毕业论文(设计)-基于plc控制的六层教学楼电梯

原创 2020-02-01 05:10  阅读

  新疆大学/机械工程学院/机械工程专业/专业课程设计 (机电控制类) 题 目 : 基于 plc 控制的六层教学楼电梯控制系统设计 指导老师: 学生姓名 : 所属院系 : 专 业: 班 级: 完成日 期: 机械工程学院 机械工程专业 机电方向 专业课程设计任务书 班 级: 姓 名: 论文( 设计) 题目 : 基于 plc 控制的六层教学楼电梯控制系统设计 要求完成的内容: ...

  新疆大学/机械工程学院/机械工程专业/专业课程设计 (机电控制类) 题 目 : 基于 plc 控制的六层教学楼电梯控制系统设计 指导老师: 学生姓名 : 所属院系 : 专 业: 班 级: 完成日 期: 机械工程学院 机械工程专业 机电方向 专业课程设计任务书 班 级: 姓 名: 论文( 设计) 题目 : 基于 plc 控制的六层教学楼电梯控制系统设计 要求完成的内容: 1) 电梯系统及可编程控制器(PLC) 总结和介绍 2) 电梯控制系统的分类及特点 3) 确定系统的总体结构, 完成电机和可编程控制器的选择 4) PLC 选型及 I/O 点数分配与 PLC 的连接 5) 电梯的主电路、 门机电路、 抱闸电路、 门锁及安全运行电路图的设计 设计时间:2015.03.92015.04.7 完成日 期: 2015.4.5 论文页数: 24(约 1 0000 字 ) 页; 图纸张数: 2 张 指 导 教 师 : 教研室主: 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 3 摘 要 随着社会的发展, 尤其是现代城市的建设高速发展所带来的高层建筑猛烈的增多, 在 高层建筑之间的垂直交通工具电梯, 对人们生活也就显得特别重要。 在电梯出现的早期, 其控制方式多为继电器控制方式, 但这种控制方式有个致命的缺 点安全性差。 随着微电子技术、 计算机技术、 和自动控制理论技术的发展, 电梯的逻 辑控制也由 PLC 代替了原来的继电器控制, 安全性、 可靠性得到了质的飞越。 本文针对某栋教学楼六层电梯控制系统, 对其 PLC 系统的设计和调试进行了详细的阐 述。 其系统控制的核心部分是日本三菱公司制造的 FX2N 系列的 PLC,其控制适应性强、 控制速度快、 安装调试简便、 运行费用较低, PLC 控制技术已成为现代电梯控制的一个热 点。 关键词: PLC 电梯 控制系统 Abstract With the development of society, especially the construction of modern city brought by rapid growth of the high-rise building more violent, elevator also is especially important for the people life in the high-rise building of vertical transportation! In the early, when lift is invented, its control way is relay control way, but this kind of control mode has a fatal flaw-poor safety. With the development of microelectronics technology, computer technology, and automatic control theory, the logic of the elevator control is PLC instead of the original relay control, and it is safety , reliability are improved. In this paper, the design and debugging of PLC system are stated in detail in a teaching building six elevator control system. The core of the system control part is made of mitsubishi Japan FX2N series of PLC. PLC control technology has become a modern elevator control of a hot spot. The PLC control has strong adaptability, fast speed, simple installation, lower operation cost. So PLC control technology has become a modern elevator control of a hot spot. Key words: PLC; elevator; control system 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 目录 1.绪 论 ................................................................................................................................................. 1 1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 ........................................................................... 1 1.1.1 电梯继电器控制系统的优点 .................................................................................. 1 1.1.2 电梯继电器控制系统存在的问题 .......................................................................... 1 1.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点 ................................................................................... 