四層電梯設(shè)計

1、電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文）課題：基于PLC四層電梯控制系統(tǒng)班級 學(xué)號 姓名 指導(dǎo)老師 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。電梯是將機械原理應(yīng)用、電氣技術(shù)、微處理器技術(shù)、系統(tǒng)工程學(xué)、人體工程學(xué)及空氣動力學(xué)等多學(xué)科和技術(shù)集于一體的機電設(shè)備，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。為滿足和提高人們的生活質(zhì)量，電梯的智能化、自動化技術(shù)迅速發(fā)展。特別是隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代電梯的技術(shù)含量日益提高。在改善電梯性能的同時，對電梯的設(shè)計、管理和維護人員提出了更高的要

2、求。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

3、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)。尤其在2008年奧運會和2010年世博會以及亞運會在中國的舉辦，將有力的帶動電梯革命的節(jié)能環(huán)保化發(fā)展，電梯產(chǎn)業(yè)的前景和走勢也隨著社會的需求悄然發(fā)生著變化。市場對新一代的綠色電梯，節(jié)能電梯和智能電梯的需求越來越旺盛。從而有效的推動了PLC技術(shù)在電梯控制領(lǐng)域的應(yīng)用。電梯需要運行平穩(wěn)且舒適性好，使用變頻器進行變頻控制電機的速度能達到很好的控制目的，現(xiàn)在的電梯通常是PLC+變頻器組成的控制系統(tǒng)。目錄前言.1目錄.2第一章 設(shè)計要求.31.1 定向要求.31.2 自動門控制要求.41.3 狀態(tài)顯示.4第二章 交流電

4、梯的基本結(jié)構(gòu).52.1 機房部分.62.2 井道部分.62.3 轎廂部分.62.4 廳門部分.7第三章 電梯PLC控制系統(tǒng)的組成.83.1 電力拖動.83.2 電氣控制.83.3 硬件結(jié)構(gòu).93.4 電梯控制系統(tǒng).103.5 電梯的平層與停層.103.6 開關(guān)門系統(tǒng).11第四章 電梯PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計.124.1 硬件連接.124.2 I/O分配.134.3 梯形圖設(shè)計.14結(jié)束語.20參考文獻.21第一章 設(shè)計要求1.1 定向要求任何類別的電梯，其運行的充分與必要條件之一“要有確定的電梯運行方向”，因此所有電梯的確定運行方向的控制環(huán)節(jié)簡稱“定向環(huán)節(jié)”，在所有電梯的整體控制系統(tǒng)中也與電梯的

5、自動開關(guān)門控制環(huán)節(jié)一樣，是一個至關(guān)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(nèi)乘客欲往層樓的位置信號或各層樓大廳乘客的召喚信號位置與電梯所處層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(nèi)或?qū)訕菑d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)中，一般集選電梯必須滿足下列幾點要求。(1) 轎內(nèi)指令信號優(yōu)先于各層樓廳外召喚信號而定向，即當(dāng)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(nèi)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(nèi)且電梯門未關(guān)閉而尚未撳按指令按鈕前(即電梯尚未定出方向)，出現(xiàn)其他層樓的廳外召喚信號

6、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(nèi)的乘客要求指令電梯的運行方向，則電梯的運行方向應(yīng)由已進入轎廂內(nèi)的乘客要求而定向，而不是根據(jù)其他層樓廳外乘客的要求而定向。這就是所謂的“轎內(nèi)優(yōu)先于廳外”。只有當(dāng)電梯門延時關(guān)閉后，而轎內(nèi)又無指令定向的情況下，才能按各層樓的召喚信號的要求而定出電梯運行方向，但一旦定出電梯運行方向后，再有其他層樓的召喚信號就不能更改已定的運行方向了。(2) 要保持最遠層樓召喚信號所要求的電梯運行方向，而不能輕易地更改，這樣以保證最高層樓(或最低層樓)乘客的乘用電梯，而只有在電梯完成最遠層樓乘客的要求后，方能改變電梯運行方向。例如，電梯在一樓根據(jù)二樓指令向上，此時三樓

