基于PLC控制的自动升降梯设计Word文件下载.docx
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4硬件系统设计
4.1电梯的主要参数及规格尺寸
4.2可编程控制器的选型
4.3I/O地址的分配
4.4七段数码管显示
4.5主回路原理图
4.6I/O接线图
5系统软件设计
5.1电梯开关运行回路
5.2电梯的外召唤信号登记消除及显示回路
5.3电梯上行
5.4电梯下行
5.5电梯控制主程序流程图
结论
致谢
参考文献
1.1研究背景
升降梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。
随着社会的发展,建筑物规模越来越大,楼层越来越多,对升降梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。
升降梯是集机电一体的复杂系统,不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域,还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。
而对现代升降梯而言,应具有高度的安全性。
事实上,在升降梯上已经采用了多项安全保护措施。
在设计升降梯的时候,对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。
然而只有升降梯的制造,安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量,才能全面保证升降梯的最终高质量。
在国外,已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化,实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位,承担安装调试、定期维修和检查试验,从而为升降梯运行的可靠性和安全性提供了保证。
因此,可以说乘坐升降梯更安全。
美国一家保险公司对升降梯的安全性做过认真地调查和科学计算,其结论是:
乘升降梯比走楼梯安全5倍。
据资料统计,在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次,而乘升降梯的人数每年却有540亿人次之多。
目前,由可编程序控制器(PLC)和微机组成的升降梯运行逻辑控制系统,正以很快的速度发展着。
采用PLC控制的升降梯可靠性高、维护方便、开发周期短,这种升降梯运行更加可靠,并具有很大的灵活性,可以完成更为复杂的控制任务,己成为升降梯控制的发展方向。
可编程序控制器,是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物,是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器,是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。
自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世以来,迄今己30多年,它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变,但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。
它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求,同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯,摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式,独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构,使用户程序的编制清晰直观、方便易学,调试和查错都很容易。
用户买到所需PLC后,只需按说明书或提示,做少量的安装接线和用户程序的编制工作,就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践。
而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。
这样就破除了“电脑”的神秘感,推动了计算机技术的普遍应用。
可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。
PLC现已成为现代工业控制三大支柱(PLC、CAD/CAM、ROBOT)之一,以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能,易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能,同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统,在机械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。
PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。
总之,升降梯的控制是比较复杂的,可编程控制器的使用为升降梯的控制提供了广阔的空间。
PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备,随着PLC应用技术的不断发展,将使得它的体积大大减小,功能不断完善,过程的控制更平稳、可靠,抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内,把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。
因此,它已经成为升降梯运行中的关键技术。
升降梯是指动力驱动,利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运行的梯级(踏板)进行升降或者平行运送人、货物的机电设备”。
2.1.1升降梯技术发展趋势
(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。
2.1.2PLC在升降梯控制中的应用
目前,在升降梯的控制方式上,主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。
而PlC实际上是一种专用计算机,它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务,而且依靠程序运行,这就保证只有正确的程序才能运行,否则电梯不会工作;
又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元,即无线圈又无触点,使用次数不受限制,属无触点运行,因此,它比继电器控制有着明显的优越性,运行寿命更长,工作更加可靠安全,自动化水平更高。
PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式,它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代,是升降梯控制系统中理想的控制新技术。
随着科技的进步,升降梯也更加安全、舒适。
然而,人们的追求并没有就此停止下来,仍在不断地进行研究改进。
2.2PLC的相关知识
2.2.1.PLC的定义
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
