毕业设计（论文）基于PLC的电梯控制系统.doc

中文题目：基于PLC的电梯控制系统外文题目：Elevator control system based on PLC毕业设计（论文）共 32页（其中：外文文献及译文 0页）图纸共0张完成日期2016年4月 答辩日期2016年5月摘 要现代生活，随着经济的飞速发展，人们的生活条件逐渐的提高，越来越多的高层建筑正在进入我们的生活。而建筑内实现运输运输功能的电梯，也因此而飞猛发展。电梯已同其他交通工具一样与人类的生产生活劳动密不可分。目前电梯控制系统主要是由继电器控制系统、PLC控制系统以及微机控制系统组成。PLC的主要优势是抗干扰性强，可靠性高，维修便捷，以及调试方便。所以被人广泛使用。本文从电梯的发展起源和PLC的结构及其工作原理，选取PLC对四层电梯的控制系统进行了理论、系统的设计。包括电梯的楼层选择和上下方向，电梯开关门的运行，电梯的升降控制，电梯的控制及其他的一些功能，实现了电梯内外对各楼层之间呼叫的记录、电梯上行、下行的方向、自动开关门以及楼层选择控制等一系列功能。 关键词：可编程控制器；控制系统；四层电梯目 录前言11 电梯的发展21.1 电梯的起源21.2 电梯的发展22控制系统的组成32.1 PLC控制系统组成32.2硬件的组成33 PLC的选型43.1 输入输出（I/O）点数的估算44 四层楼电梯控制系统设计64.1 电动机控制电路图64.2 PLC外围接线图64.3 电梯控制流程图74.4 编程元件明细表104.5 梯形图114.5.1 电梯初始控制114.5.2 电梯内报警器以及超重控制124.5.4 电梯选层定向辅助144.5.5 电梯外呼叫请求信号154.5.6 电梯门开关174.5.7 电梯指层控制194.6 程序仿真与调试215 结论22致谢23参考文献24前言自1889年美国奥梯斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具。由于早期的电梯继电器控制方式存在许多缺点，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。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC（即可编程控制器）在工业控制领域内得到十分广泛地应用。PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。1 电梯的发展1.1 电梯的起源在人类的生产生活发展中，电梯一直都占有着相当重要的地位，电梯问世到现在不过一百多年，可是它的发展速度却令人叹为观止。电梯的发展源可以追溯到公元前1000年左右，中国人发明了轮子可以被认为是电梯的发端人，公元前阿基米德设计出了一种人力的动力绞车，是现代电梯的雏形。1835年，英国一家工厂使用了蒸汽机拖动的升降机械。1845年，水压式升降机在英国出现，成为了后来液压电梯的原形。1857年，世界上首台载人电梯出现，为高层建筑提供了一种垂直运输工具。1889年，电梯开始使用动力驱动，电梯真正出现。1.2 电梯的发展1857年美国人OTIS发明出真正意义上的电梯。从此以后，电梯电气控制技术越来越收到人们的重视。电梯电气控制技术是否，主要体现在电梯电气控制系统的设计上。电梯的电气控制主要是对各种指令信号、位置信号、速度信号和安全信号进行管理，使电梯正常运行或处于保护状态，发出各种显示信号。电梯的电气控制，过去采用继电器逻辑线路，一般称继电器控制。这种硬布线的逻辑控制方式具有原理简单、直观等特点。但通用性差，逻辑系统由许多触点组成，接线复杂、故障率高、设备庞大，国家已规定淘汰。目前我国电梯主要由先进的、可靠性高的微型计算机或可编程控制器控制。到目前为止，我国的电梯产业蓬勃发展，数量已达到数百家，相关的产品生产以及设备的维护也已形成了一个巨大的产业链。 