电梯控制系统技术的发展毕业论文
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电梯控制系统技术的发展毕
业论文
目录
1 绪论 (1)
1.1电梯国外发展现状 (1)
1.2选此课题的意义 (2)
1.3本文主要容及结构 (2)
2电梯的控制 (3)
2.1电梯控制技术的发展 (3)
2.2电梯的构造 (3)
2.3电梯系统PLC控制 (4)
2.4电梯的控制要求 (5)
2.4.1电梯控制的功能 (5)
2.4.2电梯的操作方式 (6)
3 六层电梯控制系统硬件部分设计 (8)
3.1PLC控制系统的I/O点数的选择与分配 (8)
3.2 PLC机型的选择 (10)
4 六层电梯控制系统软件(PLC)设计 (12)
4.1 PLC的编程语言 (12)
4.2 梯形图的设计 (12)
4.2.1 开关门环节 (12)
4.2.2 楼层信号控制环节 (15)
4.2.3轿指令信号控制环节 (16)
4.2.4厅外召唤信号控制环节 (19)
4.2.5 启动换速控制环节 (22)
4.2.6 自动选向控制环节 (25)
致谢 (27)
参考文献 (28)
1 绪论
1.1电梯国外发展现状
1854年,在美国纽约举行的世界博览会上,第一次向世人展示了他的安全升降梯。
首先他把货物放在升降梯平台上,再命令他的肋手把平台拉到一定的高度,然后再割断升降梯的提拉缆绳,但是升降梯并没有坠落。
这就是有史以来第一部安全升降梯。
很久很久以前,人类就学会了用升降工具来运输货物或者人员,人类的伟大奇迹金字塔在建造时就大量应用了最原始的升降系统,和如今的电梯基本原理如出一辙。
但是那时的升降工具基本上是以人力为动力。
直到18世纪中叶后,伟大的的科学家瓦特发明了蒸汽机,电梯的升降工具才慢慢的摆脱了人力,而以蒸汽为动力。
紧随其后,威廉·汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯,液压的介质是水。
但是安全问题一直是阻碍电梯发展的顽疾,
因为一旦升降梯拉升缆绳发生断裂,负载平台就一定会发生坠毁事故。
而后来奥的斯先生的发明彻底改变了人们对电梯安全的恐惧感。
终于在1889年,美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯。
最初是用直流电动机作为动力,通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索,悬挂并升降轿厢,而后采用按钮操纵装置,为操作纵方式现代化开了先河。
随着时代的发展,科技的进步,电梯也一直不断的发展和完善,在操纵控制方面可以说是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等,多台电梯还出现了并联控制,智能群控;双层轿厢电梯展示出节省井道空间,提升运输能力的优势;变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间;不同外形——扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。
电梯越来越受到人们的欢迎。
1901年我国最早的一部电梯出现在上海,从那以后电梯技术在我国得到了长足的发展。
而由美国奥的斯公司在天津利酒店安装的电梯至今还安全运行着,成为我国最老的电梯之一。
新中国解放后由天津从庆生电机厂制造的电梯被安装在天安门,这是由我国自行制造的第一台电梯。
改革开放后,伴随着经济的发展,中国的电梯业也进入了高速发展时期。
现如今电梯已广泛应用在中国的每一个城市,电梯给人们生活带来了极大的便利,也为我国的现代化建设提供了坚强的后盾。
据有关数据统计,中国在用的电梯多达34.6多万台,且每年还以5万~6万台的速度增长,虽然电梯在中国已有100多年的历史,但其应用的快速增长却是在改革开放以后,到目前为止,我国的电梯的技术水平已赶上了世界的平均水平。
1.2选此课题的意义
电梯的电气系统一般由拖动系统和信号控制系统两部分组成。
早期的电气系统采用的是继电器逻辑控制系统,但是随着时代的发展以及人们对电梯要求的提高,人们发现继电
器逻辑控制有些无法克服的致命的缺点,如控制系统设备体积大,可靠性差,动作速度慢,功能缺少等缺点,正逐渐被人们所淘汰。
