基于plc的电梯控制器的设计-毕业设计

基于plc的电梯控制器的设计-毕业设计内容摘要：

出轿厢后再自动关门，门有格挡时重复开门，直到门关闭为止。 长时间开门时判定门有物体阻碍并报警，当电梯处于停站状态且有手动开关门信号时不管开门保持时间响应手动开关动作。 为保证电梯安全运行，必须设置门锁装置，只有关门后且有门锁信号时电梯才能升降；（2）层选控制：登记外部召唤与内指令信号，根据轿厢所处位置，生成层选信号，判定轿厢运行方向，电梯运行时如有顺路厅外呼叫，则顺路停车载客并继续运行，对于反向呼叫电梯予以登记，并在响应完所有正向呼叫后响应反向呼叫信号；（3）电机起停与速度控制：在关门后且有门联锁信号时，由 PLC 发出起停信号，控制电机的起停，根据已知的速度曲线，发出加速或减速信号，控制电机在起动后加速和平层时减速，为保证速度控制精度须设置速度反馈；（4）平层控制：保证电梯在到达指定楼层平层区时减速爬行，将轿厢停在选定的楼层上；（5）显示功能：在轿厢内外利用信号灯显示电梯运行方向、楼层位置及选定呼叫，在电梯响应完登记的外部呼叫后消除所登记的外部呼叫，在电梯响应完登记的内指令后自动消除所有已登记的内指令信号；（6）称重功能：过载时报警并持续开门，空载无人时快速运行；（7）换站停靠 [7]：通常电梯运行时，可能会出现一种情况，即在电梯停靠时，由于所停层站出现故障或垃圾卡入地坎，电梯开门不到位，而门锁开关脱开。 如果对此没有相应保护措施，势必会造成电梯在该层站呈僵持状态，即不能开足门，也不能再运行，使乘客无法进入轿厢，其他层站的乘客也无法得到电梯服务。 而且持续的过载运行会使开关门电机有被烧坏的危险。 因此必须具有换站停靠的功能：如果电梯停站，自动开关门动作持续一段时间后，门尚未开足，就作关门动作，待门关闭后，根据轿厢内指令或外部召唤运行到其他层站开门放客。 基于 PLC 的电梯控制器设计 10 （8）检修功能：当电梯需要检修时，由操作人员按下检修按钮，电梯自动进行慢速的检修上行或检修下行，以检查电梯性能；（9）消防功能：当发生火灾时，外部的消防系统起动并向电梯控制系统发出消防信号，电梯进入消防模式，此时电梯迫降在最近层楼，轿厢内指令可用，但禁止外部呼叫，待所有乘客离开轿厢后电梯禁止使用。 为了防止消防系统的误操作带来电梯的迫降，消防模式也可设置在手动状态，当操作人员发现火情时，起动电梯的消防模式。 （10）制动功能：当电梯平层停站时，制动系统通过抱闸等形式使电梯固定在一定位置，确保电梯和乘客的安全，并在突然停电时，自动起动制动系统，再次来电时，必须由操作人员停止制动系统后才能电梯再可以再次起动。 特别功能有的电梯除了具有标准功能外还有其它特别功能 [4]，如：（1）门的光电装置安全操作：为了防止乘客被电梯门夹住，电梯应装有安全触板开关。 但是，对于乘客来说，被安全触板碰一下，虽然不会有什么损伤，但总不是一件舒服的事。 为此，可以备有门的光电装置安全操作功能。 考虑到万一光电装置发射部或接收部被堵住，如果没有特别对策这台电梯就永远不会关门，严重影响服务效率，因此可以采取以下对策：①只要按下关门按钮，即使光电装置的光线被挡住电梯照样关门，因此按住关门按钮者定是看到门间无人后才这么做的；②当连续一段时间光线被阻挡，电梯仍然自动关门，因为一般说来，不可能连续很长时间内都有乘客进出轿厢；（2）停电自动平层操作：如果大楼内没有自备的紧急供电装置，而遇到突然停电时，可能使正在运行的轿厢卡在层楼之间，使乘客无法出来，因此配备紧急平层装置有时是必要的。 有了该装置后，万一遇到停电情况，电梯卡在层楼一段时间后，就利用紧急平层装置起动电梯，运行到最近层停靠后，自动开门放客，保证了乘客的安全；（3）轿厢内无用呼叫信号的自动消除：有的乘客在乘电梯时，乱按了许多内呼叫按钮，如果没有特别的操作，这些被登记的无用呼叫将使电梯空跑许多时间，即浪费电能，又影响了电梯对其他乘客的服务效率。 为此，设置无用呼叫的自动消除是很有意义的，当电梯探测到轿厢内呼叫信号多于乘客人数时，就认为其中有无用的呼叫信号，将已登记的轿厢呼叫信号全部消除，有真正需要的可重新登记，从而基于 PLC 的电梯控制器设计 11 避免电梯空跑；（4）群控功能：有时，一个电梯对于某高层建筑来说是不够的，会导致乘客等待时间过长，因此需要安装多部电梯，此时，应有群控功能。 群控时，所有群内电梯是由群控系统统一调配的，即每台电梯除了响应本身的轿厢内呼叫外，还要响应群控系统分配的其他层站呼叫，从而提高服务效率。 