2控制系统的组成2.1 PLC控制系统组成PLC的全称可编程逻辑控制器，它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，是该系统的控制核心。随着现代工业的自动化发展，PLC控制也发展成生产线的主要控制方法。PLC是利用先进的计算机技术和通信技术对传统的继电器控制技术进行改善后的成果，专门为工业自动化控制方面设计。因为具有较强的功能以及良好的环境适应性，所以在自动化生产线等方面PLC都有着广泛的应用。基于PLC的电梯控制系统中包含了PLC控制技术、传感器技术、电机系统的安装与调试等，本章的内容主要介绍了电梯的工作流程及设计要求。2.2硬件的组成从可编程控制器的结构来看，它可以分为2种。一个是一个整体，一个是模块。可编程控制器的整体结构：由中央处理单元、输入输出单元、存储器、通信部分、电源电路等部分组成，并将结合在一起，从而形成可编程控制器的总体结构。可编程控制器的模块结构：将中央处理单元、输入输出单元、存储器、通信部分、电源电路等分别做成各自匹配的模块，需要时将这些模块依据实际情况来随意使用。硬件组成图如图2-1所示：图2-1 PLC硬件组成图3 PLC的选型PLC的选型主要考虑到系统I/O点分配以及应用的环境。在进行I/O点分配时，通常在能够实现系统动作功能的前提下，预留一些I/O点便于后续的功能升级或维护；应用环境主要考虑的就是安装空间、使用环境等。本系统选择了西门子200系列的plc。此型plc不仅具有体积小、速度快、可靠性高等优点，也更适合预装站这种类型的单机控制系统。3.1 输入输出（I/O）点数的估算 此次设计的系统是一套采取集选控制方式控制四层电梯的控制方法。主要根据电梯的输入和输出点，来确定选取哪一种可编程控制器的使用模式。需根据本论文任务要求，该任务共有23个输入点，以及22个输出点。S7-200-224CN DC/DC/DC型PLC以及2个8个输入8个输出扩展模块EM223（其中一个为8个输入8个输出另一个为4个输出）,它是数字量输出模块，完全可以提供本系统所需要的输入以及输出点数量。按照需要实现电梯的控制要求，电梯应具有内呼、外呼按钮、行程开关、开关门键和相应指示灯等功能，据此绘制I/O分配表，如表3-1 I/O分配表所示：序号名 称输入点序号名 称输出点0一层内呼I0.00一层内呼指示Q0.01二层内呼I0.11二层内呼指示Q0.12三层内呼I0.22三层内呼指示Q0.23四层内呼I0.33四层内呼指示Q0.34一层外呼上I0.44一层外呼上指示Q0.45二层外呼下I0.55二层外呼下指示Q0.56二层外呼上I0.66二层外呼上指示Q0.67三层外呼下I0.77三层外呼下指示Q0.78三层外呼上I1.08三层外呼上指示Q1.09四层外呼下I1.19四层外听下指示Q1.110开门开关I1.210电梯上行门Q2.011关门开关I1.311电梯下行门Q2.112一层平层I1.412门电机开Q2.213二层平层I1.513门电机关Q2.314三层平层I2.014电梯上行指示Q2.415四层平层I2.115电梯下行指示Q2.516开门限位I2.216超重指示Q2.617关门限位I2.317警报器Q2.718电梯上升极限位I2.418一层指示Q3.019电梯下降极限位I2.519二层指示Q3.120超重I2.620三层指示Q3.221警报器按钮I2.721四层指示Q3.322激光传感器I3.022表3-1 I/O分配表4 四层楼电梯控制系统设计4.1 电动机控制电路图在本次任务电路中采取短路保护和过载保护两种保护方式。其中FU1和FU2为短路保护。两个热继电器FR1和FR2为过载保护。KM1和KM2用来控制曳引电机的正反转，从而实现电梯的上升与下降。