PLC课程设计---四层电梯

1、夭漳职理牧*師范丈曇课程设计报告书题四层电梯自动控制学院：机械工程学院班级：机检0911学生：魏晓东学号：03340091107指导老师：邓三鹏时 间：2012年1月4日至2012年1月9日第一章绪论41. 1plc在电梯控制中的应用41.2课程设计的内容41.3 四层电梯控制要求5第二章电梯的综述52. 1 电梯的定义与简介52. 2电梯的主要参数及性能指标 52. 3电梯的结构及组成部件72. 4 电梯的工作原理9第三章总体方案设计103. 1整体设计方案103.2 控制方式的选择103. 3电梯plc控制系统的基本结构113.4 信号控制系统11第四章硬件设计124.1可编程控制器机型的

2、选择124.2 其他参数134. 3输入输出点分配144.4 plc的外部接线图154. 5四层电梯主电路图15第五章软件设计175. 1电梯运行流程图175.2电梯开关门流程图195. 3梯形图195.4 语句表24第六章总结29第七章参考文献30第一章绪论1.1 plc在电梯控制中的应用目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、plc控制和微型计算机控 制三种。而p1c实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项 任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工 作；又由于plc中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是plc系统内存工作 单元，即无线圈又

3、无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电 器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。 plc控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适 合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统屮理想的控制 新技术。1.2课程设计的内容课程设计的内容主要是用可编程控制器(plc)改造在用电梯自动控制系统。 由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改 造，以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯 的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。针对老式电梯

4、采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和 工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器(plc) 来控制电梯。主要内容如下：首先对电梯系统及可编程控制器(plc)作了简单的介绍。接着阐述了电梯 的主要性能指标和参数、结构及组成部件，电梯的控制系统分为调速和信号控制 两大部分。确定了系统的总体结构，由plc来实现电梯信号控制，完成了电机 和可编程控制器(plc)的选择。然后是系统硕件开发，完成了 plc的选型、i/o 点数分配与plc的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出了 软件流程图，提岀了模块化编程思想，介绍了系统的软件开发。最后对改造后的

5、电梯系统进行模拟调试。1-3四层电梯控制要求(1) 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。(2) 楼层呼叫按钮及电梯内按钮按下，电梯未达到相应楼层或未得到相应 的响应时，相应指示灯一直接通指示。(3) 电梯运行时，电梯开门与关门按钮不起作用，电梯到达停在各楼层时, 电梯开门与关门动作可由电梯开门与关门按钮控制，也可延时控制，但检测到电 梯超重时，电梯门不能关闭，并由报警电铃发出报警信号。(4) 电梯最大运行区间为三层距离，若一次运行时间超过30s,则电动机停 转，并由iia报警。(5) 检修开关sb7接通时，电梯下行停在一层位置，进行检修，其他所有动 作均不相应。

6、(6) 电梯拖动电动机控制电路有各种常规电气保护，如短路保护、过载保护、 正反转互锁等。第二章电梯的综述2.1电梯的定义与简介一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载 运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直 的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装 卸货物。习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总 称。2.2电梯的主要参数及性能指标2.2.1性能指标：(1)安全性电梯时运送乘客的，即使载货电梯通常也有人相伴随，因此对电

7、梯的第一要 求就是安全。电梯的安全与设计、制造、安装调试及检修各环节都有密切联系，任何一个环节出了问题，都可能造成不安全的隐患，以致造成事故。（2）可靠性电梯的可靠性很重要，如果一部电梯工作起来经常出故障，就会影响人们正 常的生产与生活，给人们造成很大的不便，不可靠也是事故的隐患，常常是不安 全的起因。要想提高可靠性，首先应提高构成电梯的各个零部件的可靠性，只有 每个零部件都是可靠的，整个电梯才能使可靠的。（3）停站的准确性停站准确性又称平层准确度，平层精度。gb/t10058-1997电梯技术条件 对轿厢的平层准确度规定如下：电梯类型额定速度（m/s）平层准确度（m/s）交流双速电梯0. 2

8、5 或 0. 5w±150. 75 或 1.0w 土 30交直流快速电梯1.52. 0w±15交直流高速电梯m2. 0w±5电梯轿厢的平层准确度与电梯的额定速度，电梯的负载情况有密切关系。负 载重，则惯性大，提速高惯性也大。因此检查平层准确度时，分别以空载，满载， 上下运行，到达同一层站停测量平衡误差，取其最大值做平层站的平层准确度。（4）振动、噪声及电磁干扰现代电梯是为乘客创造舒适的生活和工作环境。因侧要求电梯运行平稳， 安静，无电磁干扰。（5）舒适感和快速感电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必不可少的，快速可以节省 时间，这对于快节奏的现代生活中的乘客是

