基于PLC的三层电梯控制设计.doc

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1、兰州职业技术学院毕业设计（论文）开题报告课 题 基于PLC三层电梯控制设计所属教学单位 兰州职业技术学院 专 业 机械制造及自动化 年 级 09A 学 号 20090106122 姓 名 范 瑞 荣 指导教师 赵 翔 年 月 日一、选题性质 （ ）应用理论研究 （）应用研究 二、选题目与理论、实践意义本次设计主要内容是进行电梯控制电路设计，在设计中运用到了可编程控制器应用技术、电梯及其应用等多门课程知识，并应用三菱PLC编程软件进行程序设计及校验，因此是一个非常重要综合实践环节，也是一次全面、规范实践训练。通过这次训练，使我们在众多方面得到了锻炼与培养，主要表达在如下几方面:（1）培养了我们理

2、论联系实际设计思想，训练了综合运用机械设计课程与其他相关课程基础理论并结合生产实际进行分析与解决工程实际问题能力，巩固、深化与扩展了相关电梯设计方面知识。（2）通过对常用、较简单机电梯电路设计，使我们掌握了一般电梯设计程序与方法，树立正确工程设计思想，培养独立、全面、科学工程设计能力与创新能力。 （3）另外培养了我们查阅与使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料能力以及计算机辅助设计方面能力。（4）更进一步学习PLC相关知识，了解世界先进水平，尽可能多应用于实践三、课题研究主要内容 本课题主要研究是基于PLC三层电梯控制电路设计，包括电气控制技术设计与PLC技术设计。通过设计编制PLC程序实现

3、电梯自动控制，提供较为直观、准确电梯运行状态，为维修与故障诊断提供多方面可能性，充分提高工作效率。本课题侧重于对电梯控制方式选择，电梯工作过程及PLC简介等内容，进一步结合生产实际进行分析与解决工程实际问题能力，巩固、深化与扩展了相关电梯设计方面知识，最后完成电梯控制电路设计。四、课题研究方法、策略及基本条件通过大量查阅文献资料，将理论及实践结合，进行比较分析，完成设计。通过对教材以及网上搜集资料做了详细分析，以此了解了电梯工作过程。本人做该课题所具备基本条件：本人已经有了一定专业知识储备，具备了一定设计及自学能力；该课题相关设计资料与相应软件齐全；且目前已搜集了大量及基于PLC电梯控制电路有

4、关理论及操作资料。借助于计算机技术以及相关软件，完成PLC程序设计以及校验，并且完成电气控制。最后整理资料，准备答辩总结优点，寻找差距，改进缺点。五、课题研究步骤与总体安排步骤：1、选定设计方法及步骤；2、电梯控制方式选择；3、电梯控制方式选定；4、电梯结构组成；5、电梯工作过程；6、PLC简介；7、PLC程序设计；8、PLC程序校验；9、完成电梯控制电路设计10、毕业设计整理。11、录入毕业设计电子文档。12、准备毕业设计答辩。安排：1、第一阶段完成资料收集工作。2、第二阶段完成开题报告。3、第三阶段完成毕业设计。4、第四阶段提交毕业设计。六、成果形式描述 对电梯工作过程有了更深入了解，同时

5、也对电梯控制电路及PLC编程有了更全面认识。七、指导教师意见及指导安排指导教师签字：年 月 日八、所属教学单位意见 负责人签字： 年 月 日摘要本论文通过讨论电梯控制系统组成，阐述可编程控制器(PLC)在电梯控制中应用，采用三菱PLC编程控制方式，提出了三层电梯PLC控制系统总体方案、设计过程、组成、列出了具体主要硬件电路，电梯控制梯形图及指令表，并给出了系统组成框图与程序流程图，在分析、处理随机信号逻辑关系基础上，提出了PLC编程方法，设计了一套完整电梯控制系统方案，采用本方案实现电梯控制，能够解决继电器接触器触点多，故障率高，可靠性差，安装调试周期长，维修工作量大，接线复杂等缺点。使电梯运

6、行更加安全、方便、舒适。 关键词：电梯、PLC、梯形图目录引言1一 电梯概述1 电梯发展史1 PLC发展简介11.3 电梯控制系统进行PLC改造目及意义1二 三层电梯主要组成及控制要求2 三层电梯控制要求22.2 电梯组成及系统简介2 电梯基本原理2三 三层电梯PLC控制系统设计3 三层电梯硬件电路设计33.2 三层电梯主电路设计3 三层电梯梯形图程序.3结束语4致谢5参考文献6引言电梯是高层建筑不可缺少运输工具，用于垂直运送乘客与货物，传统电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用 PLC组成控制系统可以很好地解决上述问题。随着科学

