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1、目目 录录 一一.选题背景及意义选题背景及意义 .1 1 （一）选题背景（一）选题背景 .1 1 （二）意义（二）意义 .1 1 二二.具体设计方案具体设计方案 .2 2 （一）控制要求（一）控制要求 .2 2 （二）（二）I/OI/O 分配分配 .2 2 （三）（三）硬件的外部接线图硬件的外部接线图 .3 3 三三.设计过程设计过程 .3 3 （一）设计思路（一）设计思路 .3 3 （二）工作原理（二）工作原理 .4 4 （三）主要器件选型（三）主要器件选型 .5 5 （四）结构设计（四）结构设计 .7 7 （五）（五）实操相片实操相片 .2121 四四.使用说明书使用说明书 .2525 五
2、五.毕业设计总结毕业设计总结 .2626 七七.参考资料参考资料 .2828 1 带超重保护别墅三层电梯带超重保护别墅三层电梯 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 一一.选题背景及意义选题背景及意义（一）选题背景（一）选题背景 1.在实行城镇化的今天,电梯随着我国居民生活水平显著提高,逐渐成为人们工作,生活中必不可少的垂直运输工具.房地产业飞速发展,促进了电梯行业的快速发展,人们对电梯的安全性、可靠性、外观性能，实用性能，舒适性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器(PLC)最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。
3、2.超过电梯的额定载重量时候，系统会发出警告，并且电梯不关门。因为超载运行会造成电梯事故，轻则关人，重则危及人身安全。所以在电梯上都装有超载保护装置。超载保护装置的工作原理：通过电梯的称重装置，判断电梯是重荷运行还是轻荷运行，在重荷运行启动时给电机输入一个预负载电流，以避免电梯启动时发牛轿厢瞬间下滑或上滑的现象。由于现代电梯能在小于负载情况下自动调整电梯的启动转矩，即根据电梯实际负载给出相应的启动电流，让电梯启动变得更为平稳顺畅，使电梯运行的舒适感、稳定性以及节能性达到最佳状态。3.传统的电梯停靠逻辑有个很大的问题，当电梯超重时，电梯会拒绝关门和启动，但是由于人体重的非线性分布，对于别墅中的家
4、用电梯，在乘坐电梯的过程中，出现超重或者失重的现象就必然会引起不舒适感.常见的技术方案是将超载报警装置安装在轿架下梁上。但现有的超载报警装置测量误差大，存在着很大的安全隐患，不适用于客流量大的电梯使用，因此设计了一种电梯用超重报警装置，该电梯用超重报警装置测量精确，安全性能高，具有很强的实用性。为避免出现安全事故，超重报警系统，承重模块和承重传感器等必不可少。好处：使人们出入更加便捷，在搬大型家具时会省时省力而且会防止家具碰坏。家里有老人，会防止老人因爬楼梯而受伤。（二）意义（二）意义 1.为了快速精准地检测电梯是否超载,本文设计了一种基于承重传感器的电梯超载检测装置,包括轿厢,固定装置和测量
5、控制器,其中固定装置包括固定架,称重和承重传感器等,结合外围设备,可快速反应超载与否并给予报警提示 2.通过设计可以增强学生对运动控制学的认识和进一步的实际运用；2 3.使学生能综合应用 PLC 技术（梯形图）、传感器技术、电气原理图设计技术等技术，增强综合设计能力。对自己所学的知识掌握，PLC 控制系统设计是机电一体化专业学生必须熟练操作的技能.二二.具体设计方案具体设计方案（一）控制要求（一）控制要求 设计要求分析：使用 PLCS7-200 作为主控制器，接收电梯的楼层呼叫信号与行程开关产生的楼层感应信号，经程序判断使曳引电机和门电机启动，并通过楼层指示灯和上下行指示灯显示电梯的行程，超载
6、与否并给予报警提示和故障则故障灯亮。（二）（二）I/O 分配分配 表 1 I/O 分配表 序号序号 P PLCLC 输入输入 电气符号电气符号 功能说明功能说明 PLCPLC 输出输出 电气符号电气符号 功能说明功能说明 1 I0.0 SB1 3 层内选按钮 Q0.0 L1 3 层指示灯 2 I0.1 SB2 2 层内选按钮 Q0.1 L2 2 层指示灯 3 I0.2 SB3 1 层内选按钮 Q0.2 L3 1 层指示灯 4 I0.3 SB4 3 层下呼按钮 Q0.5 L4 3 层内选指示灯 5 I0.4 SB5 2 层下呼按钮 Q0.6 L5 2 层内选指示灯 6 I0.5 SB6 2 层上