9、很重要的。但是加速度和减速度的过 分增大的不合理变化又会造成乘客的不适感。因此在电梯设计时就要兼顾快速性 和舒适感这两个互相矛盾的因素。（6）节能现代电梯应该合理的选择拖动方式，以达到节能的目的2.2.2主要参数：（1）额定载重量（kg）：制造和设计规定的电梯载重量。（2）轿厢尺寸（価）：宽x深x高。（3）轿厢形式：有单或双而开门及其它特殊要求等，以及对侨顶、轿底、轿壁的 处理，颜色的选择，对电风扇、电话的要求等。（4）侨门形式：有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中分门等。（5）开门宽度（mm）：轿厢门和厅门完全开启的净宽度。(6) 开门方向：人在厅外而对厅门，门向左方向的为左开

10、门，门向右方向开启的 为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为屮开门，也称为屮分门。(7) 曳引方式：常用的有半绕1： 1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速 度。半绕2： 1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。全绕1： 1吊 索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。(8) 额定速度(m/s)：制造和设计所规定的电梯运行速度。(9) 电气控制系统：包括控制方式、拖动系统的形式等。如交流电机拖动或直流 电机拖动，轿内按钮控制或集选控制等。(10) 停层站数(站)：凡在建筑物内各层楼用于岀入轿厢的地点均称为站。(11) 提升高度(価)：由底层端站楼而至层顶端站楼而之间的垂直距离。(12)

11、 顶层高度(mm):由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件z 的垂直距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。(13) 底坑深度(血)：由层底端站楼而至井道底而之间的垂直距离。电梯的运行 速度越快，底坑一般越深。(14) 井道深度(nini)：由井道底而至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之间 的垂直距离。(15) 井道尺寸(mm)：宽x深。2.3电梯的结构及组成部件电梯是机电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的 神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯 可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝 绳拽引

12、式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以 及机械安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制 系统和电气安全保护等系统组成。(1)、拽引系统电梯拽系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由拽引机， 拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机， 拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。拽引钢丝的两端分别连轿厢和对 重，依靠钢丝绳和拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢 和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。(2)、导向系统导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自 由度，

13、使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。(3) 、门系统门系统有轿厢门、层门、开门、连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由 门扇，门导轨架等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层 门的动力源。(4) 、轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢 架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底, 轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢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客人数决定(5) 、重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对 重将平衡轿厢白重和部分额定载重。重

14、量补偿装置是补偿高层电梯屮轿厢与对重 侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。(6) 、电力拖动系统电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它 的作用是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用 交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为 调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机 相连。调速装置对拽引电机进行速度控制。(7) 、电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等 部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置 在机房中

15、的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵 电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。 所谓平层，是指侨厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到 同一平而的操作。位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指 示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。(8) 、安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。 机械方面的有：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, 还有切断总电源的极限保护装置。电气方而的安全保护在电梯的各个运行环节中 都有体现。2.4电梯的工作原理曳引绳两

16、端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通 过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产牛的牵引力，实现轿 厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑 物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块 式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升 降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其 他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补 偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。 电气系统实现对电梯运动的控制，同时

17、完成选层、平层、测速、照明工作。指示 呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安 全。第三章总体方案设计3.1整体设计方案整体设计方案如图3-1所示。图3t 整体设计方案图3.2控制方式的选择电梯的控制方式有：1)、电磁继电控制系统，2)、微机(pc)控制系 统，3)、可编程控制器(plc)控制系统，4)、单片机控制系统等。本次课程设计采用可编程控制器(plc)作为控制方式。3.3电梯plc控制系统的基本结构电梯plc的控制系统主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。图 3-2为电梯plc控制系统的基本结构图，主要硬件包括plc主机及扩展、机械系 统、轿厢操纵盘、

18、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。cpm图3-2电梯plc控制系统的基本结构图3.4信号控制系统电梯信号控制基本±plc软件实现。电梯信号控制系统如图3-2所示，输入 到plc的控制信号有：运行方式选择（如自动、有/无司机、检修、消防运行方 式等）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器、光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。：15-1plc1开关酋号躯或釉肌图3-2电梯plc信