1 1. 2. 1 PLC 的特点 ............................................................................................................ 1 1.2.2 PLC 控制电梯的优点 ............................................................................................. 3 1.3 电梯的功能要求 .................................................................................................................... 3 2.三菱 FX2N 系列可编程序控制器介绍 .......................................................................................... 4 2.1.可编程控制器的基础认识 .................................................................................................... 4 2.2 可编程序控制器的工作方式 ............................................................................................... 6 2.3 PLC 的编程语言 ................................................................................................................. 7 3.电梯设备及电梯发展动态 ............................................................................................................... 9 3.1 电梯的出现及发展 ............................................................................................................... 9 3.2 电梯设备 ............................................................................................................................. 10 3.2.1 电梯的分类 .............................................................................................................. 10 3.2.2 电梯的主要组成部分 .............................................................................................. 10 3.2.3 电梯的安全保护装置 .............................................................................................. 10 3.2.4 电梯技术发展情况 .................................................................................................. 11 3.2.5 电梯发展展望 .......................................................................................................... 11 4.PLC 的选择及其软件开发 ............................................................................................................ 12 4.1 可编程控制器(PLC) 的选型 .......................................................................................... 12 4.2 交流双速电梯的主电路 ................................................................................................... 12 4.3 门机电路、 抱闸电路、 门锁及安全运行电路 ................................................................. 14 4.4 电梯的主要电气设备 ....................................................................................................... 15 4.5 电梯的主要传感器的选择 ............................................................................................... 16 4. 5. 1 称重传感器 ............................................................................................................. 16 4.5.2 楼层传感器 ............................................................................................................... 