PLC控制電梯的設(shè)計

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1、畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目 基于PLC的電梯調(diào)度問題 系 別 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 日 期 摘 要 隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，自動控制技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展，而電梯作為現(xiàn)代高層 建筑的垂直交通工具，在工業(yè)、商業(yè)和民用方面應(yīng)用已十分廣泛，與人們的生活緊密相 關(guān)。本文利用西門子S7-200可編程控制器編寫的一個四層電梯的控制系統(tǒng)，主要分析并 敘述了電梯的控制、運行情況。 目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電器控制系統(tǒng) （早期安裝的電梯多繼電 器控制系統(tǒng)）、PLC控制系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)。由于 PLCM有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強、 設(shè)計配置靈活等

2、特點。自80年代后期PLC引入我國電梯行業(yè)以來，由PLC組成的電梯 控制系統(tǒng)被許多電梯制造廠家普遍采用。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中， PLC系統(tǒng)一 直是主流控制系統(tǒng)。為了改善電梯的舒適感和運行的可靠性，現(xiàn)在都改為用 PLC來控制 電梯的運行，這樣大大提高了電梯的性能。本文就是詳細介紹 PLC的特點及整個設(shè)計過 程。 關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)，電梯，西門子 摘 要 錯誤！未定義書簽。 1概 述 錯誤！未定義書簽。 1.1 可編程控制器（PLC）的產(chǎn)生及定義 錯誤！未定義書簽。 1.2 PLC的分類及特點 錯誤！未定義書簽。 1.3 PLC的工作原理 錯誤！未定義書簽。 1

3、.4 PLC的編程語言 VI 1.5 PLC在電梯中的應(yīng)用 I 1.6 電梯的發(fā)展歷程 1 2電梯的具體介紹 2 2.1 電梯的定義及組成 2 2.2 電梯的原理 3 2.3 電梯的PLC控制系統(tǒng)的功能分析 5 2.4 電梯PLC控制系統(tǒng)的解決思路 5 3電梯硬件設(shè)計 7 3.1 電梯的控制要求 7 3.2 PLC輸入輸出點數(shù)的確定 8 3.3 PLC機型的選擇 9 3.4 PLC外部硬件電路的設(shè)計 10 4附件 11 4.1 程序流程圖 12 4.2 程序梯形圖 14 致謝 19 參考文獻 20 1概 述 1.

4、1 可編程控制器(PLC)的產(chǎn)生及定義 1.1.1 可編程控制器(PLC)的產(chǎn)生 20世紀是人類科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的一個世紀， 電器控制技術(shù)也由繼電器控制過渡到 計算機控制系統(tǒng)。各種工業(yè)用計算機控制產(chǎn)品的出現(xiàn)，對提高機械設(shè)備自動控制性能起 到關(guān)鍵的作用。進入21世紀，各種自動控制產(chǎn)品在向著控制可靠，操作簡單，通用性 強，價格低廉的方向發(fā)展，使自動控制的實現(xiàn)越來越容易。 自動控制裝置的研究，是為了最大限度的滿足人們及機械設(shè)備的要求。曾一度在控 制領(lǐng)域占主導(dǎo)地位的繼電器控制系統(tǒng)，存在著控制能力弱，可靠性低的缺點，并且設(shè)備 的固定接線控制裝置不利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。 20世紀60年代末期，在技術(shù)浪

5、潮的沖擊 下，為使汽車結(jié)構(gòu)及外型不斷改進，品種不斷增加，需要經(jīng)常變更生產(chǎn)工藝。這就希望 在控制成本的前提下，盡可能縮短產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期，以滿足生產(chǎn)的需求，使企業(yè)在 激烈的市場競爭中取勝。美國通用汽車公司(GM)1986年提出了汽車裝配生產(chǎn)線改造項目 控制器的十項指標，即新一代控制器應(yīng)具備的 10項指標： (1)編程簡單，可在現(xiàn)場修改和調(diào)試程序； (2)維護方便，采用插入式模塊結(jié)構(gòu)； (3)可靠性高于繼電器控制系統(tǒng)； (4)體積小于繼電器控制柜； (5)能與管理中心計算機系統(tǒng)進行通信； (6)成本可與繼電器控制系統(tǒng)相競爭； (7)輸入量是115V交流電壓(美國電網(wǎng)電壓110);

6、 (8)輸出量是115V,輸出電流在2A,能直接驅(qū)動電磁閥； (9)系統(tǒng)擴展時，原系統(tǒng)只需作很小改動； (10)用戶程序存儲器容量至少4KR 1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)首先研制出第一臺符合要求的控制器，及可編程 邏輯控制器，并在美國GE公司的汽車自動裝置上試用成功。此后，這項研究技術(shù)迅速 發(fā)展，從美國、日本、歐洲普及到全世界。我國從 1976年開始研制，1977年應(yīng)用于工 業(yè)控制。目前世界上已有數(shù)百家廠商生產(chǎn)可編程控制器，型號多達數(shù)百種。 1.1.2 可編程控制器（PLC）的定義 IEC在1987年對可編程控制器（PLC）下的定義是： 可編程控制器（PLC）是一種數(shù)字

