第三章-电梯控制系统硬件设计

第三章电梯限制系统硬件设计3.1电梯限制系统设计思路电梯限制系统总体设计流程图如图3.1编写相关技术文件编写相关技术文件电梯总体设计计算电梯限制系统I/O点数PLC选型I/O地址安排，输入输出设备选择梯形图设计电梯模拟调试符合要求修改程序NY图3.1电梯限制系统总体设计流程图本设计以PLC为工具对五层电梯的各种操作进行限制。PLC限制系统的设计一般可以分为以下几个步骤：=1\*GB2⑴熟识被控对象，制定限制方案=2\*GB2⑵确定所设计系统的I/O点数=3\*GB2⑶选择PLC机型=4\*GB2⑷选择输入、输出设备，安排PLC的I/O地址=5\*GB2⑸系统调试=6\*GB2⑹编写相关技术文件3.2可编程限制器的选型3.2.1I/O点的估算：装置共有33点输入指令信号，32点输出限制信号，输入信号包括：楼层内、外选择信号、轿厢运行时楼层检测信号、检修限制系统信号、消防模拟信号、极限限位爱护信号等，输出信号包括：变频驱动信号、楼层显示限制系统信号、楼层内外呼指示信号、上下行指示信号、到站钟信号、电梯开门、关门信号以及平安爱护信号等。可编程限制器S7-200的CPU226输入，输出点数为24/16。须要扩展一块EM223,DI16/DO16.3.2.2存储容量的估算用户程序占用内存的多少与多种因素有关。例如:输入/输出点的数量、类型、输入/输出之间的关系的困难程度、须要进行运算处理的难易程度、程序结构等都与内存容量有关。因此,在用户程序调试好之前很难估算内存容量。一般只能依据I/O点数与类型、限制的繁简程度加以估算。考虑备用与计算机接口通讯所占用的内存容量,估算本系统要有1K字节以上的内存容量。3.2.3各种PLC的比较和选型现在知名的PLC品牌有很多种，如美国AB、ABB、松下、西门子、汇川、三菱、欧姆龙、台达、富士、施耐德、信捷和利时等。三菱公司的PLC是较早进入中国市场的产品。其小型机F1/F2系列是F系列的升级产品早起在我国的销量很多，使得很多大专院校讲解PLC编程的教材都以三菱公司的PLC为例。国内的一些PLC生产厂家为了快速获得用户，其PLC编程语言的指令集都与三菱公司的PLC兼容。三菱PLC以其高性能、低价格迎合了中国工控行业的须要，在国内得到了广泛的应用，但三菱的模拟量模块价格昂贵，程序困难，不适合用来探讨此系统。OMRONC系列PLC产品门类齐、型号多、功能强、适应面广。大致可以分为微型、小型、中型和大型四大类。整体式结构的微型PLC机是以C20P为代表的机型。叠装式或称紧凑式结构的微型机以CJ型机最为典型。它具有超小型和超薄型的尺寸。小型PLC机以P型机和CPM型机最为典型，这两种部属坚实整体型结构，具有体积更小、指令更丰富、性能更优越。通过I/O扩展可实现10-140点输入输出点数的敏捷配置，并可连接可编程终端干脆从屏幕上进行编程。中型机以C200H系列最为典型，主要有C200H、C200HS、C200HX、C200HG和C200HE等型号产品。在程序容量、扫描速度和指令功能上优于小型机同时可以配置更完善的接口单元模块。可以与上位机、下位PLC机及各种外部设备组成具有各种用途的计算机限制系统和工业自动化网络。但是欧姆龙系列PLC硬件牢靠性不如西门子PLC且价格也很贵，并不适合此次探讨。SIMATICS7-200系列PLC是西门子最闻名的PLC品牌。它适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及限制。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中或相连成网络皆能实现困难限制功能。