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四层电梯控制系统
PLC课程设计报告
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目录
第一章引言1
1.1课题的研究背景及意义1
1.2PLC在电梯控制中的应用以及发展前景1
第二章课程设计内容与要求分析3
2.1课程设计内容3
2.2课程设计要求分析4
2.2.1电梯设计基本思路4
2.2.2电梯设计基本要求4
第三章总体方案设计7
3.1总体方案的确定7
3.2设计思想7
3.2.1信号控制系统7
3.2.2电梯控制系统实现的功能8
3.2.3电梯控制系统实现的功能8
3.2.4I/0点数的分配及机型的选择9
第四章系统软件设计11
第五章调试过程21
5.1准备工作21
5.2调试过程21
第六章总结22
参考文献23
附录24
第一章引言
1.1课题的研究背景及意义
电梯是高层宾馆、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,对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。
电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。
而对现代电梯而言,应具有高度的安全性。
事实上,在"title="下一页">>>>>>|电梯上已经采用了多项安全保护措施。
在设计电梯的时候,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,只有电梯的制造,安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量,才能全面保证电梯的最终高质量。
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,从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。
因此,可以说乘坐电梯更安全。
美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算,其结论是:
乘电梯比走楼梯安全5倍。
掘资料统计,在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次,而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。
目前,由可编程序控制器(PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统,正以很快的速度发展着。
采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短,这种电梯运行更加可靠,并具有很大的灵活性,可以完成更为复杂的控制任务,己成为电梯控制的发展方向。
总之,电梯的控制是比较复杂的,可编程控制器的使用为电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,它已经成为电梯运行中的关键技术。
1.2PLC在电梯控制中的应用以及发展前景
目前,在电梯的控制方式上,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,是电梯控制系统中理想的控制新技术。
随着科技的进步,电梯也更加安全、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。
绿色是和平,绿色是天然,绿色是和谐。
电梯是载人的机电设备,要实现“绿色”,也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务,强调电梯与环境的协调与和谐。
随着科学技术的发展,今年来,我国的电梯生产技术得到了迅速发展。
目前电梯控制系统主要有三种控制方式:
继电器控制系统(“早期安装的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的功能,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控制系统由于运行可靠性高,使用维修方便,抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点,备受人们重视,已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式,目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。
目前国内七八十年代安装的许多电梯电气部分用继电器接触器控制系统,线路复杂,接线多,故障率高,维修保养难,许多已处于闲置状态,其拽引系统多采用交流双速电机系统换速,效率低,调速性能指标较差,严重影响电梯运行质量。
由于这些电梯交流调压调速系统,交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适感较差,交流调压调速系统属能耗型调速的机械部分无大问题,为节约资金,大部分老式电梯用户希望对电梯的电气控制系统进行改造,提高电梯的运行性能。
因此对电梯控制技术进行研究,寻找适合我国老式电梯的改造方法具有十分重要的意义。
电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工作和生活日益紧密联系。
PLC作为新一代工业控制器,以其高可靠性和技术先进性,在电梯控制中得到广泛应用,从而使电梯由传统的继电器控制方式发展成计算机控制的一个重要方向,成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。
自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来,由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用,并形成了一系列的定型产品。
在传统继电器系统的改造工程中,PLC系统一直是主流控制系统。
第二章课程设计内容与要求分析
2.1课程设计内容
图1-1四层电梯模型示意图
参考图1-1四层电梯模型示意图进行四层电梯PLC控制系统设计。
设计内容:
设计四层电梯控制系统的硬件电路(主电路硬件接线设计和PLC外部连线图);进行PLC控制程序编制与调试;撰写课程设计报告;完成课程设计答辩。
四层电梯控制系统的设计要求:
1)基本功能:
电梯应包括各楼层外呼梯开关,其中1层只有向上开关;4层只有向下开关;中间层(2、3层)具有上、下各两个开关。
电梯轿厢内部应具有完善的控制按钮,主要包括:
1~4层目标楼层请求按钮;强制开门按钮;强制关门按钮;故障报警按钮。
电梯井内应设置楼层检测信号,对电梯位置进行检测。
各楼层设置电梯位置指示灯,指示灯亮表示电梯位于该层,指示灯灭表示电梯离开该层。
程序调试时利用小灯指示电梯运行方向和开关门动作。
电梯设置向上、向下运行指示灯;电梯开、关门各设置开门和关门运行指示灯。
电梯开、关门动作控制应设置开门和关门到位检测装置进行开关门状态检测。
电梯控制程序应具有优先响应判别功能,对楼道内和电梯内的电梯运行请求信号进行综合判优后依次响应电梯请求响应信号。
电梯运行应尽量按照效率最高的原则设置其运行方式。
