畢業(yè)設(shè)計（論文）基于PLC設(shè)計三層電梯

1、 前言隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經(jīng)濟和生活中有著廣泛的應(yīng)用。電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。實際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)采用隨機邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（plc）取代微機實現(xiàn)信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這

2、兩種方法并沒有太大的區(qū)別。國內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，自己設(shè)計和制造微機控制裝置成本較高；而plc可靠性高，程序設(shè)計方便靈活，抗干擾能力強、運行穩(wěn) 定可靠等特點，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實現(xiàn)。1900年美國奧梯斯電梯公司制造出世界上第一臺自動扶梯。1915年已設(shè)計成功電梯自動平層控制系統(tǒng)。1933年美國制造出6m/s的高速電梯。在第二次世界大戰(zhàn)以后，美國的建筑業(yè)得以快速發(fā)展，促使電梯也進入發(fā)展時期，新技術(shù)被廣泛用于電梯。1949年研制出4-6臺電梯的群控系統(tǒng)。1955年出現(xiàn)了真空電子管小型計算機控制的電梯。1962年在美國己出現(xiàn)了8.5m/s的超高速

3、電梯。在1967年將固體晶閘管用于電梯拖動系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，在用晶閘管取代直流發(fā)電機電動機組的同時，研制出了交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，使交流電梯的調(diào)速性能得到了明顯改善。1976年將微處理器應(yīng)用于電梯。1977年日本三菱電機株式會社開發(fā)出了10m/s的超高速電梯。至此，電梯的控制技術(shù)有了很大發(fā)展。進入80年代，電梯控制技術(shù)又有了新的變化。由于固體功率器件的不斷發(fā)展和完善以及微機技術(shù)的應(yīng)用，出現(xiàn)了交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。1984年在日本己將其用于2m/s以上的高速電梯。1985年以后，又將其延伸到中、低速交流調(diào)速電梯。交流變頻調(diào)速技術(shù)被認為是電梯行業(yè)的當代技術(shù)。當前，在電梯電力拖動方面，除了大容量

4、電梯還采用直流拖動系統(tǒng)以外，用交流變頻調(diào)速方式取代直流調(diào)速方式，已成為高速電梯的主流。 基于plc設(shè)計三層電梯 摘要本文介紹了電梯的起源與發(fā)展，載貨電梯的特點與技術(shù)現(xiàn)狀，以及本設(shè)計的目的、內(nèi)容和意義。先對電梯的定義、種類、組成進行闡釋，從而對電梯有初步了解。進而介紹了可編程序控制器的發(fā)展階段、定義、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、plc的性能指標、特點、plc的應(yīng)用、選型；介紹了變頻器的作用、基本構(gòu)成、變頻器的分類、變頻器的矢量控制原理、電梯變頻調(diào)速控制的特點。貨梯控制系統(tǒng)的設(shè)計思想是貨梯控制系統(tǒng)采用隨機邏輯方式控制。關(guān)鍵詞：可編程序控制器，貨梯控制，變頻器，plc，監(jiān)控abstractthe artic

5、le introduces the origin and the development of the elevator and the characteristics of the freight elevator with the present situation, and the design of the objectives, contents and significance. at first gives the definition, types, composition, which hopes to have a preliminary understanding of

6、the lift. and then describes the plcs stage of development, definition, the basic structure and working principle, performance and features，plcs application and selection, describing the basic composition of the inverter, classification, the vector control principle of the inverter and vvvf elevator

7、 control features. the design of the freight elevator control system is the system with random logic control. key words: programmable controller, freight elevator controlling, frequency transformer，plc , monitoring function 目錄：前言2摘要3abstract3一 plc的簡介51.1 plc的定義51.2 plc的基本結(jié)構(gòu)51.3 plc的工作原理6二 電梯系統(tǒng)的設(shè)計72.