7、技术发展、近年来，我国电梯生产技术得到了迅速发展一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。更新换代生产更新型电梯，电梯主要分为机械系统及控制系统两大部份，随着自动控制理论及微电子技术发展，电梯拖动方式及控制手段均发生了很大变化，交流调速是当前电梯拖动主要发展方向。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电路控制系统(“早期安装电梯多位继电器控制系统)、PLC控制系统、微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而PLC控制系统由于

8、运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计与调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统技术改一 电梯概述1.1 电梯发展史电梯进入人们生活已经150年了。1854年，在纽约水晶宫举行世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥斯第一次向世人展示了他发明。他站在装满货物升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯提拉缆绳。令人惊讶是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中奥斯先生发明升降梯安全装置发挥了作用。“一切安全，先生们。”站在升降梯平台上奥斯先生向周围观看人们挥手致意。谁

9、也不会想到，这就是人类历史上第一部安全升降梯。人类利用升降工具运输货物、人员历史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始升降系统，这套系统基本原理至今仍无变化：即一个平衡物下降同时，负载平台上升。早期升降工具基本以人力为动力。1203年，在法国海岸边一个修道院里安装了一台以驴子为动力起重机，这才结束了用人力运送重物历史。英国科学家瓦特发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。紧随其后，威廉汤姆逊研制出用液压驱动升降梯，液压介质是水。在这些升降梯基础上，一代又一代富有创新精神工程师们在不断改进升降梯技术。然而，一个关键安全问题始终没有得到解决，那就是一旦升降梯拉升缆绳

10、发生断裂时，负载平台就一定会发生坠毁事故。 奥斯先生发明彻底改写了人类使用升降工具历史。从那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。1889年12月，美国奥斯公司制造出了名副其实电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕绳索，悬挂并升降轿厢。1892年，美国奥斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统轿厢内拉动绳索操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150年来，电梯材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群

11、控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力优势；变速式自动人行道扶梯出现大大节省了行人时间；不同外形扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形观光电梯则使身处其中乘客视线不再封闭。如今，以美国奥斯公司为代表世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品研发，并不断完善维修与保养服务系统。调频门控、智能远程控制、主机节能、控制拒低噪音耐用、复合钢带环保一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果新型电梯竞相问世，冷冰冰建筑因此散射出人性光辉，人们生活因此变得更加美好。1.2 PLC发展简介一、PLC构成从结构上分，PLC分为固定式与组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/

12、O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。二、CPU核心CPU是PLC核心，起神经中枢作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC系统程序赋予功能接收并存贮用户程序与数据，用扫描方式采集由现场输入装置送来状态或数据，并存入规定寄存器中，同时，诊断电源与PLC内部电路工作状态与编程过程中语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定任务产生相应控制信号，去指挥有关控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系数据、控制及状态总线

13、构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少组成单元三、I/O模块PLC及电气回路接口，是通过输入输出部分（I/O）完成。I/O模块集成了PLCI/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。1.3 电梯控制系统进行PLC改造目及意义电梯作为现代智能建筑内代步工具，越来越显示它重要作用，为了适应电梯快速发展，由PLC控制代替传统继电器控制已成为发展定局。PLC是集计算机

14、控制、自动控制技术、通信技术为一体新型自动控制装置。它编程软件采用易学易懂梯形图语言。控制灵活方便，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，运用高性价比现代PLC控制方式，力求以人性化、智能化、置消防为一表达代化电梯。实际上电梯是根据外部呼叫信号与自身控制规律等运行，而呼叫是随机，电梯实际上是一个人机交互式控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制都不能满足控制要求。二 三层电梯主要组成及控制要求2.1 三层电梯控制要求每层电梯外有上下两个按钮，电梯内部有开门，关门、1、2、3五个按钮控制要求，某层当电梯有输入信号时电梯开始工作。 当电梯接收到某层输入信号时，在该层停止，由楼上

15、楼下输入信号决定电梯运动方向。停止时间由开门关门信号决定，开门关门信号每次工作20s.电梯。每次工作完成后停在1楼PLC电梯控制系统流程图：初始化是否有门厅呼叫是否有轿厢呼叫电梯选项确认本层与目标电梯运行楼层检测是否目标平层检测电梯制动开门延时关门是否停止运行停止YYYYY2.2 电梯组成及系统简介一 电梯结构及其装备可分为机械、电气两大部分，现主要介绍其机械组成系统结构：（1） 曳引系统（2） 导向系统（3） 轿厢（4） 门系统（5） 重量平衡系统（6） 电力拖动系统（7） 电气控制系统（8） 安全保护系统 电梯控制系统硬件结构图轿厢内外呼梯按钮脉冲计数光电编PLC控制器楼层显示电路 （7段