随着时代的发展电梯的控制系统多采用两种方式,一是采用微机作为信号控制单元,完成信号的采集和控制以及运行和功能的调试,二是采用可编程控制器PLC作为信号控制单元。
而国大多采用第二种方式,由于前者生产规模较小,成本高,而PLC它有功能灵活,编程简单易懂,操作方便,可靠性高,噪音小等优点,所以现在可编程控制系统已广泛用于电梯系统控制当中。
1.3本文主要容及结构
本文主要分为四章,第一章主要介绍电梯发展的国外现状和选此课题的意义,第二章为电梯的组成、工作原理和电梯控制的功能要求。
其中电梯的控制要求是着重点,因为只有把电梯的要求分析清楚,后续的设计工作才能展开。
在清楚了电梯的工作原理、功能要求后,才真正开始了电梯控制的设计。
电梯控制系统的设计分为第三章硬件和第四章软件两个部分。
硬件部分主要介绍了PLC的输入和输出I/O端口的选择与分配和PLC型号的选择。
软件部分根据电梯所要实现的功能分为六大部分,分别为开关门环节、楼层信号控制环节、轿指令信号控制环节、厅外召唤信号控制环节、启动换速控制环节和自动选向控制环节。
把这六大部分分别设计调试出来,再组合,便成了电梯的软件设计部分。
2电梯的控制
2.1电梯控制技术的发展
自从电梯产生以来,电梯的控制系统从初期的继电器控制系统发展到主要的以下几种
控制系统。
(1)继电器电梯控制
它是种比较古老的电梯控制系统,是一种逻辑电路控制,它需要的电路器件较多,系统安装调试繁琐,抗干扰能力弱,工作不稳定,性价比不高,现基本上被PLC、单片机、多微机控制系统所取代。
(2)电梯PLC控制
PLC是可编程控制器的简称,它是一种数字运算的电子操作系统,是一种自动控制的专用微机,与继电器控制系统相比它有明显的优点如适应性强、控制速度快、安装调试简便、寿命长、可靠性高等优点。
(3)电梯的单片机控制
单片机是一种单片微型计算机,是一种集成电路芯片,是嵌入式微控制器,采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、 RAM、ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
(4)多微机控制
随着现代社会的发展所带来的高层建筑的发展,人们对电梯的运行速度,控制性能,安全可靠等方面的要求可以说越来越高,这就要求在电梯控制系统中仅仅采用一个CPU已经不能满足用户的要求,在这种情况下,多微机控制系统应运而生。
多微机控制系统是顾名思义就是系统用到了多个微处器而不是单个,可以使多个处理器之间协调高效的完成电梯所需要控制的功能,使资源的利用得到最优化、最大化,从而使电梯系统更安全、更可靠、更灵活,但这方面的技术还太成熟,有待进一步的发展。
2.2电梯的构造
现代电梯主要包括以下几个部分:
便我们更好的设计电梯的控制系统。
从图中我们可以看出,电梯的轿厢和配重通过曳引轮分别系在钢丝绳的两端,而曳引轮是用于减速的机构,再前面就是提供动力的电动机。
通过电机的拖动,带动曳引轮的轮动,从而引起电梯的上下运动。
2.3电梯系统PLC控制
PLC控制的电梯系统主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。
如图3—1所示为其基本结构图。
图3—1 电梯PLC控制系统的基本结构图
通过基本结构图可知电梯PLC控制系统主要硬件包括PLC、安全装置、井道装置、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、拖动控制、调速装置、门机等。
通过图可知PLC主机是系统的核心部分。
安全装置、井道装置、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘以及门机等信号通过PLC 的输入接口送入PLC,经过PLC一系列的运算和控制,通过PLC的输出接口把输出信号送入到轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、拖动控制、调速装置、门机等,以达到对电梯的实
际控制。
2.4电梯的控制要求
2.4.1电梯控制的功能
作为用于楼层的运输的交通工具,电梯的安全运行的重要性可想而知,是电梯最重要的的技术指标,如果电梯的安全受到质疑,那么这种电梯也就完全没有实用性,所以通过分析可知要保证电梯的安全运行必须要满足以下要求:
1.电梯运行的位置必须时时都要通过信号的采集指示出来,轿厢中的乘客和门厅中等待的乘客任何时候都要知道电梯的位置,同样电梯的控制系统必须通过其位置信号才能进行下一部工作。
传统的的电梯的位置信号一般由设在井道中的磁感应器提供,这种磁感器一般用的是干簧管磁感应器。
2.对于每层厅门外,都应该设有上/下呼叫开关(最顶层和起始层只设一只)、电梯方向指示灯和能显示电梯当前层号的指示灯。
3.电梯的轿厢,轿厢应设有电梯运行的方向指示灯、显示电梯当前层号的指示灯以及强制开门和关门按钮。
4.自动定向和换向,当轿厢操纵盘上选层指令相对于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,当电梯完成所有的全部顺指令后,应能自动换向,应答乘客相反方向的运行要求。
5.轿厢的启动和运行的要求,在电梯确定方向后,轿厢门关好门,电梯运行的起始阶段是电梯的加速阶段,其后是速度相对稳定阶段,当将到目的层时,进入减速阶段,到了平层后停车(一般轿厢的底与门厅“地平面”相差不超过5mm)。
这样就相对保证了乘客的舒适性。
6.对电梯开门和关门的控制要求,电梯到了目的层后应有手动和自动开关门的功能。
当电梯到站后,一般在3—6秒后自动关门,也可在自动关门到来之前按下关门钮,电梯将提前关门,且在门未关到位时,强按开门按钮,门将重新打开;电梯的自动开门待客,当电梯停在某站时,在层楼中按下召唤按钮(上或者是下)电梯将自动开门。
7.呼梯记忆与顺向截停,对于层外的呼梯信号,电梯能存储,电梯先运行方向一致的召唤,并逐一停站答复,再运行相反方向的信号。
8.当电梯在完成全部指令后,电梯应停在当前楼层,停下来等待下欠召唤信号。
2.4.2电梯的操作方式
常见的电梯的操作方式有单轿厢下集选和单轿厢全集选。
●单轿厢下集选虽是控制登记所有轿厢和厅门下行召唤,轿厢上行只答应轿厢召唤,不
停下应答上行是所有电梯的召唤,直到最高层后自动向下行,再应答门厅下行召唤。
●单轿厢全集选,它对轿厢和楼层召唤指令有记忆作用,能自动关门起动,对于同一方
向的能逐一应答,应答完同一方向后再回答相反方向的,当执行完所有的指令后,电梯能自动关门,并处于待机状态,当再有召唤信号时,能重新起动。
3 六层电梯控制系统硬件部分设计
3.1PLC控制系统的I/O点数的选择与分配
我们可以根据电梯的层数,梯形、功能要求和控制方式的要求,先确定PLC的输入信号与输出信号的数量。
电梯系统PLC I/O分配表
◆输入端口中配有检修开关,用于电梯出现故障时,电梯维修人员维修所用。
检修开门
端口为X0
◆分配表中楼层上召唤按钮1~6层共有X1~X5五个输入端口,由于最高只有六层所以在六
层没有上召唤按钮,用于厅外乘客发出上行召唤信号。
◆楼层下召唤按钮1~6层也有X6~X12五个输入端口,同样在最底层不需要下召唤开关,用
于厅外乘客发出下行召唤信号。
◆为了电梯能接受到电梯准确无误的到站,每层都井道中都装有感应器,以采纳电梯到
站信号,这些信号分别与PLC的X13~X20相连接。
当这些输入端口接通时,表示电梯正好到了相应的平层位置。
◆电梯轿厢的1~6层可选开关与PLC的X21~X26输入端口相连,便于轿厢乘客对目的楼层的
选择。
◆上下平层感应器分别与X27、X30相连接,用于检测电梯是上行还是下行,这些感应器
装在轿厢顶部,与井道相应位置上的隔磁钢板,相互接应。
◆为了保证电梯的安全运行在电梯的井道的最高层(六层)和最低层(一层)中分别装
有下上强迫换速开关,电梯运行最高层或者最低层时,如果电梯的正常的换速控制没有得到响应,碰撞这两个开关使得电梯强迫减速,这两个开关与输入端口的X31和X32
相连。
◆开门按钮和关门按钮分别与端口X33、X34相连。
用于司机手动开、关控制。
◆开门和关门到位开关X35与X36用于检测电梯门的开关是否到位。
PLC输出端口
楼层位置显示灯一至六楼分别是Y0~Y5输出端口,Y6~Y12是一至五层上召唤指示灯,Y13~Y17是二至六层下召唤指示灯,Y20、Y21为开门和关门输出端口,Y22、Y23为上下行接触器端口、Y24、Y25为快速接触器和快加速接触器,Y26、Y27为第一慢加速接触器和第二慢加速接触器。
3.2 PLC机型的选择
根据以上PLC的现场输入端口31个和输出端口的个数为24个,总共有58端口用到,我们可以用选择三菱公司制造的FX2N-64MR型PLC,该PLC基本单元输入点有32个,输了点有32个,能满足要求。
我们根据其I/O端口的分配表可画出其系统PLC的接线原理图,如下图所示。
