四层电梯控制系统设计.doc

1、本科生毕业设计 I 摘 要 电梯系统是实现智能大 厦垂直运输的重要设备，也是 现代智能建筑 重要的 装置 。同时 ，电梯 在 企业内部应用较多， 一般安装在车间内部，是企业内部经常使用的设备，主要用来运送乘客和货物。 电梯 系统设计包括 电梯 结构设计、硬件电路设计 以及 软件设计 。电梯 的结构设计包括电梯整体框架的设计 、 电梯门的设计、低压电器的安放位置以及电梯 整体布线。硬件 电路的设计包括 确定 电梯 的 原理图 、 I/O 接线 图 等 。 软件 部分包括 程序 的编写 和组态的设计。 电梯系统应该为乘客提供一个 安全，便利 ， 舒心 的环境，同时也应该为 操作者 提供一个环保、节

2、能和远程 监控的智能化 运行 系统。 无疑，高品质的电梯及其控制技术，给 人类 带来 了更多的便捷和更大的舒适性。 关键词： 电梯； PLC；控制器；调速； 车间 本科生毕业设计 II ABSTRACT The elevator system is the important equipment to realize intelligent building vertical transportation, modern intelligent buildings important device. At the same time, the elevator in the enterpris

3、e internal applications are usually installed in the workshop, is the enterprise internal often use equipment, mainly used to transport passengers and cargo. Elevator system design including structural design, hardware circuit design and software design. Structure design including the design of the

4、elevator of the overall framework of the lift, elevator door design, integrated wiring the placement of low voltage apparatus and the elevator. The design of hardware circuit including schematic diagram of the lift, the I/O wiring diagram, etc. Software part includes the writing of the program and c

5、onfiguration design. The elevator system should provide a security for passengers, convenient, comfortable environment, but also should provide the operator with a environmental protection, energy saving and intelligent operation of remote monitoring system. There is no doubt that high quality eleva

6、tor and its control technology, bring people a more convenient and more comfortable. Key words: Elevator； PLC； Controller； Speed regulation； Workshop 本科生毕业设计 目 录 摘要 Abstract 第 1 章 引言 1 1.1 课题研究的目的和意义 1 1.2 工企车间电梯控制国内外研究现状 1 1.3 课题研究的主要内容和技术路线 1 1.3.1 课题研究的内容 1 1.3.2 技术路线的确定 2 第 2 章 方案 设计及论证 3 2.1 总体

7、设计方案 3 2.2 控制方式的选择 3 2.3 拖动方案的选 择 4 2.4 系统结构设计 5 2.5 本章小结 5 第 3 章 硬件电路 设计 6 3.1 硬件选择原则 6 3.2 电梯控制系统 设计 6 3.2.1 控制电路的设计 6 3.2.2 电机及其驱动电路的设计 8 3.3 触摸屏 设计 9 3.4 本章小结 9 第 4 章 软 件电路 设计 10 4.1 电梯运行流程图 10 4.2 I/O 接口分配 11 4.3 内部标志位存储器的分配 11 4.4 各部分程序的设计 12 4.4.1 开关门的设计 12 4.4.2 指令的输入及显示灯的设计 13 本科生毕业设计 4.4.3

8、 平层控制的设计 14 4.4.4 显示当前楼层以及上下行指示的设计 14 4.4.5 轿厢上下行的设计 14 4.4.6 曳引电动机正反转的设计 15 4.4.7 电机降速程序的设计 15 4.5 组态设计 16 4.5.1 概述 16 4.5.2 变量的定义 16 4.5.3 画面的设计 16 4.6 本章小结 19 第 5章 程序调试及降压斩波电路 仿真 19 5.1 程序的调试 19 5.1.1 概述 19 5.1.2 调试过程 19 5.2 降压斩波电路的仿真 29 5.3 系统整体 调试 30 5.4 本章小结 33 结束语 34 参考文献 35 致谢 36 附录 A 电气接线图

9、37 附录 B 结构设计图 38 附录 C 实物图 39 附录 D 程序图 40 本科生毕业设计 1 第 1 章 引 言 1.1 课题研究的目的和意义 自 1889 年美国奥蒂斯公司研制出世界上第一台以直流电动机为动力传动的电梯 ，电梯的设计和工艺得到不断的提升，电梯的品种也逐渐增多。随着高层建筑 日趋增多 ，建筑设计档次 不断进步 ，人们对电梯的要求不再仅限于速度 、 舒适等方面，对电梯的安全 、 可靠性以及更多 的 功能有了 更高 要求。 在现代建筑中， 运用 先进的监控手段，对电梯 运行 的 状态 、 安全 及 防护 、 维修 和保养进行 全 方 面 管理。在我国许多新 建的 建筑中，

