機電一體化畢業(yè)設(shè)計論文

機電一體化畢業(yè)設(shè)計論文

目錄摘要本次設(shè)計基于PLC的五層電梯控制系統(tǒng)的總體設(shè)計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)計方案、組成及程序設(shè)計。具體來說，我們選用了三菱FX2N可編程控制器，并利用220V交流電源供壓。在進行PLC的I/O接口分配時，我們確定了機內(nèi)各種軟繼電器、通道代號，以及常用指令的編制規(guī)則。為了實現(xiàn)電梯拖動，我們選用了交流雙速電機，并采用樓層傳感器來實現(xiàn)樓層間的翻轉(zhuǎn)。為了顯示電梯所處的樓層，我們采用了LED發(fā)光二極管。在系統(tǒng)的設(shè)計中，我們重點研究了PLC的安全控制電路、樓層控制電路，以及開關(guān)門電路的設(shè)計。我們還編寫了啟動開關(guān)門程序、上行下行程序、樓層控制程序、自動定向程序等。通過這些程序，PLC電梯控制系統(tǒng)可以對電梯的升降、加、減速、平層、起動、制動等進行控制。值得一提的是，我們的控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于更高性能要求的電梯中。整個系統(tǒng)通過PLC、邏輯控制電路對電梯進行控制，其結(jié)構(gòu)簡單、運行效率高、平層精度高、易于理解與掌握。我們的設(shè)計考慮到了載客電梯的實際操作功能，同時也兼顧了載貨電梯控制中具有遞推功能的特點。因此，我們所設(shè)計的控制系統(tǒng)針對的是五層電梯。通過使用變頻器實現(xiàn)對電梯的拖動調(diào)速，我們成功地將PLC與調(diào)速拖動裝置相結(jié)合，構(gòu)成了PLC集選控制系統(tǒng)。這樣一來，我們實現(xiàn)了電梯的各種控制功能，提高了電梯運行的可靠性，降低了故障率。關(guān)鍵詞：PLC,電梯,曳引電動機,梯形圖1.概述本文介紹了交流雙速電梯的設(shè)計和實現(xiàn)。首先，簡要介紹了電梯的發(fā)展歷史和運行情況，然后詳細闡述了設(shè)計要求。接著，詳細介紹了交流雙速電梯的基本工作原理，包括主電路和主要電氣設(shè)備。接下來，討論了輸入/輸出電路的設(shè)計，包括PLC的選擇、門機電路、抱閘電路、門鎖及安全運行電路等。最后，介紹了梯形圖的設(shè)計，包括梯形圖的概念、開門環(huán)節(jié)、關(guān)門環(huán)節(jié)和總設(shè)計。本文的目的是為讀者提供一個全面的交流雙速電梯設(shè)計的指南。1.1電梯的發(fā)展簡史電梯是一種垂直運輸設(shè)備，它的發(fā)展歷史可以追溯到公元前300年左右的古希臘。最初的電梯是由人力驅(qū)動的，后來發(fā)展成為蒸汽和液壓驅(qū)動的。20世紀初，電力驅(qū)動的電梯開始普及?，F(xiàn)在，電梯已成為現(xiàn)代城市生活的必需品。1.2電梯的運行工作情況電梯的運行工作情況包括三個主要方面：電氣、機械和安全。電氣部分包括電機、電纜、控制電路等。機械部分包括電梯轎廂、導軌、鋼絲繩等。安全部分包括門鎖、安全裝置、緊急制動等。1.3設(shè)計要求電梯的設(shè)計要求包括運行速度、載重能力、安全性、舒適性等。另外，還需要考慮節(jié)能和環(huán)保等方面的問題。在設(shè)計電梯時，需要綜合考慮這些因素，以滿足用戶的需求和社會的要求。2.交流雙速電梯的基本工作原理交流雙速電梯是一種常見的電梯類型，它可以實現(xiàn)快速上升和慢速下降。其基本工作原理包括主電路和主要電氣設(shè)備兩個方面。2.1交流雙速電梯的主電路交流雙速電梯的主電路包括電動機、制動器、限速器、上下行開關(guān)等。其中，電動機是電梯的動力源，制動器用于控制電梯的停止和啟動，限速器用于保護電梯的安全，上下行開關(guān)用于控制電梯的運行方向。2.2電梯的主要電氣設(shè)備電梯的主要電氣設(shè)備包括電機、控制器、變頻器、編碼器等。其中，電機是電梯的動力源，控制器用于控制電梯的運行，變頻器用于調(diào)節(jié)電梯的速度，編碼器用于測量電梯的位置。3.輸入/輸出電路的設(shè)計輸入/輸出電路是電梯控制系統(tǒng)的重要組成部分，它包括PLC的選擇、門機電路、抱閘電路、門鎖及安全運行電路等。3.1PLC的選擇PLC是電梯控制系統(tǒng)中的核心部件，它負責控制電梯的運行。