机电专业毕业论文--PLC控制电梯设计

1、机电专业毕业论文-PLC控制电梯设计 目 录一绪论1二基于PLC的电梯系统的设计方案2一PLC简介21LC的根本结构22PLC的工作原理2二电梯31电梯的组成系统及功能32电梯的整体结构3三 本设计特点5四 本设计实现功能5三硬件系统设计5一可编程控制器机型的选择51S7-200的输入输出系统52S7-200主机单元 CPU 226介绍63配置IO点数及模块编址7二系统控制81电梯的三个工作状态82系统控制要求9三电梯PLC控制系统根本结构10四PLC输入输出口IO分配表12五PLC外部接线图及模拟控制面板13四软件系统设计14一程序设计流程图141PLC控制电梯系统功能流程142开关门子程序

2、流程图15二软件程序设计16结 论23参考文献24附录PLC控制电梯系统图25摘 要论文将可编程序控制器 PLC 应用于5层电梯控制系统的设计介绍了SIMATIC公司S7-200系列可编程控制器在电梯控制系统中的应用给出了可编程控制器控制电梯系统的硬件组成和软件设计程序主要实现开关门控制外呼信号和停层信号的登记与消除定向运行和反向截梯控制以及加减速等环节的控制关键字PLC 电梯控制 程序设计 一绪论电梯是高层宾馆商店住宅多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具随着社会的开展建筑物规模越来越大楼层越来越多对电梯控制系统提出了更高的要求传统的电梯运行逻辑控制系统采用继电器逻辑控制线路这

3、种控制线路存在易出故障维护不便运行寿命较短占用空间大等缺点从技术开展来看这种系统将逐渐被淘汰目前由可编程序控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统正以很快的速度开展着采用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开展方向其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的总之电梯的控制是比拟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开展起到了巨大的作用然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应电梯控制的要求和开展与PLC相比拟存在着质的差异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

4、制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备随着PLC应用技术的不断开展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经成为电梯运行中的关键技术本设计以小型客运电梯为主要研究对象采用可编程控制器对电梯系统进行控制主要包括硬件和软件两大局部程序主要包括控制轿厢内指令信号的登记记忆与消除厅外召唤信号的登记记忆与消除选层定向顺向和反向截梯等二基于PLC的电梯系统的设计方案二 PLC简介1PLC的根本结构可编程控制器作为控制器的自动控制系统实质上就是一种用于工业控制的专用

5、计算机它既可进行开关量的控制又可实现模拟量的控制PLC采用了典型的计算机结构主要由中央处理器存储器输入输出接口电路电源等组成如图2-1所示图2-1 PLC的根本结构2PLC的工作原理PLC虽具有微机的许多特点但它的工作方式与微机有很大不同微机一般采用等待命令的工作方式而PLC那么采用循环扫描工作方式在PLC中用户程序按先后顺序存放对每个程序处理器从第一条指令开始执行直至遇到结束符后又返回第一条如此周而复始不断循环每一个循环成为一个扫描周期扫描周期的长短去决定于以下几个因素一是处理器执行指令的速度二是执行每条指令占用的时间三是程序中指令条数的多少一个扫描周期大致可分为输入输出刷新和执行指令两个阶

6、段由于PLC采用循环扫描的工作方式所以它的输出对输入的响应速度要受扫描周期的影响PLC的这一特点一方面使它的响应速度变慢但另一方面也使它的抗干扰能力增强对一些短时的瞬间干扰可能会因响应滞后而躲避开这对一些慢速控制系统是有利的但对一些快速相应系统那么不利在使用中应特别注意这一点 二 电梯1 电梯的组成系统及功能1曳引系统主要由曳引机曳引钢丝绳导向轮反绳轮组成使电梯运行导向系统导靴和导轨架组成轿厢是电梯的工作局部门系统重量平衡系统在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内保证电梯的曳引传动正常电力拖动系统供电系统速度反应装置电动机调速装置等组成电气控制系统平安保护系统2电梯的整体结构电梯是

