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经济论文

基于PLC的电梯控制系统设计论文

时间:2021-04-03 22:12 所属分类:经济论文 点击次数:

1 绪论 1.1课题研究的背景及意义 随着时代的发展和城市化进程的推进,高层建筑如雨后春笋般涌现,传统的居民住房已经不断被楼房所取代,因此,电梯也逐渐成为人们日常生活和工作中一个不可或缺的交通工具,电梯已经成为现代物质文明的象征。电梯主要由电力驱

 

1 绪论

1.1课题研究的背景及意义

随着时代的发展和城市化进程的推进,高层建筑如雨后春笋般涌现,传统的居民住房已经不断被楼房所取代,因此,电梯也逐渐成为人们日常生活和工作中一个不可或缺的交通工具,电梯已经成为现代物质文明的象征。电梯主要由电力驱动,使客货两用轿厢在两条轨道之间以垂直方向到达移动。它只能在特定地点载客或载货,因此常被用作高层建筑的运输工具。优点是运输速度快,安全方便。与此同时,原先的电梯内部控制系统的主要结构为继电器,存在许多缺陷,故障率相对较高、在对电梯进行维护保养时工作量较大。然而,这些问题可以通过PLC控制来解决,电梯可以在更安全舒适的情况下工作。

1.2电梯的发展史

根据有关于电梯的资料介绍,公元前2800年古埃及建造金字塔时,使用了手动起重机,在蒸汽机被瓦特发明成功后,将蒸汽作为动力并且通过带传动的电梯于1858年在美国成功研制。水压水管于1848年在英国,由于水压导管的顺利发展,蒸汽电梯已然被水压导管所取代。直至后来,采用油泵控制阀和活塞式结构升降机的液压电梯也被研发成功,并且直到现在仍然被采用。后来电动机在十八世纪末期被发明出来,这个发明使大大改善了电动机的性能。20世纪初,美国电梯公司首次通过使用直流发动机生产轮槽驱动的直流电梯。
从那时起直到后来,电梯一直被不断地创新发展。现在所研究使用的电梯,不但规格不同品种多,自动化发展程度高,并且可靠性和安全性都有极大的保障,电梯的舒适性也得到了有效的改善。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 电梯简介 

2.1电梯的工作原理

牵引绳的两端与轿厢对重相连,缠绕在导向轮和运输轮上,由发动机带动运输轮的牵引。在减速变化后,轿厢和重物可以通过引曳绳和运输轮之间的摩擦运动产生牵引力,使得轿厢能够做垂直升降系统运动,达到提高运输服务乘客和货物的目的, 一般情况下,升降机采用牵引传动,钢丝绳与拖拉机的绳轮如转向带机构连接,绳轮的端部依靠吊篮,另一端根据负载悬挂,牵引是由缆绳与缆绳之间的摩擦引起的。
安装在发动机上的发动机是由减速、制动等组成的牵引车,牵引绳通过牵引轮的一端与吊篮相连,一端与负载相连,吊篮的重量通过滑轮传到滑轮车道上,随着发动机的转动使绳子转动,牵引轿厢和对重移动。

2.2电梯的作用

电梯是一种由发动机驱动的运输人和货物的一种工具。在多层运输建筑中用于运送人和行李的箱式装置,电梯即有台阶式结构和履带式结构两种,俗称自动电梯,又有作用与高层建筑的固定在某一位置进行垂直升降的。
 

2.3电梯控制系统的主要结构

电梯是一个复杂的机械产品,机械部分对应着人体,电气部分对应着人的神经机器和电的高度集成,电梯的机械部分如下。

(1)曳引系统

曳引系统的主要作用为电梯能够正常运行传递运动和动力。该系统主要由曳引电动机、钢丝绳、轮导、轮绕组成,曳引电动机作为电梯能够正常运行的动力来源,由发动机、离合器、减速器、电磁制动器等组成,导向轮的主要作用是将轿厢与重物进行分离,复合绕型可以改善电梯的曳引力。

(2)导向系统

导向系统的主要作用是对电梯轿厢的自由度进行限制,使得电梯轿厢只能沿着固定的导轨做上下运动.

