PLC電梯課程設(shè)計基于 PLC 控制的五層電梯系統(tǒng)

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1、沈陽建筑大學(xué)課程設(shè)計 學(xué)號 0908470511 成績 課程設(shè)計說明書 設(shè)計名稱 《PLC編程與應(yīng)用》課程設(shè)計 設(shè)計題目 基于PLC控制的五層電梯系統(tǒng) 設(shè)計時間 2012年11月26日~12月7日 學(xué) 院 交通與機械工程學(xué)院 專 業(yè) 機電一體化 班 級 機電09-1班 姓 名 指導(dǎo)教師

2、 2012 年 12 月 7 日 摘要 在現(xiàn)代社會和經(jīng)濟活動中，計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和電力電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，電梯已經(jīng)成為城市物質(zhì)文明的一種標(biāo)志。特別是在高層建筑中，電梯是不可缺少的垂直運輸設(shè)備。隨著高層建筑飛速發(fā)展的今天，電梯行業(yè)也隨之進入了新的發(fā)展時期,電梯控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速，其邏輯控制也由PLC代替原來的繼電器控制，其許多功能是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)的。 　　本次設(shè)計的內(nèi)容為用歐姆龍CPM2A型可編程控制器（PLC）控制一個五層電梯。在介紹電梯基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，深入分析了電梯的工

3、作原理，闡述了PLC的優(yōu)點及特點，重點分析了電梯的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，研究并提出了基于PLC電梯控制系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)方案。 關(guān)鍵詞 電梯；變頻調(diào)速；PLC(可編程控制器)；歐姆龍 Abstract In the modern social and economic activities, computer technology, automatic control technology and power electronic technology has been rapid development, the lift has

4、become a symbol of urban material. Especially in the high-rise building, the elevator is not a lack of vertical transportation equipment. With the rapid development of high-rise buildings of today, the lift industry also has entered a new period of development, elevator control technology has been d

5、eveloped to the FM speed regulator, the logic control by the PLC to replace the original relay control, many of its functions traditional relay control system can not be achieved. The content of the design for the use of CPM2AH OMRON PLC control a five-layer elevator.In introducing the basic struc

6、ture of the lift on the basis of the depth analysis of the working principle of the elevator, on the merits and characteristics of PLC, the focus of an analysis of the lift hardware design and software design, research and PLC based control system designed to lift the achievement of the program.

7、 Keywords elevator ;VVVF inverter;PLC;OMRON 《PLC編程與應(yīng)用》課程設(shè)計說明書 《PLC編程與應(yīng)用》課程設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計時間 2012年11月26日~12月7日 設(shè)計題目 基于PLC控制的五層電梯系統(tǒng) 設(shè)計條件 見附頁 設(shè)計任務(wù) 完成給定設(shè)計條件下的系統(tǒng)設(shè)計，主要內(nèi)容有：1、繪制電氣原理圖和接線圖；2、PLC選型、系統(tǒng)配置、I/O分配表；3、繪制程序流程圖，編寫PLC程序；4、機械系統(tǒng)規(guī)劃；5、編寫設(shè)計說明書，字?jǐn)?shù)不少于3000字。 設(shè)計要求 1．設(shè)計電路原理圖一

8、張（A2），程序流程圖一張（A2）。 2．設(shè)計說明書一份。 3．要求圖面整潔，說明書書寫工整、規(guī)范。 進度計劃 時間（周．星期） 設(shè)計內(nèi)容 1．1 布置設(shè)計任務(wù)，系統(tǒng)總體設(shè)計， 1．2—1．3 硬件系統(tǒng)設(shè)計 1．4—1．5 軟件系統(tǒng)設(shè)計 2．1—2．2 繪制電路圖和程序框圖 2．3—2．4 編寫設(shè)計說明書，準(zhǔn)備答辯 2．5 答辯 成績評定辦法（評定考核項目、考核標(biāo)準(zhǔn)、所占比重） 按平時出勤（10%）、方案設(shè)計+圖紙（30%）、說明書（30%）、答辯（30%）給定設(shè)計成績。 成績分五檔：優(yōu)、良、中、及格、不及格。 參考資料 （1）《可編程控

9、制器原理及應(yīng)用》，宮淑貞，人民郵電出版社，北京：2004 （2）《機床電氣自動控制》，劉金琪 編著，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，哈爾濱：1999 （3）《電氣傳動技術(shù)原理與應(yīng)用》，婁國煥 等 編著，中國電力出版社，北京：2007 （4）《電氣控制電路圖》，鄭鳳翼 楊洪升 等，人民郵電出版社，北京：2008 指導(dǎo)教師（簽字） 年 月 日 目錄 第一章 概述 1 1.1可編程控制器綜述 1 1.1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 1 1.1.2 PLC的特點 1 1.1.3 PLC的基本組成

10、2 1.2.1 電梯的定義與結(jié)構(gòu) 2 1.2.2變頻調(diào)壓調(diào)速電梯簡介 4 第2章 電梯控制的原理與實現(xiàn) 5 2.1電梯控制系統(tǒng)構(gòu)成 5 2.2電梯的工作原理及功能要求 6 2.2.1變壓變頻調(diào)速基本原理 6 2.2.2輸入輸出回路 6 第3章 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 7 3.1控制系統(tǒng)整體設(shè)計 7 3.1.1設(shè)計步驟 7 3.1.2控制要求分析 8 3.1.3系統(tǒng)流程設(shè)計 9 3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計 11 3.2.1確定I/O點數(shù) 11 3.2.2 PLC機型的選擇 12 3.2.3變頻器型號的選擇 12 3.2.4電動機型號的選擇 14 3.2.5樓層位置顯示功能

