PLC六层电梯控制系统Word下载.doc
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3.2电梯理想速度曲线的设计 -18-
3.2.1电梯快速性性能要求 -18-
3.2.2电梯舒适性性能要求 -19-
3.2.3电梯速度曲线 -19-
3.3电梯电气控制系统 -20-
3.3.1电梯模型结构 -20-
3.3.2PLC控制系统的设计分析 -22-
3.3.3电梯电气控制系统设计方案 -23-
3.3.4电梯电气控制系统软件设计 -27-
3.3.5电梯电气控制系统基本功能梯形图设计 -29-
第四章总结 -36-
4.1全文总结 -36-
4.2展望 -36-
结束语 -37-
参考文献 -38-
附录 -39-
第一章电梯综述
1.1电梯概念、分类及工作原理
1.1.1电梯概念
电梯是服务于规定楼层,运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°
的刚性导轨之间的固定式升降设备。
广义的电梯概念包括载人(货)电梯、自动扶梯、自动人行道等,是指动力驱动,利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运动的梯级(踏步),进行升降或者平行运送人或者货物的机电设备。
狭义的电梯是指服务于规定楼层、有轿厢的垂直升降设备,不包括自动扶梯、自动人行道。
自动扶梯(Escalator)是带有循环运行梯级,用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。
自动人行道(Passenger
conveyor)是带有循环运行式走道,用于水平或微倾斜的输送乘客的固定电力驱动设备。
1.1.2电梯的分类
按用途分类:
乘客电梯、载货电梯、病床电梯、杂物电梯、服务电梯、住宅电梯、特种电梯。
按驱动方式类:
交流电梯,直流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯、直线电机驱动的电梯。
按速度分类:
低速电梯(速度不大于1.75m/s)
中速电梯(速度大于1.75m/s小于或等于2.5m/s)
高速电梯(速度大于2.5m/s小于或等于6m/s)
超高速电梯(速度大于6m/s)
按有无减速器分类:
有减速器的电梯:
常用于梯速为2.0m/s以下的电梯
无减速器的电梯:
常用于梯速为2.0m/s以上的电梯
按有无司机分类:
有司机电梯、无司机电梯、有/无司机电梯。
按控制方式分类:
手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、微机控制电梯。
1.1.3电梯的工作原理
一部电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜/箱、导轨等主要部件组成。
电梯在做垂直运行的过程中,有起点站也有终点站。
对于三层以上建筑物内的电梯,起点站和终点站之间还设有停靠站。
起点站设在一楼,终点站设在最高楼。
各站的厅外设有召唤箱,箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮。
一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮,中间层站的召唤箱上各设置两个按钮。
而电梯的轿厢内都设置有(杂物电梯除外)操纵箱,操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮,供司机或乘用人员控制电梯上下运行。
召唤箱上的按钮称外召唤按钮,操纵箱上的按钮称指令按钮。
电梯的运行工作情况和汽车有共同之处,而电梯的自动化程度比较高,一般电梯的司机或乘用人员只需通过操纵箱上的按钮向电气控制系统下达一个指令信号,电梯就能自动关门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门。
对于自动化程度高的电梯,司机或乘用人员一次还可下达一个以上的指令信号,电梯便能依次起动和停靠,依次完成全部指令任务。
尽管电梯和汽车在运算工作过程中有许多不同的地方,但仍有许多共同之处,其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车,在起点站和终点站之间往返运行,在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时,电梯到站能自动平层停靠开门接乘客。
而载货电梯的运行工作情况则类似卡车,执行任务为一次性的,司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务,当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务。
在执行任务的过程中,从一个层站出发到另一个层站时,假若中间层站出现顺向指令信号,一般都不能自动停靠,所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。
本设计主要研究六层六站的电梯控制系统,分述其硬件设计和软件设计过程。
设计程序要求完成电梯控制系统主要达到以下要求:
PLC电梯控制系统应具备:
有司机、无司机、检修三种工作模式。
系统应具备自动响应层楼召唤信号(含上召唤和下召唤)。
具有轿厢层楼显示(十进制方式),能自动显示电梯运行方向。
具有电梯直驶功能和反向最远停站功能,具有检修应急处理功能。
电梯具有自动开关门和应急手动开门、关门按钮。
1.2电梯控制系统的组成
电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。
(1)电梯的电力拖动部分
电梯主拖动类型有直流电动机拖动、交流电动机拖动、直流G-M(即发电机-电动机组供电)拖动、晶闸管供电(SCR-M)的直流拖动和交流双速电动机拖动、交流调压调速(AVCC)拖动、交流变频调速(VVVF)等。
因直流电梯的拖动电动机有电刷和换相器,维护量较大,可靠性低,现已被交流调速电梯所取代。