在選擇PLC時，需要考慮其性能、可靠性和價格等因素。3.2門機電路、抱閘電路、門鎖及安全運行電路門機電路用于控制電梯門的開關(guān)，抱閘電路用于控制電梯的制動器，門鎖及安全運行電路用于保證電梯的安全運行。這些電路的設(shè)計需要考慮到安全和可靠性等因素。3.3PLC輸入/輸出電路PLC輸入/輸出電路用于與其他設(shè)備進行通信，包括電機、編碼器、按鈕等。在設(shè)計這些電路時，需要考慮到信號的穩(wěn)定性和可靠性等因素。4.梯形圖的設(shè)計梯形圖是電梯控制系統(tǒng)的重要組成部分，它用于描述電梯的控制流程和控制邏輯。梯形圖的設(shè)計包括梯形圖的概念、開門環(huán)節(jié)、關(guān)門環(huán)節(jié)和總設(shè)計。4.1梯形圖的概念梯形圖是一種圖形化的控制邏輯表示方法，它用于描述電梯的控制流程和控制邏輯。梯形圖由一系列“梯形”組成，每個梯形表示一個邏輯步驟。4.2開門環(huán)節(jié)開門環(huán)節(jié)是電梯的一個重要環(huán)節(jié)，它包括門機電路、門鎖電路和門開關(guān)等。在設(shè)計開門環(huán)節(jié)時，需要考慮到安全和可靠性等因素。4.3電梯的關(guān)門環(huán)節(jié)關(guān)門環(huán)節(jié)是電梯的一個重要環(huán)節(jié)，它包括門機電路、門鎖電路和門開關(guān)等。在設(shè)計關(guān)門環(huán)節(jié)時，需要考慮到安全和可靠性等因素。4.4電梯圖的總設(shè)計電梯圖的總設(shè)計包括電梯的所有控制邏輯和控制流程。在設(shè)計電梯圖時，需要考慮到電梯的運行速度、載重能力、安全性和舒適性等因素。5.結(jié)論與展望本文介紹了交流雙速電梯的設(shè)計和實現(xiàn)。通過對電梯的發(fā)展歷史、運行情況和設(shè)計要求的介紹，以及交流雙速電梯的基本工作原理、輸入/輸出電路的設(shè)計和梯形圖的設(shè)計等方面的討論，讀者可以了解交流雙速電梯的設(shè)計和實現(xiàn)過程。未來，交流雙速電梯的發(fā)展將會更加智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。1.概述1.1電梯的發(fā)展簡史電梯是一種垂直運輸設(shè)備，在高層建筑中不可或缺。它通過電力來驅(qū)動轎廂在井道內(nèi)的導軌上進行垂直升降運動，扮演著舉足輕重的角色。隨著電梯的發(fā)展，對于控制電梯運行的PLC系統(tǒng)的要求也越來越高，必須達到“穩(wěn)、準、快”的運行目的。該系統(tǒng)主要由PLC、邏輯控制電路組成，包括交流異步電動機、繼電器、接觸器、行程開關(guān)、按鈕、發(fā)光指示器和變頻器。本機控制單元采用三菱FX2N的可編程控制器PLC對機器進行全過程控制。電梯是機電一體的大型復雜產(chǎn)品，機械部分相當于人的軀體，電器部分相當于人的神經(jīng)，機電高度合一，使電梯成為現(xiàn)代科學技術(shù)的綜合產(chǎn)品。對于電梯的結(jié)構(gòu)而言，傳統(tǒng)的方法是將其分為機械部分和電氣部分。1.2電梯的運行工作情況電梯的轎廂內(nèi)都設(shè)置有操縱箱，操縱箱上設(shè)置有手柄開關(guān)或與層站對應(yīng)的按鈕，供司機或乘用人員控制電梯上下運行。召喚箱上的按鈕稱為外召喚按鈕，操縱箱上的按鈕稱為指令按鈕。電梯主要由轎廂、配重、曳引機、控制柜/箱、導軌等主要部件組成。電梯在進行垂直運行的過程中，有起點站和終點站。對于三層以上的建筑物內(nèi)的電梯，起點站和終點站之間還設(shè)有?？空?。起點站設(shè)在一樓，終點站設(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。一般電梯在起點站和終點站上各設(shè)置一個按鈕，中間層站的數(shù)量則根據(jù)建筑物的高度而定。電梯的運行工作情況和汽車有些相似，但汽車的起動、加速、?？康榷夹枰緳C操作，而且在運行過程中可能遇到復雜的情況，因此汽車司機必須經(jīng)過嚴格的培訓和考核。相比之下，電梯的自動化程度更高，一般司機或乘用人員只需通過操縱箱上的按鈕向電氣控制系統(tǒng)下達指令信號，電梯就能自動關(guān)門、定向、起動，并在預(yù)定的層站平層?？