(3)轿厢

轿厢的主要作用是运送货物和乘客,他是电梯的主要作用部件它主要是由框架及箱体组成,框架是箱体的支撑机构,箱体的大小由额定负载和乘客数量决定。

(4)门系统

门系统的主要作用是固定楼层入口和轿厢的入口
该系统主要是由开门器,轿厢门,门锁装置构成

(5)电力拖动系统

系统的主要任务是为电梯的正常运行提供能量,控制电梯的运行速度,系统主要由牵引发动机、调速装置、速度反馈装置和电源组成。

(6)电气控制系统

电气控制系统的主要是实时监测电梯的运行状态。主要由控制器、位置指示器、控制面板、调平装置、选择层等组成。

(7) 重量平衡系统

该系统的作用是使轿厢重量保持相对平衡。在电梯运行过程中,令轿厢与对重的差始终保持在一定的间隔内,为电梯的正常运行提供保障。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 PLC技术简介

3.1什么是PLC

可编程控制器PLC是集计算机技术、自动化技术和微处理器技术于一体的逻辑控制器。它采用可编程存储器,由能源、中央单元、存储器和输入输出接口、功能模块和通信模块存储内部程序组成,用于逻辑操作和顺序控制。面向用户的命令,如数字数据交换的计数和算术操作以及模拟量,用于控制各种机器的生产和过程,因为PLC控制具有极高的可靠性,在工业控制领域被广泛运用,安装简便,抗干扰能力强,调试所需的时间较短。

3.2 PLC在电梯控制系统中的优势

(1) PLC技术在电梯控制中的应用,可以提高电梯系统的自动控制水平和精度,提高控制系统的可靠性和稳定性。
(2) PLC功能强大,复杂控制系统的PLC控制都可以满足其需要,并且可以根据需要添加或修改不同的功能。
(3) PLC可以自动检测错误和报警,提高操作安全性,便于安装和维护,便于控制系统的维修和改造。
(4) 因为取消了层选择器和大多数继电器,控制系统结构和外部电路将进一步简化,体积变小。
(5)适用于群控的使用和管理,在一定程度上可以提高了电梯的运行工作效率,在此基础之上所运行的电梯装置有着更加安全可靠、使用方便及乘坐舒适的特点。

3.3 PLC的基本结构

PLC的结构框图如图3-1所示,它主要由中央处理器(CPU)、存储器、编程器、输入/输出接口、电源等几部分组成。见图3-1。
 
 
   
 
 
 
 
图3-1 PLC结构框图

(1)CPU

CPU是PLC的核心和控制指挥中心,一般由运算器、控制器和寄存器组成,集中在一块芯片上。CPU的主要功能包括: 接收输入信号并存储在内存中,读出指令,执行指令,输出结果,处理中断请求,准备下一步指令等。

(2)存储器

PLC存储器分别为用户存储器和系统程序存储器。系统程序存储器主要用于存储系统的内部数据,系统的管理程序以及监控程序,用户不能修改;用户程序存储包括用户程序存储区和工作数据存储区域。

(3)输入/输出接口

输入/输出接口电路是将PLC与外围设备进行连接的部件。PLC把输入信号进行转换使之成为CPU能够接收和处理的信号,通过用户程序进行运算,把结果通过输出模块输出给执行机构。输入接口一般接收如限位开关、手动开关、操作按钮、编码器、数字开关等的控制信号,并将这些信号转换成CPU可以处理的数字信号,输入信号是通过旋转耦合器件传给内部电路,通过这种隔离措施可以防止PLC被现场干扰信号干扰。
输出接口功能是通过CPU来将数字信号转换到一个强有力的信号输出端,用于驱动接触器,电磁阀,灯和其他外围设备接收或断开电流或电压。

(4)电源部分

电源部件把交流电转换成供PLC、CPU、存储器等电路工作所需的直流电,使得PLC能够正常运行。PLC一般采用220V的交流电源。

(5)编程器

编程器是PLC中重要外部设备,也是非常重要的设备,主要用于开发、维护PLC控制系统。编程器的主要作用是供使用户能够对程序进行编制、编辑、调试和监视;用户可以通过使用键盘来调取PLC的一些系统得参数和一些内部得运行状态,并把它们显示出来:也可以同时通过网络通信端口与CPU联系,完成一个人机对话连接。