为了得到较好的舒适感,要求曳引电动机在选定的调速方式下,电动机的输出转矩总能达到负载转矩的要求。
考虑到电压的波动、导轨不够平直造成的运动阻力增大等因素,电动机转矩还应有一定的裕度。
(2)电梯的电气控制部分
电气控制系统由控制柜、操纵箱、层楼指示、召唤箱及曳引电动机等几十个分散安装在电梯井道内外和各相关电梯部件中的电器元件构成。
电气控制系统通过电路控制电力拖动系统工作程序,完成各种电气动作功能,保证电梯安全运行。
电梯一般是由电动机来拖动的,其运行过程大多包括启动、正(反)转、停止等,整个过程是由电气控制系统来完成。
具体地说电梯的控制主要是指对电动机的起动、停止、运行方向、层楼指示、层站召唤、轿厢内指令等进行处理。
其操纵是实行各个控制环节的方式和手段。
电梯电气控制系统与电力拖动系统比较,变化范围比较大。
当一台电梯的类别、额定载重量和额定运行速度确定后,电力拖动系统各零部件就基本确定了,而电气控制系统则有比较大的选择范围,必须根据电梯安装使用地点、乘载对象进行认真选择,才能最大限度地发挥电梯的使用效益。
电气控制系统决定电梯的性能、自动化程度和运行可靠性。
随着科技的发展,电气控制系统发展迅速。
继电器控制系统的电梯故障率高,大大降低了电梯的运行可靠性和安全性,所以基本上已经被淘汰。
而PLC以其体积小、功能强、故障率低、寿命长、噪声低、维护保养简便、修改逻辑灵活、程序容易编制,易联成控制网络等诸多优点得到了广泛的应用。
1.3电梯控制系统控制方式的分析
在电梯的电气系统中,逻辑判断起着主要的作用,其控制系统必须起动各种控制信号和执行元件(如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子器件等),要达到这些控制目的,有三种系统:
继电器—接触器控制系统,微机控制系统,PLC控制系统。
1.3.1继电器—接触器控制系统
这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。
(1)电梯继电器控制系统的优点
A、所有控制功能及信号处理均由硬件实现,线路直观,易于理解和掌握,适合于一般技术人员和技术工人所掌握。
B、系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。
C、大部分电器均为常用控制电器,更换方便,价格较便宜。
(2)电梯继电器控制系统存在的问题
A、系统触点繁多、接线复杂,且触点易烧坏磨损,因而故障率较高。
B、普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能,使系统的控制功能不易增加,技术水平难以提高。
C、电磁机构及触点动作速度慢,机械和电磁惯性大,控制精度难提高。
D、系统结构庞大,能耗较高,机械动作噪音大。
E、保养维修工作量大,费用高;
而且检查故障困难,费时费工。
电梯继电器控制系统故障率高,大大降低了电梯的可靠性和安全性,经常造成停梯,给乘用人员带来不便和惊忧。
且电梯一旦发生冲顶或蹲底,不但会造成电梯机械部件损坏,还可能出现人身事故。
1.3.2微机控制系统
电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成,而是通过程序存贮器中的程序来完成的控制系统。
因此对于有不同功能要求的电梯控制系统,只要改变程序存贮器中的程序指令即可,而无需变更或增减硬件系统的元件或布线。
因此,十分方便于使用和管理,并提高系统的可靠性,减小控制系统体积,降低了能耗及其维修保养费用。
虽然微机控制的电梯,与继电器控制的电梯比较,它具有较大的优越性。
但是,对一般的电梯而言,应用微机控制也有其局限性和不足之处。
其缺点是:
微型计算机是按数字运算的需要而设计的,功能比较齐全,结构比较复杂;
而一般的电梯控制只需要进行简单的逻辑运算,运算方式多为“与”、“或”、“非”几种,运算位数只需1位,即“1”与“0”。
因此,使用微机就有“大材小用”之嫌。
此外,微机的接口电路没有标准件,而且一般不控制强电。
但在电梯控制中,往往要求能直接控制110V或220V的用电设备,如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。
综上所述,造成用微机控制的成本、运行和维修费用均较高,因此,如在一般的电梯上使用微机控制在经济上不合算。
1.3.3PLC控制系统
可编程序控制器(PLC)是一种用于工业自动化控制的专用计算机,实质上属于计算机控制方式。
PLC与普通微机一样,以通用或专用CPU作为字处理器,实现通道(字)的运算和数据存储,另外还有位处理器(布尔处理器),进行点(位)运算与控制。
PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强的特点。
(1)可靠性。
对可维修的产品,可靠性包括产品的有效性和可维修性。
A、PLC无需题太多活动元件和接线电子元件,接线减少,系统的维修简单,维修时间短。
B、PLC采用可靠性设计的方法进行设计,如冗余设计,断电保护,故障诊断和信息保护及恢复等,使可靠性提高。
C、PLC编程简单,操作方便,易维修等特点,不易发生操作的错误。
D、PLC采用精简化的编程语言,编程出错率大大降低,而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。
E、PLC的硬件方面,采用了一系列提高可靠性的措施。
例如,采用可靠性的元件;
对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;
对电源的断电保护等。
F、PLC的软件方面,也采取了一系列提高系统可靠性的措施。
例如,采用软件滤波;
软件自诊断;
简化编程语言等。
(2)易操作性。
PLC的易操作性表现在下列几个方面:
A、操作方便。
对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。
大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。
