辽宁交通高等专科学校机电系.DOC

1、辽宁省交通高等专科学校机电系毕业设计文件设计题目: PLC 在电梯中的应用专 业: 机电一体化姓名: 班级: 学号: 0 3 完成期限: 设计任务PLC 在电梯中的应用设计要求 1、 了解电梯的起源、发展和组成2、 了解 PLC 的各项基础知识3、 PLC 的选型以及控制分析4、 编制梯形图设计成果第一稿( 手稿) ；第二稿(打印，按格式)设计进程 2010 年 11 月 03 日至 5 日完成写作提纲；2010 年 11 月 6 日至 20 日完成第一稿；2010 年 11 月 21 日至 12 月 3 日完成第二稿（清样） ；2010 年 12 月 4 至 12 月底完成定稿（按系要求格式

2、） 。 指导教师评语评阅人评语设计成绩 指导教师评阅成绩 评阅教师答辩成绩 答辩负责人成绩总评 负责人辽宁省交通高等专科学校机电系毕业论文第 1 页 共 35 页摘要:随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在人们的生活中占有着越来越重要的地位。本文结合 PLC 的性能，在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计。论述 PLC 在电梯控制系统中的运用，研究并提出了基于西门子 PLC (S7-200)的 5 层电梯控制系统设计的实现方案，通过合理的选择和设计，实现电梯指层、选层、选向、手动和自动关门等基本功能。关键字：电梯、PLC、控制Abst

3、ract:with the city constructions continuous development , the amount of high-rise buildings is increasing rapidly ，which makes the role that elevator played in peoples daily life become more and more important. In this thesis, based on the introduction of the basic structure of the elevator, we deep

4、ly analyzed how the elevator works, and emphasized on the elevators hardware and software design. By stating the application of PLC in the system of elevator control, we researched and worked out a practical scheme of 5 layer elevators control system based on Siemens PLC (s7-200).through the rationa

5、l selection and design, we manager to make the elevator carry out the basic function such as layer pointing, layer selecting, direction selecting, manual and automatic door operation, etc.key words: elevator, PLC, control辽宁省交通高等专科学校机电系毕业论文第 1 页 共 35 页目 录前言 .11、概述 .11.1 电梯的起源与发展 .11.2 电梯硬件分析 .21.2.1

6、电梯的组成 .21.3 PLC 简介 .51.3.1 PLC 的定义 .51.3.2 PLC 的产生与发展 .51.3.3 PLC 的特点 .61.4 PLC 的应用领域 .81.5 PLC 的工作原理 .91.6 PLC 的编程语言 .101.7 西门子 s7-200PLC 简介 .101.8 PLC 控制系统设计思路 .112、硬件设计 .122.1 控制要求分析 .122.2 PLC 选型 .132.2.1 PLC 控制系统的 I/O 点数计算与分配 .132.2.2 PLC 的型号选择 .143、软件设计 .153.1 开关轿厢门程序 .15辽宁省交通高等专科学校机电系毕业论文第 2

7、页 共 35 页3.2 自动选向程序 .173.3 轿厢内呼和楼层外呼指示程序 .204、PLC 电梯控制梯形图 .22结束语： .28参考文献 .29辽宁省交通高等专科学校机电系毕业论文第 1 页 共 35 页前言在现代化城市的高速发展中，一幢幢高楼拔地而起，电梯的广泛应用已成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑中，电梯作为不可缺少的垂直运输设备，已与人们的日常生活密不可分。电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的。因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。目前电梯的控制普遍采用两

8、种控制方式：一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯的信号采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方式并没有太大的区别。国内厂家大多采用第二种方式，其原因在于用 PLC 控制有许多优点：1、可靠性高，由于采取了一系类的 PLC 高可靠性的措施，PLC 的平均无故障时间（MTBF）一般可达 35 万小时。而且 PLC 的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；2、编程简单，PLC 最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门

9、的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3、体积小、结构紧凑、安装、维修方便。PLC 的体积小，重量轻，便于安装。一般 PLC 都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。可编程控制器不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。总之，电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发

10、展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已经无法满足与适应电梯控制的要求和发展，与 PLC 相比较，存在质的差别。电梯使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的电梯控制系统，而现在，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了更广阔的空间。PLC 是专门为工业过程控制而设计的控制设备，使它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此它已成为电梯运行中的关键技术。辽宁省交通高等专科学校机电系毕业论文第 2 页 共 35 页1 概述1.1 电梯的起源与发展追溯电梯的起源，在我国及国外都能找到其

11、雏形。如我国公元前 1700 多年出现的桔槔，是一种用于提水的升降装置。公元前 1100 多年出现的轱辘，是一种用于提水或升举重物的升降装置。在古代希腊，于公元前 236 年出现的阿基米德绞车，是一种升举重物的升降装置。它们的共同特点是都由支架、卷筒、绳索、摇杆、乘物装置几部分组成的最原始、最简单的升降机械，由木（竹）材料制成，靠人力或畜力驱动在很低速度下运行。1889 年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900 年还出现了第一台自动扶梯。1949 年出现了群控电梯,首批 46 台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955 年出现了小

12、型计算机(真空管)控制电梯。1962 年美国出现了速度达 8 米/秒的超高速电梯。1963 年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967 年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971 年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976 年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。由于早期的电梯及电气控制方式存在故障率较高、可靠性差、接线复杂、一旦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（即 PLC）既保留了传统继电气控制系统的简单易懂，而且具备控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口连接、维