7、呼按钮 Q0.7 L6 1 层内选指示灯 7 I0.6 SB7 1 层上呼按钮 Q0.3 KM3 电梯上升指令 8 I0.7 SQ1 3 层行程开关 Q0.4 KM4 电梯下降指令 9 I1.0 SQ2 2 层行程开关 Q1.0 KM1 轿厢开门 10 I1.1 SQ3 1 层行程开关 Q1.1 KM2 轿厢关门 11 I1.2 SQ4 称重传感器信号 Q1.2 L7 报警显示器 14 主机输入 1M 接入电源+24V 电源正端 15 主机 1L 面板 GND 接入电源 GND 电源地端 设计方案：使用 PLCS7-200 进行数据的处理，(1)楼层位置感应，用行程开关实现，用霍尔元件输出的开
8、关量表示感应到的电梯当前位置，用三个开关量 SQ1,SQ1,SQ3 表3 示。楼。SQ1,SQ2，SQ3 即行程开关。(2)电梯指令按钮按下，表示要到达的楼层。（三）（三）硬件的外部接线图硬件的外部接线图 1.硬件接线图 图 1 接线图 三.设计过程设计过程（一）设计思路（一）设计思路 从设计角度看，省空间设计而又美观的电梯安装方案是位于旋转楼梯中间安装全景观光电梯。由于家用电梯占地空间小、自带四面玻璃井道，是理想选择之一。该电梯用超重报警装置测量精确，安全性能高，具有很强的实用性。，可直接安装或仅相当于地砖装饰面高度，安装无需破坏土建结构。仅需简单的固定点，即可安装于家中室内室外任何一面靠墙
9、位置或楼板开孔位置，靠墙面可选用定制钢板喷涂颜色，其他面可根据装修风格搭配透明玻璃或钢板，由于无需底坑设计无顶层高度示求，对于顶层高度不够的4 建筑空间，还可定制半高门设计。随着经济水平的提高以及人们对品质生活的追求，越来越多的家庭都选择在自家别墅中安装一台电梯共家人使用。但是对于一些早期建造的别墅，很多都没有预留电梯安装位置，需要重新选取位置之后加装，这种情况下电梯的选取位置至关重要，它决定着电梯的尺寸及后期使用中的方便程度。（二）工作原理（二）工作原理 图 2 工作原理 电梯由曳引机（绞车）、导轨、对重装置、安全装置（如限速器、安全钳和缓冲器等）、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。这些部分分
10、别安装在建筑物的井道和机房中。通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，两端分别连接轿厢和平衡重，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。电梯要求安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。电梯的基本参数主要有：电梯型号 TKJ1200/1.75-VVVF 额定载重量为 750KG-1200KG，可乘人数 12，额定速度1.75m/s，轿厢外廓尺寸长 1600mm，宽 1400mm，开门方式：中分式，井道型式。电力拖动系统：电力拖动系统的功能是提供动力，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。电气控制系统：电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制
11、。电气控制系统主要由操纵装5 置，位置显示装置，控制屏（柜），平层装置，选层器等组成。安全保护系统：保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、夹绳器、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。（三三）主要器件选型）主要器件选型 1.控制器选型 本文提出了一种基于西门子 S7-200 系列 PLC.的三层电梯控制系统方案。本方案以西门子 PLC S7-200(CPU226)作为主控核心,与辅助电路相结合，组成三层电梯系统。集成的 24V 负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器）CPU 226 分别输出，400mA，可用作负载电
12、源。CPU 221226 各有 2 种类型 CPU，具有不同的电源电压和控制电压。本机数字量输入/输出点。CPU 226 具有 24 个输入点和 16 个输出点。允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。4 个高速计数器（30KHz），可编程并具有复位输入，2 个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为 90的A/B相增量编码器。CPU224/224XP/226。6 个高速计数器（30KHz），具有 CPU221/222 相同的功能。为什么选择它：因为有较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的