7、把机和电和成一体的大型复杂产品其中的机械局部相当于人的躯体电气局部相当于人的神经两者不可分隔关系密切机和电的高度合一高科技的不断引入使电梯成为现代科技的综合产品下面简单介绍机械局部的结构图2-2 电梯的整体结构图2-2注解1-减速厢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-平安钳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-轿内操纵厢29-开门机30-井道传感器31-电源开

8、关32-控制柜33-曳引电机34-制动器PLC控制电梯既克服了继电器接触器控制电梯的工作可靠性差故障率高维修量大的缺点又克服了单片机控制电梯的抗干扰能力差的缺点所以用PLC进行电梯的电气控制受到越来越多厂家的青睐开展前景广阔本设计就利用PLC的高可靠性强抗干扰能力编程简单直观和维修方便等特点来对电梯系统进行编程控制系统控制核心为PLC主机通过PLC输入端口将信号送入PLC按PLC存储器中存储的程序进行运算处理然后经输出接口分别向指层器召唤指示灯驱动系统等发出显示信号及控制信号但由于是对电梯模型进行控制故在一些功能实现和控制方法上有许多的限制四本设计实现功能本设计介绍了西门子公司的S7-200

9、CPU226系列可编程控制器在电梯控制系统中的应用针对常规继电器电路在电梯控制中的缺乏在分析了采用PLC对电梯进行控制的优势的根底上提出了应用西门子S7-200在普通客梯控制中的设计方案提出了可编程控制器控制电梯控制系统的硬件组成和软件设计并介绍了控制系统结构主要功能性能特点及硬件和软件实现方案程序中主要包括以下环节控制轿厢内指令信号的登记记忆与消除厅外召唤信号的登记记忆与消除选层定向顺向截梯及反向截梯还具有电梯的楼层指示功能厅外召唤功能电梯轿厢的开关门功能轿内指令登记功能电梯的定向选层功能电梯的起动加速稳速运行到站减速平层停车等除了这些我们比拟熟悉的功能外电梯还具有检修功能平安保护功能等三硬

10、件系统设计一可编程控制器机型的选择可编程控制器系统硬件设计应遵循经济性可靠性先进性及扩展性等原那么内容包括PLC机型的选择输入输出模块的选择输入输出端地址分配和输入输出端接线图等为了完成设定的控制任务主要根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的机型本设计系统为五层楼的电梯采用集选控制方式本系统有开关量IO总点数60个模拟量IO总点数0个选用SIEMENS公司的CPU22X系列的S7-200 CPU2261S7-200的输入输出系统如图3-1所示S7-200的主机外观图图3-1 S7-200的主机外观图 1 输出特性在S7-200中输出信号有两种类型继电器输出型和晶体管输出型

11、CPU22X系列CPU226的继电器输出型容量2A晶体管输出型容量075A电源电压晶体管型为24VDC机电器型为85264VAC输出电压是由用户提供的负载工作电压输出点数与每组点数输出点数是指主机上全部输出端子的个数每组点数是指全部输出可以分成几个隔离组每个隔离组中的输出端子可以有一个也可有数个CPU226 中457表示共有16个输出端子分成三个隔离组每个隔离组中的输出端子为4个5个7个由于每个隔离组中有一个相对独立的公共端所以每个隔离组可以单独施加不同的负载工作电压如果所有输出的负载工作电压相同可将这些公共端连接起来 2 输入特性在S7-200中对数字量输入信号的电压要求均为24VDC1信号

12、为1535V0信号为05V经过光电耦合器隔离后进入到PLC中CPU226中输入滤波02128ms中断输入I00I03高速计数器输入I00I05每组点数1311电缆长度非屏蔽输入300m屏蔽输入500m屏蔽中断输入及高速计数器50m2S7-200主机单元 CPU 226介绍本机集成输入输出共个数字量IO点 可连接7个扩展模块最大扩展至数字量IO点或35路模拟量IO 点13KB的程序和数据存储空间6个独立的30kHz高速计数器2路独立的20kHz高速脉冲输出具有PID控制器个RS485通编程口具有PPIPoint to Point Interface通协议MPIMulti Point Interf

