基于PLC多层电梯电气设计与调试正板.doc

1、浙江工业大学博士学位论文毕业设计说明书课题名称： 基于PLC多层电梯电气设计与调试 学生姓名 章佳骏 学 号 0902013442 二级学院（系） 电气系 专 业 机电一体化 班 级 0934班 指导教师 黄忠慧 起讫时间：2012 年2 月15 日2012 年2 月27浙江机电职业技术学院毕业设计说明书基于PLC多层电梯电气设计与调试 摘要 电梯信号控制基本由PLC软件实现,电梯信号控制系统如图所示,输入到PLC的控制信号有:运行方式选择(如自动、有司机、检修、消防运行方式等) 、运行控轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器光电脉冲、开关门极限为信号、门区和平层信号等. 本文在阐述电梯

2、的结构和可编程控制器的结构和工作原理的基础上，针对电梯，使用三菱FX2N80MR可编程控制器，设计了电梯的控制系统。包括电梯的指层控制模块、轿内指令和厅外召唤的登记与消号模块、电梯的选层和定向模块、电梯的歼关门运行模块、电梯运行控制模块等，实现了电梯的指层控制、轿内与各层厅站呼梯指令的记录、电梯运行方向和停靠的层站的控制，自动运行和自动开关门等功能。 关键词: 电梯；控制系统；可编程控制器；目 录摘要I第1章 绪论11.1 引言1第2章 电梯的分类及安全保护装置32.1 电梯的分类 .12.2 电梯的安全保护装置.3第3章 系统设计3.1 PLC的选型.33.2变频器结构及参数设置.4第4章

3、基本方案 4.1 PLC控制系统设计.4 4.2 设计思想.5 4.3 VS-61665型变频器简介.6 4.4 电梯控制系统实现的功能.7 4.5 电梯操作方式.7 4.6 减速及平台控制.7第5章 I/O表的地址分配以及梯形图的编写5.1 点数的分配及机型的选择85.2 制I/O分配表85.3 制I/O接线图95.4 结构框图105.5 面板图.105.6 电梯模拟运行.115.7 梯形图11第6章 结论.17参考文献18致谢18第1章 绪论（黑体，小二号）1.1 引言随着随着我国经济的发展, 城市中涌现出越来越多的高层建筑, 而与之配套的电梯已成为人们日常生活中不可缺少的工具。同时, 由

4、于城市老龄化问题日益突出, 多层建筑同样也有使用电梯的要求。而目前, 国内中小电梯厂商大多采用继电器控制或微机控制方法实现对电梯的控制前者控制线路复杂、体积大、故障率高、维护困难后者可靠性不高, 容易发生故障, 从而使电梯难以达到用户希望的安全、稳定、可靠的基本要求。自问世以来, 以其高可靠的特点在工业自动化领域获得广泛的应用。近年来, 随着超大规模集成电路技术和通信技术的进步, 的性能价格比逐年提高, 使用控制电梯, 是一种投资小、见效快、可靠性高的好方法。第二章 电梯的分类及安全保护装置2.1 电梯的分类1）按用途分类乘客电梯，为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。

5、载货电梯，主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。医用电梯，为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。杂物电梯，供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。观光电梯，轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。车辆电梯，用作装运车辆的电梯。船舶电梯，船舶上使用的电梯。建筑施工电梯，建筑施工与维修用的电梯。其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。2）按驱动方式分类交流电梯，用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。直流电梯，用直流电动机作

6、为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在2.00m/s以上。液压电梯，一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。齿轮齿条电梯，将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。螺杆式电梯，将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。直线电机驱动的电梯，其动力源是直线电机。电梯问世初期，曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯，现已基本绝迹。3）按速度分类电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。低速梯，常指低于1.00m/s速度的电梯。中速梯，

7、常指速度在1.002.00m/s的电梯。高速梯，常指速度大于2.00m/s的电梯。超高速梯，速度超过5.00m/s的电梯。4）按电梯有无司机分类有司机电梯，电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。无司机电梯，乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。有/无司机电梯，这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。5）按操纵控制方式分类手柄开关操纵，电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。按钮控制电梯：是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿内

