機(jī)電一體化畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、 嘉 興 南 洋 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 論文題目 基于PLC的五層電梯控制設(shè)計(jì)系 部 機(jī)電工程系學(xué)生姓名 孫關(guān)杭專業(yè)名稱 機(jī)電一體化班級(jí)/學(xué)號(hào) 0803090305指導(dǎo)教師 周 慶嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院教務(wù)處印制基于PLC的五層電梯控制設(shè)計(jì)【摘要】本次設(shè)計(jì)基于PLC的五層電梯控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案主要將可編程序控制器（PLC）應(yīng)用到電梯的控制系統(tǒng)中去，以五層電梯為例來完成電梯PLC控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、組成及程序設(shè)計(jì)。通過三菱FX2N可編程控制器，利用220V交流電源供壓。在進(jìn)行PLC的I/O接口分配，確定機(jī)內(nèi)各種軟繼電器、通道代號(hào)，常用指令的編制規(guī)則。選用交流雙速電

2、機(jī)實(shí)現(xiàn)電梯拖動(dòng)，采用樓層傳感器實(shí)現(xiàn)樓層間翻轉(zhuǎn)；顯示驅(qū)動(dòng)電路采用LED發(fā)光二極管。重點(diǎn)研究PLC的安全控制電路、樓層控制電路，開關(guān)門電路的設(shè)計(jì)，以及啟動(dòng)開關(guān)門程序、上行下行程序、樓層控制程序、自動(dòng)定向程序的編寫。PLC電梯控制系統(tǒng)只需要稍加改進(jìn)即可應(yīng)用于更高性能要求的電梯中。整個(gè)系統(tǒng)通過PLC、邏輯控制電路對(duì)電梯的升降；加、減速；平層；起動(dòng)、制動(dòng)控制。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行效率高、平層精度高、易于理解與掌握。本設(shè)計(jì)考慮到載客電梯的實(shí)際操作功能，又兼顧載電梯控制中具有遞推功能，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)針對(duì)的是五層電梯。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)，由變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的拖動(dòng)調(diào)速，使PLC與調(diào)速拖動(dòng)裝置相結(jié)合，構(gòu)成PLC

3、集選控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電梯的各種控制功能，提高了電梯運(yùn)行的可靠性，降低了故障率。PLC,電梯,曳引電動(dòng)機(jī),梯形圖目錄1 概 述11.1電梯的發(fā)展簡(jiǎn)史11.2電梯的運(yùn)行工作情況11.3設(shè)計(jì)要求22 交流雙速電梯的基本工作原理32.1交流雙速電梯的主電路32.2電梯的主要電氣設(shè)備43 輸入/輸出電路的設(shè)計(jì)73.1PLC的選擇73.2門機(jī)電路、抱閘電路、門鎖及安全運(yùn)行電路73.3PLC輸入/輸出電路84 梯形圖的設(shè)計(jì)104.1梯形圖的概念104.2開門環(huán)節(jié)104.3電梯的關(guān)門環(huán)節(jié)114.4電梯圖的總設(shè)計(jì)125 結(jié)論與展望22謝辭22參考文獻(xiàn)231.概 述1.1 電梯的發(fā)展簡(jiǎn)史電梯是垂直方向的運(yùn)輸設(shè)備，

4、是高層建筑中不可缺少的交通運(yùn)輸設(shè)備。它靠電力，拖動(dòng)一個(gè)可以載人或物的轎廂，在建筑的井道內(nèi)導(dǎo)軌上做垂直升降運(yùn)動(dòng)，在人們生活中起著舉足輕重的作用。而控制電梯運(yùn)行的PLC系統(tǒng)也要求越來越高，要求達(dá)到電梯運(yùn)行的“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”的運(yùn)行目的。該系統(tǒng)主要由PLC、邏輯控制電路組成。其中包括交流異步電動(dòng)機(jī)、繼電器、接觸器、行程開關(guān)、按鈕、發(fā)光指示器和變頻器組成為一體的控制系統(tǒng)。本機(jī)控制單元采用以三菱FX2N的可編程控制器PLC對(duì)機(jī)器進(jìn)行全過程控制。電梯是機(jī)電合一的大型復(fù)雜產(chǎn)品,機(jī)械部分相當(dāng)于人的軀體,電器部分相當(dāng)于人的神經(jīng).機(jī)與電的高度合一,使電梯成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的綜和產(chǎn)品.對(duì)于電梯的結(jié)構(gòu)而言,傳統(tǒng)的方法是分為

