基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),基于,plc,電梯,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)
目 錄1 緒言22 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)22.1 PLC控制系統(tǒng)與其他控制方式的比較22.1.1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較22.1.2 PLC控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)比較32.2 電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)42.3電梯控制系統(tǒng)原理框圖設(shè)計(jì)52.4 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖53 電氣控制部分63.1 交流雙速電梯的主電路63.2 電梯的主要電氣設(shè)備73.2.1曳引電動(dòng)機(jī)73.2.2 自動(dòng)門機(jī)73.2.3 層樓指示73.2.4 呼梯盒73.2.5 操縱箱73.2.6 平層及開門裝置73.2.7 停層裝置83.2.8 開關(guān)裝置84 PLC控制部分94.1 PLC的選擇94.2 輸入/輸出電路的設(shè)計(jì)104.2.1 PLC的電源控制電路104.2.2 輸入設(shè)備114.2.3 輸出設(shè)備114.3 梯形圖設(shè)計(jì)114.3.1 開門環(huán)節(jié)114.3.2 電梯的關(guān)門環(huán)節(jié)134.3.3 開關(guān)門保護(hù)及故障顯示電路144.3.4 層樓信號(hào)的產(chǎn)生與清除環(huán)節(jié)144.3.5 內(nèi)選信號(hào)的登記、消除和顯示環(huán)節(jié)154.3.6 外呼信號(hào)的登記、消除和顯示環(huán)節(jié)154.3.7 電梯的定向環(huán)節(jié)164.3.8 停層信號(hào)的產(chǎn)生和消除環(huán)節(jié)174.3.9 停車制動(dòng)環(huán)節(jié)184.3.10 自動(dòng)運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)加速和穩(wěn)定運(yùn)行環(huán)節(jié)195 結(jié)論20謝辭21參考文獻(xiàn)221 緒言電梯是一種大型機(jī)電產(chǎn)品,作為一種現(xiàn)代的運(yùn)輸工具已廣泛的進(jìn)駐到人們的生活中。當(dāng)今世界,電梯的使用量已成為衡量現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一,它必須具有高度的安全性與科學(xué)性,因此它的控制系統(tǒng)就受到了廣泛的關(guān)注。早期的國(guó)產(chǎn)電梯控制系統(tǒng)中,電梯信號(hào)的邏輯控制一般是由繼電器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。繼電器控制系統(tǒng)故障率高,降低了電梯的運(yùn)行可靠性與安全性。傳統(tǒng)的繼電器控制方式已經(jīng)被計(jì)算機(jī)控制方式所代替,其控制方式有:單片機(jī)控制、單板機(jī)控制、單微機(jī)控制、多微機(jī)控制以及可編程序控制器( PLC) 控制等多種方式。其中單片機(jī)控制具有成本低,通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但它不適于較復(fù)雜的控制算法和故障診斷等要求;微機(jī)控制的配件使系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試更加復(fù)雜,它必須具有相應(yīng)的大型開發(fā)系統(tǒng),這無(wú)疑會(huì)增加電梯的成本,因此對(duì)于一個(gè)小型的電梯控制系統(tǒng)利用PLC 進(jìn)行控制將是一個(gè)最佳的選擇。2 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 PLC控制系統(tǒng)與其他控制方式的比較2.1.1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種實(shí)現(xiàn)電梯控制的方法。但是,進(jìn)入九十年代,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,人們對(duì)電梯的安全性、可靠性的要求越來(lái)越高,繼電器控制的弱點(diǎn)就越來(lái)越明顯。 可編程序控制器(PLC)最早是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來(lái)的,是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點(diǎn),目前,電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制所代替。同時(shí),由于電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,電梯的拖動(dòng)方式已由原來(lái)直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速。因此,PLC控制技術(shù)加變頻調(diào)速技術(shù)己成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)。