基于PLC的七层电梯控制系统设计应用型自学考试毕业论文


    基于PLC的七层电梯控制系统设计 摘 要 本次毕业设计是基于PLC的七层电梯控制系统,电梯是垂直方向的运输设备,是高层建筑中不可缺少的交通运输设备,它靠电力拖动一个可以载人或物的轿厢,在建筑的内导轨上做垂直升降运动,它在人们的日常生活中起着举足轻重的作用。该系统主要由PLC、逻辑控制电路组成。在硬件上以西门子公司的PLC做为控制中心,以及交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和PLC I/O接口组成为一体的控制系统,在软件上采用模块的设计法,包括楼层及轿厢内外呼叫请求、平层检测及开关门、控制电梯升降、电梯运行状态指示控制等模块。整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降、加减速、平层、起动、制动等进行控制。其结构简单、运行率高、平层精度高。 关键字:PLC,电梯,逻辑控制电路 Summary The text descrribes a control system that is dased on PLC .The elevator is perpendicular directional of the coneyance equipments be indispensable in the high building of transportation equipents.It depends electric power, dragging along to move a car that can carry person and lesd a track in the building of the well way up do perpendicularity to ascend and descend sport, there is prominent function in the people's life. And the control elevator circulate of the PLC system slso has more and more high request,request to attain the movement purpose of “steady,quasi-,quick”of elevator movement.That system mainly from PLC,logic control the electric circuit constitute.In hardware for siemens plc to the control and an exchangs difference to tread electric motor among them,affter the electric appliances,get in touch with a machine ,route of travel switch and press button ,give out light the indicator constitute and PLC I/O turned around the interface for the control system of integral whole ,In the software to design of the modules , including the floor and the car is outside the call for the floor ,inspection and control of the elevator door ,and the state indicates that control,adding modules ,The whole system passes PLC .logic control the electric is to the rise and fall of elevator ,Add ,decelerate;Even layer; Start,make to move a control .Its struclue is simple and circulate an effciency,even layer accuracy and with good value .promote. Keywords:PLC ;elevator;The logic controls electric circuit 目录 1绪论 1 2电梯控制系统方案设计 2 2.1电梯的构造 2 2.2电梯对控制信号的响应要求及其流程 3 2.2.1电梯对控制信号的响应要求 3 2.2.2电梯的控制流程 3 2.3电梯的控制要求 4 2.3.1电梯位置的确定与显示 4 2.3.2轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号 5 2.3.3电梯自动运行时的信号响应 5 2.3.4轿厢的启动与运行 6 2.3.5轿厢的平层与停车 6 2.4可编程序逻辑控制器(PLC) 6 2.5 PLC的分类 6 2.6 