多层电梯PLC07级电气自动化(PLC方向)二班.doc
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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书(论文)
加图4.1、4.2的文字说明
毕业设计(论文)
(说明书)
题目:
多层电梯的PLC控制
姓名:
编号:
90701670
指导老师:
孙慧峰
平顶山工业职业技术学院
2010年6月5日
平顶山工业职业技术学院
毕业设计(论文)任务书
姓名
专业电气自动化(PLC方向)二班
任务下达日期2010年3月1日
设计(论文)开始日期2010年3月6日
设计(论文)完成日期2010年6月1日
设计(论文)题目:
A·编制设计
B·设计专题(毕业论文)
指导教师孙慧峰
系(部)主任郭宗跃
2010年6月5日
平顶山工业职业技术学院
毕业设计(论文)答辩委员会记录
自动化与信息工程系PLC专业,学生孟艳彩于2010年6月10日
进行了毕业设计(论文)答辩。
设计题目:
多层电梯的PLC控制
专题(论文)题目:
指导老师:
孙慧峰
答辩委员会根据学生提交的毕业设计(论文)材料,根据学生答辩情况,经答辩委员会讨论评定,给予学生毕业设计(论文)成绩为。
答辩委员会人,出席人
答辩委员会主任(签字):
答辩委员会副主任(签字):
答辩委员会委员:
,,
,,,,,,
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平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)评语
第页
共页
学生姓名:
孟艳彩专业电气自动化(PLC方向)年级二班
毕业设计(论文)题目:
多层电梯的PLC控制
评阅人:
指导教师:
(签字)年月日
成绩:
系(科)主任:
(签字)年月日
毕业设计(论文)及答辩评语:
摘要
本设计用PLC控制、变频器调速控制多层电梯的运行,主拖动采用永磁同步低速电动机进行拖动。
设计中选用西门子公司S7-200系列PLC,电梯的各种信号送到PLC然后又由PLC发出控制信号给指示信号、动力装置、楼层显示器及语音报站来控制和监视电梯的运行状态,电梯的工作方式主要有:
手动控制、自动控制、检修等。
当电梯处于自动运行方式时,PLC根据输入信号的呼叫信号和目前电梯所处的位置自动确定电梯的运行方向,到达目的层后,自动地平层、停车、开关门,在运行过程中显示电梯的实际位置和运行方向,同时完成对呼叫信号的显示、锁存、复位等工作;对电梯运行中的一些特殊情况,如急停、冲顶、撞底等自动进行处理或报警。
当电梯处于手动工作方式时,电梯的运行方向和到达目的的层由操作人员在检修站操纵决定,其余功能与自动状态相同。
本文在软件设计方面主要完成了选向、选层、显示、报站、指令发出、锁存和复位等设计。
关键词:
可编程控制器;变频器;变频控制;电梯
目录
摘要 5
第一章概述 7
1.1设计目的及意义 7
1.2电梯的发展简史 7
1.3电梯的基本原理 8
1.4电梯的主要构成部分 8
1.5PLC线路的优势 9
1.6电梯技术发展趋势 9
第二章电梯的设计 10
2.1电梯控制的设计要求 10
2.2电梯的设计方案 10
2.3电梯的速度运行曲线 12
2.4电梯可实现的控制功能 13
第三章电梯电气控制系统的硬件与选型 14
3.1可编程控制器 14
3.2变频器 14
3.3永磁低速同步电动机 14
3.4轴编码器 15
3.5楼层显示装置 15
3.6语音报站器 15
第四章电梯电气控制部分设计 16
4.1电梯电气控制部分设计思路图 16
4.2电梯电气控制部分设计线路图 17
4.3拽引电机主电路 18
4.4电气安全回路及内部接线图 19
第五章多层电梯PLC控制的软件设计 20
5.1 I/O编号及分配 20
5.2PLC控制分段程序设计 21
第六章结论 28
致谢 29
第1章概述
随着城市建设的不断发展,高层建筑不断增多,电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。
电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。