总之,可编程控制器是一台计算机,它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。
它具有丰富的输入/输出接口,并且具有较强的驱动能力。
但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用,在实际应用时,其硬件需根据实际需要进行选用配置,其软件需根据控制要求进行设计编制。
2.2.2PLC的特点:
2.2.2.1可靠性高
抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说,使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。
2.2.2.2配套齐全,功能完善
适用性强PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
2.2.2.3易学易用
深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
2.2.2.4系统的设计、建造工作量小,维护方便
容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
2.2.2.5体积小,重量轻,能耗低
以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。
2.2.3PLC发展趋势
1.向高速度、大容量方向发展
为了提高PLC的处理能力,要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。
目前,有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。
PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。
2.向超大型、超小型两个方向发展
当前中小型PLC比较多,为了适应市场的多种需要,今后PLC要向多品种方向发展,特别是向超大型和超小型两个方向发展。
现已有I/O点数达14336点的超大型PLC,其使用32位微处理器,多CPU并行工作和大容量存储器,功能强。
3.PLC大力开发智能模块,加强联网通信能力
为满足各种自动化控制系统的要求,近年来不断开发出许多功能模块,如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。
这些带CPU和存储器的智能I/O模块,既扩展了PLC功能,又使用灵活方便,扩大了PLC应用范围。
4.增强外部故障的检测与处理能力
根据统计资料表明:
在PLC控制系统的故障中,CPU占5%,I/O接口占15%,输入设备占45%,输出设备占30%,线路占5%。
前二项共20%故障属于PLC的内部故障,它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理;
而其余80%的故障属于PLC的外部故障。
因此,PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块,进一步提高系统的可靠性。
5.编程语言多样化
在PLC系统结构不断发展的同时,PLC的编程语言也越来越丰富,功能也不断提高。
除了大多数PLC使用的梯形图语言外,为了适应各种控制要求,出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言(BASIC、C语言等)等。
多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。
3.总体设计方案
单片机只是一片集成电路,不能直接将它与外部I/O信号相连。
要将它用于工业控制,还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路,硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大,要求设计者具有很强的计算机领域的理论知识和实践经验。
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。
工业控制计算机也是为工业控制设计的,目前比较流行的是PC总线工控机,它与个人计算机兼容。
工控机采用总线式结构,各厂家产品的兼容性强。
工控机一般是在通用微机的基础上发展起来的,有实时操作系统的支持,因此在要求快速、实时性强、功能复杂的领域占有优势。
工控机的价格较高,将它有与开关量控制以取代继电器系统有些大材小用。
工控机的外部I/O接线一般都用多芯扁平电缆和插头、插座,直接从印刷电路板上引出,不如可编程序控制器的接线端子那样方便可靠。
以上各种计算机用语控制的程序一般都是用汇编语言编写的,不像可编程续控制器的梯形图语言那样易于被工厂的电气人员掌握。
可编程序控制器是专为工厂现场应用环境设计的,结构上采取整体密封或插件组合型,对印刷电路板、电源、机架、插座的制造和安装,均采用了严密的措施。
可编程序控制器由于具有前述的各种优点,在工业控制领域具有不可比拟的竞争力。
当然在电梯的控制领域也具有重要的地位,把可编程序控制器用于电梯运动的核心部分是很合理的选择,而且可编程序控制器现在在市场上也是一种成熟的产品。
总之,经上述比较可得,我确定选用PLC控制电梯的运行。
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,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、灵活性强等特点。
PLC控制系统优点如下:
(1)在电梯控制中采用了PLC,用软件实现对电梯运行的自动控制,可靠性大大提高。
(2)去掉了选层器及大部分继电器,控制系统结构简单,外部线路简化。
(3)PLC可实现各种复杂的控制系统,方便地增加或改变控制功能。
(4)PLC可进行故障自动检测与报警显示,提高运行安全性,并便于检修。
(5)用于群控调配和管理,并提高电梯运行效率。
(6)更改控制方案时不需改动硬件接线。
(1)机房
机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。
机房可以设置在井道顶部,也可设置在井由自部。
当机房设于井道底部时,即为曳引机下置式曳引方式。
这种方式结构复杂,建筑物承重大,对井道尺寸要求大,只有在机房无法顶置时才使用。
对于绝大多数电梯,椭均设于井道顶部。
机房必须有足够的面积,高度、承重能力及良好的通风条件。
(2)曳引系统
曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮组成。
曳引机由电动机联轴器、制动器、减速器、机座、曳引轮等组成,它是电梯的动力源;
曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重装置(或者两端固定在机座房上),依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢的升降;
导向轮的作用是分开轿厢和对重装置的距离,采用复绕型时还可增加曳引能力。
导向轮安装在曳引机架上或重梁上。
当钢丝绳的绕绳比大于1时,在轿厢和对重架上应增设反绳轮。
反绳轮的个数可以是1个、2个,甚至3个,这与曳引比有关。
(3)导向系统
导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。
它的作用是限制轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。
导轨固定在导轨架上;