块_門。對于自動化程度更高的電梯，司機或乘用人員一次可以下達多個指令信號，電梯便能依次起動和停靠，依次完成全部指令任務(wù)。盡管電梯和汽車在運行過程中有許多不同之處，但它們也有許多共同點。例如，乘客電梯的運行方式類似于公共汽車，在起點站和終點站之間往返運行。當電梯到達前方?？空緯r，如果有順向指令信號，它會自動平層停靠并開門接乘客。而載貨電梯的運行方式類似于卡車，執(zhí)行任務(wù)為一次性的。司機或乘用人員控制電梯上下運行時，一般只能下達一個指令任務(wù)。在執(zhí)行任務(wù)的過程中，如果中間層站出現(xiàn)順向指令信號，一般不能自動停靠。因此，載貨電梯的自動化程度比乘客電梯低。本設(shè)計主要研究五層電梯的PLC控制方法，包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計過程。設(shè)計程序要求實現(xiàn)以下要求：1.自動啟停，到達指定樓層后自動停層并自動開門。2.當電梯到達頂層或底層時，自動變換運行方向。3.門外或轎內(nèi)有樓層顯示和運行方向顯示。交流雙速電梯的主電路圖如圖1所示。其中，M1為YYTD系列電梯專用型雙速籠型異步電動機（4/16）；KM1、KM2為電動機正、反轉(zhuǎn)接觸器，用以實現(xiàn)電梯上、下行控制。KM3、KM4為電梯高、低速運行接觸器，用以實現(xiàn)電梯的高速或低速運行；KM5為啟動加速接觸器；KM6、KM7、KM8為減速制動時的接觸器。L1、L2與R1、R2為串入電動機定子電路中的電抗與電阻，與KM5~KM8配合實現(xiàn)對電機的加、減速控制。當KM1或KM2與KM3通電吸合時，電梯將進行上行或下行啟動，延時后KM5通電吸合，切除R1、L1，電梯將轉(zhuǎn)為上行或下行的穩(wěn)速運行；當電梯接收到停層指令后，KM3斷電釋放，KM4通電吸合，電動機轉(zhuǎn)為低速接法，串入阻抗制動，實現(xiàn)上升與下降的低速運行，且KM6~KM8依次通電吸合，用來控制制動過程的強度，提高停車制動的舒適感；至平層位置時，接觸器全部斷電釋放，機械抱閘，電梯停止運行。在檢修狀態(tài)時，電梯只能在低速接法下點動運行。電梯的主要電氣設(shè)備包括曳引電動機和自動門機。齒輪曳引系統(tǒng)作為電梯的提升機構(gòu)，主要由驅(qū)動電動機、電磁制動器（也稱電磁抱閘）、減速器及曳引輪組成。自動門機則用于控制電梯門的開關(guān)。電梯的門分為廳門和橋門。只有當電梯?？吭谀硨诱緯r，此層廳門才允許開啟。廳門由門機拖動橋門，橋門帶動廳門完成。只有當廳門、橋門全部關(guān)閉后才允許啟動運行。但在檢修狀態(tài)時，可以在不關(guān)門狀態(tài)下運行。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?，F(xiàn)多由數(shù)碼管或LED點陣結(jié)構(gòu)組成，與呼梯盒、運行方向指示做成一體結(jié)構(gòu)。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1米左右的墻壁上?；九c頂站只有一個按鈕，中間層站由上呼與下呼兩個按鈕組成。按鈕帶有呼梯記憶燈，燈亮時表示呼梯信號已被接收并記憶。當電梯滿足呼梯要求并停層開門時，呼梯記憶燈熄滅?；镜暮籼莺猩铣в需€匙開關(guān)，供電梯管理員開關(guān)電梯。操縱箱安裝在轎廂內(nèi)，供司機及乘客對電梯發(fā)布命令。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、下行啟動按鈕（帶上、下行指示記憶燈，檢修時用），開、關(guān)門按鈕，急停按鈕，電梯運行狀態(tài)選擇鑰匙開關(guān)（選擇電梯時自動運行，還是檢修狀態(tài)）以及風扇、照明等的控制開關(guān)。平層及開門裝置由磁鐵板和上、下平層感應(yīng)器1KR、2KR組成。上行時，1KR首先插入隔磁鐵板，發(fā)出減速信號，電梯開始減速，至2KR插入隔磁鐵板時，發(fā)出停車及開門信號，電機停轉(zhuǎn)，機械抱閘。下行時，2KR首先插入隔梯鐵板，發(fā)出減速信號至1KR插入隔梯鐵板時，發(fā)出停車及開門信號。停層裝置在電梯的井道內(nèi)每層站裝有一只磁鐵板。當轎廂運動到相應(yīng)層站時，磁鐵板插入平層感應(yīng)器內(nèi)，以此檢測電梯所處在位置和產(chǎn)生平層信號。