4 系统设计方案

控制系统方框图如下图所示。外部的轿厢内呼叫按钮,轿厢外上呼,轿厢外下呼按钮,楼层到位检测,变频器故障,门电机故障,夹人检测,上行限位,下行限位,开门限位,关门限位,手动开门,手动关门等接PLC的输入,为数字量输入信号。
PLC输出的楼层显示,各呼叫指示灯,例如内呼指示灯,各楼层(除一层)上呼指示灯,各楼层(除8层)下呼指示灯,控制变频器的上行,下行,用于控制变频器驱动拖曳电机上行或者下行。
PLC输出的开门,关门信号,接外部的开门,关门接触器,用于控制开关门电机执行开门或者关门操作见图4-1。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
图4-1 控制系统方框图
 

 

5 硬件设计

5.1 硬件选择

经分析,系统共使用了39路数字量输入,36路数字量输出,没有使用模拟量输入和模拟量输出,系统为小型自动化应用。
西门子的S7-200 PLC是一款具有高性能的小型PLC,性价比高,使用方便,编程容易,接线简单,使用普及,有多种型号可以选择,有多种扩展模块可以选择,所以选择西门子的S7-200 PLC为控制核心。
其中CPU226含24路数字量进行输入,16路数字量信号输出;外加1块EM223,每块含16路数字量信息输入,16路数字量输出;外加1块EM223,每块含8路数字量信息输入,8路数字量信息输出。共有24+16+8=48路数字量信息输入,使用了39路,剩余9路数字量输入;16+16+8=40路数字量信息输出,使用了36路,剩余4路数字量信息输出,可以满足使用需要,并有足够的备用输入和输出。

5.2 主电路设计

主电路如图3-1所示。外部3相380V交流电源经L1,L2,L3,N供设备使用。L1,L2,L3是3相火线。N是零线。QF1是电梯控制系统总的电源断路器,可以通断整台设备电源。FU1是电梯控制系统的总的熔断器,起到短路过流保护作用。
M1是电梯升降电机,用于驱动电梯上行和下行。QF2是拖曳电机主回路断路器。A1是拖曳电机驱动变频器,用于驱动电机变频运行。5是变频器启动端子,6是变频器反转启动端子,9是变频器数字量输入公共端子。电机正转时,PLC通过控制KA1线圈得电,KA1常开触点闭合,接通变频器的端子5和9,启动变频器正转运行。电机反转时,PLC通过控制KA2线圈得电,KA2常开触点闭合,接通变频器的端子5和9,同时接通变频器的端子6和9,启动变频器反转运行。FR1是拖曳电机过载保护热继电器,用于保护拖曳电机,防止拖曳电机长时间过载运行,烧毁拖曳电机。见图5-1。

图5-1 主电路图
M2是门电机,用于驱动开关门装置执行开门或者关门。QF3是门电机主回路断路器,KM1是开门启动接触器,KM2是关门启动接触器。FR2是门电机过载保护热继电器,用于保护门电机,避免门电机长时间过载运行,烧毁门电机的作用。

5.3 电源电路和控制路设计

电源电路如图5-2所示。外部220V 50Hz交流电经1,2供控制电路使用。QF4是直流开关电源DC1,DC2断路器。DC1是直流开关电源,将交流220V转成24V直流电,供控制电路使用。QF5是直流控制回路断路器,可以通断直流回路电源。HL01是DC1电源输出指示灯。DC2是直流开关电源,将交流220V 50Hz变成24V直流电,供PLC的输入和输出使用,HL02是DC2电源输出指示灯。见图5-2

图5-2 电源电路
控制电路,见图5-3,QF6是控制电路断路器。KM1是开门启动接触器,KA3是开门启动继电器,PLC通过控制KA3线圈得电,KA3常开触点闭合,经接触器KM2辅助常闭触点,KM1线圈得电,KM1常开主触点闭合,启动门电机正转,执行开门。
同样的,KM2是关门启动接触器,KA4是关门启动继电器,PLC通过控制KA4线圈得电,KA4常开触点闭合,经接触器KM1辅助常闭触点,KM2线圈得电,KM2常开主触点闭合,启动门电机反转,执行关门。
为了防止门电机同时正转和反转造成短路故障,开门启动接触器线圈KM1回路串联关门接触器KM2辅助常闭触点,关门启动接触器线圈KM2回路串联开门接触器KM1辅助常闭触点,进行互锁,避免同时有电。见图5-3。
 

