基于西门子plc电梯控制系统设计及调试课程设计

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1、唐唐 山山 学学 院院 PLCPLC 课课 程程 设设 计计 题题 目目 基于基于西门子西门子 PLCPLC 的电梯的电梯控制控制系统设计及调试系统设计及调试 系系 ( (部部) ) 信息工程系信息工程系 班班 级级 1212 电本电本 1 1 班班 姓姓 名名 学学 号号 指导教师指导教师 关榆君、田红霞、田丽欣关榆君、田红霞、田丽欣 20162016 年年 1 1 月月 4 4 日日 至至 1 1 月月 1515 日日 共共 2 2 周周 20162016 年年 1 1 月月 1515 日日 目目 录录 1 绪论1 1.1 电梯的发展状况.1 1.2 PLC 在电梯控制中的应用及发展前景.

2、1 1.3 研究背景及设计意义.2 2 电梯控制系统设计 3 2.1PLC 控制系统设计的基本原则3 2.2 设计思想 3 2.3 主电路的设计 4 2.3.1 拖动电机电路的设计.4 2.3.2 门电机电路的设计.6 2.4I/O 点数的分配6 2.5PLC 外部接线图7 3 电梯控制系统功能实现与仿真 9 3.1 各段程序块功能.9 3.1.1 复位初始化模块 .9 3.1.2 内选模块 .9 3.1.3 上下行指示中间继电器 10 3.1.4 外呼模块 11 3.1.5 平层感应 11 3.1.6 电梯高低速运行 11 3.1.7 停车模块 12 3.1.8 电梯上下行中间继电器 13

3、3.1.9 开关门模块 14 3.1.10 电梯上下行输出 .14 3.2 程序仿真15 4 设计总结 .16 5 参考文献.17 附录1 1 绪论 1.1 电梯的发展状况 在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样 的速度成长起来。作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为 建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的 一个不可缺少的组成部分。据国外有关资料介绍，公元前 2800 年在古代埃及， 为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。公元 1765 年瓦特发 明了蒸汽机后，1858 年美国研制出以蒸汽为动力，并通过带传动和

4、蜗轮减速装 置驱动的电梯。1878 年英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。 但是，电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。18 世 纪末发明了电机，并随着电机技术的发展，19 世纪初开始使用交流异步单速和 双速电动机作动力的交流电梯，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电 梯的工作性能。在 20 世纪初，美国奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为动 力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯，从而为后来的高速度、高行程电梯的发 展奠定了基础。20 世纪 30 年代美国纽约市的 102 层摩天大楼建成，美国奥的 斯电梯公司为这座大楼制造和安装了 74 台速度为 6.0m/s 的电梯。从此以后， 电

5、梯这个产品，一直在日新月异地发展着。目前的电梯产品，不但规格品种多， 自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。随着电子工业的发展，可编程序控 制器（PLC）和电子计算机成功地应用到电梯的电气控制系统中去后，电梯产品 的质量和运行效果显著提高。 1.2 PLC 在电梯控制中的应用及发展前景 目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC 控制和微型计算机 控制三种。而 PLC 实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理 各项任务，而且依靠程序运行，这就保证继电器等实际上是 PLC 系统内存工作 单元，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可 靠安全，自动化水平更

6、高。PLC 控制是三控制方式中最具有可靠性、实用性和 灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代， 是电梯控制系统中理想的控制新技术。 随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。然而，人们的追求并没有就此 停止下来，仍在不断的进行研究改进。绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。 目前意义上的“绿色”，一般是强调“天然”的一面，强调与环境的协调与和 谐。电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽可能小，与 环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。这也应是绿色电梯的发展方向。 (1) 智能化。我们这里所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。 真正的智能电梯应更具

7、人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而 且还有传统的人工智能无法比拟的东西，具有动念和随机处理各种问题的能力。 诸如能根据轿厢内的情况和各层的候梯信息，自动地制定每次最优的运动速度 和停车政策；自动选择运动方面；双向语音交流；到达目的层的语音提示等， 让乘客有更多的主动性，使大楼交通运输实现真正的人机对话。 (2)安全性。运行安全是电梯的根本和关键。可以说，电梯的全部其他工作 都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。运行安全不仅要消除电梯 启动时较强的电磁辐射，使用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的视觉 效果，让每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内有安全、舒适的好心情。 (3) 与