16、数码管）轿厢开关门电路呼梯按钮记忆等电路（发光二极管）变频器曳引电机（拖动电机上下运动）二 组成系统简介：1 曳引系统曳引系统主要功能是输出及传递动力，使电梯运行。曳引系统主要有曳引机、曳引钢丝绳、导向轮，反绳轮组成。2 导向系统导向系统主要功能是限制轿厢与对重活动自由度，使轿厢与对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨、导靴与导轨架组成。3 轿厢轿厢是运送乘客与货物电梯组件，是电梯工作部分。轿厢由轿厢架与轿厢体组成。4 门系统门系统主要功能是封住层站入口与轿厢入口。门系统由轿厢门、层门、开门机、门锁装置组成。5 重量平衡系统重量平衡系统主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢及

17、对重间重量差保持在限额之内，保证电梯曳引传动正常。重量平衡系统主要由对重与重量补偿装置组成。6 电力拖动系统电力拖动系统主要功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、电动机调速装置等组成。7 电气控制系统电气控制系统主要功能是对电梯运行实行操纵与控制。电梯控制系统主要有操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成。8 安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全事故发生。安全保护系统主要由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。2.3 电梯基本原理一 电梯工作原理由升降机械电动机带

18、动曳引机，驱动曳引钢绳及悬吊装置，拖动轿厢与对重在井道内作相对运动，轿厢上升对重下降，轿厢下降则对重上升，由此实现轿厢在井道中沿轨道上下运动。二 机械安全保护装置工作原理电梯轿厢两侧装有导靴，导靴从三个方面箍紧在导轨上，以便使轿厢与对重在水平方向准确定位。一旦发生运行超速或曳引钢绳拉力减弱情况，安装在轿厢上（有在对重上）安全钳启动，牢牢地把轿厢卡在导轨上，避免事故发生。如果当轿厢与对重控制系统发生故障时急速坠落，为了避免及井道地面发生碰撞，在井坑下部设置了档铁与弹簧式缓冲器，以缓与着地时冲击。三 三层电梯PLC控制系统设计3.1 三层电梯硬件电路设计硬件电路是系统用于驱动外部设备执行工作部分，

19、分为主电路与辅助电路，这电路采用380V三相电源，经交流接触器，热继电器等常用低压电器直接驱动三相电机运转。辅助电路以PLC器件为主，结合开关按钮用于控制主电路中各接触器、继电器通断，从而控制主电路运行状态。它采用交流220V与直流24V两路电源供电，其中24V电源连接按钮与开关，可以确保乘客操作安全。 三层电梯主电路设计电梯运行状态有4种：开门与关门，上升与下降。开门与关门可由一台电机正反转来控制实现。电机正传时电梯开门，反转电梯关门。门开到位或关紧时压下行程开关以切断电源，使开门电机停转。电梯上升与下降也有一台电动机来实现，正转电梯上升，反转电梯下降。并在每层楼中双向行程开关，电梯每达到一

20、个楼层时，压下该楼层平层开关，从而切断升降电机电源使电梯停车，为了防止电机长期过载运行或缺相运行而发热以至烧坏，在主电路中设有热继电器加以保护。同时设有熔断器加以短路保护，一旦发生电机短路、过载或缺相运行时，这些电器就会动作，从而及时切断电源。此外，在三相电源输入端设有组合开关，在主电路出现故障时，可以切断并隔离电源给检修带来安全与方便。电梯主电路：图L1、L2、L3为三相电源，三相电动机M3为电梯轿厢上行与下行电动机，由KM7与KM8分别控制电动机正反转从而控制轿厢上行与下行；M1、M2、M3为电梯开关门控制直流电机，分别由接触器KM1KM6触点控制；QS1为总开关，起隔离电源作用；FU为熔