KM3和KM4用来控制门电机的正传与反转，从而实现电梯门的开与关，控制电路图如图4-1所示： 曳引电机 门电机图4-1 控制电路图4.2 PLC外围接线图根据本次任务中所涉及到的控制要求以及对应的输出点画出PLC外围接线图，如图4-2所示：图4-2 PLC外围接线图4.3 电梯控制流程图 当电梯停靠在F时（F为1234中的一层）楼,当E楼有信号的时候,EF时，电梯则启动上楼程序到达有呼叫信号的楼层；EF时，电梯则启动下楼程序到达有呼叫信号的楼层，电梯上楼下楼过程如图4-3所示：图4-3 电梯上下行示意图当电梯处于上行或者下行的状态时，如果此时有相反方向的呼叫请求，系统应不予响应。电梯也应具备首先响应相反方向外梯最远呼叫响应功能。比如说：当电梯处于一层平层状态时，同时有四楼向下呼叫请求和二楼向下呼叫请求，则电梯应该先去四楼响应四楼的呼叫信号，然后再响应二楼的呼叫信号，电梯上行以及下行响应流程图如图4-4所示：图4-4 电梯响应流程图当电梯到达呼叫请求所在的楼层时，电梯门开启，开门计时时间为3秒钟，然后电梯门关闭。电梯关门的时候按开门按钮则电梯门打开，按关门按钮电梯门则闭合，当门外有人时，电梯的传感器则会产生感应，电梯门打开。电梯开关门流程图如图4-5所示：图4-5 电梯开关门流程图4.4 编程元件明细表根据设计要求，为了能够实现所需要达到的各种功能包括电梯的楼层选择和上下方向，电梯开关门的运行，电梯的升降控制，电梯的控制及其他的一些功能，来编写PLC控制的程序，列举出所能用到的所有编程元件。编程元件如图4-6所示：图4-6 编程元件图4.5 梯形图4.5.1 电梯初始控制图4-7电梯初始控制当电梯的控制系统首次接通电源或者断电之后重新连接时，会开始进行第一次扫描。检测电梯门是处于开门或者关门状态。如果电梯门处于开门状态，那么关门的限位I2.3为0，控制电梯门闭合的电机就会启动，将电梯门关闭。接下来系统会自动检测电梯是不是处于平层的状态，如果是处于平层的状态，那么M1.1（辅助继电器）将运行，电梯则运行到平层电梯初始控制程序如图4-7所示。4.5.2 电梯内报警器以及超重控制当按下警报按钮（I2.7），则警报器报警。计时时间为10秒钟（T33），10秒钟过后电梯门自动关闭。报警器系统由电梯控制系统来控制，用来控制电梯的负载。当电梯检测到有超重的情况时（I2.6），则电梯会禁止上行或者下行的请求，同时过载指示灯（Q2.6）亮起，报警器及超重控制如图4-8所示： 图4-8 报警器及超重控制4.5.3 电梯内呼指令信号以电梯处于1楼平层为例，当在1楼产生呼叫信号（I0.0）时，如果电梯此时不在1层，那么二楼的指示灯（Q0.0）亮起。当电梯运行至1楼平层时，门自动打开，1楼灯（Q0.0）灭；若电梯此时就处于1楼平层时，则灯不亮，内指令程序如图4-9所示：图4-9 内指令信号4.5.4 电梯选层定向辅助电梯处于上升的过程的时候，所有反方向下降的呼叫信号都不予以响应。电梯应具有最远反向外梯响应功能。例如：当电梯处于一层平层状态时，同时有四楼向下呼叫请求和二楼向下呼叫请求，则电梯应该先去四楼响应四楼的呼叫信号，然后再响应二楼的呼叫信号，选层定向控制程序如图4-10所示：图4-10 选层定向控制4.5.5 电梯外呼叫请求信号以电梯处于2楼平层时灯为例：在二楼按下向下行驶按钮（I0.5），如果此时电梯未在二楼平层(I1.5)，则指示灯(Q0.5)亮，当电梯运行到二楼平层的时候，并且此下行呼叫请求得到响应时，电梯门自动打开(Q2.2)，此时灯灭；若电梯停靠在2楼平层且电梯门未打开时，按下2层按钮，灯亮，电梯门打开之后灯灭，外呼控制系统如图4-11所示：图4-11 电梯外呼控制4.5.6 电梯门开关当电梯到达有呼叫请求的目标楼层时，电梯门自动打开。以电梯运行到2楼平层时来说，在二楼外侧按下向下呼叫请求时指示灯（Q0.5）亮起，然后此呼叫得到控制系统的响应（M0.0）当电梯达到2楼平层时（I1.5），电梯门自动打开(Q2.2)。计时时间为3秒，3秒时间过后(T34)系统自动控制电梯门关闭(Q2.3)。当有呼叫请求时电梯未在楼层平层上或正处于运行状态时，开门和关门都无法使用。当电梯运行到楼层平层平层并停止时，开门关门按钮方能使用。