7、、四樓分別在呼梯向下信號。電梯到達二樓停站，下客后繼續(xù)向上。如果到三樓停站換向，則四樓的要求不能兼顧，如果到四樓停站換向，則到三樓可順向截車。(3) 電梯接收到多個信號時，采用首個信號定向，同向信號定向，同向信號先執(zhí)行，一個方向任務(wù)全部執(zhí)行完后再換向。例如，電梯三樓，依次輸入二樓指令信號、四樓指令信號、一樓指令信號。如用信號排隊方式，則電梯下行至二樓上行至四樓下行至一樓。而用同向先執(zhí)行方式，則為電梯下行至二樓、一樓上行至四樓。顯然，第二種方式往返路程短，因而效率高。(4) 具有同向截車功能。例如，電梯在一樓，指令為四樓則上行，上行中三樓有呼梯信號，如果該呼梯信號為呼梯向上，則當(dāng)電梯到達三樓時停

8、站順路子載客；如果呼梯信號為呼梯向下，則不能停站，而是先到四樓后再返回到三樓停站。1.2 自動門控制要求要求電梯自動門分為轎廂門和廳門，轎廂門封住轎廂的出入口，它有裝在轎廂頂上的的自動開門機構(gòu)帶動；廳門封住井道的出入口，由轎廂門帶動，因此又稱為被動們。由于轎廂門和廳門總是聯(lián)動的，所以開、關(guān)門是指兩門的同時開或關(guān)動作。(1) 電氣聯(lián)鎖：廳門、轎門關(guān)好后電梯才能運行。(2) 自動開關(guān)門：電梯平層后應(yīng)自動開門，如果門打開一段時間（5-10秒）仍無人乘梯或呼叫，門將自動關(guān)閉；(3) 手動指令開關(guān)門：乘客在轎廂內(nèi)按下開門按鈕時應(yīng)開門，按下關(guān)門按鈕時應(yīng)關(guān)門；(4) 安全防夾：門在關(guān)閉過程中碰撞或夾住障礙物

9、時，應(yīng)立即打開；(5) 本層開門：電梯停層時，如果有人在當(dāng)前層呼叫，電梯應(yīng)開門迎接乘客；1.3 狀態(tài)顯示轎廂位置要求用七段數(shù)碼管顯示，上行、下行用上下箭頭指示燈顯示。第二章 交流電梯的基本結(jié)構(gòu)電梯的基本結(jié)構(gòu)按照位置，可分為機房、井道、轎廂和廳門四大部分。圖2.1 電梯的整體結(jié)構(gòu)2.1 機房部分機房設(shè)在頂層，在井道的上方，機房部分包括拽引機、控制屏和限速器等。(1) 拽引機拽引機是電梯的驅(qū)動機構(gòu)，它包括拽引電動機、電磁制動器減速器和拽引電動機為電梯專用YTD系列雙速電動機。減速器采用蝸輪蝸桿減速。拽引輪是V型或輪掛著對重，當(dāng)轎廂上升時同，對重下降，反之當(dāng)轎廂下降時對重上升，轎廂與對重要在井道中各

10、自的導(dǎo)軌內(nèi)滑動。(2) 控制屏控制屏上裝有電梯電氣控制系統(tǒng)的大部分電器，包括熔斷器、接觸器，各種繼電器、變壓器、整流器及各種阻容元件等。(3) 限速器限速器是電梯專用的一種安全保護裝置，通常使用離心甩塊夾繩式限速器。2.2 井道部分井道是電梯轎廂垂直運動的通道，在井道里安裝有轎廂和對重的導(dǎo)軌，緩沖器，以及各種控制和保護用的電器。極限開關(guān)，樓層感應(yīng)器，平層隔磁板等。2.3 轎廂部分電梯的轎廂部分包括轎廂體，安全鉗，轎廂門的自動開關(guān)裝置，平層和層樓信號裝置，以及轎廂渺無人煙操縱屏和指示燈。(1) 轎廂體轎廂是指電梯用來載動運乘客或貨物的裝置。包括廂架、廂體、廂門。(2) 自動開關(guān)裝置開關(guān)門及電機開

11、關(guān)門控制裝置轎廂門由電動機拖動，能自動開關(guān)，開關(guān)門電動機采用直流電動機。(3) 平層和樓層信號感應(yīng)器裝置，從電力拖動自動控制的角度來看，電梯是垂直運行按行程位置進行控制的電氣設(shè)備，而向控制電路發(fā)出樓層和平層的位置信號的裝置是永磁感應(yīng)器。平層感應(yīng)器一般用永磁感應(yīng)器，他和換速感應(yīng)器結(jié)構(gòu)相同，均由干簧管和永磁鐵組成，干簧管是一個裝有觸點的真空管，其動觸點2是用導(dǎo)磁的簧片制成，觸點12之間相當(dāng)于一組動斷觸點，23之間相當(dāng)于一組動合觸點。由于干簧管裝在永久磁鐵旁邊，在磁場的作用下簧片動作，其動斷觸點12斷開，而動合觸點23斷開。用永久磁感應(yīng)器作位置控制的主令電器，不但具有動作迅速可靠的優(yōu)點，而且沒有行程