13、ace通协议自由 IO端子排可很容易地整体拆卸可连接7个扩展模块最大扩展至数字量IO点图3-2 扩展模板IO链图根据图3-2模板的编址见表3-1表3-1 扩展模板编址表主机IO模板IOI00 Q00I01 Q01I02 Q02I03 Q03I04 Q04I05 Q05I06 Q06I07 Q07I10 Q10I11 Q11I12 Q12I13 Q13I14 Q14I15 Q15I16 Q16I17 Q17I20I21I22I23I24I25I26I27Q20Q21Q22Q23Q24Q25Q26Q27I30 Q30I31 Q31I32 Q32I33 Q33I34I35I36I37二系统控制1电梯

14、的三个工作状态 1 电梯的自检状态将程序下载到PLC 后上电PLC中的程序已开始运行但因为电梯尚未读入任何数据 也就无法在收到请求信号后通过固化在PLC中的程序做出响应为满足处于响应呼叫就绪状态这一条件必须使电梯处于平层状态楼层且电梯门处于关闭状态电梯自检过程的目标为先按下启动按钮再按下恢复正常工作按钮电梯首先使电梯门处于关闭状态然后电梯自动向上运行经过两个平层点后停止 2 电梯的正常工作状态电梯完成一个呼叫响应的步骤如下a电梯在检测到门厅或轿厢的呼叫信号后将此楼层信号与轿厢所在楼层信号比拟通过选向模块进行运行选向b电梯通过拖动调速模块驱动直流电机拖动轿厢运动轿厢运动速度要经过低速转变为中速再

15、转变为高速并以高速运行至减速点c当电梯检测到目标层楼层检测点产生的减速点信号时电梯进入减速状态由中速变为低速并以低速运行至平层点停止d平层后经过一定延时后开门直至碰到开门到位行程开关再经过一定延时后关门直至碰到关门到位行程开关电梯控制系统始终实时显示轿厢所在楼层 3 电梯强制工作状态当电梯的初始位置需要调整或电梯需要检修时应设置一种状态使电梯处于该状态时不响应正常的呼叫并能移动到导轨上下行极限点间的任意位置控制台上的消防检修按钮按下后使电梯立刻停止原来的运行然后按下强迫上行下行 按钮电梯上行下行一旦放开该按钮电梯立刻停止当处理完毕时可用恢复正常工作按钮来使电梯跳出强制工作状态 在本系统设计中仅

16、实现了电梯的正常工作状态和检修状态2系统控制要求 1 电梯无司机驾驶时完全自动响应门厅和轿厢内指令 2 电梯起动后假设有呼梯信号那么开门 3 到站自动平层开门延时自动关门即当有外呼梯信号内呼梯信号到来时轿厢响应该呼梯信号到达该楼层时轿厢停止运行轿厢门翻开延时3s后自动关门 4 手动开关门即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轿厢停止运行后按开门按钮轿厢门翻开按关门按钮轿厢门关闭 5 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 6 电梯运行途中有顺向截梯和最远反向外呼梯响应功能对反向呼梯信号只作记忆 7 在电梯轿厢运行过程中轿厢上升或下降途中任何反方向下降

17、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无其他内外呼梯信号时那么电梯响应该外呼梯信号 8 到达顶层或底层时自动停止并变换运行方向 9 和轿内有楼层显示和运行方向显示 10 有电梯的电气平安保护系统限位保护假设一个乘客欲进电梯时经过电梯门的时候电梯门不应该关上但是如果电梯门出现了延时关门现象当电梯门碰到有障碍如乘客为了保护障碍如乘客不至损坏当电梯门关上瞬间电梯门上的限位开关撞上障碍开关门电机及时反转电梯门翻开以保护到障碍或乘客的平安三电梯PLC控制系统根本结构1电梯信号控制系统电梯信号的控制根本上由PLC实现输入到PLC的控制信号有运行方式选择运行控制内指令外召唤平安保护井道信息开关