電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn):所有控制功能及信號(hào)處理均由硬件實(shí)現(xiàn),線路直觀,易于理解和掌握,適合于一般技術(shù)人員和技術(shù)工人所掌握;系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無(wú)需較高的技術(shù)和特殊的工具、儀器;大部分電器均為常用控制電器,更換方便,價(jià)格較便宜;多年來(lái)我國(guó)一直生產(chǎn)這類電梯,技術(shù)成熟,己形成系列化產(chǎn)品,技術(shù)資料圖紙齊全,熟悉、掌握的人員較多。但是,電梯繼電器控制系統(tǒng)存在很多的問題:系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜,且觸點(diǎn)容易燒壞磨損,造成接觸不良,因而故障率較高;普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能,使系統(tǒng)的控制功能不易增加,技術(shù)水平難以提高;電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動(dòng)作速度比較慢,機(jī)械和電磁慣性大,系統(tǒng)控制精度難以提高;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大,能耗較高,機(jī)械動(dòng)作噪音大;由于線路復(fù)雜,易出現(xiàn)故障,因而保養(yǎng)維修工作量大,費(fèi)用高,而且檢查故障困難,費(fèi)時(shí)費(fèi)工。電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高,大大降低了電梯的可靠性和安全性,經(jīng)常造成停梯,給乘用人員帶來(lái)不便和驚憂,且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底,不但會(huì)造成電梯機(jī)械部件損壞,還可能出現(xiàn)人身事故。PLC是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專用計(jì)算機(jī),實(shí)質(zhì)上屬于計(jì)算機(jī)控制方式。PLC與普通微機(jī)一樣,以通用或?qū)S肅PU作為字處理器,實(shí)現(xiàn)通道(字)的運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ),另外還有位處理器(布爾處理器),進(jìn)行點(diǎn)(位)運(yùn)算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡(jiǎn)單、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。PLC控制電梯的優(yōu)點(diǎn):(1)在電梯控制中采用了PLC,用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的自動(dòng)控制,可靠性大大提高。(2)去掉了選層器及大部分繼電器,控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,外部線路簡(jiǎn)化。(3)PLC可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng),方便地增加或改變控制功能。 (4)PLC可進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警顯示,提高運(yùn)行安全性,并便于檢修。(5)用于群控調(diào)配和管理,并提高電梯運(yùn)行效率。(6)更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)硬件接線。為便于比較PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)現(xiàn)列表如下,詳見表2-1。表2-1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)比較項(xiàng)目繼電器控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)控制功能實(shí)現(xiàn)有許多繼電器,采用接線的方式來(lái)完成控制功能各種控制功能通過編制的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制要求變更適應(yīng)性適應(yīng)性差,需要重新設(shè)計(jì),改變繼電器和接線適應(yīng)性強(qiáng),只需針對(duì)程序進(jìn)行修改控制速度低,靠機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)極快,靠微處理器進(jìn)行處理特殊功能一般沒有有安裝,施工連線多,施工繁安裝容易,施工方便可靠性差,觸點(diǎn)多,故障多高,因元器件采取了篩選和抗老化等可靠性措施壽命短長(zhǎng)可擴(kuò)展性困難容易維護(hù)工作量大,故障不易查找有自診能力,維護(hù)工作量小從表2-1可以看出,PLC控制系統(tǒng)具有繼電器控制系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),因此傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)將逐漸被PLC控制系統(tǒng)所取代是大勢(shì)所趨。2.1.2 PLC控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)比較計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中,其主機(jī)一般采用能夠在惡劣工業(yè)環(huán)境下可靠運(yùn)行的工控機(jī)。工控機(jī)有通用微機(jī)應(yīng)用發(fā)展而來(lái),在硬件結(jié)構(gòu)方面總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高,品種兼容性強(qiáng),軟件資源豐富,能提供實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持,故對(duì)要求快速,實(shí)時(shí)性強(qiáng),模型復(fù)雜的工業(yè)對(duì)象的控制占有優(yōu)勢(shì)。