毕业设计（论文）工厂用自动升降梯的机电系统一体化设计

1、目 录1 电梯的概述11.1 电梯的发明历史11.2 电梯的分类及运行工作状况12 电梯控制部分62.1 电梯的电力拖动部分62.2 电梯的电气控制部分设计122.2.6 输入/输出点分配：172.2.7 plc外部接线图182.3 软件设计192.3.1 电梯响应流程192.3.2 梯形图及注释202.3.3 报警器及超重控制212.3.4 内指令信号的登记与消除212.3.5 电梯选层定向辅助222.5.5.外召唤信号的登记与消除222.5.6.电梯指层控制222.5.7.电梯上下行222.5.8.电梯开关门223 电梯的结构设计部分设计与计算233.1 轿厢主要结构件的校核计算233.1

2、.1 上梁计算233.1.2 下梁计算243.1.3 直梁计算253.2 步进电机的选型计算273.2.1 已知及要求条件273.2.2 初选电动机273.2.3 计算273.3 第三节同步带选型及计算283.3.1 确定设计功率pd283.3.2 选择带型和节距pb283.3.3 确定带轮齿数和直径293.3.4 初选中心距a0、带的节线长度l0、带的齿数zb303.3.5 同步带的工作能力验算303.4 第四节 巷道导轨的选型与计算303.4.1 导靴303.4.2 巷道导轨与导靴的选型303.4.3 巷道导轨弯曲应力的计算（参考文献：论电梯导轨配置与选择）313.5 第五节 报警和救援装

3、置313.5.1 报警装置313.5.2 救援装置323.6 缓冲器32毕业设计总结34致谢35参考文献37附录38附录一、plc电梯控制系统梯形图38附录二、 电梯门禁系统梯形图43 1 电梯的概述1.1 电梯的发明历史1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明。他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。“一切安全，先生们。”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的

4、人们挥手致意。谁也不会想到，这就是人类历史上第一部安全升降梯。 人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。早期的升降工具基本以人力为动力。1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。英国科学家瓦特发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。紧随其后，威廉汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯，液压的介质是水。在这些升降梯的基础上，一代又一代富有创新精神的工程师们在不断改进升降梯的技术。然而，一个关键的安全

5、问题始终没有得到解决，那就是一旦升降梯拉升缆绳发生断裂时，负载平台就一定会发生坠毁事故。 而奥迪斯设计了一种弹簧，把两个钢齿嵌到滑道的v型切口中防止缆绳受到断裂， 这样他就造出了世界上第一部安全电梯。 奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。从那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。1889年12月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。1.2 电梯的分类及运行

6、工作状况1.2.1 电梯的分类按驱动方式分类：1. 交流电梯2. 直流电梯3. 液压电梯4. 齿轮齿条电梯5. 螺杆式电梯6. 直线电机驱动的电梯按用途分类：1. 乘客电梯2. 载货电梯3. 病床电梯4. 服务电梯5. 观光电梯7. 车辆电梯8. 船舶电梯9. 建筑使用电梯10. 其它1.2.2 电梯的结构组成一部电梯主要由以下几部份组成：1. 曳引系统2. 导向系统3. 门系统4. 轿箱系统5. 重量平衡系统6. 电力拖动系统7. 电气控制系统8. 安全保护系统1.2.3 电梯设计运行工况及主要参数电梯在做垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上建筑物内的电梯，起点站和终点站之间还

7、设有停靠站。起点站设在一楼，终点站设在最高楼。各站的厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮。一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮，中间层站的召唤箱上各设置两个按钮。而电梯的轿厢内都设置有（杂物电梯除外）操纵箱，操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。召唤箱上的按钮称外召唤按钮，操纵箱上的按钮称指令按钮。电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，但是汽车的起动、加速、停靠等全靠司机控制操作，而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂，因此汽车司机必须经过严格的培训和考核。而电梯的自动化程度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只需通过操纵箱上的按钮向电气