8、按钮控制两种控制方式。信号控制电梯，这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。集选控制电梯，是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。并联控制电梯，23台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。群控电梯，是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。6）其它分类方式按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部

9、的（无机房）电梯。按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、“超大型”等抽象词汇表示。此外，还有双层轿厢电梯等。7）特殊电梯斜行电梯，轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行，是集观光和运输于一体的输送设备。特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后，斜行电梯发展迅速。立体停车场用电梯，根据不同的停车场可选配不同类型的电梯。建筑施工电梯，是一种采用齿轮齿条啮合方式（包括销齿传动与链传动，或采用钢丝绳提升），使吊笼作垂直或倾斜运动的机械，用以输送人员或物料，主要应用于建筑施工与维修。它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。2.2 电梯的安全保护装置（1）电磁制动器，装于曳引机轴上，一

10、般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动.（2）强迫减速开关，其分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速为减速时，轿厢上的撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速.（3）限位开关，当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车.（4）行程极限保护开关，当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作.（5）急停按钮，装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源，电磁制动器制动，电梯紧急停车.（6）厅门开关，每个厅门都装有门锁开关,仅当厅门关上才允许电梯启动，在运行过程中如出现厅门开关断开，电梯立即停车.（7）关门安全开关，

11、常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等.（8）超载开关，当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行.（9）其它的开关，安全窗开关，钢带轮的断带开关等.第3章 系统设计3.1 PLC的选型 根据以上选择的轿厢楼层位置检测方法,要求可编程控制器必须有高数计数器,又因为电梯是双向运行的,所以PLC还需具有可逆计数器.综合考虑后,本设计按四层电梯考虑,选择了日本三菱公司生产的FX系列机.FX系列机具有以下优点: 1、体积极小、价格便宜. 2、先进美观的外部结构. 3、提供多种子系列供用户选用. 4、灵活

12、多变的系统配置. 5、功能强、使用方便.根据以上选择的轿厢楼层位置检测方法:该四层电梯设计有10个输入信号，6个输出信号，且考虑余量，选择（32点输入、32点输出）的PLC，输出信号及地址编号如“电梯控制I/O分配表” .3.2 变频器结构及参数设置由于采用PLC作为逻辑控制器件,故变频器和PLC通讯时采用开关量而不用模拟量. 而61665型是通用变频器,因而用在电梯控制上为了满足运行效率、舒适感、层精度和安全性的要求,其参数设置比专用型变频器要复杂得多.第4章 基本方案4.1 PLC控制系统设计 电梯PLC的控制系统和其它类型的电梯控制系统一样,主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成.图

13、4.1为电梯PLC控制系统的基本结构图,主要硬件包括包括PLC主机及扩展、机械系统、娇厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等.系统控制核心为PLC主机，操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器并由PLC软件运算处理，然后经输出接口分别向指层器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号. 电梯PLC控制系统的基本结构图 4.2设计思想 电梯信号控制基本由PLC软件实现,电梯信号控制系统如图4.2所示,输入到PLC的控制信号有:运行方式选择(如自动、有司机、检修、消防运行方式等) 、运行控轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋

14、转编码器光电脉冲、开关门极限为信号、门区和平层信号等. 电梯PLC信号控制系统框图4.3 VS-61665型变频器简介VS-61665型变频器是安川电机公司面向世界推出的21世纪通用型变频器,这种变频器不仅考虑了V/f控制,而且还实现了矢量控制,通过其本身的自动调谐功能与无速度传感器电流矢量控制,很容易得到高起动转矩与较高的调速范围.VS-61665型变频器的特点如下:(1)包括电流矢量控制内的四种控制方式均实现了标准化.(2)有风富的内藏与选择功能.(3)由于采用了最新式的硬件,因此功能全、体积小.(4)保护功能完善、维修性能好.(5)通过LCD操作装置,可提高操作性能. VS-61665型