17 4.5.3 电梯平层传感器 ....................................................................................................... 18 4.6 输入输出设计 ................................................................................................................... 19 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 5.总结 ................................................................................................................................................. 22 6.致 谢 ............................................................................................................................................. 23 7.参考文献 ......................................................................................................................................... 24 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 11.绪 论 1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 1.1.1 电梯继电器控制系统的优点 (1) 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。 (2) 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。 (3) 大部分电器均为常用控制电器, 更换方便, 价格便宜。 (4) 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, 熟悉掌握的人员较多。 1.1.2 电梯继电器控制系统存在的问题 (1) 系统触点繁多接线线路复杂, 且触点容易烧坏磨损, 造成接触不良, 因而故障率较高。 (2) 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。 (3) 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。 (4) 系统结构庞大, 能耗较高, 机械动作噪音大。 (5) 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 。 1.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点 1. 2. 1 PLC 的特点 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。 以通用或专用 CPU 作为字处理器, 实现字运算和数据存储,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。 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 21、 可靠性 对可维修的产品, 可靠性包括产品的有效性和可维修性。 (1) PLC 不需要大量的活动元件和接线电子元件, 它的接线大大减少, 与此同时, 系统的维修简单, 维修时间短。 (2) PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计, 例如, 冗余设计,凯发下载。 断电保护, 故障诊断和信息保护及恢复等, 提高了 MTTF(平均无故障时间) , 使可靠性提高。 (3) PLC 有较高的易操作性, 它具有编程简单, 操作方便, 维修容易等特点,一般不易发生操作的错误。 (4) PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置, 它具有比通用计算机更简单的编程语言和更可靠的硬件。 采用了精简化的编程语言, 编程错误率大大降低, 而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。 (5) 在 PLC 的硬件方面, 采用了一系列提高可靠性的措施。 例如, 采用可靠性的元件; 采用先进的工艺制造流水线制造; 对干扰的屏蔽、 隔离和滤波等; 对电源的断电保护; 对存储器内容的保护等。 (6) PLC 的软件方面, 也采取了一系列提高系统可靠性的措施。 例如, 采用软件滤波等; 软件自诊断; 简化编程语言等。 2、 易操作性 PLC 的易操作性表现在下列几个方面: (1) 操作方便 PLC 的操作包括程序输入和程序更改的操作。 大多数 PLC 采用编程器进行输入和更改的操作。 编程器至少提供了输入信息的显示, 对大中型的 PLC, 编程器采用了 CRT 屏幕显示, 因此, 程序的输入直接可以显示。 更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找, 然后进行更改。 更改的信息可在液晶屏或 CRT 上显示。 (2) 编程方便 PLC 有多种程序设计语言可供使用。 对电气技术人员来说, 由于梯形图与电气原理图较为接近, 容易掌握和理解。 采用布尔助记符编程语言, 十分有助于编程人员的编程。 (3) 维修方便 PLC 具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求减低。 当系统发生故障时,通过硬件和软件的自诊断, 维修人员可以很快的找到故障的部位, 以便维修。 3、 灵活性 PLC 的灵活性表现在以下几个方面: (1) 编程的灵活性。 PLC 采用的编程语言有梯形图、 布尔助记符、 功能表图、 功能模块和语句描述编程语言。 编程方法的多样性使编程方便、 应用面拓展。 (2) 扩展的灵活性。 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 3PLC 的扩展灵活性是它的一个重要特点。 它可根据应用的规模不同, 即可进行容量的扩展、 功能的扩展、 应用和控制范围的扩展。 (3) 操作的灵活性。 操作十分灵活方便, 监视和控制变得十分容易。 1.2.2 PLC 控制电梯的优点 (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) 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报警显示, 提高运行安全性, 并便于检修。 (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改动硬件接线。 此外, 微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能, 但也存在抗扰性差, 系统设计复杂, 一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷而没被广泛采用。 PLC 控制系统由于运行可靠性高, 使用维修方便, 抗干扰性强, 设计和调试周期短等优点,倍受人们重视等优点, 已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。 1.3 电梯的功能要求 (1) 电梯运行到指定位置后应具有手动或自动开/关门的功能。 (2) 利用指示灯显示电梯轿厢外的呼唤信号、 电梯轿厢内的指令信号和电梯的到达信号。 (3) 能自动判断电梯的运行方向, 并发出响应的指示信号。 (4) 电梯的上行下行有一台交流双速电机牵引。 电机正传, 电梯上升; 电梯反转,电梯下降。 (5) 电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。 电机正传, 轿厢门打开; 电机反转,轿厢门关闭。 (6) 每一层楼设有呼叫按钮; 轿厢内设有开关轿厢门按钮; 轿厢内的层面指令按 (7) 电梯启动、 运行、 到站实现速度的调节。 (8) 行车时, 厅门和轿厢都不能开门。 开门之后不能行车, 有门连锁保护。 平层时可自动开门、 手动开门, 夹人时自动开门。 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 42.三菱 FX2N 系列可编程序控制器介绍 2.1.可编程控制器的基础认识 1. 三菱 FX2N PLC 的主要特点: 1) 集成型高性能。 CPU、 电源、 输入输出三为一体。 对 6 种基本单元, 可以以最小 8 点为单元连接输入输出扩展设备, 最大可以扩展输入输出 256 点。 2) 高速运算 基本指令: 0. 08 s/ 指令 应用指令: 1. 52~几百 s/ 指令 3) 安全、 宽裕的存储器规格 内置 8000 步 RAM 存贮器 安装存储盒后, 最大可以扩展到 16000 步。 4) 丰富的软元件范围 辅助继电器: 3072 点, 定时器: 256 点, 计数: 235 点 数据寄存器; 8000 点 5) 除了具有输入输出 16~256 点的一般速途, 还有模拟量控制、 定位控制等特殊控制。 6) 面向海外的产品适合各种安全规格 为大量实际应用而开发的特殊功能: 开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要----模拟 I/ O, 高速计数器。对每一个 FX2N主单元可配置总计达 8 个特殊功能模块。 2. PLC 的性能指标和分类 1) PLC 的主要性能指标 (1) 输入/ 输出点数(I/ O 点数) I/ O 点数是指可编程序控制器外部输入、 输出端子数的总和。 它标志着可以接多少个开关、 按钮和可以控制多少个负载。 (2) 存储容量 存储容量是指可编程序控制器内部用于存放用户程序的存储器容量, 一般以步为单位, 二进制 16 位即一个字为一步。 (3) 扫描速度 一般以执行 1000 步指令所需时间来衡量, 单位为 ms/k 步, 也有以执行一步指令所需时间来计算的, 单位用 s/步。 (4) 功能扩展能力 可编程序控制器除了主模块之外, 通常都可配备一些可扩展模块, 以适应各种特殊应用的需要, 如 A/ D 模块、 D/ A 模块、 位置控制模块等。 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 5 (5) 指令系统 指令系统是指一台可编程序控制器指令的总和, 它是衡量可编程序控制器功能强弱的主要指标。 2) PLC 的分类 通常, PLC 产品可按结构形式、 控制规模等进行分类。 按结构形式不同, 可以分为整体式和模块式两类。 按控制规模大小、 则可以分为小型、 中型和大型 PLC三种类型。 3. PLC 系统的组成 PLC 是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置, 其硬件结构与微型计算机控制系统相似。 PLC 也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。 1) PLC 的硬件结构 一套 PLC 系统在硬件上由基本单元(包含中央处理单元、 存储器、 输入/ 输出接口、 内部电源) 、 I/ O 扩展单元及外部设备组成。 2) PLC 的软件 PLC 的软件系统指 PLC 所使用的各种程序的集合, 它由系统程序(系统软件)和用户程序(应用软件) 组成。 系统程序: 包括监控程序、 输入译码程序及诊断程序等。 用户程序是用户根据控制要求, 用 PLC 的编程语言(如梯形图) 编制的应用程序。 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 62.2 可编程序控制器的工作方式 1. PLC 的扫描工作方式 图 2-1 PLC 的扫描过程 可编程序控制器在进入 RUN 状态之后, 采用循环扫描方式工作。 从第一条指令开始, 在无中断或跳转控制的情况下, 按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序, 即按顺序逐条执行程序, 直到程序结束。 然后再从头开始扫描, 并周而复始地重复进行。 可编程序控制器工作时的扫描过程如图 2-1 所示, 包括五个阶段: 内部处理、 通信处理、 输入扫描、 程序执行、 输出处理。 