在许多交通设备中,电梯是自动化程度最高的先进设备的一种。
以前的电梯主要采用单片机控制,其性能等各方面都不太完善,现在电梯控制系统多采用PLC,从电梯的性能、器件的灵活性及安全保障方面等都有了很大的提高。
实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的,而呼叫是随机的,电梯实际上是一个人机交互式的控制系统,单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的,因此,电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。
目前电梯的控制普遍采用了两种方式,一是采用微机作为信号控制单元,完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运行功能,拖动控制则由变频器来完成;第二种控制方式用可编程控制器(PLC)取代微机实现信号集选控制。
1.1设计目的及意义
随着人类居住设施条件的飞速改善,电梯作为现代智能建筑内的代步工具,越来越显示出它的重要作用,为了适应电梯的迅速发展,由PLC和变频器控制代替传统继电器控制已成为发展趋势,PLC是集计算机控制、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。
它的编程软件采用易学易懂的梯形图语言,控制灵方便,抗干扰能力强,运行稳定可靠,本次设计对传统电梯控制方式加以更新,运用高性价比的现代PLC和变频器控制方式,力求推陈出新向人性化、智能化方向迈进。
设计出一款高效、安全、价廉、能个性化组合且能在商业办公楼、行政大楼、中小型宾馆和居民公寓中发挥显著作用的普及型电梯控制系统。
而变频调速在电梯起停平滑性上给人舒适感,也符合了当今产品人性化的要求,因此,本系统采用PLC控制的变频调速设计方法,取得了良好的效果。
1.2电梯的发展简史
据国外有关资料介绍,公元前2800年在古代埃及,为了建筑当时的金字塔,曾使用过由人力驱动的升降机械。
公元1765年瓦特发明了蒸气机之后,1858年美国研制以蒸气为动力,并通过皮带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯,1878年英国的阿姆斯特发明了水压梯,并随着水压梯的发展淘汰了蒸气梯,后来又出现了采用液压泵的控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯,这种液压梯至今仍为人们所采用。
18世纪末发明了电机,特别是交流双速电动机的出现,显著改善了电梯的工作性能。
在20世纪初,美国OTIS电梯公司首先使用直流电动机作为动力,生产出以槽轮式驱动的直流电梯。
从此以后,电梯这个产品,一直在日新月异的发展着。
目前的电梯产品,不但规格品种多,自动化程度高,而且安全可靠,乘坐舒适
1.3电梯的基本原理
曳引绳两端分别连着轿厢和对重,缠绕在曳引轮和导向轮上,曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动,靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力,实现轿厢和对重的升降运动,达到运输目的。
固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动,防止轿厢在运行中偏斜或摆动。
常闭块式制动器在电动机工作时松闸,使电梯运转,在失电情况下制动,使轿厢停止升降,并在指定层站上维持其静止状态,供人员和货物出入。
轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件,对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。
补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化,使曳引电动机负载稳定,轿厢得以准确停靠。
电气系统实现对电梯运动的控制,同时完成选层、平层、测速、指示工作。
指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。