PLC的机型和I/O点的点数选择 7 2.7 PLC控制系统的组成 7 2.8安全设置 8 3电梯控制系统硬件设计 9 3.1程序设计思路 9 3.2电梯的基本电路设计 9 3.2.1主电路-交流双速电梯的拖动电路 9 3.2.2开关门电路安全运行电路 10 3.3电梯电器元件表 11 3.3.1输入设备的确定 12 3.3.2输出设备的确定 13 4电梯控制系统软件设计 14 4.1电梯的开关门控制 14 4.2层楼信号的产生与消除 17 4.3内选指令的登记与消除 18 4.4外呼信号的登记与消除 19 4.6电梯自动运行时启动、加速和稳定运行环节 22 4.7停车制动环节 23 5电梯控制系统仿真 25 6结论 30 参考文献 31 致谢 32 附录 33 附录一:PLC的I/0接线 33 附录二:梯形图 35 1 绪论 近年来我国经济飞速发展,人民生活水平的迅速提高,工作居住条件得到了巨大的改善。电梯作为建筑内的垂直交通运输工具,它与人们的生活息息相关。传统的电梯曳引电动机采用接触器控制,存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁,可靠性差和工作寿命短等缺陷。可编程控制器(PLC)是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的,是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。由于它的种种优点,目前,电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。同时,由于PLC控制的准确性与高效性,不仅能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度,还可以降低能耗,节约能源,减少运行费用。因此,PLC控制技术已成为现代电梯行列的一个热点。 本次毕业设计的题目是——“基于PLC的七层电梯控制系统设计”。PLC控制是指电梯信号控制由PLC及其软件来实现,控制系统的核心为PLC,本次设计的主要任务和内容是:建立“PLC控制的电梯系统”的信号控制系统的总体框架,利用PLC集中处理电梯运行方式、安全保护信号、内指令信号、外召唤信号、井道信号、门区信号、开关门及限位信号等信号,并显示电梯所到楼层、运行方向及呼梯应答等,实现电梯运行到位后具有手动和自动开关门功能;拖动控制系统中曳引机的启动、运行、制动停止,包括正反转信号及多种速度信号,经PLC运算、判断后通过电机来实现。达到的要求是:通过深入的理论研究和编程实践,全面认真的完成上述几个内容。 2电梯控制系统方案设计 2.1电梯的构造 电梯是一种特殊的起重运输设备,它由轿厢及配重、拖动电动机及减速传动机械、井道以及井道设备、召唤系统及安全装置构成。轿厢是用于载人或物的部位,配重是用来改变电梯电动机负载的特性以及提高电梯的安全性而设置的。如图2-1所示为电梯拖动系统示意图,电梯的轿厢及配重分系在钢丝绳的两端,钢丝绳跨挂在曳引轮上,曳引轮经减速机构由电动机拖动,形成轿厢的上下运动。 图2-1 电梯拖动系统示意图 井道是指建筑中用于安装电梯并提供电梯运行的通道,轿厢以及配重都是在井道中运行的。井道在各层都设有门厅和呼梯设备。门厅有门厅门,厅门顶部装有层楼指示器,用于指示电梯的运行方向和电梯所在的位置。门厅里还有呼梯盒,其作用是在每一个层站召唤电梯。呼梯盒常安装在厅门外离地面1m高左右的墙壁上,基站与顶站只有一个按钮,中间层站有上行与下行两个呼梯按钮,按钮下面带有呼梯的记忆灯。基站的呼梯盒上还设有许多定位装置和安全设备。井道的顶部和底部还设有冲顶和蹲底的缓冲设备,用以确保电梯的运行安全。 轿厢内的自动门机是用来实现电梯的开门及关门。电梯门分厅门及轿厢门,当电梯停靠在某一层时,这一层的厅门在轿厢门的带动下开启或关闭。电梯的操纵箱也安装在轿厢内 ,供司机和乘客对电梯发布操作的命令。上面设有与电梯层站数相同的内选层按钮(带有内选记忆指示灯)、上下行启动按钮(带有上下行记忆指示灯)、开关门按钮、急停按钮、风扇、照明、层楼指示灯的控制开关、电梯运行状态选择钥匙开关等。 2.2电梯对控制信号的响应要求及其流程 2.2.1电梯对控制信号的响应要求 (1)当在轿厢内按下关门按钮时,电梯门自动关闭并进行锁保护,电梯门锁上以后电梯将自动启动并运行。 (2)当电梯到达指定的楼层后,电梯自动停止运行,并且自动开门,随后电梯延时自动关门,等待厅外召唤。 (3)电梯运行时只响应和电梯运行方向相同的厅外召唤。 (4)当电梯到达顶层或底层时,自动停止并且改换方向。 (5)电梯接受轿厢内外的每一个呼叫按钮的呼叫命令,进行自动登记和记忆,当任务完成后,其自动消除记忆。 (6)电梯的楼层门厅和轿厢的内部都有电梯运行情况的显示。 (7)当电梯接受到多个信号时,采用第一个信号来进行运行方向的定向,先响应现在电梯的运行方向的呼叫,一个方向的任务执行完后再换向执行下一个方向。 (8)当执行完一个方向的任务要进行换向时,根据最远站换向原则来进行运行方向的转换。 (9)当电梯进行维修时,要将所有楼层的电梯门关闭,以防止行人误入。 