基于plc電梯控制系統設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 影響非常大。色彩宜人，格調高雅，制作精良的電梯，乘客自然會有一種安全的感覺，有一種視覺上的舒適。用料低廉，款式陳舊，色彩沉悶，甚至破破爛 爛的電梯，乘客視覺協調無從談起，乘坐電梯的第一感覺就是不安全。國內的許多電梯公司對此的重視是遠遠不夠的，甚至不少通過引進國外技術國產化的電梯也顯露出一副土生土長的容貌。 ②消除電磁輻射。如前所述，由于電梯是大樓里頻繁起制動的大容量電器是電磁干擾的元兇，所以綠色電梯必須是一個達到自身對大樓電磁干擾最小，而又不被其他電磁干擾影響的建筑機電設備。這樣不僅可以保證乘客的身心健康，而且也可以保證大樓、大廈中的大樓的辦公自動化 (0A)、樓宇自動化 (BA)、通訊自動化 (CA)的正常運轉。 ③舒適感。通過采用高載頻波矢量靜 音變頻器，可降低噪聲變換頻率及電第 1 章 緒論 7 壓。以 CPU 控制電壓及頻率的連續變換方式，按人體生理適應要求，利用計算機優化設計而成的理想運行曲線，實現更穩定、更舒適的運行。 對現代化電梯性能的衡量，主要著重于可靠性、安全性和乘坐的舒適性。此外，對經濟性、能耗、噪聲等級和電磁干擾程度等方面也有相應要求。隨著時代的發展，對人在與外界隔離封閉的電梯轎廂內，心理上的壓抑感和恐懼感也有所考慮。因此，提倡對電梯進行豪華性裝修，比如：轎廂內用鏡面不銹鋼裝潢、在觀光電梯井道設置宇宙空間或深海景象：進而主張電梯、扶梯應與大自然相協調，在扶 梯的周圍種植花草；在轎廂壁和頂棚裝飾某些圖案甚至是有變化的圖案，并且在色彩調配上要令人賞心悅目；在轎廂內播放優美的音樂，用以減少煩躁；在轎廂內播放電視節目，乘客可收看天氣預報、新聞等。 電梯的功能要求 圖 11 信號控制系統 （ 1）電梯運行到指定位置后應具有手動或自動開 /關門的功能 。 （ 2）利用指示燈顯示電梯轎廂外的呼喚信號、電梯轎廂內的指令信號和電梯的到達信號。 （ 3）能自動判斷電梯的運行方向，并發出響應的指示信號。 （ 4）電梯的上行下行有一臺交流雙速電機牽引。電機正傳，電梯上升；電佳木斯大學工學學士學位論文 8 梯反轉，電梯下降。 （ 5）電梯轎廂門由另一臺小功率電機驅動。電機正傳，轎廂門打開；電機反轉，轎廂門關閉。 （ 6）每一層樓設有呼叫按鈕；轎廂內設有開關轎廂門按鈕；轎廂內的層面指令按。 （ 7）電梯啟動、運行、到站實現速度調節。 （ 8）行車時，門廳和轎廂都不能開門；開門之后不能停車，有門鎖連鎖保護平層時可自動 開門、手動開門，夾人時自動開門。 設計的研究內容 我國國產電梯多為繼電器和 PLC 控制方式，繼電器邏輯控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷， PLC 控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點。對比電梯的各種控制系統 PLC 更能適合當今現狀的需求，本設計基于 PLC 實現八層載客電梯的控制系統設計。 設計的主要內容如下： 首先對電梯系統及可編程控制器（ PLC）作了比較全面的總結和介紹。接著闡述了電梯控制系統的分類及特點，電梯的控制系統分為調速和信號控制兩大部分。確定了系統的總體 結構，由 PLC 來實現電梯信號控制，通過雙速電機、PLC 選型、 I/O 點數分配等完成系統硬件開發；同時，在分析電梯系統的軟件設計方法基礎上，設計出了軟件流程圖，提出了模塊化編程思想，完成系統的軟件開發。 第 2 章 控制對象介紹 9 第 2章 控制對象介紹 電梯簡介紹 電梯是一種特殊的起重運輸設備，有轎廂及配重拖動電機及減速傳動機械井道及井道設備召喚系統及安全裝置構成。轎廂是載人或裝貨的部位，配重是為了改變電梯電機負載的特性以提高電梯的安全性而設置的。圖 21 是電梯拖動系統示意圖，圖中可見電梯的轎廂及配重分系在鋼絲繩的兩端，鋼絲繩跨掛在曳引輪 上，曳引輪經減速器機構由電機拖動，形成轎廂的上下運動。 圖 21 電梯拖動系統示意圖 1— 電動機； 2— 減速機構； 3— 曳引輪； 4— 鋼繩； 5— 轎箱； 6— 配重 井道指建筑物中用于安裝電梯并提供電梯運行的通道，轎廂及配重都是在井道中運行的。井道在各樓層設有門廳及呼梯設備。