【基于PLC技术的家用电梯设计9200字（论文）】

第第V第1章电梯控制系统概述1.1电梯的诞生与结构电梯是一种古老的电梯设备。它是由美国的ElizagravesOates在十九世纪中旬发明的。现代电梯主要用于从高层建筑运送货物和人员。工业信息技术的飞速发展和现代城市的迅速崛起，推动了电梯市场需求的不断增长，提升了电梯的性能[1]。2003年，中国颁布了《电梯技术标准》《电梯制造和安装安全标准》于2013年颁布了相关法律和《特种设备安全法》。一百多年来，电梯的控制方法经历了手柄控制、按键控制、信号控制、人机交互等多个阶段。目前，我国电梯控制系统主要采用可编程控制器（PLC）[2]。与普通继电器控制相比，可编程控制器（PLC）具有安全性好、可靠性高的特点。高可靠性、电路简单、故障率低、能耗低、维护方便、数字化程度高是现代电梯的发展方向和趋势[3]。数据显示，中国已成为全球第一大电梯生产和消费市场。世界各大电梯企业纷纷在中国成立独资或中外合资企业，电梯行业已成为世界工厂和制造中心[4]。世界70%的电梯在中国制造，60%至65%的电梯产品在中国市场销售。据业内人士透露，中国电梯行业的发展趋势越来越集中，一路向好。泰森、康妮、奥的斯、三菱和许多其他电梯行业都有自己的控制系统[5]。我们有很多家用电梯或主板。除变频器外，目前国内也有很多，电梯的技术水平和产品质量都在稳步提高。巨大的市场空间孕育了电梯的进步和创新动力[6]。1.2电梯控制系统发展趋势电梯已有150多年的历史。它首次在1854年在纽约水晶宫举行的世界博览会上举行。格雷夫斯·奥蒂斯首先介绍了电梯的发明。人类使用起重机械运输货物的历史也逐渐形成[7]。然而，这一时期出现了许多问题，其中最常见的是断绳。随着后来技术的发展，电梯的材料也变得五彩缤纷，从直线型到倾斜型也有多种操作控制，如手柄开关、按钮控制、信号控制、集中控制、人机对话等[8]。此外，控制中还有许多电梯联动控制，智能控制等等。后来，电梯的功能和类型也趋于完善和人性化，人们的生活变得更加美好和幸福[9]。1901年，奥的斯在上海推出了中国第一部电梯。1951年，中国将在天安门广场全面安装国产电梯。改革开放以来，随着国民经济水平的提高，我国电梯行业进入了快速发展时期[10]。目前，中国是一个使用电梯的大国，但起步较晚。与此同时，我国电梯行业不断改革创新，电梯灵活使用技术的引进发展迅速。解放前，中国从国外引进了电梯，但在20世纪70年代，中国成功开发了高速直流选择性控制电梯组和电梯[11]。朱伯良提出了永磁同步电动机（PMSM）在电梯技术中的应用。针对目前的升降机控制系统，本文介绍了一种新型的升降机转向装置。在确定电梯的控制模式和方向时，应充分考虑其使用环境、运行要求和投入。设计要求必须具备较高的管理能力，能适应现场的工业生产，并能进行后续的更新。系统的选取与系统的稳定性、操作的完整性、管理的便利性有关，也会对系统的更新与调整产生一定的影响。[12]。2.家用电梯控制系统的总体设计2.1电梯控制的工艺设计针对电梯的基本技术要求，进行了自控、上下、开门、关门指令的设计。具体的过程分析如下：1、电梯有内部和外部的呼叫按键。外呼按钮一层朝上，居民在楼下。其它部分设有上下按键，而内部按键则可供选择楼层。旅客在使用电梯时，可以通过内部按键来选择需要的楼层来控制升降。2、电梯在升降时，没有逆向指示。在没有内部呼叫指示的情况下，可以对逆向指示作出反应。另外，电梯的设计要求对应的最大逆向呼叫能力。3、每一楼层都设有一台水平探测感应器。水平感应器在达到目的层后会起作用。升降机停止工作，可以在指定的楼层停车。它能自己打开并在一定时间内自动关闭。4、依靠限位开关来检查门的开关是否正确。电梯在正常情况下能升降。当电梯关闭时，如果有人走进了升降机，防夹式感应器就会做出反应，重新开启升降机的大门，以免造成旅客的伤害。针对以上有关的设计需求，选取了家庭电梯的控制方案，进行了软硬件的设计，并利用PC计算机对其进行了模仿。2.2控制方案的选择在住宅电梯的控制系统中，控制系统的选取与设计要以家庭电梯的实际需求为依据。