基于plc的电梯控制装置设计

基于plc的电梯控制装置设计内容摘要：

现代社会，电梯已像汽车、轮船一样，成为人类不可缺少的交通运输工具。 当今世界，电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。 在高层建筑中，电梯是不可或缺的重要设备，早期的电梯采用继电器 接触控制系统，但由于电梯控制系统的复杂性，使继电器接触控 2 制系统的接线复杂，可能使用成百上千的各式各样的继电器，由很多导线用复杂的方式连接起来。 这样 ， 如果某个继电器损坏或者触点接触不良，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障是非常困难的。 继电器控制系统的可靠性较低， 因此对电梯控制技术进行研究，寻找适合我国老式电梯的改造方法具有十分重要的意义。 可编程控制器 (PLC)作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前 电梯控制和技术改造的热点之一。 可编程控制器 （ Programmable Logic controller，简称 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最有效 的工具 ， 是当前先进工业自动化的支柱之一。 电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。 调速部分的性能对电梯运行 和 乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。 为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用 PLC 来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。 3 第二章 电梯的概况 第一节 电梯发展简史 1854 年 ， 在 纽约水晶宫举行的世界博览会上， 美国人伊莱沙 格雷夫斯 奥的斯第一次向世人展示了他的发明 ——历史上第一部安全升降梯。 从那以后，升降梯在世界范围内得到了广泛应用 ， 以奥的斯名字命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。 20 世纪初，美国出现了曳引式电梯 ， 钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端与轿厢连接而另一端与对重连接，随曳引轮的转动，靠钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力使轿厢与对重作一升一 降的相反运动。 显然，钢丝绳不用缠绕，因此钢丝绳的长度和股数均不受限，当然轿厢的载重以及提升高度就 得 到了提高，从而满足了人们对电梯的使用需求。 因此，近一百年来曳引式电梯一直受到重视，并发展沿用至今。 在后来的几十年里，电梯的自动平层控制系统以及通过变换电动机极数的调速方法来调整电梯的运行速度的技术相继研制成功， 1933 年世界上第一台运行速度为6m/s 的电梯被安装在美国纽约的帝国大厦。 第二次世界大战后，建筑业的发展促使电梯进入了高峰发展时期，代表新技术的电子技术被广泛应用于电梯领域的同时，陆续出现了群控电梯 、超高速电梯、交流变频变压调速电梯。 自从我国实行改革开放政策以来，全国各地高层建筑不断涌现，作为高楼的垂直交通工具 ― 电梯，其需求量日益增长。 各种类型、规格繁多的电梯已在高楼内投入运行。 为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。 随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置越来越多地用于电梯系统，使电梯的拖动系统简化 ，性能提高。 交流调压调速系统的研制和开发，使交流电梯的调速性能有了明显的改善。 进入 20 世纪 80 年代，通过控制电动机定子供电电压与频率电梯运行速度的调压调频技术研制 成功，出现了交流变压变频（ VVVF）调速电梯，开拓了电梯拖动的新领域。 在 电梯 的使用需求和新技术应用 都进入到全面发展时期 时 ，随着智能化、信息化建筑的兴起与完善，要求电梯不只是完成垂直运输的基本功能 ， 还应 注重 提高舒适度， 4 特别 要从电梯运行 控制智能化角度 来 考虑，电梯的优质服务不再是单一的“时间最短”问题，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以期实现单梯与群控管理的最佳模式。 合理的配置与使用远程监控与故障诊断、节能以及减少环境污染等。 第二节 电梯的基本结构 电梯是机电合一的大型复杂产品 ， 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 ， 机械部分相当于人的躯体 ， 电气 部分相当于人的神经。 机与电的高度合一使电梯成了现 代科学技术的综和产品 ， 下面简单介绍电 梯 的结构 ， 而我们的主要目的是怎样来控制它。 （一）机房 机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。 机房可以设置在井道顶部，也可设置在井 道底 部。 当机房设于井道底部时，即为曳引机下置式曳引方式 ， 这种方式结构复杂，建筑物承重大，对井道尺寸要求大 ，只有在机房无法顶置时才使用。 机房必须有足够的面积，高度、承重能力及良好的通风条件。 （ 二 ） 曳引系统 曳引系统主要由 曳引机、曳引钢丝绳、导向轮组成。 曳引机由电动机联轴器、制动器、减速器、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源 ； 曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重装置（或者两端固定在机座房上），依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢的升降；导向轮的作用是分开轿厢和对重 的 装置，采用复绕型时还可增加曳引能力 ， 导向轮安装在曳引机架上或重梁上。 当钢丝绳的绕绳比大于 1时，在轿厢和对重架上应增设反绳轮。 （ 三 ） 导向系统 导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。 其 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 轨固定在导轨架上 ， 导轨架是支承导轨的组件，与井道壁联接 ， 导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合 ， 强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。 （ 四 ） 轿厢 轿厢 是用以运送乘客和货物的电梯组件，它由轿厢架和轿厢体组成。 轿厢架是轿 5 厢体的承重构架，由上横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成；轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮等组成； 轿厢体空间的大小由额定载重量 或 额定载客量决定。 （ 五 ） 重量平衡系统 重量平衡 系统 主要由对重和重量补偿装置组成 ，其 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。 （ 六 ） 电力拖动系统 电力拖动系统由曳引机、供电系统、速度反馈装置、调速装置和变频器等组成，对电梯实行速度控制。 曳引电动机是电梯的动力源，根据电梯的配置可用交流电动机或直流电动机；供电系统是为电动机提供电源的装置；速度反馈装置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，与电动机相连；调速 装置对曳引电动机实行调速控制；变频器可以通过改变频率的大小来控制其运行速度 的快慢。 电梯的拖动控制系统经历了从简单到复杂的过程 ， 到目前为止应 用于电梯的拖动系统主要有 ： 单 /双速交流电动机拖动系统。 交流电动机定子调压调速拖动系统。 直流发电 机 — 电动机可控硅励磁拖动系统。 可控硅直接供电拖动系统。 VVVF 变频变压调速拖动系统。 （ 七 ） 电气控制系统 该系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成，它起着操纵和控制电梯运行的作用。 操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急；位置显示装置是指轿内和层站的指层灯 ， 层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站；控制屏安装在机房中，由 各类电气控制元件（或板）组成，是电梯实行电气控制的集中组件；选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用 ， 它可由机械式、继电器式或电子式组成。 （ 八 ） 安全保护系统 安全保护系统 用来 保证电梯 的 安全使用 ， 防止一切危及人身安全的事故发生 ，由限速器 、 安全钳 、 缓冲器 、 端站保护装置组成。 电梯上设有机械和电气的各类保护系统，以保证电梯安全使用。 6 第三章 可编程序控制器的概况 第一节 PLC 的概念及由来与发展 一、定义 可编程控制器 (Programmable Controller)是 以自动控制技术、微计算机技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前已被广泛应用于各个领域。 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller)，简称 PLC， 主要用微处理器作为其控制核心。 随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。 但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。 二、产生于发展 首先提出 PLC 概念的是美国最大的 汽车制造厂家通用汽车公司。 1968 年该公司提出用一种新型控制装置替代继电器控制，这种控制装置要把计算机的通用、灵活、功能完备等优点与继电器控制的简单、易懂、操作方便等特点结合起来 而且要使那些不 太 熟悉计算机的人也能方便使用。 这一设想提出后，美国数字设备公司 （ DEC）于1969 年研制成第一台 PLC，型号为 PDP14，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了 PLC 的新纪元。 第一台 PLC 具有模块化、可扩充、可重编程及用于工业环境的特性。 这些控制器易于安装，占用空间小，可重复使用。 尽管控制 器编程有些琐碎，但它具有公共的工厂标准 ——梯形图编程语言，这样使得不熟悉计算机的人也能方便的使用它。 在短时间内 PLC 在其他工业部门也得到应用。 到 70 年代初 ， 食品、金属和制造等工业部门相继使用 PLC 代替继电器控制设备，迈出了其实用化阶段的第一步。 70 年代中期，由于大规模集成电路的出现，使 8 位微处理器和 8 位片处理器相继问世，使可编程控制技术产生了飞跃。 在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制 ， 提高了运算速度，扩大了输入输出规模。 在这个时期，日本、西德（原）和法国相继研制出了自己的 PLC，我国在 1974 年也开始研制。 目前 ， PLC 的软硬件功能进一步得到加强，已发展成为一种可提供诸多功能的成 7 熟的控制系统。 能与其他设备通信 、 生成报表 、 调度产生 、 可诊断自身故障及机器故障。 这些改进使 PLC 符合今天对高质量高产出的要求。 尽管 PLC 的 功能越来越强，但他仍然保留了先前的简单与易于使用的特点。 为了进一步扩大 PLC 在工业自动化领域的应用范围 ，使之 适应大、中、小型企业的不同需要， PLC 产品大致向两个方向发展：小型 PLC 向体积缩小、功能增强、速度加快、价格低廉的方向发展，使之更广泛地取代继电器控制、更便于实现机电一体化；大 中型 PLC 向高可靠性、高速度、多功能、网络化的方向发展，将 PLC 系统的控制功能和信息管理功能融为一体，使之能对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。 第二节 可编程控制器 (PLC)的特点 PLC 的 优越性能 主要 表现在以下几个方面 （一） 灵活性和通用性强 继电器控制系统的控制电路要使用大量的控制电器，需要通过人工布线、焊接、组装来完成电路的连接。 其致命的缺点是，如果工艺要求稍有改变，控制电路必须随之做相应的变动，耗时且费力。 PLC 是利用存储在机内的程序实现各种控制功能的，因此，在 PLC 控制的系统中 当控制功能改变时只需修改程序即可， PLC 外部接线改动极少，甚至不必改动。 其灵活性和通用性是继电器控制电路所无法比拟的。 （二 ） 抗干扰能力强、可靠性高 PLC 控制系统中 大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的 ， 而且 PLC在硬件和软件方面都采取了强有力的措施，使产品具有极高的可靠性和抗干扰能力。 (1) 硬件的可靠性 PLC 是 为在 工业环境恶劣 的 条件下应用而设计的，一个设计良好的 PLC 能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。 在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的 系统结构，加固 、 简化安装，使它易于抗振动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。 例如，在输入 /输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地， 又 提高了抗干扰性能； 8 各个 I/O 端口除采用了常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响各机的正常运行。 (2) 编程简单，使用方便 用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。 PLC 采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。 例如，目前 大 多数 PLC 均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平 ，很容易被电气技术人员所接受。 （三 ） PLC 控制系统的设计、调试周期短 由于。