PLC 完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。 扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。 2. PLC 的程序执行过程 PLC 的程序的执行过程一般可分为输入采样、 程序执行和输出刷新三个主要阶段,开始内部处理通信处理RUN 方式? 输入扫描程序执行输出处理 N Y 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 7如图 2-2 所示。 图 2-2 PLC 的程序执行过程 3. PLC 的扫描周期 在 PLC 的实际工作过程中, 每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、 程序执行、输出刷新三个阶段外, 还要进行自诊断、 与外设(如编程器、 上位计算机) 通信等处理。 即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。 4. PLC 的 I/ O 响应时间 PLC 采用集中 I/ O 刷新方式, 在程序执行阶段和输出刷新阶段, 即使输入信号发生变化, 输入映像寄存器区的内容也不会改变, 还会影响本次循环的扫描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化, 这产生了 PLC 的输入输出响应滞后现象,最大滞后时间为 2-3 个扫描周期。 2.3 PLC 的编程语言 PLC 的编程语言有梯形图语言、 助记符语言、 顺序功能图语言等。 其中前两种语言用得较多, 顺序功能图语言也在许多场合被采用。 本课题所采用的编程语言为梯形图语言。 (1) . 可编程序控制器与继电器、 微机在电梯控制中的应用比较 在电梯的电气系统中, 逻辑判断起着主要的作用, 其控制系统必须起动各种控制信号和执行元件(如接触器、 继电器、 发光指示器、 电动机以及电子元件、电力电子器件等) , 要达到这些控制目的, 其方法有: 输入端子 输入映象寄存器 输出映像寄存器 输出锁存器 输出端子 输入 输出程序执行阶段 输入采样阶段 输出刷新阶段 X001Y001Y001M1读 读① ② ③④ ⑤ 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 8 1. 继电器接触器控制系统 这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。 优点: 与其它控制系统比较,其简单、 易于理解和掌握、 价格便宜。 缺点: 动合触点易磨损, 且电接触不良;体积大; 控制系统耗能大、 动作噪声大; 维修保养工作量大、 费用高。 因此这种控制系统仅用于速度不高、 性能要求也不高的电梯中。 2. 微机控制系统 电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成, 而是通过程序存贮器中的程序来完成的控制系统。 因此对于有不同功能要求的电梯控制系统, 只要改变程序存贮器中的程序指令即可, 而无需变更或增减硬件系统的元件或布线。因此, 十分方便于使用和管理, 并提高系统的可靠性, 减小控制系统体积, 降低了能耗及其维修保养费用。 虽然微机控制的电梯, 与继电器控制的电梯比较, 它具有较大的优越性。 但是, 对一般的电梯而言, 应用微机控制也有其局限性和不足之处。 其缺点是: 微型计算机是按数字运算的需要而设计的, 功能比较齐全,结构比较复杂; 而一般的电梯控制只需要进行简单的逻辑运算, 运算方式多为“与” 、 “或” 、 “非” 几种, 运算位数只需 1 位, 即“1” 与“0” 。 因此, 使用微机就有“大材小用” 之嫌。 此外, 微机的接口电路没有标准件, 而且一般不控制强电。 但在电梯控制中, 往往要求能直接控制 110V 或 220V 的用电设备, 如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。 综上所述, 造成用微机控制的成本、运行和维修费用均较高, 因此, 如在一般的电梯上使用微机控制在经济上不合算。 3. PLC 控制系统 PLC 充分利用了微型计算机的原理和技术, 保留计算机控制的优点, 而克服了它的缺点。 它具有强大的生命力, 各工业部门纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路,取得了明显的效果。 总之, PLC 是采用微机技术制造的通用自动控制设备, 它能控制开关量、 模拟量、 具有可靠性高、 抗干扰能力强、 并具有完成逻辑判断、 定时、计数、 记忆和算术、 运算等功能, 可以取代继电器为主的各种控制设备。 它不仅能用于控制机械设备、 流水线和各种设备的运行过程, 将 PLC 用于控制电梯各种操作和处理相关信息也是可行的。 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 93.电梯设备及电梯发展动态 3.1 电梯的出现及发展 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。 以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。 150 年以来, 她已经发展成为世界、 亚洲和中国领先的电梯公司。 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。 20 世纪初, 美国出现了曳引式电梯, 其结构如图 1-1 所示, 从图中可见, 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。 图 3-1 曳引式电梯示意图 在后来的几十年里, 电梯的自动平层控制系统以及 1轿厢 2曳引轮 3对重 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。 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。 同时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。 1993 年, 日本生产了 12. 5m/s 的世界高速交流变压变频调速电梯, 结束了直流电梯独占高速领域的历史。 