其他电梯运行控制由设计同学自行规定,要求控制设置合理,控制功能完善。
2)扩展功能:
设置自动关门功能,即电梯响应某层请求信号后停于该层,电梯门自动打开,当电梯门打开到位后,启动定时功能,在定时10s后电梯门自动关闭。
在定时期间强制开关门信号具有高优先级,即如果按下强制开门信号则关门定时器复位,当强制开门按钮松开后重新开始关门定时。
强制关门信号可以优先结束关门定时状态,提前启动关门动作。
2.2课程设计要求分析
2.2.1电梯设计基本思路
这个工作过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。
全过程扫描一次所需要的时间称为一个扫描周期。
内部处理阶段,PLC检查CPU模块的硬件是否正常,复位监视定时器等。
在通信操作服务阶段,PLC处于停状态,只进行内部处理和通信操作服务等内容。
在PLC处于运行状态时,从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出,一直循环扫描工作。
1.输入处理
入处理也叫输入采样。
在此阶段,顺序读入所有输入端子的通断状态,并将读入的信息存入内存中所对应的映象存储器。
在此输入映象寄存器被刷新,接着进入程序执行阶段。
在程序执行时,输入映象寄存器与外界隔离,即使输入信号发生变化,其映象寄存器的内容也不会发生变化,只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。
2.程序执行
根据PLC梯形图程序扫描原则,按先左后右先上后下的步序,逐句扫描,执行程序,但遇到程序跳转指令,则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。
从用户程序涉及到输入输出状态时,PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态,从输出映象寄存器读出对应映象寄存器的当前状态,根据用户程序进行逻辑运算,运算结果再存入有关器件寄存器中,对每个器件而言,器件映象寄存器中所寄存的内容,会随着程序执行过程而变化。
3.输出处理
程序执行完毕后,将输出映象寄存器,即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态,在输出处理阶段转存到输出锁存器,通过隔离电路,驱动功率放大电路,是输出端子向外界输出控制信号,驱动外部负载。
循环扫描的工作方式是PLC的一大特点,也可以说PLC是“串行”工作的,这和传统的继电器控制系统“并行”工作有质的区别,PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题[2]。
2.2.2电梯设计基本要求
1.最大限度地满足被控对象的控制要求
充分发挥PLC的功能,最大限度地满足被控对象的控制要求,是设计PLC控制系统的首要前提,这也是设计中最重要的一条原则。
这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究,收集控制现场的资料,收集相关先进的国内、国外资料。
同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合,拟定控制方案,共同解决设计中的重点问题和疑难问题。
2.保证PLC控制系统安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行,是设计控制系统的重要原则。
这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑,以确保控制系统安全可靠。
例如:
应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行,而且在非正常情况下(如突然掉电再上电、按钮按错等),也能正常工作。
2.力求简单、经济、使用及维修方便
一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量,带来巨大的经济效益和社会效益,但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。
因此,在满足控制要求的前提下,一方面要注意不断地扩大工程的效益,另一方面也要注意不断地降低工程的成本。
这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济,而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低,不宜盲目追求自动化和高指标。
4.电梯模型PLC控制系统设计
由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制,而楼层和轿厢的呼叫是随机的,因此,系统控制采用随机逻辑控制。
即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上,根据随机的输入信号,以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。
另外,轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定,并送PLC的计数器来进行控制。
同时,每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。
为便于观察,对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示,采用LED和发光管显示,而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。
为了提高电梯的运行效率和平层的精度,系统要求PLC能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制。
根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现。
为了电梯的运行安全,系统应设置可靠的故障保护和相应的显示。
根据电梯所处的位置和运行方向,在编程中,采用了四个优先级队列,即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。
其中,上行优先级队列为电梯向上运行时,在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号,该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的阵列。
上行次优先级队列为电梯向上运行时,在电梯所处位置以下楼层所发出的向上运行的呼叫信号,该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。
控制系统在电梯运行中实时排列的四个优先级陈列,为实现随机逻辑控制提供了基础。
当电梯以某一运行方向接近某楼层的减速位置时,判别该楼层是否有同向的呼叫信号,将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较,如相同,则在该楼层减速停车:
如果不相同,则将该寄存器数据送入比较寄存器,并将原比较寄存器数据保存,执行该楼层的减速停车。
该动作完毕后,将被保存的数据重新送入比较寄存器,以实现随机逻辑控制。
系统還利用行程判断楼层,并转化成BCD码输出,通过硬件接口电路以LED显示!