在选择系统的时候，要分析系统的使用环境、系统的性能要求、经济费用等。该系统具有稳定性和可控制的特点，具有较好的现场工作条件，在升级后尚有改善的余地。系统的选择直接关系到系统的稳定性、功能的完善性和操作的便利性，为系统的进一步完善与更新奠定了基础。在此基础上，对常见的控制系统进行了分析，并对其优劣进行了分析，并对其进行了相应的优化。2.2.1单片机系统方案PLC有两种工作模式：工作模式和停机模式。在停止状态下，扫描仅包含两种处理：内部和通讯；在执行时，它的工作方式是重复的。一旦接收到第一个指令，就会按一定的次序进行相应的处理，直至该程序结束。再一次扫描一次。PLC在两个过程中，除了内部和通讯信息，还包括输入、输出过程和执行过程。执行程序一般由三个阶段组成：取样、执行和更新。另外，PLC在运行中也能自动进行故障诊断，并能完成对终端设备的数据传递。另外，在PLC的运行过程中，采用了中央控制的输入和输出的方法，即使出现了异常的信号，也不会对内存造成任何的影响。首先设计了单片机的硬件电路，然后进行了软件设计。特别是R&amp；硬件电路板的设计必须谨慎。如果你粗心大意，电路板的质量就会有缺陷，所以MCU在R&amp；D、如果现场测试过程发生重大变化，在此基础上，微处理器的硬件厂商很可能会放弃在线路板上进行设计。在软件设计的时候，如果有一个固定的记忆体，那么更改是非常困难的。另外，MCU系统的设计要求具备一定的抗干扰性，扩展能力差，不能在恶劣的环境下工作，而且很难对系统进行很晚的改进。因此，根据系统的设计要求，有必要对系统进行改进，预留开发空间，使得单片机的设计思路与系统技术需求不符，使得软件无法满足实际需要。2.2.2可编程控制器系统方案可编程序控制器是针对当前工业控制环境，尤其是计算机、通讯等技术发展的需要而研制的。可编程控制器在PLC（PLC）的设计中得到了广泛的应用。基于该扩展模块，可编程控制器（PLC）可以根据实际情况和功能进行选择。例如，现场需要模拟控制和模拟控制信号选择模块。确保根据约定的通信线路选择适当的通信单元。根据PLC品牌和型号进行软件设计并选择合适的软件。研究、开发和设计通常用于数学计算。编程后，从编程电缆下载程序。如果“过程”字段未更改，请修改该过程并添加函数。二次开发的研究相对简单，设备布置必须保证外部的多余的输入和输出，以便更方便地进行将来的改建和现代化。由于PLC在工程上的广泛使用，因此本文以PLC为控制器，并在实际的系统中进行了应用。为了进行控制系统的设计，对已有的系统参数进行监测、记录、查询和修改，必须将其显示在上位计算机的人机接口中，通过人机接口来了解目前的运行状况，查询有关的资料。PC与PLC之间采用通信协议进行通信。实际上，PLC是一种抗干扰能力强的计算机控制。本文所使用的三菱fx-2n可编程控制器可以连续正常工作30小时。此外，PLC还具有故障显示和报警功能，节省了时间，降低了后期维护的难度。与继电器相比，PLC的中央计算程序逻辑减少了元件数量，有利于减少电气元件和线路。PLC广泛应用于速度、液位和温度的测量。与其它装置的人机接口，使得整个系统具有较强的可操作性。由于PLC具有体积小、占地少等优点，所以可以节省能源、时间和电能。2.2.3电梯的工作原理升降机由钢丝绳、导轮、减速器、刹车等组成。电梯依靠许多安全设备来确保电梯正常工作，比如导轨就是为了确保电梯的安全运转不会发生偏移和抖动。电梯对复用是为了减少电机的动力，平衡升降机的负荷，及时出现故障和停电故障也能保障旅客的人身安全。以上对升降机的工作原理作了简要的介绍，本课题所涉及的升降机系统与一般升降机的要求是一致的。随着电梯的不断进步，电梯控制系统也得到了极大的改善，目前采用的是继电器控制（由于少面临停产）、可编程控制（PLC，适用于严酷的环境）和微机控制（现代广泛应用）。2.2.4继电器控制在实际的电梯控制的系统中，采用继电器进行控制。继电器之间的常开和常闭，以满足最基本的逻辑操作。因为它依赖于最简单的变化来满足逻辑运算的需要，所以它通常是电路逻辑运算的另一部分，而不是电气指令。