8、控制系统下达一个指令信号，电梯就能自动关门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门。对于自动化程度高的电梯，司机或乘用人员一次还可下达一个以上的指令信号，电梯便能依次起动和停靠，依次完成全部指令任务。尽管电梯和汽车在运算工作过程中有许多不同的地方，但仍有许多共同之处，其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车，在起点站和终点站之间往返运行，在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时，电梯到站能自动平层停靠开门接乘客。而载货电梯的运行工作情况则类似卡车，执行任务为一次性的，司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务，当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务。在执行任务的过程中，从

9、一个层站出发到另一个层站时，假若中间层站出现顺向指令信号，一般都不能自动停靠，所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。本课题主要研究单台四层电梯的plc控制方法，分述其硬件设计和软件设计过程。设计程序要求完成电梯控制系统主要达到以下要求：1)系统应具备自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）。2)具有轿厢层楼显示（二进制方式或十进制方式）。能自动显示电梯运行方向。3)具有电梯直驶功能和反向最远停站功能。具有消防应急处理功能。4)电梯开门时间设为3秒，电梯关门时间也设定为3秒。5)具有应急手动开门、关门按钮。规格参数 1000kg速 度1.0 m/s层/站/门4/4/4设计井道尺寸(宽深)1250

10、mm1050mm设计门洞尺寸(宽高)11002000mm净门距(宽高)9001900mm提升高度12.5米设计底坑深度500mm开门方式中分双扇门注：井道口尺寸以现场查勘为准技术要求及性能、配置方案曳引机永磁同步无齿轮主机控制系统plc模块化控制门机系统变频变压调速(vvvf)电源动力电源380v,50hz；照明电源:220v,50hz性能指标平层精度:5mm运行震动: 水平5gal(o-p),垂直25mm5gal(o-p)；噪音:轿内55分贝；井道内: 80分贝电梯功能要求、功能名称、 功能描述全集选控制运行电梯对候梯厅上下召唤信号、轿内选层指令及各种信号进行综合分析判断后，将自动优选与电梯

11、运行方向一致的信号进行依次应答电梯变频驱动(vvvf)精确调整电动机转速，令电梯启动、运行、停止时的速度曲线平稳、圆滑，获得良好的舒适感门机变频驱动(vvvf)精确调整电动机转速，使门机的开启、关闭更轻柔灵敏光幕保护在轿厢门两侧安装光幕。在开门过程中，任何一个光束被遮挡，被碰撞，门会立刻停止关闭，并反向开门超载报警轿厢超载时，电梯保持开门不运行且轿内蜂鸣器鸣响安全停靠电梯在层与层之间发生故障而未能自动排除，控制器自动进行安全检测，若符合启动要求，电梯以低速就近停层开门报警铃在紧急情况下乘客通过按动轿厢内报警按钮，轿厢顶上的电铃鸣响报警铃在紧急情况下乘客通过按动轿厢内报警按钮，轿厢顶上的电铃鸣响

12、轿厢应急照明在轿厢内设置紧急照明装置，停电时照明灯会自动启用轿厢风扇、照明自动关闭在规定的时间内没有召唤和指令，轿厢内风扇和自动关闭以节约能源满载直驶当轿厢内载荷达到满载预设值时，即进入满载直驶状态，电梯将不再应答厅外召唤而直接响应轿内指令直达指定楼层自动返回基站在预定时间内如果没有召唤或指令，轿厢将自动返回基站，关门待机超速保护当轿厢下行速度超过规定值时，限速器带动安全钳动作，轿厢夹停在导轨上，保护乘客安全电梯受阻失速保护当曳引钢丝绳打滑达到预定时间时，电梯停止运行开门保持时间自动调节根据层站召唤或轿厢内指令自动调整开门保持时间上电再平层由于停电或电源故障引起轿厢停在两层之间，当电源恢复后轿