安全装置保证电梯运行安全。
1.4电梯的主要构成部分
现在电梯已是我们日常生活离不开的工具,发展到目前电梯它的系统可分为三大组成部分,分别为:
1.机械部分
电梯作为现代化交通工具,已不再是简单的机电结合体。
其机械装置从设训‘到应用,无不渗透着最新科学技术,其结构也正在适应着飞速发展的电梯控制技术的需要。
它主要有电梯外壳,轿箱,钢丝绳,配重,导轨等组成。
2.电气控部分
电气系统是电梯作功的动力,它使电梯能够根据人们的意愿作一定形式的运动,例如匀速启动、稳速运行、平滑停车、准确平层、及时开门、安全节能等,这些功能都要靠拖动系统——电动机和控制系统——信号指令、调速控制等来完成。
3.安全部分
安全部分主要保证电梯在提升过程中出现的紧急情况是不至于出现人员伤亡事故,保证人身安全。
以上三部分中发展更快且最重要的部分是电器控制部分,我们设计也是设计这部分的内容。
1.5PLC线路的优势
1、功能强,性能价格比高
2、硬件配套齐全,功能完善,适用性强
3、可靠性高,抗干扰能力强
4、系统的设计、安装、调试工作量少
5、编程方法简单
6、维修工作量少,维修方便
7、体积小,能耗低
1.6电梯技术发展趋势
1.环保
绿色理念是电梯发展总趋势。
有专家预言“谁最先推出绿色产品并抢占市场,谁就掌握市场竞争主动权”。
发展趋势主要有:
不断改进产品的设计,生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的电梯。
电梯曳引采用尼龙合成纤维曳引绳,钢皮带等无润滑油污染曳引方式。
电梯装璜将采用无(少)环境污染材料。
电梯空载上升和满载下行电机再生发电回收技术。
安装电梯将无需安装手脚架。
电梯零件在生产和使用过程中对环境没有影响(如刹车皮一定不能使用石棉)并且材料是可以回收的。
2.蓝牙技术在电梯上应用
安装过电梯的人都知道放线、对线是费时、费力、极容易错的工作。
如果控制屏与召唤系统通过蓝牙技术连接起来实现无线召唤将会是电梯控制的另一场革命同时为我们带来巨大好处。
(1)安装期将减少30%以上,其直接好处是降低安装成本,客户也因从订梯到使用电梯周期费用减少和提高现金周转率。
(2)在电梯上使用蓝牙技术一定会使电梯控制系统大量使用最新最快微机,这将会进一步提高电梯整机可靠性,故障率大大降低,控制精度也进一步提高,带来的结果是电梯更加舒适,平层更加准确。
(3)很好地解决了电梯控制与外围设备的兼容和联系。
特别是可以把电梯和扶梯归纳到大楼管理系统或智能化管理小区系统中。
第2章电梯的设计
2.1电梯控制的设计要求
1.变频调速控制
2.传感器检测和调整
3.电机传动
4.旋转编码器定位
5.电梯控制系统的程序设计
6.变频调速、PLC编程、传感器调整等方面的综合训练
7.电梯检修训练
8.电梯消防直驶
通过编程,使上述功能按一定顺序排列即可完成同实现生活中电梯同样的控制功能。
2.2电梯的设计方案
2.2.1电梯的基本结构设计
1.多层电梯层数六层,楼层号标为“-1、1~5”。
高度188cm的电梯模型。
2.电梯模型的电气部分由永磁低速同步电动机、变频器、PLC、欧姆龙旋转编码器、语音到站钟等组成
3.机械部分有框架、导轨、轿厢、配重及电梯呼盒组成。
4.本装置提供实现现代化电梯控制各种功能的检测信号、控制执行机构和显示器件。
检测信号分为外呼信号、内选信号、平层信号、位置检测信号、轿厢门开闭位置信号、轿厢门防夹人保护信号、上、下极限位保护信号等。
电梯轿厢可上下运行,轿厢门具有开关和限位等保护功能。
显示实现每个楼层的当前轿厢所处位置楼层显示、运行方向显示、外呼/内选信号的回应显示。
5.电梯的主拖动由变频器驱动同步电机实现,能够仿真实际电梯的运行速度。
带有检测电梯位置的编码器能精确检测轿厢位置,从而控制电梯的加速、减速过程。
6.检修、消防站,在电梯出现故障/测试电梯运行时,可在检修站操作电梯,控制电梯的运行方向,在安全时刻打开电梯门。
消防:
模拟练习在出现火灾等情况下,电梯的运行情况。
2.2.2电梯电气控制系统的设计方案选定
1.继电器-接触器控制
继电器-接触器控制系统具有简单易懂、操作方便、价格便宜、硬件标准化等优点,已有上百年的历史,它是用弱点信号控制强电系统的控制方法,但在复杂的继电器控制系统中,故障的查找和排除困难,花费时间长,严重地影响工业生产。
