯不仅仅是高层建筑里的必备设施，在多层建筑里也是不可缺少的垂直运输工具。据此本文在阐述电梯的结构和可编程控制器的结构和工作原理的基础上，针对小区5层电梯，使用西门子200可编程控制器，设计了电梯的控制系统，在原有基础上，对电梯的安全性进行给深入的优化设计。这种电梯控制系统应用于实际运行的电梯中，运行结果表明：电梯控制系统可靠性高，日常保养维护和故障检修方便，安全性得到进一步提高。关键词：电梯；控制系统；可编程控制器；西门子2001引言1.1课题研究背景和意义电梯是当今生活中不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。目前，由可编程序控制器(PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。1.2本选题在国内外的研究现状和发展趋势1.2.1国外现状与发展趋势以美国为例，自1889年美国奥迪斯升降机公司推出世界上第一步升降机以来，电梯就成为人类进出高层建筑不可缺少的代步工具。随着微电子技术和计算机技术的迅德州学院机电工程学院2015届自动化专业毕业论文（设计）2速发展，PLC技术在工业控制领域的广泛应用，电梯工业又取得了飞速的发展。随着计算机、通讯技术发展，产生了能使世界的信息大量汇聚一起并且快速传递的智能系统。垂直交通工具电梯，也向智能化方向发展。想要使智能化的电梯成为安全舒适、高效优质的服务工具，与消防、保安、楼宇设备控制等系统交互联系，就要与大厦的所有自动化信息系统联网。目前的电梯控制系统中大量运用的串行通讯，具有布线简单，信息传输量大等优点。微机接口板上输入和输出电路的去掉，减少了井道、机房中的布线数量，大大提高其可靠性、安全性。实维护和维修电梯变得更加简便、省时，很大降低了出错率。1.2.2国内现状与发展趋势近些年来，在城市化建设与人们物质生活的快速提高下，建筑行业的发展越来越迅速，我国电梯产量、保有量、年增长量均为世界第一，我国现已成为世界第一大电梯消费市场。我国的电梯生产技术得到了迅速发展．一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。更新换代生产更新型的电梯，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，电梯生产技术又有了长足的进步。目前，PLC控制技术己成为我国现代电梯行业的一个热点。但随之而来的是越来越多的电梯事故，由于我国电梯制造业起步晚，制造市场竞争激烈，核心技术水平低，电梯生产企业资金投入少，设备落后，产品良莠不齐，这不得不引起人们的关注和重视。电梯安全事故更是待解决的重中之重。2总体设计方案本课题主要研究的是基于PLC的五层电梯控制系统的优化设计，增强其安全性，可靠性。2.1五层电梯的总体设计要求(1)电梯无司机驾驶，自动响应各楼层的上呼、下呼信号和轿厢内呼信号；(2)电梯按先入为主的原则，自动确定运行方向，对反方向的呼叫先记忆，当电梯完成全部顺向指令后，再响应反方向的呼叫；(3)电梯到达顶层或底层时，自动停止，延时后可改变方向继续运行；德州学院机电工程学院2015届自动化专业毕业论文（设计）3(4)电梯到站后自动平层开门，延时关门；(5)手动开、关门控制。(6)按内、外召唤指令信号自动定向，要求优化使任何召唤都在最短时间内响应；(7)厅门和轿内有楼层显示和运行方向显示；(8)具有电梯的电气安全保护系统。（9）具有断电自动开门功能。2.2总体设计根据五层电梯的设计要求，本文采用变频调速控制系统来控制电梯，系统由轿厢，曳引机构，开关门机构，PLC，变频器及其他电气元件构成。电梯的调速部分选用高性能的控制变频器，并测量曳引电机的转速，构成闭环矢量控制系统。系统结构框图如图图1系统结构框3电梯控制系统的硬件设计3.1电梯硬件框图及控制要求分析根据论文设计的要求和依据论文要求选择的电气元件，如图3所示：位置信号呼叫信号楼层显示呼叫显示PLC门电机电源变频器曳引机测速报警信号报警显示蓄电池德州学院机电工程学院2015届自动化专业毕业论文（设计）4图2电梯系统硬件框图所涉及的电梯模型共有五层，电梯的每一层面均有升降及轿厢所在楼层的指示灯显示；1-5所对应的指示灯表示楼层号，每层的楼厅均有输入（分上行和下行）按钮召唤电梯。工作中的电梯主要对各种呼梯信号和当时的运行状态进行综合分析，再确定下一个工作状态，为此它要求具有自动选向、顺向截梯、反向保号，外呼记忆，自动开/关门状态，停梯消号，自动达层等功能。分析以上控制要求，将电梯控制要实现的功能罗列如下：开始时，电梯处于任意一层。当有外呼梯信号到来时电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时三秒后自动关门。当有内呼梯信号到来时，电梯应该响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时三秒后自动关门。在电梯运行过程中电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼梯信号均不响应，但如果反向呼梯信号前方无其它内、外呼梯信号时，则电梯相应该外呼信号，但不响应三层向下外呼梯信号。同时，如果电梯达到四层，五层没有任何呼梯信号，测电梯可以响应四层向下外呼梯信号。电梯应具有最远反向外呼梯响应功能。例如电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。电梯模型交流电机变频器S7-200PLC楼层显示通讯电缆PLC编程软件德州学院机电工程学院2015届自动化专业毕业论文（设计）5电梯具有同向截车功能。电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯停止运行后，按开门按钮可使门打开，按关门按钮可使门关闭。3.2可编程控制器的选型目前，国内外PLC生产厂家生产的PLC品种已达到数百个，其性能各有特点，价格也不尽相同。在设计PLC控制系统时，要选择最适宜的PLC机型，对于系统的控制目标。设计PLC控制系统时，首要的控制目标就是：确保生产的安全可靠，能长期稳定运行，保证产品高质量，提高生产效率，改善信息管理等。如果要求以极高的可靠性为控制目标，构成PLC冗余控制系统，这时要从能够完成冗余