第三章总体方案设计
3.1总体方案的确定
电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。
图3-1为电梯PLC控制系统的基本结构图,主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。
系统控制核心为PLC主机、操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC,存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号,向拖动和门机控制系统发出控制信号。
图3-1电梯PLC控制系统的基本结构图
3.2设计思想
3.2.1信号控制系统
电梯信号控制基本由PLC软件实现。
电梯信号控制系统如图3-2所示,输入到PLC的控制信号有:
运行方式选择(如自动、有/无司机、检修、消防运行方式等)、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器、光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。
3.2.2电梯控制系统实现的功能
电梯的控制系统实现如下功能:
1)行车方向由内选信号决定,顺向优先执行;
2)行车途中如遇呼梯信号时,顺向截车,反向不截车;
3)内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除。
4)内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示
5)停层时可延时自动开门、手动开门、(关门过程中)本层顺向呼梯开门;
6)有内选信号时延时自动关门,关门后延时自动行车;
7)无内选时延时5s自动关门,但不能自动行车;
8)行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。
3.2.3电梯控制系统实现的功能
(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。
(14)自动返基站。
当电梯设有基站时,电梯在完成全部指令后,自动驶回基站,停机待客。
3.2.4I/0点数的分配及机型的选择
楼道控制
呼梯按钮(4下)
X000
平层信号LS1
X006
呼梯按钮(3下)
X001
平层信号LS2
X007
呼梯按钮(3上)
X002
平层信号LS3
X010
呼梯按钮(2下)
X003
平层信号LS4
X011
呼梯按钮(2上)
X004
呼梯按钮(1上)
X005
电梯内控制
4层按钮
X024
开门到位
X026
3层按钮
X023
关门到位
X027
2层按钮
X022
开门按钮
X020
1层按钮
X021
关门按钮
X025
楼道输出
呼梯指示(4下)
Y005
呼梯指示(2下)
Y002
呼梯指示(3下)
Y004
呼梯指示(2上)
Y001
呼梯指示(3上)
Y003
呼梯指示(1上)
Y000
电梯内输出
1层按钮指示
Y011
上行指示
Y016
2层按钮指示
Y012
下行指示
Y017
3层按钮指示
Y013
1层指示
Y020
4层按钮指示
Y014
2层指示
Y021
开门按钮指示
Y010
3层指示
Y022
关门按钮指示
Y015
4层指示
Y023
电梯控制
电梯正向运行
Y006
开门控制
Y025
电梯反向运行
Y007
关门控制
Y026
辅助寄存器
开门
M100
电梯达到一层
M110
关门
M101
电梯达到二层
M111
上行、下行禁止开关门
M102
电梯达到三层
M112
电梯上行
M103
电梯达到四层
M113
电梯下行
M104
电梯停在一层
M150
电梯停在二层
M151
电梯停在三层
M152
电梯停在四层
M153
表1-1I/O口分配表:
第四章系统软件设计
梯形图电器控制系统的电路图很相似,具有直观易懂的优点,很容易被设计人员掌握,特别适用于开关量逻辑控制。
梯形图常被称为电路或程序,梯形图的设计称为编程。
根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系,求出与图中各线圈对应的编程元件的状态,称为梯形图的逻辑解算。
梯形图中逻辑解算是按从左至右、从上到下的顺序进行的。
