1、桂林理工大学本科毕业设计论文 I 学 号： 题目类型： 设 计 (设 计 、 论 文 、报告 ) 桂林理工大学 GUILIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 毕业设计 (论文 ) 题目： 基于 PLC 的施工升降机控制系统设计 学 院： 机械与控制 工程学院 专业 (方向 )： 自动化（控制） 班 级： 学 生： 指导教师 ： 摘要 施工升降机是建筑施工中必不可少的机械设备之一。升降机作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对升降机运行安全性、高效性、舒适性等要求的不断提高，升降机得到快速发展。其拖动技术已经发展到了调频调压 调速，其逻辑控制也由 PLC
2、 代替原来的继电器控制。 升降机采用了 PLC 控制，用软件实现对升降机运行的自动控制，可靠性大大提高。控制系统结构简单，外部线路简化，可方便的增加或改变控制功能，也可以进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。而电动机交流变频器调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量、改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频器调速以其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因素和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而获国内外公认为最有发展前途的调速方式。因此， PLC 控制技术加 变频器调速技术已成为现代升降机行业的一个热点。 本设计考虑到施工场地升降机的实际操作功能，所设计的控制
3、系统针对的是四层升降机。代替传统的继电控制系统，由变频器实现对升降机的拖动调速，使 PLC与调速拖动装置相结合，构成 PLC 集成 控制系统，实现了升降机的各种控制功能，提高了升降机运行的可靠性，降低了故障率。 关键词 ： 升降机 ； PLC 控制 ； 变频调速 ； 变频器 Design of PLC-based control system for construction elevator control system Student: LIANG Jian Teacher: ZHAO Hong Abstract: The Construction hoist is one of the
4、essential mechanical devices in the construction. As the vertical transport of modern high-rise buildings, the elevator and the lives of people closely related with the continuous improvement of the people on the elevator operational safety, efficiency, comfort requirements, the elevator rapid devel
5、opment. Drag technology has developed to a FM variable voltage control, logic control instead of the original relay control by PLC. The elevator uses PLC control software to achieve automatic control of the elevator operation, and reliability is increased. The control system structure is simple, ext
6、ernal circuit is simplified, and can easily add or change of control functions can also be automatic fault detection and alarm display, improve operational safety and easy maintenance. Motor AC inverter speed control technology is todays energy-saving, and to improve the process t improve product qu
7、ality, improve the environment, a major means of technological advancement. The inverter is its superior speed performance and from the braking performance, high efficiency, high power factor and energy-saving effect, the broad scope of application and many other benefits by the domestic and interna
8、tional public .that the most promising speed. This design considering the actual construction site lift operation function, designed by four layers of elevator control system is aimed at. Drag the governor of the elevator instead of the traditional relay control system by the inverter, so that the c
9、ombination of PLC and speed drag devices, constitute the PLC sets the election control systems, elevator control, improved elevator of operation, to reduce the failure rate. Key words： Elevator； PLC control； VVVF； Inverter 桂林理工大学本科毕业设计论文 I 目次 摘 要 . II Abstract. III 1 绪论 . 1 1.1 本课题设计的背景 . 1 1.2 本课题设
