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1、-范文最新推荐- 基于PLC的六层电梯控制系统设计+梯形图+仿真图 摘要：在多层建筑里，电梯是不可缺少的运输工具，与人们的生活息息相关，电梯性能的好坏直接关系到人们生活质量的高低。电梯控制系统在整个电梯运行过程中，起着至关重要的作用。本设计是采用西门子S7-200系列的可编程控制器(PLC)设计的电梯控制系统，通过变频器改变电梯轿厢速度，由光电译码器检测轿厢的位置并传送给PLC，PLC分析综合后发出信号，通过控制曳引电机、变频器和门电机，实现了电梯的指层控制、轿内与各层厅站呼梯指令的记录、电梯运行方向和停靠的层站的控制，自动运行和自动开关门等功能。仿真结果表明，设计出的系统能够实现电梯控制要求
2、。4904关键词：电梯控制；S7-200；变频器；六层电梯The Design of Elevator Control System Based on PLCAbstract: In the multi-storey buildings, the elevator is indispensable as transportation and is closely related to peoples life, the elevator performance is good or bad is directly related to peoples life quality. Elevato
3、r control system play a vital role in the whole process of elevator running. This design is an elevator control system designed by the PLC of Siemens S7-200 series, and the frequency converter change the elevator car speed, photoelectric encoder detecting the location of the capsules and convey it t
4、o programmable logic controller (PLC), after analysis and integrating, PLC sends out the signal and achieves implementation layer refers to the control of the elevator, inside the car and in each room of the station hall, elevator running direction instructions records and dock layer station control
5、, automatic mode and automatic doors, and other functions through the control of traction motor, door motor and frequency converter. The result of the simulation indicated that the design of the system can realize the control request.Key Words: Elevator control; S7-200; Inverter; Six elevators 1. 电梯
6、的基本结构及其功能1.1 电梯的基本结构简介电梯是机与电紧密结合的复杂产品，其基本组成包括机械部分和电气部分5。电梯的结构示意图如图1所示。根据本课题设计要求，重点对电梯曳引系统和自动开门机进行介绍。此外，电梯还有许多其它部件，在此不作一一介绍。图1 电梯的结构示意图1.2 电梯曳引系统电梯曳引系统的作用是输出动力并且传递动力，从而使电梯完成向上或向下的运动。曳引系统受力如图2所示。其中1表示电动机；2表示制动器；3表示减速器；4表示曳引绳；5表示导向轮；6表示绳头组合；7表示轿厢；8表示对重。图2 曳引系统受力简图1.3 自动开/关门机自动开/关门机装在轿厢轿顶部靠近轿门处，由电动机通过减速
7、装置(齿轮传动、涡轮传动和带齿胶带传动)带动曲柄摇杆机构去开/关轿厢门，再由轿厢门带动层门开关，电梯的自动开/关门机如图3所示。图3 电梯的自动开/关门机2. 控制方案的选择2.1 继电器控制系统如果采用继电器来控制电梯系统，控制系统的主要优点如下：(1)由硬件实现所有控制功能和信号处理，线路直观，容易理解掌握，比较适合于一般的技术工人和技术人员掌握。(2)保养、维修及故障检查方便；(3)大多数电器均为常用的电器，更换比较方便，价格便宜；(4)我国多年来一直生产这类电梯，技术成熟，技术资料齐全，已形成系列化的产品6。虽然继电器控制电梯系统有许多优点，但是电梯继电器控制系统也存在很多问题如下：(