8、环境的协调和平衡，包括以下几个方面： 视觉协调。有人曾经做过环境色彩是否对人有影响的研究。色彩宜人， 格调高雅，制作精良的电梯，乘客自然会有一种安全的感觉，有一种视觉上的 舒适。消除电磁辐射。由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是电磁干 扰的元凶，所以绿色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小，而又不被 其他电磁干扰影响的建筑机电设备。舒适感。通过采用高载频波矢量静音变 频器，可降低噪声变换频率及电压。以 CPU 控制电压及频率的连续变换方式， 按人体生理适应要求，利用计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、 更舒适的运行。 1.3 研究背景及设计意义 电梯是集机、电一体的复杂系统，

9、不仅涉及机械传动、电气控制和土建等 工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具 有高度的安全性。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大 的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修 保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。采用 PLC 控制的电梯可 靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活 性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。 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

10、字控制的专用计算机 PLC 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、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间 继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机 械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。 PLC 的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。 2 电梯控制系统设计 2.1PLC 控制系统设计的基本原则 任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和 产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则

11、: (1) 最大限度地满足被控对象的控制要求 充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控 制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设 计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、 国外资料。 (2) 保证PLC控制系统安全可靠 保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要 原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以 确保控制系统安全可靠。例如:应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而在 非正常情况下(如突然掉电再上电、按钮按错等)也能正常工作。 (3) 力求简单、

12、经济、使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和 社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增 加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益， 另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系 统简单、经济，而要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自 动化和高指标。 (4) 适应发展的需要 由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑 到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/0 点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后

13、生产的发展和工艺的改进。 2.2 设计思想 电梯信号控制基本由PLC软件实现。电梯信号控制系统如图2-3所示，输入 到PLC的控制信号有:运行方式选择、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保 护信息、旋转编码器光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。各种 数字信号通过输入接口输入PLC内部再由PLC通过输出接口控制各种功能的实现。 轿轿厢厢操操作作盘盘 到到层层信信号号 外外召召唤唤信信号号 开开关关门门信信号号 内内呼呼叫叫信信号号 厅厅外外呼呼叫叫按按钮钮 拖拖动动控控制制系系统统 电电梯梯升升降降控控制制 运运行行方方向向显显示示 呼呼叫叫信信号号显显示示 开开关关控控制制 PLC主

14、主机机 输输 入入 接接 口口 CPU存存储储器器 输输 出出 接接 口口 图 2-1 电梯 PLC 信号控制系统框图 2.3 主电路的设计 2.3.1 拖动电机电路的设计 本设计采用三相异步电机作为电梯的牵引电机，并且电机采用星-三角起动 方式。 M 3 L1L 2 L3 FU KM3KM4 FR KM6 KM5 U1V1W1 U2V2W2 + KM7 RZ DC 图 2-2 电梯拖动电机电路 异步电机从静止状态过渡到稳定运行状态的过程称为异步电机的启动过程。 如果在额定电压下直接起动，由于最初起动瞬间主磁通约减小到额定值的1/2， 转子功率因数又很低，造成了起动时堵转电流相当大而堵转转矩并

15、不大（不像 直流电机那样，起动转矩与起动电流成正比）的结果，所以要采用星-三角降压 起动方法。起动时，电机定子绕组接成星形联结，起动后改接成三角形联结， 如图3所示。起动时，接触器KM3、KM5触点闭合，电机定子绕组接成星形联结， 待转速升高到一定程度后，接触器KM5触点断开，接触器KM6触点闭合，定子绕 组改成三角形联结，电机进入正常运行。 制动时采用能耗制动，接触器KM3触点断开、KM7闭合，电机在断开交流电 源的同时，在定子两相上通入直流电流，直流电流通过定子绕组，便在电机内 建立一个位置固定、大小不变的恒定磁场。电机转子由于惯性继续旋转，转子 导体切割恒定磁场而产生感应电动势和电流，该

16、电流和恒定磁场相互作用产生 相互作用产生电磁转矩，转矩的方向与转子实际旋转方向相反，起到了制动的 作用。在制动过程中，电机的转速不断下降，电机不断吸收系统存储的机械能， 并把它转换成电能消耗在转子电路的电阻上。 M 3 L1L2L3 FU KM1KM2 FR 图 2-3 电梯门拖动电机 2.3.2 门电机电路的设计 门电机的驱动也采用三相异步电机，而起动时采用直接起动的方式，因为 门电机的功率不大，直接起动对电源的影响不大，门电机电路如图4所示。接触 器KM1闭合，门电机正转，电梯门打开。接触器KM2闭合，门电机反转，电梯门 关闭。 2.4I/O 点数的分配 根据电梯控制的要求，电梯应具有内呼和外呼按钮、行程开关、开关门按 钮，以及