2.2.2电梯的控制流程 当电梯接收到来自厅外的召唤时,自动的进行定向,并且电动机M1高速运行到达指定楼层,当到达指定楼层后电动机M1减速,以低速运行至停层位置,当到达停层位置后,电动机M1反转控制电梯自动开门,此时厅内乘客由轿厢内出来,而厅外乘客也可进入轿厢内,当乘客进入轿厢后按下关门按钮SB2,门厅自动关门。如图2-2所示 M1换低速,低速运行 是否到达停层位置 M1停转,自动开门 按下SB2 乘客是否出门 自动关门 M1反转,平层 开门过程减速 门是否开到位 开门控制过程结束 门是否关闭 厅外召唤楼层 自动定向 M1起动,高速运行 是否到召唤楼层 N N Y Y N Y 出门 进门 图2-2电梯的控制流程 2.3电梯的控制要求 2.3.1电梯位置的确定与显示 轿厢中的乘客及门厅中等待乘坐电梯的人都需要知道电梯的位置,因而轿厢及门厅都设有显示层楼标志的电梯位置显示装置。此外,电梯的运行还需要更加准确的电梯位置信号,以满足制动停车等控制的需要。电梯的位置信号一般由设在井道中的位置开关,如磁感应器提供,当轿厢上设置的隔磁板插入感应器时,发出位置信号,并启动楼层指示,如图2-3所示。 图2-3 电梯的平层、停层装置 2.3.2轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号 司机和乘客可以按下轿厢内的操控盘上的选层按钮来选定电梯运行的目的楼层,此为内选信号。当按钮按下后,该信号应被记忆并使相应的指示灯点亮。在门厅等候电梯的乘客可以按门厅的上行或下行召唤按钮,此为外唤信号。该信号也需记忆并点亮门厅的上行或下行指示灯,这些保持信号在要求得到满足时应能自动消除。 2.3.3电梯自动运行时的信号响应 电梯自动运行时应根据内选及外唤信号,决定电梯的运行方向及在哪些站点停站。一般情况下,电梯按先上后下的原则安排运送乘客的次序,而且规定在运行方向确定之后,不响应中途的反向呼唤要求,直到到达本方向的最远站点才开始返程。 2.3.4轿厢的启动与运行 当轿厢的运行方向确定后,而且轿厢门已经关好的时候启动运行,运行的初始阶段是加速运行阶段,其后是稳定运行阶段。 2.3.5轿厢的平层与停车 轿厢运行后需要确定在哪一层站停车,平层停车时,轿厢的底与门厅“地平面”应相平齐,一般规定具体的平层误差,如平层时两平面不得超过5mm。平层停车过程需在轿厢底面与停层楼面相平之前开始,先是减速,再是制动,以满足平层的准确性及乘客的舒适感。电梯的平层开始信号由平层感应器发出。如图2-3所示,上平层感应器KR8及下平层感应器KR9装在轿厢顶部,隔磁板安装在进道壁上。上行时,KR8首先插入隔磁铁板,发出减速信号,电梯开始减速,至KR9插入隔磁板时,发出开门及停车信号,电动机停转,抱闸抱死,下行时KR9首先插入隔磁铁板,发出减速信号,电梯开始减速,到KR8插入隔磁铁板时,发出开门及停车信号。如图2-3所示。 2.4可编程序逻辑控制器(PLC) PLC采用的是8位或16位微处理器为核心,其不仅具有可编程序内存对指令的存储,还具有逻辑、顺序、计数、计时、算术运算、数据比较、数据传送等功能。PLC采用循环扫描方式,对输入信号不断的进行采样,然后根据检测到的信号状态,通过程序等做出反应,并且将这些反应以输出信号的形式由输出信号控制系统的外部负载:如继电器、电动机、指示灯和报警器等,产生相应的动作,由此通过以上过程完成对电梯的控制。 2.5 PLC的分类 PLC通常可以按结构特征以及输入输出点数的多少两种方法分类。 (1)按结构特征PLC可以分为整体式、模块式、整体模块混合式这三种类型。其中整体式的PLC般都是小型或微型机,集中CPU、输入/输出单元、电源、通信接口等部件都集中到一个机壳内。模块式PLC是将CPU、输入/输出单元、电源、通信接口等分别做成模块,在应用中可以按需要对模块进行组装,而大、中型PLC一般都是模块式结构 。整体模块混合式PLC将CPU、电源模块、通信模块及一定数量的输入/输出单元集成到一个机壳内,当其中的输入/输出模块不够使用时再进行模块扩展。 (2)按输入/输出点多少PLC可以分为微型、小型、中型及大型机,微型PLC输入/输出点数小于128点;中型PLC输入/输出点数为128-512点;大型PLC输入/输出点数在512点以上。 2.6 PLC的机型和I/O点的点数选择 针对此次的毕业设计我采用了西门子S7-200系列PLC,根据七层七站交流双速电梯的控制要求,选用了S7-200类型中的CPU226(AC/DC/RLY)型,其输入映象寄存器为I0.0-I2.7,输出映象寄存器为Q0.0-Q1.7共有24点输入,16点输出,为了满足系统I/O点要求,需要对其进行扩展,选用EM223。EM223输入输出模块有4点输入4点输出、8点输入8点输出、16点输入16点输出模块。而在本次毕业设计中选用1个EM223的16点输入16点输出模块和1个EM223的8点输入8点输出模块做为扩展模块可以满足本次设计的要求。(附录1:PLC的I/O接线图) 2.7 PLC控制系统的组成 PLC控制系统组成如图2-4。 输入端 I 输出端 Q 召唤按钮 指令按钮 报警器 自动开关门控制 指示 主拖动控制电路 电磁制动器 层楼平层感应器 运行方式 安全开关 检修开关 图2-4 PLC控制系统组成 2.8安全设置 电梯的运行可以分为自动运行状态、司机状态或检修状态,可以有一个转换触点来实现,三种运行状态为并行,三种状态中自动运行最为关键也最为复杂,并且电梯的运行并无明显状态步骤,不是顺序运行,所以设计时是以经验设计法为主,把控制电路分成几个部分,再合起来形成统一的流程图和梯形图。 