除了上述功能外，有的电梯还具有自动语音报站、上下班高峰服务、节能运行、自动学习、贵宾层服务等功能，这里不作一一介绍。 设计方案 电梯系统主要参数的选择根据国家有关标准 GB/，电梯的主参数选择如下：Ⅰ类：为运送乘客而设计的电梯；住宅楼电梯；无司机电梯；额定载重量 1000kg，可乘人数 13 人；轿厢宽度 1100mm，深度 2100mm，高度 2200mm；轿门和层门宽度 800mm，高度2020mm，型式为中分门；额定速度 ，基站为一层。 电机的选择众所周知直流电动机虽然调速性能很好，但构造复杂，使用环境及容量都受到限制，相比而言，三相交流感应异步电动机结构简单、便于维护，且目前已有不少交流电机的调速方法并且获得了良好的控制效果，故选择交流电动机为电梯的曳引电机和门电机。 曳引电机的主要参数为功率 15kw ,平均转速 960r/min。 PLC 的选择由于此次设计的建筑为 9 层，经初步估算输入与输出点数约为 50/40 个，考虑到控制系统的可靠性、经济性要求，选择西门子 S7200 系列 PLC 作为电梯控制用PLC。 西门子 S7200 系列 PLC 为小型 PLC，它可靠性高，指令功能强，易于掌握，有较好的通信功能，在中小型控制系统中能充分发挥作用。 调速方式的选择传统的交流单速与双速电梯由于其速度不可控且起停不够平稳、平层不够准确等缺点，已越来越难以适应现代生活，由于变频器具有恒压频比、矢量控制、直接转矩调速方式，具有调速方便、节能、调速范围宽、机械特性好、运行舒适可靠的基于 PLC 的电梯控制器设计 12 优点，且可实现闭环控制，本次设计选择变频器来控制电动机的速度。 变频器的选择考虑到电梯调速性能的需要，根据电梯的速度、曳引比以及电梯的载重来确定曳引机的转速和功率，当曳引机的功率和电压确定之后，变频器的选型要和曳引机相匹配，一般是选取大于曳引机功率的上一个档次的数据来选择。 不能小也不能太大，太大不但造成成本的上升，而且导致控制精度的降低。 使整个系统的性能下降。 这里选择西 门 子 MicroMaster440 型 变 频 器。 西 门 子 MicroMaster440 型 变 频 器是 一 种 多 功 能 标 准 变 频 器 ， 它 采 用 高 性 能 的 矢 量 控 制 技 术 ， 提 供 低 速 高 转 矩 输出 和 良 好 的 动 态 特 性 ， 同 时 具 备 超 强 的 过 载 能 力 ， 集 成 了 RS485 通 讯 接 口 ， 可选 PROFIBUSDP/DeviceNet 通 讯 模 块 ， 具 有 过 电 压 、 欠 电 压 保 护 ， 满 足 广 泛的 应 用 场 合。 基于 PLC 的电梯控制器设计 13 4 可编程控制器 概述 可编程控制器的发展可编程控制器(Programmable Logic Controller)又称 PLC。 早期的 PLC 是以准计算机的形式出现的，在硬件上简化了计算机的内部电路，装置中的器件主要采用分离原件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器，接口电路适合工业控制的要求，编程软件和方法都比计算机简单，出现了面向问题的接近“自然语言”的编程方式。 这个时期的 PLC 能够实现基本逻辑控制、顺序控制、条件步进和时间步进控制等功能 [5]。 在 20 世纪 70 年代后期，人们开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元，从而使之得到了巨大的发展，其应用日趋普及。 自 PLC 问世以来，经过三十几年的发展，在欧美、日本等工业发达国家 PLC 已经成为工业控制的标准设备，其应用几乎覆盖所有工业企业。 我国 PLC 的发展大约经历了三个阶段。 在 20 世纪 70 年代是初级认识阶段，20世纪 80 年代为引进使用阶段，20 世纪 90 年代则是迅速普及和发展阶段。 随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，大规模集成电路和高性能微处理器在 PLC 的应用，使 PLC 的功能不断增强，应用领域不断扩大和眼神，而制造成本不断下降，性价比原来越高。 目前，PLC 产品平均 35 年就更新换代一次。 其发展的明显趋势是集成度越来越高、工作速度越来越快、功能越来越多、工作越来越可靠、使用越来越方便。 