它具有硬件实现所有逻辑功能的特点，因此相对简单直观，工人很快就会熟悉传统技术。他们使用电子控制组件，可以以非常低的成本购买所有组件。部件的维护和安装无需专业工具即可完成。制度更加完善和多样化。然而，继电器和控制系统的缺陷将成为许多原因，例如继电器和控制系统的缺陷。有时，维护的次数会增加。由于在逻辑电路的运算中，采用的继电器数量较多，通讯手段也比较复杂，因此很难进行其它功能的优化。由于元件的机械运动，逻辑过程中会出现不同的响应和延迟。当各种机械一起工作时，不可避免地会产生巨大的噪音，影响人们的舒适度。综上所述，我们知道旧继电器有很多缺点，需要定期维护。电梯故障率高，障碍物难以清除，给人以舒适感。2.2.5控制系统选择我们在分析了各种方法的利弊后，再根据主题和学校的实际情况，作出了一个选择。根据实际需求本文选择基于PLC进行合理因此选择PLC的方式，是此次课题的主要方式。2.3控制方案的确定本设计将PLC应用于家用电梯的设计中，采用变频控制主电机和电梯门，达到节能调速的目的，采用0~10V的电压控制方式，采用变频方式对一定转速进行控制，缩短了运行周期，达到了舒适的目的。在本设计中，本系统采用平面层作为输入模块，内部输入为外部输入，输出系统包括电梯升降、门开关和内部呼叫命令；此外，电梯的运行状态由上位机监控，本设计的控制系统通过仿真测试完成。参照控制图，本次设计的控制图如下：图2-1系统控制方案框图

3.家用电梯控制系统的硬件设计3.1可编程控制器的选型目前，PLC应用广泛，可以处理工业领域中的数据处理、逻辑控制等应用。PLC是一种专业的编译器。通过软件的流程设计，有助于控制工业领域的复杂流程，满足工业场所的通信需求，并可与互联网连接，满足用户的需求。PLC可靠性高，稳定性好，扩展能力强。它是当今工业发展的主流产品。3.1.1中央处理单元PLC“大脑”是控制PLC一切功能的中心处理器。CPU具有存储、输出计算结果、自检系统功率等多种功能.CPU在运行时能够对装置进行状态的检测。如果外部结构与内部结构的设计不符合，则会有警报。在完成了外部组态的检测之后，CPU能够利用用户流、控制单元和域执行单元对用户程序进行持续的扫描。CPU会定期对用户程序进行扫描，然后按照用户的程序进行编译，从而达到对用户程序的实时控制。用户可以根据中断的设计和用途，对某些特定的情形进行调度。CPU的性能是决定PLC控制系统性能的重要指标。3.1.2存储器内存是PLC控制系统的重要组成部分。实现了对系统及用户的信息的存储，确保了PLC的正常工作。该系统内存是PLC的内部资料，可以用来进行循环自检，报警硬件和使用者程式中的故障。使用者记忆体是用来储存程式及使用者编译之资料。在PLC工作时，能对用户的软件进行扫描。在特定的环境下，可以使用一个中断控制来启动编译，并且在一个特定的环境下调用一个中断事件。3.1.3通信接口为了与外界保持联系，PLC必须有一个通信器。通信接口采用PLC与外部设备和计算机之间的通信协议作为媒介，实现数据传输。通信接口将根据程序的内部状态确定通信协议的类型。PLC具有扩展功能、MODBUS模块、以太网模块、以太网模块等通信功能模块，可在各种工况下进行通信。3.1.4电源PLC是一种仅由外部供电的电子控制电源。电力供应的好坏，将直接关系到PLC的稳定运行。目前最常用的PLC为AC220V工作交流电源，DC24V工作DC供电。可编程控制器需要稳定的电压和不存在的谐波。DC24V工作的直流电源，必须使用外部的开关来进行工作。以西门子S7-200cpu226型可编程控制器为控制单元，实现了整个系统的设计。本系统采用Cpu226型，外输入端24个，外输出端16个。将em221的扩展模块作为一个数字的输出。电源采用AC220V。如下图所示：图3-1可编程控制器3.2变频器的选型变频器是一种广泛应用于工业领域的传动装置，它利用变频调速技术和现代微电子应用技术，实现对电动机的调速、扭矩进行控制。变频调速有高压、大功率、低电压之分，通常采用工频AC供电。