5、機(jī)械部分和電氣部分,1.2 電梯的運(yùn)行工作情況召喚箱上各設(shè)置兩個(gè)按鈕。而電梯的轎廂內(nèi)都設(shè)置有（雜物電梯除外）操縱箱，操縱箱上設(shè)置有手柄開關(guān)或與層站對(duì)應(yīng)的按鈕，供司機(jī)或乘用人員控制電梯上下運(yùn)行。召喚箱上的按鈕稱外召喚按鈕，操縱箱上的按鈕稱指令按鈕一部電梯主要由轎廂、配重、曳引機(jī)、控制柜箱、導(dǎo)軌等主要部件組成。電梯在做垂直運(yùn)行的過程中，有起點(diǎn)站也有終點(diǎn)站。對(duì)于三層以上建筑物內(nèi)的電梯，起點(diǎn)站和終點(diǎn)站之間還設(shè)有?？空?。起點(diǎn)站設(shè)在一樓，終點(diǎn)站設(shè)在最高樓。各站的廳外設(shè)有召喚箱，箱上設(shè)置有供乘用人員召喚電梯用的召喚按鈕。一般電梯在起點(diǎn)站和終點(diǎn)站上各設(shè)置一個(gè)按鈕，中間層站的。電梯的運(yùn)行工作情況和汽車有共同之處

6、，但是汽車的起動(dòng)、加速、?？康热克緳C(jī)控制操作，而且在運(yùn)行過程中可能遇到的情況比較復(fù)雜，因此汽車司機(jī)必須經(jīng)過嚴(yán)格的培訓(xùn)和考核。而電梯的自動(dòng)化程度比較高，一般電梯的司機(jī)或乘用人員只需通過操縱箱上的按鈕向電氣控制系統(tǒng)下達(dá)一個(gè)指令信號(hào)，電梯就能自動(dòng)關(guān)門、定向、起動(dòng)、在預(yù)定的層站平層停靠開門。對(duì)于自動(dòng)化程度高的電梯，司機(jī)或乘用人員一次還可下達(dá)一個(gè)以上的指令信號(hào)，電梯便能依次起動(dòng)和?？浚来瓮瓿扇恐噶钊蝿?wù)。盡管電梯和汽車在運(yùn)算工作過程中有許多不同的地方，但仍有許多共同之處，其中乘客電梯的運(yùn)行工作情況類似公共汽車，在起點(diǎn)站和終點(diǎn)站之間往返運(yùn)行，在運(yùn)行方向前方的停靠站上有順向的指令信號(hào)時(shí)，電梯到站能自動(dòng)平

7、層?？块_門接乘客。而載貨電梯的運(yùn)行工作情況則類似卡車，執(zhí)行任務(wù)為一次性的，司機(jī)或乘用人員控制電梯上下運(yùn)行時(shí)一般一次只能下達(dá)一個(gè)指令任務(wù)，當(dāng)一個(gè)指令任務(wù)完成后才能再下達(dá)另一個(gè)指令任務(wù)。在執(zhí)行任務(wù)的過程中，從一個(gè)層站出發(fā)到另一個(gè)層站時(shí)，假若中間層站出現(xiàn)順向指令信號(hào)，一般都不能自動(dòng)?？浚暂d貨電梯的自動(dòng)化程度比乘客電梯低。本設(shè)計(jì)主要研究五層電梯的PLC控制方法，分述其硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)過程。設(shè)計(jì)程序要求完成電梯控制系統(tǒng)主要達(dá)到以下要求：。1.3 設(shè)計(jì)要求（1）自動(dòng)啟停，達(dá)到指定樓層，自動(dòng)停層、自動(dòng)開門；（2）電梯到達(dá)頂層或底層，自動(dòng)變換運(yùn)行方向。（3）門外或轎內(nèi)有樓層顯示和運(yùn)行方向顯示。2.交流雙