11、14 3.3軟件系統(tǒng)設(shè)計 15 3.3.1輸入輸出點分配 15 3.3.2開關(guān)門控制 16 3.3.3關(guān)門控制 19 3.3.4電梯的內(nèi)指令、外召喚信號的登記、消除回路 20 3.3.5電梯起動和運行方向選擇電路分析 22 3.3.6樓層位置指示 24 3.3.7接近目標(biāo)層減速變換 26 3.3.8電梯速度變換 27 第四章 結(jié)論 28 沈陽建筑大學(xué)課程設(shè)計 第一章 概述 1.1可編程控制器綜述 1.1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 可編程控制器（PLC）是以自動控制技術(shù)、微計算機技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，目前已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。198

12、7年，國際電工委員會（IEC）在可編程控制器國際標(biāo)準(zhǔn)草案第3稿中對可編程控制器的定義是：可編程控制器是一種書記運算操作的電子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計?？删幊炭刂破骺刹捎每删幊绦虻拇鎯ζ?，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算數(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機械或生產(chǎn)過程。 PLC是生產(chǎn)力發(fā)展的必然產(chǎn)物。首先提出PLC概念的是美國最大的汽車制造廠家通用汽車公司（GM）。1968年，該公司提出用以后總新型控制裝置替代繼電器控制，這種控制裝置要把計算機的通用、靈活、功能完備等優(yōu)點與繼電器控制的簡單、易懂、操作方便、價格便宜等特點結(jié)合起來，而且

13、要使那些不很熟悉計算機的人也能方便地使用。根據(jù)這種設(shè)想，1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了世界上第一臺PLC。 我國從20世紀(jì)70年代中期開始研制PLC。1977年，我國采用美國Motorola公司的一位機集成芯片，研制成功了國內(nèi)第一臺有實用價值的PLC。伺候，在不斷引進國外PLC生產(chǎn)線的同時，積極開發(fā)國產(chǎn)PLC。許多企業(yè)在PLC的應(yīng)用方面進行了積極的探索，取得了成功的經(jīng)驗和良好的效益?？梢灶A(yù)見，PLC技術(shù)的推廣應(yīng)用會使我國的工業(yè)自動化水平產(chǎn)生一個革命性的飛躍。 1.1.2 PLC的特點 PLC的性能表現(xiàn)在一下幾個方面： 1.靈活性和通用性強； 2.抗干擾能

14、力強、可靠性高； 3.編程語言簡單易學(xué)； 4.PLC與外部設(shè)備的連接簡單、使用方便； 5.PLC的功能強、功能的擴展能力強； 6.PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試周期短； 7.PLC體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化。 1.1.3 PLC的基本組成 PLC基本組成包括中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出接口（縮寫為I/O，包括輸入接口、輸出接口、外部設(shè)備接口、擴展接口等）、外部設(shè)備編程器及電源模塊組成，見圖1-1。PLC內(nèi)部各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，外部則根據(jù)實際控制對象配置相應(yīng)設(shè)備與控制裝置構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)。

15、 圖1-1 PLC的基本組成 1.2 電梯綜述 1.2.1 電梯的定義與結(jié)構(gòu) DB11-418《電梯日常維護保養(yǎng)規(guī)則》中規(guī)定：電梯是動力驅(qū)動，利用沿剛醒導(dǎo)軌運動的箱體或者沿固定線路運行的梯級（踏步），進行升降或者平行送人、貨物的機電設(shè)備，包括載人（貨）電梯、自動扶梯、自動人行道等。 電梯整體結(jié)構(gòu)如圖1-2。簡單介紹電梯機械部分的結(jié)構(gòu)。 1.曳引系統(tǒng) 曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出與傳遞動力，使電梯運行。曳引系統(tǒng)主要由曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪、反繩輪組成。 2.導(dǎo)向系統(tǒng) 導(dǎo)向系統(tǒng)的主要功能是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導(dǎo)軌作升降

16、運動。導(dǎo)向系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。 3.轎廂 轎廂是運送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的工作部分。轎廂由轎廂架和轎廂體組成。 4.門系統(tǒng) 門系統(tǒng)的主要功能是封住層站入口和轎廂入口。門系統(tǒng)由轎廂門、層門、開門機、門鎖裝置組成。 5.重量平衡系統(tǒng) 系統(tǒng)的主要功能是相對平衡轎廂重量，在電梯工作中能使轎廂與對重間的重量差保持在限額之內(nèi)，保證電梯的曳引傳動正常。系統(tǒng)主要由對重和重量補償裝置組成。 6.電力拖動系統(tǒng) 電力拖動系統(tǒng)的功能是提供動力，實行電梯速度控制。電力拖動系統(tǒng)由曳引電動機、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、電動機調(diào)速裝置

