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四层电梯PLC控制系统设计
四层电梯PLC控制系统设计
[摘要]如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具;而且作为载人工具,人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。
由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦接收完成不易更改等缺点,所以需要开发一种安全、高效的控制方式。
可编程控制器(PLC)既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质性能。
因此,PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用。
本文在介绍了电梯基本结构的基础上还深入分析了电梯的工作原理,阐述了PLC的特点及优点,其中重点研究了基于PLC的四层电梯控制系统的设计方案,最后对本论文的研究进行了总结与展望。
[关键词]电梯;控制系统;PLC;梯形图
引言
电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。
但由于电梯控制系统的复杂性,使继电器接触控制系统的接线复杂,可能使用成百上千的各式各样的继电器,由很多导线用复杂的方式连接起来,这样如果某个继电器损坏或者触点接触不良,都会影响整个系统的正常运行。
随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用,人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高,继电器控制的弱点就越来越明显。
鉴于PLC的种种优点,目前,电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。
同时,由于电机交流变频调速技术的发展,电梯的拖动方式也有原来直流调速逐渐过渡到了交流调速。
因此,PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行业的一个热点。
PLC技术的应用于电梯自动控制很好地解决了电梯控制系统过于复杂的问题。
本设计针对目前我国电梯业的现状,采用PLC对电梯进行逻辑控制,考虑了电梯的可靠性、可维护性、灵活性、使用寿命以及电梯的开发周期等方面,设计的控制系统具备楼层指示、呼梯指令登记、选层选向、自动运行和检修运行等功能,具有集选控制的特点。
1.电梯的概述
1.1电梯的定义
电梯是以电动机为驱动的一种垂直升降机,主要用于多层建筑的乘人或载物。
电梯有装有箱状吊舱式的也有台阶式的,台阶式的踏步板装在履带上连续传送,也称自动电梯。
电梯是服务于楼层的固定式的升降设备,其具有一个轿厢,运行于至少两列垂直的或者是倾斜角小于15度的刚性导轨之间。
不过习惯上不论电梯的驱动方式如何,都将其作为建筑物内的垂直交通运输工具的总称。
目前电梯普遍采用两种控制方式:
一种是以微机作为信号控制单元来完成电梯的信号采集、运行状态及其功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运行等功能,其中拖动控制由变频器来完成;第二种则是用可编程控制器取代微机以实现信号集选控制的一种控制方式。
不过国内厂家大部分都是采用第二种方式,主要原因是采用PLC控制具有可靠性高、编程简单、体积小、结构紧凑等优点,并且PLC一般都具有自诊断、故障种类显示、故障报警等功能。
1.2电梯的结构
电梯是机电合一的一种大型的复杂的产品。
它的机械部分相当于人的躯体,电气部分好比人的神经,而控制部分可比人的大脑。
机电高度合一,使电梯成为现代科学技术的综合产品。
电梯的结构包括四大空间和八大系统,其基本结构如图:
电梯基本结构图
1一减速箱;2一曳引轮;3一曳引机底垫;4一导向轮;5一限速器;6一机座;7一导轨支架;8一曳引钢丝绳;9一开关碰铁;10一紧急终端开关;11一导靴;12一轿架:
13一轿门;14一安全钳;巧一导轨;16一绳头组合;17一对重;18一补偿链;19一补偿链导轮;20一张紧装置;21一缓冲器;22一底坑:
23一层门;24一呼梯盒;25一层楼指示灯;26一随行电缆;27一轿壁;28一轿内操纵箱;29一开门机;30一井道传感器;31一电源开关;32一控制柜;33一引电机;34一制动器(抱闸)
1.3电梯的四大空间
(l)机房部分
电梯控制间,一般设置在电梯井道的顶部。
包括曳引机、电源控制盒等设备。
(2)井道部分
