第三章電梯控制系統(tǒng)硬件設計

1、第三章電梯控制系統(tǒng)硬件設計3.1電梯控制系統(tǒng)設計思路電梯控制系統(tǒng)總體設計流程圖如圖3.1電梯總體設計4計算電梯控制系統(tǒng)i/o點數(shù)小plc詵型i/o地址分配，輸入輸出設備選擇梯形圖設計編寫相關技術文件3.1電梯控制系統(tǒng)總體設計流程本設計以plc為工具對五層電梯的各種操作進行控制。凡c控制系統(tǒng)的設計一般口 m分為以下兒個步驟：熟悉被控對象，制定控制方案 確定所設計系統(tǒng)的i/o點數(shù)選擇plc機型選擇輸入、輸出設備，分配plc的i/o地址系統(tǒng)調試(6)編寫相關技術文件3.2可編程控制器的選型3.2.11/0點的估算：裝置共有33點輸入指令信號，32點輸出控制信號，輸入信號包括：樓層內、外選 擇信號、轎

2、湘運行時樓層檢測信號、檢修控制系統(tǒng)信號、消防模擬信號、極限限位保護 信號等，輸出信號包括：變頻驅動信號、樓層顯示控制系統(tǒng)信號、樓層內外呼指示信號、 上下行指示信號、到站鐘信號、電梯開門、關門信號以及安全保護信號等?？删幊炭刂?器s7-200的cpu226輸入，輸出點數(shù)為24/16。需要擴展一塊em223，dt16/do16. 3.2.2存儲容量的估算用廣程序占用內存的多少與多種因素有關。例如:輸入/輸出點的數(shù)量、類型、輸入/輸 出之間的關系的復雜程度、需要進行運算處理的難易程度、程序結構等都與內存容量冇 關。因此，在用戶程序調試好之前很難估算內存容量。一般只能根據(jù)1/ 0點數(shù)與類型、 控制的繁

3、簡程度加以估算。考慮備用與計算機接口通訊所占用的a存容量,估算本系統(tǒng) 要有1k字節(jié)以上的內存容量。3.2.3各種plc的比較和選型現(xiàn)在知名的plc品牌有很多種,如美國ab、abb、松下、西門子、匯川、三菱、 歐姆龍、臺達、富士、施耐德、信捷和利時等。三菱公司的plc是較早進入中同簾場的產品。其小型機f1/f2系列是f系列的升 級產品早起在我同的銷量很多，使得許多大專院校講解plc編程的教材都以三菱公司 的plc為例。國內的一些plc生產廠家為了迅速獲得用戶，其plc編程語言的指令 集都與三菱公司的plc兼容。三菱plc以其高性能、低價格迎合了中國工控行業(yè)的需 要，在國得到了廣泛的應用，但三菱的

4、模擬量模塊價格昂貴，程序復雜，不適合用來 研究此系統(tǒng)。omron c系列plc產品門類齊、型號多、功能強、適應面廣。大致可以分為微 型、小型、中型和大型四大類。整體式結構的微型plc機是以c20p為代表的機型。疊裝式或稱緊湊式結構的微型機以cj型機最為典沏。它具有超小型和超薄型的尺寸。 小型plc機以p型機和cpm型機最為典型，這兩種部屬堅固整體型結構，兵宥體積更 小、指令更豐富、性能更優(yōu)越。通過i/o擴展可實現(xiàn)10-140點輸入輸出點數(shù)的靈活配 置，并可連接可編程終端直接從屏幕上進行編程。中型機以c200h系列最為典型，主 要有c200h、c200hs、c200hx、c200hg和c200h