8、1 總體方案72.2 電梯模型系統(tǒng)設(shè)計72.3 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計8三 數(shù)據(jù)庫設(shè)定103.1 電梯plc.i/o配線表103.2 梯形圖設(shè)計113.3 i/o接線圖15總結(jié)16致 謝16參考文獻17 一 plc的簡介1.1 plc的定義可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計?？傊?，可編程控制器是一臺計算機，它是專

9、為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設(shè)計編制。1.2 plc的基本結(jié)構(gòu)plc的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。cpu模塊i/o模塊編程器電源接口1.3 plc的工作原理plc是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在plc運行時，cpu根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的

10、掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。plc的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。1）輸入采樣plc在開始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序?qū)⑺休斎胄盘?，讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個過程稱為輸入采樣，也稱輸入刷新。plc在運行程序時，所需的輸入信號不是現(xiàn)時取輸入端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內(nèi)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改變，只有到下一個掃描周期輸入采樣階段才被刷新。2）程序執(zhí)行plc完成了輸入采樣工作后，按順序從0000號地址開始的程序進行逐條掃描執(zhí)行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電

11、器中獲得所需的數(shù)據(jù)進行運算處理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入輸出映像寄存器中保存。但這個結(jié)果在全部程序末執(zhí)行完之前不會送到輸出端子上。3）輸出刷新在執(zhí)行到end指令，即執(zhí)行完用戶所有程序后，plc將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器c中進行輸出，驅(qū)動用戶設(shè)備。plc重復(fù)地執(zhí)行上述三個階段，每重復(fù)一次的時間就是一個掃描周期（也稱一個工作周期）。在每次掃描中，可編程控制器只對輸入采樣一次，輸出刷新一次，這可以確保在程序執(zhí)行階段，在同一個掃描周期的輸入映像寄存器和輸出鎖存電路中的內(nèi)容保持不變。用戶程序存儲區(qū)：用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的plc，其存儲容量各不相同。電源：plc的電源在

12、整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此plc的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將plc直接連接到交流電網(wǎng)上去。二 電梯系統(tǒng)的設(shè)計2.1 總體方案目前，電梯行業(yè)在我國迅速的發(fā)展，在一定程度上占有很大的市場。而在今天選擇控制電梯運動的設(shè)備已經(jīng)從傳統(tǒng)的繼電器接觸器轉(zhuǎn)變成可編程序控制器（plc）?？删幊绦蚩刂破鳎╬lc）與其他計算機控制相比較：個人計算機有很強的數(shù)據(jù)處理功能和圖形顯示功能，有豐富的軟件支持，但是它們是為辦公室自動化和家庭設(shè)計的，對環(huán)境要求很高，抗干擾能力不強，一般不適合在

13、工業(yè)現(xiàn)場使用。單片機只是一片集成電路，不能直接將它與外部i/o信號相連。要將它用于工業(yè)控制，還要附加一些配套的集成電路和i/o接口電路，硬件設(shè)計、制作和程序設(shè)計的工作量相當大，要求設(shè)計者具有很強的計算機領(lǐng)域的理論知識和實踐經(jīng)驗。工業(yè)控制計算機（簡稱工控機）也是為工業(yè)控制設(shè)計的，目前比較流行的是pc總線工控機，它與個人計算機兼容。工控機采用總線式結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品的兼容性強。工控機一般是在通用微機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，有實時操作系統(tǒng)的支持，因此在要求快速、實時性強、功能復(fù)雜的領(lǐng)域占有優(yōu)勢。工控機的價格較高，將它有與開關(guān)量控制以取代繼電器系統(tǒng)有些大材小用。工控機的外部i/o接線一般都用多芯扁平電纜和插

14、頭、插座，直接從印刷電路板上引出，不如可編程序控制器的接線端子那樣方便可靠。以上各種計算機用語控制的程序一般都是用匯編語言編寫的，不像可編程續(xù)控制器的梯形圖語言那樣易于被工廠的電氣人員掌握。可編程序控制器是專為工廠現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境設(shè)計的，結(jié)構(gòu)上采取整體密封或插件組合型，對印刷電路板、電源、機架、插座的制造和安裝，均采用了嚴密的措施?？删幊绦蚩刂破饔捎诰哂星笆龅母鞣N優(yōu)點，在工業(yè)控制領(lǐng)域具有不可比擬的競爭力。當然在電梯的控制領(lǐng)域也具有重要的地位，把可編程序控制器用于電梯運動的核心部分是很合理的選擇，而且可編程序控制器現(xiàn)在在市場上也是一種成熟的產(chǎn)品?？傊?，經(jīng)上述比較可得，我確定選用plc控制電梯的運行。