18、门及限位等信号所有功能如召唤信号登记轿厢位置判断选层定向顺向截梯最远反向截梯消号及反向保号换速平层开关门电梯自动运行等功能均为程序控制如图3-3所示图3-3 电梯控制系统原理图2控制系统采用变频调压调速的全闭环控制变频器的输入信号端子的意义由变频器参数设定运行速度曲线也由变频器数据设定完成PLC只需给变频器相应的控制信号即可完成各种相应的动作同时变频器也将本身的工作状态输送给PLC3工作过程电梯一次完整的运行过程就是曳引电动机从启动匀速运行到减速停车的过程PLC接收来自操作面板和呼梯盒的召唤信号轿厢和门系统信号以及井道和变频器的状态信号经程序判断与运算后实现电梯的集选控制PLC在输出显示和监控

19、信号的同时向变频器发出运行方向启动加速减速运行和制动停梯信号根据运行及保护需要共分为12个功能程序块包括初始化上下召唤内选定向截梯平层楼层计数及显示选层上下行换速开关门报警等本设计中主要介绍上下召唤内选定向平层停车制动等功能 四PLC输入输出口IO分配表S7-200 PLC的IO口地址分配表如下表3-2所示输入输出门锁I00上行Q00自动I01下行Q01检修I02高速Q02开门I03低速Q03关门I04启动加速Q04上行启动I05制动减速Q05下行启动I06开门Q06基站I07关门Q07开门到位I101层层楼指示Q10关门到位I112层层楼指示Q11上行限位I123层层楼指示Q12下行限位I1

20、34层层楼指示Q131楼内选I145层层楼指示Q142楼内选I15上行指示Q153楼内选I16下行指示Q164楼内选I171层内选记忆指示Q175楼内选I202层内选记忆指示Q201楼感应器I213层内选记忆指示Q212楼感应器I224层内选记忆指示Q223楼感应器I235层内选记忆指示Q234楼感应器I241楼上呼指示Q245楼感应器I252楼上呼指示Q251楼上行I262楼下呼指示Q262楼上行I273楼上呼指示Q272楼下行I303楼下呼指示Q303楼上行I314楼上呼指示Q313楼下行I324楼下呼指示Q324楼上行I335楼下呼指示Q334楼下行I345楼下行I35上平层感应器I36

21、下平层感应器I37表3-2 IO地址分配五PLC外部接线图及模拟控制面板1外部接线原理图本设计采用SIMATIC S7-200系列CPU226主机和一个数字量扩展模板EM223其外部接线图如图3-4和3-5所示图3-4 PLC外部接线图图3-5 扩展模块外部接线图2面板电梯控制系统一般由控制柜操纵厢选层器换速平层装置楼层指示及呼梯装置开关门电机拽动电动机制动器线圈电气平安保护装置及随行电缆等几十个分散安装在电梯各部位的零部件组成在本模型中均用指示灯来模拟电梯的工作状态在面板接线过程中首先要确定器件型号内选外召唤信号指示灯可统一使用交流220V按钮开关选用点动开关不需电源面板图如图3-6所示图3

22、-6 模型控制面板四软件系统设计一程序设计流程图1LC控制电梯系统功能流程图4-1 PLC控制系统功能流程图根据电梯的电气控制要求电梯总是按照一定的程序重复地进行动作电梯运行的循环过程为选层判断电梯的运行方向起动运行在运行过程中要进行顺向截梯呼梯和轿内选择记忆等操作到达层站时平层开门关门PLC控制功能流程图如图4-1所示2关门子程序流程图本设计实现到站自动平层开门延时自动关门如图4-2所示为开关门子程序流程图图4-2 开关门子程序流程图二软件程序设计1门环节电梯的开关门存在以下几种情况a投入运行前的开门此时电梯位于基站将开关梯钥匙插入SA2SA2位基站开门梯钥匙开关内旋转至开梯位置那么电梯应自