电梯的安全保护很多,如冲顶与蹲底,断钢丝绳,轿厢内人员的跌落、逃生等保护,还有消防运行等多项。电梯的安全是电梯最重要的技术指标。电梯的安全设备有:安全窗及其开关、安全钳及其开关、限速器及其开关等,安全窗在轿厢的顶部,供应急情况下疏散乘客,当安全窗打开时,电梯不准运行.安全钳是为了防止电梯曳引钢绳断裂及超速运行的机械装置,用以在上述情况下将轿厢夹持在轨道上.限速器是检测电梯运行速度的装置,当电梯超速运行时,限速器动作,带动安全钳使电梯停止运行.极限开关、强迫换速开关是电梯限位安全装置,当电梯运行到上下极限位置时仍不停车,上下限开关动作,发出停车信号,若仍不能停车,将压下强迫停车开关,强制电梯停止运行,若还不能停车,将通过机械装置带动极限开关切断曳引电动机电源,以达到停车的目的,避免电梯出现冲顶或蹲底事故。 3电梯控制系统硬件设计 3.1程序设计思路 本次毕业设计针对的是基于PLC的七层电梯控制系统设计,在电梯的每一层面均需有升降和轿厢所在楼层的指示灯显示,1-7楼所对应的指示灯表示楼层号,每层的楼厅均有输入按钮控制电梯上行或下行,工作中的电梯主要对各种呼梯信号和当时运行状态进行综合的分析,再确定下一个工作状态,为此它要求具有自动的定向,顺向的截梯,反向保护,内、外呼记忆,自动开/关门,停梯消号,自动停层等功能。 3.2电梯的基本电路设计 3.2.1主电路-交流双速电梯的拖动电路 图3-1 电梯拖动电路 图3-1为交流双速电梯的拖动电路。M1为YTD系列电梯专用双速笼型异步电动机(6/24极);KM1、KM2为电动机正反转接触器,用于实现电梯上、下行控制;KM3、KM4为电梯高、低速运行接触器,用以实现电梯的高速或低速运行;KM5为启动加速接触器;KM6、KM7、KM8为减速制动接触器,用以调整电梯制动时的加速度;L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路中的电抗与电阻,与KM5-KM8配合实现电动机的加、减速控制。 (1)当KM1或KM2与KM3得电吸合时,电梯将进行上行和下行启动,延时后KM5得电吸合,短接R1、L1,电梯转为上行或下行的稳定运行。 (2)当电梯接收到停层指令后,KM3失电释放,KM4得电吸合,电动机转为低速接法,串入阻抗制动,实现上升与下降的低速运行,延时时间到KM6、KM7、KM8依次得电吸合,用来控制制动过程的强度,提高停车制动时的舒适感。 (3)到达平层位置时,接触器全部失电释放,抱闸抱死,电梯停止运行。 (4)在检修状态时,电梯只能在低速接法下点动运行。 3.2.2开关门电路安全运行电路 图3-2 开关门安全运行电路 图3-2所示为开关门电路安全运行电路,门电动机为他励直流电动机,可由KM9,KM10控制其正反转。 (1)KM9接通时,电阻R2与电动机电枢并联,电流由电枢左端流向右端,电动机正转实现开门,压下SQ8时,R2部分被短接,实现开门调速(减速)。 (2)KM10得电时,电阻R2与电动机电枢并联,电流由电枢右端流向左端,电动机将反转,实现关门,压下SQ9时,R3部分被短接,实现关门调速。 (3)在电梯上、下行运行时,抱闸YB应打开,其线圈应得电。电梯停止运行时,抱闸应抱死,其线圈应得电,因此用KM1、KM2控制抱闸线圈YB的得电与失电。 (4)将所有厅门与轿门开关(SQ11-SQ18)串联在一起,控制门锁继电器KA1,以保证各层楼的门全部关闭正常后电梯才能运行的控制。这样既可以减少占用PLC的输入口,又便于检修。 (5)将安全窗开关SQ1、安全钳SQ2、限速开关SQ3、轿内急停开关SQ4、上下强迫停止开关(SQ19和SQ20)、基站开关梯钥匙开关SA2以及热继电器触点FR1、FR2串联在一起,构成安全回路,控制安全运行继电器KA2,用KA2的触点控制PLC的RUN口,只有当KA2得电吸合时,才允许PLC处于运行状态。这样既可以节省PLC的输入口,又可以实现在多种紧急情况下的立即停车。 3.3电梯电器元件表 表3-1电梯电器元器件表 元件符号 名称及作用 元件符号 名称及作用 KM1 上行接触器 7KR 7楼感应器 KM2 下行接触器 8KR 上平层感应器 KM3 高速接触器 9KR 下平层感应器 KM4 低速接触器 SB0 极限开关 KM5 启动接触器 SB1 开门按钮 KM6-KM8 制动接触器 SB2 关门按钮 KM9 开门接触器 SB3 上行启动按钮 KM10 关门接触器 SB4 下行启动按钮 1HL-7HL 1-7层层楼指示灯 SB5-SB11 1-7楼轿内选层按钮 8HL-9HL 上行、下行指示灯 1SB1-6SB1 1-6楼上行外呼按钮 HL8、HL9 操纵箱上下行指示记忆灯 2SB2-7SB2 2-7楼下行外呼按钮 HL10 1楼上呼记忆灯 SQ 电源开关 HL11 2楼上呼记忆灯 SQ1 安全窗开关 HL12 2楼下呼记忆灯 SQ2 安全钳开关 HL13 3楼上呼记忆灯 SQ3 限速器开关 HL14 3楼下呼记忆灯 SQ4 轿内急停开关 HL15 4楼上呼记忆灯 SQ5 基站开关 HL16 4楼下呼记忆灯 SQ6 开门到位开关 HL17 5楼上呼记忆灯 SQ7 