17、等組成。 7.電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)的主要功能是對電梯的運行實行操縱和控制。電氣控制系統(tǒng)主要由操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏(柜)、平層裝置、選層器等組成。 8.安全保護系統(tǒng) 保證電梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故發(fā)生。由限速器,安全鉗、緩沖器、端站保護裝置組成。 圖1-2電梯結(jié)構(gòu) 1.2.2變頻調(diào)壓調(diào)速電梯簡介 1.特點 交流變壓變頻調(diào)速電梯也稱為VVVF電梯，VVVF是改變電壓、改變頻率，英文Variable Voltage and Variable Frequency的縮寫。VVVF電梯速度調(diào)節(jié)平滑，能獲得十分良好的乘坐舒適

18、感；能明顯地降低電動機的起動電流。與其它類型交流調(diào)速系統(tǒng)相比，性能最好，運行效率最高，可以節(jié)能30%~50%。 2.調(diào)速原理 從電機學(xué)可知交流雙速電梯的轉(zhuǎn)速公式： 式中，n—電動機的轉(zhuǎn)數(shù)，s—轉(zhuǎn)差率，f—電源頻率，p—磁極對數(shù)。 由公式可知,轉(zhuǎn)速n和電源頻率f1成正比,連續(xù)均勻地改變供電電源的頻率,就可平滑地改變電動機的轉(zhuǎn)速,但同時也改變了電動機的最大轉(zhuǎn)矩而電梯為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,要求調(diào)速時保持最大轉(zhuǎn)矩不變。因此,改變頻率的同時必須改變電壓，保持磁通Φ不變。這種調(diào)速實際是變壓變頻(VVVF)調(diào)速。VVVF電梯的核心是變頻器,可以說,交流異步電動機電梯的調(diào)速性能取決于變頻器的性能

19、第二章 電梯控制的原理與實現(xiàn) 2.1電梯控制系統(tǒng)構(gòu)成 電梯控制系統(tǒng)主要由變頻調(diào)速主回路、輸入輸出單元以及 PLC 單元構(gòu)成，由如圖2-1所示，PLC用來完成對電梯曳引電機及開關(guān)門機的起動，加減速，停止，運行方向，樓層顯示，層站召喚，轎箱內(nèi)操作，安全保護等指令信號進行管理和控制功能。 圖2-1電梯控制系統(tǒng)原理圖 2.2電梯的工作原理及功能要求 2.2.1變壓變頻調(diào)速基本原理 由于變壓變頻調(diào)速（VVVF)在各種異步電動機調(diào)速系統(tǒng)中效率最高、性能也最好，所以這種技術(shù)一問世，就得到了迅速推廣。目前變壓變頻調(diào)速是電梯中各種調(diào)速方式中應(yīng)用最為廣泛的調(diào)速方法。 由異步電動機的轉(zhuǎn)速公式

20、： 可知：當(dāng)轉(zhuǎn)差率s變化不大時，n基本上正比于f。所以，要改變交流電動機轉(zhuǎn)速，只需改變定子頻率f即可。 但是，在改變轉(zhuǎn)速的同時，希望主磁通基本保持不變。若磁通太弱，則沒有充分利用鐵心，電動機容許的輸出轉(zhuǎn)矩減小，電動機的功率得不到充分利用而浪費；若增大磁通，將引起磁通路過分飽和，鐵心發(fā)熱，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞電動機。 根據(jù)公式： 2-2 可知：要想在改變f的時候磁通Φ不變，只需同時改變，使。 所以異步電動機的變頻調(diào)速必須按照一定的顧慮同時改變其定子電壓和頻率

21、，即必須通過變頻器獲得電壓和頻率均可調(diào)節(jié)的供電電源。 2.2.2輸入輸出回路 輸入輸出單元為 PLC 的 I/O 接口部分，主要由廳外呼叫、轎箱內(nèi)選層、樓層及方向指示、開關(guān)門、井道內(nèi)的上下平層、上下強迫換速開關(guān)、門鎖、安全保護繼電器、檢修、消防、泊梯、稱重等單元構(gòu)成。 1.輸入單元 廳外呼叫單元，用來對各層站的廳外召喚信號進行登記、記憶和消除；轎箱內(nèi)選層單元，負(fù)責(zé)對預(yù)選樓層指令的登記、消除和指示；開關(guān)門按鈕，輸入 PLC 控制轎門的開閉（廳門也同時動作）；上下平層裝置，用來保證電梯轎箱在各層?？繒r準(zhǔn)確平層；上下限強迫換速開關(guān)，用于保護電梯的高速運行安全，避免電梯出現(xiàn)沖頂或蹲底事故，當(dāng)電

22、梯到達(dá)上下端站時，裝在轎廂邊的上下限強迫換速開關(guān)打板，信號輸入 PLC，PLC 發(fā)出換速信號強迫電梯減速運行到平層位置；門鎖裝置（或轎門和廳門聯(lián)鎖保護裝置），轎門閉合和各廳門閉合上鎖是電梯正常起動運行的前提；安全回路，通常包括轎內(nèi)急停開關(guān)、轎頂內(nèi)急停開關(guān)、安全鉗開關(guān)、限速器斷繩開關(guān)、限速器超速開關(guān)、底坑急停開關(guān)、相序保護繼電器、上下限極限開關(guān)等；檢修、消防和泊梯，檢修、消防和泊梯為電梯的三種運行方式，檢修運行為電梯檢修時的慢速運行方式，消防運行有消防返回基站和消防員專用兩種運行狀態(tài)，泊梯狀態(tài)，消除內(nèi)選和外呼信號，自動返回泊梯層、關(guān)門并斷電；稱重單元，用來檢測轎廂負(fù)荷，判斷電梯處于欠載、滿載或超