13、厢将运行到平层位置自动再平层自动调整轿厢平层准确性通话装置轿厢内操纵面板上的对讲机可与机房、值班室、轿顶、底坑进行三方通话检修操作当进入检修状态时，轿厢以检修速度点动运行即时关门电梯停站开门后，按下关门按钮，门立即关闭本层再开门关门过程中，按本层站召唤按钮，电梯重新开门停层开门电梯停层后自动开门重复关门若关门受阻，电梯能重复关门动作轿厢到站钟设置在轿厢顶部，当电梯到达停靠楼层时，将发出清脆的铃声提示乘客已到站火灾返回系统接收到火警信号后，将取消所有的召唤信号，驱动电梯直接返回指定的避难层，使乘客安全撤离现场消防功能火灾时打开消防开关，所有召唤均被取消，电梯立即返回指定层站，供消防员专用，电梯只

14、应答轿厢内的召唤电梯装潢要求轿厢发纹不锈钢(钢板厚度1.2毫米)轿门发纹不锈钢(钢板厚度1.2毫米)轿厢天棚豪华装饰吊顶轿内操纵箱发纹不锈钢面版,微触按钮厅外召唤箱发纹不锈钢面版,微触按钮厅门全部为发纹不锈钢(钢板厚度1.2毫米)门套全部为发纹不锈钢小门套(钢板厚度1.2毫米)轿底材料塑胶地板照明设施高效节能专用灯具,日光型照明说明：上述参数仅为基本要求，供应商在投标中其投标产品可以高于基本要求，但不得低于其基本要求；投标产品必须是国内知名品牌或中外合资产品；中标供应商所投产品必须符合电梯制造与安装安全规范gb-7588-2003国家标准、电梯安装验收规范gb-10060-1993国家标准、电

15、梯维修规范gb/t18775-2002国家标准。 2 电梯控制部分2.1 电梯的电力拖动部分电梯主拖动类型有直流电动机拖动、交流电动机拖动、直流gm（即发电机电动机组供电）拖动、晶闸管供电（scrm）的直流拖动和交流双速电动机拖动、交流调压调速（avcc）拖动、交流变频调速（vvvf）等。因直流电梯的拖动电动机有电刷和换相器，维护量较大，可靠性低，现已被交流调速电梯所取代。为了得到较好的舒适感，要求曳引电动机在选定的调速方式下，电动机的输出转矩总能达到负载转矩的要求。考虑到电压的波动、导轨不够平直造成的运动阻力增大等因素，电动机转矩还应有一定的裕度。2.1.1 曳引电动机的选型与计算（1）主要

16、技术性能参数已知： q= 1000额定载重量kg)v= 1电梯额定速度(m/s)p= 1100空轿厢及其支承部件的质量(kg)i= 2钢丝绳的倍率h= 12.5提升高度（m）d= 13钢丝绳直径（mm）g= 1575对重（kg）dt= 640 曳引轮直径（mm） 0.475 平衡系数（2）曳引机功率计算及电动机选择n=qv(1-)/102i其中：q=1000kgv=1.0m/s=0.4-0.5 取0.475（平衡系数）=0.60（机械效率）i =2得出：n= qv(1-)/102i =（100010.525）/（1020.602） =4.28kw根据电梯曳引机系列表可初步选择曳引机，具体参数如

17、下：选取y132m2-6型电动机，p=5.5 kw n=960 r/min t=9550(pi)/n=890 nmd=640mm v=1.0m/s m=2940kg d=13 mm 轴q=kf=1.2(1000p)/v= 6600n曳引比 i=2 中心高l=132mm 减速比 j=21/1（3）曳引机电动机的校核1）p=5.5 kwn=4.28 kw2) m=2940 kgq/2=500 kg 3)实际运行扭矩m按超载10%计算： m= 5259.80.64/4=823 t4）主轴最大静载荷计算曳引绳13的重量q=0.586 kg/mt=p+g+qnh+p+q=1100+1000+0.5864

18、12.5+1100+10000.475=3705 kg轴载=6600kg综上所述选取的曳引机部件符合要求2.1.2 钢丝绳的选型与计算 （1）载重量为1000kg曳引钢丝绳安全系数曳引钢丝绳的计算主要技术参数: 额定载荷: 1000 kg钢丝绳数量: 3根钢丝绳直径: 13mm曳引轮直径: 640mm导向轮直径: 520mm曳引轮节圆直径与钢丝绳直径的比值:49.231判定:符合要求轿顶轮节圆直径与钢丝绳直径的比值:40判定:符合要求提升高度:12.5m 根据g8 88-2附件n,安全系数计算如下参考gb7 588一20039，2.2a安全系数不能小于13):sf=10(2.6834-(695