7、運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè) 計；它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯計算、順序控制、定 時、計數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令；并通過數(shù)字式或模擬式輸入 /輸出控制各種類 型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成 一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計。 由上述定義可見，PLC是工業(yè)專用計算機，這種計算機采用面向用戶的指令，因而 編程方便。它能完成“邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)操作” ，還具有“數(shù)字 量，模擬量輸入/輸出控制”的能力。并且容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)連為一體”，易于擴充。 因而可以說PLC是近乎理想的工業(yè)控制計

8、算機。 1.2 PLC的分類及特點 1.2.1 PLC的分類 目前，可編程控制器（PLC）產(chǎn)品種類很多，型號和規(guī)格也不統(tǒng)一。通常只能按照其 用途、功能、結(jié)構(gòu)、點數(shù)等進行大致分類。 （1）按點數(shù)和功能分類 可編程控制器用于對外部設(shè)備的控制， 外部信號的輸入及PLC運算結(jié)果的輸出都要 通過PLC輸入，輸出端子來進行接線，輸入輸出端子的數(shù)目之和被稱作 PLC的輸入，輸 出點數(shù)，簡稱I/O點數(shù)。 為滿足不同控制系統(tǒng)處理信息量的需求，PLC具有不同的I/O點數(shù)、用戶程序存儲 量和控制功能。由I/O點數(shù)的多少可將PLC分成小型，中型和大型。 小型PLC的I/O點數(shù)小于256點，以開關(guān)量控制為

9、主，具有體積小，價格低的優(yōu)點。 適合小型設(shè)備的控制。 中型PLC的I/O點數(shù)在256—1024之間，功能比較豐富，兼有開關(guān)量和模擬量的控 制能力，適用于較復(fù)雜的邏輯控制和閉環(huán)過程控制。 大型PLC的I/O點數(shù)在1024點以上，用于大規(guī)模過程控制，集散式控制和工廠自 動化網(wǎng)絡(luò)。 各廠家可編程控制器產(chǎn)品的自我定義的大、中、小各有不同。如有的廠家建議小型 PLC為512點一下，中型 PLC為512—2048點，大型PLC在2048點以上。 在大型安裝中，長距離輸入/輸出站點安放在最優(yōu)地點。長距離站通過同軸電纜雙 扭線連向CPU這種配置大大減少了物料和勞力，長距離子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng)不同 部

10、分可在到達安裝場地前由PLC制造商預(yù)先連好線，這一方法大大減少了電氣技術(shù)人員 的現(xiàn)場安裝時間。 從一開始，PLC便以易維護作為設(shè)計目標。由于幾乎所有器件都是固態(tài)的，維護時 只需更換模塊級插入式部件，故障檢測電路將診斷指示器嵌在每一部件中，就能指示是 否正常工作，借助于編程設(shè)備可見輸入/輸出是ON5是OFF還可寫編程指令來報告故 障。 PLC的這些及其它特性使之成為任何一個控制系統(tǒng)的有益部分。一旦安裝后，其作 用立即顯現(xiàn)，其收益也馬上實現(xiàn)，向其他智能設(shè)備一樣，PLC的潛在優(yōu)點還取決于應(yīng)用時 的創(chuàng)造性。 1.3 PLC的工作原理 PLC具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。

11、微機一般采用等 待命令的工作方式。PLC則采用循環(huán)掃描工作方式。在PLC中，用戶程序按先后順序存 放，CPUA第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條。如此周而復(fù)始 不斷循環(huán)。每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。 所謂I/O刷新即對PLC的輸入進行一次讀取，將輸入端各變量的狀態(tài)重新讀入 PLC 中存入內(nèi)部寄存器，同時將新的運算結(jié)果送到輸出端。這實際是將輸入、輸出狀態(tài)的寄 存器內(nèi)容進行了一次更新，故稱為“ I （輸入）/O（輸出）刷新”。 由此可見，若輸入變量在I/O刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化，則本次掃描期間輸出端也會 相應(yīng)的發(fā)生變化，或者說輸出輸入產(chǎn)生了響應(yīng)。反之，若在本次 I/O刷新之后

12、，輸入變 量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，即不響應(yīng)，而要到下一次掃描期間輸出才會產(chǎn)生 響應(yīng)。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，所以它的輸出對輸入的響應(yīng)速度要受掃描周 期的影響。掃描周期的長短主要取決于這幾個因數(shù)：一是 CPIB行指令的速度，二是每 條指令占用的時間，三是指令條數(shù)的多少，即程序的長短。 對于慢速控制系統(tǒng)，響應(yīng)速度常常不是主要的，故這種方式不但沒有壞處反而可以增強 系統(tǒng)抗干擾能力。因為干擾常是脈沖式的、短時的，而由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，常常要幾個 掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，瞬間干擾所引起的誤動作將會大大減少，故 故增加了抗干擾能力。 但對控制時間要求較嚴格、響應(yīng)速度