关门到们开关 HL18 5楼下呼记忆灯 SQ8 开门调整开关 HL19 6楼上呼记忆灯 SQ9 关门调整开关 HL20 6楼下呼记忆灯 SQ11-SQ17 1-7楼厅门锁开关 HL21 7楼下呼记忆灯 SQ18 轿门关闭到位开关 1KR 1楼感应器 SQ19 上限位开关 元件符号 名称及作用 元件符号 名称及作用 2KR 2楼感应器 SQ20 下限位开关 3KR 3楼感应器 SQ21 上行强迫停止开关 4KR 4楼感应器 SQ22 下行强迫停止开关 5KR 5楼感应器 SA1 运行状态选择钥匙开关 6KR 6楼感应器 SA2 基站开关梯钥匙开关 3.3.1输入设备的确定 在操作厢上应有各层的选层按钮,7层共有7个,开关门操作厢需要2点输入,考虑到乘客的安全,电梯在门未关好的情况下禁止启动,对轿厢门及厅门的开关应设极限开关,需2点输入,为防止轿箱冲顶或蹲底,应设上行、下行限位,需2点输入,共需13个开关输入点。 井道内每层都应设置感应器,以便感知轿厢当前所在层,所以每层设一个楼层感应器,需7个感应器,为保证轿厢停靠时对层准确,在轿厢上设置了上平层感应器和下行层感应器两个感应器,用以感知停靠偏上还是偏下,当停层准确时,2个感应器均接通,共需用9点输入。 各门厅乘客召唤时,除底层和顶层只有一个召唤按钮外,其它各层均设上下两个召唤按钮,7层共需12个按钮。 轿厢无指令运行中停靠的层站,应设置一个基站输入点,其它还需要有门锁、自动、检修以及上、下行启动等输入点,共需6点。经以上分析,可知共需用40个输入端点。 表3-2 PLC控制输入表 PLC控制输入表 I0.0 门锁 I1.6 3楼内选 I3.3 2楼上行 I0.1 自动运行 I1.7 4楼内选 I3.4 2楼下行 I0.2 检修 I2.0 5楼内选 I3.5 3楼上行 I0.3 开门 I2.1 6楼内选 I3.6 3楼下行 I0.4 关门 I2.2 7楼内选 I3.7 4楼上行 I0.5 上行启动 I2.3 1楼感应器 I4.0 4楼下行 I0.6 下行启动 I2.4 2楼感应器 I4.1 5楼上行 I0.7 基站 I2.5 3楼感应器 I4.2 5楼下行 I1.0 开门到位 I2.6 4楼感应器 I4.3 6楼上行 I1.1 关门到位 I2.7 5楼感应器 I4.4 6楼下行 I1.2 上行限位 I3.0 6楼感应器 I4.5 7楼下行 I1.3 下行限位 I3.1 7楼感应器 I4.6 上平层感应器 I1.4 1楼内选 I3.2 1楼上行 I4.7 下平层感应器 I1.5 2楼内选 3.3.2输出设备的确定 控制电梯的上行、下行(即电机的正、反转)需2点输出。控制电梯高速、低速需2点输出。启动加速、3级制动减速共4点输出,开关门接触器2点输出,楼层指示灯7点输出,上、下行指示灯2点输出,上下呼记忆灯七层共12个,楼层内选记忆指示共7个,输出部分共需38点输出。 表3-3 PLC控制输出表 PLC控制输出表 Q0.0 上行 Q1.5 4层层楼指示 Q3.2 1楼上呼记忆 Q0.1 下行 Q1.6 5层层楼指示 Q3.3 2楼上呼记忆 Q0.2 高速 Q1.7 6层层楼指示 Q3.4 2楼下呼记忆 Q0.3 低速 Q2.0 7层层楼指示 Q3.5 3楼上呼记忆 Q0.4 启动加速 Q2.1 上行指示 Q3.6 3楼下呼记忆 Q0.5 制动减速1 Q2.2 下行指示 Q3.7 4楼上呼记忆 Q0.6 制动减速2 Q2.3 1层内选记忆指示 Q4.0 4楼下呼记忆 Q0.7 制动减速3 Q2.4 2层内选记忆指示 Q4.1 5楼上呼记忆 Q1.0 开门 Q2.5 3层内选记忆指示 Q4.2 5楼下呼记忆 Q1.1 关门 Q2.6 4层内选记忆指示 Q4.3 6楼上呼记忆 Q1.2 1层层楼指示 Q2.7 5层内选记忆指示 Q4.4 6楼下呼记忆 Q1.3 2层层楼指示 Q3.0 6层内选记忆指示 Q4.5 7楼下呼记忆 Q1.4 3层层楼指示 Q3.1 7层内选记忆指示 4电梯控制系统软件设计 4.1电梯的开关门控制 (1)电梯开门 ① 投入运行前的开门图4-1、4-2 将开关梯钥匙插入SA2内,旋至开梯位置,则中间继电器KA2得电吸合,其动合触点KA2(1-2)闭合,接通PLC电源,使PLC处于运行状态。 图4-1 电梯开门梯形图 IO.7常开触点闭合 自锁 KM9得电,则电梯自动开门 电梯投入运行前,位于基站,基站行程开关SQ5闭合 输入继电器I0.7得电 SM0.1常开触点闭合1个扫描周期 Q1.0开门继电器得电 M10.0常开触点闭合 开门辅助继电器M10.0得电 初始化脉冲继电器SM0.1自动接通1个扫描周期 图4-2 电梯开门流程图 ②电梯检修时开门图4-1、4-3在检修状态下,开关门均为手动控制,由开门按钮SB2 实施开门关门。 检修时,检修开关SA(1-2)闭合 输入继电器I0.2得电 I0.2动合触点闭合 按下开门按钮SB1 I0.3动合触点闭合 KM9得电,实现检修开门 M10.0动合触点闭合 M10.0得电 Q1.0得电 输入继电器I0.3得电 图4-3电梯检修时的开门流程图 ③电梯自动运行时停层开门图4-1、4-4。 ④电梯关门过程中重新开门图4-4在电梯关门过程中,若有人或物夹在两门中间,则需重新开门。 