但是,它的使用和維護(hù)要求工作人員應(yīng)具有一定的專業(yè)知識(shí),技術(shù)水平較高,且工控機(jī)在整機(jī)水平上尚不能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境??删幊炭刂破鲗?duì)此進(jìn)行了改進(jìn),變通用為專用,有利于降低成本,縮小體積,提高可靠性等特性,更適應(yīng)過程控制的要求。PLC控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)比較見表2-2。表2-2 PLC控制系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的比較比較項(xiàng)目通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)工作目的科學(xué)計(jì)算工業(yè)自動(dòng)控制工作環(huán)境對(duì)工作環(huán)境要求高對(duì)工作環(huán)境要求低,可在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作工作方式中斷處理方式循環(huán)掃描方式系統(tǒng)軟件需配備功能較強(qiáng)的系統(tǒng)軟件一般只需簡(jiǎn)單的監(jiān)控程序采用的特殊措施掉電保護(hù)等一般性措施采用多種抗干擾措施,自診斷,斷電保護(hù),可在線維修編程語(yǔ)言匯編語(yǔ)言,高級(jí)語(yǔ)言,如BASIC,C等梯形圖,助記符語(yǔ)言,SFC標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言對(duì)操作人員的要求需專門培訓(xùn),并具有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)一般的技術(shù)人員,稍加培訓(xùn)即可操作使用對(duì)內(nèi)存的要求容量大容量小價(jià)格價(jià)格高價(jià)格低其他若用于控制,一般需自行設(shè)計(jì)機(jī)種多,模塊種類多,易于集成系統(tǒng)從表2-2可見,在控制功能方面,PLC與通用計(jì)算機(jī)相比,工作更穩(wěn)定可靠,而且編程簡(jiǎn)單,使用方便,應(yīng)用設(shè)計(jì)和調(diào)試周期可大大縮短,加之又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下和強(qiáng)電一起工作,容易實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。2.2 電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)通過多種方案的比較和參照,可看出PLC控制具有顯著的優(yōu)點(diǎn):在電梯控制中采用了PLC,用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的自動(dòng)控制,可靠性大大提高;可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng),方便地增加或改變控制功能;可進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警顯示,提高運(yùn)行安全性和可靠性,并便于檢修;用于群控調(diào)配和管理,并提高電梯運(yùn)行效率。綜上所述,本設(shè)計(jì)采用PLC控制。2.3電梯控制系統(tǒng)原理框圖設(shè)計(jì)電梯控制系統(tǒng)原理框圖如圖1所示,主要由轎箱內(nèi)指令電路、門廳呼叫電路、主拖動(dòng)電機(jī)電路、開關(guān)門電路、檔層顯示電路、按鈕記憶燈電路、樓層檢測(cè)與平層檢測(cè)傳感器及PLC電路等組成的。圖1 電梯控制系統(tǒng)原理框圖2.4 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)由曳引機(jī)構(gòu)、開、關(guān)門機(jī)構(gòu)、轎廂、控制系統(tǒng)等組成,如圖2所示。曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出和傳遞動(dòng)力,使電梯運(yùn)行。門系統(tǒng)的功能是封住層站入口和轎廂人口。而轎廂是運(yùn)送乘客和貨物的電梯組件,是電梯的主要工作部分。圖2 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖3 電氣控制部分3.1 交流雙速電梯的主電路下圖圖3為交流雙速電梯的主電路圖。圖中,M1為YYYD系列電梯專用型雙速籠型異步電動(dòng)機(jī)(4/16極),KM1、KM2為電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)接觸器,用以實(shí)現(xiàn)電梯上、下行控制;KM3、KM4為電梯高、低速運(yùn)行接觸器,用以實(shí)現(xiàn)電梯的高速或低速運(yùn)行;KM5為啟動(dòng)加速接觸器;KM6、KM7、KM8為減速制動(dòng)時(shí)的接觸器;L1、L2與R1、R2為串入電動(dòng)機(jī)定子電路中的電感與電阻,與KM5-KM8配合實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的加、減速控制。當(dāng)KM1或KM2與KM3通電吸合時(shí),電梯將進(jìn)行上行或下行啟動(dòng),延時(shí)后KM5通電吸合,KM3斷電釋放,KM4通電吸合,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)為低速接法,串入阻抗制動(dòng),實(shí)現(xiàn)上升與下降的低速運(yùn)行,且KM6-KM8依次通電吸合,用來(lái)控制制動(dòng)過程的強(qiáng)度,提高停車制動(dòng)的舒適度,至平層位置時(shí),接觸器全部斷電釋放,機(jī)械抱閘,電梯停止運(yùn)行。