13、要求較快的系統(tǒng)，這一問題就需慎重考慮。應(yīng) 對響應(yīng)時做出精確的計算，精心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少周期造 成的響應(yīng)延時等的不良影響。 1.4 PLC的編程語言 PLC為用戶提供了完整的編程語言，以適應(yīng)編制用戶程序的需要。 PLC提供的編程 語言通常有以下幾種：梯形圖、指令表、功能圖和功能塊圖。 (1)梯形圖(LAD) 梯形圖(LAD)編程語言是從繼電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎(chǔ)上演變而來的。 PLC相形圖 與繼電器控制系統(tǒng)的基本思想是一致的，只是在使用符號和表達方式上有一定區(qū)別。梯 形圖的一個關(guān)鍵概念是“能流” (Power Flow) 0如果有“能流”從左至右流向線圈，則

14、 線圈被激勵。如沒有，則線圈未被激勵?！澳芰鳌币酝ㄟ^被激勵 (ON)的常開接點和未被 激勵(OFF)的常閉接點自左向右流?！澳芰鳌痹谌魏螘r候都不會通過接點自右向左流。 在梯形圖中，觸點代表邏輯“輸入”條件，如開關(guān)、按鈕、內(nèi)部條件等；線圈通常 代表邏輯“輸出”結(jié)果，如燈、電機接觸器、中間繼電器等。對 S7— 200的PLO說， 還有一種輸出“盒”，它代表附加的指令，如定時器、計數(shù)器和功能指令等。 梯形圖語言簡單明了，易于理解，是所有編程語言的首選。 (2)指令表(STL) 指令表(STL)編程語言類似于計算機中的助記符語言，它是可編程控制器最基礎(chǔ)的 編程語言。所謂指令表編程，是用一個

15、或幾個容易記憶的字符來代表可編程控制器的某 種操作功能。 (3)順序功能流程圖(SFC) 順序功能流程圖(SFC)編程是一種圖形化的編程方法，亦稱功能圖。使用它可以對 具有選擇等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進行編程，許多 PLC?提供了用于SF魏程的指令。 (4)功能塊圖(FBD) S7-200的PLC專門提供了 FBD編程語言，利用FBD可以查看到像普通邏輯門圖形的邏 輯盒指令。它沒有梯形圖編程器中的觸點和線圈，但有與之等價的指令，這些指令是作 為盒指令出現(xiàn)的，程序邏輯由這些盒指令之間的連接決定。也就是說，一個指令 （例 如ANDa)的輸出可以允許另一條指令(例如定時器)，這樣可以建立所需要的

16、控制 邏輯。這樣的連接思想可以解決范圍廣泛的邏輯問題。 FB的程語言有利于程序流的跟 蹤，但在目前使用較少。 在編程語言的選擇上，具體是用梯形圖編程還是語句表編程或使用功能圖編程，這 主要取決于以下幾點： (1)有些PLC使用梯形圖編程不是很方便，則可用語句表編程，但梯形圖比語句表 直觀。 (2)經(jīng)驗豐富的人員可用語句表直接編程，就像使用匯編語言一樣。 本設(shè)計中，選擇用梯形圖作為編程語言。 1.5 PLC在電梯中的應(yīng)用 隨著科技的發(fā)展，工業(yè)控制的自動化程度不斷提高，以微處理器為核心組成的可編 程序控制器(PLC得到了廣泛的應(yīng)用。很多工廠的生產(chǎn)流水線、加工設(shè)備、船舶上貨 物的裝卸裝置

17、、電梯的運行等都由 PLC控制，只要把預(yù)定的控制任務(wù)編成程序，用一審 指令的形式存放到存儲器中，然后根據(jù)各種指令，經(jīng)過模擬量、數(shù)字量等輸入輸出部件 對生產(chǎn)過程和設(shè)備進行控制。 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽 車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè) ，在電梯行業(yè)中也迅速發(fā)展。 57— 200可編程控制器是德國西門子公司研制的一種新型可編程控制器。它工作可 靠，功能強，存儲容量大，編程方便，輸出端可直接驅(qū)動 2A的繼電器或接觸器的線圈， 抗干擾能力強。因此，能夠滿足電梯對電氣控制系統(tǒng)的要求。S7-200系列小型PLC(Micro PLC)可應(yīng)

18、用于各種自動化系統(tǒng)。緊湊的結(jié)構(gòu)，低廉的成本及功能強大的指令集使得 S7- 200 PLC成為各種小型控制任務(wù)理想的解決方案。利用西門子 S7—200可編程序控制器 編寫一個四層電梯的控制系統(tǒng)。分別完成轎內(nèi)指令、廳外召喚指令、樓層位置指示、平 層換速控制、開門控制等控制任務(wù)。 PLC在電梯中的應(yīng)用也已很成熟。PLC作為主控制器，一方面要采集電梯的各種輸入信 號，包括電梯的位置、狀態(tài)、內(nèi)外指令的按鈕信號、門鎖信號、門區(qū)信號、井道內(nèi)的強 迫減速信號、防沖信號以及消防信號等。另一方面要把采集到的信號進行計算和處理給 出電梯的樓層信號和速度信號，并驅(qū)動相應(yīng)的開關(guān)門信號、方向繼電器和抱閘繼電 器，以