10、有 越来越多 的电梯 运 用先进 的 控制技术。 随着高 质量 电梯驱动技术的运用，高层建筑 的 电梯 变得 更加 舒适 、 高速 以及 消耗更少的 电力 。 而性能良好的电梯群控系统，能够有效的调配电梯群中的轿厢，以实现用最少的装置 使交通人流最大化，达到整体最优，即最短的等候电梯时间 、 最高的载送能力 、 最小范围的乘客聚群。 1.2 工企车间电梯控制国内外研究现状 在过去 的 100 多年 ，电梯控制方式发生了很大 改变，体现在如下几个方面： （ 1） 电梯拖动技术得到了 很大 发展， 直流电梯已经逐步被交流电梯所替代。 目前 交 流拖动电梯 得到了 很大 发展，由 变级调速发展成为调

11、压调速 、 调 压 调 频调速， 使 乘客 获得更大的舒适度。 （ 2） 电梯的逻辑控制方式为可编程序控制和微机控制 ， 控制方式也发展成为群控、并联控制等， 电梯运行 更加安全 。 （ 3） 目前已经 广泛 使 用 群控管理 。 （ 4） 由于国际上机械加工水平得到 了 不断的提高，使 得 行星齿轮传动和斜齿传动应用更加 广泛， 使电梯的传动形式 更加多元 。 1.3 课题研究的主要内容和技术路线 1.3.1 课题研究 的内容 本次 课题研究的主要内容 包括电梯的 结构 、 构造， 控制 方式以及 电梯功能 的 实现 。电梯的主要功能 ： （ 1） 能够实现轿厢 向上和 向下 运行 以及 厅

12、 门开 通 和闭合 。 本科生毕业设计 2 （ 2） 轿厢的 上下运行 和电梯门的开关分别由两台 直流电动机 控制。每 一 楼层 的 电梯门旁边都有 呼叫电梯上下 运 行的 带灯 按钮，轿厢内部 控制面板装有 1 至 4 层 的带灯 按钮和控制开关门的按钮，在轿厢运行的井道内部装有用于楼层定位的 接近 开关，在电梯门的两侧装有用于开关门定位的行程开关。 （ 3） 系统 选择使具有 按钮功能和指示灯功能为一体的带灯按钮，能够对 两种功能 分别实现控制。当按钮按下 ，对应 指示灯 立刻 打开 ， 当 完成指令 后，对应 指示灯能够熄灭。 （ 4） 在轿厢内部和每层电梯门的旁边，都有用来 显示当前轿

13、厢所在楼层的数码管。 （ 5） 轿厢 停在某 一 楼 层 ， 当 该层 有外呼信号 时 ， 厅门 实现 自动打开 。 （ 6） 当轿厢 接收到多条指令的时候，按照先入为主的原则，自动实现定向， 并且 按照指令输入 顺序自动依次停靠 ， 并 完成 全部 指令。 （ 7） 当遇到顺向召唤信号时能够停靠做出应答，遇到反向信号时，不予应答 。 当顺向要求实现 后，再完成反向的 要求 。 （ 8） 当电梯运行到最 上 面 楼层 或者最 下 面 楼层 的时候，能够自动转变运行方向。 （ 9） 当全部 内部指令 完成 的 时候，并且 没有 门厅外部召唤 ， 则 能 自 行 关 闭 厅 门并且停留在原来的位置

14、 等待乘 客。 1.3.2 技 术路线 的确定 PLC 作为工业控制器， 其 可靠性 比较 高 并且 技术先进 ，在电梯控制系统中得到了较为广泛的应用，目前已经成为电梯控制和电梯技术改造的热点 。 所以 本设计将 使用 PLC 实现 升降电梯 的 控制。首先，根据系统功能的要求，做出系统的电气原理图，结构设计图，以及 PLC 的 I/O 接线图。然后，根据 I/O 点数，确定所需要 PLC 的机型。通过对四层电梯的硬件部分作详细的分析，列出所需要的所有硬件，并且做出电梯的模型。然后再进行系统软件的设计，绘制出系统流程图，并写出梯形图。最后是进行软件的调试，软件调试通过后， 再进行硬件的调试，将