8、速電梯的基本工作原理2.1 交流雙速電梯的主電路圖（1）是交流雙速電梯的主電路圖。圖中，M1為YYTD系列電梯專用型雙速籠型異步電動(dòng)機(jī)（4/16）；KM1、KM2為電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)接觸器，用以實(shí)現(xiàn)電梯上、下行控制KM3、KM4為電梯高、低速運(yùn)行接觸器，用以實(shí)現(xiàn)電梯的高速或低速運(yùn)行；KM5為啟動(dòng)加速接觸器；KM6、KM7、KM8為減速制動(dòng)時(shí)的接觸器；L1、L2與R1、R2為串入電動(dòng)機(jī)定子電路中的電抗與電阻，與KM5KM8配合實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的加、減速控制。當(dāng)KM1或KM2與KM3通電吸合時(shí)，電梯將進(jìn)行上行或下行啟動(dòng)，延時(shí)后KM5通電吸合，切除R1、L1，電梯將轉(zhuǎn)為上行或下行的穩(wěn)速運(yùn)行；當(dāng)電梯接收到停層指

9、令后，KM3斷電釋放，KM4通電吸合，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)為低速接法，串入阻抗制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上升與下降的低速運(yùn)行，且KM6KM8依次通電吸合，用來控制制動(dòng)過程的強(qiáng)度，提高停車制動(dòng)的舒適感；至平層位置時(shí)，接觸器全部斷電釋放，機(jī)械抱閘，電梯停止運(yùn)行。在檢修狀態(tài)時(shí)，電梯只能在低速接法下點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。2.2 電梯的主要電氣設(shè)備1）曳引電動(dòng)機(jī)齒輪曳引系統(tǒng)作為電梯的提升機(jī)構(gòu)，主要由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電磁制動(dòng)器（也稱電磁抱閘）、減速器及曳引輪組成。2）自動(dòng)門機(jī)用來完成電梯的開門與關(guān)門：電梯的門又廳門（每層站一個(gè)）和橋門（只有一個(gè)）。只有當(dāng)電梯?？吭谀硨诱緯r(shí)，此層廳門才允許開啟（由門機(jī)拖動(dòng)橋門，橋門帶動(dòng)廳門完成）；也只有當(dāng)廳門、橋門全

10、部關(guān)閉后才允許啟動(dòng)運(yùn)行（檢修狀態(tài)時(shí)，可以在不關(guān)門狀態(tài)下運(yùn)行）。3）層樓指示層樓指示也叫層顯，過去常由低壓燈泡構(gòu)成，安裝在每層站廳門的上方和轎廂內(nèi)轎門的上方；現(xiàn)多由數(shù)碼管或LED點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)組成，與呼梯盒、運(yùn)行方向指示做成一體結(jié)構(gòu)。4)呼梯盒 呼梯盒也叫召喚按鈕箱或外呼盒，用以在每層站召喚電梯。常安裝在廳門外，離地面1M左右的墻壁上?；九c頂站只有；一個(gè)按鈕，中間層站由上呼與下呼兩個(gè)按鈕組成。按鈕帶有呼梯記憶燈，燈亮?xí)r表示呼梯信號(hào)已被接收并記憶；當(dāng)電梯滿足呼梯要求并停層開門時(shí)，呼梯記憶燈熄滅?；镜暮籼莺猩?，常帶有鑰匙開關(guān)，供電梯管理員開關(guān)電梯。 5）操縱箱操縱箱安裝在轎廂內(nèi)，供司機(jī)及乘客對(duì)電梯發(fā)布

11、命令。操縱箱上沒有與電梯層站數(shù)相同的內(nèi)選層按鈕（帶指示記憶燈），上、下行啟動(dòng)按鈕（帶上、下行指示記憶燈，檢修時(shí)用），開、關(guān)門按鈕，急停按鈕，電梯運(yùn)行狀態(tài)選擇鑰匙開關(guān)（選擇電梯時(shí)自動(dòng)運(yùn)行，還是檢修狀態(tài)）以及風(fēng)扇、照明等的控制開關(guān)。6)平層及開門裝置該裝置如圖所示，圖2.2 計(jì)量系統(tǒng)工作流程圖由磁鐵板和上、下平層感應(yīng)器1KR、2KR組成。上行時(shí)，1KR首先插入隔磁鐵板，發(fā)出減速信號(hào)，電梯開始減速，至2KR插入隔磁鐵板時(shí)，發(fā)出停車及開門信號(hào)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，機(jī)械抱閘；下行時(shí)，2KR首先插入隔梯鐵板，發(fā)出減速信號(hào)至1KR插入隔梯鐵板時(shí)，發(fā)出停車及開門信號(hào)。7）停層裝置如上圖所示，在電梯的井道內(nèi)每層站裝有一只