解算的结果,马上可以被后面的逻辑解算所利用。
逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值,而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。
以下为本次课程设计的梯形图程序:
图1-2梯形图
第五章调试过程
5.1准备工作
按图将所有的设备连接起来,并接通电源,观察PLC的指示灯,PLC上的RUN和RDY指示灯正常亮起,则PLC正常工作,观察电梯模型上,电源指示灯正常亮起,则电梯模型正常工作。
打开编程软件,并打开已绘制的电梯PLC控制程序,单击菜单栏中“在线”,然后单击子菜单栏中的“PLC写入(W)……”,成功连接PLC。
设定好步数,单击“执行”按钮,即可将程序传送到PLC中去。
5.2调试过程
打开电源,此刻电梯无动作。
按下一楼外呼梯按钮,电梯门打开。
L9灯点亮。
当按下3楼内呼梯按钮,关门按钮或者无动作等待3秒钟后,电梯门关闭。
L7灯闪烁,当L7灯熄灭时,说明电梯门关门到位。
此时电梯向上运行。
到3楼后,电梯门自动开启,L9灯点亮。
等待3秒钟后熄灭,此动作说明电梯开门到位。
此时电梯无人,等待3秒钟后电梯关闭,L7灯闪烁。
L7灯闪烁完毕熄灭,此动作说明电梯门关闭到位。
此刻电梯在三楼,按下所有状态按钮,即:
1楼内外呼梯按钮,二楼内外呼梯按钮,三楼内外呼梯按钮,四楼内外呼梯按钮。
L1,L2,L3,L4,L5,L6灯全部点亮。
此时,电梯因为在三楼,所以先响应四楼外呼梯按钮,电梯向上运行,待到运行至4楼后,电梯门打开,L9点点亮,当开门到位后,L9灯熄灭。
按下关门按钮或者等待三秒钟,电梯门关闭。
L7灯闪烁,当门关门到位时,L7灯熄灭。
此时电梯向下运行,到三楼以后,电梯门自动打开,L9灯点亮,等到开门到位时,L9灯熄灭。
此时按下关门按钮或者等待三秒,电梯门自动关闭。
L7灯闪烁,当关门到位时,L7灯熄灭。
电梯向下运行。
当电梯到达二楼时,电梯门自动打开,此时L9点点亮,当开门到位时,L9灯熄灭。
此时按下关门按钮或者等待三秒钟,电梯门自动关闭。
L7灯闪烁,当电梯门关门到位时,L7灯熄灭。
然后电梯继续下行至一楼。
到达一楼后,电梯门自动打开,L9灯点亮,当开门到位时,L9灯熄灭。
此时,等待三秒钟后,电梯门自动关闭,L7灯闪烁,当关门到位时,L7灯熄灭。
此调试过程说明电梯程序及其设计成功。
可以实现电梯基本功能
第六章总结
本次课程设计,是以PLC可编程控制器为核心,利用其强大的功能使其完成电梯的基本功能。
利用通用变频器和PLC实现了对电梯的控制,通过合理的设备选型、参数设置和软件设计,提高了电梯运行的可靠性。
四层电梯的运行过程通过梯形图直观的表现了出来。
在此次课程设计的调试过程中,我们也出现过问题,比如说四楼电梯只是灯不亮,然后我们调整了梯形图,完全实现了整个课程设计所要求的全部内容。
通过此次课程设计,我不仅把知识融会贯通,而且丰富了大脑,同时在查找资料的过程中开拓了视野,认识了将来电子的发展方向,使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。
课程设计是我对所学知识理论的检验与总结,能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力;是我在校期间向学校所交的一份综和性作业。
在此要感谢我们的老师叶老师对我悉心的指导,感谢老师们给我的帮助。
还有在设计过程中,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式过程中,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
撰写人:
撰写日期:
参考文献
[1]史国生主编.电气控制与可编程控制器技术.北京:
化学工业出版社.2004
[2]王永华.现代电气及可编程控制技术.北京:
北京航空航天大学出版社.2002
[3]邓则名.电器与可编程控制器应用技术.北京:
机械工业出版社.1997
[4]徐世许.可编程序控制器原理应用网络.合肥:
中国科学技术大学出版社.2001
[5]王泽元.可编程序控制器实验指导书.长春:
自编实验指导书.20
附录
电气原理图
外部连接图
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