在檢修狀態(tài)時(shí),電梯只能在低速接法下點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。圖3 交流雙速電梯的主電路圖3.2 電梯的主要電氣設(shè)備3.2.1曳引電動(dòng)機(jī)曳引電動(dòng)機(jī)作為電梯的提升機(jī)構(gòu),主要由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電磁制動(dòng)器(也稱電磁抱閘)、減速器及曳引輪組成。3.2.2 自動(dòng)門機(jī)用來(lái)完成電梯的開門與關(guān)門:電梯的門的有廳門(每層站一個(gè))和轎門(中有一個(gè))。只有當(dāng)電梯停靠在某層站時(shí),此層廳門才允許開啟(由門機(jī)拖動(dòng)轎門,轎門帶動(dòng)廳門完成);也只有當(dāng)廳門,轎門全部關(guān)閉后才允許啟動(dòng)運(yùn)行。3.2.3 層樓指示層樓指示也叫層顯,過去常有低壓燈泡構(gòu)成,安裝在每層站廳門的上方和轎門內(nèi)轎門的上方;現(xiàn)多由數(shù)碼管或LED點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)組成,與呼梯盒,運(yùn)行方向指示做成一體結(jié)構(gòu)。3.2.4 呼梯盒呼梯盒用以在每層站召喚電梯。常安裝在廳門外,離地面1米左右的墻壁上?;九c頂站有一個(gè)按鈕,中間層站由上呼與下呼兩個(gè)按鈕組成。按鈕帶有呼梯記憶燈,燈亮?xí)r表示呼梯號(hào)已被接收并記憶;當(dāng)電梯滿足呼梯要求并停層開門時(shí),呼梯記憶燈熄滅?;镜暮籼莺猩希в需€匙開關(guān),供電梯管理員開關(guān)電梯。3.2.5 操縱箱操縱箱安裝在轎廂內(nèi),供司機(jī)及乘客對(duì)電梯發(fā)布動(dòng)作指令。操縱箱上設(shè)有與電梯經(jīng)層站數(shù)相同的內(nèi)選層按鈕(帶有標(biāo)記),上下層啟動(dòng)按鈕(帶有上,下行指示燈,檢修時(shí)用),開關(guān)門按鈕,急停按鈕,電梯運(yùn)行狀態(tài)選擇鑰匙開關(guān)(選擇電梯是自動(dòng)運(yùn)行,還是檢修狀態(tài))以及風(fēng)扇,照明等的控制開關(guān)。3.2.6 平層及開門裝置該裝置如圖4所示,由磁鐵板和上、下平層感應(yīng)器1KR、2KR組成。上行時(shí),1KR首先插入隔磁鐵板,發(fā)出減速信號(hào),電梯開始減速,至2KR插入隔磁鐵板時(shí),發(fā)出停車及開門信號(hào),電機(jī)停轉(zhuǎn),機(jī)械抱閘;下行時(shí),2KR首先插入隔梯鐵板,發(fā)出減速信號(hào)至1KR插入隔梯鐵板時(shí),發(fā)出停車及開門信號(hào)。圖4 電梯的平層、停層裝置示意圖3.2.7 停層裝置圖4所示,在電梯的井道內(nèi)每層站裝有一只磁鐵板,當(dāng)轎廂運(yùn)行到相應(yīng)層站時(shí),磁鐵板插入平層感應(yīng)器內(nèi),以此檢測(cè)電梯所處位置和平層信號(hào)。3.2.8 開關(guān)裝置安全窗及其開關(guān),安全鉗及其開關(guān),限速器及其開關(guān),上,下限位開關(guān),上下強(qiáng)迫停止開關(guān),極限開關(guān)電梯的轎廂頂部開有安全窗,供緊急情況下疏散乘客,當(dāng)安全窗打開時(shí),電梯不允許運(yùn)行。安全鉗是為防止電梯曳引鋼繩斷裂及超速運(yùn)行的機(jī)械裝置,用以在是述情況下,將轎廂夾持在導(dǎo)軌上。限速器是用以檢測(cè)電梯運(yùn)行速度的機(jī)械裝置,當(dāng)電梯超速運(yùn)行時(shí),限速器動(dòng)作,帶動(dòng)安全鉗使電梯停止運(yùn)行。以上三種裝置的動(dòng)作 通過其相應(yīng)天關(guān)來(lái)檢測(cè)。當(dāng)電梯運(yùn)行至上,下極限位置時(shí)仍不停車,上,下限位開關(guān)動(dòng)作,發(fā)出停車信號(hào),若不能停車,將壓下上,下強(qiáng)迫停止開關(guān),強(qiáng)制電梯停止運(yùn)行;若還不能停車,將通過機(jī)械裝置帶動(dòng)極限開關(guān)SQ0動(dòng)作,切斷電梯曳引電動(dòng)機(jī)的電源,以達(dá)到停車的目的,避免電梯出現(xiàn)沖頂與蹾底事故。為了便于對(duì)電梯的工作原理及PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行分析,現(xiàn)列出5層5站電梯的電見下表:5層5站電梯電氣元件表元件符號(hào)名稱及作用元件符號(hào)名稱及作用KM1上行接觸器1SB1-4SB11樓-4樓上行外呼按鈕KM2下行接觸器2SB2-5SB22樓-5樓下行外呼按鈕KM3高速接觸器1HL-5HL1樓-5樓指示燈KM4低速接觸器6HL、7HL上、下行指示燈KM5啟動(dòng)加速接觸器HL6、HL7操縱箱上、下行指示記憶燈KM6-KM8制動(dòng)減速接觸器HL81樓外呼指示記憶燈KM9開門接觸器HL92樓上呼指示記憶燈KM10關(guān)門接觸器HL102樓下呼指示記憶燈SQ5基站開關(guān)HL113樓上呼指示記憶燈SQ6開門到位開關(guān)HL123樓下呼指示記憶燈SQ7關(guān)門到位開關(guān)HL134樓上呼指示記憶燈SQ8開門調(diào)速開關(guān)HL144樓下呼指示記憶燈SQ9-SQ10關(guān)門調(diào)速開關(guān)HL155樓下呼指示記憶燈SQ11-SQ151樓-5樓廳門鎖開關(guān)SA1狀態(tài)運(yùn)行選擇鑰匙開關(guān)SQ16轎門關(guān)閉到位開關(guān)SA2基站開關(guān)梯鑰匙開關(guān)SQ17上限位開關(guān)SQ1安全窗開關(guān)SQ18下限位開關(guān)SQ2安全鉗開關(guān)SQ19上行強(qiáng)迫停止開關(guān)SQ3限速器開關(guān)SQ20下行強(qiáng)迫停止開關(guān)SQ4轎內(nèi)急停開關(guān)SB1開門按鈕1KR上平層感應(yīng)器SB2關(guān)門按鈕2KR下平層感應(yīng)器SB3上行啟動(dòng)按鈕3KR開門感應(yīng)器SB4下行啟動(dòng)按鈕SQ電源開關(guān)SB5-SB91樓-5樓內(nèi)選層按鈕4 PLC控制部分4.1 PLC的選擇傳統(tǒng)的控制方法是采用繼電器接觸器控制。