15、程序下载到 PLC 中，把电梯模型中对应的输入点和输出与 PLC 做相应的连接，并检查该程序是否可行以及电梯的功能能否顺利实现。 本科生毕业设计 3 第 2 章 方案 设计及论证 2.1 总体设计方案 电梯是 由 机械与电气紧密 融合 的复杂装置，是 使用最多 的垂直交通运输工具。通常，由电气 部分 、机械 部分 和安全保护 部分 组 成。其中，机械部分是骨架，电气部分实现拖动和控制，安全保护部分则与机械、电气有机的结为一体，用以保障电梯能够安全、可靠地运行。 电梯的机械系统由曳引系统、重量平衡与导向系统、轿厢与门 系统以及机械安全保障系统。电气系统主要包括运行控制系统和拖动控制系统两大系统。

16、 运行控制系统实现对电梯的 运行 进行 操纵和控制 ， 拖动控制系统 实现电梯 的速度 控制 。同时 电梯必须 做到足够安全 ， 要保证乘客的 绝对安全 ，同时电梯本身和所载的 物品 以及建筑也要进行 全面 的 保护。为了预防一切安全事故，需要设置多种 保 护装置。 综上所述 ， 电梯 设计包括 控制方式 的选择、拖动方式的选择以及 系统 结构的设计。电梯 的 基本 结构如图 2.1 所示 ： 电梯机房部分 轿厢部分井道 、 底坑部分 层站部分控制柜曳引机限位开关限速器选层器导轨缓冲器对重限速张紧装置终端限位开关安全钳轿厢导靴厅门地坎门锁装置召唤按钮箱门套厅门楼层指示导向轮平衡补偿装置曳引绳门

17、机装置随行电缆厅门换速平层装置图 2.1 电梯 基本结构 2.2 控制方式 选 择 为了能够安全、舒适、方便地运行，必须有一套安全可靠的控制系统。 随着 技术不断 的发展，电梯 控制 也 不断 改变 。 主要分为三种：分别是继电器控制方式、微机控制方式和可编程控制器（ PLC）控制方式。 本科生毕业设计 4 由于继电器控制方式 缺陷 较多 ，现在已逐渐被淘汰。 虽然微机控制方式在智能控制方面较强 ，但抗干扰性差 、 系统设计比较复杂 、 维修技术难以被维修人员 快速 掌握等缺陷 ， 已逐步被淘汰 。 而 PLC 中的内部辅助继电器 、 保持继电器等均为本身系 统内存工作单元，即没有线圈又没有触

18、点，使用的次数不受限制。因此 ， PLC 控制方式运行可靠性高 、抗干扰性强、设计和调试周期较短、使用和维修方便 ，备受人们的重视，目前已经成为 用的 最 多 的控制方式。 SIMATIC S7-200 系列属于小型、整体式结构的 PLC， 具有 内置电源 ， 本身自带RS-485 通讯接口、 I/O 接口 ， 并且 具有丰富的指令系统和扩展模块 。 其通信能力和实时特性 比较 强大， 且 易于掌握 、 便于操作 、 可靠性高。 综上所述，采用 PLC 作为控制方式 ， PLC 的结构如图 2.2 所示： 输入接口及模块输出接口及模块电源中央处理器系统程序存储器用户程序存储器外设 I / O

19、接口可编程控制器手动开关限位开关传感器接近开关数字开关编码器电源继电器 ， 接触器电磁阀变频器输入端数码显示器指示器蜂鸣器电源编程器盒式磁带其打印机E P R O M打印器图形监控系统PLC图 2.2 PLC 的 结构 2.3 拖动方案 选择 目前拖动系 统有 如下 几种 类型： 单 、 双速交流电动机 其 拖动系统结构紧凑、维护方便 ，并且 线路简单、成本 较 低，但是舒适感比较差。由于涡流制动、能耗制动的应用，使 得 这种拖动方式获得了 广泛的 应用。虽然变频变压调速 系统采用交流电动机驱动， 但是 采用变频变压技术， 使其可以达到直流电机的水平。 由于本设计需要制作一台电梯模型，因此整个

20、拖动系统由一台直流电动机作为主驱动电机、一台直流电动机作为开关门的驱动电机。其中主电动机通过一个降压斩波电路实现电压的 调整 ，从而实现双速运行，门电机 实现 正反转运行。 本科生毕业设计 5 2.4 系统结构设计 电梯 系统结构 设计 包括 井道 的设计、轿厢 结构 的设计、 拖动电机和 其它低压电器的 安装位置 以及 电梯的布线设计。 电梯 主要结构 由 铝合金型材 构成 ， 包括 井道、 厅门和配重部分。 这里 选用 2020 型号 的 工业铝型材 ， 并且采用与之配套的 角件 ，螺栓采用T 型 螺栓，螺母采用 T 性 螺母。 整个 框架由铝合金型材 、角件、 T 型 螺栓 和 T 性