23、載狀態(tài)，然后輸出數(shù)字信號給 PLC，根據(jù)負(fù)載情況進行起動力矩補償，使電梯運行平穩(wěn)。 2.輸出單元 樓層及方向指示單元，包括電梯上下行方向指示燈、層樓指示燈以及報站鐘等，目前的方向及層樓指示燈主要有七段碼顯示方式和點陣顯示方式，本系統(tǒng)為七段碼顯示方式；開關(guān)門單元，用于控制電梯的廳門和轎門的打開和關(guān)閉，在自動定向完成或電梯平穩(wěn)?？亢?，PLC給出相關(guān)指令，完成開關(guān)門動作。 第三章 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 3.1控制系統(tǒng)整體設(shè)計 3.1.1設(shè)計步驟 本次PLC控制系統(tǒng)設(shè)計分為以下幾個步驟： ① 分析控制要求； ② 確定I/O點數(shù)； ③ 選擇PLC機型； ④ 選擇輸入、輸出設(shè)備，分配P

24、LC的I/O； ⑤ 程序設(shè)計（包括梯形圖的繪制）； ⑥ 調(diào)試。 其步驟如圖3-1所示： 圖3-1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟 3.1.2控制要求分析 此次設(shè)計所涉及的電梯模型共有五層，電梯的每一層面均有升降及轎廂所在樓層的指示燈顯示；1-5所對應(yīng)的指示燈表示樓層號，每層的樓廳均有輸入（分上行和下行）按鈕召喚電梯。工作中的電梯主要對各種呼梯信號和當(dāng)時的運行狀態(tài)進行綜合分析，再確定下一個工作狀態(tài)，為此它要求具有自動選向、順向截梯、反向保號，外呼記憶，自動開/關(guān)門狀態(tài)，停梯消號，自動達(dá)層等功能。

25、電梯工作情況分析如下： 1.梯在某一層時，有一高層呼叫上（下），電梯上升到該層響應(yīng)。 2.梯在某一層時，有一低層呼叫上（下），電梯下降到該層響應(yīng)。 3.梯在某一層時，有多個高層呼叫下，電梯先響應(yīng)較高層的呼叫，再響應(yīng)較低層的呼叫。 4.梯在某一層時，有多個低層呼叫上，電梯先響應(yīng)較低層的呼叫，再響應(yīng)較高層的呼叫。 5.梯在某一層時，有多個高層呼叫上，電梯先響應(yīng)較低層的呼叫，再響應(yīng)較高層的呼叫。 6.梯在某一層時，有多個低層呼叫下，電梯先響應(yīng)較高層的呼叫，再響應(yīng)較低層的呼叫。 7.梯在某一層時，有一（多）高層呼叫上，另一（多）較高層呼叫下，先按照規(guī)則5響應(yīng)高層，再按照規(guī)則3響應(yīng)較高層。

26、 8.梯在某一層時，有一（多）高層呼叫下，另一（多）較高層呼叫上，先按照規(guī)則5響應(yīng)較高層，再按照規(guī)則6響應(yīng)高層。 9.梯在某一層時，有一（多）低層呼叫上，另一（多）較低層呼叫下，先按照規(guī)則6響應(yīng)較低層，再按照規(guī)則5響應(yīng)低層。 10.在某一層時，有一（多）低層呼叫下，另一（多）較低層呼叫上，先按照規(guī)則6響應(yīng)低層，再按照規(guī)則⑷響應(yīng)較低層。 11.當(dāng)電梯在某一層時，同時存在多個低層指令，先響應(yīng)較高層指令，再響應(yīng)較低層指令。 12.當(dāng)電梯在某一層時，同時存在多個高層指令，先響應(yīng)低高層指令，再響應(yīng)較高層指令。 3.1.3系統(tǒng)流程設(shè)計 根據(jù)電梯的工作原理與功能要求，來繪制電梯的主程序流程

27、圖和設(shè)計電梯的程序梯形圖。電梯程序流程圖為圖3-2。梯形圖分成：初始化、指層控制、開關(guān)門控制、轎內(nèi)呼叫與標(biāo)記控制、廳外呼叫與標(biāo)記控制、電梯上下行選擇指示控制、電梯的運行控制來編寫與調(diào)試。最后再組合輸入軟件CX-Programmer中進行調(diào)試。 圖3-2電梯程序流程圖 3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.2.1確定I/O點數(shù) 根據(jù)電梯控制的特點，輸入信號應(yīng)該包括以下幾個部分： （1） 轎廂內(nèi)及各層門廳外呼按鈕 轎廂內(nèi)的樓層選擇按鈕共有5個數(shù)字鍵1~5，各層門廳的外呼按鈕除第一層只有上升按鈕，第五層只有下降按鈕外，其余三層均設(shè)有上升、下降兩個按鈕，故一共需要13個輸入。 （2） 位置信號