5、e等型號產品。在程序容量、掃 描速度和指令功能上優(yōu)于小型機同吋可以配置更完善的接口單元模塊?？梢耘c上位機、 下位plc機及各種外部設備組成具有各種用途的計算機控制系統(tǒng)和工業(yè)自動化網(wǎng)絡。 但是歐姆龍系列plc硬件可靠性不如西門子plc且價格也很貴，并不適合此次研究。simatic s7-200系列plc是兩門子最著名的plc品牌。它適用于各行各業(yè)、各種 場合巾的檢測、監(jiān)測及控制。s7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行巾或和連成 網(wǎng)絡皆能實現(xiàn)復雜控制功能。s7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方血：極高的可靠性、 極豐富的指令集、易于掌握、便捷的操作、豐富的內置集成功能、實時特性、強勁的通 訊能

6、力、豐富的擴展模塊等。s7-200系列在集散g動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。 使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的0動化控制。應用領域極為廣泛， 覆蓋所宥與q動檢測、cj動化控制宥關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力 設施、民用設施、環(huán)境護設備等等。設計plc控制系統(tǒng)時，首要的控制目標就是：確保生產的安全可靠，能長期穩(wěn)定 運行，保證產品高質量，提高生產效率，改善信息管理等。如果要求以極高的可靠性為 控制目標，構成plc冗余控制系統(tǒng)，這時要從能夠完成冗余控制的plc型號屮進行選 擇；如果以改善信息管理為控制目標，要首先考慮通信能力。另一個方面就是要對plc 的硬件配置的考慮，可

7、以從cpu的能力、i/o系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、響應速度或其它考慮。 綜合考慮后，木設計選擇了西門子公司生產的s7-200型機。s7-200系列plc具冇以下優(yōu)點：a/d、d/a轉換精度及轉換速度高，一個模擬量模塊帶3路a/d, 1路d/a, a/d、 d/a轉換速度高為125us，為保證系統(tǒng)的采樣、控制精度及調節(jié)速度提供了基本的物理 條件；其他廠家plc的模擬量模塊的a/d、d/a轉換速度均為ms級，不具備必要條件, 而且s7-200plc的模擬量模塊單價為同類最低，因此具有很好的性能價格比。cpu運算速度快，0.37us/位，指令豐富：具宥浮點運算、指針運算、中斷、通訊響 應、wd運算、pwm脈沖

8、輸出等功能，存儲容量大，充分適應現(xiàn)代控制技術，如最優(yōu)控制、自適應控制、變結構控制等控制算法的耍求；輸入/輸出點多、響應快，24輸入/16,每點可設置濾波參數(shù)，4個20khz高速計數(shù) 器，2個高速輸！liu,適應實時控制的要求；通訊組網(wǎng)能力強,配有2個232/485通訊口，可方便連接232/485/422等通訊接口， 適應監(jiān)控系統(tǒng)的要求；可靠性高，將cpu模塊，輸入/輸出i/o模塊，通訊模塊高度集成一體，簡化結構， 使用方便。3.3電梯控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的設計3.3.1電梯轎廂樓層位置檢測環(huán)節(jié)電梯plc控制不再使用繼電器控制系統(tǒng)中模擬轎廂運動的機械選層器，w而電梯運行 過程中，轎廂所處樓層位置如何檢

9、測plc軟件、如何根據(jù)給定輸入信號及運行條件判 斷或計算樓層數(shù)，是電梯正常運行的重要問題，是正確定向和選層換速的必備前提。 轎廂樓層位置檢測的方法很多，如磁感應器信號直接輸人、雙穩(wěn)態(tài)磁保護開關狀態(tài)編碼 輸入和光電開關脈沖輸入、接近開關輸入等，但最為常用的當屬旋轉編碼器輸入。旋轉 編碼器可用于測量轉角、轉速及位移。當轉動旋轉編碼器的轉軸時，輸出端發(fā)送出與轉 角對應的脈沖數(shù)。通過累計脈沖數(shù)量可直接算出轉角和相應的位置行程。plc 般都 有高速脈沖輸入端或專用計數(shù)單元，因而在電梯plc控制系統(tǒng)中，可使用旋轉編碼器 檢測電梯運行過程屮轎廂所處樓層位置。電梯plc控制系統(tǒng)中旋轉編碼器一般采用集電極開路輸