15、变频器的标准规格如表电压200V400V容量范围1.2-110KVA1.4-460KVA电源电压频率200V:三相 220/208/220V 400V:三相 380/400/415/440/460V电压允许变动+10%-15%频率允许变动5%控制方式正弦波FWM控制: 无传感器矢量控制(无PG) 带传感器矢量控制(带PG) V/f控制 带传感器V/f控制(用参数切换)控制特性启动转矩150%/1Hz(无PG) 150%/0r/min(带PG)速度控制范围1:100(无PG) 1:1000(带PG)速度控制精度0.2%(无PG) 0.02%(带PG)速度响应5Hz(无PG) 30Hz(带PG)转

16、矩极限有转矩精度5%转矩响应20Hz(无PG)以上 150Hz(带PG)以上频率控制范围0.1-400Hz频率精度(温度变动)数字式指令0.01%(-10C-+40C)模拟式指令0.1%(25C-10C)频率设定分辨率(运算分辨率)数字式指令0.01Hz/100Hz模拟式指令0.03HzJ60Hz输出频率分辨率0.01Hz过载量额定输出电流的150% 1min频率设定信号-10V-10V,0-10V,4-20mA加减速时间0.01-6000.0s制动转矩约20%带制动选择150%抑制高次谐波电源直流电抗器1勺带(200V 24KVA 400V 26KVA以下可选择)12相整流不能变动主要控制功

17、能瞬停再启动、下降控制、转矩控制、零点伺服控制等操作装置16字X2线日语液晶显示器接通插件板可选择10种(最多可装3块)保护功能电机保护、变频器过载、瞬间过电流、电压下降、过电压、输入缺相4.4 电梯控制系统实现的功能(1)一台电机控制上升和下降(2)各层设上、下呼叫开关(最顶层与起使层只设一只)(3)电梯到位后具有手动或自动开门、关门功能.(4)电梯内设有层楼指令健,开关门按健,警铃风扇及照明按健.(5)电梯内外设有层楼指令灯及电梯当前层号指示灯.(6)待客自动开门,当电梯在某层停梯待客时,按下层外召唤按钮,应能自动开门迎客.(7)自动关门与提早关门.在一般情况下,电梯停站4-6秒应能自动关

18、门,在延时时间内,若按下关门按钮,门将不经延时提前实现关门动作.(8)按钮关门.在开关过程中或门关闭后,电梯启动前,按下操纵盘上开关按钮,门将打开.(9)内指令记忆.当轿厢操纵盘上有多个选层指令时,电梯应能按顺序自动停靠车门,并能至调定时间,自动确定运行方向.(10)自动方向.当轿厢操纵盘上,选层指令相对与电梯位置具有不同方向时,电梯应能按先入为主的原则,自动确定运行方向.(11)呼梯记忆与顺向截停.电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号,对符合运行方向的召唤,应能自动逐一停靠应答.(12)自动换向.当电梯完成全部顺向指令后,应能自动换向,应答相反方向的信号.(13)自动关门待客.当完成全部轿厢内

19、指令，又无层外呼梯信号时,电梯应自动在调定时间内自动关闭轿厢照明.(14)自动返基站.当电梯设有基站时,电梯在完成全部指令后,自动驶向基站,停机待客.4.5 电梯操作方式单轿厢下集选控制登记所有轿厢和厅门下行召唤，轿厢上行只是答应轿厢召唤,直至最高层,自动改变运行方向为下行,应答厅门下行召唤.2、单轿厢全集选登记所有厅门和轿厢召唤,上行时顺应答轿厢和厅门上召唤,直至最高层自动反向应答下行召唤和轿厢召唤. 本设计采用全集选操作方式.4.6 减速及平层控制 电梯的工作特点是频繁起制动,为了提高工作效率、改善舒适感,要求电梯能平滑减速至速度为零时,准确平层,即无速停车抱闸,不要出现爬行现象或低速抱闸

20、,即直接停止,要做到这一点关键是准确发出减速信号,在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线.本设计采用旋转编码器检测轿厢位置,只要电梯一运行,计数器就可以精确地确定走过的距离,达到与减速点相应的预制数时即可发出减速命令.不论哪种方式产生的减速命令,由于负载的变化、电网波动、钢丝绳打滑等,都会使减速过程中不符合平层技术要求,为此一般在离层楼100-200mm处需设置一个平层矫正器,以确保平层的长期准确性. 第5章 I/O表的地址分配及梯形图的编写5.1点数的分配及机型的选择 按四层的电梯为例,根据需要控制的开关、设备大约有10个输入点,6个输出点需进行控制, 选择COUP主机模块+C40p