這種控制系統(tǒng)較復(fù)雜,并且大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低,也間接地降低了設(shè)備的工作效率。采用可編程控制器較好地解決了這一問題,可編程控制器是一種將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合在一起的新型工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備,不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)量信號(hào)的邏輯控制,還能實(shí)現(xiàn)與上位計(jì)算機(jī)等智能設(shè)備之間的通信。因此,將可編程控制器應(yīng)用于電梯控制,完全能滿足控制要求。且具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、工藝參數(shù)修改方便、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。在本控制系統(tǒng)中,所需的開關(guān)量輸入為32點(diǎn),開關(guān)量輸出為29點(diǎn),考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和維修的方便性,選擇模塊式PLC。由于本系統(tǒng)的控制是順序控制,選用日本三菱電工公司生產(chǎn)的FX2N-80MR的PLC來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)。之所以選擇這種PLC,主要考慮FX系列PLC有以下特點(diǎn):(1)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) PLC 是為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的, 除了對(duì)器件的嚴(yán)格篩選外,在硬件和軟件兩個(gè)方面還采用可屏蔽、濾波、隔離、故障診斷和自動(dòng)恢復(fù)等措施,使可編程控制器具有很強(qiáng)的抗干擾能力,其平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到30000h以上。(2)編程直觀、簡(jiǎn)單 考慮到大多數(shù)電氣技術(shù)人員熟悉電氣控制線路的特點(diǎn),PLC沒有采用微機(jī)控制中常用的匯編語(yǔ)言,而是采用了一種面向控制過程的梯形圖語(yǔ)言。梯形圖語(yǔ)言與繼電器原理圖相類似,形象直觀,易學(xué)易懂,電氣工程師和具有一定知識(shí)的電氣技術(shù)人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì),計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)間的隔閡在PLC上完全不存在。因此,許多國(guó)家生產(chǎn)的PLC都把梯形圖語(yǔ)言作為第一用戶語(yǔ)言。此外, 還可采用指令表進(jìn)行編程控制。(3)適應(yīng)性好 PLC 是通過程序?qū)崿F(xiàn)控制的。當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí),只要修改程序即可。由于PLC 產(chǎn)品已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化。因此能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置,組成規(guī)模不同、功能不同的控制系統(tǒng)。其適應(yīng)能力非常強(qiáng),既可控制一臺(tái)機(jī)器, 一條生產(chǎn)線, 也可控制一個(gè)復(fù)雜的群控系統(tǒng),既可以現(xiàn)場(chǎng)控制,又可以遠(yuǎn)距離控制。(4)功能完善、接口功能強(qiáng) PLC 具有數(shù)字量和模擬量的輸入輸出、邏輯和算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄和顯示等功能, 使設(shè)備控制水平大大提高;其接口功率驅(qū)動(dòng)范圍較大,不像普通的計(jì)算機(jī)輸出信號(hào)需放大才能驅(qū)動(dòng)負(fù)載, 極大地方便了用戶。其常用的數(shù)字量輸入輸出接口, 就電源而言有110V、220V交流和5V、48V直流等多種。4.2 輸入/輸出電路的設(shè)計(jì)4.2.1 PLC的電源控制電路PLC采用AC220V供電,如下圖5所示,電梯正常工作時(shí),鎖梯開關(guān)SA2接通,PLC電源接通,程序正常運(yùn)行,鎖梯時(shí),SA2斷開,PLC斷電,電梯停止運(yùn)行。圖5 PLC電源控制電路4.2.2 輸入設(shè)備啟動(dòng)、停止選擇開關(guān) SQ1 限位開關(guān) SQ2SQ8 點(diǎn)動(dòng)開關(guān) SB1SB18安全開關(guān) SA1 門鎖開關(guān) SA2 自動(dòng) SA3 檢修 SA4 上減速 SA5 下減速 SA6 4.2.3 輸出設(shè)備控制上行、下行、高速、低速、啟動(dòng)加速、制動(dòng)減速、開門、關(guān)門電機(jī)的接觸器KM1KM10工作方式指示燈HL1HL15, 樓梯層數(shù)字顯示HL16。