28、平層傳感器安裝于各樓層的電梯?？课恢玫奈鍌€傳感器，此傳感器主要用于檢測平層用的，平時為常開，當(dāng)電梯運行到平層時關(guān)閉。還有一個上下限位開關(guān)，另外還有一組紅外線傳感器，此傳感器主要用于門機上保護人或物不被夾傷的裝置。故位置信號一共需要8個輸入。 （3） 電梯門控制信號 大部分電梯都具有開門按鈕以及關(guān)門按鈕，以方便手動開門，故電梯門控制信號一共需要2個輸入。 （4） 其他：有超載、上下極限、有司機/無司機方式選擇等開關(guān)或觸電，共9個。 綜上所述，共需要輸入點32個。 輸出信號應(yīng)該包括： （1） 內(nèi)呼指示信號 內(nèi)呼指示信號有5個，分別表示1~5層的內(nèi)呼被接受，并在內(nèi)呼指令完成后，信號消失

29、。 （2） 外呼指示信號 外乎信號共有8個，分別表示1~5層的外呼被接受，并在外呼指令完成后，信號消失。 （3） 電梯上下行指示信號，共2個。 （4） 電動機M1正反轉(zhuǎn)，共需要輸出點2個。 （5） 開門蜂鳴器1個。 （6） LED層顯示段，共需要7段。 （7） 其他6個。 綜上所述，共需輸出點32個。 3.2.2 PLC機型的選擇 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點?？煽?/p>

30、硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。 PLC的供電電源，除了引進設(shè)備時同時引進PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計選用220V電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電，如果PLC本身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計外接供電電源，為了防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離室必要的，有時也可采用簡單的二級管或熔絲管隔離。 通過上述分析，且又知道此五層電梯程序?qū)崿F(xiàn)運行時需使用23

31、個輸入和27個輸出，又對PLC機型的選擇做了詳細(xì)分析可得出對于電梯控制系統(tǒng)可以選用一些小型PLC來實現(xiàn)，如歐姆龍CPM2AH系列的PLC。 根據(jù)本次課程設(shè)計的要求有32個輸入信號，32個輸出信號，再考慮現(xiàn)有設(shè)備，所以選用OMRON C系列的PLC CPM2AH-60CDR-A。 3.2.3變頻器型號的選擇 變頻器選型的重要性及要求 在市場經(jīng)濟環(huán)境下，電梯價格戰(zhàn)激烈，電梯廠家不斷地從電梯的配置下功夫，配件盡量買最低價的，以達(dá)到降低成本的目的，提高整部電梯的價格競爭力，而其中最能省錢的部件就是變頻器。而變頻器性能不佳又對電梯的整體穩(wěn)定性影響相當(dāng)大，因為電梯負(fù)荷變化大，經(jīng)常急停，而機房或機器

32、設(shè)備間的溫度一般又比較高，所以電梯變頻器相對于其它電梯零件是比較容易出故障的。此外在設(shè)計過程中，廠家為了節(jié)約成本往往忽略了變頻器和電動機的一些具體參數(shù)，結(jié)果導(dǎo)致較高的故障率，影響了電梯的正常運行，給用戶帶來不少的困擾和損失。 對于電梯來說，變頻器只驅(qū)動1 臺電動機，故作為連續(xù)運轉(zhuǎn)的變頻器其容量應(yīng)滿足以下三個要求： (1) 負(fù)載輸出： ≤變頻器容量 3-1 式中， —負(fù)載要求的電動機軸輸出，KW；η —電機效率（通常約為0.85）； k—電流波形補償系數(shù)；cosφ —電機功率因素（通常約為0.

33、75）。 (2) 電動機容量：≤變頻器容量 3-2 式中，—電動機額定電壓，V；—電機額定電流，A； (3) 電動機電流： ≤變頻器額定電流 3-3 根據(jù)變頻器額定輸出容量與電動機額定容量的關(guān)系，在選用變頻器和電動機時有兩種方法： ① 利用電動機的參數(shù)選擇變頻器； ②利用變頻器的參數(shù)選擇電動機。 此外在確定電動機的容量時還應(yīng)考慮以下幾個因素： ① 所選電動機的容量應(yīng)大于負(fù)載所需要的功率； ② 負(fù)載所需要的起動轉(zhuǎn)矩與電機的最大轉(zhuǎn)矩相比，后者要有足夠的裕量； ③即使電源

34、電壓降低了額定值的10%，電機也足以能夠輸出所需的轉(zhuǎn)矩； ④考慮到電機的壽命，應(yīng)在規(guī)定的溫升內(nèi)使用； ⑤能頻繁地起動和制動，因為電梯在運行高峰期每小時起、制動次數(shù)經(jīng)常超過100 次，最高可達(dá)180～240 次，故其工作方式為斷續(xù)周期工作制。 綜上所述，選擇安川L1000A系列VS一616G5型變頻器，這樣不僅可以降低功耗，提高運行效率和可靠性，使用單位也可以獲得較滿意的性價比。 3.2.4電動機型號的選擇 在電力拖動系統(tǒng)中，電動機的選擇是一項重要的內(nèi)容，它包括電動機的類型、容量、額定電壓及額定轉(zhuǎn)速等的選擇。電動機選擇的依據(jù)，首先要按照生產(chǎn)機械對電力拖動提出的具體要求和工作情況來確定