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、下強迫停止開關(guān)、極限開關(guān)等都是電梯的安全裝置。電梯的安全裝置包括安全窗、安全鉗和限速器。安全窗位于轎廂頂部，用于緊急情況下疏散乘客，打開后電梯將停止運行。安全鉗是為防止電梯曳引鋼繩斷裂及超速運行而設(shè)計的機械裝置，用以夾持轎廂在導軌上。限速器則用于檢測電梯運行速度，當電梯超速時，限速器會動作并帶動安全鉗，使電梯停止運行。這些裝置的動作通過相應(yīng)開關(guān)來檢測。當電梯運行至上、下極限位置時，如果仍不停車，上、下限位開關(guān)會動作發(fā)出停車信號。如果電梯仍不能停車，上、下強迫停止開關(guān)會被壓下，強制電梯停止運行。如果還不能停車，機械裝置會帶動極限開關(guān)動作，切斷電梯曳引電動機的電源，以達到停車的目的，避免電梯出現(xiàn)沖頂與礅底事故。為了方便分析電梯的工作原理及PLC控制系統(tǒng)，列出了5層5站電梯的電器元件。其中，PLC選擇了三菱FX2N-48MR-001型，該款PLC價格適中，性能穩(wěn)定，適用于本設(shè)計。它內(nèi)置8K容量的RAM存儲器，最大可以擴展到16K，CPU運算處理速度為0.08μS/基本指令，在FX2N系列右側(cè)可連接輸入輸出擴展模塊和特殊功能模塊。門電動機為它勵直流電動機，控制正、反轉(zhuǎn)的是KM9和KM10。KM9接通時，電阻R2與電動機電樞并聯(lián)，電流由電樞左端流向右端，電動機正轉(zhuǎn)實現(xiàn)開門。壓下SQ8時，R2部分被短接，實現(xiàn)開門調(diào)速。KM10接通時，電動機將反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)關(guān)門，并由SQ9、SQ10與R3一起實現(xiàn)關(guān)門調(diào)速。抱閘線圈YB應(yīng)該在電梯上、下行運行時打開，停止運行時抱死。因此，KM1和KM2可以控制抱閘線圈YB的通電和斷電。所有廳門、轎門開關(guān)串聯(lián)在一起，控制門鎖繼電器KA1，實現(xiàn)全部門關(guān)后電梯才能運行的控制。安全回路由安全窗開關(guān)（SQ1）、安全鉗開關(guān)（SQ2）、限速器開關(guān)（SQ3）、轎內(nèi)急停開關(guān)（SQ4）、上、下強迫停止開關(guān)、基站開關(guān)（SA2）以及熱繼電器觸點FR1、FR2串聯(lián)在一起，控制安全運行繼電器KA2。只有當KA2吸合時，才允許PLC處于運行狀態(tài)。這樣可以節(jié)省PLC的輸出口，又可以實現(xiàn)在多種緊急情況下的立即停車。PLC的輸入/輸出電路是將電梯運行過程中的各種輸入信號，通過輸入口送入PLC，構(gòu)成其輸入電路圖。而完成電梯運行的各種執(zhí)行元件和指示電梯運行狀態(tài)的指示燈，都需要受到PLC輸出口的控制，構(gòu)成其輸出電路。具體的輸入/輸出電路圖可參考圖示。梯形圖是PLC使用最廣泛的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，非常適用于開關(guān)量邏輯控制。因此，梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計則稱為編程。電梯開門環(huán)節(jié)存在多種情況。例如，在電梯投入運行前的開門，需要將開關(guān)電梯鑰匙插入SA2內(nèi)，旋轉(zhuǎn)至開電梯位置，此時PLC電源接通，程序開始運行，電梯自動開門，乘客或司機進入轎廂，選層后電梯自動運行。而在電梯檢修時開門，開門則為手動狀態(tài)，由開關(guān)門按鈕SB1和SB2實施開門與關(guān)門。其他情況包括電梯自動運行停層時的開門、電梯關(guān)門過程中的重新開門、呼梯開門、防夾或超載開門等。電梯的關(guān)門環(huán)節(jié)同樣存在多種情況。例如，在電梯到達基站時，司機或乘客離開轎廂，電梯自動關(guān)門，司機將開、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停止運行，電梯被關(guān)閉。同時，電梯開門時開始計時，時間到后，電梯應(yīng)自動關(guān)門。還可以通