基于PLC的三层电梯控制系统设计

基于PLC的三层电梯限制系统设计姓名：陈颢学号：200901041103 班级：电自0911班指导老师：罗旖旎摘要电梯是高层建筑不行缺少的运输工具，用于垂直运输乘客和货物，传统的电梯限制系统主要采纳继电器--接触器进行限制，其缺点是触点多，故障率高、牢靠性差、修理工作量大等，而采纳PLC组成的限制系统可以很好地解决上述问题。本论文通过探讨电梯限制系统的组成，阐述可编程限制器（PLC）在电梯限制中的应用，采纳三菱PLC编程的程序限制方式，提出了三层电梯的PLC限制系统总体设计方案、设计过程、组成，列出了详细的主要硬件电路、电梯的限制梯形图及指令表。并给出了系统组成框图和程序流程图，在分析、处理随机信号逻辑关系的基础上，提出了PLC的编程方法，设计了一套完整的电梯限制系统方案。采纳本方案实现电梯限制，能够解决继电器——接触器触点多，故障率高、牢靠性差、安装调试周期长、修理工作量大、接线困难等缺点。使电梯运行更加平安、便利、舒适。关键词：电梯、限制、plc、梯形图、系统组成绪论1、电梯的发呈现状随着城市建设的不断发展，城市快速的崛起，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不行分。它是采纳电力拖动方式，将载有乘客或货物的轿厢，运行于垂直方向的两根刚性导轨之间，运输乘客和货物的固定式提升设备。所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运输速度快、平安牢靠、操作简便的优点。但传统的电梯限制系统主要采纳继电器--接触器进行限制，其缺点是触点多，故障率高、牢靠性差、修理工作量大等，而采纳PLC组成的限制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加平安、便利、舒适。

目前电梯的限制普遍采纳了两种方式，一是采纳微机作为信号限制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度，拖动限制则由变频器来完成；其次种限制方式用可编程限制器取代微机实现信号限制。从限制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区分。PLC牢靠性高，程序设计便利敏捷。2、电梯的发展趋势1电梯群控系统将更加智能化2超高速电梯速度越来越高3蓝牙技术在电梯上广泛应用4绿色电梯将普及5可视系统或人机对话第1章电梯概述1.1电梯的出现及发展简史很久之前，人们就运用一些原始的升降工具运输人和货物。公元前1100年前后，我国古人独创了辘轳，它采纳卷筒的回转运动完成升降动作，因而增加了提升物品的高度。公元前236年，希腊数学家Archimedes设计制作了由绞车和滑轮组构成的起重装置。这些升降工具的驱动力一般是人力或畜力。19世纪初，在欧美起先用蒸汽机作为升降工具的动力。1845年，威廉•汤姆逊研制出1台液压驱动的升降机，其液压驱动的介质是水。尽管升降工具被一代代富有革新精神的工程师们进行不断改进，然而被工业界普遍认可的升降机仍未出现，直到1852年世界第1台平安升降机诞生。1889年，升降机起先采纳电力驱动，真正出现了电梯。电梯在驱动限制技术方面的发展经验了直流电机驱动限制，沟通单速电机驱动限制，沟通双速电机驱动限制，直流有无齿轮、无齿轮调速驱动限制，沟通调压调速驱动限制，沟通变压变频调速驱动限制，沟通永磁同步电机变频调速驱动限制等阶段。19世纪末,采纳沃德-伦纳德系统驱动限制的直流电梯出现，使电梯的运行性能明显改善。20世纪初，起先出现沟通感应电动机驱动的电梯，后来槽轮式（即曳引式）驱动的电梯代替了鼓轮卷筒式驱动的电梯，为长行程和具有高度平安性的现代电梯奠定了基础。20世纪上半叶，直流调速系统在中、高速电梯中占有较大比例。1967年，晶闸管用于电梯驱动，沟通调压调速驱动限制的电梯出现。1983年，变压变频限制的电梯出现，由于其良好的调速性能、舒适感和节能等特点快速成为电梯的主流产品。1996年，沟通永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯出现，电梯技术又一次革新。由于曳引机和限制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。这种电梯还具有节能、无油污染、免维护和平安性高等特点。随着超高层建筑的出现，电梯的设计、工艺不断得到提高，电梯的品种也渐渐增多。1900年，美国奥梯斯公司制成了世界上第一台电动扶梯。1950年又制成了安装在高层建筑外面的观光电梯，使乘客能在电梯运行中清晰地远眺四周的景色。中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于1901年安装的。1932年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在平安运转着。1951年，党中心提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此任，四个月后不辱使命，顺当地完成了任务。十一届三中全会后，沐浴着改革开放的春风，我国电梯业进入了高速发展的时期。如今，在我国任何一个城市，电梯都在被广泛应用着。电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展供应了强大的保障电梯在操纵限制方式方面的发展经验了手柄开关操纵、按钮限制、信号限制、集选限制等过程，对于多台电梯出现了并联限制、智能群控。如今，世界各国的电梯公司还在不断地进行电梯新品的研发、修理保养服务系统的完善，力求满意人们的对现代建筑交通日益增长的需求。1.2电梯的应用和电梯的分类依据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。目前电梯的基本分类方法大致如下。1、按用途分类乘客电梯，为运输乘客设计的电梯，要求有完善的平安设施以及肯定的轿内装饰。载货电梯，主要为运输货物而设计，通常有人伴随的电梯。医用电梯，为运输病床、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、饭店运输图书、文件、食品等设计的电梯。观光电梯，轿厢壁透亮，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，船舶上运用的电梯。建筑施工电梯，建筑施工与修理用的电梯。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、按驱动方式分类沟通电梯，用沟通感应电动机作为驱动力的电梯。依据拖动方式又可分为沟通单速、沟通双速、沟通调压调速、沟通变压变频调速等。直流电梯，用直流电动机作为驱动力的电梯。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淌，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、内燃机作为动力干脆驱动电梯，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，常指速度在1.00～2.00m/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。随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区分高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。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，按下操纵盘上所须要去的层楼按钮，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，这类电梯可变换限制电路，平常由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。