將電梯運(yùn)行過程中的各種輸入信號(hào),送入PLC的輸入口構(gòu)成其輸入電路圖。完成電梯運(yùn)行的各種執(zhí)行元件及指示電梯運(yùn)行狀態(tài)的各種指示燈,均要受到PLC輸出口的控制,構(gòu)成其輸出電路。其輸入/輸出電路如下圖6所示。由上述輸入/輸出電路可知輸入輸出點(diǎn)分別為32點(diǎn)和29點(diǎn),故可選擇FX2N-80MR的PLC構(gòu)成其控制系統(tǒng)。PLC輸入、輸出接線圖如下頁(yè)圖6所示。圖6是PLC和外圍設(shè)備的外部接線圖,應(yīng)說明的是PLC面板上標(biāo)有“COM”標(biāo)記的端子即可作為公共端。4.3 梯形圖設(shè)計(jì)梯形圖的設(shè)計(jì)可以分成幾個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行,然后再將這些環(huán)節(jié)組合在一起,形成完整的梯形圖。4.3.1 開門環(huán)節(jié)電梯的開門存在以下幾種情況(1)電梯投入運(yùn)行前的開門此時(shí)電梯位于基站,將開關(guān)電梯鑰匙手插入SQ1(程序中X010)內(nèi),旋轉(zhuǎn)至開關(guān)電梯位置,此時(shí)PLC電源接通,程序開始運(yùn)行,電梯自動(dòng)開門,乘客或司機(jī)進(jìn)入轎廂,選層后電梯自動(dòng)進(jìn)行。(2)電梯檢修時(shí)開門檢修狀態(tài)下(X003接通),開門均為手動(dòng)狀態(tài),由開關(guān)門按鈕SB1(X004),圖6 5層5站電梯PLC控制I/O圖SB2(X005)實(shí)施開門與關(guān)門。(3)電梯自動(dòng)運(yùn)行停層時(shí)的開門電梯在停層時(shí),至平層位置,M140接通,電梯開門(4)電梯關(guān)門過程中的重新開門在電梯關(guān)門的過程中,當(dāng)需要重新開門時(shí),可以通過開門按鈕X004實(shí)施重新開門。大多數(shù)電梯現(xiàn)采用光幕或機(jī)械安全觸板進(jìn)行檢測(cè),自動(dòng)發(fā)送重新開門信號(hào),以達(dá)到重新開門的目的。(5)呼梯開門電梯到達(dá)某層站后,若沒有人繼續(xù)使用電梯,電梯將??吭谠搶诱敬?;若有人在該層站呼梯,電梯將首先開門,以滿足用梯的要求。電梯在運(yùn)行的過程中,當(dāng)有外呼梯信號(hào)時(shí),若順向運(yùn)行,則電梯停層開門;若逆向運(yùn)行,則電梯不停層。(6)防夾或超載開門當(dāng)電梯在關(guān)門的過程中,如有東西夾在門上,則電梯在關(guān)門的過程中關(guān)不上,會(huì)使X037接通;或電梯超載,轎箱底下的稱重開關(guān)X036接通,使程序中的M20接通,則電梯重新開門。(7)電梯在運(yùn)行中禁止開門開門環(huán)節(jié)的梯形圖如下圖7所示: 圖7 開門環(huán)節(jié)程序梯形圖4.3.2 電梯的關(guān)門環(huán)節(jié)(1)電梯停用后的關(guān)門此時(shí)電梯到達(dá)基站,司機(jī)或乘客離開轎廂,電梯自動(dòng)關(guān)門,司機(jī)將開、關(guān)梯鑰匙插入SA2,旋轉(zhuǎn)到關(guān)梯位置,電梯訴安全回路被切斷,PLC停止運(yùn)行,電梯被關(guān)閉。(2)自動(dòng)關(guān)門電梯開門時(shí)開始計(jì)時(shí),時(shí)間到后,電梯應(yīng)自動(dòng)關(guān)門。(3)提前關(guān)門停站時(shí)間未到時(shí),可以用按鈕X005實(shí)現(xiàn)提前關(guān)門。(4)檢修關(guān)門考慮檢修狀態(tài)時(shí)的關(guān)門,檢修關(guān)門不自鎖。(5)電梯超重時(shí)禁止關(guān)門關(guān)門環(huán)節(jié)的梯形圖如圖8所示:圖8 電梯關(guān)門環(huán)節(jié)程序梯形圖 圖9 重復(fù)開關(guān)、關(guān)門電路和故障顯示程序梯形圖4.3.3 開關(guān)門保護(hù)及故障顯示電路電梯在關(guān)門地過程中因各種原因不能關(guān)門到位,電梯會(huì)重新關(guān)門,開門時(shí)間到后,又會(huì)自動(dòng)關(guān)門,關(guān)門不到位又要開門。如此開、關(guān)門反復(fù)動(dòng)作,如現(xiàn)場(chǎng)沒人及時(shí)處理,門很容易被損壞,應(yīng)此要求在出現(xiàn)這種情況時(shí),開、關(guān)門動(dòng)作出現(xiàn)5次,電梯停止運(yùn)行。其程序梯形圖如圖9所示。關(guān)門時(shí),M101接通,如正常關(guān)門到位時(shí),X001接通,程序中常閉觸點(diǎn)是斷開的,M22不能接通,T6不接通,不會(huì)重新開門。如經(jīng)過一段時(shí)間(3S)關(guān)門不能到位,X001的常閉點(diǎn)是接通的M22得電,T6的觸點(diǎn)接通,電梯重新開門,開門計(jì)時(shí)時(shí)間到,T5接通,又要關(guān)門,關(guān)門又不到位,T6又接通,如此循環(huán),當(dāng)連續(xù)關(guān)門達(dá)到5次時(shí),C0的觸點(diǎn)接通,利用C0的觸點(diǎn),使電梯停止運(yùn)行。且故障顯示0、2交替出現(xiàn)。當(dāng)電梯關(guān)門到位時(shí),對(duì)C0復(fù)位。當(dāng)電梯的安全繼電器KA2斷開時(shí)也即X000為OFF時(shí),電梯停止運(yùn)行,且故障顯示0、1交替出現(xiàn)。其控制程序梯形圖如圖10和圖11所示。利用主控和主控復(fù)位控制了程序的運(yùn)行。圖10、11 主控、安全繼電器斷開時(shí)故障顯示程序梯形圖4.3.4 層樓信號(hào)的產(chǎn)生與清除環(huán)節(jié)當(dāng)電梯位于某一層時(shí),應(yīng)產(chǎn)生于該樓層的信號(hào),以控制樓層顯示器顯示樓層所處的位置,離開該層時(shí),該樓層信號(hào)應(yīng)被新的樓層信號(hào)所取代。