畢業(yè)設(shè)計-基于plc的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 的按鈕，是乘客可以在電梯停下時隨時的控制電梯的開門與關(guān)門。 電梯內(nèi)部還應(yīng)配有指示燈，用來顯示電梯現(xiàn)在所處的狀態(tài)，即電梯是上升還是下降以及電梯所處在樓層的第幾層，這樣可以使電梯里的乘客清楚的知道自己所處的位置，離自己要到的樓層還有多遠(yuǎn)，電梯是上升還是下降等。 電梯的外部共分四層，每層都應(yīng)該有呼叫按鈕、呼叫指示燈、上升和下降指示燈，以及樓層顯示器呼叫按鈕是乘客用來發(fā)出呼叫的工具，呼叫指示燈在完成相應(yīng)的呼叫請求之前應(yīng)一直保持為亮，直到電梯響應(yīng)為止。另外上升 指示燈、下降指示燈、樓層顯示器一樣，都是用來顯示電梯所處的狀態(tài)的。 四層樓電梯中，一層只有上呼叫按鈕，四層只有下呼叫按鈕，其余兩層都同時具有上呼叫和下呼叫按鈕。而上升、下降指示燈以及樓層顯示器應(yīng)相同。 、運(yùn)行中狀態(tài)和運(yùn)行后狀態(tài)分析 電梯的初始狀態(tài)，設(shè)電梯位于一層待命，各層顯示器都被初始化，電梯處于以下狀態(tài)： （ 1）各層呼叫燈均不亮； 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 （ 2）電梯內(nèi)部及外部各樓層顯示器顯示均為“ 1”； （ 3）電梯內(nèi)部及外部各層電梯門均關(guān)。 電梯在運(yùn)行過程中，按下某層呼叫按鈕（ 1～ 4 層）后，該層呼叫燈亮，電梯響應(yīng)該層呼叫： （ 1）電梯上升或下降至該層； （ 2）各樓層顯示隨電梯移動而改變，各層指示燈也隨之而變； （ 3）運(yùn)行中電梯門始終關(guān)閉，到達(dá)指定門時，門才打開； （ 4） 在電梯運(yùn)行過程中，支持其它呼叫； 電梯在運(yùn)行后狀態(tài)： （ 1）電梯在到達(dá)指定樓層后 ,電梯會自動打開 ,經(jīng)過一段延時自動關(guān)閉 ,在此過程中 ,支持手動開門或關(guān)門； （ 2）各樓層顯示值為該層所在位置 ,且上升與下降指示燈均滅； （ 3）到達(dá)指定樓層后 ,電梯會繼續(xù)待命（ 2 分鐘后返回 1 層） ,直至新命令產(chǎn)生。 電梯的控制功能 電梯可實(shí)現(xiàn)的功能如下所示，這 些功能是根據(jù)生產(chǎn)廠家或用戶的要求制定的安全和功能的事項(xiàng)而制定的。這里只根據(jù)本電梯主要的操作進(jìn)行說明，其他例如故障檢測、自救功能、火災(zāi)提示、語音提示、滿載控制等具體功能在此不作陳述，主要功能如下[11]。 (1)集選控制：集選控制是將轎內(nèi)指令與廳外召喚指令等各種信號集中進(jìn)行綜合分析處理的高度自動化的控制功能。它能對轎廂指令、廳外召喚登記，停靠站延時自動關(guān)門啟動運(yùn)行，同向逐一應(yīng)答，自動平層自動開門，順向截梯，自動換向反向應(yīng)答，能自動應(yīng)招服務(wù)。集選控制包括上行集選和下行集選。 (2)停梯操作：在夜間、周末或假日， 通過停梯開關(guān)使電梯停靠在指定樓層。停梯時，轎門關(guān)閉，照明、風(fēng)扇斷電，以利節(jié)電、安全。 (3)開門按鍵：用于延長開門時間，使乘客順利進(jìn)出轎廂。 (4)關(guān)門按鍵：用于立刻關(guān)門操作，使乘客順利登上電梯。 (5)廂內(nèi)操作箱：在轎廂內(nèi)左邊設(shè)置操作箱，上面設(shè)置有各樓層轎內(nèi)指令按鍵，便于乘客按下想要到達(dá)的各樓層。 (6)廂外操作按鍵：在各樓層的乘客只要按下想要上行或下行的按鍵即可得到電梯的響應(yīng)。 (7)燈光響應(yīng)：在乘客按下相應(yīng)按鍵或到達(dá)相應(yīng)樓層時會得到電梯的燈光狀態(tài)相應(yīng)，以便提醒乘客相應(yīng)的提示作用。 電梯的 控制要求 四層電梯控制系統(tǒng)的控制要求如下： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 (1)由于電梯對控制系統(tǒng)的可靠性和安全性要求極高，主要以邏輯控制為主，通常采用 PLC 作為控制系統(tǒng)的核心，所以，應(yīng)用 PLC 來設(shè)計一個 4 層電梯控制器具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。 (2)上行與下行選擇由上電梯的人選擇信號決定。順向優(yōu)先執(zhí)行，順向執(zhí)行完之后再反向執(zhí)行 。 (3)行車途中如遇呼梯信號時，順向截車，反向不截車。 (4)內(nèi)選信號、呼梯信號具有記憶功能，執(zhí)行后解除。 (5)內(nèi)選信號、呼梯信號、行車方向、行車樓層均有指示燈。 (6)停層時延時 2 秒后自動開門或手動開門。 (7)有內(nèi)選信號時，延時 2 秒自動關(guān)門或手動直接關(guān)門。 (8)無內(nèi)選信號時可以手動關(guān)門，但不會自動關(guān)門。 (9)行車時不能手動開門，開門時不能行車。 電梯的工作原理 一種以電動機(jī)為動力的垂直 升降機(jī) ，裝有箱狀吊艙，用于多層建筑乘人或載運(yùn)貨物。也有臺階式，踏步板裝在履帶上連續(xù)運(yùn)行，俗稱自動電梯。 服務(wù)于規(guī)定樓層的固定式 升降設(shè)備 。它具有一個轎廂，運(yùn)行在至少兩列垂直的或傾斜角小于 15176。 的剛性導(dǎo)軌之間 ， 轎廂尺寸與結(jié)構(gòu)形式便于乘客出入或裝卸貨物 [12]。 習(xí)慣上不論其驅(qū)動方式如何，將電梯作為建筑物內(nèi)垂直交通運(yùn)輸工具的總稱。近幾年來，隨著國際社會對環(huán)保認(rèn)識的關(guān)注，各大電梯公司現(xiàn)在在其電梯表面基本都采用了粉末涂料噴涂，這是一種新型環(huán)保無溶劑的涂料，并且各種性能皆優(yōu)于油漆。 電梯的工作圖如圖 所示。電梯上升時，電梯順時針轉(zhuǎn)動，通過曳引輪和曳引繩帶動轎廂上升 ；下降時電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)，通過曳引輪和曳引繩帶動轎廂下降。電梯運(yùn)行時有啟動、加速、滿速運(yùn)行、減速和電梯停層等過程，因此電梯控制的核心是控制工作電機(jī)。 曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導(dǎo)向輪上，曳引電動機(jī)通過減速器變速后帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實(shí)現(xiàn)轎廂和對重的升降運(yùn)動，達(dá)到運(yùn)輸目的。固定在轎廂上的導(dǎo)靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導(dǎo)軌往復(fù)升降運(yùn)動，防止轎廂在運(yùn)行中偏斜或擺動。常閉塊式制動器在電動機(jī)工作時松閘，使電梯運(yùn)轉(zhuǎn)，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上 維持其靜止?fàn)顟B(tài)， 以便 人員和貨物出入。轎廂是運(yùn)載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動機(jī)功率。補(bǔ)償裝置用來補(bǔ)償曳引繩運(yùn)動中的張力和重量變化，使曳引電動機(jī)負(fù)載穩(wěn)定，轎廂得以準(zhǔn)確停靠。電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對電梯運(yùn)動的控制，同時完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時顯示轎廂的運(yùn)動方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運(yùn)行安全。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 電梯以曳引電機(jī)為核心，通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電梯的上下運(yùn)行，在此基礎(chǔ)上增加了電梯門的開關(guān)，也同樣用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制電梯門的開關(guān)；具體到電梯的上下運(yùn)行和停留時，會用到很多的傳 感器和接觸器等附加的器件，這樣才能保證電梯在樓層之間正確平穩(wěn)的運(yùn)行，更多的也會考慮到乘客的安全、舒適等各種問題，這些問題和解決方案將會在電梯硬件和軟件的選擇、安裝和控制中詳細(xì)說明。 圖 電梯工作原理圖 電梯的組成 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，電氣部分相當(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)的綜合產(chǎn)品。對于電梯的結(jié)構(gòu)而言 ,傳統(tǒng)的方法是分為機(jī)械部分和電氣部分 ,但以功能系統(tǒng)來描述 ,則更能反映電梯的特點(diǎn)。 電梯的結(jié)構(gòu)包括：四大空間，八大系統(tǒng) 。 