基于plc四层电梯控制系统设计毕业论文

基于plc四层电梯控制系统设计毕业论文内容摘要：

在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。 然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。 目前，由可编程序控制器 (PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。 采用 PLC 控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。 因此，它已经成为电梯运行中的关键技术 [1]。 电梯的国内外发展状况 在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。 电梯作为建筑物内的主要运输工具已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。 一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。 我国的国民经济以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。 这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场。 上世纪 80 年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。 总趋势是上升的，进入了 “第三次浪潮 ”， 2020 年 总产量超过了 8 万台，而且目前还没有减速的迹象。 从 1949 年建国以来全国共生产安装了 6l万多台电梯。 尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。 全世界平均 1000 人有 l台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加 70 万台。 到那时候，全国在用电梯将达到 130 万台，每年仅报废更新就需要 6 万台。 到 2020 年，中国电梯的年产量达到 13． 5 万台，与 1980 年相比， 25 年增长了 59 倍，产量每年平均增长 17． 8％。 2020 年安装验收电梯 124465 台，截至 05 年底，我国的在用电梯总数已达 651794 台。 如此庞大的市场需求为我国电 梯行业的发展创造了广阔的舞台 ! 世界上有名的几家电梯公司，诸如：美国奥的斯公司、瑞士迅达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的 51％。 其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。 目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。 此外，家用小型电梯将成走电梯家族中新的组成部分。 山东交通学院毕业设计 （论文） 3 PLC 在电梯控制中的应用以及发展前景 目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、 PLC 控制和微型计算机控制三种。 而 PLC 实际上是一种专用计算机，它采用循回扫描的方 式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于 PLC 中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是 PLC 系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。 PLC 控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。 随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。 然而，人们的追求并没有 就此停止下来，仍在不断地进行研究改进。 绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。 电梯是载人的机电设备，要实现 “绿色 ”，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。 目前意义上的 “绿色 ”，一般是强调 “天然 ”的一面，强调与环境的协调与和谐。 电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽可能小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。 这也应是绿色电梯的发展方向 [2]。 (1)智能化。 我们这罩所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。 传统的智能控制是一种技术的事先安排， 说到底是一种程序控制，是一种周期性的系统自动控制，实际上还算不上智能。 而真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而且还有传统的人工智能无法比拟的东西，具有动念和随机处理各种问题的能力，诸如能根据轿厢内的情况和各层的候梯信息，自动地制定每次最优的运动速度和停车政策；自动选择运动方面；双向语音交流；到达目的层的语音提示等，让乘客有更多的主动性，使大楼交通运输实现真正的人机对话。 智能化要求电梯有自动安全检测功能，让电梯自己能够检测到电梯的故障所在，并及时报警予以排除。 （ 2） 安全 性。 运行 安全是电梯的根本和关键。 可以说，电梯的全部其他工作都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。 运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁辐射，使用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的视觉效果，让每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内有安全、舒适的好心情。 同时，电梯运行安全也要求电梯在运行中发生故障时，不但要使乘客容易与外界沟通联系，而且电梯本身应当能自动播放让乘客感到放松的音乐，彻底消除产生紧张不安的情绪。 当小孩和老人乘坐时，电梯对他们应给予一种如同家人般的照顾，不但让老人和孩子感到方便和舒适，而且更让其家人感到放心。 电梯运行安全还要求电梯有自动休眠功能，使电梯在保证运行效率最高的同时，使电梯能最大限度地得到休眠。 （ 3） 与环境的协调和平衡，包括以下几个方面： 王文江 ： PLC 控制交流变频调速电梯系统的研究与设计 4 ① 视觉协调。 有人曾经做过环境色彩是否对人有影响的研究。 该研究发展：视觉不协调的环境色彩对人的情绪、精神影响非常大。 国内的许多电梯公司对此的重视是远远不够的，甚至不少通过引进国外技术国产化的电梯也显露出一副土生土长的容貌。 ② 消除电磁辐射。 如前所述，由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是电磁干扰的元凶， 所以绿色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小，而又不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备。 这样不仅可以保证乘客的身心健康，而且也可以保证大楼、大厦中的大楼的办公自动化 （ OA） 、楼宇自动化 （ BA） 、通讯自动化 （ CA） 的正常运转。 ③ 舒适感。 通过采用高载频波矢量静音变频器，可降低噪声变换频率及电压。 以CPU 控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、更舒适的运行。 对现代化电梯性能的衡量，主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。 此外，对经济性、能耗、噪声等级等方面也有相应要求 [3]。 PLC 控制系统与继电器控制系统的比较 电梯继电器控制系统的优点：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；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；大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜；多年来我国一直生产这类电梯、技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉，掌握的人较多。 但是，电梯继电 器控制系统存在很多的问题：系统触点繁多、接线线路复杂、且触点容易烧坏磨损，成接触不良，因而故障率较高；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；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；系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大；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。 电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰，且电梯一旦发生冲顶或 蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。 PLC 是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。 PLC与普通微机一样，以通过或专用 PLC 作为字处理器，实现通道（字）的运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制， PLC 控制一般具有可靠性高，易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。 （ 1） PLC 控制电梯 具有以下优点 ： ① 在电梯控制中采用了 PLC、用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。 ② 去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。 ③ PLC 可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。 ④ PLC 可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。 