19、.85106nequiv/(dt/dr)8.567)/ (77.09(dt/dr)(-2.894)=13.705 取安全系数:13.705其中:sf 理论安全系数nequiv 滑轮等效数量dt 曳引轮直径dr 钢丝绳直径nequiv= nequiv（t）+ nequiv(p) =7.69 + 2.2946 =9.9846当=96.5 u形槽角度时，nequiv(t)=7.69 (由插值法求得=95时为6.7，=95.5时为7.03，=96.5时为7.69) nequiv(p)=kp(nps+4npr)= 2.2946 1 =2.2946nps = 1 简单弯折的滑轮数量npr = 0 反向弯折

20、的滑轮数量kp = 2 .2946单根钢丝绳的受力计算如下:tmax=(p+q)/rn+qh 9.8=2103.4 (n)其中:tmax 轿厢以额定载荷停在最底层时，在曳引轮高度处钢丝绳所承受的钢丝绳最大张力 （n）p= 1100 轿厢自重 (kg)q= 1000 电梯额定载荷(kg)r= 2 电梯曳引比n= 5 曳引钢丝绳根数q= 0.586 曳引钢丝绳每米质量(kg)h= 12.5 提升高度(m)理论最小破断载荷: pbreak = 28826.68 (n)实际最小破断载荷: pbreak= 74300.00 (n)判定:符合要求（2） 载重量为1000 kg曳引钢丝绳曳引条件计算原始数据

21、:p= 1100空轿厢及其支承部件的质量(kg)q= 1000额定载重量kg)v= 1电梯额定速度(m/s)h= 12.5电梯的提升高度(m) a= 0.35电梯的运行加减)速度(m/s2)i= 2钢丝绳的倍率 = 0.475 平衡系数= 154钢丝绳在曳引轮上的包角() ns= 5 钢丝绳的数量g = 1575 kg 对重的质量qmsr= 0.586钢丝绳每米质量kg nc= 0补偿链的数量 qmcr= o补偿链每米质量(kg) mcomp= 0补偿链张紧装置的质量(kg)nt= 1随行电缆的数量qmtrav=2随行电缆何米质量(kg)曳引绳在曳引轮槽的比压计算(该项gb7588一2003不

22、作要求，仅作参考) 曳引条件计算(依据gb7588一1995第九章)钢丝绳在曳引轮槽中不打滑应符合下列条件:(ti/t2) c1c2efa式中：t1 钢丝绳在曳引轮处轿厢侧的张力t2 钢丝绳在曳引轮处对重侧的张力t1/t2 轿厢侧和对重侧钢丝绳张力比f=4（1-sin（/2）/(-sin)=0.1977当量摩擦系数=0.09 钢丝绳与铸铁曳引轮的摩擦系数=96.5 曳引轮槽切口角度()c1=(g+a)/(g-a)=1.0741 与电梯起动、制动加速度有关的系数c2= 1 由于摩擦导致曳引轮槽断面变化的影响系数，半圆槽c2=1当轿厢装有125%额定载荷且轿厢位于底层:t1/t2 c1 c2=1.

23、6342efa=1 .7008判定:符合钢丝绳不打滑条件当轿厢空载且轿厢位于最高层:t1/t2 c1 c2=1.5607efa=1.7008判定:符合钢丝绳不打滑条件（3）曳引钢丝绳在绳槽中的上比压计算(依据gb7588-1995第九章)(此项目gb7588-2003不作要求，仅为参考)p=(t/(ndd) (8cos(/2)/(-sin)p=(12.5+4vc)/(1+vc) 根据gb7588-1995中9.3.2条的要求，钢丝绳在曳引轮槽中的比压条件 pp d= 13 mm 钢丝绳直径 d= 640mm 曳引轮直径 n= 3 钢丝绳根数 r= 2 电梯曳引比 t=(p+q)/rg=1029