四大空間 即 機(jī)房部分、井道及地坑部分、轎廂部分、層站部分。八大系統(tǒng) 即 曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng) [13]。 下面簡單介紹電梯機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)。 (1)曳引系統(tǒng) 曳引系統(tǒng)由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪和反向輪組成。 曳引機(jī)由電動機(jī)、聯(lián)軸器、制動器、減速箱、機(jī)座、曳引輪等組成，它是電梯的動力源。鋼絲繩的兩端分別連接廂箱和對重上，依靠鋼絲繩與曳引輪繩槽之間的摩擦2 2 6 4 5 1 3 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 力來驅(qū)動轎廂升降。導(dǎo)向輪 的作用是分開轎廂和對重的間距，采用復(fù)繞型時還可增加曳引能力。 (2)導(dǎo)向系統(tǒng) 導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成，它的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重智能沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動。導(dǎo)軌固定在導(dǎo)軌架上，導(dǎo)軌架是承重導(dǎo)軌的組件，與井道壁連接。導(dǎo)靴裝在轎廂和對重架上，與導(dǎo)軌配合，強(qiáng)制轎廂和對重的運(yùn)動服從于導(dǎo)軌的直立方向。 (3)門系統(tǒng) 門系統(tǒng)是由轎廂門、層門、開門機(jī)、連動機(jī)構(gòu)、門鎖等組成。轎廂門設(shè)在轎廂入口，由門扇、門導(dǎo)軌架、門靴和門刀等組成。層門設(shè)在層站入口，由門扇、門導(dǎo)軌架、門靴。門鎖裝置以及應(yīng)急開鎖裝 置組成。開門機(jī)設(shè)在轎廂上，是轎廂門和層門啟閉的動力源。 (4)轎廂 轎廂是運(yùn)送乘客或貨物的電梯組件。它是由轎廂架和轎廂體組成。轎廂架是轎廂體的承重構(gòu)架，由橫梁、立柱、底梁和斜拉桿等組成。轎廂體由轎廂底、轎廂壁、轎廂頂及照明、通風(fēng)裝置、轎廂裝飾件和轎內(nèi)按鍵組成。轎廂的大小由額定載重量或額定載客人數(shù)決定。 (5)重量平衡系統(tǒng) 重量平衡系統(tǒng)由對重和重量補(bǔ)償裝置組成。由對重架和對重塊組成。對重將平衡轎廂自重和部分房的額定的載重。重量補(bǔ)償裝置是補(bǔ)償高層電梯中轎廂與對重側(cè)曳引鋼絲繩長度變化對電梯平衡設(shè)計影響的裝置。 (6)電力拖動裝置 電力拖動裝置由曳引電機(jī)、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、調(diào)速裝置等組成，它的作用是對電梯實(shí)行速度控制。曳引電機(jī)是電梯的動力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電動機(jī)或直流電機(jī)。供電裝置是為電機(jī)提供電源的裝置。速度反饋裝置是為調(diào)速系統(tǒng)提供電梯運(yùn)行速度信號。一般采用測速發(fā)電機(jī)或速度脈沖發(fā)生器與電機(jī)相連。調(diào)速裝置用于對曳引電機(jī)實(shí)行調(diào)速控制。 (7)電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)由操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏、平層裝置、選層裝置等組成，它的作用是對電梯的運(yùn)行實(shí)行操縱和控制。操縱裝置包括轎廂內(nèi)的 按鈕操作箱或手柄開關(guān)箱、層站召喚按鈕、轎頂盒及房中的檢修或應(yīng)急操縱箱。 (8)安全保護(hù)系統(tǒng) 安全保系統(tǒng)包括機(jī)械和電氣的各類保護(hù)系統(tǒng)，可保護(hù)電梯的安全使用。機(jī)械方面：限速器和安全鉗起超速保護(hù)作用，緩沖器起沖頂和撞底保護(hù)作用，還有切斷電源的極限保護(hù)裝置。而電氣的保護(hù)在電梯的各個環(huán)節(jié)都有。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 電梯系統(tǒng)由電梯機(jī)械部分和控制部分組成。為了能夠簡潔明了的介紹電梯的各個功能實(shí)現(xiàn)，需要對各硬件部分進(jìn)行分析。電梯的基本框架是每一層門廳都要有門廳按鈕，除了底樓和頂樓只需要一個門廳按鈕外，其余各層要安裝兩個門廳 按鈕。