对大中型的PLC,编程器采用了CRT屏幕显示,因此,程序的输入直接可以显示。
更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找,然后进行更改。
更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。
B、编程方便。
PLC有多种程序设计语言可供使用。
对电气技术人员来说,由于梯形图与电气原理图较为接近,容易掌握和理解。
采用布尔助记符编程语言时,十分有助于编程人员的编程。
C、维修方便。
PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。
当系统发生故障时,通过硬件和软件的自诊断,可以很快找到故障部位,易维修。
(3)灵活性。
PLC的灵活性表现在以下几个方面:
A、编程的灵活性。
PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。
编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。
B、扩展的灵活性。
PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。
它可根据应用的规模不同,即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。
C、操作的灵活性。
操作十分灵活方便,监视和控制变得十分容易。
1.4电梯的发展
据国外有关资料介绍,公元前2800年在古代埃及,曾使用过由人力驱动的升降机械。
1858年美国研制出以蒸汽为动力,并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。
1878年英国的阿姆斯特朗发明了水压梯并淘汰了蒸汽梯。
后来又出现了液压泵和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。
但是,电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。
18世纪末发明了电机,并随着电机技术的发展,19世纪初开始使用交流异步单速和双速电动机作动力的交流电梯,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,美国奥的斯电梯公司首先生产出以槽轮式驱动的直流电梯,从而为后来的高速度、高行程电梯的发展奠定了基础。
20世纪30年代美国纽约市的102层摩天大楼建成,美国奥的斯电梯公司为这座大楼制造和安装了74台速度为6.0m/s的电梯。
从此以后,电梯一直在日新月异地发展着。
目前的电梯产品,不但规格多,自动化程度高,而且安全可靠,乘坐舒适。
随着电子工业的发展,可编程序控制器(PLC)和电子计算机成功地应用到电梯的电气控制系统中去后,电梯产品的质量和运行效果显著提高。
第二章可编程序控制器(PLC)概述
2.1可编程序控制器的定义、工作原理及编程语言
2.1.1可编程序控制器的定义
可编程控制器,英文称ProgrammableController,简称PC。
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。
可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。
其在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用,成为了现代工业控制的三大支柱之一。
2.1.2可编程序控制器(PLC)的工作原理
PLC是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的。
即在PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束。
然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。
在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
PLC在输入采样阶段:
首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入,并将其写入各对应的输入状态寄存器中,即刷新输入。
随即关闭输入端口,进入程序执行阶段。
PLC在程序执行阶段:
按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相应的运算和处理后,其结果再写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
输出刷新阶段:
当所有指令执行完毕,输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中,并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶闸管)输出,驱动相应输出设备工作。
2.1.3可编程序控制器的编程语言
可编程序控制器的编程语言有梯形图语言、助记符语言、功能块图和功能表图及某些高级语言等。
其中前两种语言用得较多,功能图语言也在许多场合被采用。
本设计中所采用的编程语言为梯形图语言。
2.2可编程序控制器(PLC)的组成及各个部分的功能
2.2.1可编程序控制器(PLC)的组成
可编程序控制器PLC的主机是由中央微处理器(简称CPU),存储器(包括系统程序存储器和用户程序存储器),输入/输出(INPUT/OUTPUT)单元,外设I/O接口、I/O通道接口、编程器及电源等部分组成。
PLC各个部分或模块之间均通过总线进行信息交换。
总线根据其功能的不同可以分为电源总线、控制总线、地址总线和数据总线。
根据实际应用中的工艺要求,配备不同的外部设备,可构成不同控制功能的PLC控制系统。
常见的外部设备通常有编程器、盒式磁带机、打印机、EPROM写入器等。
PLC也可以通过通信接口或通信模块实现PLC与PLC之间、PLC与上位机之间的数据通信,构成PLC工业控制局域网或集散型控制系统。