其梯形圖如圖12所示。D200為電梯的樓層數(shù),通過譯碼器用數(shù)碼管顯示出來(lái)。X040是下強(qiáng)迫樓層顯示開關(guān),裝在1樓,當(dāng)電梯運(yùn)行到1樓時(shí),使D200為1。在中間的某些樓層中,電梯上行時(shí),每上一層時(shí),D200加1;當(dāng)電梯下行時(shí),每下一層,D200減1。另外電梯在1樓-5樓時(shí),分別使M110M114置ON。如果電梯樓層顯示有誤,只要將電梯開到頂層或一層,馬上就能顯示正常。圖12 層樓信號(hào)的產(chǎn)生與清除環(huán)節(jié) 圖13 內(nèi)選信號(hào)的登記、消除和顯示環(huán)節(jié)程序梯形圖 程序梯形圖4.3.5 內(nèi)選信號(hào)的登記、消除和顯示環(huán)節(jié)乘客或司機(jī)通過轎廂內(nèi)操縱盤上1樓-5樓選層按鈕的操作;可以選擇欲去的樓層。選層信號(hào)被登記后,選層按鈕下的指示燈亮。當(dāng)電梯到達(dá)所選的樓層后,停層信號(hào)應(yīng)被消除,指示燈也應(yīng)熄滅。其程序梯形圖如圖13所示:4.3.6 外呼信號(hào)的登記、消除和顯示環(huán)節(jié)乘客在廳門外呼梯時(shí),呼梯信號(hào)應(yīng)被接收和記憶。當(dāng)電梯到達(dá)該樓層,且電梯運(yùn)行方向與呼梯目的地方一致時(shí)(基層和頂層除外),呼梯要求滿足,呼梯信號(hào)應(yīng)被消除。其程序梯形圖如圖14所示:圖14 外呼信號(hào)的登記、消除和顯示環(huán)節(jié)程序梯形圖圖中,按下外呼按鈕時(shí),相對(duì)應(yīng)的外呼輔助繼電器按通,外呼按鈕下的指示燈亮,表示呼梯要求已被電梯接收并記憶。電梯運(yùn)行方向與呼梯目的地方向一致時(shí),至呼梯樓層時(shí),電梯將停止并開門,呼梯要求滿足,呼梯信號(hào)被消除。電梯運(yùn)行方向與呼梯目的地方向相反時(shí),如電梯從1樓向上運(yùn)行,而呼梯要求從2樓向下,若有去3樓以上的內(nèi)選層要求及外呼梯要求,電梯到達(dá)2樓時(shí)不停梯,呼梯要求沒有滿足,呼梯信號(hào)不能消除;若3樓以上無(wú)用梯要求,電梯將停在2樓,但呼梯信號(hào)不能立即消除,待乘客進(jìn)入轎廂內(nèi),選層(去1樓)后,電梯定下向,則2樓呼梯信號(hào)已滿足,呼梯信號(hào)被滿足。電梯停在該樓層時(shí),按下外呼按鈕(上行或下行),此時(shí)指示燈應(yīng)該亮。4.3.7 電梯的定向環(huán)節(jié)在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下,電梯應(yīng)首先確定運(yùn)行方向,也即定向。電梯的定向只有兩種情況即上行和下行。電梯處于待命狀態(tài)下,接收到內(nèi)選和外呼信號(hào)時(shí),應(yīng)將電梯所外的位置與內(nèi)選信號(hào)和外呼信號(hào)進(jìn)行比較,確定是上行還是下行,一旦電梯定向后,內(nèi)選信號(hào)與外呼信號(hào)對(duì)電梯進(jìn)行順向運(yùn)行要求沒有滿足的情況下,定向信號(hào)不能消除。檢修狀態(tài)下運(yùn)行方向直接由上行和下行啟動(dòng)按鈕確定,不需定向。其程序梯形圖如圖15所示。圖15 定上行環(huán)節(jié)程序梯形圖圖中M121,M122,M123,M124分別是2、3、4、5樓的內(nèi)選輔助信號(hào);M131,M132是2樓的外呼上行和下行的輔助信號(hào);M133,M134是3樓的外呼上行和下行輔助信號(hào);M135,M136是4樓的外呼上行和下行輔助信號(hào);M137是5樓的外呼下行輔助信號(hào);M146是下行互鎖;X003是檢修選擇開關(guān);X002是自動(dòng)選擇開關(guān);M111,M112,M113,M114分別是2、3、4、5的樓輔助信號(hào);Y012是上行指示燈;圖中M103及M104在電梯上行及下行的全過程中,存在不能全程接通的情況,如上行至5樓時(shí),一旦5樓層繼電器M114接通時(shí),M103則立即斷開,而此時(shí)電梯仍處于上行狀態(tài),至5樓平層位置時(shí)才能停止。為解決這一問題,引入M134-M136,可能會(huì)發(fā)生下述情況:4樓向上的外呼信號(hào)(不存在其他外呼及內(nèi)呼信號(hào))使電梯上行,電梯至4樓位置,M113使M103斷開,在電梯至4樓位置到電梯停層開門,乘客進(jìn)入轎廂內(nèi)選5樓之前的時(shí)間內(nèi),1、2、3樓外呼信號(hào)可能使電梯在未完成4樓向上的運(yùn)動(dòng)之前定下行方向。根據(jù)同樣的道理,定下行環(huán)節(jié)的程序梯形圖如圖16所示。圖中M120是1樓的內(nèi)選輔助;M130是1樓的上向外呼;M144是上行互鎖;Y013是下行指示。4.3.8 停層信號(hào)的產(chǎn)生和消除環(huán)節(jié)電梯在停車制動(dòng)之前,應(yīng)首先確定其停層信號(hào),即確定要??康臉菍樱恳粚赢a(chǎn)生一個(gè)停層輔助信號(hào),1樓-5樓的停層輔助分別是M150-M154。1樓停層的條件是電梯下行到1樓,5樓的停層條件是電梯上行到5樓,中間層產(chǎn)生的條件是根據(jù)電梯的運(yùn)行方向與外呼信號(hào)的位置和轎廂內(nèi)選層信號(hào)比較后得出。其程序梯形圖如圖17所示。圖16 定下行環(huán)節(jié)程序梯形圖圖17 停層的產(chǎn)生和消除環(huán)節(jié)程序梯形圖外呼信號(hào)方向與運(yùn)行方向一致時(shí),產(chǎn)生外呼所在樓層的停車要求;內(nèi)選層信號(hào)產(chǎn)生欲去樓層的停車要求,滿足停車要求時(shí),停車信號(hào)應(yīng)被取消。電梯運(yùn)行過程中,所處的樓層若呼梯方向與電梯運(yùn)行方向相反時(shí)的停車問題。4.3.9 停車制動(dòng)環(huán)節(jié)停層信號(hào)產(chǎn)生后,與上、下平層感應(yīng)器配合,進(jìn)行停車制動(dòng)。