24、0 n轿厢侧钢丝绳的静张力 vc= vr =2 m/s 钢丝绳的速度 p= 2.8477 p=6.833判定:钢丝绳比压符合要求2.2 电梯的电气控制部分设计电气控制系统由控制柜、操纵箱、层楼指示、召唤箱及曳引电动机等几十个分散安装在电梯井道内外和各相关电梯部件中的电器元件构成。电气控制系统通过电路控制电力拖动系统工作程序，完成各种电气动作功能，保证电梯安全运行。电梯一般是由电动机来拖动的，其运行过程大多包括启动、正（反）转、停止等，这整个过程是由电气控制系统来完成。具体地说电梯的控制主要是指对电动机的起动、停止、运行方向、层楼指示、层站召唤、轿厢内指令等进行处理。其操纵是实行各个控制环节的方

25、式和手段。电梯电气控制系统与电力拖动系统比较，变化范围比较大。当一台电梯的类别、额定载重量和额定运行速度确定后，电力拖动系统各零部件就基本确定了，而电气控制系统则有比较大的选择范围，必须根据电梯安装使用地点、乘载对象进行认真选择，才能最大限度地发挥电梯的使用效益。电气控制系统决定着电梯的性能、自动化程度和运行可靠性。随着科学技术的发展和技术引进工作的进一步开展，电气控制系统发展换代迅速。继电器控制系统的电梯故障率高，大大降低了电梯的运行可靠性和安全性，所以基本上已经被淘汰。而plc以其体积小、功能强、故障率低、寿命长、噪声低、维护保养简便、修改逻辑灵活、程序容易编制，易联成控制网络等诸多优点得

26、到了广泛的应用。2.2.1 plc的选择（1）plc的定义和特点定义：由于plc在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。1980年plc问世后，由美国电气制造商协会(national electric manufacturerassociation nema)对plc下过如下的定义:plc是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。1982年，国际电工委员会(international electrical committee iec)颁布了plc标准草案，1985年提交了第2版，198

27、7年的第3版对plc作了如下的定义:plc是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输人和输出，控制各种类型的机械或生产过程。plc及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。上述的定义表明，plc是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它与其他顺序控制装置不同的特点。（2）plc的特点plc能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点：一：可靠性。可靠性包括产品的有效性和可维修性。plc的

28、可靠性高，表现在下列几方面：1)plc不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高。2)plc采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计、掉电保护、故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高。3)plc有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因对操作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。二：易操作性。plc的易操作性表现在下列三个方面:1)操作方便对plc的操作包括程序输人的操作和程序更改的操作。大多数plc采用编程器进行程序输人和更改的操作。编程器至少提供了

29、输人信息的显示，对大中型的plc，编程器采用crt屏幕显示，因此，程序的输人直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或crt屏幕上显示。所以plc具有操作方便的特点。2)编程方便plc有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，梯形图由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的编写和学习。采用布尔助记符编程语言时，由于符号是功能的简单缩写，十分有利于编程人员的编程。虽然功能表图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普及，但是，由于它们具有功能清晰、易于理解等优点，正为广大技术人员所接

30、纳和采用，并发挥出更有效的功能特点。3)维修方便，plc所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故障代码的显示，或通过编程器和crt屏幕的显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。为便于维修工作的开展，有些plc的制造企业提供了维修用的专用仪表或设备，提供了故障树等维修用的资料。有些厂商还提供维修用的智能卡件或插件板，使维修工作变得十分方便。plc的面板和结构的设计也考虑了维修的方便性，例如，对需维修的部件设置在便于维修的位置，信号灯设置在易于观察的部位，接线端子采用便于接线与更换的类

31、型等，这些设计使维修工作能方便地进行，从而大大节省维修时间。采用标准化元件和标准化工艺生产流水线作业，使维修用的备品备件简化，也使维修变得方便。三、灵活性。plc的灵活性表现在下列三方面：1)编程的灵活性。plc采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。编程方法的多样性使编程方便，应用面拓展。由于采用软连接的方法，在生产工艺流程更改或者生产设备更换时，可以不必改变plc的硬设备，通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔性特点，使plc能大量地替代继电器顺序控制