19、控制電梯的運行。我們利用 PLC內(nèi)的條件跳轉(zhuǎn)和主控指令，把對電梯的控制 程序劃分為幾個程序段：檢修控制、正常加速和穩(wěn)速段、減速爬行段、以及開關(guān)門階段。 當給電梯送電時，PLC就開始掃描電梯的所有輸入、輸出信號，檢測電梯的安全回路是 否接通、廳門轎門是否關(guān)閉、電梯處在何種狀態(tài)。正常自動狀態(tài)時， PLC檢測門鎖是否 接通，若門鎖不通則給出關(guān)門信號，控制電梯關(guān)門；當門鎖接通時，進入待機狀態(tài)，此 時收到指令信號電梯即起動。 1.6 電梯的發(fā)展歷程 人類利用升降工具運輸貨物、人員的歷史非常悠久。早在公元前 2600年，埃及人在 建造金字塔時就使用了最原始的升降系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的基本原理至今仍無變化

20、：即一個 平衡物下降的同時，負載平臺上升。早期的升降工具基本以人力為動力。 1203年，在法 國海岸邊的一個修道院里安裝了一臺以驢子為動力的起重機， 這才結(jié)束了用人力運送重 物的歷史。英國科學(xué)家瓦特發(fā)明蒸汽機后，起重機裝置開始采用蒸汽為動力。 緊隨其后， 威廉?湯姆遜研制出用液壓驅(qū)動的升降梯，液壓的介質(zhì)是水。在這些升降梯的基礎(chǔ)上， 一代又一代富有創(chuàng)新精神的工程師們在不斷改進升降梯的技術(shù)。然而，一個關(guān)鍵的安全 問題始終沒有得到解決，那就是一旦升降梯拉升纜繩發(fā)生斷裂時，負載平臺就一定會發(fā) 生墜毀事故。 如今，世界各大著名電梯公司各展風(fēng)姿，不斷進行電梯新品的研發(fā)，并不斷完善維 修和保養(yǎng)服務(wù)系統(tǒng)

21、。調(diào)頻門控，智能遠程監(jiān)控，主機節(jié)能，控制柜低噪音耐用，復(fù)合鋼 帶環(huán)保一一一款集納了人類在機械、電子、光學(xué)等領(lǐng)域最新科研成果的新型電梯競相問 世，讓冷冰冰的建筑散發(fā)出人性的光輝，也讓人們的生活變得更加美好。 據(jù)悉，1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙?格雷夫斯?奧 的斯第一次向世人展示了他的發(fā)明。他站在裝滿貨物的升降梯平臺上，命令助手將平臺 拉開到觀眾都能看得到的高度，然后發(fā)出信號，令助手用利斧砍斷了升降機的提拉纜繩。 令人驚訝的是，升降機并沒有墜毀，而是牢牢地固定在半空中一一奧的斯先生發(fā)明的開 降梯安全裝置發(fā)揮了作用。“一切安全，先生們，”站在升降機平臺上的奧的斯先生向周

22、 圍觀看的人們揮手致意。誰也不會想到，這是人類歷史上第一部安全升降梯。 中國最早的一部電梯出現(xiàn)在上海，并且由美國奧的斯公司于 1901年安裝。1932年 由美國奧的斯公司安裝在天津利順德酒店的電梯至今還在安全運轉(zhuǎn)著。 1951年，黨中央 提出要在天安門安裝一臺由我國自行制造的電梯，天津從慶生電機廠榮接此任，四個月 后不辱使命，順利地完成了任務(wù)。十一屆三中全會后，沐浴著改革開放的春風(fēng)，我國電 梯業(yè)進入了高速發(fā)展的時期。如今，在我國任何一個城市，電梯都得到了廣泛的應(yīng)用。 電梯給人們的生活帶來了便利，也為我國現(xiàn)代化建設(shè)的加速發(fā)展提供了強大的保障。 隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，自動控制技術(shù)也得到了迅

23、猛發(fā)展，而電梯作為現(xiàn)代高層 建筑的垂直交通工具，在工業(yè)、商業(yè)和民用方面應(yīng)用已十分廣泛，與人們的生活緊密相 關(guān),所以，電梯行業(yè)在當代社會也是一個備受關(guān)注的行業(yè)。 2電梯的具體介紹 2.1 電梯的定義及組成 2.1.1 電梯的定義 一種以電動機為動力的垂直升降機，裝有箱狀吊艙，用于多層建筑乘人或載運貨物。 也有臺階式，踏步板裝在履帶上連續(xù)運行，俗稱自動電梯。服務(wù)于規(guī)定樓層的固定式開 降設(shè)備。它具有一個轎廂，運行在至少兩列垂直的或傾斜角小于 15。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。習(xí)慣上不論其驅(qū)動方式如何，將電梯作 為建筑物內(nèi)垂直交通運輸工具的總稱。 按額定速度