35、應(yīng)該選擇何種類型的電動機，然后根據(jù)生產(chǎn)機械的實際負(fù)載確定所需要的電動機的容量，所以，選擇的電動機型號如下所述： ①電動機種類選擇主要是從生產(chǎn)機械對調(diào)速性能的要求來考慮，選擇交流電動機； ②電動機結(jié)構(gòu)形式選擇：電梯要在垂直方向工作，可選擇直立式的； ③電動機額定電壓選擇一般是由工廠或車間的供電條件據(jù)安定的，在電梯系統(tǒng)中，應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)的交流三相電壓。 此次選擇YVP系列電梯專用變頻調(diào)速三相異步電動機YVP225S-4作為電梯的電力拖動電機。 3.2.5樓層位置顯示功能 1.顯示及外部控制版面如圖3-3所示 圖3-3 轎廂內(nèi)控制屏示意圖 2.LED數(shù)碼管顯示規(guī)則如圖3-4

36、所示 數(shù)碼管顯示器采用共陰極接法，七段顯示組合與數(shù)字對照表如表3-1所示（1表示接通，0表示斷開）。 表3-1七段顯示組合與數(shù)字對照表 顯示數(shù)字 a段 b段 c段 d段 e段 f段 g段 1 0 1 1 0 0 0 0 2 1 1 0 1 1 0 1 3 1 1 1 1 0 0 1 4 0 1 1 0 0 1 1 5 1 0 1 1 0 1 1 圖3-4 LED數(shù)碼管顯示層樓示意 3.3軟件系統(tǒng)設(shè)計 3.3.1輸入輸出點分配 本次設(shè)計的輸入/輸出點的地址分配如表3-

37、2所示。 表3-2 系統(tǒng)I/O表 輸入 輸出 1 開門行程開關(guān)SL1 0.01 上行繼電器KM1 10.00 2 關(guān)門行程開關(guān)SL2 0.02 下行繼電器KM2 10.01 3 紅外感應(yīng)器SA1 0.03 低速繼電器KM6 10.02 4 紅外感應(yīng)器SA2 0.04 快速繼電器KM7 10.03 5 一層到位行程開關(guān)ST1 0.05 開門繼電器KM3 10.04 6 二層到位行程開關(guān)ST2 0.06 關(guān)門繼電器KM4 10.05 7 三層到位行程開關(guān)ST3 0.07 加電繼電器KM5 10.06 8 四層到

38、位行程開關(guān)ST4 0.08 上行方向燈HL1 10.07 9 五層到位行程開關(guān)ST5 0.09 下行方向燈HL2 11.00 10 超載保護器SL3 0.10 蜂鳴器 11.01 11 報警按鈕SB11 0.11 一層呼叫指示燈H1 11.02 12 手動開門按鈕SB12 1.00 二層呼叫指示燈H2 11.03 13 手動關(guān)門按鈕SB13 1.01 三層呼叫指示燈H3 11.04 14 一層轎外呼叫按鈕SB1 1.02 四層呼叫指示燈H4 11.05 15 二層轎外呼叫按鈕SB2 1.03 五層呼叫指示燈H5 11.

39、06 16 三層轎外呼叫按鈕SB3 1.04 七段數(shù)碼管 a段 11.07 17 四層轎外呼叫按鈕SB4 1.05 b段 12.00 18 五層轎外呼叫按鈕SB5 1.06 c段 12.01 19 一層轎內(nèi)指令按鈕SB6 1.07 d段 12.02 20 二層轎內(nèi)指令按鈕SB7 1.08 e段 12.03 21 三層轎內(nèi)指令按鈕SB8 1.09 f段 12.04 22 四層轎內(nèi)指令按鈕SB9 1.10 g段 12.05 23 五層轎內(nèi)指令按鈕SB10 1.11 24 一層下行減速接近開關(guān)SA1 2.00 25

40、 二層上行減速接近開關(guān)SA2 2.01 26 二層下行減速接近開關(guān)SA3 2.02 27 三樓上行減速接近開關(guān)SA4 2.03 28 三樓下行減速接近開關(guān)SA5 2.04 3.3.2開關(guān)門控制 開關(guān)門控制程序是按照雙開門無司機控制來設(shè)計的。主要完成電梯的手動開門、無司機狀態(tài)下的本層開門、電梯運行到達(dá)目的層站時的自動開門、手動關(guān)門、無司機狀態(tài)下的自動延時關(guān)門等功能。 圖3-5為開關(guān)門控制的流程圖。 圖3-5開關(guān)門控制流程圖 (1)本層開門 本層開門是指電梯在停車狀態(tài)條件下，當(dāng)轎廂所在樓層有上召喚且沒有定下方向，或有下召喚而沒有定上方向時，電梯自動

41、開門，電梯本層開門的條件也可簡化為：在停車狀態(tài)下，當(dāng)轎廂所在層樓有廳外召喚時，電梯自動開門。 圖3-6本層開門 (2)自動開門 當(dāng)電梯運行到位后，相應(yīng)的樓層到位行程開關(guān)閉合，即0．05或0．06或0．07或0.08或0.09觸點閉合，而轎門閉合(開門繼電器10．04為OFF)，開門保護繼電器21．00為OFF，則時間繼電器TIM000開始計時，計時3S后TIM000觸點閉合，驅(qū)動開門繼電器，轎門打開至到位后，開門行程開關(guān)動作，即0．01動斷觸點斷開，開門過程結(jié)束。 圖3-7自動開門 (3)手動開門 如轎內(nèi)乘客在TIM000延時時間內(nèi)按下開門按鈕，則轎門打開。