門廳有門廳門，廳門頂部裝有層樓指示燈，用于指示電梯的運行方向及電梯所在的位置。門廳里還設有呼梯盒，用于在每層站召喚電梯。呼梯盒常安在廳門外離地面 1 米左右的墻壁上，基站與頂站只有一個按鈕，中間層站有上呼與下呼兩個按鈕，按鈕下帶有呼梯記憶燈。基站 的呼梯盒上還設有鑰匙開關，供司機開關電梯。為了實現轎廂的正常運行及準確停車，井道中往往要安裝許多定位裝置及安全設備。井道的頂部和底部還設有沖頂及蹲底的緩沖設備。 轎廂中設有自動門機，用來完成電梯的開門及關門任務。電梯門分廳門及轎門，當電梯停靠某層時，此層的廳門在轎門的帶動下開啟及關閉。電梯的操佳木斯大學工學學士學位論文 10 縱箱也安裝在轎廂內，供司機及乘客對電梯發布動作命令。上面設有與電梯層站數相同的內選層按鈕（帶內選指示記憶燈），上下行啟動按鈕（帶上下行指示記憶燈），開關按鈕，急停按鈕，層樓指示燈的控制開關，電梯運行狀態選擇鑰匙開關（選 擇電梯是自動運行司機狀態下運行，還是檢修狀態）等。 電梯的主要組成部分 （ 1）曳引部分：通常有曳引機和曳引鋼絲繩組成。電動機帶動曳引機旋轉使轎廂上下運動。 （ 2）轎廂和廳門：轎廂由轎架，轎底，轎壁和轎門組成；廳門一般有封閉式、中分式、雙折中分式和直分式等。 （ 3）電器設備及控制裝置：有曳引機，選層器傳動及控制柜、轎廂操縱盤、呼梯按鈕和廳外指示器組成。 （ 4）其它裝置：對重裝置、補償裝置等。 電梯的安全保護裝置 （ 1）電磁制動器：裝于曳引機軸上，一般采用直流電磁制動器，啟動時通電松閘，停層后斷 電制動。 （ 2）強迫減速開關：分別裝于井道的頂部和底部，當轎廂駛過端站換速未減速時，轎廂上撞塊就觸動此開關，通過電器傳動控制裝置，使電動機強迫減速。 （ 3）限位開關：當轎廂經過端站平層位置后仍未停車，此限位開關立即動作，切斷電源并制動 ,強迫停車。 （ 4）行程極限保護開關： 當限位開關不起作用，轎廂經過端站時，此開關動作。 （ 5）急停按鈕：裝于轎廂司機操縱盤上，發生異常情況時，按此按斷電源，電磁制動器制動，電梯緊急停車。 （ 6）廳門開關：每個廳門都裝有門鎖開關。僅當廳門關上才允許電梯啟動；在運行中如出現廳門開 關斷開，電梯立即停車。 第 2 章 控制對象介紹 11 （ 7）關門安全開關：常見的是裝于轎廂門邊的安全觸板，在關門過程中如安全觸板碰到乘客時，發出信號，門電機停止關門，反向開門，延時重新開門，此外還有紅外線開關等。 （ 8）超載開關：當超載時轎底下降開關動作，電梯不能關門和運行。 （ 9）其它的開關：安全窗開關，鋼帶輪的斷帶開關等。 電梯的安全運行有以下一些主要控制要求 拽引電機引導輪磁鐵板平層感應器廳門轎門上磁鐵板下磁鐵板對重電梯的平層,停層裝置示意圖 圖 22 電梯的平層、停層裝置 佳木斯大學工學學士學位論文 12 轎廂中的乘客及門廳中的等待電梯的人都需要知 道電梯的位置，因而轎廂及門廳中都設有以樓層標志的電梯位置。電梯的運行還需要更加準確的電梯位置信號，以滿足制動停車等控制的要求。傳統電梯的位置信號一般由設在井道中的位置開關，如磁感應器提供，當轎廂上設置的隔磁板插入感應器時，發出位置信號，并啟動樓層指示（見圖 22）。 司機及乘客可按下轎廂內操作盤上的選層按鈕選定電梯運行的目的樓層，此為內選信號。按鈕按下后，該信號應被記憶并使相應的指示燈電亮。在門廳等候的電梯的乘客可以按門廳的上行或下行召喚信號，此為外喚信號。該信號也需要 記憶并點亮門廳的上行或下行指示燈，這些保持信號在要求得到滿足時應能自動消號。 電梯自動運行時應根據內選及外喚信號，決定電梯的運行方向及在哪些站點停站。一般情況下電梯按先上后下的原則安排運送乘客的次序，而且規定在運行方向確定之后，不響應中途的反向呼喚要求，直到到達本方向的最遠信號站點才開始返程。 轎廂在運動方向確定，轎廂門已關好時啟動運行，運行的初始階段是加速運行階段，其后是穩定運行階段。 轎廂運行后需確定在哪一層站停車，平層即指停車時 ，轎廂的底與門廳“地平面”應相平齊，一般都有具體的平層誤差規定，如平層時兩平面相差不得超過 5 毫米。平層停車過程需在轎廂底面與停車樓面相平之前開始，先是減速，再是制動，以滿足平層的準確性及乘客的舒適感。傳統電梯的平層開始信號由平層感應器發出。如圖 2 所示，上平層感應器 KR11 及下平層感應器 KR12 裝在轎廂頂部，隔磁板安裝在井道壁上。