24、又可分為低速電梯（1米/秒以下）、快速電梯（1?2米/秒）和高速電梯 （2米/秒以上）3種。19世紀中期開始采用液壓電梯，至今仍在低層建筑物上應(yīng)用。 1852 年，差區(qū)的E.G.奧蒂斯研制出鋼絲繩提升的安全升降機。80年代，驅(qū)動裝置有進一步改 進，如電動機通過蝸桿傳動帶動纏繞卷筒、采用平衡重等。 19世紀末，采用了摩擦輪傳 動，大大增加了電梯的提升高度。 2.1.2 電梯的組成及功能 現(xiàn)代電梯主要由曳引機（絞車）、導(dǎo)軌、對重裝置、安全裝置（如限速器、安全鉗和 緩沖器等）、信號操縱系統(tǒng)、轎廂與廳門等組成。這些部分分別安裝在建筑物的井道和 機房中。通常采用鋼絲純摩擦傳動，鋼絲繩繞過曳引輪，

25、兩端分別連接轎廂和平衡重， 電動機驅(qū)動曳引輪使轎廂升降。電梯要求安全可靠、輸送效率高、平層準確和乘坐舒適 等。電梯的基本參數(shù)主要有額定載重量、可乘人數(shù)、額定速度、轎廂外廓尺寸和井道型 式等。 曳引系統(tǒng)：曳引系統(tǒng)主要由曳引機、曳引鋼絲繩，導(dǎo)向輪，反純輪組成 ，曳引系統(tǒng) 的主要功能是輸出與傳遞動力，使電梯運行。 導(dǎo)向系統(tǒng)：導(dǎo)向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只 能沿著導(dǎo)軌作升降運動。導(dǎo)向系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌，導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。 轎廂：轎廂是運送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂由轎廂架和轎 廂體組成。 門系統(tǒng)開門機，門鎖裝置組成. 重量平衡系統(tǒng)：系統(tǒng)的主要功能

26、是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對 重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動正常。系統(tǒng)主要由對重和重量補償 裝置組成。 電力拖動系統(tǒng)：電力拖動系統(tǒng)的功能是提供動力，實行電梯速度控制。電力拖動系 統(tǒng)由曳引電動機，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，電動機調(diào)速裝置等組成。 電氣控制系統(tǒng)：電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對電梯的運行實行操縱和控制。電氣控 制系統(tǒng)主要由操縱裝置，位置顯示裝置，控制屏 （柜），平層裝置，選層器等組成。 安全保護系統(tǒng)：保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。 由限速器, 安全鉗，緩沖器，端站保護裝置組成。 2.2 電梯的原理 2.2.1 電梯的結(jié)構(gòu)原理

27、電梯是機、電一體化產(chǎn)品。具機械部分好比是人的軀體，電氣部分相當于人的神經(jīng)， 控制部分相當于人的大腦。各部分通過控制部分調(diào)度，密切協(xié)同，使電梯可靠運行。盡 管電梯的品種繁多，但目前使用的電梯絕大多數(shù)為電力拖動、 鋼絲純曳引式結(jié)構(gòu)，圖2.1 所示是電梯的基本結(jié)構(gòu)剖視直觀圖。 從電梯空間位置使用看，由四個部分組成：依附建筑物的機房、井道；運載乘客 或貨物的空間一一轎廂；乘客或貨物出入轎廂的地點一一層站。即機房、井道、轎廂、 層站。 :門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統(tǒng)由轎廂門，層門， 1. 當曳引也 x ■引機底Hh 4.導(dǎo)向輪t & 6.皿 工導(dǎo)物支架， &曳弓I

28、端絲即 9.開關(guān)曾4b W.片京彝?開 美* 11. 12. 13， 14. 15， 1瓦 1&補便信， 19.笄件隹導(dǎo)輪I 2微第象置, 21.物Mb 221 Itfti SI. IDi %，梅盒（第》 25.愚帔拙蝌h 班,牌行電斷 費.轉(zhuǎn)% 終象內(nèi)舞以箱? 21 ffflfir 36荊I博圖器? 31 .電?開美1 32 . ftfeffii K引電機1 林■動詈（也 圖2.1 電梯基本結(jié)構(gòu)剖視圖 I 缶 I — — ^un J.也 1 * nt n全軌** 等轎轎安易里對

29、 2.2.2 電梯的工作原理 曳引純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，實現(xiàn)轎廂和對重的升 降運動，達到運輸目的。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)升降運動，防止轎廂在運行中偏斜或擺動。常閉塊式制動器在電動機工作時松 閘，使電梯運轉(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狀 態(tài)，供人員和貨物出入。轎