在工艺要求变化的情况下,控制柜内的元件和接线需要做相应的变动,改造工期长、费用高,以至于用户宁愿另外制作一台新的控制柜。
2.PLC控制
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
它具有以下优点:
可靠性高,抗干扰能力强;配套齐全,功能完善,适用性强;易学易用,深受工程技术人员欢迎;系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造;体积小,重量轻,能耗低。
3.变频器调速
变频器具有以下特点:
1)电源隔离:
把电网与电机的电力进行隔离。
2)可改变转速:
转速可从0--额定转速,可取代减速箱,滑差电机。
3)可节约电费(20-50%):
减少成本开支。
4)带有通讯接口,可与计算机连接,适合自动化控制(PC卡、PLC)。
5)带有各种(过流、过压、接地、短路等)保护功能:
使设备运行更可靠。
6)自动转矩补偿:
适用于带负荷启动的负载进行启动。
7)带有直流制动与软体刹车功能:
适用于大惯量负载。
8)带有点动功能:
便于调试设备。
9)可任意设定加减速时间:
使设备启停更平稳。
然而本方案也有很大的缺点,虽然在电梯起停平稳上问题解决了,但在控制电梯的平层、轿厢开关、数码显示等上面,仍需很多的硬件设施。
4.PLC控制下的变频调速控制
选择PLC控制下的变频调速控制,既能满足现代工业要求的可靠性高、抗干扰能力强、功能完善、适用性强,系统的设计、建造工作量小,维护方便等,也利用PLC丰富的输入输出口方便连接监控、保护显示等其它装置,同时在电梯的主拖动由变频器驱动同步电机实现,能够仿真实际电梯的运行速度。
带有检测电梯位置的编码器能精确检测轿厢位置,从而控制电梯的加速、减速过程。
随着电梯电器控制系统发展,传统继电器-接触器的控制有诸多不足,PLC控制的优势凸显,所以本设计对于电梯电气控制系统采用先进的PLC变频调速控制。
2.3电梯的速度运行曲线
为了满足舒适感提高运输效率及正确平层要求,电梯的速度给定曲线是一个关键环节。
人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的变化率,舒适感就意味着要平滑的加速和减速。
为了获得良好的舒适感,将电梯的起制动速度曲线设计成由两段抛物线(S曲线)及一段直线构成,而这一曲线形状的构成及改变,则是由加速度斜率及S曲线变化率决定的。
加速斜率是以速度给定从0加速到60转/分所需要的时间来定义的。
其意义为加速度由到60转/分所需要的时间。
因此通过改变起动加速时间可获得不同的起动曲线斜率。
增大加速时间值起动曲线变缓,反之,起动曲线变急。
同理,增加S曲线变化率起动曲线弯曲部分变缓,反之,起动曲线弯曲部分变急。
而S曲线变化率的变化,也可通过改变S曲线起始、终止加速时间来实现,本设计采用的西门子变频器就具有S曲线加速时间设定功能,故将加速时间和S曲线加速时间配合调整,即可获得理想的起动曲线。
同理,制动曲线也可按此方法调整。
理想的电梯速度给定曲线如图所示,
图中a为加速度,t为时间
电梯运行曲线如图1
A
0
t1t2t3t4t5t6
图2.3电梯运行曲线
2.4电梯可实现的控制功能
1)开始时,电梯处于任意一层。
2)当有外呼梯信号到来时,轿厢响应该呼梯信号,门打开,延时3s后自动关门。
3)当有内呼梯信号到来时,轿厢响应该呼梯信号,到达该楼层时,轿厢停止运行,轿厢到达该楼层时,轿厢停止运行,轿厢门打开,延时3s后自动关门。
4)在电梯轿厢运行过程中,轿厢上升(或下降)途中,任何反方向下降(或上升)的外呼梯信号均不响应,但如果某反向外呼梯信号前方再无其它内、外呼梯信号时,则电梯响应该外呼梯信号。
例如,电梯轿箱在一楼,将要运行到三楼,在此过程中可以响应二层向上外呼梯信号,但不响应二层向下外呼梯信号。
同时,如果电梯到达三层,如果四层没有任何呼梯信号,则电梯可以响应三层向下外呼梯信号。
否则,电梯轿厢将继续运行至四楼,然后向下运行响应三层向下外呼梯信号。
5)电
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