S7-200系列精彩表现在以下几个方面：极高的牢靠性、极丰富的指令集、易于驾驭、便捷的操作、丰富的内置集胜利能、实时特性、强劲的通讯实力、丰富的扩展模块等。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。运用范围可覆盖从替代继电器的简洁限制到更困难的自动化限制。应用领域极为广泛，覆盖全部与自动检测、自动化限制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境护设备等等。设计PLC限制系统时，首要的限制目标就是：确保生产的平安牢靠，能长期稳定运行，保证产品高质量，提高生产效率，改善信息管理等。假如要求以极高的牢靠性为限制目标，构成PLC冗余限制系统，这时要从能够完成冗余限制的PLC型号中进行选择；假如以改善信息管理为限制目标，要首先考虑通信实力。另一个方面就是要对PLC的硬件配置的考虑，可以从CPU的实力、I/O系统、指令系统、响应速度或其它考虑。综合考虑后，本设计选择了西门子公司生产的S7-200型机。S7-200系列PLC具有以下优点：⑴A/D、D/A转换精度及转换速度高，一个模拟量模块带3路A/D，1路D/A，A/D、D/A转换速度高为125us，为保证系统的采样、限制精度及调整速度供应了基本的物理条件；其他厂家PLC的模拟量模块的A/D、D/A转换速度均为ms级，不具备必要条件，而且S7-200PLC的模拟量模块单价为同类最低，因此具有很好的性能价格比。⑵CPU运算速度快，0.37us/位，指令丰富：具有浮点运算、指针运算、中断、通讯响应、PID运算、PWM脉冲输出等功能，存储容量大，充分适应现代限制技术，如最优限制、自适应限制、变结构限制等限制算法的要求；⑶输入/输出点多、响应快，24输入/16，每点可设置滤波参数，4个20KHz高速计数器，2个高速输出口，适应实时限制的要求；⑷通讯组网实力强，配有2个232/485通讯口，可便利连接232/485/422等通讯接口，适应监控系统的要求；⑸牢靠性高，将CPU模块，输入/输出I/O模块，通讯模块高度集成一体，简化结构，运用便利。3.3电梯限制系统各环节的设计3.3.1电梯轿厢楼层位置检测环节电梯PLC限制不再运用继电器限制系统中模拟轿厢运动的机械选层器，因而电梯运行过程中，轿厢所处楼层位置如何检测PLC软件、如何依据给定输入信号及运行条件推断或计算楼层数，是电梯正常运行的重要问题，是正确定向和选层换速的必备前提。轿厢楼层位置检测的方法很多，如磁感应器信号干脆输人、双稳态磁爱护开关状态编码输入和光电开关脉冲输入、接近开关输入等，但最为常用的当属旋转编码器输入。旋转编码器可用于测量转角、转速及位移。当转动旋转编码器的转轴时，输出端发送出与转角对应的脉冲数。通过累计脉冲数量可干脆算出转角和相应的位置行程。PLC一般都有高速脉冲输入端或专用计数单元，因而在电梯PLC限制系统中，可运用旋转编码器检测电梯运行过程中轿厢所处楼层位置。电梯PLC限制系统中旋转编码器一般采纳集电极开路输出方式，干脆与PLC高速脉冲输人端相连，电源可利用PLC内置24V直流电源。箱式结构PLC具有高速脉冲输入端和硬件复位输入端，可运用一相或两相输出的编码器。一相为脉冲输出，接PLC的0000端，另一相为复位输出，接PLC的0001端。图3-2旋转编码器与PLC高速脉冲输入端接口电路3.3.2电梯轿内指令和厅外呼唤信号的处理环节轿内指令与厅外呼唤信号均需全部输入PLC，主要方法有干脆输入、按钮矩阵输人、按钮信号组合输入、按钮信号编码输入等。