30、廂是運載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載 荷、減少電動機功率。補償裝置用來補償曳引純運動中的張力和重量變化，使曳引電動 機負載穩(wěn)定，轎廂得以準確停靠。電氣系統(tǒng)實現(xiàn)對電梯運動的控制，同時完成選層、平 層、測速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。安全裝 置保證電梯運行安全。 2.3 電梯的PLC控制系統(tǒng)的功能分析 整個升降電梯控制系統(tǒng)的組成由核心控制元件 PLC電機馬達開關(guān)、開關(guān)、按鈕、 指示燈、和外部光電傳感器等元部件組成。其中由面板旋鈕開關(guān)或帶鎖的鑰匙旋鈕開關(guān) 選擇整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，通過狀態(tài)安全繼電器的得電或失電來區(qū)分自動運行和手動運 行的輸出電源的

31、通和斷。這樣就使得系統(tǒng)只有在自動運行狀態(tài)下時 PLC的輸出端子才有 輸出電壓，當系統(tǒng)在手動運行狀態(tài)下時， PLC輸出端子上無輸出電壓。馬達開關(guān)作用為 當系統(tǒng)指令電機以工頻方式工作時，起到保護電機的作用。人機界面能夠方便操作人員 對設(shè)備進行操作和監(jiān)控，實時顯示設(shè)備工作狀態(tài)。指示燈向 PLC傳輸外部狀態(tài)信號，指 示電梯的工作狀態(tài)。自動化控制系統(tǒng)中的安全部分的緊急停止按鈕擁有最高的設(shè)備輸出 中止權(quán)，即無論在手動還是自動狀態(tài)下，只要緊停按鈕被按下，設(shè)備都會立即停止任何 動作。電梯井除了在高處和低處安裝了感應(yīng)電梯吊籃位置的光電傳感器，還在井架極限 高位和極限低位安裝了機械式的行程限位開關(guān)，確保電梯轎廂

32、不發(fā)生沖頂和撞底事故。 2.4 電梯PLC控制系統(tǒng)的解決思路 電梯系統(tǒng)電氣部分的主要組成就是電機拖動，信號元件以及轎內(nèi)和外部的控制按 扭。如何合理的設(shè)置和使用這些資源，對于解決這類問題至關(guān)重要。設(shè)計中首先要了解 控制對象的特點，從而確定有關(guān)的 PLC輸入、輸出點的選擇。 對于一個四層電梯的控制，要解決的主要問題包括以下幾個方面： (1)轎內(nèi)按扭以及各層門廳按扭的設(shè)置； (2)電梯運行位置的監(jiān)測； (3)電梯和各層門廳開關(guān)門狀態(tài)的監(jiān)測； (4)確定控制的邏輯。 通過上述問題的分析，可以完成對所需 PLC的控制點數(shù)的選擇，同樣作為一個邏 輯控制為主的系統(tǒng)，需要將被控電機作為唯一的

33、控制目標，所有的邏輯實現(xiàn)都是針對這 一目標進行的，而對此目標的控制又分成了正向/反向。當電梯轎內(nèi)或門廳呼叫按鈕按下 時，根據(jù)監(jiān)測到的上行或下行指令給出 相應(yīng)的信號，從而控制電梯的驅(qū)動電機進行相 應(yīng)的動作。當有多個呼叫信號到達時，執(zhí)行方式為優(yōu)先響應(yīng)電梯運行方向上的信號，再 響應(yīng)另一方向信號。對未及時響應(yīng)的信號要進行保留。 3電梯硬件設(shè)計 3.1 電梯的控制要求 上行要求： 1 .當電梯停于1層或2層、或3層時，按S4按鈕呼梯則電梯上升至LS4停。 2 .當電梯停于1層，若按S2按鈕呼梯，則電梯上升LS2停，若按S3按鈕呼梯，則電 梯轎箱上升至LS3停。 3 .當電梯停于2層，若按S

34、3按鈕呼梯，則電梯上升到LS3停， 4 .當電梯停于1層而S2、S3按鈕均有人呼梯時，電梯上升到 LS2暫停5秒后繼續(xù)上 升到LS3停。 5 .當電梯停于2層，而S3、S4按鈕均有人呼梯時，電梯上升到 LS3暫停5秒后繼續(xù) 上升到LS4暫停。 6 .當電梯、停于1層，而S2、S4按鈕均有人呼梯時，電梯上升到 LS2暫停5秒后， 繼續(xù)上升到LS4停。 7 .當電梯停于1層，而S3、S4按鈕均有人呼梯時，電梯上升到 LS3暫停5秒后繼續(xù) 上升到LS4停。 8 .當電梯停于1層，而S2、S3、S4按鈕均有人呼梯時，電梯上升到 LS2暫停5秒后 繼續(xù)上升到LS3暫停5秒后繼續(xù)上升到LS4停。

