毕业设计---五层电梯PLC控制与设计改造.doc

xxxx学院毕业设计毕业设计（论文）答辩委员会毕业设计（论文）成绩评定书专业班级：08电气自动化 姓名：毕业设计（论文）课题：五层电梯plc设计经毕业设计（论文）答辩，评定该同学的毕业设计（论文）成绩为 毕业设计（论文）答辩委员会主任： 副主任： 年 月 日毕业设计（论文）任务书根据 电气自动化 专业教学计划安排， 同学毕业设计（论文）任务如下：1、毕业设计（论文）课题：五层电梯plc控制与设计改造 2、原始资料：五层电梯继电器控制电气原理图一套，电梯电气元件表一个，此电梯所用控制采用继电器控制其选层、停层、平层以及各种呼梯信号。用各种行程限位开关实现电梯的各种保护。3、设计要求：现将五层电梯继电器控制改成plc程序控制，达到电梯的环保运行的目的，实现电梯更加准确的停层和选层。绘制plc接线图和系统图。 4、设计时间：自4月5日至 5月27日指导教师： 教务处主任：年 月 日指导人评语：成绩： 指导人： 年 月 日评阅人评语： 成绩： 评阅人 年 月 日13目录第1章 绪论2第2章 电梯的概述32.1 电梯的工作原理32.2 电梯的主要参数及型号62.3 电梯的控制需求分析7第3章 交流双速集选控制电梯电气控制系统103.1 交流双速集选控制电梯电气控制103.2 交流双速集选控制电梯综合运行分析283.3 plc的选型及输入、输出端口安排31第4章 基于plc实现五层电梯控制系统334.1 开关门环节334.2 层楼信号的产生与清除环节354.3停层信号的登记与消除环节364.4外呼信号的登记与消除环节374.5 电梯的定向环节404.6 自动运行时起动加速和稳定运行环节424.7 停车制动环节424.8 梯形图的汇总47总 结48致 谢48参考文献49第一章 绪论在现代化城市的高速发展中，一幢幢高楼拔地而起，电梯的广泛应用已成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑中，电梯作为不可缺少的垂直运输设备，已与人们的日常生活密不可分。电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的。因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。目前电梯的控制普遍采用两种控制方式：一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯的信号采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（plc）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方式并没有太大的区别。国内厂家大多采用第二种方式，其原因在于用plc控制有许多优点：1、可靠性高，由于采取了一系类的plc高可靠性的措施，plc的平均无故障时间（mtbf）一般可达35万小时。而且plc的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；2、编程简单，plc最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3、体积小、结构紧凑、安装、维修方便。plc的体积小，重量轻，便于安装。一般plc都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。可编程控制器不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。总之，电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已经无法满足与适应电梯控制的要求和发展，与plc相比较，存在质的差别。电梯使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的电梯控制系统，而现在，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了更广阔的空间。plc是专门为工业过程控制而设计的控制设备，使它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此它已成为电梯运行中的关键技术。第2章 电梯的概述电梯是指用电力拖动，将具有乘客或载货的轿厢，运行于垂直的或垂直方向倾斜角不大于15的两根刚性导轨之间，运送乘客和货物的固定式提升设备。电梯是以轿厢沿垂直导轨在垂直方向上作间歇运动的电力起重设备。它适于装设在两层以上的高层建筑内，用作上下运送乘客和货物，广泛使用在公共建筑、住宅、工厂仓库等场所。2.1电梯的工作原理曳引驱动电梯是垂直交通运输工具中使用最普遍的一种电梯，其基本结构如图2-1所示。曳引钢绳的一端悬挂着轿厢，另一端悬挂着对重装置，依靠曳引轮的绳槽与曳引绳之间的摩擦力来传动拽引绳，以带动轿厢上、下运行，按工作指令去完成垂直运输的任务。其基本结构由以下几部分组成：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-呼梯盒； 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 2 -1 曳引电梯的基本结构示意图2.1.1.