通信和网络功能是 PLC 发展的重要特征，现场总线技术及以太网技术的发展使得 PLC 构成的过程控制系统比 DCS 的开放性更有优势。 PLC 的不断发展也体现在编程软件的多样化和高级化，同时人机界面软件及软件接口也在迅速发展，开发适应各种特殊控制要求的智能模块也是 PLC 发展的明显特征。 PLC 的主要性能指标输入/输出（I/O）点数：I/O 点数是 PLC 最重要的技术指标之一，因为在选用 PLC 时，要根据控制对象的被检测信号输入的个数和控制量输出的个数来确定机型；基于 PLC 的电梯控制器设计 14 存储容量：存储容量决定了 PLC 可以容纳用户程序的长度；扫描速度；扫描速度是 PLC 执行程序的速度，是衡量 PLC 性能的重要指标，例如，西门子 S7200 系列 PLC 执行一条布尔指令所用的时间为 ，这在微型机中属于较快速度的；编程指令的种类和条数：一般来说，PLC 的编程指令的种类和条数越多，说明它的软件功能越强，即处理能力和控制能力就越强；扩展能力和功能模块种类：PLC 的扩展能力取决于主机 CPU 的寻址能力和电源容量。 要完成复杂的控制功能，除了主机外，还需要配接各种功能模块。 主机可实现基本控制功能，一些特殊的专门功能需要配置各种功能模块来实现。 因此，功能模块种类的多少也反映了 PLC 功能的强弱，是衡量 PLC 产品档次高低的一个重要标志。 PLC 的分类按结构形式的不同，PLC 可分为整体式和模块式两种类型。 整体式的 PLC 将电源、CPU、I/O 电路都集中在以个机箱内。 一般小型 PLC 采用这种结构。 模块式的PLC 将各部分分成若干个单独的模块，如 CPU 模块、I/O 模块、电源模块和各个功能模块。 一般大、中型 PLC 采用模块式结构；按数字量 I/O 点数的多少，可分为微型机、小型机、中型机、大型机和超大型机等类型。 一般微型机的数字量 I/O 点数在 64 点以内，存储器容量为 1～2KB，小型机的数字量 I/O 点数在 256 点以内，存储器容量为 2～4KB，中型机的数字量I/O 点数在 2048 点以内，存储器容量为 4～16KB，大型机的数字量 I/O 点数在 8196点以内，存储器容量为 16～64KB，超大型机（或称为巨型机）的数字量 I/O 点数大于 8196 点，存储器容量大于 64KB；按功能的强弱，PLC 可分为高、中、低档机三类。 低档机具有逻辑运算、定时、计数、移位、自诊断、监控等基本功能，有的还具有模拟量输入/输出、数据传送、运算、通信等功能。 中档机除具有上述功能外，还有数码转换、子程序调用、通信联网等功能，有的还具备中断控制、PID 控制等功能。 高档机除具备上述所有功能外，还有较强的数据处理能力、模拟量调节、函数运算、监控、智能控制等功能。 PLC 的特点可靠性高、抗干扰能力强：PLC 是专门为工业现场的恶劣条件下使用而设计基于 PLC 的电梯控制器设计 15 的，通过硬件的屏蔽、隔离、滤波等和软件的故障检测、数据保护和回复等措施，使 PLC 能够在具有很强的电磁干扰、机械振动以及极端温度和湿度的环境下安全的工作；功能完善、通用性强、使用方便：现代 PLC 即能控制开关量，也能控制模拟量；即可以控制一台生产机械、一条生产线，也可控制一个生产过程。 其通信联网的功能，使 PLC 能与上位机构成分布式控制系统，以实现全工厂的自动控制。 由于PLC 产品的系列化和模块化，不同的组合，可以组成能满足各种控制要求的控制系统。 在被控对象的硬件配置确定以后，可以编写不同的用户程序，方便快捷地改变工艺流程；编程方法简单、容易掌握：PLC 最基本的编程语言都是采用源于继电器控制线路的梯形图，这种图形化的语言不需要使用者具备专门的计算机编程知识，极易被一般工程技术人员理解和掌握。 通过梯形图入门后，也就容易掌握其他的编程语言和方法了；设计容易、安装快捷、维护方便：由于 PLC 产品的系列化、标准化和通用化，选用 PLC 组成控制系统时，世纪和安装的过程类似于“搭积木” ，由于前期可以使用仿真软件进行调试，使现场的调试工作变得更加容易。 由于 PLC 的故障率很低，使得维护成本大为减低，加之具备软硬件的监控和显示功能，即使发生故障，也可很快查明原因并排除；体积小、重量轻、功耗低：PLC 是采用微电子技术制造的，具有结构紧凑、坚固、体积小、重量轻、功耗低等一系列优点；各公司的 PLC 互不兼容：各公司的 PLC 的软硬件体系结构是封闭的而不是开放的。 如专用。