還需要安裝控制電梯平層和減速的傳感器感應(yīng)片，除了底樓和頂樓只各安裝一片減速感應(yīng)片和平層感應(yīng)片外，其余各層都要安裝兩片減速感應(yīng)片和平層感應(yīng)片，而與這些感應(yīng)片相對應(yīng)的 4 個傳感器安裝在轎廂的頂端。在底樓和頂樓需要安裝機(jī)械式的限位器，保證電梯在失控的時候不會超過頂樓和底樓。曳引機(jī)載整個電梯的頂樓，按照一般的設(shè)置，整個機(jī)房在樓層頂部。 控制設(shè)備由 PLC、變頻器、電腦主機(jī)、等組成，其主要作用是通過 PLC 接受從電梯傳來的信號設(shè)置變頻器控制電梯的上下運(yùn)作，設(shè)定電梯的運(yùn)行模式 [14]。 電梯曳引機(jī)部分 電梯 的曳引機(jī)通常是由曳引電動機(jī)、制動器、減速箱及座底組成。 電梯曳引電動機(jī)并不是通常的工業(yè)用交流感應(yīng)電動機(jī)，電梯是典型的位能負(fù)載，根據(jù)電梯的工作性質(zhì)，電梯曳引電動機(jī)應(yīng)具有如下特點(diǎn)。 (1)能頻繁的啟動和制動； (2)啟動電流小； (3)電動機(jī)運(yùn)行噪聲； (4)對電動機(jī)的散熱要做周密考慮； (5)電梯曳引電動機(jī)為雙繞組雙速電動機(jī)。 除了上述特點(diǎn)外，電梯交流調(diào)速用曳引電動機(jī)往往備有兩個軸伸端：其中一段為傳動端，與減速耦合；另一段為非傳動端，通常裝有飛輪，用以增加運(yùn)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量，改善乘客的舒適感。 限 位器和傳感器部分 在整個裝置中使用了四個限位器和四個傳感器。四個限位器是機(jī)械的，上行減速限位器和上行平層限位器，下行于上行類似。限位器和銅片相對應(yīng)，傳感器與銅片配合使用，只有當(dāng)傳感器與相應(yīng)的銅片對齊時，傳感器上的紅燈才會亮，因此銅片的位置十分關(guān)鍵，它的位置調(diào)整也十分麻煩。 轎廂和開關(guān)門電動機(jī)部分 轎廂上除了上一節(jié)介紹的四個傳感器以外還有開關(guān)門電動機(jī)也是十分重要的，其開關(guān)門裝置由電動機(jī)控制，在其齒輪帶上有兩個綁定的機(jī)械限位器，用以確定轎門的狀態(tài)是開還是關(guān)。當(dāng)開關(guān)門電動機(jī)轉(zhuǎn)動時，就會帶動兩根金屬絲， 改變限位器的狀態(tài)，并以開關(guān)量的形式傳送給 PLC。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 變頻器部分 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)代使用的變頻器主要采用交 直 交方式，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源提供給電動機(jī)，變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制四個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM波形。中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 變頻器是利用輸出功 率可改變的交流電力拖動設(shè)備。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給電機(jī)定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流元件整流變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電。以此為電源再供給電機(jī)使用。 電梯的調(diào)速要求除了一般工業(yè)控制的靜態(tài)、動態(tài)性能外，它的舒適度指標(biāo)往往是選擇中的一項(xiàng)重要內(nèi)容 ,為使乘客擁有良好的舒適感，電梯采用 S 型速度曲線，轉(zhuǎn)換成頻率曲線 如圖 所示，以改善電梯運(yùn)行的舒適感。另外，由于電梯在建筑物內(nèi)的耗電量占建筑物總用電量的相當(dāng)比例，因此，電梯節(jié)約用電日益受到重視。 圖 電梯運(yùn)行曲線 MM440 是西門子公司生產(chǎn)的通用型矢量變頻器，它性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，功能齊全，在電梯行業(yè)首次使用。 可編程序控制器 PLC 和 MM440 變頻器之間的通訊可有兩種方式，一種是串行通訊 ,采用串行通訊只需一根雙芯屏蔽電纜西門子專