电梯发展的今天, 在使用需求和新技术应用方面都进入到全面发展时期, 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, 还应以人为本提高舒适度, 特别从电梯运行的控制智能化角度考虑, 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。 本文中着重研究电梯的升降控制逻辑, 不着重 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 10主电动机的升降速度以及电梯的安全保护措施。 3.2 电梯设备 3.2.1 电梯的分类 电梯的分类有各式各样: (1) 按速度分类 低速电梯 1m/s 以下 高速电梯 2-3m/s 超高速电梯 3-10m/s (2) 按用途分类 乘客电梯 住宅电梯 观光电梯 载货电梯 客货两用电梯 车辆电梯 其他电梯 (3) 按拖动方式分类 交流电梯 直流电梯 液压电梯 齿轮齿条电梯 螺杆式电梯 (4) 按有无司机分类 有司机电梯 无司机电梯 有/无司机电梯 (5) 按控制方式分类 手柄操纵控制电梯 按钮控制电梯 信号控制电梯 集选控制电梯 群控电梯 (6) 按曳引机结构分类 有齿曳引机电梯 无齿曳引机电梯 (7) 其它分类方式 按轿厢尺寸的大小分类时, 经常使用“小型” 、 “超大型” 等词来描述电梯。 按机房位置不同可分为: 机房位于井道顶部的上置式电梯; 机房底部的下置式电梯。 3.2.2 电梯的主要组成部分 (1) 曳引部分: 通常有曳引机和曳引钢丝绳组成。 电动机带动曳引机旋转 使轿厢上下运动。 (2) 轿厢和厅门: 轿厢由轿架, 轿底, 轿壁和轿门组成; 厅门一般有封闭式、中分式、 双折中分式和直分式等。 (3) 电器设备及控制装置: 有曳引机, 选层器传动及控制柜、 轿厢操纵盘、 呼梯按钮和厅外指示器组成。 (4) 其它装置: 对重装置、 补偿装置等。 3.2.3 电梯的安全保护装置 (1) 电磁制动器: 装于曳引机轴上, 一般采用直流电磁制动器, 启动时通电松闸, 停层后断电制动。 (2) 强迫减速开关: 分别装于井道的顶部和底部, 当轿厢驶过端站换速未减速时, 轿厢上撞块就触动此开关, 通过电器传动控制装置, 使电动机强迫减速。 (3) 限位开关: 当轿厢经过端站平层位置后仍未停车, 此限位开关立即动作,切断电源并制动, 强迫停车。 (4) 行程极限保护开关: 当限位开关不起作用, 轿厢经过端站时, 此开关动作。 (5) 急停按钮: 装于轿厢司机操纵盘上, 发生异常情况时, 按此按钮切断电源, 电磁制动器制动, 电梯紧急停车。 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 11(6) 厅门开关: 每个厅门都装有门锁开关。 仅当厅门关上才允许电梯启动;在运行中如出现厅门开关断开, 电梯立即停车。 (7) 关门安全开关: 常见的是装于轿厢门边的安全触板, 在关门过程中如安全触板碰到乘客时, 发出信号, 门电机停止关门, 反向开门, 延时重新开门, 此外还有红外线) 超载开关: 当超载时轿底下降开关动作, 电梯不能关门和运行。 (9) 其它的开关: 安全窗开关, 钢带轮的断带开关等。 3.2.4 电梯技术发展情况 (1) 电梯的速度要求越来越快, 高速、 超高速电梯的数量愈来愈多。 (2) 电梯的拖动技术有了较大的发展, 直流电梯由于能耗大、 维修量大等缺点。 逐步被交流电梯所替代, 液压电梯由于运行平稳, 机房位置灵活等特点, 使得在低楼层场合得到愈来愈 广泛的应用。 交流拖动电梯更是得到迅速的发展, 已由以前的变级调速 (AC-VP)发展成为调压调速 (AC-VV)及调频调压调速 (AC-VVVF),使得电梯的速度、 加速度控制更加符合人们的生理要求, 电梯的舒适感大为改善。 (3) 电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器接触器控制发展为可编程序控制器(PLC) 和微机控制, 控制方式也从手柄控制、 信号控制发展为集选控制、并联控制、 群控等, 电梯可靠性得到很大的提高。 (4) 电梯的管理功能不断加强, 电梯广泛采用微机控制技术, 不断满足拥护的使用功能要求。 如紧急停车操作, 消防员专用、 防捣乱系统等。 (5) 智能群控管理得到广泛应用。 (6) 机械传动方面, 由于国际上机构加工水平的不断提高, 使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛, 已使电梯的传动形式多样化。 3.2.5 电梯发展展望 1 结构不断紧凑化, 体积不断轻型化、 小巧化。 随着新技术、 新结构、 新材料、 新工艺的发展, 电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、 材料轻型化、 工艺先进化、 外观漂亮化。 同时, 无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。 2 技术含量更高, 性能更好。 电梯行业技术发展非常迅速, 几年前推出的具有先进性能、 高舒适性的 VVVF 电梯, 如今已成为电梯行业的标准配置, 因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、 更安全、 更安静、 更经济的特点, 所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流; 由于永磁技术的先进性, 将来很有可能取代 VVVF 技术。 另外, 网络控制和智能群控系统以其控制的先进性、 快速性、 准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。 3 安装更方便、 更快捷 高效、 安全、 可重复使用的无脚手架安装, 将是高层电梯安装的主要方式,随着技术的开发、 应用, 电梯的硬件系统给安装带来更大的方便, 使电梯安装更快、 效率更高。 此外, 电梯的双向安全装置、 无底坑、 无线控制、 绿色环保 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 12安全、 环保、 节能、 舒适, 也将是未来电梯的重要发展方向。 4.PLC 的选择及其软件开发 4.1 可编程控制器(PLC) 的选型 考虑到本次设计的电梯系统有六层, 且开关量居多, 模拟量较少; 对于开关量控制为主的系统而言, 一般 PLC 的响应速度足以满足控制的要求, 在小型 PLC 中整体式比模块式的价格便宜, 体积也小, 综合考虑后, 系统选择了日本三菱公司生产的 FX2N 系列 PLC。 