10、计的内容 . 2 1.3 本课题设计的目的和意义 . 3 2 系统设计方案的确定 . 3 2.1 升降机继电器控制系统 . 4 2.1.1 升降机继电器控制系统的优点 . 4 2.1.2 升降机继电器控制系统存在的问题 . 4 2.2 PLC 控制系统 . 5 2.3 变频调速控制升降机的特点 . 6 2.4 系统设计的基本步骤 . 6 3 系统硬件设计 . 7 3.1 PLC 的选型 . 7 3.2 PLC 的 CPU 选型 . 11 3.3 PLC 系统配置 . 11 3.4 变频器的选择 . 12 3.5 变频器调速方式的确定 . 17 3.6 升降机的主要组成部分 . 17 3.7 I
11、/O 点数的估算 . 19 4 系统软件开发 . 22 4.1 升降机的三个工作状态 . 22 4.1.1 升降机的自检状态 . 22 4.1.2 升降机的正常工作状态 . 22 4.1.3 升降机强制工作状态 . 23 4.2 软件设计特点 . 23 4.3 系统的软件开发过程 . 25 5 结论 . 38 致 谢 . 39 参考 文献 . 40 桂林理工大学本科毕业设计论文 1 1 绪论 伴随着工厂自动化程度的提高， 可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller 简称 PLC） 在工厂中的应用也越来越广泛，而且几乎涉及到工厂的各个方面，包括供电，生产，物料
12、管理，运输等等。本文旨在通过实现施工升降机控制系统这样一个典型的实例，来展现 PLC 在现代化建设中的应用，同时利用这个典型的应用只要稍加变化就可以扩展为其他控制系统。 采用可编程控制器来实现升降机的控制对于提高升降机运行的稳定性、降低升降机控制系统的成本以及缩短升降机系统的开发周期都具有实际意义。通过本课题的研究，可以在一定程度上推动升降机即 升降机 相关行业的发展，拓展 PLC 在自动化行业 的应用领域，具有一定的经济和理论意义 。 1.1 本课题设计的背景 1968 年，美国最大的汽车制造商 通用汽车公司为满足市场需求，适应汽车生产工艺不断更新的需要，将汽车的生产方式由大批量、少品种转变
13、为小批量、多品种。为此要解决因汽车不断改型而重新设计汽车装配线上各种继电器的控制线路问题，要寻求一种比继电器更可靠，响应速度更快，功能更强大的通用工业控制器。于是可编程控制器应运而生， 1969 年，美国数字设备公司研制出世界上第一台可编程控制器，从此， PLC 开始活跃于控制领域。而且其影响也越来越大，应用也越来越广泛 1 。 70 年代后期，随着微电子技术和计算机的迅猛发展，使 可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller 简称 PLC） 从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器（ progr
14、ammable controller 简称 PC） .但由于 PC 容易与个人计算机（ programmable computer）相混淆，故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程器的缩写。 1985 年国际电工委员会（ IEC）对 PLC 的定义如下：可编程控制器是一种进 行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。 PLC 是继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。继电器在控制 系统
15、中主要起两种作用： 1） 逻辑运算 ； 2） 弱电控制强电。 PLC 是集自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（ PLC、 ROBOT、 CAD/CAM）的 首位。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的 一中新型工业控制设备。 具有 ： 1） 可靠性高、抗干扰能力强 ； 2） 设计、安装容易，维护工作量少 ； 3）功能强、通用性好 ； 4） 开发周期短，成功率高 ； 5） 体积小，重量轻、功耗底等特点。具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品
16、。与继电 接触器系统相比系统更加可靠；占 空 比继电 接触器控制系统小；价格上能与继电 接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维 修；能直接推动电磁阀、 接 触器与于之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等 2 。 因此，进行升降机的 PLC 控制系统的设计，可以推动 升降机 行业的发展，扩大 PLC 在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。 1.2 本课题设计的内容 施工升降机是建筑施工中必不可少的机械设备之一。我国建筑业的蓬勃发展，对施工升降机的性能提出了更高的要求 6，各类新型施工升降机的研制成为当前建筑机械行业的热点之一。本
17、课题对施工升降机的总体方案、选型、结构、驱动装置、安全装置分别进行了设计研 究，具体包括： 1) 升降机类型的选择。综合升降机的类别和各类的特点和要求，在本课题中主要研究四层升降机上下行控制，开、关门控制、内外呼叫控制。 2) 硬件系统的设计。本课题设计的升降机要求运行迅速准确度高，在升降机的各层检测系统中选用用在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给 PLC 来实现PLC 对 升降机 的控制。由于本课题的具体需求在硬件系统的设计过程中主要考虑了升降机的经济实用、稳定的需要。 3) 升降机控制系统软件的设计。在本设计中选用了目前运
18、用最多的 PLC 编程语言梯形 图，梯形图的编程能直观明了的设计出机械手控制的要求。 1.3 本课题设计的目的和意义 随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展 升降机 也已成为人类现代生活广泛使用的人员运输工具。随着人们对 升降机 运行安全性、高效性、舒适性等要求的提高， 升降机 得到了快速发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由 PLC 代替原来的继电器控制。 PLC 因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置，成 为当代工业自动化的主要支柱之一。 升降机 控制要求接入设备使用