按下开门按钮SB1 输入继电器I0.3得电 I0.3动合触点闭合 M10.0得电 M10.0动合触点闭合 Q1.0得电 KM9得电,实施重新开门 电梯停层时,到平层位置,M14.0得电 M14.0动合触点闭合 M10.0得电 M10.0动合触点闭合 Q1.0得电→KM9得电,实现电梯开门 图4-4电梯自动运行以及关门过程中的重新开门流程图 ⑤呼梯开门图4-1、4-5电梯到达某层站后,如果没有人继续使用电梯,电梯将停靠在该层站待命,若有人在该层站呼梯,电梯将首先开门,以满足用梯要求。 若3层有人呼梯,则I3.1动合触点或I3.2动合触点闭合 M10.0得电 M10.0动合触点闭合 Q1.0闭合 KM9得电,电梯将开门 例如电梯停在3层,则Q1.6动合触点闭合 图4-5 电梯的呼梯开门流程图 ⑥若其他层站有人呼梯,电梯将首先定向,并启动运行,到达呼梯层站时再开门,此时开门是按停层开门处理的。 ⑦电梯自动运行时,M10.2得电, M10.2动断触点断开,使M10.0不能得电,进而使Q1.0不能得电,KM9不能得电,从而禁止开门。 (2)电梯的关门 ①电梯停用后的关门图4-6、4-7此时电梯到达基站,司机或乘客离开轿厢,电梯自动关门。司机将开关电梯钥匙插入SA2,旋到关梯位置,使KA2失电释放,PLC停止运行,电梯被关闭。 图4-6 电梯的关门梯形图 停站时间继电器T37延时结束时 T37动合触点闭合 M10.1得电 M10.1动合触点闭合 Q1.1得电 KM10得电,电梯自动关门 图4-7 电梯的关门流程图 ②自动运行时的关门:当电梯运行到某一楼层开门后,电梯内的停站时间继电器自动开始计时,当计时时间到后,其将会自动的关门。 ③停站时间未到时,也可通过关门按钮SB2(I0.4)实现提前关门图4-6。 4.2层楼信号的产生与消除 当电梯位于某一层时,指层感应器1KR-7KR,感应该楼层的信号,以控制层灯的状态,离开该层时,该楼层信号应被新的楼层信号(上一层或下一层)所取代。当层的层楼继电器是用上层或下层的层楼信号关断的。 例如:电梯由4层下降到3层图4-8、4-9。 图4-8 电梯的层楼信号的产生与消除梯形图 输入继电器I2.5得电 I2.5动合触点闭合 M11.2得电 Q1.4得电 M11.2动合触点闭合 I2.5动断触点断开 M11.3失电 M11.3断开 4HL失电,4层层楼指示关断 3HL得电,指示3层层楼 3楼感应器3KR闭合 图4-9 电梯的层楼信号的产生与消除流程图 4.3内选指令的登记与消除 乘客或司机通过操作轿厢的操纵盘上1-7层的选层按钮SB5-SB11,可以选择要去的楼层。选层信号被登记后,选层按钮下的指示灯HL1-HL7亮。当电梯到达所选的层楼后,该层楼的层楼辅助继电器得电,其动断触点断开,使该层内选辅助继电器失电,指示灯也熄灭,即内选信号被清除;另外,停靠在某层后,该层的内选信号不能被登记。 例如:若电梯停在2楼时,某乘客进入电梯后按下4楼的内选按钮SB8(I1.7)图4-10、4-11。 图4-10 电梯内选指令的登记与消除梯形图 当电梯运行至4层时,4层层楼继电器M11.3得电 其动断触点M11.3断开 M12.3失电 M12.3动合触点断开 Q2.6失电 4HL熄灭,即4楼内选指令被消除 按下4楼内选按钮SB8 I1.7得电 I1.7动合触点闭合 M12.3得电 M12.3动合触点闭合 Q2.6得电 4HL亮,4层内选指令被登记 图4-11 电梯内选指令的登记与消除流程图 4.4外呼信号的登记与消除 乘客在厅门外呼梯时,呼梯信号被接收和记忆。当电梯到达该楼层,且定向方向与目的地的方向一致时(基层和顶层除外),呼梯要求已满足,呼梯信号应被消除。 按下外呼按钮时,相对应的外呼辅助继电器得电,外呼按钮下的指示灯亮,表示其呼梯要求已被电梯接收并记忆。而该信号的消除电路是由当层层楼继电器M10.0-M11.4的动断触点M11.0-M11.4与运行方向继电器(M10.3为上行辅助继电器,M10.4为下行辅助继电器)的动断触点M10.3或M10.4并联构成的。这样安排是前边提到过的电梯运行中只响应同一方向呼梯的原则决定的,即电梯运行方向与呼梯目的地方向一致且到达呼梯楼层时,电梯将停止,呼梯要求已满足,呼梯信号被消除。若电梯运行方向与呼梯目的地的方向相反时,例如电梯从1楼向上运行(上行),而呼梯要求从2楼向下,若有去3楼以上的内选层要求及外呼梯要求,此时电梯到达2楼后(无2楼上行要求)不停梯,因为呼梯要求没有满足,呼梯信号不能消除;若在3楼以上无用梯要求,电梯将停在2楼,但呼梯信号(2下)不能立即消除,待乘客进入轿厢,选层(去1楼)后,电梯定向下,则2下呼梯信号已满足,呼梯信号被消除。 如:电梯上行,其前方有向下的外呼信号图4-12、4-13。 