12、開關(guān)容易產(chǎn)生機械磨損的缺點。發(fā)出平層信號的平層感應(yīng)器裝在轎廂上，裝在上面的是平層感應(yīng)器，裝在兩者中間是開門感應(yīng)器。三個感應(yīng)器隨轎廂上下運動，而平層隔磁板則固定在井道中，當(dāng)轎廂到達停層位置時，平層隔磁板插入三個感應(yīng)器中間，則轎廂的底版正好與樓面地板平齊。樓層信號感應(yīng)器的原理與此相同，不同的是停層隔磁鐵板裝在轎廂頂上隨轎廂運動，而樓層感應(yīng)器則固定在井道中（每層一個）。(4) 轎廂內(nèi)操縱屏和指示燈在轎廂上裝有操縱屏，上面裝有選層按鈕和各種控制按鈕。在轎廂門上有指示燈，用以指示轎廂所在的樓層數(shù)。2.4 廳門部分廳門部分主要有廳門，廳門外的召喚按鈕和指示燈。(1) 廳門廳門是指每一樓層的電梯門，廳門平時

13、應(yīng)是關(guān)閉的。而且從外面不能打開。廳門本身沒有開關(guān)門的動力。當(dāng)電梯轎廂到達一層樓時，由轎廂門上的拔叉插入廳門上的兩個渡輪之間，帶動廳門與轎廂一起開、關(guān)。 (2) 廳門外的呼喚按鈕和樓層信號指示燈在廳門的門框旁，裝有兩個按鈕，用來發(fā)出呼喚電梯信號，一個是上呼喚按鈕，一個是下呼喚按鈕。交流雙速電梯電氣控制系統(tǒng)由拖動電路部分,直流控制電路部分,交流控制電路部分,照明電路部分,廳外召喚電路部分,以及指示燈信號指示電路。交流雙速電梯電氣控制系統(tǒng)按電路功能分為自動門的開關(guān)電路,轎廂指令控制與廳外招呼控制電路,指層電路與定向控制電路,電梯的啟動加速與減速平層電路等.各電路之間的控制關(guān)系。正是上述電路的相互配合

14、,曳引電動機按指擰啟動,正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、等速、制動、停止來實現(xiàn)電梯各種工作狀態(tài)的運行。第三章 電梯PLC控制系統(tǒng)的組成電梯控制系統(tǒng)主要由電力拖動部分和電氣控制部分組成。電梯的電氣系統(tǒng)包括電力拖動系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)兩大部分。電力拖動系統(tǒng)有各種交流的和直流調(diào)速系統(tǒng)。電氣控制系統(tǒng)現(xiàn)在已逐漸采用可靠性更高、通用性更強的可編程控制器和微型計算機控制系統(tǒng)。3.1 電力拖動電力拖動部分由拽引電機、抱閘和相應(yīng)的開關(guān)電路以及開門機組成。由于所設(shè)計的只是一個教學(xué)模型，梯速低于1.5m/s，所以只要能實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)即可，而不必考慮電機的機械特性。制動時為滿足準確停層的需要，定子回路可接入電抗器減速最后再加

15、上抱閘制動。故在制動過程中采用了三檔延時切換控制。3.2 電氣控制電氣控制部分又稱控制電路，它是電梯控制系統(tǒng)的核心。它包含兩部分 拖動控制電路和信號控制電路。拖動控制電路因電梯的拖動方式不同而各異?？梢允墙佑|器線圈及其相關(guān)的控制電路 ，也可以是 電力電子器件的門極控制電路，對于有速度閉環(huán)控制的系統(tǒng)，還必須考慮含有電源、電壓、速度檢測電路和調(diào)節(jié)電路。信號控制電路與拖動的方式關(guān)系不大，主要與程序能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有直接的關(guān)系。因此，不同的拖動方式的電梯可以采用同一信號控制電路。系統(tǒng)控制核心為plc主機，通過plc輸入接口送入plc. 由存儲器的plc 軟件運算處理，然后經(jīng)輸出接口分別向指層器及召喚指示