导轨架是支承导轨的组件,与井道壁联接;
导靴装在轿厢和对重架上,与导导轨配合,强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。
(4)门系统
门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。
轿厢门社在轿厢入口,由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成;
层门社在层站入口,由门扇、门导轨架、门靴和门锁装置及开锁装置组成;
开门机社在轿厢上,是轿厢门和层门启闭的动力源。
(5)轿厢
轿厢是用以运送乘客和货物的电梯组件。
它由轿厢架和轿厢体组成。
轿厢架是轿厢体的承重构架。
是由上横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成;
轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮等组成;
轿厢体空间的大小由额定载重量和额定载客量决定。
(6)门厅
每一层电梯门口装的门,门上带有机器锁及电气接点。
客梯多为自动开关门,开关门由轿厢门上的开门刀带动厅门上的橡皮勒辘来完成的,而轿厢门是由轿厢上的开关门装置驱动的。
(7)井道
井道由围壁、顶板及底坑围成一个在纳电梯轿厢和对重的有限空间。
为了出人,在每个层站开有入口。
(8)围壁
围壁的作用是将电梯与外界分隔开,当导轨架直接安装在围壁上时,它还应承受费切力。
围壁的结构分为封闭式和空格式。
(9)顶板
井道的顶部是机房,它是维修人员工作的地方。
因此顶板必须是封闭型的,将井道与机房完全隔离。
顶板还具有阻止机房即传向井道的作用。
对于快、高速电梯,为了取得良好的隔声效果,常在井道顶部设隔音层,此时的井道顶成了双层结构。
(10)底坑
井道的底坑深入地面,用于安装缓冲器、限速器、钢丝绳涨紧装置等。
由于深人了地面,因此要求防水,最好有排水设施。
(11)重量平衡系统
该系统由对重和重量补偿装置组成。
对重由对重架和对重块组成,对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重;
重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯设计影响的装置。
(12)电力拖动系统
该系统由曳引机、供电系统、速度反馈装置、调速装置和变频器等组成。
对电梯实行速度控制。
曳引电动机是电梯的动力源,根据电梯的配置可用交流电动机或直流电动机;
供电系统是为电动机提供电源的装置;
速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号,一般采用测速发电机或速度脉冲发生器,与电动机相连;
调速装置对曳引电动机实行调速控制;
变频器可以通过改变频率的大小来控制其运行速度的快慢。
(13)电器控制系统
该系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它起着操纵和控制电梯运行的作用。
操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急;
位置显示装置是指轿内和层站的指层灯;
层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站;
控制屏安装在机房中,由各类电气控制元件(或板)组成,是电梯实行电气控制的集中组件;
选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。
它可由机械式、继电器式或电子式组成。
(14)安全保护系统
电梯上设有机械和电气的各类保护系统,以保证电梯安全使用。
机械方面的有限速器和安全钳,起超速保护作用;
缓冲器,起冲顶和撞底保护作用;
切断总电源的极限保护。
(1)一台电机控制上升和下降。
(2)各层设上/下呼叫开关(最顶层与起始层只设一只)。
(3)电梯到位后具有手动或自动开门关门功能。
(4)电梯内设有层楼指令键,开关门按键,警铃风扇及照明按键。
(5)电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯。
(6)待客自动开门,当电梯在某层停梯待客时,按下层外召唤按钮,应能自动开门迎客。
(7)自动关门与提早关门。
在一般情况下,电梯停站4-6秒应能自动关门;
在延时时间内,若按下关门按钮,门将不经延时提前实现关门动作。
(8)按钮开门。
在开关过程中或门关闭后,电梯启动前,按下操纵盘上开关按钮,门将打开。
(9)内指令记忆。
当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时,电梯应能按顺序自动停靠车门,并能至调定时间,自动确定运行方向。
(10)自动定向。
当轿厢内操纵盘上,选层指令相对与电梯位置具有不同方向时,电梯应能按先入为主的原则,自动确定运行方向。
(11)呼梯记忆与顺向截停。
电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号,对符合运行方向的召唤,应能自动逐一停靠应答。
(12)自动换向。
当电梯完成全部顺向指令后,应能自动换向,应答相反方向的信号。
(13)自动关门待客。
当完成全部轿厢内指令,又无层外呼梯信号时电梯应自动关门在调定时间内自动关闭轿厢照明。
(1)电磁制动器,装于曳引机轴上,一般采用直流电磁制动器,启动时通电松闸,停层后断电制动。
(2)强迫减速开关,其分别装于井道的顶部和底部,当轿厢驶过端站换速未减速时,轿厢上的撞块就触动此开关,通过电器传动控制装置,使电动机强迫减速。
(3)限位开关,当轿厢经过端站平层位置后仍未停车,此限位开关立即动作,切断电源并制动,强迫停车。
(4)行程极限保护开关,当限位开关不起作用,轿厢经过端站时,此开关动作。
(5)急停按钮,装于轿厢司机操纵盘上,发生异常情况时,按此按钮切断电源,电磁制动器制动,电梯紧急停车。
(6)厅门开关,每个厅门都装有门锁开关。
仅当厅门关上才允许电梯启动;
在运行中
如出现厅门开关断开,电梯立即停车。
(7)关门安全开关,常见的是装于轿厢门边的安全触板,在关门过程中如安全触板碰到乘客时,发出信号,门电机停止关门,反向开门,延时重新开门,此外还有红外线开关等。
(8)超载开关,当超载时轿底下降开关动作,电梯不能关门和运行。
(9)其它的开关,安全窗开关,钢带轮的断带开关等。
电梯控制系统原理图如图4-1所示
图3-1电梯控制系统原理图
可编程序控制器是由继电器逻辑控制而来的,所以它在开关量处理、顺序控制方面具有一定的优势,发展初期主要侧重于开关量顺序控制。
随着计算机技术的发展,可编程序控制器增加了数值运算、PID闭环调节功能,并开始与个人计算机或小型计算机联网,它本身也可以构成网络系统。
可编程序控制器的应用领域,在发达的工业国家,可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门,随着可编程序控制器的性能价格比的不断提高,过去许多使用专用计算机的场合也可以使用可编程序控制器。
比如用在开关量的控制,这是可编程序控制器最基本最广泛的应用,它的输入和输出信号都是只有通、断状态的开关量信号,这种控制与继电器控制最为接近,可以用价格较低,仅有开关量控制的功能的可编程序控制器作为继电器控制系统的替代物。
开关量逻辑控制可以用于单台设备,也可以用于自动线生产线,如机床控制、冲压、铸造机械、运输带、包装机械的控制,同样也可以用于电梯的控制。
通过上述的简述,我希望在控制系统中能够达到如下要求:
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