当电梯门关闭时，如果电梯口有人则光电传感器产生信号，系统则控制电梯开门，电梯开关门控制如图4-12所示：图4-12 开关门控制4.5.7 电梯指层控制电梯所处楼层位置是行程开关来控制的。以电梯处于2楼平层时来讲：当电梯处于在2楼平层时(I1.5)，此时2楼灯亮起(Q3.1)，当电梯得到呼叫请求向上运行时(Q2.0)，指示灯亮起，直到电梯到达上一个楼层 (I2.0)；若电梯停靠在3楼平层时，此时3楼指示灯亮(Q3.2)， 同时辅助继电器M2.1置位，电梯下行时（Q2.1），3楼指示灯灭，2楼灯亮，当电梯到达2楼平层停靠时，辅助继电器M2.1复位，电梯指层控制程序如图4-13所示： 图4-13 电梯指层控制4.6 程序仿真与调试使用仿真软件对程序进行仿真调试如图4-14所示，具体步骤是首先将程序导出为“四层电梯控制系统”然后使用仿真软件选择CPU224和EM233，接下来装载已经导出的四层电梯控制系统。监控梯形图并运行PLC，按下输入则对应的输入点即闭合，根据梯形图的输出情况判断程序是否正确，如图4-14所示。然后根据仿真情况对程序进行相应的修改和调试。根据对程序的仿真与调试之后，最终得到了符合各项要求的程序。图4-14 程序仿真图5 结论经过这么长时间的的努力，这份毕业论文终于完成了，这次毕业论文的完成使我对在校所学知识有了另一种认识，以前在学校的时候一直认为，学校里学的知识学会就行了，但是通过几个月的时间，我发现我们不仅是学会知识就行了，我们还要学会熟练地应用所学的知识，将知识与自己的工作生活相结合。本篇论文按照对电梯的控制要求，在撰写论文之前，查阅了相关的资料，了解电梯发展的历史、发展现状、应用背景，同时，也学习了气动技术、传感器技术、编程技术等基本知识。根据所掌握的知识来设计编写，使电梯实现了各种预定的功能。这次设计也存在一些不足。由于时间紧、专业知识的不足以及设备的缺乏，只是模拟电梯的控制控制，并且用软件进行仿真，未能制作电梯模型。希望各位老师能指出我在设计过程中出现的各种错误，以便我及时纠正。发现问题，才能解决问题。不足和缺憾不会给我打击，只会让我前行。致谢经过这一段时间的努力 ，毕业论文终于即将完成了，这也就意味着我的大学生活即将结束了。在这里十分感谢在这三年里陪伴我生活的老师与同学们，正因为有你们的存在，我才有三年快乐的的大学时光。在本次毕业设计以及论文编写过程中，感谢周老师给了我许多指导和帮助。周老师给了我们很多方向上的建议和指导，使我明确了设计目的。之后对我们的论文又进行了检查、指导。并给出了一系列建议，帮助我们完成了论文。毕业论文总结了我在学校所学的课程，将它们融会贯通于一体。同时，在完成论文的过程中，使我回想起这两年多的大学生活，包括老师们的谆谆教导以及同学之间的团结互助。每次想到这些，都让我在体会即将毕业的喜悦的同时，也对这份美好的大学生活充满了不舍之情。感谢所有帮助过我的老师、亲人和朋友。同时，也向在百忙之中为我评审论文的老师们表示感谢。还要感谢苏州健雄职业学院所有老师对我的培养。不仅使我学到了很多新知识，更重要的是，给我建立起了思考观，正是有了这样思考问题的方式，才能使我解决学习和生活中遇到的各种问题，这在我将来的学习和工作中也将起到举足轻重的作用。经过这一段时间的努力 ，毕业论文终于即将完成了，这也就意味着我的大学生活即将结束了。在这里十分感谢在这三年里陪伴我生活的老师与同学们，正因为有你们的存在，我才有三年快乐的的大学时光。最后，特别感谢各位老师能够对我的论文进行点评。参考文献1 张汉达，王锡仲，朱学莉编著.现代电梯控制技术. 哈尔滨：哈尔宾工业大学出版社发行，2001.3.2 芮静康. 电梯电气控制技术.北京：中国建筑工业出版社，2005.3 肖军,孟令军编著.可编程序控制器原理及应用.北京:清华大学出版社.2008.4 常晓玲.电气控制系统与可编程控制器.北京：机械工业出版社，2006.5 黄金花. 应用PLC进行电梯控制.电子学报,2002.6 许诺，陈鹏. 电梯历史回眸与发展展望.工程建设与设计，2004.