图5-3控制电路

5.4 PLC输入和输出分配

PLC输入和输出分配见表5-4和表5-5
表5-4 PLC输入分配表
名称 PLC地址 外部编号 名称 PLC地址 外部编号
内呼1楼按钮 I0.0 S1 层6上呼按钮 I2.4 U6
内呼2楼按钮 I0.1 S2 层7上呼按钮 I2.5 U7
内呼3楼按钮 I0.2 S3 拖曳电机过载保护 I2.6 FR1
内呼4楼按钮 I0.3 S4 开门按钮 I2.7 SB1
内呼5楼按钮 I0.4 S5 关门按钮 I3.0 SB2
内呼6楼按钮 I0.5 S6 开门限位开关 I3.1 SQ1
内呼7楼按钮 I0.6 S7 关门限位开关 I3.2 SQ2
内呼8楼按钮 I0.7 S8 上升极限限位开关 I3.3 SQ3
层2下呼按钮 I1.0 D2 下降极限限位开关 I3.4 SQ4
层3下呼按钮 I1.1 D3 超重检测 I3.5 S1
层4下呼按钮 I1.2 D4 夹人检测 I3.6 S2
层5下呼按钮 I1.3 D5 层平层1行程开关 I4.0 SQ5
层6下呼按钮 I1.4 D6 层平层2行程开关 I4.1 SQ6
层7下呼按钮 I1.5 D7 层平层3行程开关 I4.2 SQ7
层8下呼按钮 I1.6 D8 层平层4行程开关 I4.3 SQ8
层1上呼按钮 I1.7 U1 层平层5行程开关 I4.4 SQ9
层2上呼按钮 I2.0 U2 层平层6行程开关 I4.5 SQ10
层3上呼按钮 I2.1 U3 层平层7行程开关 I4.6 SQ11
层4上呼按钮 I2.2 U4 层平层8行程开关 I4.7 SQ12
 
 
表5-5 PLC输出分配表
名称 PLC地址 外部编号 名称 PLC地址 外部编号
层1指示灯 Q0.0 L1 层3上呼指示灯 Q2.2 UP3
层2指示灯 Q0.1 L2 层4上呼指示灯 Q2.3 UP4
层3指示灯 Q0.2 L3 层5上呼指示灯 Q2.4 UP5
层4指示灯 Q0.3 L4 层6上呼指示灯 Q2.5 UP6
层5指示灯 Q0.4 L5 层7上呼指示灯 Q2.6 UP7
层6指示灯 Q0.5 L6 层2下呼指示灯 Q3.1 DN2
层7指示灯 Q0.6 L7 层3下呼指示灯 Q3.2 DN3
层8指示灯 Q0.7 L8 层4下呼指示灯 Q3.3 DN4
内选1层指示灯 Q1.0 SL1 层5下呼指示灯 Q3.4 DN5
内选2层指示灯 Q1.1 SL2 层6下呼指示灯 Q3.5 DN6
内选3层指示灯 Q1.2 SL3 层7下呼指示灯 Q3.6 DN7
内选4层指示灯 Q1.3 SL4 层8下呼指示灯 Q3.7 DN8
内选5层指示灯 Q1.4 SL5 电机正转 Q4.0 KA0
内选6层指示灯 Q1.5 SL6 电机反转 Q4.1 KA1
内选7层指示灯 Q1.6 SL7 门电机正转 Q4.2 KA2
内选8层指示灯 Q1.7 SL8 门电机反转 Q4.3 KA3
层1上呼指示灯 Q2.0 UP1 超重报警 Q4.4 HL1
层2上呼指示灯 Q2.1 UP2 过载保护指示灯 Q4.5 HL2
表5-5 PLC输出分配表
 
 
 
 
 
 
 
 

5.5 PLC输入和输出接线图

PLC输入和输出接线图见图5-6到5-15,数字量输入接线图见图5-6到5-9,数字量输出接线图见图5-10到5-15。

图5-6 PLC输入接线图1

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