35、 下行要求： 9 .當電梯在4層或3層或2層時，按S1呼梯，則電梯下降到LS1停。 10 .當電梯停于4層，若按S3呼梯，則電梯下降到LS3停，若按S2呼梯，則電梯下降 至ij LS2停。 11 .當電梯停于3層，若按S2按鈕呼梯，則電梯下降到LS2停止。 12 .當電梯停于4層，而S2、S3按鈕均有人呼梯時，電梯下降到 LS3暫停5秒后繼續(xù) 下降至LS2停。 13 .當電梯停于4層，而S3、S1均有人呼梯時，電梯下降到 LS3暫停5秒，繼續(xù)下降 到LS1停止。 14 .當電梯停于4層，而S3、S2、S1按鈕均有人呼梯，則電梯下降到 LS3暫停5秒繼 續(xù)下降到LS2暫停5秒后，

36、繼續(xù)下降到LS1停止。 15 .當電梯停于3層，而S2、S1按鈕均有人呼梯，則電梯下降到 LS2暫停5秒后繼續(xù) 下降到LS1停止。 16 .當電梯停于2層，而S1、S3、S4按鈕均有人呼梯，則電梯先下降至 LS1暫停5秒 后，再上升。 17 .當電梯停于3層，而S1、S2、S4按鈕均有人呼梯，則電梯先下降至 LS2暫停5秒 后，繼續(xù)下降到LS1暫停5秒，再上升至LS4停止。 注：選擇方向與運行方向不一致時，呼叫無效，內(nèi)選同上。 3.2 PLC輸入輸出點數(shù)的確定 通過以上分析實現(xiàn)四層電梯的換向控制，設(shè)計中對這一控制功能必須的信號進行設(shè) 置，主要是完成PLC輸入輸出點數(shù)的確定。 (1

37、)輸入信號 首先要設(shè)置PLC的輸入，根據(jù)電梯控制的特點輸入點應(yīng)該包括轎內(nèi)及各層門廳控 制按鈕主要是轎內(nèi)的樓層選擇數(shù)字鍵 1-4;各層門廳按鈕，除一層只設(shè)置上升按鈕，四 層只設(shè)置下降按鈕外，其他幾層均設(shè)置上升和下降兩個按鈕。通過以上分析可得出對輸 入點數(shù)的確定如下表3.1所小。 表3.1控制系統(tǒng)輸入點分配表 廳P 名稱 輸入點 廳P 名稱 輸入點 0 四層內(nèi)選按鈕S4 I0.4 10 ［一層行程開關(guān)SQ1 I0.0 1 三層內(nèi)選按鈕S3 I0.5 11 二層行程開關(guān)SQ2 I0.1 2 二層內(nèi)選按鈕S2 I0.6 12 三層行程開關(guān)SQ3 I0

38、.2 3 一層內(nèi)選按鈕S1 I0.7 13 ［四層行程開關(guān)SQ4 I0.3 4 四層卜.呼按鈕D4 I1.3 14 ［開門按鈕S5 I1.6 5 三層卜.呼按鈕D3 I1.4 15 關(guān)門按鈕S6 I1.7 6 二層卜.呼按鈕D2 I1.5 16 ［開門行程開關(guān)SQ5 I2.0 7 一層上呼按鈕U1 I1.0 17 ［關(guān)門行程開關(guān)SQ6 I2.1 8 二層上呼按鈕U2 I1.1 18 紅外傳感左 I2.2 9 三層上呼按鈕U3 I1.2 19 紅外傳感右 I2.3 (2)輸出信號 通過以上分析可得出對輸出

39、點數(shù)的確定如表 3.2所示 表3.2控制系統(tǒng)輸出點分配表 廳P 名稱 輸出點 廳P 名稱 輸出點 0 1 四層外呼指示L4 : Q0.4 7 一一層內(nèi)選指小 L5 P Q1.1 1 三層外呼指示L3 Q0.3 8 開門繼電器 Q0.7 2 二層外呼指示L2 Q0.2 9 r關(guān)門繼電器 :Q1.0 3 1 一層外呼指示L11 Q0.1 10 上仃指小L9 P Q1.5 4 四層內(nèi)選指小L8 Q1.4 11 下行指示L10 Q1.6 5 三層內(nèi)選指示L7 1 Q1.3 12 r上行繼電器 Q0.5 6 二層內(nèi)

40、選指示L6 Q1.2 13 下行繼電器 Q0.6 3.3 PLC機型的選擇 PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類； 按CP審長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂?功能或輸入輸出點數(shù)選型。 整體型PLC^I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型 PLCg供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O點數(shù)，功 能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。 例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、 信號傳輸距離、信號隔離

41、、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的 輸 出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較 長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合， 但價格較 貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng) 一致。 PLC的供電電源，除了引進設(shè)備時同時引進 PLO根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選用 外，一般PLC勺供電電源應(yīng)設(shè)計選用220VACI源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場 合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果 PL冰身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供 的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計外接供電電源。為防

42、止外部高壓電源因誤操作而 引入PLC對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔 離。 通過上述分析，可以得出此四層電梯子程序?qū)崿F(xiàn)運行時需使用 20個輸入和14個輸 出，又對PLCL型的選擇作了詳細分析可得出對于電梯控制系統(tǒng)可以選用一些小型 PLO 實現(xiàn)，如德國西門子S7-200系歹1」的PLC 3.4 PLC外部硬件電路的設(shè)計 綜上分析，可設(shè)計出四層電梯控制系統(tǒng)的 PLCE置示意圖如下 Ia4 CPU2M Qa4 424V iae 107 HQ It。 11.1 心 flb 11,7 IQ.0 lOd Kl2 I0l3 3 12,1 12.2 I