10、出方式，直接與plc高速脈沖 輸人端相連，電源可利用plc內置24v直流電源。箱式結構plc具有高速脈沖輸入端 和硬件復位輸入端，吋使用一相或兩相輸出的編碼器。一相為脈沖輸出，接plc的0000 端，另一和為復位輸出，接plc的0001端。plc0001com旋轉編碼器3. 3.2電梯轎內指令和廳外召喚信號的處理環(huán)節(jié)轎內指令與廳外召喚信號均需全部輸入plc,主耍方法宥直接輸入、按鈕矩陣輸 人、按鈕信號組合輸入、按鈕信號編碼輸入等。后三種輸入方法的特點是減少y plc 的輸入點數(shù)，但外部接線較麻煩，輸入信號的狀態(tài)以及維護檢修不直觀。內指令信號處理包括信號登記、顯示及木層停車消號。信號的登記采用自

11、鎖原理， 軟件上采用邏輯與運算指令實現(xiàn)，不論電梯上行還是k行，當轎廂運行至有內指令要求 的樓層吋，均需換速停車，并消除登記信號，不需反向保號。廳外召喚信號同樣需要進 行登記，顯示本層停車信號，此外還應具有反向運行保號和直駛保號功能。轎湘指令電路是巾轎湘人員通過指令按鈕發(fā)出指令并保持這一指令，待這一指令 完成后并消除該指令的電路。廳外召喚電路，是由廳外乘梯人員通過廳外召喚按鈕發(fā)山 呼梯信號，并登記和記憶，完成召喚指令匯消除這一呼梯信號。2.3.3電梯自動開關門的控制環(huán)節(jié)電梯的自動開關門控制要求一般如下：(1) 自動門機構必須隨電梯轎廂移動，即要求把自動門機構安裝于轎廂頂上，除了能帶 動轎廂門啟閉

12、外，還應能通過機械方法使電梯轎廂在各個層樓門區(qū)安全范圍內能方便地 使各層的外層門也能隨著轎廂門的啟閉而同步啟閉。(2) 當轎廂門和某層樓的層門閉合后，應由電氣機械設備的機械鉤子和電氣接點予以表 現(xiàn)和考核。(3) 丌關門動作t穩(wěn)，不得有劇烈的抖動和異常響聲。(4) 關門吋間一般為3-5s,而開門吋間一般為2.5-4s。(5) 自動門系統(tǒng)調整簡單方便，便于維修。(6) 門電機要具宥一定的堵轉能力。為實現(xiàn)這些要求，現(xiàn)設計如下：電梯運行中的開門是待電梯平mjisg動開啟的。這一 cj動控制是由干簧感應器實現(xiàn) 的。干簧感應器被裝在轎湘頂部，隨轎湘上下運動，隔磁板由支架固定在電梯導軌上， 當電梯欲平層吋，

13、隔磁板插入kr2開門區(qū)域干簧感應器的缺口內，使干簧管的動斷觸 頭復位，接通開門區(qū)域繼電器k47線圈電路，ka7動合觸頭閉合。電梯平層結朿時， 運行繼電器ka11線闡斷電，其動斷觸頭復位，于是開門繼電器ka2線圈通過以閉合 的門鎖繼電器ka11動合觸頭、停層吋間繼電器kt8斷電延時斷開觸頭而通電吸合并 自保，ka2觸頭轉換時，m(直流激勵電動機)向開門方向旋轉將門自動開啟。電梯門從敞開到關閉的時間，一般整定為4-6s,由kt8控制。電阻電容串聯(lián)支路 并聯(lián)后接入110v直流電壓。在ka2動合觸頭閉合后kt8線圈通電吸合，電容器c8 兩極板電壓充至110v,當電梯門開啟到位時，壓下sq24開關，ka