FX2N 系统 PLC 具有以下几方面的优点: 1) FX2N 配置灵活, 除主机单元外, 还可扩展 I/O 模块, A/D 模块, D/A 模块和其它特殊功能模块。 2) FX2N 指令功能丰富, 有各种指令 107 条, 且指令执行速度快。 3) FX2N 可用内部辅助继电器 M, 状态继电器 S, 定时器 T, 寄存器 D, 计数器 C 的功能和数量满足了系统控制要求的需要。 4) FX2N 的编程可用编程器, 也可以在 PC 机上使用三菱公司的专用编程软件包 MELSOFT 系列的 GX Developer 来进行。 编程语言可用梯形图或指令表。 尤其是可用 PC 机对系统实时进行监控。 为调试和维护提供了极大的方便。 4.2 交流双速电梯的主电路 图 4-1 是交流双速电梯的主电路图。 图中 M1 为电梯专用型双速笼型异步电动机;KM1、 KM2 为电动机正反转接触器, 用以实现电梯上、 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者低速运行; 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和电阻, 当 KM1 或者 KM2 与 KM3 通电吸合时,电梯将进行上行或下行启动, 延时后 KM5 通电吸合, 切除 R1、 L1, 电梯将转为上行或下行的稳速运行; 当电梯接收到停层指令后, KM3 断电释放, KM4 通电吸合,电机转为低速接法, 接入阻抗制动, 实现上升与下降的低速运行, 且 KM6-KM8 依次通电吸合, 用来控制制动过程的强度, 提高停车制动时的舒适感; 至平层位置时, 接触全部断电释放, 抱闸抱死, 电梯停止运行。 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 13 图 4-1 主电路图 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 144.3 门机电路、 抱闸电路、 门锁及安全运行电路 图 4-2 为电梯的门机、 抱闸、 门锁及安全运行电路。 门电动机为他励直流电动机, 可由 KM9、 KM10 控制其正反转。 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。 KM10 接通时, 电动机将反转, 实现关门, 并由 SQ9、 SQ10 与 R3 一起实现关门调速。 当电梯上下运行时, 抱闸应打开, 其线圈应通电。 电梯停止运行时, 抱闸应抱死, 其线圈应断电。 将所有厅、 轿门开关串联在一起, 控制门锁继电器 KA1,实现全部门关闭后电梯才能运行的控制。 将安全窗开关、 安全钳开关、 限速器开关、 超重开关 SQ21、 轿内急停开关、 上下强迫停止开关、 基站开关梯开关以及热继电器触点 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, 只有当该 KA2 吸合时, 才允许 PLC 处于运行状态。这样可以节省 PLC 的输入口, 又可以实现在多种紧急情况下的立即停车。 图 4-2 门机、 抱闸、 门锁及安全运行电路 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 15 4.4 电梯的主要电气设备 (1) 牵引电动机 齿轮牵引机为电梯的提升机构。 主要由驱动电动机, 电磁制动器(也称电器包闸) , 减速器牵引轮组成。 (2) 自动门机 用来完成电梯的开门与关门。 电梯的门分为厅门(每层站一个) 与轿门(只有一个) 。 只有当电梯停靠在某层站时, 此层厅门才允许开启(由门机拖动轿门, 轿门带动厅门完成) ; 也只有当厅门, 轿门全部关闭后才允许启动运行。 (3) 层楼指示灯 层楼指示灯也叫层显, 安装在每层站厅门的上方和轿箱内轿门的上方, 用以指示电梯的运行方向及电梯所处的位置。 过去常由低压灯泡构成, 现多由 LED 组成, 且与呼梯盒做成一体结构。 (4) 呼梯盒 用以产生呼叫信号。 常安装在厅门外, 离地面一米左右的墙壁上。 基站与底站只有一只按钮, 中间层站由上呼叫与下呼叫两个按钮组成。 (5) 操纵箱 操纵箱安装在轿箱内, 供乘客对电梯发布动作命令。 其上面设有与电梯层站数相同的内选层按钮。 (6) 平层及开门装置 该装置如图 4-3 所示。 由平层感应器及楼层感应器组成。 上行时, 上磁铁板先触发楼层感应器, 发出减速停车信号, 电梯开始减速,至平层感应器触发时, 发出开门及停车信号, 电动机停转, 抱闸抱死。 下行时,下磁铁板出发楼层感应器, 发出减速停车信号, 电梯开始减速, 至平层感应器触发时, 发出开门及停车信号。 (7) 轿厢位置检测装置俗称选层器, 它检测电梯轿厢运行状态, 所处位置,及时向控制系统发出所需要的信号。 其主要功能是: 根据登记的内选与外呼信号和轿厢的位置关系, 确定运行方向; 当电梯将要到达所需停站的楼层时, 给曳引电动机减速信号, 使其换速; 当平层停车后, 发出信号以消去已应答的选层、 呼梯信号, 并指示轿厢当前位置, 选层器种类较多, 通常分为三大类, 即机械选层器、 继电器选层器和微机选层器。 其中机械选层器与继电器选层器将随着继电器控制电梯的逐步淘汰而淘汰。 由于本文是六层电梯的控制故选用感应器检测轿厢位置。 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 16 图 4-3 电梯的平层、 停层装置示意图 4.5 电梯的主要传感器的选择 4. 5. 1 称重传感器 电梯称重传感器采用 DS11-2 传感器。 A 、 工作原理 DS11-2 为非接触式称重传感器, 开关量输出。 DS11-2 称重传感器和永磁磁铁(圆磁钢) 配合使用, 当传感器探头处的磁场强度大于一定值的时候, 传感器内部的触发器翻转, 霍尔开关的输出电平状 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 17态也随之翻转, 指示灯燃亮, 输出高电平信号, 反之指示灯熄灭, 输出低电平信号。 利用这种原理, 可以做到为电梯提供轻载, 满载, 超载等开关信号。 DS11-2 采用特殊技术设计, 利用集成封装和组装工艺制作而成, 具有无触点、 低功耗、 使用寿命长、 响应频率高等特点; 内部采用环氧树脂封装, 所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。 