21、扩展单元,其点数可达32/32个,I/O分配如下:1）输入地址： 一层限位行程开关SQ1X0二层限位行程开关SQ2X1三层限位行程开关SQ3X2四层限位行程开关SQ4X3一层上升请求开关1X4 二层上升请求开关2X5 三层上升请求开关3X6 四层上升请求开关4X7 一层下降请求开关1X10 二层下降请求开关2X11 三层下降请求开关3X12 四层下降请求开关4X13 极限开关SQ5X14 极限开关SQ6X152）输出地址:电梯上升Y0Y2M正转电梯下降Y1Y3M反转5.2制I/O分配表输入输出器件名称点号器件名称点号器件名称点号启动按钮X0停止按钮X10轿厢上升Y0PB1X1LS1X11轿厢下

22、降Y1PB2X2LS2X12一楼信号灯L1Y2PB3X3LS3X13二楼信号灯L2Y3PB4X4LS4X14三楼信号灯L3Y4四楼信号灯L4Y55.3制I/O接线图5.4结构框图 系统由轿厢、开关门机构、曳引机构、控制系统等组成,如图所示.5.5面板图5.6电梯模拟运行 电梯上行a.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.b.当电梯停于1F或2F,3F呼叫,则上行,碰到3楼行程开关后停止.c.当电梯停于1F,2F呼叫,则上行,碰到2F行程开关后停止.d.当电梯停于1F,2F,3F同时呼叫,则电梯上行到2F,停5S后,继续上行到3F停止.e.当电梯停于1F

23、,3F,4F同时呼叫,则电梯上行到3F,停5S后,继续上行到4F停止.f.当电梯停于1F,2、3、4F同时呼叫电梯上行到2F,停5S后,继续上行到4F停止.g.当电梯停于1F,2F,4F同时呼叫电梯上行到2F,停5S后,继续上行到3F,又停5S后,再继续上行到4F停止.h.当电梯停于2F,3、4F同时呼叫,电梯上行到3F,停5S后,继续上行到4F停止. 电梯下行a.电梯停于4F或3F或2F,1F呼叫,电梯下行到1F停止.b.电梯停于4F或3F,2F呼叫,电梯下行到2F停止.c.电梯停于4F,3F呼叫,电梯下行到3F停止.d.电梯停于4F,3F、2F同时呼叫,电梯下行到3F,停5S,继续下行到2

24、F停止.e.电梯停于4F,2F、1F同时呼叫,电梯下行到2F,停5S,继续下行到1F停止.f.电梯停于4F,3F、2F、1F同时呼叫,电梯下行到3F,停5S,继续下行到2F,停5S,再到1F停止. 楼层显示 七段码显示 5.7梯形图以上梯形图中:0400为停止按钮；04010404分别为四层电梯的呼叫按钮,PB1PB4同时也为此系统的启动按钮；04110414分别为各楼层的停止按钮LS1LS4；0300为电梯上升Y0；O301为电梯下降Y1；03110314分别为各楼层的信号灯Y2Y5. 第6章 调试过程程序的调试以及程序的监控是程序运行开发的重要环节，很少有程序一经编制就能成功的，只有经过试

25、运行以及甚至现场运行才能程序中不合理的地方并且进行修改。可以用Gx-DeveleperV7.0软件进行调试，下面是我调试的截图。 程序的调试及监控第7章 参考文献1 史增芳可编程控制器原理与应用. 北京：中国林业出版社，20062 陆剑PLC实验实训指导书（河南工业职业技术学院内部），20063 李伟机床电器与PLC. 西安：西安电子科技大学出版社，20064 陈建明. 电气控制与PLC应用. 北京：电子工业出版社，20065 邓志良、刘维亭编著. 电气控制技术与PLC. 南京：东南大学出版社，20026 陈志新. 电器与PLC控制技术. 北京：中国林业出版社，20067 程周. 电气控制与PLC原理及应用. 北京：电子工业出版社，20038 许寥. 电器控制与PLC控制