32、系统，成为当今工业控制领域的重要控制设备。在柔性制造单元(fmc)、柔性制造系统(fms)、计算机集成制造系统(cims)和计算机集成过程控制系统(cips)中，plc正成为主要的控制设备，得到广泛的应用。2)扩展的灵活性。plc的扩展灵活性是它的一个重要的特点。它可根据应用的规模不断扩展，即可进行容量的扩展，功能的扩展，应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输人输出单元增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可以通过多台plc的通信来扩大容量和功能，甚至可通过与集散控制系统(dcs)或其他上位机的通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据的交换等。这种扩展的灵活性大大地方便了用户。3)操作

33、的灵活性。操作的灵活性是指设计的工作量大大减少，编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作可以简化，不同的生产过程可采用相同的控制台或控制屏等。四、机电一体化为了使得工业生产过程的控制更平稳、更可靠，向优质高产低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化仪表、电子、计算机综合的要求，而plc正是这一要求的产物，它是专门为工业过程控制而设计的控制设备，它的体积大大减小，功能不断完善，抗干扰性能增强、机械与电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已成为当今数控技术、工业机器人、过程流

34、程控制等领域的主要控制设备。2.2.2 plc的主要功能和应用plc的主要功能和应用如下:1)开关逻辑和顺序控制这是plc应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。2)模拟控制在工业生产过程中，由许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，目前大部分plc产品都具备处理这类模拟量的功能。特别是在系统中模拟量控制点数不多，同时混有较多的开关量时，plc具有其他控制装置所无法比拟的优势。另外某些plc产品还提供了典型控制策略模块，如pid模块，从而

35、可实现对系统的pid等反馈或其他模拟量的控制运算。3)定时控制plc具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时与计数器。其定时时间间隔可以由用户加以设定。对于计数器，如果需要对于频率较高的信号进行计数，可以选择高速计数器。4)数据处理新型plc都具有数据处理的能力，它不仅能进行算术运算，数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能，有些plc还可以进行浮点运算、函数运算。5)信号连锁系统信号连锁是安全生产所需的。在信号连锁系统中，采用高可靠性的plc是安全生产的要求。对安全要求高的系统还可采用多重的检出元件和连锁系统，而对其中的逻辑运算等，可采用冗余的plc实

36、现。6)通信把plc作为下位机，与上位机或同级的可编程序控制器进行通信，成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，因此plc是实现工厂自动化的理想工业控制器。2.2.3 plc与继电器控制系统的比较从某种意义上说，plc是从继电接触控制发展而来的。两者既有相似性又有不同之处。1)继电接触控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制；plc内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软件控制。2)继电接触控制系统体积大；plc控制系统结构紧凑，体积小。3)继电接触控制全为机械式触点，动作慢；plc内部全为“软接点”，动作快。4)继电接触控制功能改变，须拆线、

37、接线乃至更换元器件，比较麻烦；plc控制功能改变，一般仅需修改程序即可，极其方便。5)plc控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制系统周期短。6)plc控制的自检和监控功能比继电接触控制的强。7)plc的应用范围比继电接触控制的要广泛。8)plc可靠性比继电接触控制的高。此外，可编程序控制器与继电接触器控制的重要区别之一就是工作方式不同。可编程序控制器是以反复扫描的方式工作，是循环地、连续逐条执行程序，任一时刻它只能执行一条指令，也就是说可编程序控制器是以“串行”方式工作的。而继电-接触器是按“并行”方式工作的，或者说是按同时执行方式工作的，只要形成电流通路，就可能有几个电器同时动作。继电-

38、接触器控制的并行工作方式因触点动作的延误易产生竞争和 序失配等问题，这些在串行工作方式的可编程序控制器中不会发生。可编程器与继电器柜的区别可编程序控制器继电器柜控制方式程序（软件）继电器配线（硬件）控制功能 指令以软件实现大规模高兴能控制 器件功能有限，随规模加大而大型化控制要素无触点（也有有触电的），高可靠性，寿命长，高速控制。有触点，寿命有限，低速控制变更控制更改程序可适应各种控制对象更改器件之间连接，更改困难2.2.4 plc的系统硬件设计任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计plc控制系统时，应遵循以下基本原则：1)最大限度地满足被控对象