5、按操纵限制方式分类手柄开关操纵，电梯司机在轿厢内限制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。按钮限制电梯：是一种简洁的自动限制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮限制、轿内按钮限制两种限制方式。信号限制电梯，这是一种自动限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，尚具有轿厢吩咐登记，层站呼唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。集选限制电梯，是一种在信号限制基础上发展起来的全自动限制的电梯，与信号限制的主要区分在于能实现无司机操纵。并联限制电梯，2～3台电梯的限制线路并联起来进行逻辑限制，共用层站外呼唤按钮，电梯本身都具有集选功能。群控电梯，是用微机限制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序限制、梯群智能限制等形式。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的（无机房）电梯。按轿厢尺寸分类，则常常运用“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。特殊是由于土地惊慌而将住宅移至山区后，斜行电梯发展快速。立体停车场用电梯，依据不同的停车场可选配不同类型的电梯。建筑施工电梯，是一种采纳齿轮齿条啮合方式（包括销齿传动与链传动，或采纳钢丝绳提升），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修理。它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期运用的垂直运输机械。1.3电梯的基本结构及工作原理电梯的结构包括：四大空间，八大系统，以及现在的八大应用技术四大空间机房部分、井道及地坑部分、轿厢部分、层站部分。八大系统曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气限制系统、平安爱护系统八大应用技术1、全数字识别乘客技术（全部乘客进入电梯前进行识别，其中包括眼球识别、指纹识别）2、数字智能型平安限制技术（通过乘客识别系统或者IC卡以及数码监控设备，拒绝外来人员进入）3、第四代无机房电梯技术（主机必需与导轨和轿厢分别，完全没有共振共鸣，速度可以达到2.0M/S以上，最高可以运用在30层以上。）4、双向平安爱护技术（双向平安钳、双向限速器，在欧洲必需运用，中国正在被普遍运用）5、快速安装技术（变更过去的电梯安装方法，能够快速组装）6、节能技术（采纳节能技术，使电梯更节约能源）7、数字监控技术（完全采纳计算机进行电梯监控与限制）8、无线远程限制及报警装置（当电梯产生故障时，电梯可以通过无线装置给手机发送故障信息，并通过手机发送信号对电梯进行简洁限制。）现代电梯主要由曳引机（绞车）、导轨、对重装置、平安装置(如限速器、平安钳和缓冲器等)、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。这些部分分别安装在建筑物的井道和机房中。通常采纳钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，两端分别连接轿厢和平衡重，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。电梯的工作原理曳引绳两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生的牵引力，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摇摆。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电状况下制动，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、削减电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变更，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以精确停靠。电气系统实现对电梯运动的限制，同时完成选层、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。平安装置保证电梯运行平安。第2章可编程限制器简介2.1.PLC简介（产生，定义，厂家，用途）１９６９年美国数字设备公司（DEC）研制出世界第一台可编程限制器，并胜利地应用在美国通用汽车公司（GM）的生产线上。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑限制器，简称PLC（programmablelogiccontroller）。70年头后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑限制扩展到数字限制及生产过程限制域，真正成为一种电子计算机工业限制装置，故称为可编程限制器，简称PC（programmablecontroller）。但由于PC简洁与个人计算机（personalcomputer）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程限制器的缩写。1985年国际电工委员会（IEC）对PLC的定义如下：可编程限制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业限制器，它采纳了可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、依次限制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，限制各种类型机械的生产过程。PLC是由继电器逻辑限制系统发展而来，所以它在数学处理、依次限制方面具有肯定优势。继电器在限制系统中主要起两种作用：（1）逻辑运算（2）弱电限制强电。PLC是集自动限制技术、计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业限制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。plc目前的主要品牌有1美国通用电气公司GE—Ⅱ系列PLC小型:GE-1、GE-1/J、GE-1/P中型:GE-Ⅲ大型:GE-Ⅴ2德国西门子（SIEMENS）公司S系列PLC超小型：SIMATICS7-200PLC小型：SIMATICS7-300PLC中型：SIMATICS7-400PLC3日本三菱公司PLC小型：F1\F2\FX系列大中型：A系列、QnA系列、Q系列4国产的plc系列品牌如中国科学院自动化探讨所的PLC-0088，北京联想计算机集团公司的GK-40，上海机床电器厂的CKY-40，上海起重电器厂的CF-40MR/ER，苏州电子计算机厂的YZ-PC-001A，原机电部北京机械工业自动化探讨所的MPC-00l/20、KB-20/40，杭州机床电器厂的DKK02目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保、水处理及文化消遣等各个行业，运用状况大致可归纳为如下几类。1、开关量的逻辑限制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑限制、依次限制，既可用于单台设备的限制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑2、模拟量限制在工业生产过程当中，有很多连续变更的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程限制器处理模拟量，必需实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程限制器用于模拟量限制。