根据查询的信息，升降机的主控系统，是根据承重1000公斤，每秒1.75米每秒的运行速度来计算的，其动力公式如下：经上述计算，该升降机的主功率为20.580kw，其频率为22KW。本文从理论上分析了变频调速系统的工作原理及应用，并按此设计的需要，采用外部输入方式来实现变频调速，并利用模拟电流信号来实现变频调速。选用的通用电源采用AC380V供电，系统的现场工作条件较好。针对目前的应用需求及应用需求，设计了MM440型变频调速装置，其额定电压为AC400V，电流为43A，频率范围为0~1000Hz。选用风机进行制冷，选用壁挂方式，V/F控制，变频调速通过外部终端进行，变频调速通过模拟信号来实现。图3-2MM440变频器示意图3.3系统的硬件设计思路在设计家用电梯控制系统的图纸时，必须熟悉PLC电气设计图纸、电气设计图纸、电气元件的连接方式和符号、硬件设计、PLC接口、统计、输入/输出结构等，电梯控制系统的改造和改造有一定的空间。外部正负转换线是变频器的连接设备。变频器是一种外部驱动装置。转换器使用外部模拟来确定速度。如果输入0V的模拟值，则对应0Hz的频率；当输入10V模拟信号时，其频率为50Hz。变压器为v/F型。通过参数设置，使其符合V/F控制模式。3.4变频器电路的接线设计在设计主回路时，选用MM440型变频调速，其频率可在0~50hz之间调整，利用V/F控制，通过外接端子对变频调速进行控制，通过外部模拟值来确定转换器的转速。如果是0V，那就是0Hz，如果是10V，那就是50Hz。断路器、变频调速装置等是变频调速系统的重要组成部分，断路器用于切断主电路，一旦主电路发生过流，断路器就会立即启动，断开故障。关于变频器控制的工艺要求，要对变频器的硬件电路进行详细的了解，能设计出相应的接线图。在图3-3中可以看到：图3-3变频器的接线图3.5可编程控制器的接线设计在住宅电梯的控制系统设计中，PLC配线是其中一个重要组成部件。PLC的布线是整个系统的核心部分。目前，市面上所有PLC产品的指导方针基本一致。电源、输出输出、输出端和输出端共同构成了线路的设计原理。在此基础上，结合CRS系统的控制策略，给出了系统的输入和输出比例。所有的电源都是AC220V。参考装置设计分析及PLC电路的设计需求，为后续系统的改善做好准备。下图给出的是此次系统里面的硬件接线情况。图3-4可编程控制器的接线图图3-5扩展模块的接线图

4.家用电梯控制系统的软件设计4.1I/O分配设计家用电梯系统里面的I/O配置设计显示在下表中：表4-1I/O分配设计表功能I点地址功能O点地址一层内呼I0.0一层内呼指示Q0.0二层内呼I0.1二层内呼指示Q0.1三层内呼I0.2三层内呼指示Q0.2四层内呼I0.3四层内呼指示Q0.3家用内呼I0.4家用内呼指示Q0.4一层外呼上I0.5一层外呼上指示Q0.5二层外呼下I0.6二层外乎下指示Q0.6二层外呼上I0.7二层外呼上指示Q0.7三层外呼下I1.0三层外呼下指示Q1.0三层外呼上I1.1三层外呼上指示Q1.1四层外呼下I1.2四层外乎上指示Q1.2四层外呼上I1.3四层外呼下指示Q1.3家用外呼下I1.4家用外乎下指示Q1.4开门开关I1.5电梯上行输出Q1.5关门开关I1.6电梯下行输出Q1.6一层平层I1.7门电机开Q1.7二层平层I2.0门电机关Q2.0三层平层I2.1电梯上行指示Q2.1四层平层I2.2电梯下行指示Q2.2家用平层I2.3一层指示Q2.5开门限位I2.4二层指示Q2.6关门限位I2.5三层指示Q2.7电梯上升极限位I2.6四层指示Q3.0电梯下降极限位I2.7家用指示Q3.14.2程序流程功能图设计对家庭电梯上下运行的控制进行了设计。设置电梯在N(N=1、2、3、4、5）楼层，M层接受信号，当M大于N时，电梯上升；M的时间是N，电梯在下降。下面是详细的图表。图4-1电梯上下行控制流程图对于升降程序的控制，在运行过程中没有逆向指示。如果没有内部电话，那么只有当命令被下达时，它才会被回应。从这个流程图中可以看到，升降机的第一个作用是反向的。