21、断器，起短路与严重过载保护；FR为热继电器，起过载与短相保护作用。 三层电梯梯形图程序根据要求，满足本课题控制要求PLCI/O点地址分配如下：输入接口分配表(I)X001一层内呼SB1X013一层开门到位SQ1X004一层到位SQ7X002二层内呼SB2X014二层开门到位SQ2X005二层到位SQ8X003三层内呼SB3X015三层开门到位SQ3X006三层到位SQ9X023一层外呼SB4X020一层关门到位SQ4X010一层防夹SQ10X024二层外呼SB5X021二层关门到位SQ5X011二层防夹SQ11X025三层外呼SB6X022三层关门到位SQ6X012三层防夹SQ12输出接口分配

22、表(O)Y1灯LY14一层关门KM4Y2上升显示L4Y15二层关门KM5Y3下降显示L5Y16三层关门KM6Y4一层到位显示L1Y13电梯上升输出KM7Y5二层到位显示L2Y17电梯下降输出KM8Y6三层到位显示L3Y11二层开门KM2Y10一层开门KM1Y12三层开门KM3PLC外部接线图传送指令MOV K100 D10 XOOO传送示意图当触发条件被触发时，传送源数据到指定数据存储器，如上图，当X000触发时，把K100移到D10中去。比较指令比较指令示意图比较S1与S2里面数据，然后去控制D包含连续三个对象接通，上例中：S1S2 M0导通S1=S2 M1导通S1S2 M2导通即K100大

23、于C20当前值时，M0接通：K100等于C20当前值时时，M1接通：K100小于C20当前值时时，M2接通。电梯上下控制程序分析比较呼叫信号D1、楼层限位D2里面数值，以比较结果指挥电梯动作。D1D2,电梯在下，呼叫在上，电梯此时应该上升。D1=D2电梯及呼叫在同一位置，可根据不同楼层位置驱动不同门进行开关。通过传感器把电梯位置信号转换成相应信号送到寄存器D2里面去如果在第一层，把常数1赋给D2；如果在第二层，把常数2赋给D2;如果在第三层，把常数3赋给D2；电梯控制程序分析图电梯呼叫信号分析根据不同按钮动作把呼叫信号转换成数值存入寄存器DI里面当第一层呼叫时，就把常数1放在D1里面当第二层呼

24、叫时，就把常数2放入D1里面当第三层呼叫时，就把常数3放入D1里面1、 电梯呼叫信号程序（第一层）电梯呼叫信号图电梯楼层显示程序分析利用三个层限位开关进行判断：当第一层限位开关触发时，一层显示灯亮；当第二层限位开关触发时，二层显示灯亮；当第三层限位开关触发时，三层显示灯亮；三层电梯梯形图程序： 四 结束语在设计本系统之初，我三菱PLC编程语言知识几乎空白，特别是指令运用，除了在课堂上掌握个别指令外，其他几乎没见过，在教师与同学们帮助下，我首先对学过进行了复习，再了解并掌握了一部分课堂上没学过。在完成本设计过程中，我既感受到了面对自己无法解决问题时苦恼，也体会到问题最终得以解决时快乐。同时，也总

25、结了一些经验：1 一个详细周密计划对于完成一项任务重要性。实际上，我对于这次作业着手较早。但由于刚开始时间较松，在学习时就想到哪学到哪，没有认真计划。到后来发现同学们进步都已经赶上甚至超过我，这才又着急来，赶紧找资料。2 知识是一切良药。我对PLC学习实际上分两个阶段。前一段为学习语言而学习语言。在这个阶段，我总有隔物观花感觉，学似是而非。后一阶段边实践边学习，很多前一阶段不甚了了问题得到迎刃而解。3 要学会运用互联网工具。它是一个具有大量资源信息宝库，在这次毕业设计中如果没有互联网也许我完不成任务。所以一定要会并善于运用互联网工具。完成这次设计后回头来看，我完成并不完美。有很多需要提高与改进

26、地方。总之，经过这次毕业设计，我深刻认识到要完成一项任务首先必须有一个详细周密计划，要有系统思维方式与方法，对待一个新问题，要有耐心、要善于运用已有资源来解决；要勇于实践，在实践中发现与解决问题，要相信自己有解决问题能力与勇气。致谢通过这次毕业设计，我基本上掌握了PLC实现一个自动控制系统基本思路与实施步骤。在设计这个过程中，教师在各方面都给予了全面指导与帮助，教师渊博知识，求实创新，勤奋严谨治学风范，忘我工作作风时刻熏陶着我。教师因材施教、诲人不倦授业精神给我留下了深刻印象，这将使我受益终身。在校期间，得到了兰州职业技术学院各位代课教师亲切关怀与无私培养，使我在学习过程中学到了许多做人道理。在此我向您们道声;教师，您们辛苦了！参考文献PLC技术应用教科书第 22 页