13、中小型控制系统。可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。设计包括两个方面，一是系统的硬件设系统的软件设计，包括 PLC，曳引电机和门电路;二是系实现程序对系统的实现。电梯由安装在个楼层的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵，其操纵内容为电梯运行，SQ1,SQ2,SQ3 为到位行程开关。使电梯完成上行、下行功能，并有故障提示。6 图 3 西门子 PLC S7-200 2.承重传感器 图 4 承重传感器 称重传感器型号:日立电梯涡流传感器 DW-01 轿底称重感应器.控制仪zh160/zh38.SL-5V1-0.75t 称重传感器的原理是在
14、被测物体上的重力按一定比例转换成可计量的输出信号,将电阻应变计粘贴在弹性敏感元件上，然后，以适当的方式组成电桥，从而将物体的质量转换成电信号。它主要有两部分组成，第一部分是弹性敏感元件，将被测物体的压力、质量转换为弹性体的应变值；第二部分是作为传感元件的电阻应变计，他将弹性体的应变同步的转换为电阻值的变化，再进行相应的转化后输出。7 电阻应变式传感器的称量范围为 300g 至数千 kg 大部分电子衡器均使用此传感器。电阻应变式称重传感器原理 电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理:弹性体在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在他表面的电阻应变片(转换元件)也随同产生变形,电阻应变片变形后,它的阻值将
15、发生变化(增大或减小),再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流),从而完成了将外力变换为电信号的过程。（四四）结构设计）结构设计 1.主体 电梯的拖动系统来分有交流单速/交流双速拖动电梯、交流调压调速电梯等等。在此次设计中，将采用交流双速电机作为曳引电机，它的优点是简单，经济，舒适感好。曳引电机型号:YDDL160L-4/6，额定功率:11KW,额定电压:380V,额定电流:23A,功率因数:0.85。8 图 5 曳引电机主电路图 2.门电机 门电机型号:Y100L-2,额定功率:3KW,额定电压:380V,额定电流:7A,功率因数:0.87。门电机主电路的控制过程:当 KM
16、1 触点闭合，电机正转，轿厢门打开;当 KM2 闭合，电机反转，轿厢门关闭。9 图 6 门电机接线图 3.楼层感应器 楼层感应信号需提供开关信号，由于霍尔元件具有结构牢固、体积小、重量轻、安装方便、功率小、耐震动、不怕灰尘等优点，选择了轿厢下安装磁铁,通过非接触的霍尔元件产生开关信号的方法。由于霍尔元件输出的是开关量，所以直接接在 PLC 的 I 口。图 7 电梯霍尔开关示意图 10 （五五）程序设计图程序设计图 1.流程图 图 8流程图 11 2.程序设计图(1)接通.10.2 即接通 SQ1,表示轿厢原停楼层 1,按 SB3，即 I0.3 接通一 下，表示呼叫楼层 3，则 Q0.5 接通，
17、三层呼叫指示灯亮，.Q0.4 接通，表示电梯上升。过-秒后，Q0.2 接通，一层指示灯亮，过 3 秒后，Q0.2 断开，一层指示灯 L1 灭、二层指示灯L2 亮。直至 Q0.0 接通，三层指示灯亮。过 2 秒后，Q0.4 断开(表示电梯_上升停止)，上升指示灯灭。12 13 （2）接通 10.1 即接通 SQ2,表示轿厢原停楼层 2，按 SB1，即 10.5 接通一 下，表示呼叫楼层 1,则 Q0.7 接通，底层呼叫指示灯亮,Q0.3 接通，表示电梯下降。过 1 秒后，Q0.1 接通，二层指示灯亮，3 秒后，Q0.1 断开，则二层指示灯灭。断开 I0.1 即断开 SQ2,3 秒后 Q0.2 接
18、通,底层指示灯亮，再过 2 秒，Q0.3 断开，下降指示灯灭。（3）接通 l0.1 即接通 SQ2,表示轿厢原停楼层 2，按 SB3，即 I0.3 接通一下，表示呼叫楼层 3，则 Q0.5 接通，三层呼叫指示灯亮,Q0.4 接通，表示电梯上升。过 1 秒后，Q0.1 接通，二层指示灯亮，3 秒后，Q0.1 断开，则二层指示灯灭。断开 I0.1 即断开 SQ2，3 秒后 Q0.0 接通，三层指示灯亮，再过 2 秒，Q0.4 断开，上升指示灯灭。14 15 (4)接通 I0.0 即接通 SQ3,表示轿厢原停楼层 3，按 SB2，即 10.4 接通一下，表示呼叫楼层 2，则 Q0.6 接通，二层呼叫