14、2線圈斷電釋放開 始，時間繼電器kt8線圈外加直流電源切斷，似c8通過電阻r12、r13和kt8線圈 放電，使kt8仍不釋放。隨著放電進行，c8極板電壓降低，放電電流減少，kt8線圈 電壓降低到小于等于其釋放電壓時，kt8釋放，關門動作開始，kt8延時結朿。所以 kt8延時時間是從門幵啟到位，kt8線圈斷開直流屯源到kt8線圈依靠c8放電維持 吸合，直到kt8釋放，關門動作開始為止，這也是門敞開的吋間，即乘客上下電梯的時 間。若在延吋即將結束時，尚未開啟關門動作之前還冇乘客進入。此時對按下廳外召喚 按鈕sb1s-sb4s、sb2x-sb5x巾的一個，使廳外開門繼電器ka41線圈通電吸合ka41

15、 動合觸頭閉合，使kt8線圈又通電吸合；c8又充電。當松開廳召喚按鈕后，ka41 w. 流電源切除，但冇c8對其放電來獲得又一次延遲，便于乘客繼續(xù)出入。同理，按下轎 閃幵門按鈕sb8吋，也使kt8線圈重新通電閉合，電容c8充電。當松開sb8吋，巾 丁-c8對kt8線圈放電，獲得再次延遲。若不等kt8延遲結束，就提前關門，則可按 下轎內指令按鈕sb1-sb5,使c8放電加快kt8維持吸合吋間縮短。關門動作提前進行。電梯?？繕浅介_門后，經(jīng)4-6s延時kt8線圈斷電釋放。這時起動關門繼電器ka5 線圈經(jīng)ka9動斷觸尖一kt8動斷觸頭一過載繼電器ka14動斷觸義一停站繼電器kt6 動斷觸頭一慢速第一延

16、吋繼電器kt2動斷觸頭ka2動斷觸頭而通電吸合。ka5動合觸 頭閉合一ka3線圈通電吸合一ka3觸頭轉換電動機m向關門方向旋轉，拖動電梯門關 閉。在關閉過程中由于行程開關sq20、sq21作用實現(xiàn)兩次減速關門。直至門關閉盾， 壓下行程開關sq25使ka3線圈斷電釋放m行能耗制動。ka53.3.4電梯的方向控制環(huán)節(jié)任何類別的電梯，其運行的充分與必要條件之一“要有確定的電梯運行方向”，因 此所宥電梯的確定運行方向的控制環(huán)節(jié)一簡稱“定向環(huán)節(jié)”，在所宥電梯的整體控制系 統(tǒng)中也與電梯的q動開關門控制環(huán)節(jié)一樣，是一個至關重要的控制環(huán)節(jié)。所謂電梯的方向控制環(huán)節(jié)，是根據(jù)電梯轎廂內乘客欲往足樓的位置信號或各足樓

17、大 廳乘客的召喚信號位置與電梯所處m樓的位置信號進行比較:凡是在電梯位置信號上方 向的轎內或m樓廳外召喚信號，則電梯定上行方向；凡在其下方向的，則定下行方向。在方向控制環(huán)節(jié)屮一般集選電梯必須滿足下列幾點要求。（1）、轎內指令信號優(yōu)先于各層樓廳外召喚信號而定向，即當空轎廂電梯被某層廳 外乘客召喚到達該層后，某層的乘客即可進入電梯轎廂內而撳按指令按鈕令電梯定上行 方向（或下行方向）；若該乘客雖進入轎廂內且電梯門未關閉而尚未撳按指令按鈕前（eij 電梯尚未定出方向）出現(xiàn)其他層樓的廳外召喚信號時，如此召喚信號指令電梯的運行方 向有別于已進入轎廂內的乘客要求指令電梯的運行方向，則電梯的運行方向應由已進入

18、運行上行上行后動下行啟動下行就是所謂的號的要求而定出電梯運行方向，似一旦定出電梯運行方向后，再有其他m樓的召喚信號l+就不能kv卜*，才能按各足樓的電梯門延life閉仏抽又無指令定向的情況 u、電梯運行太向召喚信更改已定的運行方向丫更改，這樣 乘客的要求主的使用情況下，達惟24#向”(4)、帀在電sb1也是必sb2sb7km2 t修狀況下，啦梯條人員ka22nnz>(2)、p倮持h遠層樓召喚所 以保證最髙層 后方能改變唯梯脊強行改變靈廂內操縱箱上或轎崛白令電櫧a24立即停車定向上(或向下)運hka21;而當松m方向按鈕即ka20ilka19圖3-4電梯運行方向控制電路電梯的方向控制電路由