12、磁鐵板，當(dāng)轎廂運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)層站時(shí)，磁鐵板插入平層感應(yīng)器內(nèi)，以此檢測(cè)電梯所處在位置和產(chǎn)生平層信號(hào)。8）安全窗及其開關(guān)，安全鉗及其開關(guān)，限速器及其開關(guān)，上、下限位開關(guān)，上、下強(qiáng)迫停止開關(guān)，極限開關(guān)。電梯的轎廂頂部開有安全窗，供緊急情況下疏散乘客，當(dāng)安全窗打開時(shí)，電梯不允許運(yùn)行。安全鉗是為防止電梯曳引鋼繩斷裂及超速運(yùn)行的機(jī)械裝置，用以在上述情況下將轎廂夾持在導(dǎo)軌上。限速器是用以檢測(cè)電梯運(yùn)行速度的機(jī)械裝置，當(dāng)電梯超速運(yùn)行時(shí)，限速器動(dòng)作，帶動(dòng)安全鉗使電梯停止運(yùn)行。以上三種裝置的動(dòng)作通過其相應(yīng)開關(guān)來檢測(cè)。當(dāng)電梯運(yùn)行至上、下極限位置時(shí)仍不停車，上、下限位開關(guān)動(dòng)作，發(fā)出停車信號(hào)，若仍不能停車，將壓下上、下強(qiáng)迫停

13、止開關(guān)，強(qiáng)制電梯停止運(yùn)行；若還不能停車，將通過機(jī)械裝置帶動(dòng)極限開關(guān)SQ0動(dòng)作，切斷電梯曳引電動(dòng)機(jī)的電源，以達(dá)到停車的目的，避免電梯出現(xiàn)沖頂與礅底事故。為了便于對(duì)電梯的工作原理及PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，現(xiàn)列出5層5站電梯的電器元件。見表3.輸入/輸出電路的設(shè)計(jì)3.1 PLC的選擇本設(shè)計(jì)共有個(gè)輸入以及各輸出，結(jié)合實(shí)際需求與成本控制故采用三菱FX2N-48MR-001 型PLC(如圖)。該款PLC價(jià)格適中，性能穩(wěn)定，適用于本設(shè)計(jì)。 內(nèi)置8K容量的RAM存儲(chǔ)器，最大可以擴(kuò)展到16K CPU運(yùn)算處理速度0.08S/基本指令 在FX2N系列右側(cè)可連接輸入輸出擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊3.2 門機(jī)電路、抱閘電路

14、、門鎖及安全運(yùn)行電路 門電動(dòng)機(jī)為它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，如圖所示，KM9、KM10控制其正、反轉(zhuǎn)。KM9接通時(shí)，電阻R2與電動(dòng)機(jī)電樞并聯(lián)，電流由電樞左端流向右端，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)開門，壓下SQ8時(shí)，R2部分被短接，實(shí)現(xiàn)開門調(diào)速。KM10接通時(shí)，電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)關(guān)門，并由SQ9、SQ10與R3一起實(shí)現(xiàn)關(guān)門調(diào)速。在電梯上、下行運(yùn)行時(shí)，抱閘應(yīng)打開，其線圈應(yīng)通電。電梯停止運(yùn)行時(shí)，抱閘應(yīng)抱死，其線圈斷電。故可用KM1、KM2控制抱閘線圈YB的通電和斷電。將所有廳門、轎門開關(guān)串聯(lián)在一起，控制門鎖繼電器KA1，實(shí)現(xiàn)全部門關(guān)門正常后電梯才能運(yùn)行的控制。將安全窗開關(guān)（SQ1），安全鉗開關(guān)（SQ2），限速器開關(guān)（SQ3）

15、，轎內(nèi)急停開關(guān)（SQ4），上、下強(qiáng)迫停止開關(guān)，基站開關(guān)（SA2）以及熱繼電器觸點(diǎn)FR1、FR2串聯(lián)在一起，構(gòu)成安全回路，控制安全運(yùn)行繼電器KA2，只有當(dāng)KA2吸合時(shí)，才允許PLC處于運(yùn)行狀態(tài)。這樣可以節(jié)省PLC的輸出口，又可以實(shí)現(xiàn)在多種緊急情況下的立即停車。如上圖所示3.3 PLC輸入/輸出電路將電梯運(yùn)行過程中的各種輸入信號(hào)，送入PLC的輸入口構(gòu)成其輸入電路圖。完成電梯運(yùn)行的各種執(zhí)行元件及指示電梯運(yùn)行狀態(tài)的各種指示燈，均要受到PLC輸出口的控制，構(gòu)成其輸出電路。其輸入/輸出電路如圖所示。4.梯形圖的設(shè)計(jì)4.1 梯形圖的概念梯形圖是PLC使用得最多的圖形編程語(yǔ)言，被稱為PLC的第一編程語(yǔ)言。梯形