图3-2 PLC接线图
4 六层电梯控制系统软件(PLC)设计
4.1 PLC的编程语言
PLC之所以称之为可编程控制器,顾名思义PLC所实现的控制功能是通过程序来实现的。
到目前为止,PLC常用的编程语言有:梯形图、布尔助记符、功能图、功能表图、结构语句等。
其中最为常用的就是梯形图,本文用的就是梯形图。
(1)梯形图,最为常用的一种程序设计语言,它是用梯形图的图形符合来表示的。
因为在工业控制过程的早期,继电器逻辑控制技术被广泛的使用,而PLC所用
的梯形图,正是从这种逻辑控制技术发展而来的,所以现在一直被广泛的应用。
(2)布尔助记符,是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言,它与计算机在汇编语言极为相似,操作功能就是用布尔助记符来实现的。
(3)功能图,是用功能模块来表示模块所具有的功能。
(4)功能表图,用功能表图来描述程序的一种程序设计语言,它是近年来才发展起来的。
(5)结构语句,是用结构化的描述语句来描述程序的一种程序设计语言。
它与高级语言较为相似,在大中型的PLC系统中应用的比较多。
4.2 梯形图的设计
一般来了讲对于复杂的程序设计,都是按照一个个实现功能的环节组合而成,这样对于程序员来说,使得程序设计思路清晰明朗,效率得到大大的提高,然后再把所有的环节组合在一起,也就形成了完整的程序,对读者来讲读懂显得更方便。
在本文电梯的梯形图的设计里,用的就是这种方法。
我们可把梯形图的设计分为五大环节部分,分别是开关门环节、楼层信号控制环节、轿指令信号控制环节、厅外召唤信号控制环节、启动换速控制环节。
4.2.1 开关门环节
图4-21a
图4-21b
电梯的开门梯形图如图4-21a和图4-21b所示。
电梯的开关门所需要的功能主要有以下
几点
(1)检修时。
电梯在出现故障需要检查或者维修时,电梯必须停下正常工作,且开关门应由维修人员,手动按开关按钮,实施手动开门与关门。
(2)电梯到达平层时。
电梯到达目的楼层时,电梯应能自动开门,而不需要按开门开关。
(3)电梯在关门不到位时的重新开门。
在电梯关门进行时,按下开门按钮,电梯能重新开门,在电梯的关门的过程中,若有人或者其他物体夹在两门之间时,
在电梯碰触到物体时,电梯能马上重新开门,且两门之间的压力应相当小,
电梯就马上自动执行开门动作。
(4)呼梯开门。
在电梯在到达某层后,电梯停在该层,当有人在厅门外按下召唤电梯按钮时,电梯马上先确定好电梯的运行方向,并起动运行,到达所召唤
楼层时,再开门。
(5)电梯停用时。
在电梯完成了所有的命令后,电梯在开门后3~6秒(本文是3秒)能马上自动关门并停在当前楼层。
(6)电梯在运行前的关门。
为了安全起见,电梯在运行时必须保证电梯的轿门和楼层的厅门时时同开或者同关,且必须在这两个门都关好后电梯才能上行或
者下行。
4.2.2 楼层信号控制环节
根据达到控制的要求,楼层信号控制环节的梯形图如图4-22所示。
我们先假设电梯原停在二层,则根据梯形图可知,X17和Y4就马上会接通,从PLC的接线图可以看出楼层显示灯马上就会亮,表示电梯正在二楼,现在如果电梯向三楼上行,电梯离开二层,X17会断开,但是由于自保持的作用Y4不会马上断开,电梯一直显示为一层,当到达三层时,X16会马上接通,Y3也就接通,从而导致Y4的断开,电梯显示灯此时也就显示三楼,同时由Y4控制的二楼显示灯也就会熄灭。
其他各层工作原理也如此,这里就不一一介绍。
图4-22 楼层信号控制4.2.3轿指令信号控制环节
图4-23 轿指令信号控制
轿指令信号控制环节的梯形图如图4-23所示,该梯形图用到了M111~M116(继电器出错)六个中间继电器,为了表示1~6层轿信号的登记。
当这六个继电器有一个或者几个接通时,表示相应的楼层轿指令被登记,如果没有导通则就表示相应的楼层指令信号被消除。
梯形图中用到是SET置位和RST复位两个应用指令,来控制中间继电器的接通与断开状态。
也就是各层轿指令的登记和消除用得都是这两个应用指令。
现在人们可假设电梯停在三楼,则由梯形图和I/O端口图可知,此时上下接触器都是断开状态,对应着Y22和Y23都处于导通状态,现乘客如果按下轿指令按钮X21和X22,也就是表示现在目的层为五楼和六楼,随着X21和X22的接通控制五楼和六楼的中间继电器M112和M111就会在SET指令作用下置位导通,也就是说五楼和六楼轿指令被登记。
