电气工程及其自动化专业毕业论文--基于plc的三层电梯控制系统设计

电气工程及其自动化专业毕业论文-基于plc的三层电梯控制系统设计 电梯概述1.1 引言随着城市建设的不断开展，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。它是采用电力拖动方式，将载有乘客或货物的轿厢，运行于垂直方向的两根刚性导轨之间，运送乘客和货物的固定式提升设备。所以，电梯是为高层建筑运输效劳的设备，它具有运送速度快、平安可靠、操作简便的优点。但传统的电梯控制系统主要采用继电器-接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用 PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加平安、方便、舒适。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度，拖动控制那么由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。PLC可靠性高，程序设计方便灵活。 1.2 电梯的开展简史 据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。公元1765年瓦特创造了蒸气机之后，1858年美国研制以蒸汽气为动力，并通过皮带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯，1878年英国的阿姆斯特创造了水压梯，并随着水压梯的开展淘汰了蒸汽梯，后来又出现了采用液压泵的控制阀以及直接柱塞式式结构的液压梯，这种液压电梯至今仍为人们所采用。18世纪末创造了电机，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能。在20世纪初，美国OTIS电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯。从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异的开展着。目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且平安可靠，乘坐舒适。 电梯是机电合一的大型复杂产品,机械局部相当于人的躯体,电器局部相当于人的神经.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局部和电气局部,但以功能系统来描述,那么更能反映电梯的特点.下面简单介绍电梯机械局部的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它 1.3.1.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 1.3.2.导向系统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 1.3.3 轿厢轿厢是运送乘客和货物的电梯组件,是电梯的工作局部.轿厢由轿厢架和轿厢体组成1.3.4门系统 系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口 电梯系统由轿厢门,开门机,门锁装置组成 1.3.5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.1.3.6电力拖动系统 电力拖动系统的功能是提供动力,实行电梯速度控制 电力拖动系统由曳引电动机,供电系统,速度反应装置,电动机调速装置等组成 1.3.7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 1.3.8平安保护系统 保证电梯平安使用,防止一切危及人身平安的事故发生 由限速器,平安钳,缓冲器,端保护装置组成.1.4 电梯的分类:1.4.1 按用途分:1客梯 代号K 为运行乘客而设计的电梯,有完善的平安装置 2货梯 代号H 为运送货物而设计的电梯,通常有人操作,有必备的平安装置 3客货梯 代号L 主要用作运送乘客,但也可运送货物,它与客梯的区别在于轿厢内部装饰结构不同 4病床电梯 代号B 为运送病床而设计的电梯,具有轿厢长而窄的特点 5住宅电梯 代号Z 住宅楼使用的电梯,一般采用下集选控制方式,轿厢内部装饰较简单 6杂物电梯 代号W 供图书馆,办公楼,饭店运送图书,文件,食品等.不容许人员进入电梯,结构简单,无乘人必备的平安装置 7船舶电梯 代号C 用于船舶上的电梯,能在船舶摇晃中正常工作 8观光电梯 代号G 轿厢壁透明供乘客观光之用 9还有一些专用电梯.略1.4.2 安速度分: 1低速电梯 速度不大于1米/秒的电梯 2快速电梯 速度大于1米/秒,低于2米/秒的电梯 3高速电梯 速度在2米/秒以上的电梯 1.4.3 按拖动方式分: 1交流电梯 曳引电动机是交流电机 当电机是单速时,称为交流单速电梯 当电机是双速时,称为交流双速电梯1.4.4 按控制方式分:1手柄操纵控制电梯 由司机操纵轿厢内的手柄开关,实行轿厢运行控制的电梯 2按钮控制电梯 具有简单的自动控制方式的电梯,具有自动平层功能 3信号控制电梯 自动控制程度较高的有司机电梯.具有自动平层,自动开门,轿厢命令登记,厅外召唤登记,自动停层,顺向截停和自动换向等功能 4集选控制电梯 高度自动控制的电梯,可无司机驾驶,除信号控制电梯的功能外,还具有自动掌握停站时间,自动应召效劳,自动换向应答反向厅外召唤等功能 5下集选控制电梯 只有在电梯下行时才能被截停的集选控制电梯 6并联控制电梯 几台电梯被联在一起控制.共用厅门外召唤信号的电梯.具有集选功能 7梯群程序控制电梯 多台集中排列,共用厅外召唤按钮,按规定程序集中调度和控制的电梯 8梯群智能控制电梯 由电脑根据客流情况,自动选择最正确运行方式的集群控制电梯第2章 可编程控制器简介2.1电梯PLC控制系统 2.1.1 可编程控制器的结构及各局部的作用 PLC 内部主要由主机、输入 / 输出接口、电源、编程器、扩展接口和外部设备接口等几局部组成。2.1.2 主机主机局部包括中央处理器 CPU 、系统程序存储器和 用户程序及数据存储器 CPU 是 PLC 的核心，一切逻辑运算及判断都是由其完成的，并控制所有其它部件的操作。它就是我们常说的电脑芯片。 1 运行用户程序 。 2 监控输入/输出接口状态。 