图4-12 外呼信号的登记与消除梯形图一 若电梯从1楼向上运行,上行辅助继电器M10.3得电 M10.3动断触点断开 I3.4得电 I3.4动合触点闭合 M13.2得电并自锁 M13.2动合触点闭合 Q3.4得电 HL12亮,2楼下行呼梯被登记 当电梯上行到2层时,2层层楼继电器M11.1得电 M11.1动断触点断开,但电梯上行非下行,下行辅助继电器M10.4失电 其动断触点M10.4动断触点保持闭合,M13.2仍保持得电,2楼下行外呼梯不被消除,电梯不停梯 2楼有下行呼梯要求,则2楼下行呼梯按钮2SB2闭合 图4-13 外呼信号的登记与消除流程图一 电梯上行,其前方有向上的外呼信号(如图4-14、4-15) 图4-14 外呼信号的登记与消除梯形图二 I3.6得电 I3.6动合触点闭合 M13.3得电并自锁 HL13亮,3楼上行呼梯被登记 当电梯运行到3层时,3层层楼继电器M11.2得电 M13.3动合触点断开 Q3.5失电 HL13灭,3楼上行呼梯信号被消除 若电梯从1楼向上运行,上行辅助继电器M10.3得电 M10.3动断触点断开 若此时3楼有上行呼梯要求,则3楼上行呼梯按钮3SB1闭合 M11.2动断触点断开 M13.3动断触点闭合 Q3.5得电 M13.3失电 图4-15 外呼信号的登记与消除流程图二 4.5电梯的定向 当电梯在自动运行状态下,电梯首先应确定运行方向,即定向。电梯的定向只有两种情况,即上行和下行。电梯处于待命状态,接收到内选和外呼信号时,应将电梯所处的位置与内选和外呼信号进行比较,确定是上行还是下行。一旦电梯定向后,内选与外呼对电梯进行顺向运行的要求没有满足的情况下,定向信号不能消除。 在检修状态下,运行方向直接由上行和下行启动按钮确定图4-16、4-17。 图4-16 电梯在检修状态下的定向梯形图 在检修状态下,SA2-1闭合 I0.2得电 I0.2动合触点闭合 按下上行或下行启动按钮SB3或SB4使其闭合 输入继电器I0.5或I0.6得电 I0.5或I0.6的动合触点闭合 Q0.0或Q0.1得电,确定电梯上行或下行 图4-17 电梯在检修状态下的定向流程图 运行状态下的定向 M10.3及M10.4分别为确定上行及确定下行辅助继电器,它们线圈的工作条件触点块由内外呼信号组成,前面所说的“比较”是通过电梯位置信号对呼梯信号的“屏蔽”实现的,例如,当电梯上行且位于2层时,2层层楼继电器M11.1的动断触点M11.1断开,2层的内选外呼信号都不能使M10.5得电,因此不能再影响上行状态。 4.6电梯自动运行时启动、加速和稳定运行环节 电梯启动的条件:①运行方向已确定,即上行或下行辅助继电器M14.4或M14.6已得电;②门已关好,即门锁继电器KA1得电吸合→输入继电器I0.0得电→I0.0动合触点闭合图4-18、4-19。 图4-18 电梯自动运行时启动、加速和稳定运行环节梯形图 门已关好,KA1得电吸合 KA1闭合 I0.0得电 I0.0动合触点闭合 Q0.2得电 T38得电,开始计时 计时时间到T38动合触点闭合 高速接触器KM3得电 Q0.2动断触点断开,使Q0.3不能得电、互锁 Q0.4得电 启动加速接触器KM5得电,电梯加速 若电梯确定为上行,则M14.4得电 M14.4动合触点闭合 Q0.0得电 上行接触器KM1得电 Q0.0断开,使Q0.1不能得电、互锁 图4-19 电梯自动运行时启动、加速和稳定运行环节流程图 4.7停车制动环节 电梯在停车制动之前,应首先确定其停层信号,即确定要停靠的楼层,应根据电梯的运行方向与外呼信号的位置和轿内选层信号比较后得出。各层的停车触发信号在下行下呼,上行上呼及内选层信号存在时产生,这些都是符合前边所介绍的停车原则的。当存在触发信号,电梯又运行到当层时产生停车信号。停层信号辅助继电器M10.5梯形图支路中M10.3、M10.4的动断触点的作用是为了解决呼梯方向与电梯运行方向相反时的停车问题(如2楼向下的外呼信号,使电梯从1楼向上运行时,M15.1不会被触发,到2楼位置时,靠M10.3、M10.4的动断触点使M10.5接通)而设置的。而停车信号的消除是停车时间到,T37为停层时间定时器。 停层信号产生后,与上下平层感应器配合,进行停车制动。停车制动之前,应先产生停车制动信号,然后由停车制动信号控制接触器实现停车制动。为解决电梯进入平层区间后才出现停车信号致使电梯过急停车的问题,采用上升沿脉冲指令将I3.6动合触点及I3.7动合触点变成短信号图4-20。 M10.6得电 为M14.0得电做准备 低速接触器KM4得电,电梯低速运行 T39计时时间到,T39动合触点闭合 T40计时时间到,T40动合触点闭合 T41计时时间到,T41动合触点闭合 M10.7动断触点断开 T37得电,开始计时 1级减速接触器KM6得电 2级减速接触器KM6得电 电梯减速 电梯减速 电梯减速 M10.7得电并自锁 T39-T41得电,开始计时 3级减速接触器KM6得电 M10.6动合触点闭合 T38动断触点断开 Q0.2、T38失电 M10.6动断触点断开 Q0.3得电 M10.7动合触点闭合 Q0.5得电 Q0.6得电 Q0.7得电 Q0.4失电 图4-20停车制动环节流程图 5电梯控制系统仿真 在本次设计中为了能够验证系统的可行性,在此我利用S7-200仿真软件对系统程系进行了全面的仿真,以此为依据验证了系统的可行性,其仿真结果如下。 (1)投入运行前的开门 当行程开关SQ5闭合时,I0.7常开触点闭合控制Q1.0开门继电器得电,从而控制电梯开门如图5-1所示。 图5-1 电梯投入运行前开门仿真图 (2)检修状态下的开门 当电梯处于检修状态时,检修开关SA闭合,输入继电器I0.2得电,此时按下开门按钮输入继电器I0.3得电,由此使Q1.0开门继电器得电,控制电梯开门如图5-2所示。 图5-2 电梯检修状态下的开门仿真图 (3)关门过程中重新开门 当电梯在关门的过程中有人或物在门中间,需要重新开门,此时按下开门按钮SB1输入继电器I0.3得电,由此使Q1.0开门继电器得电,控制电梯开门如图5-3所示。 