16、燈等發(fā)出顯示信號，向主拖動系統(tǒng)發(fā)出控制信號。具體的電梯控制信號原理如圖所示。圖3.1 信號控制系統(tǒng)框圖3.3 硬件結(jié)構(gòu)可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，將自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體而發(fā)展起來的嶄新的工業(yè)自動控制裝置。PLC以基本代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制而廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，它已躍居工業(yè)自動化三大支柱的首位。PLC控制系統(tǒng)的硬件是由微處理器（CPU）、存儲器（ROM和RAM）、輸入/輸出（I/O）單元、電源單元及外圍設(shè)備等組成硬件結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。系統(tǒng)的規(guī)?？筛鶕?jù)實際應(yīng)用的需要而定，可大可小。圖3.2 PLC硬件結(jié)構(gòu)3.4 電梯控制系統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)主要由變頻調(diào)速主

17、回路、輸入輸出單元以及 PLC 單元構(gòu)成，由如圖3.3所示，PLC用來完成對電梯曳引電機及開關(guān)門機的起動，加減速，停止，運行方向，樓層顯示，層站召喚，轎箱內(nèi)操作，安全保護等指令信號進行管理和控制功能。圖3.3 電梯控制系統(tǒng)原理圖3.5 電梯的平層與停層平層與停層時使上行或下行接觸器KM7或KM8斷電釋放，切斷拽引電動機和電磁制動器線圈電路，實現(xiàn)制動抱閘，電梯停于某一層站。平層是指電梯平層時，轎廂底與層站地面在同一水平面上，這樣便于乘客的進出。為了保證電梯的平層準確度。通常在轎廂頂設(shè)置平層器。平層器由三個干簧感應(yīng)器構(gòu)成，由上至下分別為上平層感應(yīng)器，門區(qū)感應(yīng)器和下平層感應(yīng)器。圖3.4 干簧感應(yīng)器結(jié)

18、構(gòu)原理示意圖干簧感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和工作原理圖如圖3.4所示，它由干簧管和永久磁鐵組成，干簧管是一個裝有觸點的真空管，其動觸點2是用導(dǎo)磁的簧片制成，觸點12之間相當(dāng)于一組動斷觸點，23之間相當(dāng)于一組動合觸點。由于干簧管裝在永久磁鐵的旁邊，在磁場的作用下簧片動作，其動斷觸點12斷開，而動合觸點23閉合（圖3.4 (a)）當(dāng)隔磁鐵板插入干簧管與磁鐵之間（圖3.4 ( b)）時,簧片復(fù)位，其動斷觸點12閉合，動合觸點23斷開。用永磁干簧感應(yīng)器作位置控制的主令電器，不但具有動作迅速可靠的優(yōu)點，而且沒有行程開關(guān)容易產(chǎn)生機械磨損的缺點。3.6 開關(guān)門系統(tǒng)(1)開門過程。當(dāng)電梯主拖動控制系統(tǒng)PLC向門機控制系統(tǒng)發(fā)

19、出開門指令時，門機控制系統(tǒng)中的PLC首先判定電梯應(yīng)處于停止運行狀態(tài)。當(dāng)開門條件具備時，向變頻器發(fā)送運行命令，門電機快速運行， 電機運行過程中旋轉(zhuǎn)編碼器將脈沖反饋給門機PLC，門機PLC對脈沖進行計數(shù)，在門機PLC 的存貯器中設(shè)定有減速點值。當(dāng)兩者相等時門機PLC控制變頻器使電機減速，直至電梯門完全打開。當(dāng)開門過程中門機控制系統(tǒng)又收到關(guān)門指令時，門機PLC控制電機作反方向運行，同時旋轉(zhuǎn)編碼器反向計數(shù)。(2)關(guān)門過程。此過程和開門類似，當(dāng)電梯控制柜向門機控制系統(tǒng)發(fā)出關(guān)門指令時，門機控制系統(tǒng)中的PLC首先判定是否具備關(guān)門條件，具備條件時向變頻器發(fā)送運行命令，門電機運行。當(dāng)門機PLC中的計數(shù)脈沖和門機