21、螺母组装而成 。 该 电梯模型设计为三层 ， 整个 电梯模型的高度为 80cm， 由四根铝合金型材 作为支撑。 电梯 的 长度 为 24cm， 宽度为 21.5cm。 轿厢 门的 高度为 20cm， 长度为 20cm。 每个 楼层 的设计高度为 25cm。 井 道的支架均为铝合金型材 ， 它们通过角件、 T 型 螺栓 和T 性 螺母 进行 固定，整体结构紧固。 在 电梯的上部 为 由 4 个 滑轮组成的导向轮，通过导向轮来实现力的 方向 的改变。通过 导向轮 ， 将钢丝绳跨过电机轴端的滑轮上，实现电梯的提升和下降。 钢丝绳 选用1.5mm 型号 ， 端部通过 不锈钢 绳加来实现固定 ， 一端连

22、接在轿厢上部，另一端连接在对重上部。 轿厢的 开 门 和 关 门需要 限位， 由两个 微动开关 实现 。 将微动 开关 布置 在门柱 上端 ，由 门电动机 带动厅门 实现开门 和关门动作 ， 厅门触碰 微动 开关，实现指令输入 。在 井道 的下部和上部，分别安装两个微动开 关，作为一层下限位和三层上限位，在井道的两旁固定接近开关，从下到上高度分别为 23cm、 27cm、 48cm、 52cm 处 ， 分别 作为 一层上 限位 、二 层 下 限位 、二 层 上 限位 和 三层下限位 。 电梯 的控制面板 由 木板制作完成，上面安装有 9 个 带灯按钮，一个急停按钮和一个旋钮。整个 面板 固定在

23、电梯夹的下部，同时 在 面板的另一面还固定着本次设计所需要的电路。电路 由 两块 板 组成， 一块用来安放继电器以及其 相关 电路，另一块板子用来制作降压斩波电路以及其驱动部分。 电梯的 所有接线都固定到一起，由电梯的下部引出，连接到 PLC 对应 的 I/O 上 。 2.5 本章小结 本章 首先 确定了 总体 设计的方案，然后 通过对几种电梯的拖动和控制方式进行比较，确定了本次电梯系统设计的控制方式以及拖动方式。 本科生毕业设计 6 第 3 章 硬件电路 设计 3.1 硬件选择原则 电梯 系统 硬件 部分 包括 拖动电机 及其 驱动电路，触摸屏 和 其它低压电器 ，如 接近开关 、 微动开关

24、 、 按钮、继电器 以及其它 器件。硬件 的 合理选择关系到电梯的功能能否 实现 ，所以要 正确 的选择硬件。 电机 及其 驱动 电路 应该提供足够 的拖动 能力 ，并且 还要 符合调速 性能 的要求 。 触摸屏 的 选择要充分考虑到实际的情况，根据实验室所 具有的型号 以及 所要实现的功能来确定。低压电器 的 种类较多， 并且同一类型 的器件 具有 多种型号， 需要根据 所要完成的功能及要求来加以确定。 在 选择 所有 器件的 时候 都要 首先 确定 其 规格、参数， 这是 判断 器件型号 的 重要 依据 。 其中 器件的 各项参数 都 是根据 相关 原则一步一步 确定下来的， 同时 还要灵

25、活选用各器件。 还要充分 考虑成本问题，尽量 使 花费 最 少 。 要 选择 质量稳定、可靠 的 元 件 ，优先 选择 低功耗、低热阻、低损耗角和 高效益的器件。 必须 按照标准化、通用化的原则 来 选择 元 件 ，这样 才能降低维修成本 。 3.2 电梯控制系统的设计 PLC 的控 制系统主要由曳引电动机、门电动机及其驱动电路，召唤按钮箱， PLC及控制柜，轿厢操作盘，楼层指示器等部分。如图 3.1 为电梯的控制系统。 安全 保护装置井道装置拖动控制指层器PC 主机CPU 存储器输入接口输出接口调整门机保护装置轿厢操作盘 厅外呼叫图 3.1 电梯控制系统 3.2.1 控制电路的设计 1、控制电路由 PLC 主机、扩展模块以及相应的开关、灯和接触器组成。将行程开关和接近开关与 PLC 进行连接，通过开关量的输入，来实现指令的输入。由于 CPU224