3、运动限制PLC可以用于圆周运动或直线运动的限制。从限制机构配置来说，早期干脆用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般运用专用的运动限制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置限制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动限制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4、过程限制过程限制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环限制。作为工业限制计算机，PLC能编制各种各样的限制算法程序，完成闭环限制。PID调整是一般闭环限制系统中用得较多的调整方法。大中型PLC都有PID模块，目前很多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程限制在冶金、化工、热处理、锅炉限制等场合有特别广泛的应用。5、数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成肯定的限制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型限制系统，如无人限制的柔性制造系统；也可用于过程限制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型限制系统。6、通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机限制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都特别重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信特别便利。2.2PLC的结构及工作原理PLC实质是一种专用于工业限制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：a、电源PLC的电源在整个系统中起着特别重要的作用。假如没有一个良好的、牢靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也特别重视。一般沟通电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不实行其它措施而将PLC干脆连接到沟通电网上去b.中心处理单元(CPU)中心处理单元(CPU)是PLC的限制中枢。它依据PLC系统程序给予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过吩咐说明后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等全部的用户程序执行完毕之后，最终将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的牢靠性，近年来对大型PLC还采纳双CPU构成冗余系统，或采纳三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。c、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。d、输入输出接口电路1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场限制的接口界面的输入通道。2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断恳求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的限制信号。e、功能模块如计数、定位等功能模块。f、通信模块如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。PLC的工作原理一.扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以肯定的扫描速度重复执行上述三个阶段。(一)输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入全部输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变更，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会变更。因此，假如输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必需大于一个扫描周期，才能保证在任何状况下，该输入均能被读入。(二)用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的依次依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的限制线路，并按先左后右、先上后下的依次对由触点构成的限制线路进行逻辑运算，然后依据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变更，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变更，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中假如运用马上I/O指令则可以干脆存取I/O点。即运用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序干脆从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被马上更新，这跟马上输入有些区分。(三)输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU依据I/O映象区内对应的状态和数据刷新全部的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。由PLC的工作过程可见，在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变更，输入状态寄存器的内容也不会马上变更，要等到下一个周期输入处理阶段才能变更。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。因此全部输入、输出状态的变更就须要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。2.3PLC的编程语言和指令Plc采纳最常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表。采纳梯形图编程，因为它直观易懂，但须要一台个人计算机及相应的编程软件；采纳助记符形式便于试验，因为它只须要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。虽然一些高档的PLC还具有与计算机兼容的C语言、BASIC语言、专用的高级语言（如西门子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品。编程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLC与一般的计算机是完全相同的。同时PLC也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字（可用多