3 作出逻辑判断和进行数据处理内部存储器有两类：一类是系统程序存储器，另一类是用户程序及数据存储器系统程序存储器： 主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理 的程序。系统程序已由厂家固定，用户不能更改。用户程序及数据存储器： 主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。 2.1.3 输入 / 输出 I/O 接口输入接口 用于接收输入设备如：按钮、行程开关、传感器等的控制信号。输出接口 用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备如 : 接触器、电磁阀、指示灯等。 2.1.4 电源电源 指为 CPU 、存储器、 I/O 接口等内部电子电路工作所 配备的直流开关稳压电源 2.1.5 编程器 编程器 是 PLC 很重要的外部设备，它主要由键盘、显示 器组成。编程器分简易型和智能型两类。小型 PLC 常用 简易编程器，大、中型 PLC 多用智能编程器。编程器的 作用是编制用户程序并送入 PLC 程序存储器。利用编程 器可检查、修改、调试用户程序和在线监视 PLC 工作状 况。现在许多 PLC 采用和计算机联接，并利用专用的工 具软件进行编程或监控。 2.1.5输入输出扩展接口I/O 扩展接口 用于将扩充外部输入 / 输出端子数扩展单元与根本单元即主机联接在一起。 2.1.6 外部设备接口 此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等外部设备与主机相连。 2.2 可编程控制器的工作原理 PLC 采用 “ 顺序扫描、不断循环 的工作方式， 这个过程可分为输入采样，程序执行、输出刷新三个阶段 ，整个过程扫 描并执行一次所需的时间称为扫描周期。 2.2.1 输入采样阶段PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据，并将此状态存入输入状态存放器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态存放器的内容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入 。 2.2.2 程序执行阶段PLC 在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行 程序指令。其过程如下：从输入状态存放器和其它元件 状态存放器中读出有关元件的通 / 断状态，并根据用户程 序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态存放器中。 2.2.3 输出刷新阶段 在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态存放器的通 / 断状态，在输出刷新阶段转存到输出存放器，去 控制各物理继电器的通 / 断，这才是 PLC 的实际输出。 由 PLC 的工作过程可见， 在 PLC 的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态存放器的内容也不会立即改变，要 等到下一个周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态存放器中的输出信号，等到一个循环周期结束， CPU 集中将 这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的 CPU 输出。因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周 期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。2.2.4 可编程控制器的主要技术性能1. I/O 点数 指 PLC 外部输入和输出端子数。2. 用户程序存储容量 用来衡量 PLC 所能存储用户程序的多少。3. 扫描速度 指扫描 1000 步用户程序所需的时间，以 ms/ 千步为单位。4. 指令系统条数 指PLC具有的根本指令和高级指令的种类和数量。种类数量越多，软件功能越强。5. 编程元件的种类和数量 编程元件指：输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、通用 “ 字 存放器、数据存放器及特殊功能继 电器等。其种类和数量是衡量 PLC 的一个指标。 2.3 编程语言的形式 本教材采用最常用的两种编程语言，一是梯形图，二是助记符语言表。采用梯形图编程，因为它直观易懂，但需要一台个人计算机及相应的编程软件；采用助记符形式便于实验，因为它只需要一台简易编程器，而不必用昂贵的图形编程器或计算机来编程。 虽然一些高档的PLC还具有与计算机兼容的C语言、BASIC语言、专用的高级语言如西门子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP，还有用布尔逻辑语言、通用计算机兼容的汇编语言等。不管怎么样，各厂家的编程语言都只能适用于本厂的产品。 编程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎样去做的代码或符号。从本质上讲，指令只是一些二进制代码，这点PLC与普通的计算机是完全相同的。同时PLC也有编译系统，它可以把一些文字符号或图形符号编译成机器码，所以用户看到的PLC指令一般不是机器码而是文字代码，或图形符号。常用的助记符语句用英文文字可用多国文字的缩写及数字代表各相应指令。常用的图形符号即梯形图，它类似于电气原理图是符号，易为电气工作人员所接受。 指令系统：一个PLC所具有的指令的全体称为该PLC的指令系统。它包含着指令的多少，各指令都能干什么事，代表着PLC的功能和性能。一般讲，功能强、性能好的PLC，其指令系统必然丰富，所能干的事也就多。我们在编程之前必须弄清PLC的指令系统 程序：PLC指令的有序集合，PLC运行它，可进行相应的工作，当然，这里的程序是指PLC的用户程序。用户程序一般由用户设计，PLC的厂家或代销商不提供。用语句表达的程序不大直观，可读性差，特别是较复杂的程序，更难读，所以多数程序用梯形图表达。2.4 PLC根本指令：1LD取、LDI取反、OUT输出指令；LD取、LDI取反以电工的说法前者是常开、后者为常闭。这二条指令最常用于每条电路的第一个触点即左母线第一个触点，当然它也可能