39、的控制要求充分发挥plc的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计plc控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。2)保证plc控制系统安全可靠保证plc控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证plc程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3)力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和

40、数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4)适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择plc、输入/输出模块、/o点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。2.2.5 plc机型的选择为了完成设定的控制任务,主要根

41、据电梯控制方式与输入/输出点数和占用内存的多少来确定plc的机型。所需输入/输出点数与内存容量估算如下: 1输入/输出点的估算：采用plc构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮k1和指示灯h1，二层有上升呼叫按钮k2和指示灯h2以及下降呼叫按钮k4和指示灯h4，三层有上升呼叫按钮k3和指示灯h3以及下降呼叫按钮k5和指示灯h5，四层有下降呼叫按钮k6和指示灯h6。一至四层有到位行程开关sq1sq4。电梯内有一至四层呼叫按钮k10k7和指示灯h10h7；电梯开门和关门按钮sb5和sb6，电梯开门和关门分别通过电磁铁km3

42、和km4控制，关门到位由行程开关st1检测，开门到位由行程开关st2检测。轿厢上行和下行由接触器km1和km2控制，并有上行记忆和下行记忆两路指示灯。输入点共有14个，输出点共有16个,总共30个。2. 内存容量的估算用户控制程序所需内存容量与内存利用率、输入/输出点数、用户的程序编写水平等因素有关。因此,在用户程序编写前只能根据输入/输出点数、控制系统的复杂程度进行估算。本系统有开关量i/o总点数有30个，模拟量i/o数为0个。利用估算plc内存总容量的计算公式:所需总内存字数=开关量i/o总点数(1015)+模拟量i/o总点数(150250)再按30%左右预留余量。估算本系统需要约1k字节

43、的内存容量。综合i/o点数以及内存容量，s7200的cpu226输入，输出点数为2416，足以满足要求。2.2.6 输入/输出点分配：该系统占用plc的30个i/o口，14个输入点，16个输出点，具体的i/o分配如下表所示。名 称输入点序号名 称输出点0一层内呼i0.00一层内呼指示q0.01二层内呼i0.11二层内呼指示q0.1序号三层内呼i0.22三层内呼指示q0.23四层内呼i0.33四层内呼指示q0.34一层外呼上i0.44一层外呼上指示q0.45二层外呼下i0.55二层外呼下指示q0.56二层外呼上i0.66二层外呼上指示q0.67三层外呼下i0.77三层外呼下指示q0.78三层外呼

44、上i1.08三层外呼上指示q1.09四层外呼下i1.19四层外听下指示q1.110开门开关i1.210电梯上行门q2.011关门开关i1.311电梯下行门q2.112一层平层i1.412门电机开q2.213二层平层i1.513门电机关q2.314三层平层i2.014电梯上行指示q2.415四层平层i2.115电梯下行指示q2.516开门限位i2.216超重指示q2.617关门限位i2.317警报器q2.718电梯上升极限位i2.418一层指示q3.019电梯下降极限位i2.519二层指示q3.120超重i2.620三层指示q3.221警报器按钮i2.721四层指示q3.322激光传感器i3.0

45、222.2.7 plc外部接线图本设计的plc外部接线图附录三所示.cpu226cn的传感器电源24v(dc)可以输出600ma电流，通过核算在本设计中plc容量完全满足要求，cpu226cn的输出继电器触点容量为2a，电压范围为530v（dc）或5250v（ac） 电梯的软件部分主要由流程图来实现控制要求。电梯的上下控制流程图如附录三所示。2.3 软件设计软件是建立在硬件的基础上，确定程序结构然后进行主程序的设计。四层电电梯运行过程中，电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方向无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外号。2.3.1 电梯响应