8、1)触点繁多，线路复杂，且触点容易损坏，故障率高7； 2.3 PLC控制系统2.3.1 PLC的简介可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机9。可编程序控制器以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速计数与位控等高性能模块等优异性能。PLC是计算机的一种，是一种用于自动化工业控制的专用计算机10。PLC与普通微机一样。PLC控制的特点：高可靠性、操作、维修、编程简单、灵活性高11。2.3.2 PLC
9、控制电梯的优点(1)在电梯控制中采用了PLC使可靠性和抗干扰能力得到很大的提高；(2)PLC可方便地增加或改变控制功能12；(3)可进行故障自动检测和报警显示，这提高了电梯运行的安全性，并且便于检修和维护；(4)电梯运行效率提高；(5)去掉选层器和大部分的继电器，电梯控制系统外部线路简化，结构简单；(6)系统的设计、安装和调试工作量小；(7)性价比高，一款小小的PLC可以控制很多复杂的系统。电梯PLC控制系统很好的解决了继电器控制系统和微机控制系统中存在的问题，比如，解决了继电器系统中的运行不稳定的缺点，解决了微机控制系统的结构复杂，费用高的缺点，鉴于PLC控制系统的种种优点，因此本课题采用P
10、LC来控制电梯系统。3. 控制系统的硬件设计3.1 整体结构设计电梯系统的基本控制要求如下：(1)电梯具有手动、自动开关门功能；(2)当轿厢门关闭，响应信号指令，电梯轿厢实现先加速后减速； 输出点有：内呼指示6个，电梯上下行驱动2个，PWM输出1个，开关门驱动2个，各楼层上下行指示10个，显示驱动4个，电梯上下行指示2个，联网指示1个，共计输出点数为28个。根据以上选择的轿厢楼层位置检测法，要求可编程控制器必须具有高数计数器，并结合输入/输出点的估算，考虑10%-15%的裕量，西门子S7-200系列CPU226以及扩展模块EM223(DC24V16点输入/16点输出)。CPU226为24点输入
11、16点输出，外加扩展模块足以满足系统需要。另外，CPU226可以提供给DC5V的电流为1000mA，EM223模块损耗DC5V的电流为150mA。可见这种配置是可行的。通过比较各个厂家的PLC，西门子S7-200的性价比最高，且能够满足控制要求。同时在学校学习到西门子PLC相关的知识比较多，并且学校有专门的西门子PLC仿真实验室，里面有电梯模型，便于进行仿真。综合考虑后，确定选用西门子S7-200系列PLC。3.3 调速变频器类型选择及其设计参数变频调速被国内外公认为是当今社会最有前途的调速方式15。(1)异步电动机在变频调速电梯中的使用，结构简单、维护方便、可靠性高、价格低；(2)SPWM技
12、术和SVPWM技术在变频调速电源中的使用，使电梯运行质量和性能好；调速范围宽。3.3.1 变频器的选择在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。变频器的发展已经有数十年的历史，在变频器的发展过程中，曾出现过多种类型的变频器。采用通用变频器对电动机进行调速，由于使用方便，可靠性高，所以这种方案逐步得到了推广。在同一类型中选择具体型号时，则主要依据己经确定的变频调速方案、负载类型以及应用所需要的一些附加功能来决定。可以根据不同的应用场合，来选择不同型号的变频器。选择的变频器应满足的条件如下： P0724P190P083P200P090P210P10
13、0P221P110P2301P1200.5P2401.03.4 控制电路的设计3.4.1 系统的I/O分配电梯内呼(输入)及指示(输出)信号直接通过触摸屏获取指示，并传送到PLC，所以本系统没有使用输入继电器而是使用辅助继电器。依据系统的控制要求，PLC的I/O点数分配如表2、表3所示：表2 PLC的输入信号输入信号PLC地址输入信号PLC地址输入信号PLC地址高速计数器输入AI0.6一层外呼下I1.4上基准位限位I0.1高速计数器输入BI0.7一层外呼上I1.3上极准位限位I3.7底层内呼按钮M30.0二层外呼下I1.2开门限位开关I2.7一层内呼按钮M30.1二层外呼上I1.1关门限位开关
14、I2.6 二层内呼指示M22.2开门驱动Q0.4显示驱动BQ2.1三层内呼指示M22.3五层下行指示Q0.5显示驱动CQ2.2四层内呼指示M22.4四层上行指示Q0.6显示驱动DQ2.3五层内呼指示M22.5四层下行指示Q0.7电梯下行指示Q2.4电梯下行驱动Q0.0三层上行指示Q1.0电梯上行指示Q2.5PWM输出Q0.1二层下行指示Q1.3联网指示Q2.6三层下行指示Q1.1一层上行指示Q1.4二层上行指示Q1.2一层下行指示Q1.53.4.2 系统的接线图依据系统的控制要求，系统的接线图如图7所示。3.4.3 系统的配置图依据系统的控制要求，系统的配置图如图8所示。图8 系统配置图4.