42、 圖3-8手動開門 （4）開門保護 電梯在運行過程中開門保護繼電器為ON，不會實現(xiàn)開門動作。 圖3-9開門保護 3.3.3關(guān)門控制 關(guān)門的條件有以下幾種：停車狀態(tài)下按關(guān)門按鈕、無司機狀態(tài)下自動關(guān)門。 （1）自動關(guān)門 單開門行程開關(guān)0.01動合觸點閉合，時間繼電器TIM001延時5S后，使TIM001動合觸點閉合，驅(qū)動關(guān)門繼電器10.05，關(guān)閉電梯門至到位后，關(guān)門行程開關(guān)0.02動作，關(guān)門結(jié)束。 圖3-10關(guān)門控制 (2)關(guān)門保護 停止關(guān)門或不關(guān)門的條件：關(guān)門到位碰到關(guān)門限位開關(guān)、有開門信號、開門繼電器吸合、超載開關(guān)動作。 自動關(guān)閉轎門時

43、，有可能夾住乘客，當(dāng)有人進出被夾住時，轎門上安裝 的紅外傳感器0．03或0．04閉合，關(guān)門保護繼電器21．01閉合，關(guān)門繼電器10．05復(fù)原，關(guān)門被禁止，同時開門繼電器工作，把門打開，直至限位位置(限位開關(guān)0．01)后，開門繼電器復(fù)原，重新執(zhí)行關(guān)門動作。 圖3-11關(guān)門保護 如果電梯超載，觸點0．10為閉合，線圈0．05不會閉合，不能關(guān)門運行。 3.3.4電梯的內(nèi)指令、外召喚信號的登記、消除回路 轎內(nèi)指令和廳外召喚登汜的條件是按下要登記的按鈕，若此時電梯處在正常運行狀態(tài)，而且電梯又不在登記的層樓，則該登記即為有效。轎內(nèi)指令登記消號的條件是當(dāng)電梯正常運行至登記樓層時，指令登記

44、即被消號。廳外召喚消號的條件是：當(dāng)電梯正常運行至廳外召喚的樓層且電梯的運行方向與召喚按鈕的方向一致時，廳外召喚即被消號。 (1)內(nèi)指令信號處理 內(nèi)指令信號的處理指信號的登記。信號的登記采用自鎖原理，不論電梯上行或下行，當(dāng)轎廂運行至有內(nèi)指令的梯層時，均要換速停車，并消除登記信號，不需反射信號。將1至3層轎內(nèi)指令按鈕信號輸入到PLC的1.07到1.11輸入端子，20．0-20．04為1至4層樓層位置中間繼電器，11.02到11.06為轎內(nèi)指令登記信號。如有人想到2層時，按下2層的內(nèi)指令按鈕1.08，若轎廂不在2層，則二層到位行程開關(guān)0．06常閉觸點為ON，所以11.03閉合，信號被登記并被保持

45、；當(dāng)轎廂到2層時，0．06常閉觸點為為OFF，信號不會被登記。當(dāng)電梯到達(dá)目標(biāo)層時，樓層中間繼電器(20．0-20．04)的電，常閉觸點斷開，信號被消除。如圖5-7所示。 圖3-12內(nèi)指令信號處理 (2)外召喚信號處理 廳外召喚信號同樣需要進行登記。工作過程與內(nèi)指令信號處理相同。 3.3.5電梯起動和運行方向選擇電路分析 電梯的定向是綜合考慮電梯的運行方式、轎內(nèi)指令、廳外召喚及電梯所處樓層的位置的基礎(chǔ)上，確定電梯的運行方向。選層是在有轎內(nèi)指令或廳外召喚信號的情況下，電梯應(yīng)響應(yīng)哪個信號；電梯即將到達(dá)有轎內(nèi)指令登記或與電梯運行方向相同的廳外召喚信號的樓層時，發(fā)出換速信號。在

46、無司機正常運行狀態(tài)下，廳外召喚信號根據(jù)電梯的所處位置來參與電梯的定向。 (1)電梯定向 電梯停在某層時，該層到位行程開關(guān)閉合，如果乘客按下的樓層信號在該層，則電梯不予登記，如不在該層時，該層方向燈點亮，實現(xiàn)電梯定向。 假設(shè)電梯原來停在一樓，當(dāng)選擇按二層呼叫按鈕(1．03)，二層呼叫指示燈亮(11.03閉合)因為一層到位行程開關(guān)(0．05)也已閉合，所以上行方向燈(10.07)亮，定向完成。 圖3-13電梯定向 （2）電梯運行及停車 當(dāng)定向完成后，啟動中間繼電器（20.10）工作，上行繼電器（10.00）動作，轎廂上升，當(dāng)?shù)竭_(dá)二層時，碰到二層行程到位開關(guān)（0.06），二層