16、圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。4.2 開門環(huán)節(jié)電梯的開門存在以下幾種情況。1）電梯投入運(yùn)行前的開門此時(shí)電梯位于基站，將開關(guān)電梯鑰匙插入SA2（程序中X10）內(nèi)，旋轉(zhuǎn)至開電梯位置，此時(shí)PLC電源接通，程序開始運(yùn)行，電梯自動(dòng)開門，乘客或司機(jī)進(jìn)入轎廂，選層后電梯自動(dòng)運(yùn)行。2）電梯檢修時(shí)開門檢修狀態(tài)下（X3接通），開門均為手動(dòng)狀態(tài)，由開關(guān)門按鈕SB1（X4）、SB2（X5）實(shí)施開門與關(guān)門。3)電梯自動(dòng)運(yùn)行停層時(shí)的開門電梯在停層時(shí)，至平層位置，M140接通，電梯開門。4)電梯關(guān)門過程

17、中的重新開門在電梯關(guān)門的過程中，當(dāng)需要重新開門時(shí)，可以通過開門按鈕X4實(shí)施重新開門。大多數(shù)電梯現(xiàn)采用光幕或機(jī)械安全觸板進(jìn)行檢測(cè)，自動(dòng)發(fā)送重新開門信號(hào)，以達(dá)到重新開門的目的。5）呼梯開門電梯到達(dá)某層站后，若沒有人繼續(xù)使用電梯，電梯將?？吭谠搶诱敬?；若有人在該層站呼梯，電梯將首先開門，以滿足用梯的要求。電梯在運(yùn)行的過程中，當(dāng)有外呼梯信號(hào)時(shí)，若順向運(yùn)行，則電梯停層開門；若逆向運(yùn)行，則電梯不停層。6）防夾或超載開門當(dāng)電梯在關(guān)門的過程中，如有東西夾在門上，則電梯在關(guān)門的過程中關(guān)不上，會(huì)使X37接通；或電梯超載，轎廂底下的稱重開關(guān)X36接通，使程序中的M20接通，則電梯重新開門。7）電梯在運(yùn)行中禁止開門

18、4.3 電梯的關(guān)門環(huán)節(jié)1）電梯的關(guān)門環(huán)節(jié)此時(shí)電梯到達(dá)基站，司機(jī)或乘客離開轎廂，電梯自動(dòng)關(guān)門，司機(jī)將開、關(guān)梯鑰匙插入SA2，旋轉(zhuǎn)到關(guān)梯位置，電梯的安全回路被切斷，PLC停止運(yùn)行，電梯被關(guān)閉。2）自動(dòng)關(guān)門電梯開門時(shí)開始計(jì)時(shí)，時(shí)間到后，電梯應(yīng)自動(dòng)關(guān)門。 3)提前關(guān)門停站時(shí)間未到時(shí)，可以用按鈕X5實(shí)現(xiàn)提前關(guān)門。4）檢修關(guān)門考慮檢修狀態(tài)時(shí)的關(guān)門，檢修關(guān)門不自鎖。5）電梯超重時(shí)禁止關(guān)門4.4 電梯圖的總設(shè)計(jì)5.結(jié)論與展望電梯是垂直方向的運(yùn)輸設(shè)備，是高層建筑中不可缺少的交通運(yùn)輸設(shè)備。它靠電力，拖動(dòng)一個(gè)可以載人或物的轎廂，在建筑的井道內(nèi)導(dǎo)軌上做垂直升降運(yùn)動(dòng)，在人們生活中起著舉足輕重的作用。而控制電梯運(yùn)行的PLC系統(tǒng)也要求越來越高，要求達(dá)到電梯運(yùn)行的“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”的運(yùn)行目的。該系統(tǒng)主要由PLC、邏輯控制電路組成。其中包括交流異步電動(dòng)機(jī)、繼電器、接觸器、行程開關(guān)、按鈕、發(fā)光指示器和變頻器組成為一體的控制系統(tǒng)。本機(jī)控制單元采用以三菱FX2N的可