15、控制系统系统的软件设计4.1 主程序设计电梯控制系统实现的功能如下： 4.2.2 手动控制程序手动控制程序是在手动模式下控制轿厢的上行、下行以及轿厢门的开启、关闭。当控制开关放置在手动模式下时，手动控制程序将开始工作，这时调用手动工作子程序。(1)手动状态下，电梯的手动上下行以及方向控制程序见附录。(2)手动状态下，电梯的开门或关门程序见附录。(3)为防止在手动控制时自动控制程序被启动，使用了条件结束指令END。一旦手动控制模式开关闭合，整个PLC控制程序将在此结束，余下的PLC程序将不被执行，PLC转而进入循环扫描的下一个阶段。4.2.3 电梯的校准因为各个电梯参数均有差别，为了方便调试而编
16、写电梯校准程序。此程序在手动状态下执行，可精确调整电梯在各层的位置。校准方法如下：(1)打开电梯电源；(2)手动状态下按手动上行按钮，让电梯自行运行到下限位置时停下；(3)将手动开关拨到运行状态；(4)手动运行到电梯底层；(5)一手按下手动关门按钮，另一手按下底层外呼信号；(6)手动状态下按手动上行按钮，使电梯上行到五层；(7)一手按下手动关门按钮，另一手按下五层外呼信号。将电梯运行拨到自动运行状态，电梯将自行下行到底部，校准工作完成。4.2.4 自动复位控制程序当电梯在自动控制模式下由断电状态变为通电状态，或者由手动控制模式转为自动控制模式时，需要执行自动复位控制程序。这段程序的目的是使电梯
17、恢复到初始状态，即电梯轿厢门关闭，电梯处于下基准位置。自动复位控制程序如图10所示，门复位程序如图11所示，返回基准点程序如图12所示。图10 自动复位控制程序 图14 平层判断控制程序4.2.7 电梯轿厢开/关门控制程序电梯轿厢开/关门控制程序，其控制应遵循以下原则：(1)不论是外呼梯信号还是内呼梯信号，只要电梯轿厢到达最低楼层或最高楼层，就一定要打开电梯轿厢门，响应该呼梯信号；(2)任一楼层的内呼梯信号闭合时，只要电梯轿厢到达该层，就一定要打开电梯轿厢门，响应该呼梯信号；(3)任意与电梯轿厢运行方向同向的外呼梯信号闭合时，只要电梯轿厢到达该层，就一定要打开电梯轿厢门，响应该呼梯信号；(4)
18、任意与电梯轿厢运行方向反向的外呼梯信号闭合时，只要其前方楼层没有任何外呼梯信号还是内呼梯信号，那么电梯轿厢到达该楼层时就一定要打开电梯轿厢门，响应该呼梯信号。4.2.8 电梯轿厢运动方向控制程序电梯轿厢运行时，首先要判断运行趋势，即下一步电梯轿厢是需要向上运行还是需要向下运行。以电梯轿厢处于一层为例，当一层有上呼信号，或者以上某层有上呼梯信号时，电梯轿厢就应该上行，其他楼层类似。电梯的运行方向确定后，如果电梯轿厢门关闭，那么电梯轿厢就可以在电梯井道里上下运行。电梯轿厢在电梯井道运行期间，上行如果碰到上基准位限位开关或上极限位保护开关，下行如果碰到下基准位限位开关或下极限位保护开关，或者电梯轿厢
19、开门，均应该停止运行。电梯轿厢运行方向控制程序见附录。4.2.9 电梯轿厢加/减速控制程序电梯轿厢的运行是采用PLC输出PWM波形，并输出到变频器的。变频器根据PWM波形折合的给定直流电压值输出对应频率的交流电压，进而控制交流电动机的转速。电梯轿厢加速控制程序如图15所示。 (2)手动状态下，电梯的开门或关门程序的仿真如图17所示。当手动控制开关I0.5和手动开门按钮I0.4闭合时，电梯开门，即开门驱动Q0.2响应。图17 电梯的手动开门或关门程序仿真图5.2 自动复位控制程序的仿真当电梯在自动控制模式下由断电状态变为通电状态，或者由手动控制模式转为自动控制模式时，需要执行自动复位控制程序。自
20、动复位控制程序的仿真如图18所示。当初始化继电器I0.0闭合时，自动调整信号Q0.0响应。图18 自动复位控制程序仿真图5.3 呼梯信号锁定与清除程序的仿真电梯控制中的呼梯信号包括外呼梯信号和内呼梯信号。(1)内呼梯锁定与清除程序的仿真如图19所示。当常闭触点手动控制开关I0.7闭合、常开触点底层内呼按钮I0.0闭合和常闭触点底层平层信号I0.1闭合时，底层内呼指示Q0.0响应。图19 内呼梯锁定与清除程序仿真图(2)外呼梯锁定与清除程序的仿真如图20所示。底层上呼信号锁定，当常闭触点手动控制开关I0.3闭合、常开触点底层外呼上行按钮I0.1闭合时，底层向上指示Q0.0响应。当手动控制开关I0.3和一层外呼下行按钮I0.6闭合时，一层下行指示Q0.1响应。图20 外呼梯锁定与清除程序仿真图5.4 电梯轿厢运动方向控制程序的仿真以电梯轿厢处于一层为例，当一层有上呼梯信号，或者以上某层有上呼梯信号时，电梯轿厢就应该上行，其他楼层类似。(1)轿厢在一层时的上行趋势判断程序的仿真如图21所示。当电梯在一层时，其上方有内呼外呼信号时，轿厢应该上行。当二层内呼指示I0.0和一层平层信号I1.3闭合时，一层上行趋势Q0.0响应。 基于PLC的六层电梯控制系统设计+梯形图+仿真图(9): 23 / 23