上行時， KR12 首先插入隔磁板，發出減速信號，電梯開始減速，至 KR12 插入隔磁板時，發出開門及停車信號，電第 2 章 控制對象介紹 13 動機停車，抱閘抱死；下行時 KR11 首先插入隔磁板，發出減速信號，電梯開始減速 ，至 KR11 插入隔磁板時，發出開門及停車信號。 電梯的安全保護很多，如前面提到的沖頂與蹲底，斷鋼絲繩，轎廂內人員的跌落逃生等保護，還有消防運行等多項。 除了控制要求外，電梯常見的工程問題還涉及電梯的拖動設備及拖動控制方式。電梯的提升機構，齒輪曳引輪主要由驅動電動機電磁制動器（也稱電磁抱閘）減速器及曳引輪組成。驅動電機可以是直流電動機也可以是交流電動機。為了滿足電梯的運行過程中速度變化的要求，在應用變頻前，電梯交流拖動多使用多繞組變速電機，變頻器誕生以來，已有越來越多的電梯采用變頻驅動。采用變速 電機時，電機的正反向運轉使用接觸器換向，啟動調速采取改變電機繞組及切換電機繞組中所串電阻實現。采用變頻調速時，電機換向及變速都通過變頻器控制端子實現。在這兩種拖動方式中，電磁抱閘都是很重要的，它是電機制動的主要設備，抱閘要求有足夠的制動力，抱閘一般在通電時打開，斷電時閘死。 電梯還有一些高層次的性能指標，如電機加減速曲線控制及高準確度的平層控制要求等，前者涉及電梯運行過程中的加速大小，關系到乘客的舒適感，后者涉及乘客數量變化對準確平層的影響。 總之，電梯的控制是比較復雜的，在計算機誕生前，電梯使用繼電接觸器控制的時代，很難生產出質量優良的電梯，而現在，可編程控制的使用為電梯的控制提供了廣闊的空間。隨著 PLC 應用技術的不斷發展，它已經成為電梯運行中的關鍵技術。 第 3 章 硬件設計 15 第 3章 硬件設計 可編程控制器（ PLC）的選型 考慮到本次設計的電梯系統有八層，且開關量居多，模擬量較少；對于開關量控制為主的系統而言，一般 PLC 的響應速度足以滿足控制的要求，在小型PLC 中整體式比模塊式的價格便宜，體積也，綜合考慮后，系統選擇了日本三菱公司生產的 FX2N 系統。 FX2N 系統 PLC 具有以下幾方面的優點： 1） FX2N 配置靈活，除主 機單元外，還可擴展 I/O 模塊， A/D 模塊， D/A模塊和其它特殊功能模塊。 2） FX2N 指令功能豐富，有各種指令 107 條，且指令執行速度快。 3） FX2N 可用內部輔助繼電器 M，狀態繼電器 S，定時器 T，寄存器 D，計數器的功能和數量滿足了系統控制要求的需要。 4） FX2N 的編程可用編程器，也可以在 PC 機上使用三菱公司的專用編程軟件包。 交流雙速電梯的主電路 圖 31 是交流雙速電梯的主電路圖。圖中 M1 為電梯專用型雙速籠型異步電動機； KM KM2 為電動機正反轉接觸器，用以實現電梯上、下行控制；KM KM4 為電梯高低速運行接觸器，用以實現電梯的高速或者低速運行；KM5 為啟動加速接觸器； KM KM KM8 為減速制動接觸器，用以調整電梯制動時的加速度； L L2 與 R R2 為串入電動機定子電路中的電抗和電阻，當 KM1 或者 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 R L1，電梯將轉為上行或下行的穩速運行；當電梯接收到停層指令后， KM3 斷電釋放， KM4 通電吸合，電機轉為低速接法，接入阻抗制動，實現上升與下降的低速運行，且 KM6KM8 依次通電吸合，用來控制制動過程的強度，提高 停車制動時的舒適感；至平層位置時，接觸全部斷電佳木斯大學工學學士學位論文 16 釋放，抱閘抱死，電梯停止運行。 圖 31 交流雙速電梯主電路 第 3 章 硬件設計 17 門機電路、抱閘電路、門鎖及安全運行電路 圖 32 為電梯的門機、抱閘、門鎖及安全運行電路。門電動機為他勵直流電動機，可由 KM KM10 控制其正反轉。 KM9 接通時，電阻 R2 與電動機電樞并聯，電流由電樞左端流向右端，電動機正轉實現開門，壓下 SQ8 時， R2部分被短接，實現開門調速。 KM10 接通時，電動機將反轉，實現關門，并由SQ SQ10 與 R3 一起實現關門調速。 當電梯上下運行時，抱閘應 打開，其線圈應通電。電梯停止運行時，抱閘應抱死，其線圈應斷電。將所有廳、轎門開關串聯在一起，控制門鎖繼電器 KA1，實現全部門關閉后電梯才能運行的控制。將安全窗