19、号控制系统框图第四章硬件设计4.1可编程控制器机型的选择(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sb11和指示灯 1111,二层有上升呼叫按钮sb21和指示灯h21以及下降呼叫按钮sb22和指示灯 h22,三层有上升呼叫按钮sb31和指示灯h31以及下降呼叫按钮sb32和指示灯 h32,四层有下降呼叫按钮sb41和指示灯h41。一至四层有到位行程开关st1 st4o电梯内有一至四层呼叫按钮sb1-sb4和指示灯iii114；电梯开门和关门 按钮sb5和sb6,电梯开门和关门分别通过电

20、磁铁ya1和ya2控制，关门到位由 行程开关st5检测。此外还有电梯载重超限检测压力继电器kp以及故障报警电 铃ha。输入点共有20个，输出点共有15个，总共35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35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：所需总内存字数二开关量i/o总点数x （1015）+模拟量i/o总点数x （150 250）再按30%左右预留余量。估算本系统需要约1k字节的内存容量。综合

21、i/o点数以及内存容量，s7-200的cpu226输入，输出点数为24/16, 足以满足要求。4.2其他参数 拖动电动机5. 5kw, ac380v, 11. 6a, 1440r/mino 指示灯 h： 0. 25w, ac220vo 电铃 ha： 8w, ac220vo 电磁铁 ya： 100ma, ac220vo4.3输入输出点分配该系统占用plc的35个1/0 口，20个输入点，15个输出点，具体的1/0 分配如表4-3所示。<4-3 10分配表输入输出文字符说明文字符号说明号sb1电梯内一层按钮h1电梯内层按钮指示灯sb2电梯内二层按钮h2电梯内二层按钮指示灯sb3电梯内三层按钮

22、h3电梯内三层按钮指示灯sb4电梯内四层按钮h4电梯内四层按钮指示灯sb11一层上升呼叫按钮h11层上升呼叫按钮指示灯sb21二层上升呼叫按钮h21一层上升呼叫按钮指示灯sb22二层下降呼叫按钮h22一层下降呼叫按钮指不灯sb31三层上升呼叫按钮h31三层上升呼叫按钮指示灯sb32三层卞降呼叫按钮h32三层下降呼叫按钮指示灯sb41四层下降呼叫按钮h41四层下降呼叫按钮指不灯sb5电梯开门按钮km1电动机正转接触器sb6电梯关门按钮km2电动机反转接触器sb7检修开关ya1电梯开门电磁铁st1电梯一层到位限位开关ya2电梯关门电磁铁st2电梯二层到位限位开关ha电梯故障报警电铃st3电梯三层到

23、位限位开关st4电梯四层到位限位开关st5电梯关门到位限位开关sp电梯载重超限检测fr电动机过载保护热继电器4.4 plc的外部接线图本设计的plc外部接线图如图4-4所示.cpu226的传感器电源24v (dc)可以 输出600ma电流，通过核算在本设计屮plc容量完全满足要求，cpu226的输出 继屯器触点容量为2a,电压范围为530v (dc)或5250v (ac)。木次设计的四层电梯控制系统主回路原理图如图4-5所示。电机通过km1、 km2的闭合来实现正反转，从而实现电梯的上、下运行。fr1为起过载保护作用 的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。fu1为熔断器，起过电流保护作 用

24、.图4-5四层电梯控制主电路图图4-6四层电梯控制控制电路图第五章软件设计5.1电梯运行流程图(1)电梯运行流程图如图5-1所示图5-1电梯运行流程图(2)电梯运行流程图简要介绍：首先判断电梯停在儿楼，如果停在一楼，再判断2、3、4楼是否有信号， 如果没有信号，电梯停在一楼，如果有信号，电梯上升到相应的楼层，停止后判 断电梯停在哪一楼，判断有无上行或下行信号，如果只有一种，上行或下行，则执行上行或下行；如果同时有上行和下行信号，则30秒后电梯回到一楼。5.2电梯开关门流程图电梯开关门流程图如图5-2所示图5-2 电梯开关门流程图3.2梯形图5.3.1外召唤信号登记及消除y001y001 2y0