包括导轨、导轨支架、对重、缓冲器、限速器张紧装置、道照明等设备。
(3)层站部分
位于电梯的各层厅外,该部分包括电梯层门(厅门)、呼梯装置(召唤盒)、楼层显示装置、门锁装置、层站开关门装置及消防按钮等。
(4)轿厢部分
该部分主要由轿厢、轿厢门、平层装置、安全钳装置、开门机、轿内操纵箱、指示灯以及通讯报警装置等组成。
1.4电梯的八大系统
(l)曳引系统
曳引系统的主要功能是输出与传递动力,以驱动电梯运行。
主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮组成,是电梯中的核心部分之一。
(2)导向系统
主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度,使轿厢和对重只能沿着各自的导轨作升降运动而不发生摆动和振动。
无论是轿厢还是对重导向均由导轨、导靴以及导轨架构成。
(3)轿厢
轿厢是运送乘客或货物的电梯组件,主要由轿厢架和轿厢体组成。
轿厢架是固定和悬吊轿厢的框架,是轿厢的主要承重机构;轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶、轿厢门等部分组
成。
(4)门系统
门系统可分为两种,分别是装在井道入口层站处的层门以及装在轿厢入口处的轿厢门。
无论轿厢门还是层门都由门、导轨架、门框、滑轮、滑块、地坎等部分构成。
(5)重量平衡系统
该系统具有使对重与轿厢能达到相对平衡的作用,即电梯在运行中即使载重量不断变化,两者间的重量差仍保持在较小限额之内,以保证曳引传动平稳正常。
重量平衡系统通常由对重装置和重量补偿装置组成。
(6)电力拖动系统
该系统的功能是为电梯提供动力,并控制着电梯的启动加速、稳速运行和制动减速。
目前,电梯的电力拖动系统分为直流电动机拖动、交流电动机拖动以及永磁同步电动机拖动。
(7)电气控制系统
电气控制系统主要是指对电梯主曳引机和门机的启动、运行方向、减速、停止的控制,同时管理着每层站显示、层站叫唤、轿内指令、安全保护等指令信号。
该系统主要由控制装置、操纵装置、平层装置、位显示装置等部分组成。
控制系统的功能及性能直接决定了电梯的自动化程度及运行性能。
(8)安全保护系统
电梯的安全保护系统包括了机械的和电子的各类保护系统,例如缓冲装置、机械限速装置、终端保护装置,以确保电梯的安全使用,防止危险事故的发生。
缓冲装置起冲顶和撞底保护的作用,限速装置起到超速保护的作用,而安全保护则在电梯运行的各个方面都有体现。
2.PLC简介
2.1PLC的含义
可编程控制器是集自动控制技术、计算机技术与通信技术于一体的一种新型工业控制装置,现在已经成为现代工业控制三大支柱(PLC、CAD/CAM、ROBOT)之一,以其可靠、体积小、逻辑功能强、远程通信联网、在线修改控制程序、易与计算机接口、具备高速一记数与位控、能对模拟量进行控制等高性能模块的一系列优异性能,逐渐取代由大量计数继电器、时间继电器、中间继电器等组成的继电一接触控制系统,在机械、化工、轻工、电子、纺织、石油、冶金、食品、交通等行业均得到广泛应用。
2.2PLC的特点
电梯控制系统由调速部分和逻辑控制部分两部分组成。
调速部分影响着电梯运行时乘客的舒适感,逻辑控制部分则是对电梯运行时的安全可靠性起到了关键作用。
PLC在电梯控制方面的应用主要体现为其逻辑开关控制功能,由于PLC具备逻辑运算,计数、定时和数据输入输出等功能,在电梯的控制过程中,PLC能够与各种逻辑开关控制很好地结合,并很好地实现对电梯的控制。
具体体现了以下几个方面的优点:
(l)采用PLC对电梯进行控制,并且对电梯的自动控制通过软件来实现,这样做可大大提高电梯运行的可靠性;
(2)PLC可对故障进行自动检测并显示报警,大大提高了电梯运行的安全性;
(3)PLC本身工作稳定,不容易出现死机问题;
(4)由于除去了大部分继电器及选层器,控制系统的结构变得简单,外部线路也得到了简化;
(5)PLC编程灵活,程序出了问题可以修改,适应性强;
(6)更改控制方案时无需对硬件连线进行改动;
(7)在软件设计方面,同样采取了一些提高系统可靠性的举措。
例如,采用软件滤波、软件自诊断、简化编程程序、信息保护和恢复、报警和运行信息的显示等等。
2.3PLC的主要应用领域
PLC目前已应用于各行各业,主要归纳如下:
(1)开关量的逻辑控制和顺序控制;
(2)模拟量控制;
(3)运动控制;
(4)定时控制;
(5)数据处理;
(6)通信与联网;
(7)过程控制。
3系统控制方案
3.1四层电梯控制系统的设计要求
(1)电梯设置楼道呼梯控制按钮及电梯内部控制按钮两类控制开关。
(2)楼道控制按钮包括:
1层上按钮、4层下按钮、2-3层分别包括上和下两个按钮(因1层为底层、4层为顶层、2-3层为中间层),即本系统设计需要楼道控制按钮共6个如下图所示。