15、2.2 電梯模型系統(tǒng)設(shè)計由于電梯的運行是根據(jù)樓層和轎廂的呼叫信號、行程信號進行控制，而樓層和轎廂的呼叫是隨機的，因此，系統(tǒng)控制采用隨機邏輯控制。即在以順序邏輯控制實現(xiàn)電梯的基本控制要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)隨機的輸入信號，以及電梯的相應(yīng)狀態(tài)適時的控制電梯的運行。另外，轎廂的位置是由脈沖編碼器的脈沖數(shù)確定，并送plc的計數(shù)器來進行控制。為便于觀察，對電梯的運行方向以及電梯所在的樓層進行顯示，采用led和發(fā)光管顯示，而對樓層和轎廂的呼叫信號以指示燈顯示(開關(guān)上帶有指示燈)。為了提高電梯的運行效率和平層的精度，系統(tǒng)要求plc能對轎廂的加、減速以及制動進行有效的控制。根據(jù)轎廂的實際位置以及交流調(diào)速系統(tǒng)的控制算

16、法來實現(xiàn)。根據(jù)電梯所處的位置和運行方向，在編程中，采用了四個優(yōu)先級隊列，即上行優(yōu)先級隊列、上行次優(yōu)先級隊列、下行優(yōu)先級隊列、下行次優(yōu)先級隊列。其中，上行優(yōu)先級隊列為電梯向上運行時，在電梯所處位置以上樓層所發(fā)出的向上運行的呼叫信號，該呼叫信號所對應(yīng)的樓層所具有的脈沖數(shù)存放的寄存器所構(gòu)成的陣列。上行次優(yōu)先級隊列為電梯向上運行時，在電梯所處位置以下樓層所發(fā)出的向上運行的呼叫信號，該呼叫信號所對應(yīng)的樓層所具有的脈沖數(shù)存放的寄存器所構(gòu)成的隊列?？刂葡到y(tǒng)在電梯運行中實時排列的四個優(yōu)先級陳列，為實現(xiàn)隨機邏輯控制提供了基礎(chǔ)。貨梯結(jié)構(gòu)圖2.3 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計例如接通x012即接通sq1，表示橋箱原停樓層1，按

17、s3,即x001接通一下，表示呼叫樓層3，則y007接通，三層內(nèi)選指示燈sel3亮，y005接通，表示電梯上升，手動（表示橋箱離開底層，釋放行程開關(guān)）sq1斷開；電梯在底層與二層之間運行指示燈l1亮，2秒后一層指示燈l1滅，二層指示燈l2亮，2秒后二層指示燈l2滅，三層指示燈l3亮。直至sq3接通，y007斷開（三層內(nèi)選指示燈sel3滅），y005斷開（表示電梯上升停止），三層指示燈l3滅，電梯到達三層。一 電梯在一二三層樓分別設(shè)置一個行程開關(guān)，在橋箱內(nèi)設(shè)置三個樓層內(nèi)選按鈕。行程開關(guān)sq1sq2sq3都斷開的情況下，呼叫不起作用。二 用指示燈來模擬電梯的運行過程。（1）從一層到二層：接通x01

18、2即接通sq1，表示橋箱原停樓層1，按s2，即x002接通一下，表示呼叫樓層2，則y010接通，二層內(nèi)選指示燈sel2亮，y005接通，表示電梯上升。斷開sq1，一層指示燈l1亮，過2秒后，一層指示燈l1滅，二層指示燈l2亮。直至sq2接通，y010斷開（二層內(nèi)選指示燈sel2滅），y005斷開（表示電梯上升停止），二層指示燈l2滅，電梯到達二層。在橋箱原停樓層1時，按u2，電梯運行過程同上。（2）從一層到三層：接通x012即接通sq1，表示橋箱原停樓層1，按s3，即x001接通一下，表示呼叫樓層3，則y007接通，三層內(nèi)選指示燈sel3亮，y005接通，表示電梯上升。斷開sq1，一層指示燈l