20、PLC的存貯器中設(shè)定的值相等時，門機PLC控制變頻器使電機進行速度轉(zhuǎn)換，完成關(guān)門過程。當(dāng)關(guān)門過程中因為有人碰撞安全觸板或按動開門按鈕時，電梯控制系統(tǒng)會向門機控制系統(tǒng)發(fā)送開門指令，此時門機將停止關(guān)門過程，進入開門過程。第四章 電梯PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計4.1 硬件連接PLCSQ5SQ6SQ1SQ2SQ3SQ4110VFU2KM1KM4KM3KM2KM1380VFU1KM1KM5KM3KM5KM4KM5KM4KM312VLDLUF4COM3Y2Y3COM2Y0Y124VCOMY15COM1Y5F3F2F1acbdfegY6Y7Y10Y11Y12Y13Y14X10X15X16X11X12X13X14

21、FX2N48MRX0X1X14X4X3X2X7X6X5X13X12X11SB1SB6SB3SB5SB4SB2SB14SB13SB12SB11SB9SB8KSY17Y16Y4Y21Y204.2 I/O分配本系統(tǒng)有19個輸入信號，18個輸出信號及現(xiàn)有設(shè)備，所以選用FX2N48MR的PLC，I/O有20%的擴展空間。輸入定義輸入點輸出定義輸出點一層上呼按鈕SB1X0開門KM1Y0二層上呼按鈕SB2X1關(guān)門KM2Y1二層下呼按鈕SB3X2上行KM3Y2三層上呼按鈕SB4X3下行KM4Y3三層下呼按鈕SB5X4上行箭頭燈LUY4四層下呼按鈕SB6X5下行箭頭燈LDY5開門按鈕SB8X6七段數(shù)碼顯示aY6

22、關(guān)門按鈕SB9X7bY7速度繼電器常開觸點KSX10cY10一層行程開關(guān)SQ1X11dY11二層行程開關(guān)SQ2X12eY12三層行程開關(guān)SQ3X13fY13四層行程開關(guān)SQ4X14gY14開門限位開關(guān)SQ5X15減速制動KM5Y15關(guān)門限位開關(guān)SQ6X16一層指示燈F1Y16梯內(nèi)呼一層按鈕SB11X17二層指示燈F2Y17梯內(nèi)呼二層按鈕SB12X20三層指示燈F3Y20梯內(nèi)呼三層按鈕SB13X21四層指示燈F4Y21梯內(nèi)呼四層按鈕SB14X2236322824201612840X21X20X17X4X2X0X5X3X1M23M22M21M13M12M11M4M3M2X22M24M2M3M4M1

23、1M12M13M21M22M23M24X14X18X12X11X13X12X11X14X13X12二層上呼三層下呼4.3 梯形圖設(shè)計三層上呼四層下呼一層上呼二層下呼內(nèi)呼一層內(nèi)呼二層內(nèi)呼三層內(nèi)呼四層電梯上行Y15Y2X13X12M24X11X12M23X11M22X11X13M4M4M13X12M3M4M14M3M12Y3X16X11M240Y2電梯在一樓二樓、三樓、四樓呼叫電梯在三樓，四樓呼叫電梯在二樓三樓、四樓同時呼叫電梯在一樓，內(nèi)呼二樓電梯在一樓或二樓，內(nèi)呼三樓電梯在一樓或二樓或三樓，內(nèi)呼四樓Y15Y03X12X13M21X14X13M22X14M23X14X12M11M11M12X13M

24、2M11M12M2M13Y2X16X14M340Y3電梯在四樓三樓、二樓、一樓呼叫電梯在三樓二樓、一樓呼叫電梯在二樓、一樓呼叫電梯在四樓，內(nèi)呼三樓電梯在四樓或三樓，內(nèi)呼二樓電梯在四樓或三樓或二樓，內(nèi)呼一樓電梯下行Y15X14M24X13M23X12M22X11M21X11M12X12M2M21M11M13Y3X13M3M22M21M12M11X14M3X13M13M24M4M2X10Y2X12M12M24M23M4M3Y15電梯停層電梯上行停層電梯下行停層停二層停三層停四層停三層停二層停一層內(nèi)呼停一層內(nèi)呼停二層內(nèi)呼停三層內(nèi)呼停四層K1K100191Y3Y2Y1Y1184T0Y0X16M0X7Y1X15Y06X13M0X12Y4Y3Y2X15C0Y1X11X14X5X4X13X3X2X12X1X11X0M0Y0Y1T0C0電梯停層時，有人在當(dāng)前層呼叫電梯開門電梯關(guān)門199201209X13X12X1411X14X13X12X11X13X12Y3Y2Y6Y11Y4Y