当电梯上行到五楼时,Y1(五层位置指令)就会接通,使得M112复位,五楼轿指令也就被消除,但是此时Y0(六层位置指令)并没有接通,M111就不符合复位的条件,M111处于接能状态,六楼轿指令并没有消除,等电梯到了六层后,Y0导通,M111被复位轿指令才完全被消除。
其他楼层同理。
4.2.4厅外召唤信号控制环节
厅外召唤信号控制环节的梯形图如图4-2.4所示,从图中我们可以看看出该梯形图与轿指令信号的梯形图十分相似,其实它所实现的功能与后者也基本相同,说是实现了厅外召唤信号的登记和消除。
同样我们先假设电梯先停好在二层,现在四层和五层的乘客欲乘电梯上行,同时在厅外四层还有乘客想下行,那么他们会按下控制X2、x10、X1的按钮,根据图可知,X1、X2和X10会导通,则在应用指令SET下Y11、Y12和Y15会置位导通,司机接到这些信号后就会使电梯上行,M130也就会导通。
所以当电梯到了四层时,Y2导通,Y11被复位,四层上召唤指示灯熄灭,但是此时,Y12还是导通状态,所以电梯会继续上行,M130也就一直处于ON状态,所以电梯先并不会响应四层厅外乘客下行的要求,同时下召唤指示灯仍然亮着,当电梯到了五层后,Y12就会断开,五层上召唤指示灯熄灭,熄灭后,M130就处于OFF状态,而M131处于ON状态,电梯就会下行。
当电梯到了四层后。
M131为ON,Y2为OFF,其下召唤信号Y15才会被复位。
这样设计也就清除了与电梯运动方向一致的召唤信号这一控制要求。
图4-24
厅外召唤信号控制
4.2.5 启动换速控制环节
电梯的启动和换速对电梯的安全运行尤为重要,电梯必须在轿厢门和楼层厅门都关好后电梯才能启动运行,电梯先是作加速运动,然后相对的稳速,最后将要到达目的层时,再作减速运动,直到平层电梯停止这们要求无疑不是给电梯里的乘客舒适感。
启动环节控制的梯形图如图4-2.5a所示,换速控制环节梯形图如4-2.5b所示。
图4-25a 启动环节控制
图4-25b 换速控制环节
图4-25c
如图4-25a和图4-25b梯形图所示,当电梯同时关好楼层厅门和轿厢门之后,电梯进入自动选向上环节,假设电梯为上行,从图中我们可以看出M130变为ON,上行接触器Y22变
为ON,则M143变为ON。
又因为Y25常闭,所以Y24变为ON,T1就开始计时,0.2秒后T1接触器变为ON,Y26为ON。
此时每当轿指令换速时,从图4-25c中换速信号 M134复位为ON,从而发出换速信号。
现在再假设有4层轿指令登记,则Y3变为ON,当电梯运行到第4层时M114为ON,M134变为ON从而发出换速命令。
至此把以上可实现各主要功能控制的梯形图环节合并起来,也就构成了PLC电梯控制的梯形图程序。
4.2.6 自动选向控制环节
图4-26 自动选向控制
致谢
经过三个多月的不断的努力,我终于完成了毕业设计。
在开始接到这个课题时我相当茫然,但是我不断通过书店、图书馆和互联网等寻找有关“基于PLC的六层电梯控制系统设计”的资料,清楚地了解到了电梯的工作原理,以及经典的用PLC工业控制的设计实例,再结合自己所学过的PLC(三菱)可编程器的有关知识,我开始对六层电梯PLC控制有了自己的思路。
为了更好地理清自己的思路和完成我的设计任务,于是我把设计思路分成了几个模块,再根据自己的模块,按照时间分配好自己的任务。
我就有针对性的逐个完成给自己设定好的阶段性目标。
在前期,我发现查阅资料也是一个不容缺少的能力。
有关这方面的资料有太多,你得分清哪些对你有用处,哪些没用,等查阅完后需做好记录、归纳与总结,找到问题的本质。
对于电梯控制系统的设计,你必须对电梯的工作原理和功能要求了解得很透彻,因为这是你后面设计的基础。
在了解完这些之后,再去多看些有关PLC控制的实例。
虽然学过PLC这门课程,但是那大部分是理论的,看完这些实例后,才发现有了自己的初步思路。
在后面,我就正式开始了我的设计。
对于PLC程序的设计,其I/O端口的分配尤为重要,这是做后面程序设计的基础。
在I./O端口分配好后,就选择合适的PLC。
一般程序的设计不是一蹴而就的,得通过不断的调试才能完成。
通过这些天的努力,让我理会到了理论与实践的巨大差距。
只有不断通过实践,才能把所学知识学好,才能发现问题所在,才能有更大的进步。
参考文献
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