19、1亮，過2秒后，一層指示燈l1滅，二層指示燈l2亮；過2秒后，二層指示燈l2滅，三層指示燈l3亮。直至sq3接通，y007斷開（三層內(nèi)選指示燈sel3滅），y005斷開（表示電梯上升停止），三層指示燈l3滅，電梯到達三層。在橋箱原停樓層1時，按u3，電梯運行過程同上。（3）從二層到三層：接通x013即接通sq2，表示橋箱原停樓層2，按s3，即x001接通一下，表示呼叫樓層3，則y007接通，三層內(nèi)選指示燈sel3亮，y005接通，表示電梯上升。斷開sq2，二層指示燈l2亮，過2秒后，二層指示燈l2滅，三層指示燈l3亮。直至sq3接通，y007斷開（三層內(nèi)選指示燈sel3滅），y005斷開（表示

20、電梯上升停止），三層指示燈l3滅，電梯到達三層。在橋箱原停樓層2時，按u3，電梯運行過程同上。（4）從三層到二層：接通x014即接通sq3，表示橋箱原停樓層3，按s2，即x002接通一下，表示呼叫樓層2，則y010接通，二層內(nèi)選指示燈sel2亮，y004接通，表示電梯下降。斷開sq3，三層指示燈l3亮，過2秒后，三層指示燈l3滅，二層指示燈l2亮。直至sq2接通，y010斷開（二層內(nèi)選指示燈sel2滅），y004斷開（表示電梯下降停止），而層指示燈l2滅，電梯到達二層。在橋箱原停樓層3時，按d2，電梯運行過程同上。（5）從三層到一層：接通x014即接通sq3，表示橋箱原停樓層3，按s2，即x0

21、03接通一下，表示呼叫樓層1，則y011接通，一層內(nèi)選指示燈sel1亮，y004接通，表示電梯下降。斷開sq3，三層指示燈l3亮，過2秒后，三層指示燈l3滅，二層指示燈l2亮；過2秒后，二層指示燈l2滅，一層指示燈l1亮。直至sq1接通，y011斷開（一層內(nèi)選指示燈sel1滅），y004斷開（表示電梯下降停止），而層指示燈l1滅，電梯到達一層。在橋箱原停樓層3時，按d1，電梯運行過程同上。（6）從二層到一層：接通x013即接通sq2，表示橋箱原停樓層2，按s1，即x003接通一下，表示呼叫樓層1，則y011接通，一層內(nèi)選指示燈sel1亮，y004接通，表示電梯下降。斷開sq2，二層指示燈l2亮

22、，過2秒后，二層指示燈l2滅，一層指示燈l1亮。直至sq1接通，y011斷開（一層內(nèi)選指示燈sel1滅），y004斷開（表示電梯下降停止），而層指示燈l1滅，電梯到達一層。在橋箱原停樓層2時，按u1，電梯運行過程同上。（7）從一層到二三層：接通x012即接通sq1，表示橋箱原停樓層1，按s2s3，即x001x002接通一下，表示呼叫樓層23，則y010y007接通，二層內(nèi)選指示燈sel2亮三層內(nèi)選指示燈sel3亮，y005接通，表示電梯上升。斷開sq1，一層指示燈l1亮，過2秒后，一層指示燈l1滅，二層指示燈l2亮；sq2閉合后，二層指示燈l2滅，二層內(nèi)選指示燈sel2滅，sq2斷開后，二層指示燈l2亮，過2秒后，二層指示燈l2滅，三層指示燈l3亮。直至sq3接通，y007斷開（三層內(nèi)選指示燈sel3滅），y005斷開（表示電梯上升停止），三層指示燈l3滅，電梯到達三層。在橋箱原停樓層1時，按u2u3，電梯運行過程同上。（8）從三層到二一層：接通x014即接通sq3，表示橋箱原停樓層3，按s2s1，即x002x003接通一下，表示呼叫樓層21，則y010y011接通，二層內(nèi)選指示燈sel2一層內(nèi)選指示燈sel1亮，y004接通，表示電梯下降。斷開sq3，三層指示燈l3亮，過2秒后，三層指