曳引系统 曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮等组成。曳引机由电动机联轴器、制动器、减速器、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源；曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和対重（或者两端固定在机座房上），依靠钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降；导向轮的作用是分开轿厢和对重的距离，采用复绕型时还可以增加曳引能力。导向轮安装在曳引机架上或重梁上。 2.1.2导向系统导向系统由导轨、导靴和 导架等组成。它的作用是限制轿厢和対重只能沿着导轨作升降运动。导轨固定在导轨架上；导轨架是支承导轨的组件，与井道壁联接；导靴装在轿厢和対重架上，与导轨配合，强制轿厢和対重的运动服从于导轨的直立方向。2.1.3门系统门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架、门靴和门刀等组成；层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴和门锁装置组成；开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。2.1.4轿厢轿厢是以运送乘客或货物的电梯组件。它由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架。是由上横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成；轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成；轿厢体空间的大小由额定载重量和额定载客量决定。2.1.5重量平衡系统该系统由対重和重量补偿装置组成。対重由対重架和対重块组成，対重将平衡轿厢自重和部分的额定载重；重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与対重侧拽引钢丝绳长度的变化对电梯的设计影响的装置。2.1.6电力拖动系统该系统由曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成。对电梯实行速度控制。曳引电动机是电梯的动力源，根据电梯的配置可用交流电动机或直流电动机；供电系统是为电动机提供电源的装置；速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号，一般采用测速电机或速度脉冲发生器，与电动机相连；调速装置对曳引电动机实行调速控制。2.1.7电气控制系统该系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器组成，它起着操纵和控制电梯运行的作用。操纵装置包括轿厢内的按钮操纵箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急；位置显示装置是指轿内和层站的指示灯；层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站；控制屏安装在机房中，由各类电器控制元件(或板)组成，是电梯实行电气控制的集中组件；选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减信号等作用。2.1.8安全保护系统电梯上设有机械和电气的各类保护系统，以保证电梯的安全使用。机械方面有限速器和安全钳，起超速保护作用；缓冲器，起冲顶和撞底保护作用；切断总电源的极限保护。2.2电梯的主要参数及型号2.2.1电梯的主要参数（1）额定载重量 电梯设计规定的载重量，单位为kg。（2）轿厢尺寸 以宽x深x高表示，单位为mm。（3）额定速度 设计所规定的电梯运行速度，单位为m/s。（4）拖动方式 电梯采用的动力种类，有交流电力拖动、直流电力拖动、液压传动等（5）控制方式 电梯运行实行的操纵方式。如手柄开关控制、按钮控制、信号控制、集选控制、并联控制等。（6）停层站数 各层楼用于出入轿厢的地点称为层站，其数值即为停层站数。（7）提升高度 由底层端战楼面至顶层端战楼面之间的垂直距离，单位为mm。（8）轿门形式 指电梯门的结构形式。客梯常用封闭式中分门、封闭式双折门。（9）开门方向 人在轿箱内面对轿门，门向左方向开启为左开门，门向右开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启的为中开门，也称中分门。（10）顶层高度 由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出的构件之间的垂直距离，单位为mm。（11）底坑深度 由底层端站楼面至井道底面之间的垂直距离。电梯的运行速度越高，底坑一般越深。单位为mm。（12）井道高度 由井道底面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构建之间的垂直距离，单位为mm。