可编程序控制器PLC系统结构如图2.1所示:
图2.1PLC系统结构图
2.2.2可编程序控制器(PLC)各部分功能
(1)中央处理单元
中央处理单元(CPU)是PLC的运算和控制中枢,其性能决定了PLC的性能。
它是由控制器,运算器和寄存器组成,这些电路都集中在一块芯片上,通过地址总线,数据总线,控制总线,与存储器的输入,输出接口电路相连。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;
检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。
主要任务:
处理和运行用户程序,进行逻辑和数学运算,控制整个系统,使之协调的工作。
(2)存储器
存储器是具有记忆功能的半导体电路,由存储体、地址译码电路、读写控制电路、数据寄存器组成。
PLC存储器可分为系统程序存储器和用户程序存储器。
主要作用:
存放系统程序,用户程序,逻辑变量和其它一些信息。
(3)输入/输出模块:
输入单元通过PLC的输入端子把来自现场设备的控制信号转换成CPU可以接受的数字信号。
根据不同类型的输入信号,其类型可分为3种:
直流输入,交流输入,交直流输入。
接收主令元件,检测元件传来的信号。
输出单元是把CPU输出的数字信号转化为现场设备需用的,能驱动各种控制设备的控制信号,进而驱动执行机构动作。
根据不同类型的输出负载,其类型有3种:
继电器输出,晶体管输出,晶闸管输出。
将中央处理器送出的弱电信号转换成现场需要的电平信号,驱动被控设备的执行元件。
PLC输入/输出接口均采用光电耦合隔离或继电器隔离电路,使工业现场设备的输入/输出信号与PLC之间没有直接的电路连接,减少现场电磁信号对PLC的影响,提高PLC的抗干扰能力。
(4)电源
可编程序控制器内部有一稳压电源,用来把供电电源转换成满足PLC的各内部电路(如CPU、存储器、I/O接口等)工作需要的直流电源。
将交流电转换成PLC内部所需的直流电源。
常见类型:
目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。
2.3可编程序控制器(PLC)的发展趋势
长期以来,PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场,为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用,但PLC技术发展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。
面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击,尤其是工业PC所带来的冲击,PLC制造商已经开始注视基于工业PC控制技术所带来的强大冲击。
有专家甚至认为,新商务活动所带来的新技术和开放技术规范将会埋葬传统PLC。
大多数人认为,PLC将会继续失去市场份额;
更有甚者认为,在工业PC面前,PLC将会一步一步走向死亡。
而PLC制造商则认为,虽然在工业现场安装有大量的PLC控制设备,但他们仍然需要联合工控软件公司,以便开发他们自己的基于工业PC的过程控制软件。
面对种种预计,我认为PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。
PLC技术将继续向开放式控制系统方向转移,尤其是基于工业PC的控制系统。
在全球工业计算机控制领域,开放与再开放过程控制系统、开放式过程控制软件、开放性数据通信协议已经发生巨大变革,几乎到处都有PLC,但这种趋势也许不会继续发展下去。
随着软PLC(SoftPLC)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展,使传统PLC供应商在思想上已经发生了变化,他们必须面对现实,在传统PLC的技术发展与提高方面作出更加开放的高姿态。
对于控制软件来讲,这是PLC控制器的核心,PLC供应商正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件,而且对于工业用户表现得非常积极。
此外,开放式通信网络技术也得到了突破,其结果是将PLC融入更加开放的工业控制行业。
第三章电梯控制系统硬件设计
电梯系统是一个庞大的系统,作为机电一体化的典范,其涉及的知识面很宽。
电梯又同人的生命枚关,为了保证安全,不得不增加各种附属装置以提高电梯的安全性,导致电梯控制系统结构相当复杂。
另外,随着电梯技术的发展和人民生活水平的提高,人们对电梯的要求不断提高,这样不得不增加控制系统的复杂性,以满足人们的需要。
电梯控制系统框图如下:
图3.1电梯控制系统框图
由上图可以看到,电梯控制系统主要由电梯电力拖动控制系统(调速控制变频器系统)和电梯电气控制系统构成。
电梯电力拖动系统部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要的影响,而电气控制部分是电梯安全可靠运行的关键。
3.1电梯电力拖动控制系统
电梯在起动过程中为了限制起动电流,减小起动的加速度,改善乘客乘坐的舒适感和防止对机件的冲击,一般在定子电路中串入电抗、电阻或电抗与电阻的组合体进行降压起动。
随着速度的提高,逐级将电阻或电抗器短接切除,使电梯逐步加速,最后进入稳速运行。
而本次电梯控制系统的设计我采用变频器来实现对电动机的控制和产生电梯运行时序,保证电梯按照速度给定曲线运行,实现无级变速。
3.1.1变频调速原理
由电机学原理可知三相异步电动机的转速可由下式表示:
式中:
为电机的电源频率,为电动机定子绕组的极对数,为转差率
从上式可看出,在极对数P和转差率不变的情况下,转速n与电机电源的频率成正比,改变电动机的频率就可以改变电动机的转速,从而实现电梯的零速起动。
3.1.2变频电梯系统运行原理
电力电网送来的380V动力电
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- PLC 电梯 控制系统