后三种输入方法的特点是削减了PLC的输入点数，但外部接线较麻烦，输入信号的状态以及维护检修不直观。内指令信号处理包括信号登记、显示及本层停车消号。信号的登记采纳自锁原理，软件上采纳逻辑与运算指令实现，不论电梯上行还是下行，当轿厢运行至有内指令要求的楼层时，均需换速停车，并消退登记信号，不需反向保号。厅外呼唤信号同样须要进行登记，显示本层停车信号，此外还应具有反向运行保号和直驶保号功能。轿厢指令电路是由轿厢内人员通过指令按钮发出指令并保持这一指令，待这一指令完成后并消退该指令的电路。厅外呼唤电路，是由厅外乘梯人员通过厅外呼唤按钮发出呼梯信号，并登记和记忆，完成呼唤指令后消退这一呼梯信号。2.3.3电梯自动开关门的限制环节电梯的自动开关门限制要求一般如下：(1)自动门机构必需随电梯轿厢移动，即要求把自动门机构安装于轿厢顶上，除了能带动轿厢门启闭外，还应能通过机械方法使电梯轿厢在各个层楼门区平安范围内能便利地使各层的外层门也能随着轿厢门的启闭而同步启闭。(2)当轿厢门和某层楼的层门闭合后，应由电气机械设备的机械钩子和电气接点予以表现和考核。(3)开关门动作平稳，不得有猛烈的抖动和异样响声。(4)关门时间一般为3-5s ，而开门时间一般为2.5-4s。(5)自动门系统调整简洁便利,便于修理。(6)门电机要具有肯定的堵转实力。为实现这些要求,现设计如下:电梯运行中的开门是待电梯平层后自动开启的。这一自动限制是由干簧感应器实现的。干簧感应器被装在轿厢顶部,随轿厢上下运动，隔磁板由支架固定在电梯导轨上，当电梯欲平层时，隔磁板插入KR2开门区域干簧感应器的缺口内，使干簧管的动断触头复位，接通开门区域继电器K47线圈电路，KA7动合触头闭合。电梯平层结束时，运行继电器KA11线圈断电，其动断触头复位，于是开门继电器KA2线圈通过以闭合的门锁继电器KA11动合触头、停层时间继电器KT8断电延时断开触头而通电吸合并自保，KA2触头转换时，M(直流激励电动机)向开门方向旋转将门自动开启。电梯门从放开到关闭的时间，一般整定为4-6s，由KT8限制。电阻电容串联支路并联后接入110V直流电压。在KA2动合触头闭合后KT8线圈通电吸合，电容器C8两极板电压充至110V，当电梯门开启到位时，压下SQ24开关，KA2线圈断电释放起先，时间继电器KT8线圈外加直流电源切断，但C8通过电阻R12、R13和KT8线圈放电，使KT8仍不释放。随着放电进行，C8极板电压降低,放电电流削减，KT8线圈电压降低到小于等于其释放电压时，KT8释放,关门动作起先，KT8延时结束。所以KT8延时时间是从门开启到位，KT8线圈断开直流电源到KT8线圈依靠C8放电维持吸合,直到KT8释放,关门动作起先为止,这也是门放开的时间,即乘客上下电梯的时间。若在延时即将结束时,尚未开启关门动作之前还有乘客进入。此时可按下厅外呼唤按钮SB1S-SB4S、SB2X-SB5X中的一个，使厅外开门继电器KA41线圈通电吸合KA41动合触头闭合，使KT8线圈又通电吸合；C8又充电。当松开厅呼唤按钮后，KA41直流电源切除，但有C8对其放电来获得又一次延迟，便于乘客接着出入。同理，按下轿内开门按钮SB8时，也使KT8线圈重新通电闭合，电容C8充电。当松开SB8时，由于C8对KT8线圈放电，获得再次延迟。若不等KT8延迟结束，就提前关门，则可按下轿内指令按钮SB1-SB5，使C8放电加快KT8维持吸合时间缩短。关门动作提前进行。电梯停靠楼层开门后，经4-6s延时KT8线圈断电释放。这时起动关门继电器KA5线圈经KA9动断触头—KT8动断触头—过载继电器KA14动断触头—停站继电器KT6动断触头—慢速第一延时继电器KT2动断触头KA2动断触头而通电吸合。