43、U 小 COM oaj Qa2 QOlI 01X M3 Q1.2 5/1 QO 01.? QCL9 Q0L6 Q0.7 Q1.0 COM GND □ □□□ “ 3L2ULBL7LSL5L9U KM3 KM3 KM4 2+V -I 220VAC 圖3.3 PLC配置示意圖 4附件 通過上述分析，可以得出此四層電梯子程序?qū)崿F(xiàn)運行時需使用 20個輸入和14個輸 出,又對PLCL型的選擇作了詳細分析可得出對于電梯控制系統(tǒng)可以選用一些小型 PLO 實現(xiàn)，此次設(shè)計用德國西門子S7-200系列的PLG 以下是根據(jù)西門子S7-200系統(tǒng)設(shè)計

44、的四層電梯的程序流程圖（圖4.1）以及梯形圖 （圖4.2）。 ，"飛梯在一樓 N 口 電梯在一樓 \ NU NO y 一 口 —S有信中馬？ > - （接卜貞） NU 心C 廠、 丫E信號嗎丁'~~、>1 ￡ & 梯下降 \ O J/NO c \t MO <^4^^^>^ \f N口 &止］ O ^_^<2^3?"\^ YES / \ 一 六］下降J JJnd G止）

45、 小口 圖4.1 程序流程圖 91 圖4.2程序梯形圖

46、 致謝 此設(shè)計主要以PLC為核心，利用PLC的強大的控制功能，實現(xiàn)了對四層升降電梯的 控制。 利用梯形圖可以很直觀的看出電梯運行過程。利用可編程控制器控制升降電梯，具 有接線簡單、編程直觀、擴展容易等特點。當建筑物的層樓增加時，硬件接線上只需增 加樓層相應(yīng)的輸入信號。原來的接線不需改變，軟件上只需增加相應(yīng)樓層的功能，要改 動的地方也較少。調(diào)試結(jié)果表明，在適應(yīng)性、精確性和可靠性方面，到達到了設(shè)計的要 求，表明該設(shè)計方案是可行的。 通過本次設(shè)計，我受益匪

47、淺，無論在學(xué)習(xí)還是生活中都保持認真的態(tài)度。更重要的 是，我更了解了有關(guān)可編程控制器的功能。我選擇這個設(shè)計，也是為了能更深刻的了解 PLG做設(shè)計就要到現(xiàn)場調(diào)查研究收集資料，閱讀文獻，分析對比，設(shè)計計算，對每一 個數(shù)據(jù)都要細心琢磨，理論和實踐相結(jié)合，思考的越多，得到越多，不懂的問題也就解 決了，獨立工作能力逐漸增強，業(yè)務(wù)技術(shù)能力逐漸增強。 能很好的完成這次設(shè)計與老師的辛勤勞動和耐心細致地循循誘導(dǎo)分不開的， 他們學(xué) 識淵博，治學(xué)嚴謹，為指導(dǎo)我們搞設(shè)計，不辭辛勞，其嚴謹?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)和兢兢業(yè)業(yè)的工 作作風(fēng)是我們學(xué)習(xí)榜樣，在此我表示深切的感謝。 謹向高翔老師表示感謝。 謹向所有任課老師致以衷心的感謝

48、！我們即將畢業(yè)，在此，再一次向四年中在學(xué)習(xí) 和生活中給予過我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)致謝。 參考文獻 [1]李光弟編著.單片機基礎(chǔ).北京,北京航空航天大學(xué)出版社，2000 [2]王兆義編著.可編程控制器教程.可編程控制器教程.北京.機械工業(yè)出版社，2001 [3]汪曉光、王艷丹、孫曉瑛編著.可編程控制原理及應(yīng)用.北京.機械工業(yè)出版社，1994 [4]林小峰編著.可編程控制器原理及應(yīng)用.北京.高等教育出版社，1991 [5]梁延?xùn)|編著.電梯控制技術(shù)[M].北京.中國建筑出版社，1997 [6]鐘肇新、彭侃編著.可編程序控制器原理及應(yīng)用.廣州.華南理工大學(xué)出版社，1992 [7]劉載文、李贏升、鐘亞林.電梯控制系統(tǒng).北京.電子工業(yè)出版社，1996 [8]陳家盛編著.電梯結(jié)構(gòu)原理及安裝枝術(shù).北京.機械工業(yè)出版社，1990 [9]張漢杰編著.現(xiàn)代電標控制技術(shù).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版杜，1996 [10]余雷聲編著.電氣控制與PLC應(yīng)用.北京.機械工業(yè)出版社，1996 [11]洪忠渝編著.可編程序控制器的原理及應(yīng)用.青島.青島海洋大學(xué)，1988 21