山东交通学院毕业设计 （论文） 5 ⑤ 用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。 ⑥ 更改控制方案时不需要改动硬件接线 [4]。 王文江 ： PLC 控制交流变频调速电梯系统的研究与设计 6 2 电梯的概述 电梯的基本结构 电梯是机电一体化产品。 目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳 拽 引式结构，其机械部分由 拽 引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成 [4]；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。 电梯的基本结构如图 所示 [5]。 图 电梯的基本结构 Fig. basic structure of elevator 1. 控制柜 (屏 ) 2. 拽 引机 3. 拽 引钢丝绳 4. 限速器 5. 限速器钢绳 6. 限速器张紧装置 7. 轿厢 8. 安全钳 9. 轿厢门安全触板 10. 导轨 11. 对重 12. 厅门 13. 缓冲器图 （ 1） 拽 引系统 电梯 拽 系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。 主要由 拽 引机， 拽 引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。 拽 引机为电梯的运行提供动力，由电动机， 拽 引轮，连轴214538791011126 13山东交通学院毕业设计 （论文） 7 器，减速箱，和电磁制动器组成。 拽 引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和 拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。 导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加 拽 引力 [6]。 （ 2） 导向系统 导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。 它的作用是 限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。 （ 3） 门系统 门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。 轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。 开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。 （ 4） 轿厢 轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。 它是有轿厢架和轿厢体组成的。 轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。 轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。 轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定。 （ 5） 重量平衡系统 重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。 对重由对重架和对重块组成。 对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。 重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧 拽 引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。 （ 6） 电力拖动系统 电力拖动系统由 拽 引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。 拽 引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。 供电系统是为电机提供电源的装置。 速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。 一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。 调速装置对 拽 引电机进行速度控制。 （ 7） 电气控制系统 电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。 其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。 操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。 平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。 所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。 位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用箭头指示电梯的运行方向。 （ 8） 安全保护系统 安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。 机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总王文江 ： PLC 控制交流变频调速电梯系统的研究与设计 8 电源的极限保护装置。 电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。 电梯的种类 根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。 目前电梯的基本分类方法大致如下： （ 1） 按用途分类 乘客电梯 ：为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。 医用电梯：为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。 观光电梯 ：轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。 船舶电梯： 船舶 上使用的电梯。 建筑施工电梯：建筑施工与 维修用的电梯。 其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。 （ 2） 按驱动方式分类 交流电梯：用交流感应电动机作为驱动力的电梯。 根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。 直流电梯：用直流电动机作为驱动力的电梯。 这类电梯的额定速度一般在 以上。 液压电梯：一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。 直线电机 驱动的电梯：其动力源是直线电机。 电梯问世初期，曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯，现已基本绝迹。 （ 3） 按速度分类 电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。 低速梯：常指低于。 中速梯：常指速度在 ～。 高速梯：常指速度大于。 超高速梯：速度超过。 随着电梯技术的不断发 展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。 （ 4） 其它分类方式 按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯。 按轿厢尺寸分类，则经常使用 “小型 ”、 “超大型 ”等抽象词汇表示。 此外，还有双层轿厢电梯等。 电梯的主要参数及性能指标 山东交通学院毕业设计 （论文） 9 主要参数： （ 1） 额定载重量 （ kg） ：制造和设计规定的电梯载重量。 （ 2） 轿厢尺寸 （ mm） ：宽 深 高。 （ 3） 开门宽度 （ mm） ：轿厢门和厅门完全开启的净宽度。 （ 4） 开门方向：人在厅外面对厅门，门向左方向的为左开门，门向右方向开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门。 （ 5） 拽 引方式：常用的有半绕 1： 1 吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。 半绕 2： 1 吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。 全绕 1： 1 吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。 （ 6） 额定速度 （ m/s） ：制造和设计所规定的电梯运行速度。 （ 7） 停层站数 （ 站 ） ：凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。 （ 8） 提升高度（ mm）：由底层端站楼面至层顶端站楼面间的垂直距离。 性能指标 （ 1）安全性 电梯时运送乘客的，即使载货电梯通常也有人相伴随，因此对电梯的第一要求就是安全。 电梯的安全与设计、制造、安装调试及检修各环节都有密切联系，任何一个环节出了问题，都可能造成不安全的隐患，以致造成事故。 （ 2）可靠性 电梯的可靠性很重要。 要想提高可靠性，首先应提高构成电梯的各个零部件的可靠性，只有每个零部件都是可靠的，整个电梯才能使可靠的。 （ 3）停站的准确性 停站准确性又称平层准确度。 《电梯技术条件》对平层准确度规定如 表。 表 平层准确度规定 Tab. plane accuracy requirements 电梯类型 额定速度（ m/s） 平层准确度（ m/s） 交流双速电梯 或 ≤177。 15 或 ≤177。 30 交直流快速电梯 — ≤177。 15 交直流高速电梯 ≥ ≤177。 5 电梯轿厢的平层准确度与电梯的额定速度，电梯的负载情况有密切关系。 负载重，则惯性大，提速高惯性也大。 因此检查平层准确度时，分别以空载，满载，上下运行，到达同一层站停测量平衡误差，取其最大值做平层站的平层准确度 [7]。 王文江 ： PLC 控制交流变频调速电梯系统的研究与设计 10 （ 4）振动、噪声及电磁干扰 现代电梯是为乘客创造舒适的生活和工作环境。 因侧要求电梯运行平稳，安静， 无电磁干扰。 （ 5）舒适感和快速感 电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必不可少的，快速可以节省时间，这对于现代生活中的乘客是很重要的。 但是加速度和减速度的。