KA5动合触头闭合—KA3线圈通电吸合—KA3触头转换电动机M向关门方向旋转，拖动电梯门关闭。在关闭过程中由于行程开关SQ20、SQ21作用实现两次减速关门。直至门关闭后，压下行程开关SQ25使KA3线圈断电释放M行能耗制动。图3-3电梯门限制电路3.3.4电梯的方向限制环节任何类别的电梯，其运行的充分与必要条件之一“要有确定的电梯运行方向”，因此全部电梯的确定运行方向的限制环节—简称“定向环节”，在全部电梯的整体限制系统中也与电梯的自动开关门限制环节一样，是一个至关重要的限制环节。所谓电梯的方向限制环节，是依据电梯轿厢内乘客欲往层楼的位置信号或各层楼大厅乘客的呼唤信号位置与电梯所处层楼的位置信号进行比较:凡是在电梯位置信号上方向的轿内或层楼厅外呼唤信号，则电梯定上行方向；凡在其下方向的，则定下行方向。在方向限制环节中一般集选电梯必需满意下列几点要求。(1)、轿内指令信号优先于各层楼厅外呼唤信号而定向，即当空轿厢电梯被某层厅外乘客呼唤到达该层后，某层的乘客即可进入电梯轿厢内而揿按指令按钮令电梯定上行方向(或下行方向)；若该乘客虽进入轿厢内且电梯门未关闭而尚未揿按指令按钮前(即电梯尚未定出方向)出现其他层楼的厅外呼唤信号时，如此呼唤信号指令电梯的运行方向有别于已进入轿厢内的乘客要求指令电梯的运行方向，则电梯的运行方向应由已进入轿厢内的乘客要求而定向，而不是依据其他层楼厅外乘客的要求而定向。这就是所谓的“轿内优先于厅外”。号的要求而定出电梯运行方向，但一旦定出电梯运行方向后，再有其他层楼的呼唤信号就不能只有当电梯门延时关闭后，而轿内又无指令定向的状况下，才能按各层楼的呼唤信更改已定的运行方向了。(2)、要保持最远层楼呼唤信号所要求的电梯运行方向，而不能轻易地更改，这样以保证最高层楼(或最低层楼)乘客的乘用电梯，而只有在电梯完成最远层楼乘客的要求后方能变更电梯运行方向。(3)、在有司机操纵电梯时，当电梯尚未启动运行的状况下，应让司机有强行变更电梯运行方向的可能性。这种在我国电梯尚未广泛普及又以“有司机”操纵为主的运用状况下，这一“强行换向”也是必要的。、而在电梯检修状况下，电梯的方向限制应由检修人员干脆揿按轿厢内操纵箱上或轿厢顶的检修箱上的方向按钮即令电梯定向上(或向下)运行；而当松开方向按钮即令电梯消逝运行方向并使电梯马上停车。图3-4电梯运行方向限制电路电梯的方向限制电路由各楼层的换位继电器KA26—KA30供应两对动断触头，并且按楼层依次连接起来，两头分别与上行和下行方向继电器线圈KA24、KA19相接，组成一个定向链。而在每层楼换位继电器两对动断触头的中间连接处与各楼层的轿内指令继电器KA36—KA40的动合触头相连，组成指令链。电梯只有上行和下行两个方向而选着运行反方向的依据也只有两个:一是你要去哪层；二是电梯轿厢现在在那层楼。3.3.5电梯的启动加速和减速平层限制环节电梯从某站启动运行，到某站停站。其运行过程是，电梯电动机M1松闸起动、加速、快速稳定运行，进入停站楼层区域时减速，进入平层区域时制动停车、抱闸、停层。这一连串的动作我们称为电梯的启动加速和减速平层限制。电梯的启动加速主要有电梯电动机M1及相应的动断、动合开关限制，限制原理比较简洁，在此不在赘述。电梯的运动环节中，最主要的是电梯的减速平层限制环节，现介绍如下:电梯的减速限制，按指令信号分为:按下轿内指令按钮，电梯停在乘客前往楼层的减速限制；按下厅外呼唤按钮电梯停在乘客登楼梯层的减速限制。平层与停层时使上行或下行接触器KM1或KM2断电释放M1和电磁制动器YB线圈失电，实现制动抱闸，电梯停于某层站。平层是使电梯停层时