47、中間繼電器（20.01）得電，前沿微分指令21.02為ON，經(jīng)由一個掃描周期切斷起動控制信號，電梯停止中間繼電器（20.10）工作，電梯停在二層。如果是按了三層呼叫按鈕，情況與之類似。 圖3-14電梯運行及停車 (3)電梯多層呼叫運行 如果同時按了多層層呼叫按鈕，則電梯選向后開始運行，當(dāng)電梯到底某層時，該層停止輔助繼電器和計時器(TIM002)工作，轎廂停2S后上升方向燈繼續(xù)亮，轎廂繼續(xù)上升，到達(dá)下一層。 例如電梯在一樓，如果同時按了三、四、五層呼叫按鈕，上行方向燈亮，電梯上升，當(dāng)電梯到達(dá)三層時，三層停止輔助繼電器(21.04)和計時器(TIM002)工作，轎廂停2S后

48、上升方向燈繼續(xù)亮，轎廂繼續(xù)上升，到達(dá)下一層。到達(dá)四層也進行相同的操作，到達(dá)五層停下。 圖3-15 電梯多層呼叫運行 (4)運行過程故障檢測 TIM003起到故障檢測的作用，當(dāng)電梯在各樓層的運行時間超過10秒時，就認(rèn)為程序工作有問題，上行、下行繼電器均會失電，自動令電機停轉(zhuǎn)。 圖3-16運行過程故障檢測 3.3.6樓層位置指示 PLC輸出端直接與七段數(shù)碼管連接，無需外部硬件譯碼器，由PLC軟件進行七段譯碼，直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示樓數(shù)，如表3-3所示。 表3-3為七段譯碼真值表：當(dāng)輸出筆段狀態(tài)為1時表示該段亮，當(dāng)輸出筆段狀態(tài)為0時表示該段滅。 表

49、5-2中看到各字段狀態(tài)為0表示消隱，狀態(tài)為l表示點亮，表中狀態(tài)0有19個，而狀態(tài)1有30個，因而若按真值表中點亮狀態(tài)設(shè)計七段譯碼顯示梯形圖會占用PLC太多功能內(nèi)部觸點，程序較長；而按消隱狀態(tài)設(shè)計可簡化梯形圖，故選擇按消隱狀態(tài)設(shè)計。 表5-2七段譯碼真值表 顯示數(shù)字 輸出筆狀態(tài) 樓層中間繼電器 a b c d e f g 1 0 1 1 0 0 0 0 20.00 2 1 1 0 1 1 0 1 20.01 3 1 1 1 1 0 0 1 20.02 4 0 1 1 0 0 1 1 20.03 5

50、 1 0 1 1 0 1 1 20.04 由M0到M4表示一至五層，對字段a，當(dāng)M0為0N，邏輯變量取值為l或當(dāng)M3為ON，邏輯變量取值為1時，a段滅，即a=0。 按滅零原則設(shè)計梯形圖如圖3-17所示。 圖3-17樓層位置指示 3.3.7接近目標(biāo)層減速變換 電梯起動后快速運行，在接近目標(biāo)樓層時，其相應(yīng)的接近開關(guān)(2.00-2.07)動作，而由于還未到達(dá)目標(biāo)層，目標(biāo)層呼叫指示燈仍然得電，所以低速繼電器(10.2)工作，電梯開始減速，到達(dá)目標(biāo)層時低速繼電器失電，電梯停止。如圖3-18所示： 圖3-18接近目標(biāo)層減速變換 當(dāng)電梯出現(xiàn)安全問題

51、，按下警鈴時利用特殊功能繼電器P～O—ls產(chǎn)生周期為0．1S的報警聲；超載時，利用PLC的特殊功能繼電器P1s使蜂鳴器發(fā)生周期為1S的報警聲，如圖3-19所示： 圖3-19故障報警電路 3.3.8電梯速度變換 電梯啟動后快速運行，2S后開始加速，在接近目標(biāo)層時，相應(yīng)的接近開關(guān)(2.00至2.07)動作，電梯開始減速，直至到達(dá)目標(biāo)層時停止。 圖3-20電梯速度變換 第四章 結(jié)論 電動機拖動的電梯控制系統(tǒng)是一種典型的電器控制系統(tǒng)。各類電梯的電器控制系統(tǒng)都較為復(fù)雜，對控制的可靠性要求也很高。如果采用常規(guī)的繼電器控制系

52、統(tǒng)進行控制，要實現(xiàn)全部的控制功能，控制系統(tǒng)的元器件很多，接線復(fù)雜，可靠性較差。 采用PLC進行電梯的運行控制，控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)大為簡化，同時由于采用的是“軟接線”方法的程序控制，系統(tǒng)的可靠性和靈活性都大大提高。當(dāng)然，電梯控制系統(tǒng)的信號輸入點數(shù)較多，就初期投入來講，PLC控制系統(tǒng)比繼電器控制的成本要高，不過可以采用節(jié)省輸入點的辦法解決成本較高的問題。例如，可以采用編碼/譯碼電路來減少PLC的輸入點，降低成本，但要根據(jù)實際情況確定，不使硬件電路過于復(fù)雜而降低系統(tǒng)的可靠性。 參考文獻 [1]宮淑貞.《可編程控制器原理及應(yīng)用》.第二版.北京:人民郵電出版社,2008:1~338 [2]常國蘭.《電梯自動控制技術(shù)》.第一版.北京：機械工業(yè)出版社，2008：1~218 [3]高欽和.《可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計》.北京：人民郵電出版社，2004：1~341 [4]張漢杰,王錫仲,朱學(xué)莉.《現(xiàn)代電梯控制技術(shù)》.第一版.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1996：1~352 40