13、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运用。如今，电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的交通工具，随着时代的发展，科技的进步，人们对电梯在运行时的平稳性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能提出了更高的要求。电梯今后的发展将主要呈现以下趋势。(1)超高速电梯。随着人们生活节奏的加快，高层建筑的增加，全功能的塔式建筑将会促使超高速电梯继续成为研究方向，5m/s 以上运行速度的超高速电梯，成为人们关注的重点和市场发展的新趋向。(2)大型超载重电梯用导轨。随着大型公共场所、购物场所等公用建筑的增加，大型超载重电梯的运用日益广泛，对于垂直电梯、自动扶梯的载重量和运行

14、平稳性提出了新的要求。(3)新型自动扶梯导轨。随着社会进步、城市化水平的提高以及越来越多的国家逐渐步入老龄化社会，各国政府对人文关怀日益重视，促使城市公共设施对自动扶梯和自动人行道的需求加速增长。为实现公共场所的无障碍通行，大量的辽宁省交通高等专科学校机电系毕业论文第 3 页 共 35 页体育场馆、地铁、机场、商场、写字楼、宾馆等需要加装自动扶梯和自动人行道。(4)无机房电梯导轨。对于高度在 20 层以下的民用建筑，可以通过改变曳引机的安装方式去除电梯机房的设计，从而降低建筑总高度、保持整体造型、节省建筑成本。此外，人们要求电梯节能、电磁兼容性强、噪声低、长寿命、采用绿色装潢材料、与建筑物协调

15、等，甚至有人设想在大楼顶部的机房利用太阳能作为电梯驱动补充能源等等，而这些都会对电梯导轨的运行技术不断提出新的要求1.2 电梯硬件分析1.2.1 电梯的组成电梯是机电合一的大型复杂产品，机械部分相当于人的躯体，电器部分相当于人的神经。机与电的高度合一，使电梯成了现代科学技术的综合产品.对于电梯的结构而言，传统的方法是分为机械部分和电气部分，但以功能系统来描述，则更能反映电梯的特点。下面简单介绍电梯机械部分的结构，而我们的主要目的是怎样来控制它。图 1-1 电梯机械部分结构示意图(1)曳引系统 曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。 (2)

16、导向系统 辽宁省交通高等专科学校机电系毕业论文第 4 页 共 35 页导向系统的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导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。 (3)轿厢轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。 (4)门系统 门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门,层门,开门机,门锁装置组成。 (5)重量平衡系统 系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。(6)电力拖动系统 电力拖动系统的功能是提供动力，实

17、行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统,速度反馈装置，电动机调速装置等组成。(7)电气控制系统 电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。(8)安全保护系统 保证电梯安全使用,防止一切危及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。1.2.2 电梯的主要电气设备：(1)曳引电动机：齿轮曳引系统作为电梯的提升机构，主要由驱动电动机、电磁制动器（也称电磁抱闸） 、减速器及曳引轮组成。(2)自动门机用来完成电梯的开门与关门：电

18、梯的门由厅门（每层站一个）和轿门（只有一个） 。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动轿门，轿门带动厅门完成） ；也只有当厅门、轿门全部关闭后才允许启动运行（检修状态时，可以在不关门的状态下运行） 。(3)层楼指示层楼指示也叫层显，过去常由低压灯泡构成，安装在每层站厅门的上方和轿辽宁省交通高等专科学校机电系毕业论文第 5 页 共 35 页厢内轿门的上方；现多由数码管或 LED 点阵结构组成，与呼梯盒、运行方向指示做成一体结构。(4)呼梯盒呼梯盒也叫召唤按钮或外呼盒，用以在每层站召唤电梯。常安装在厅门外，离地 1m 左右的墙壁上。基站与顶站只有一个按钮，中间层站由上呼和下呼两个

19、按钮组成。按钮带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯信号已经被接收并记忆；当电梯满足呼梯要求并停层开门时，呼梯记忆灯熄灭。基站的呼梯盒上，常带有钥匙开关，供电梯管理员开关电梯。(5)操纵箱操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作指令。操纵箱上设有与电梯层数相同的内层选按钮（带指示记） ，上、下行启动按钮(带上、下行指示记忆灯，检修时用)，开、关门按钮，急停按钮，电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯是自动运行还是检修状态）以及风扇、照明等的控制开关。(6)平层及开门装置该装置由磁铁板和上、下平层感应器 1KR、2KR 组成。上行时，1KR 首先插入隔铁磁板，发出减速信号，电梯开始减速，至 2KR 插

20、入隔磁铁板时，发出停车及开门信号，电机停转，机械抱闸；下行时，2KR 首先插入隔磁铁板，发出减速信号至 1KR 插入隔磁铁板时，发出停车及开门信号。(7)停层装置在电梯的井道内每层站装有一只磁铁板，当轿厢运动到相应层站时，磁铁板插入平层感应器内，以此检测电磁所处位置和产生平层信号。(8）安全窗及其开关，安全钳及其开关，限速器及其开关，上、下行限位开关，上、下行强迫停止开关，极限开关电梯的轿厢顶部开有安全窗，供紧急情况下疏散乘客，当安全窗打开时，电梯不允许运行。安全钳是为防止电梯曳引钢绳断裂及超速运行的机械装置，用以在上述情况下将轿厢挟持在导轨上。限速器是用以检查电梯运行速度的机械装置，当电梯超速运行时，限速器动作，带动安全钳使电梯停止运行。以上三种装置的动作通过其相应开关来检测。当电梯运行至上、下极限位置时仍不停车，上、下限位开关动作，发出停车信号，若仍不能停车，将压下上、下强迫停止开关，强制电梯停止运行；若还不能停车，将通过机械装置带动极限开关 SQ0 动作切断电梯曳引电动机的电源，以达到停车目的，避免电梯出现冲顶与礅底事故。 1.2.3 电梯工作原理曳引绳两端分别连着轿厢与对重（又称配重） ，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