23、动开门乘客或司机进入轿厢选层后电梯自动运行b检修时的开关门检修状态下开关门均为手动状态由开关按钮SB1SB2实施开门与关门c自动运行停层是的开门电梯在停层时只平层位置停层开门辅助继电器M04接通电梯应开始开门d梯关门过程中的重新开门在电梯关门的过程中假设有人或物夹在两门的中间需重新开门现通过开门按钮实施重新开门现大多数电梯采用光幕或机械平安触板进行检测自动发送重新开门信号以到达重新开门的目的e梯开门电梯到达某层站后如果没有人继续使用电梯电梯将停靠在该层站待命假设有人在该层站呼梯电梯将首先开门以满足用梯的要求假设其他层站有人呼梯电梯将首先定向并起动运行到达呼梯楼层是再开门此时的开门按停层开门处理

24、开门环节的梯形图如图4-3所示f梯停用后的关门此时电梯到达基站司机或乘客离开轿厢电梯自动关门司机将开关梯钥匙插入SA2旋转到关梯位置电梯的平安回路被切断PLC停止运行电梯被关闭g梯自动运行时的关门停站时间继电器T37延时结束时电梯应自动关门停站时间未到时可通过关门按钮实现提前关门考虑检修状态时的关门那么关门环节的梯形图如图4-4所示图4-3 开门环节梯形图图4-4 关门环节梯形图2信号的产生与去除环节当电梯位于某一层时指层感应器1KR5KR产生该楼层信号以控制指层灯的状态离开该层时该楼层信号应被新的楼层信号上一层或下一层所取代其梯形图如图4-5所示图中当层的层楼辅助继电器是用上层或下层的层楼信

25、号关断的3信号的登记与消除环节乘客或司机通过对轿厢内操纵盘上15层选层按钮的操作可以选择要去的楼层选层信号被登记后选层按钮下的指示灯亮当电梯到达所选的楼层后停层信号即被消除指示灯也应熄灭其梯形图如图4-6所示图中各内选层辅助继电器梯形图支路中串入了层楼辅助继电器的动断触点4信号的登记与消除环节乘客或司机在厅门外呼梯时呼梯信号应被接收和记忆当电梯到达该楼层且定向方向与目的地一致时基层和顶层除外呼梯要求以满足呼梯信号应被消除故其梯形图如图4-7所示图中按下外呼按钮时相对应的外呼辅助继电器接通外呼钮下的指示灯亮表示呼梯要求已被电梯接收并记忆而该信号的消除环节是由当层信号的动断触点与运行方向信号的动断

26、触点并联构成的M27为上行辅助继电器M30位下行辅助继电器这样安排是前边提到过的电梯运行中只响应同向呼梯的原那么决定的即电梯运行方向与呼梯目的地方向一致且到达呼梯楼层时电梯将停止呼梯要求已满足呼梯信号被消除电梯运行方向与呼梯目的地方向相反时如电梯从一楼向上运行上行而呼梯要求从二楼向下假设有去三楼以上的内选层要求及外呼梯要求电梯到达二楼时无二楼上行要求不停梯但呼梯信号两下不能立即去除待乘客进入轿厢选层去一楼后电梯顶向下那么两下呼梯信号已满足呼梯信号被消除图4-5 层楼信号的产生与消除环节梯形图图4-6 停层信号的登记与消除环节梯形图图4-7 外呼信号的登记与消除环节梯形图5的定向环节在自动运行状

27、态下电梯首先应确定运行方向也即定向电梯的定向只有两种情况即上行和下行电梯处于待命状态接收到内选和外呼信号时应将电梯所处的位置与内选和外呼信号进行比拟确定是上行还是下行一旦电梯定向后内旋和外呼对电梯进行顺向运行的要求没有满足的情况下定向信号不能消除检修状态下运行方向直接由上行和下行启动按钮确定不需定向其梯形图见附录6运行时起动加速和稳定运行环节电梯启动的条件是运行方向已确定门已关好其梯形图如图4-8所示7制动环节电梯在停车制动之前应首先确定其停层信号即确定要停靠的楼层应根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿内选层信号比拟后得出其梯形图见附录二所示为解决电梯进入平层区间后才出现停车信号致使电梯过急停车的问题采用微分指com信号其梯形图如图4-9所