图5-3 电梯关门过程中重新开门仿真图 (4)电梯的关门 按下关门按钮SB2,输入继电器I0.4得电,由此使Q1.1关门继电器得电,从而控制电梯关门如图5-4所示。 图5-4 电梯的关门仿真图 (5)层楼信号的产生与消除 4楼层楼感应器(4KR)接受到信号控制输入继电器I2.6得电使Q1.5输出继电器得电即4层层楼指示灯(4HL)亮如图5-5所示。 图5-5 电梯层楼信号产生仿真图 当电梯下降到3层时,3层层楼感应器(3KR)控制输入继电器I2.5得电使Q1.4输出继电器得电即3层层楼指示灯(3HL)亮同时切断4层层楼指示灯(4HL)即4层层楼信号消除如图5-6所示。 图5-6 电梯层楼信号消除仿真图 (6)外呼信号的登记与消除 当乘客在厅外按下2楼下行按钮时,输入继电器I3.4得电,对应的输出继电器Q3.4得电,控制2楼下呼记忆灯(HL12)亮,2楼下行信号被登记如图5-7所示。 图5-7 电梯外呼信号登记仿真图 当电梯动行到二楼时,输入继电器I2.4得电,输出继电器Q3.4失电,2楼下行的外选信号被消除如图5-8所示。 图5-8 电梯外呼信号消除仿真图 (7)内选指令的登记与消除 当乘客进入电梯之后按下4楼内选按钮(SB8),输入继电器I1.7得电其对应的输出继电器Q2.6得电即4层内选记忆指示灯亮。4层内选信号被登记如图5-9所示。 图5-9 电梯内选指令登记仿真图 当电梯到达4楼后,4楼层楼感应器得到信号,输入继电器I2.6得电,切断4层内选记忆,4层内选指示灯熄灭,即4楼内选信号被消除如图5-10所示。 图5-10 电梯内选指令消除仿真图 6结论 在本次的毕业设计中将交流异步电动机、继电器、接触器、行程开关、按钮、发光指示器和PLC I/O接口组合成下个完整的控制系统,在软件上采用模块的设计法,将楼层及轿厢内外呼叫请求、平层检测及开关门、控制电梯升降、电梯运行状态指示控制等分解成模块,然后争对各个模块进行程序的编写,最后再进行汇总,如此使得系统程序更加的清晰明了,并且易于修改。并且在整个系统中通过PLC、逻辑控制电路来对电梯的升降、加减速、平层、起动、制动等进行控制。使其结构更加的简单、运行率更高、平层精度也更高。 做为工业上的一种微形计算机PLC得到了广泛的应用,它取代了传统的继电器控制中机械触点接线多,触点寿命短,容易出现故障,可靠性和可维护性差、控制方式不灵活、功能单一、消耗功率大、维修率很高等缺点。也成为了现在电梯控制系统应用的一种发展趋势。 参考文献 [1] 陈立定.电气控制与可编程序控制器.广州:华南理工大学出版社,2001 [2] 弭洪涛.PLC应用技术.北京:中国电力出版社,2004 [3] 陈定立.PLC分析与应用.北京:电子工业出版社,2004 [4] 廖常初.PLC编程及应用.北京:机械工业出版社,2004 [5] 田叔珍.可编程序控制器原理及应用.北京:机械工业出版社,2005 [6] 吴中俊.可编程序控制器原理及应用,北京:机械工业出版社,2005 [7] 王本轶.机电设备控制基础.北京:机械工业出版社,2005 [8] 郑凤翼.图解PLC控制系统梯形图和语句表.北京:人民邮电出版社,2006 [9] 施利春.PLC操作实训. 北京:机械工业出版社,2007 [10] 吴作明.PLC开发与应用实例详解.北京:航空航天大学出版社,2007 [11] 何献忠.可编程序控制器应用技术.北京:清华大学出版社,2007 [12] 龙志文.SIMATIC S7 PLC 原理及应用.北京:机械工业出版社,2007 [13] 李道霖.电气控制与PLC原理及应用.北京:电子工业出自版社,2004 [14] 吴晓君,杨向明.电气控制与可编程控制器应用.北京:中国建材工业出版社,2004 [15]郑凤翼,金沙.图解西门子S7-200系列PLC应用88例.北京:电子工业出版社,2009. 致谢 时间如梭,我的大学生活转眼就要结束了,这将是我人生中最重要的学习时间,在离开之际我要感谢那些帮助过我的老师和同学们。 在毕业设计期间,无论是确定设计选题、收集资料等方面都得到了XX老师的全力帮助和耐心指导。在此,特向我的指导老师王老师及在毕业设计给予我帮助的各位老师表示衷心的感谢!在大学的校园里,我不仅学到了丰富的专业知识,也学到了终身受用的学习知识和积极的工作生活态度,通过对课程的学习和与相关专业老师的沟通,使我深感机会难得,获益匪浅。各位老师的悉心授课使我对自己的专业有了更多、更丰富的认识,为今后的学习和工作打下了坚实的基础。 在这期间再次感谢诸位老师悉心的指导,感谢和我身边的同学给予我的帮助。此次设计作为我的毕业设计,设计及论述过程中难免有错误和不妥之处,敬请各位老师和同学批评指正。 在此,我要谢谢我所有的老师和同学以及我的母校,我会带着这份美好的回忆勇敢的踏上自己新的人生之路,为自己、周围的人和整个社会贡献自己的一份力。 附录 附录一:PLC的I/0接线 附录二:梯形图 (A) (B) (C) (A) (B) (C) 本文档由香当网(https://www.xiangdang.net)用户上传

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