由于只对磁场强度敏感, 所以不受灰尘杂物影响; 性能稳定可靠, 寿命长, 通过了 国家电梯质量监督检验中心进行的 1000 万次试验。 配合稀土强磁铁使用, 具有很高的灵敏度, 其灵敏度小于 0.05mm, 通常为 0.02~0.03mm 。 如果电梯空载和额定载荷之间, 绳头弹簧或者活络轿厢底部的橡胶的压缩位移为 10mm, 该传感器可对小于 5kg 的载荷变化量作出反应。 B 、 技术性能指标 DS11-2 外形尺寸: 22 ×97mm 输入电压: DC12 -30V 输出方式: 推挽输出(适用不同的电梯控制系统) 输出内阻: 200 输出电流: 100mA (可以满足各种 PLC 和 微机系统的要求) 作用距离: 20mm 灵 敏 度: 0.05mm 开关寿命: 1000 万次 集成工艺、 密封封装, 免受温度, 湿度, 灰尘, 油污等影响无触点、 低功耗、 长使用寿命、 响应频率高等特点 连接线色定义: 红色-电源 黑色-地 绿色-开关量输出 黄色-调试用线 楼层传感器 电梯楼层传感器采用干簧管磁性传感器。 干簧管的工作原理非常简单, 两片端点处重叠的可磁化的簧片、 密封于一玻璃管中, 两簧片分隔的距离仅约几个微米, 玻璃管中装填有高纯度的惰性气体, 在尚未操作时, 两片簧片并未接触、 外加的磁场使两片簧片端点位置附近产生不同的极性, 结果两片不同极性的簧片将互相吸引并闭合。 依此技术可做成非常小尺寸 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 18体积的切换组件, 并且切换速度非常快速、 且具有非常优异的信赖性。 永久磁铁的方位和方向确定何时以及多少次开关打开和关闭。 如此形成一个转换开关: 当永久磁铁靠近干簧管或绕在干簧管上的线圈通电形成的磁场使簧片磁化时, 簧片的触点部分就会被磁力吸引, 当吸引力大于簧片的弹力时, 常开接点就会吸合; 当磁力减小到一定程度时, 接点被簧片的弹力打开。 4.5.3 电梯平层传感器 电梯平层传感器采用 EMD-21R 电梯平层限位接近开关传感器。 EMD-21R 接近开关是通过改变磁条和传感器之间的位置而输出开关信号的一款接近式磁开关。 广泛应用于起重行业或货梯、 电梯、 杂物梯等设备上作为限位开关或平层开关使用。 工作原理: 当磁条靠近接近传感器时传感器内的干簧管受到磁条所产生的磁场所磁化, 接点吸和; 反之磁条远离传感器时接点断开。 由此原理用户可通过改变磁条和传感器之间的位置而输出开关信号。 输出方式: 开关量输出 触点类型: 常闭或常开 检测对象: 磁条 磁条尺寸: 150×20×6 感应距离: 10~15mm 开关速度: 18m/s 闭合时间: 0. 5ms 断开时间: 0. 2ms 开关容量: 80W/VA 开关电压: 250V 开关电流: 1. 3A 使用寿命: 1000 万次 外壳材料: 阻燃 ABS 电缆长度: 2m 工作温度: -40~80 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 194.6 输入输出设计 为了便于对电梯的工作原理及 PLC 系统进行分析, 现列出电梯所用电器元件表。 表 4-1 电梯电气元件表 元件符号 名称及作用 元件符号 名称及作用 KM1 上行接触器 1HL-5HL 1-5 层层楼指示灯 KM2 下行接触器 6HL-7HL 上行、 下行指示灯 KM3 高速接触器 HL8 1 楼外呼记忆灯 KM4 低速接触器 HL9 2 楼上呼记忆灯 KM5 启动加速接触器 HL10 2 楼下呼记忆灯 KM6-KM8 制动减速接触器 HL11 3 楼上呼记忆灯 KM9 开门接触器 HL12 3 楼下呼记忆灯 KM10 关门接触器 HL13 4 楼上呼记忆灯 SQ5 基站开关 HL14 4 楼下呼记忆灯 SQ6 开门到位开关 HL15 5 楼下呼记忆灯 SQ7 关门到位开关 1KR~5KR 各楼层感应器 SQ8 开门调速开关 6KR 上平层感应器 SQ9、 SQ10 关门调速开关 7KR 下平层感应器 SQ11-SQ16 1-6 楼厅门锁开关 1SB1~4SB1 1-4 楼上行外呼按钮 SQ17 上限位开关 2SB2~5SB2 2-5 楼下行外呼按钮 SQ18 下限位开关 SB1 开门按钮 SQ19 上行强迫停止开关 SB2 关门按钮 SQ20 下行强迫停止开关 SB3 上行启动按钮 SQ1 安全窗开关 SB4 下行启动按钮 SQ2 安全钳开关 SB5-SB10 1-6 楼层内选层按钮 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 20SQ3 限速器开关 SA1 运行状态选择钥匙开关 SQ4 轿内急停开关 SA2 基站开关梯钥匙开关 SQ16 轿门关闭到位开关 SQ 电源开关 8KR 关门感应器 HL16 5 楼上呼记忆灯 HL17 6 楼下呼记忆灯 KA1 门锁开关 KA2 安全运行按钮 SA1-1 自动运行按钮 1SB1 1 楼上呼按钮 6SB2 6 楼下呼按钮 2SB1 2 楼上呼按钮 2SB2 2 楼下呼按钮 3SB1 3 楼上呼按钮 3SB2 3 楼下呼按钮 4SB1 4 楼上呼按钮 4SB2 4 楼下呼按钮 5SB1 5 楼上呼按钮 5SB2 5 楼下呼按钮 HL18 6 层层楼指示灯 HL19 6 层内选记忆灯 SQ21 超重开关 综合考虑输入输出要求, 估计需要 PLC 输入输出点 74 左右。 因此, 采用三菱FX2N-80MR 可编程控制器完成本次设计。 其输入输出接口电路如图 4-4 所示。 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 21 图 4-4 I/O 接线图 新疆大学机械工程学院专业课课程设计说明书 225.总结 经过近 4 个星期的课程设计, 通过在图书馆、 互联网上查阅有关资料, 了解了电梯的起源和发展过程, 并且加深了对电梯的运行过程、 控制系统硬件的认识。熟悉了可编程控制器在电梯控制系统中的运用。 尤其是可编程控制器(PLC) , 在课堂上学的知识不足, 为了完成这个课题, 我用了大量的的时间来查阅相关资料。虽然在开始阶段感到很困难, 但坚持下来却感觉并不难。 并且在所学知识的基础上利用已有的电梯控制系统的设计, 尝试了对电梯控制系统的研究。 并且, 使我将原来所学的知识系统化、 理论化、 实用化, 对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力又有了提高。 通过这...

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