19、简便，对应于系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。通过 PLC 对程序设计，提高了 升降机 的控制水平，并改善了 升降机 运行的舒适感。因此 PLC 在 升降机 控制系统中的应用非常广泛，非常有实际价值 1。 2 系统设计方案的确定 升降机 是电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物的机械设备。 随着城市的发展，高层建筑的增多，升降机的应用也越来越广泛，分类也随之增多。如按照升降机的用途可分为以下几类 1： 1) 乘客，为运送乘客设计的升降机，要求有完善的安全设施以及一定的室内装饰。 2) 载货升降机，主要为运送货物而设计，通常
20、有人伴随的升降机。 3) 观光升降机，厢壁透明，供乘客观光用的升降机。 4) 车辆升降机，用作装运车辆的升降机。 5) 船舶升降机，船舶上使用的升降机。 6) 建筑施工升降机，建筑施工与维修用的升降机。 7) 其它类型的升降机，除上述常用升降机外，还有些特殊用途的升降机，如冷库升降机、防爆升降机、矿井升降机、电站升降机、消防员用升降机等。 本设计课题为施工场地的升降机控制系统设计 。以四层建筑场地升降机为模型，主要用于建筑施工与维修。 2.1 升降机继电器控制系统 升降机继电器控制系统的故障率高，大大降低了升降机的安全性和可靠性，十分容易造成停梯，会给乘客带来诸多不便和惊扰，并且如果升降机冲顶
21、或撞底，不仅仅会造成升降机机械部件的损坏，甚至可能发生人身事故。 2.1.1 升降机继电器控制系统的优点 1) 所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。 2) 系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。 3) 大部分电 器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。 4) 多年来我国一直生产这类升降机，技术成熟，己形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。 2.1.2 升降机继电器控制系统存在的问题 升降机继电器控制系统故障率高，大大降低了升降机的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且升降
22、机一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成升降机机械部件损坏，还可能出现人身事故 3。 1) 系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。 2) 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较 复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。 3) 电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。 4) 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。 5) 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难，费时费工。 总之，如今已经很少使用 升降机 继电器控制系统了。 2.2 PLC 控制系统 PLC 控制 系统由于运行可靠性高
23、，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点 ，已成为目前在升降机控制系统中使用最多的控制方式，目前也广 泛用于 传统继电器控制系统的技术改造。 PLC 是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于 P LC 具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点。因此在工业控制方面得到了广泛应用。自 80 年代后期 PLC 引入我国升降机行业以来，由 PLC 组成的升降机控制系统被许多升降机制造厂家普遍采用。并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中， PLC 系统一直是主流控制系统。 升降机控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对升降机运行是乘客
24、的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是升降机安全可靠运行的关键。为了 改善升降机的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用 PLC 来控制升降机的运行，这样大大提高了升降机的性能。 PLC 是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。它具有可靠性高、适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特 点，已成为解决自动控制问题的最有效工具，是当前先进工业自动化的三 大支柱之一。 升降机 控制系统由调速部分和逻辑控制部分两部分组成。调速部分影响着升降机 运行时乘客的舒适感，逻辑控制部分则是对 升降机 运行时的安全可靠性起到了关键作用。 PLC 在 升降机 控制方面的应用主要体
25、现为其逻辑 开关控制功能，由于 P LC 具备逻辑运算，计数、定时和数据输入输出等功能，在 升降机 的控制过程中， PLC 能够与各种逻辑开关控制很好地结合，并很好地实现对 升降机 的控制。具体体现了以下几个方面的优点： 1) 控制方式上看：电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而 PLC 软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。 2) 工作方式上看：电器控制并行工作，而 PLC 串行工作，不受制约。 3) 控制速度上看：电器控制速度慢，触点易抖动；而 P LC 通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。 4) 定时、记数看：电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能； PLC 时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。 5) 可靠、维护看：电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，