当升降机在某个楼层停下时，上层收到下行信号，就会对最远处的下行链路信号作出反应；类似地，在一个特定的楼层，如果在下面的楼层发布了一个上行指令，那么这个系统就会对第一个上行信号做出反应。这个响应的最大反转函数显示在下面。图4-2电梯最远反向响应流程图在电梯开关门控制中，当电梯到达某一楼层时，系统会发出打开电梯门的信号。当电梯达到一定程度时，电梯将自动关闭。如果无人进入，电梯将自动关闭。当触摸门开关时，电梯门将暂时关闭。当电梯门关闭时，如果乘客进入，电梯将自动打开并等待。如果无人乘坐，电梯将自动关闭。图4-3电梯开关门流程图4.3程序的设计采用STEP7-Micro/Win编程，根据电梯控制系统的设计要求及PLC对I/O的配置进行编程。在进行设计时，按照要求，程序规定必须清晰，易于编制和调试。下面的图表显示了某些梯形图和说明：1号网络进入楼层关门，2号网络进入楼层关门，3号网络进入下降区域，4号网络进入楼层关门开始复位。随后开始在第五号楼层停止。在一层与第五阶段之间开始闪光，在电梯灯之间的开始经常性上下运行。不同的阶段之间运行灯是不一样的。不一样的楼层之间的开门定时程序设计与关门是不一样的设计，各种设计在正常运转下进行控制。不同级别对应的楼层对应电机的流程去控制上下，不同的指示灯去表示不同的楼层到达。图4-4程序梯形图4.4家用电梯控制的上位机设计此设计在以家用电梯为目标对组态王实施设计，根据组态王设计的流程和需求开启工程管理器，构建项目，详情见下图：图4-5工程管理器当建立专案工程时，请为专案工程命名，并决定专案的存放地点。该体系的设计包含了开发与操作，而开发则是该项目的概念与变数。从运行角度，着重阐述了该系统的具体实施。通过运行该软件，可以实时掌握该系统的工作状况。详细信息显示在下面的图表中。图4-6项目建立对话框设置好了名称和地址之后，就可以开始进行驱动配置了，主要是通过串行接口来设置通讯频率、地址等。下面的图片展示了该设计采用RS232通讯模式9600波特率。图4-7串口设置对话框该系统是以西门子为核心的。下面给出了驱动地址和相应的通讯参数。图4-8驱动程序建立对话框驱动程序完成后，下一步是根据流程可视化的要求进行设计。设计变量包括I/O整数和I/O离散。在设计方面，应根据工程实践确定初始变量和约束条件。如果没有其他条件，则为默认值请看下图。图4-9变量设置对话框将增加的变量过程与系统的设计要求相结合，对每个变量进行了设计，并给出了具体的附加结果。图4-10变量列表图添加了一个新的变量，接下来就是一个可视化的界面，这个界面的设计，就是尽可能的将当前的系统状态和参数设置都展示出来。依赖于工具包的添加和变化，根据地点的不同而进行设计。指示灯、数据显示等都是属于屏幕设计的内容.请看下面的图表。图4-11画面设计图在系统中加入动画，特别是指示灯和某些要用动画演示的对象，系统依赖于增加物体的加工要求来实现动画的显示。请看下面的图。图4-12动画设计对话框

5.结论本论文的目的是根据电梯的基本原理，对电梯的主、门、电动机进行变频控制，在设计中要满足上下、上下两种要求，以了解电梯的技术要求，通过编程分析，实现对电梯的控制。首先，分析人员利用电梯的工作原理和作用，根据其工作原理和工艺要求，选择合适的控制模式。本设计对各种不同的控制方法进行了比较，并对其优点与不足进行了比较，选择了最合适的方案进行了设计。其次，在硬件和模型的选择上，重点是可编程控制器的设计，通过I/O计算和比较，选择符合系统的可编程控制器，介绍和选择变频器和传感器，在此基础上，设计了整个系统的总体方案，确定输出和输入，并分析了硬件的操作和需求。最后，在硬件的设计上要参考整个系统的总体设计，主要是对主要电路的电路图和其它的电路图进行详细的设计。根据电路的安全要求，设计了相应的保护功能。同时，在软件方面也存在着一些需要改进的地方。相关的系统输入、输出及系统的分析都有待于进一步的优化。在程序设计中，增加了对数据的运算和逻辑的控制，以确保图形设计与软件的正常匹配。

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