为每个楼道控制按钮设置指示灯一个,当提出电梯呼梯需求时,该按钮所对应的指示灯点亮;当电梯的呼梯需求被响应时,该按钮对应的指示灯关闭。
(3)电梯内部控制开关包括1-4层楼层选择按钮各1个、开门按钮、关门按钮共6个按钮。
并且为每个按钮设置指示灯一个,当点按按钮提出电梯控制需求时,按钮对应的指示灯常亮;当电梯控制需求完成后,按纽对应的指示灯关闭。
电梯上行与下行期间,开门与关门按钮将被锁定,即在此期间点按此2按钮,系统不能响应按钮功能。
仅当电梯系统检测到楼层到位信号并停稳电梯后,该2按钮才被解锁,点按后可控制强制开门和关门动作。
设置开门指示灯,门处于全开状态时,该指示灯点亮;门处于关闭状态时,该指示灯关闭。
设置开门到位与关门到位检测装置。
(4)设置楼层检测信号,即平层信号,每层1个共4个。
当检测到平层信号后,如果该层有电梯需求,则电梯在该层停止。
电梯停稳后执行开门信号。
通过开门到位检测装置检测门全开状态,当检测到门全开后,启动定时,定时10s,门自动关闭,门关闭到位由关门到位检测装置检测,门完全关闭后,电梯才可以运行。
强制开关门功能在门全开后启动,门定时自动控制与强制开关门功能要求进行联锁控制,其中强制开关门功能优先级高于门定时自动控制。
(5)电梯上行与下行控制,由楼道呼梯信号与电梯内请求信号共同控制。
电梯的运行控制方式自行设定。
建议采用电梯单向运行控制方式。
即当电梯下行运行时,优先响应低于电梯所处楼层以下各层的下行呼梯请求及下层梯内楼层请求;当电梯上行运行时,优先响应高于电梯所处楼层以上各层的上行呼梯请求及上层梯内楼层请求。
在电梯内部设置电梯上行、下行运行指示灯各一个,用于指示电梯的运行状态。
3.2四层电梯控制系统的硬件结构框图
3.3PLC的选择
系统的输入点有:
门厅召唤按钮6个输入点,轿内指令按钮4个点,楼层感应器4个点;门区感应1点,手动开门1点,共计输入点16点。
而输出点有:
快慢速接触器2点,上下行接触器2点,楼层指示灯4点,门锁1个点,共计输出点9点。
总计I/O点数为16/9。
综上所述,根据情况,我们选择三菱的FX系列。
输入输出点数为34点,电机20点,考虑10%到15%的I/O裕量,我们选择FX2n-48MR这种型号。
3.4PLC的输入输出分配表
3.5PLC的硬件接线图
3.6程序设计的梯形图
三菱FX2N系列PLC电梯控制系统的梯形图
结束语
该设计实现了电梯的一些基本功能:
集选控制、报警、过载检测、开关门延时、检修等。
由于实际生活中,一台电梯已无法满足人、物的运输量,故在本设计的基础上可以设计电梯的群控系统,在多台电梯的情况下如何进行最优选择。
随着科技的发展,电梯与环境的协调和谐、如何更安全地为人类生产生活服务等问题也被提上强调出来。
这也是绿色电梯的发展方向。
(1)智能化。
真正的智能与传统的人工只能是不同的,真正的只能应更具人性化,比如根据轿厢的情况和各层候梯的情况,自动制定最优方案;有语音提示;能够进行安全自检测,以及时处理故障。
(2)安全。
安全是电梯运行的重中之重。
要能有效消除电梯启动时的电磁辐射,还要能为乘客提供良好的视觉效果。
安全还包括电梯发生故障时,乘客能及时地与外界联系,同时电梯还要具备自休眠的功能,使电梯在保证高效运行的同时能够最大限度地得到休眠。
(3)与环境的协调性。
重视电梯的环境色彩,协调的色彩能使乘客的情绪往好的方面发展;应使电梯达到对大楼电磁干扰最小,同时又不会被其它电磁干扰的效果;电梯舒适感的要求越来越普遍,这可采用高频载波矢量静音变频器,并以CPU控制电压及频率的连续变换,利用计算机优化出适应人体生理要求的运动曲线,达到稳定、舒适的效果。
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致谢
首先,我要特别感谢我的指导老师对我的毕业设计给予了很多的指导,花费了很多的心血,使我最后圆满的完成了毕业设计。
老师不惜他周末时间来细心指导我,他严谨的治学态度,和蔼可亲的性格,正直的人格,不断探索的科研作风,孜孜不倦的敬业精神,都给我留下了极为深刻的印象,为我今后的工作、生活树立了良好的榜样。
在本文结束之际,特向我敬爱的导师致以最崇高的敬礼和深深的感谢!
总之,在本次毕业设计过程中,我从老师的身上学到了许多。
如面对困难的心态:
分析问题,找到问题的关键,再找合适的解决方法。
这使我面对困难不再恍然不知所措。
还有在以有知识的基础上勇于尝试,或许有以外收获。
我再次向老师表示深深地感谢!
也感谢实验室的老师给与的帮助和指导,使我能顺利的完成设计,更感谢母校给我这次机会,谢谢!
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