2.2.2电梯的型号国家标准gb70251986对已批量生产的乘客电梯、住宅电梯、病床电梯、杂物电梯等类别电梯的主要参数及轿厢、井道、机房形式与尺寸作了具体规定。12345/677其中 1产品类别（类），电梯、液压电梯均用t表示。 2产品品种（组） k：乘客电梯; h：载货电梯 l：客货两用电梯 b：病床电梯 z：住宅电梯 w：杂物电梯 g：观光电梯 3拖动方式 j：交流电力拖动 z：直流电力拖动 y：液压传动 4改型代号。 5额定载重量，单位kg。 6额定速度，单位m/s。 7控制方式 sz：手柄开关控制，自动门 ss：手柄开关控制，手动门 az：按钮控制，自动门 as：按钮控制，手动门 xh：信号控制 jh：集选控制电路 jxw：微机控制，集选控制电路 bl：并联控制2.3电梯的控制需求分析2.3.1电梯的位置的确定与显示轿厢中的乘客及门厅中等待电梯的人都需要知道电梯的位置，因而轿厢及门厅中都设有以楼层标志的电梯位置。但这还不够，电梯运行还需要更加准确的电梯位置信号，以满足制动停车等控制需要。传统电梯的位置信号一般由设在井道中的位置开关，如磁感应器提供，当轿厢上设置的隔磁板插入感应器时，发出位置信号，并启动楼层指示。2.3.2轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号司机及乘客可按下轿厢内操控盘上的选层按钮选定电梯运行的目的楼层，此为内选信号。按钮按下后，该信号应被记忆并使相应的指示灯点亮。在门厅等候电梯的乘客可以按门厅的上行或下行召唤信号，此为外唤信号。该信号也需要记忆并点亮门厅的上行或下行指示灯，这些保持信号在要求得到满足时应能自动消号。2.3.3电梯自动运行时的信号响应电梯自动运行时应根据内选及外唤信号，决定电梯的运行方向及在哪些站点停站。一般情况下电梯按先上后下的原则安排运送乘客的次序，而且规定在运行方向确定之后，不响应中途的反向呼唤要求，直至到达本反向的最远点才开始返程。2.3.4 轿厢的启动与运行轿厢在运行方向确定，轿厢门已关好时启动运行，运行的初始阶段是加速运行阶段，其后是稳定运行阶段。2.3.5轿厢的平层与停车轿厢运行后需确定在哪一层站停车，平层即是指停车时，轿厢的底与门厅“地平面”应相平齐，一般有具体的平层误差规定，如平层时两平面相差不得超过5mm。平层停车过程需在轿厢底面与停层楼面相平之前开始，先是减速，再是制动，以满足平层的准确性及乘客的舒适感。传统电梯的平层开始信号由平层感应器发出。2.3.6安全保护电梯的安全保护很多，如前边提到的冲顶与蹲底，断钢丝绳，轿厢内人员的跌落、逃生等保护，还有消防运行等多项。 除了控制要求外，电梯常见的工程问题还涉及电梯的拖动设备及拖动控制方式。电梯的提升机构，齿轮曳引机主要由驱动电动机、电磁制动器、减速器及曳引轮组成。驱动电机可以是直流电动机也可以是交流电动机。为了满足电梯运行过程中速度变化的要求，在应用变频器前，电梯交流拖动多使用多绕组变速电机，变频器的诞生以来，已有越来越多的电梯采用变频驱动。采用变速电机时，电机的正反向运转使用接触器换相，启动调速采取改变电机绕组及切换电机绕组中所串电阻实现。采用变频调速时，电机换向及变速都通过变频器控制端子实现。在这两种拖动方式中，电磁抱闸都是很重要的，它是电机制动的主要设备，抱闸要求有足够的制动力，抱闸一般在通电时打开，断电时闸死。第3章 交流双速集选控制电梯电气控制系统3.1 交流双速集选控制电梯电气控制指层如图3-1所示，是电梯各部分的电路控制关系图。交流双速电梯电气控制系统由拖动电路部分、直流控制电路部分、交流控制电路部分、照明电路部分厅外召唤电路部分，以及指示灯信号显示电路等六部分组成。采用不同控制方式的交流双速电梯电气控制系统，除直流控制电路部分有较大的区别外，其余五部分基本相同。而交流双速集选控制电梯电气控制系统在单台运行的交流双速电梯中，具有最完善的性能、最高的自动化程度，多被用在速度v1.0m/s以下的乘客电梯上位置信号层楼信号轿内指令厅门召唤平 层 感应器平层拖动起动定向选层减速安全保护图3-1 电梯各部分电路的控制关系交流双速集选控制电梯电气控制系统按电路功能分为：自动门的开关电路、轿厢外指令控制与厅外招呼控制电路、指层电路与定向控制电路，电梯的起动加速与减速平层电路等。各电路之间的控制关系如图3-1所示。正是上述电路的相互配合，曳引电动机按指令起动、正转、反转、加速、减速、调速、制动、停止。实现电梯各种工作状态的运行。下面以tkj/jx集选控制电梯型交流双速电动机拖动为例，分析其电气控制。控制电路主要元件如图3-1所示。tkj/jx集选控制电梯型交流双速电动机拖动集选控制电梯电气原理图如图3-2所示。为了清晰和便于分析起见，可将图3-2电气原理图按控制功能分解为若干张基本环节图来叙述，而各图之间的关联均在图3-3（见附表）中。表3-1 五层五站电梯电气元件表符号名称及用途符号名称及用途m1曳引双速笼型异步电动机ka11运行继电器m开关门直流他励电动机ka12运行继电器km1上行接触器ka13m控制电路中的起动继电器km2下行接触器ka14过载继电器km3快速接触器ka15超载信号继电器km4慢速接触器ka16上下行方向继电器km5快加速接触器ka17门锁继电器km6慢加速接触器（第1级）ka19下行方向继电器km7慢加速接触器（第2级）ka20下行方向辅助继电器km8慢加速接触器（第3级）ka21下行起动继电器ka主电路断相和相序保