25、01 :y001 :y001 5.3.2内指令信号登记和消除点动内呼按钮，信号登记显示。到层信号取消。本系统设一楼为基站，两分钟内无任何操作，电梯自动返回一楼。< y001 :5. 3. 3轿厢上行5. 3. 4电梯下行5. 3.5电梯故障警铃和检修x014t37t 1t38t iy0i6 x022hix022hic m16 :5.3.6内指令外召唤信号的保持轿厢的内呼指令与外召唤指令保持信号，用于在有乘坐需要的楼层停车， 并自动或手动执行开关门操作。开关门执行一次之后，信号取消。使电梯能够继 续响应其他乘坐信号。轿厢外：14y005y013c m31:m31h卜y007m33y010t

26、 hm34y011卄y012m21轿厢内y001 m214ii_m41i i< m40:c m4i :y002m218iim42ii_< m42 :c m43 :5. 3. 7各楼层停车信号5.3.8 自动开关门电梯到层停车后，延时2s自动开门，5s后自动关门。并设有手动开门按扭 和关门按钮，可实现即时开关门。oi ft39y014电梯外呼信号:5.4 语句表5. 3.1外召唤信012345678901234567890101234567891111111111222222222233it i bt i bt 1 bt i bt it ldoranouldorldoranouldo

27、rldoranouldorldoranouldorldoranouldoranoux001x001x002y001x001y001x002y002y001x001y001x002y002y001x001y001x002y002y001x001y001x002y002y001x001y001x002y001号登记及消除5.3.2内指令信号登记和消除1 1 nz 1 1 1 cm cxj 9 1 oo1ooooooooooooooxoyomxoyoxoyoxoyoxoyoxoyoxoyoxoyold0r0rani0utld0ranioutldoranioutldorani0ut0 1234 561

28、 nz oo 4- lo ad 7f 8 1 1 1 i 4 1 15. 3. 3轿厢上行12345671 234561 341 oooooooo oooooo ooo 000000001000000200031234 yyyyyyyxmyyyyyxmyyxmmmmmdt dt dt tld0r0r0r0r0r0ran0uld0r0r0r0ran0uld0ran0uld0r0r0u0123456700901230123456789111111111122225. 3.4电梯下行i 012345678901231 cm oo lo co t/ co qw 1 1 1i 1 1 .1 1 cm c

29、m5 黑幣黑andoute 黑黑andout品andout3 黑outy002y001y000y004y005y006y007x001m5y000y001y004y005y006x001m6y000y004 x001m7m5m6m7m205. 3. 5电梯故障警铃和检修012345678910ld0rldaniorb oranioutldoroutt37t38y016x022x022x014y016x014m16m165.3.6内指令外召唤信号的保持轿厢外：4 5 3 7 3 6 2 o 2 1 0010011110121201313114141515 03230032300323003230

30、03230323 ymmmyymmmyymmmyymmmyymmmymmmtl 1 t1 tl 1 t1 tl 1 t1 tl 1 t1 tl 1 t1 1drnudnrnudnrnudnrnudnrnudrnuloaolaoaolaoaolaoaolaoaoloao0123456789012345670123456789111111111122222222o oz- o000100111021203130424042404240424ymmmymmmymmmymmmld0ran0uld0ran0uid0ran0uld0ran0u0 1234501234567891111115.3. 7各楼层

31、停车信号5 6 7 o00110133111224112352134302143302143302143021mmxmmmmmxmmmmmxmmmmxmmd i- t d t1t d t1t d i- t ldorananoumororan职ouldororananouldor职anou01234567890101234567891111111111225. 3.8 自动开关门24 3544 1 ay 7* lo 11u i i 1 drrrnnnuloooaaao0123456740 5 6602001oooooxxxxx70 7 10 oil 12 7ooo oo 1xxx xx md d

32、b db dbt dndrnrdrnrdnrulaloaoloaolaoo01234567890 12 3信号第六章总结经过一个多礼拜的研究，通过在图书馆以及互联网查阅相关资料，了解了电 梯的内部结构，并h加深了对电梯运行过程、控制系统的认识，熟悉了可编程控 制器在电梯控制系统中的运用。并且，使我将原来所学的知识系统化、理论化、 实用化，对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力又有了提高。通过这次 设计，我还认识到无论做什么，都需要踏实，勤奋，严谨的工作态度，这对我以 后的工作将会产生深渊的影响。从刚开始的无从下手到知道方向，这个过程带给我的不止是自己试验进度的 加速，也从另一个层面上诠释着学海无涯。我们这学期刚接触plc,但懂得的只 是皮毛或者说一些简单的控制，