停車制動(dòng)之前,應(yīng)先產(chǎn)生停車制動(dòng)信號(hào)M105,然后由停車制動(dòng)信號(hào)控制接觸器實(shí)現(xiàn)停車制動(dòng)。為解決電梯進(jìn)入平層區(qū)間后才出現(xiàn)的停車信號(hào)致使電梯過急停車的問題,采用微分指令X032及X033變成短信號(hào)。其程序梯形圖如圖18所示。電梯上行時(shí),先接通上行減速信號(hào)X032,則M106接通,使Y005、Y006、Y007依次接通,電梯開始減速,當(dāng)達(dá)到上平層信號(hào)X033接通時(shí),電梯制動(dòng),同時(shí)使M140接通,電梯自動(dòng)開門,稍后,T0觸點(diǎn)接通消除停層信號(hào)M105。電梯下行時(shí),先接通下行減速信號(hào)X033,電梯開始減速,當(dāng)接通X032時(shí),電梯停止。 圖18 停車制動(dòng)環(huán)節(jié)程序梯形圖 圖19 電梯的啟動(dòng)、加速和制動(dòng)環(huán)節(jié)程序梯形圖4.3.10 自動(dòng)運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)加速和穩(wěn)定運(yùn)行環(huán)節(jié)電梯啟動(dòng)的條件是運(yùn)行方向已確定,門已關(guān)好,。其程序梯形圖如圖19所示。上行時(shí),定上行信號(hào)M144接通,當(dāng)門關(guān)好后X001接通,則Y000、Y002置ON,電梯高速上行,通過去1S延時(shí),Y004接通加速上行。下行時(shí),定下行信號(hào)M146接通,門關(guān)好后X001接通,則Y001、Y002接通,電梯高速下行通過1S延時(shí),電梯加梯下行。如果停車信號(hào)M107接通時(shí),上行時(shí),碰到上平層X033,則Y0為OFF,電梯制動(dòng)。下行時(shí),碰到下平層信號(hào)X032,Y001為OFF,電梯制動(dòng)。當(dāng)需要檢修時(shí),接通檢修開關(guān)X003,通過按X006或X007,電梯直接上行或下行,門是否關(guān)好不影響電梯運(yùn)行,此時(shí)Y003接通,即電梯只能低速運(yùn)行。上述過程以分析電梯的各種邏輯關(guān)系為生,電路部分為了分析問題方便進(jìn)行簡(jiǎn)化,如電梯的鎖梯、開關(guān)門電路、安全回路等都進(jìn)行了簡(jiǎn)化。還有電梯的通信、監(jiān)視和消防等功能在實(shí)際電梯控制中都應(yīng)該考慮。5 結(jié)論可編程序控制器是新一代的控制工具, 因其核心是微處理器、 接口電路、電源電路等具有很強(qiáng)的抗干擾能力, 而梯形圖的編程語(yǔ)言極易為工程技術(shù)人員所接受等特點(diǎn), 被稱為真正的工業(yè)控制計(jì)算機(jī), 或“藍(lán)領(lǐng)計(jì)算機(jī)”。尤其是隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 可編程序控制器的功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過替代繼電器控制系統(tǒng)的初衷而廣泛應(yīng)用于開關(guān)量控制、模擬量控制等各種工業(yè)控制場(chǎng)合。電梯控制系統(tǒng)使用可編程控制器可使其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)捷,編程簡(jiǎn)單方便,可靠性進(jìn)一步提高。謝辭學(xué)期即末,分別亦近,在此畢業(yè)課題設(shè)計(jì)完成之際,向?yàn)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)傾注了大量心血和提供無(wú)私幫助的指導(dǎo)老師表示深深的敬意和感謝!指導(dǎo)老師從畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容確定、資料收集、系統(tǒng)設(shè)計(jì)到后期的檢查更正無(wú)不傾注了悉心的指導(dǎo)和盡心的幫助,指導(dǎo)老師她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度使我受益匪淺,在此特表示誠(chéng)摯地感謝!同時(shí)感謝機(jī)電院各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的親切關(guān)懷。本次論文與設(shè)計(jì)的完成對(duì)我是一個(gè)巨大的激勵(lì),使我在今后的學(xué)習(xí)和工作中充滿信心,更為我今后的學(xué)習(xí)與工作提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。另外,還要感謝同組同學(xué)的熱心幫助!參考文獻(xiàn)1何衍慶.可編程序控制器原理及應(yīng)用技巧M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,19982張福恩. 交流調(diào)速電梯原理、設(shè)計(jì)及安裝維修,北京- 機(jī)械工業(yè)出版社E3張漢杰. 現(xiàn)代電梯控制技術(shù) 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基于
plc
電梯
控制系統(tǒng)
設(shè)計(jì)
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基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),基于,plc,電梯,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)
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