46、流程电梯应具有最远反向外梯响应功能。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。电梯响应流程图如下当电梯到达系统控制的目标楼层时，控制系统发出开门信号，电梯门开，当门开到开门限位时，计时3秒钟，然后关门，直到关门限位产生信号。此过程期间，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭，并且当门关闭动作时，门间来人会使光电传感器产生信号，控制系统发出开门信号，电梯开关门流程图见下图所示2.3.2 梯形图及注释电梯初始控制：由于断电或故障等原因，会使plc停止运行。当plc重新运行时，假如电梯门未完全打开或关闭时，q2.3置位有信号，产生

47、关门动作，直到电梯门完全关闭，q2.3复位。当电梯未在任意平层时，利用辅助继电器m1.1,电梯会下降，直到电梯碰触行程开关后停止报警器及超重控制按下警报器按钮(i2.7)，警报器响(q2.7)，计时10秒钟(t33)，警报器关门。此系统由电梯载重控制仪控制电梯载重。当电梯超重时(i2.6)，电梯禁止上下运行，并且超重指示灯亮起（q2.6）。2.3.4 内指令信号的登记与消除以2层内呼为例：当按下2层内呼时(i0.1)，若电梯未在2楼平层时(i1.5)，2层指示灯亮(q0.1)，电梯运行至2楼平层，门打开，2层指示灯灭；若电梯在2楼平层时，指示灯不亮。2.3.5 电梯选层定向辅助在电梯运行过程中

48、，电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方向无其它内、外呼梯信号时，则电梯响应该外号。电梯应具有最远反向外梯响应功能。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2.5.5.外召唤信号的登记与消除以2层外呼下指示灯为例：按下2层外呼下按钮（i0.5），若电梯未在2楼平层时(i1.5)，指示灯亮(q0.5)，当电梯运行至二楼平层，并且该外呼信号得以响应时，门打开(q2.2)，指示灯灭；若电梯停在2楼平层且门未处于打开动作时，按下2层外呼下按钮，指示灯亮，电梯门打开，指示灯灭。2

49、.5.6.电梯指层控制电梯楼层位置由行程开关控制。以2层指示灯为例：若电梯在2楼平层时(i1.5)，2层指示灯亮(q3.1)，当电梯向上运行(q2.0)，指示灯依然亮着，直到电梯到达3层平层位置(i2.0)；若电梯在3楼层时，3层指示灯亮(q3.2)，辅助继电器m2.1置位，电梯下行时（q2.1），3层指示灯灭，2层指示灯亮，当电梯到达2楼平层时，m2.1复位。2.5.7.电梯上下行以电梯上行为例：当系统无外呼下响应，即m0.0和m0.2没有信号时，若电梯停在3层，当有3层外呼上(q1.0)、4层外呼下(q1.1)或4层内呼有信号(q0.3)时，电梯将向上运行，辅助继电器m0.4置位，且当四层

50、外呼下或四层内呼有信号时，电梯向上运行(q2.0)，到达目标楼层时电梯停止。当电梯上行时，上行指示灯亮(q2,4)；下行时，下行指示灯亮(q2.5)。见附录一。2.5.8.电梯开关门当电梯达目标楼层时，电梯门打开。以2层外呼下为例，当按下2层外呼下指示灯亮时（q0.5），并且外呼作得到响应（m0.0），即m0.0有信号，当电梯运行至2楼平层时（i1.5），电梯门打开(q2.2)。电梯开门到位后，计时3秒(t34)，电梯门关闭(q2.3)。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，按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭。此外当门关闭时，若门间来人，光电传感器会产生信号，控制电梯门打开。见附录二。3 电梯的结构设计部分设计与计算3.1 轿厢主要结构件的校核计算计算假设简化计算时许用安全系数的取值上梁 下梁 直梁 拉杆 侧梁正常载荷 3-4 3-4 4-5 非正常载荷 2-3 2轿厢框架结构的分析计算按三维成型的铰接结构，如图3.1.1 上梁计算计算说明：在轿厢满载满速运行时安全钳动作，此时冲击载荷最人，轿厢结构处一最危险的应力状态。上梁受力简图如图所示 有关的技术参数：材料:冷板折弯件：q235-a断面的惯性矩：ix