19、各樓層的換位繼電器ka26ka30提供兩對動斷觸頭，并 且按樓層順序連接起來，兩頭分別與上行和下行方a繼電器線圈ka24、ka19相接， 組成一個定向鏈。而在每層樓換位繼電器兩對動斷觸頭的屮間連接處與各樓層的轎內指 令繼電器ka36ka40的動合觸頭相連，組成指令鏈。電梯只有上行和下行兩個方a 而選著運行反方向的依據(jù)也只有w個:一是你要去哪層；二是電梯轎廂現(xiàn)在在那層樓。3.3.5電梯的啟動加速和減速平層控制環(huán)節(jié)電梯從某站啟動運行，到某站停站。其運行過程是，電梯電動機ml松閘起動、加 速、快速穩(wěn)定運行，進入停站樓m區(qū)域時減速，進入平展區(qū)域時制動停車、抱閘、停m。 這一連串的動作我們稱為電梯的啟動

20、加速和減速平辰控制。電梯的啟動加速主耍存電梯電動機ml及相皮的動斷、動合幵關控制，控制原理比 較簡爭，在此不在贊述。電梯的運動環(huán)節(jié)屮，最主要的是電梯的減速平層控制環(huán)節(jié)，現(xiàn) 介紹如下：電梯的減速控制，按指令信號分為：按下轎內指令按鈕，電梯停在乘客前往樓層的 減速控制；按下廳外召喚按鈕電梯停在乘客登樓梯層的減速控制。平層與停層時使上 行或下行接觸器km1或km2斷電釋放ml和電磁制動器yb線圈失電，實現(xiàn)制動抱閘， 電梯停于某層站。平層是使電梯停層時，轎廂底與層站地面在同一水平面上，這樣便于乘客或物品的出入。為了保證電梯的平層準確度通常在轎w頂設置了平層器。平層器 由三個干簧感應器組成：由上至卜*分

21、別為上平m感應器kr1、門區(qū)感應器kr2、卜*平 展感應器kr3o電梯慢速穩(wěn)定運行時，轎廂繼續(xù)上行，裝在轎廂頂上的平m感應器kr1首先進入 裝在3樓井道內的平層隔磁板屮，使kr1動斷觸頭復位一上平層繼電器線圈ka6通電 吸合一ka6動合觸頭閉合一上行繼電器km1線圈通電吸合并自保一電梯繼續(xù)上升。當 開門區(qū)域干簧感應器kr2進入平層隔磁板kr2動斷觸頭復原一門區(qū)繼電器線圈ka7 通電吸合一ka7動斷觸頭開斷一斷開了 km1線圈的另一條自保持路，同吋也為自動開 門做準備。但由于km1仍有上述第-條自保電路通電，故轎湘繼續(xù)上行。當下平層干 簧感應器kr3進入平層隔磁板時，kr3動斷觸頭復位一下平層繼電器線圈ka8通電吸 合一ka8動斷觸失幵斷一上行接觸器km1失電釋放ml斷開電源、電磁制動線圈yb 斷電，制動器抱閘，平層結束，電梯停止運行。在制動器線圈yb w端并聯(lián)了一個電附 r9供yb斷電時產生cj感電動勢釋放作用。nw3-6丄kr1動斷觸頭開斷-若電梯發(fā)生上行超越平s裝置d上平層干換感應曜酮p磁板 場各行繼電器km1線圈斷電釋放一km1動斷觸頭復原一下行繼電器km2經(jīng)ka10、km3、ka6、 ka13動斷觸尖、仍閉合的ka8動合觸尖、km1動斷觸頭，線圈通電吸合，電梯卜*行進行反向平層一直至ka6線圈通電吸合一ka6動斷觸頭丌斷一斷丌km2電路