19、指示灯亮,Q0.3 接通，表示电梯下降。过 1 秒后，Q0.0 接通，三层指示灯亮，3 秒后，Q0.0 断开,则三层指示灯灭。断开 Q0.0 即断开 SQ3,3 秒后 Q0.1 接通,二层指示灯亮，再过 2 秒,Q0.3 断开，下降指示灯灭。16 17 18 工作任务:开始时，电梯处于任意一层。当有外呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该楼层时,轿厢停止运行，轿厢门打开，延时 3 秒后自动关门。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，轿厢门打开，延时 3秒后自动关门。在轿厢运行过程中，任何反方向的呼梯信号均不响应;但如果某反方向外呼梯信号前方再无其它内、外呼梯
20、信号时，则电梯响应该呼梯信号。电梯应当具有最远反向外呼梯响应功能。19 20 21 说明：按钮的默认状态为 I0.0 断开，在断开时中间继电器 M0.0 闭合，不论电梯处于什么位置，电梯直接下行到底层，如果电梯就在底层，则厢门.上的限位器传送信号到PLC 中，表示电梯已到达目标位置，延迟一段时间后，厢门开启进行维修维护工作。（五）（五）实操实操相片相片 图 9 实训操作过程 24 图 14 实训操作过程 图 15 实训操作过程 25 图 16 实训操作过程 四四.使用说明书使用说明书 注：培训的学员必须在指导老师的指导下才能操作该设备。1.请务必按技术文件和各独立元件的使用要求使用该系统以保证
21、人员和设备安全。2.只有在掉电状态下才能连接或断开各种电气连线。3.定时清除设备上杂物确保整洁卫生，确保设备电源和电气元件的安全。4.不要在系统运行时人为的干涉正常工作。5.设备在出故障时确保设备器件间无干涉保证设备安全。6.在 PLC 编程时，请不频繁地插/拔电缆线，更不能带电插拔。否则会烧坏电缆线和 PLC通讯接口。7.请在切断电源 5 分钟后进行配线和检查。否则有可能导致触电。8.请不要损伤电缆线、或对电缆线施加不必要的应力、压载重物、夹挤。否则有可能 导致故障、破损和触电。8.各站工作台面上使用电压为 DC 24V(最大电流 5A)注意短路现象 9.在使用中诸勿手动拉拽电梯轿箱，如有超
22、程故障时可编写上下运动程序进行解除。26 五五.毕业设计总结毕业设计总结 大学期间，我始终以提高自身的综合素质为目标，以自我的全面发展为努力方向，树立科学的人生观、价值观和世界观。在学习上，我注意运用学习方法，注重独立思考。老师总是说“授人以鱼不如授人以渔”，“渔”才是我们多年来学习所要获得的重要技2018 年 9 月，我怀着一丝失落和一份埋藏心底的希望办理了学院的入学手续，开始了我的大学生涯。在接下来的几年中，我在学校与老师的帮助下不断的充实自己，为实现人生的价值打下坚实的基础。世间万物并不完美但是我希望自己能够具有追求完美的精神。能。具有分析问题的能力，能够找到解决问题的方法，这才是教育的
23、真正目的。坚持独立思考、完善学习方法也是我这三年来最重要的收获之一，使我能够不断地取得更好的成绩。当然，在学习我也走过很多弯路，正是这学经历使我我深深的体会到了古人所说的“业精于勤，荒于嬉;行成于思，毁于随。”的深刻含义。本文主要研究 PLC 应用于电梯的控制系统，克服了继电器控制的很多缺点。主要是采用 PLC 来实现电梯的自动开/关门、楼层显示、轿内和厅外的登记与消除、自动定向、启动和停车、检修运行与超重保护等功能，运用承重模块和承重传感器。并且通过 PLC来控制双速笼型异步电动机和门电机正反转，使电梯可以高效可靠地运行。实现了电梯的 PLC 控制，达到了预想的目的，为实际的工程实践提供了新
24、的思路和手段 “谋事在人，成事在天”这句古谚包含着深刻的道理，没有人能让未来按照预想的去发展，但是我们可以把握自己。总结大学生活，最重要的还是学会与同学相处。大学中的同学来自天南海北，各有各的生活习惯，各有各的风俗传统，在大学生活的我们该学会的不只是包容，更应该是学会尊重。尊重相异见解、尊重别人的风俗习惯、尊重不同的价值观人生观，总之要学会尊重差异。毕业设计是对我们学业生涯的最后的总结，不仅是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用，更是对我们所学知识的检测与丰富，是让我们将所学知识的一种融合与创新，这一过程能提高我们的自主学习能力，提高我们的创新能力。28 七七.参考参考资料资料 1 S7-200 SMART PLC 编程及应用第 3 版，廖常初,机械工业出版社，2019；2 S7-200PLC 一体化实训教程，陈爱民，云南大学出版社，2020；3 西门子 S7-200 PLC 应用实验与工程实例，肖宝兴，机械工业出版社，2018；4 PLC 原理与编程方法(松下&西门子 S7-200 高职高专十三五规划教材)，汪添明，北京航空航天大学，2017；5 S7-200 系列 PLC 应用教程(第 2 版普通高等教育),赵全利，机械工业出版社，2020；6 S7-200PLC 技术及应用,侍寿永,李文轶，机械工业出版社，2020。