四層電梯PLC課程設(shè)計

1、四層電梯的PLC控制一、引言課程設(shè)計的主要目的是通過某一生產(chǎn)設(shè)備的電氣控制裝置的設(shè)計實踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)設(shè)計過程、設(shè)計要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體設(shè)計方法。通過設(shè)計也有助于復(fù)習(xí)、鞏固以往所學(xué)的知識，達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。電氣設(shè)計必須滿足生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的要求，因此，設(shè)計之前必須了解設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、操作要求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計工作的整體觀念。電梯是一種特殊的起重運輸設(shè)備，由轎廂、拖動電動機(jī)及減速傳動機(jī)械、井道及井道設(shè)備、召喚系統(tǒng)及安全裝置構(gòu)成。轎廂是載人或裝貨的部位。電梯的轎廂及配重分別系在鋼絲繩的兩端，鋼絲繩跨掛在曳引輪上，曳引輪經(jīng)減速機(jī)構(gòu)由電動機(jī)拖動，使得轎廂上下運動。

2、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點就越來越明顯，可編程序控制器(PLC)是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制代替。同時，由于電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展電梯的拖動方式已由原來直流調(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)速已成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。 本設(shè)計考慮到載客電梯的實際操作功能，又兼顧載客電梯控制中具有遞推功能，所設(shè)計的控制系統(tǒng)針對的是四層電梯。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)，由變頻器實現(xiàn)對電梯的拖動

3、調(diào)速，使PLC與調(diào)速拖動裝置相結(jié)合，構(gòu)成PLC集選控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了電梯的各種控制功能，提高額電梯運行的可靠性，降低了故障率。二丶設(shè)計任務(wù)2.1 控制要求表 7-1 控制信號說明輸 入輸 出文字符號 說 明 文字符號 說明SF0-1 極限開關(guān)QA1上行接觸器SF0-2 電梯運行狀態(tài)選擇鑰匙開關(guān)QA2 下行接觸器SF1 開門按鈕QA3 開門接觸器SF2 關(guān)門按鈕QA4 關(guān)門接觸器SF3上行啟動按鈕 PG1-PG4 1-4 層指示燈SF4 下行啟動按鈕PG5 上行指示燈SF5-SF81-4 層選層按鈕 PG6下行指示燈SF9-SF111-3 層上行按鈕LED 樓層指示數(shù)碼管SF12-SF14 2-4

4、 層下行按鈕SF15-SF16風(fēng)扇，照明控制開關(guān)MA1 升降電動機(jī)7.5kWBG1上限限位開關(guān)MA2門控電動機(jī)75WBG2 下限限位開關(guān)BG3 開門限位開關(guān)BG4關(guān)門限位開關(guān) （1）曳引電動機(jī)-升降電動機(jī)必須在門關(guān)閉的情況下才能動作。（2）自動門機(jī)電梯的門只有當(dāng)廳電梯?？吭谀硨訒r，才允許開啟；檢修狀態(tài)時，可以在不關(guān)門狀態(tài)下運行。（3）層樓指示層樓指示也叫“層顯”，可以由低壓燈泡構(gòu)成，安裝在每層門的上方和轎廂的內(nèi)轎門的上方；現(xiàn)在多由數(shù)碼管或LED 點陣顯示器結(jié)構(gòu)組成，與呼梯盒，運行的方向指示做成一體的結(jié)構(gòu)。（4）呼梯盒呼梯盒也叫“召喚按鈕箱”或“ 外呼盒”，用以在每層站召喚電梯。常安裝在廳門外，

5、離地面1 米左右的墻壁上。基站與頂站只有一個按鈕，中間層站有上呼與下呼兩個按鈕組成。按鈕帶有呼梯記憶燈，燈亮?xí)r表示呼梯信號已被接受并記憶；當(dāng)電梯滿足呼梯要求并停層關(guān)門時，呼梯記憶燈熄滅?；镜暮籼莺猩?，常有鑰匙開關(guān)，供電梯管理員開關(guān)電梯。（5）操縱箱操縱箱安裝在轎廂內(nèi)，供司機(jī)及乘客對電梯發(fā)布動作命令。操縱箱設(shè)有與電梯層站數(shù)相同的內(nèi)選按鈕（帶指示燈），上、下行啟動按鈕（帶上，下行指示記憶燈，檢修時用），開關(guān)、門按鈕，急停按鈕，電梯運行狀態(tài)選擇鑰匙開關(guān)（選擇電梯是自動運行還是檢修狀態(tài)）以及風(fēng)扇，照明等的控制開關(guān)。（6）平層及開門裝置該裝置由磁鐵板和上、下平層感應(yīng)器組成。上行時上平層感應(yīng)器首先插入隔

6、磁鐵板，發(fā)出減速信號，電梯開始減速，至下平層感應(yīng)器插入隔磁鐵板時，發(fā)出停車及開門信號，電機(jī)停轉(zhuǎn)，機(jī)械抱閘；下行時，下平層感應(yīng)器首先插入隔磁鐵板，發(fā)出減速信號至上平層感應(yīng)器插入隔磁鐵板時，發(fā)出停車及開門信號。（7）停層裝置在電梯的井道內(nèi)的每層站裝有一只磁鐵板，當(dāng)轎廂運動到相應(yīng)的層站時，磁鐵板插入平層感應(yīng)器內(nèi)，以此檢測電梯所處的位置和產(chǎn)生平層信號。（8） 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/下強(qiáng)迫停止開關(guān)，極限開關(guān)。2.2 設(shè)計任務(wù)1) 根據(jù)控制要求，進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，包括主電路、控制電路及PLC 硬件配置電路。2) 根據(jù)控制要求，編制四層電梯PLC 控制程序，有條件可

7、以利用模擬開關(guān)板調(diào)試程序，模擬運行。3) 編寫設(shè)計說明書，內(nèi)容包括： 設(shè)計過程和有關(guān)說明。 基于 PLC 的四層電梯電氣控制系統(tǒng)電路圖。 PLC 控制程序（梯形圖和指令表）。 電器元器件的選擇和有關(guān)計算。 電氣設(shè)備明細(xì)表。 參考資料、參考書及參考手冊。 其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設(shè)計的認(rèn)識和建議等。3、 設(shè)計方案選擇及論證3.1 設(shè)計方案選擇目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電路控制系統(tǒng)(早期安裝的電梯多位繼電器控制系統(tǒng))、PLC控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)存在很大的弊端，它采用的是硬件邏輯，接線多而復(fù)雜、體積大、故障率高，可

8、靠性和可維護(hù)性差，執(zhí)行速度也慢，所以在市場逐漸被淘汰。微機(jī)控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強(qiáng)的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷，對維修人員技術(shù)要求較高。PLC專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計，抗干擾性很強(qiáng)，可靠性也高，使用存儲器邏輯，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，變成方便，易于掌握，成本低廉，但功能很強(qiáng)大，設(shè)計、調(diào)試、維修都相對簡單。已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。目前，國內(nèi)眾多的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了多種系列功能各異的PCL產(chǎn)品。由任務(wù)書分析可知，本次設(shè)計共有14個輸入控制信號，16個輸出控制信號，故根據(jù)對輸入輸出點的選擇，對儲存容量的選擇，選擇CPU224系列。3.2

9、 系統(tǒng)總體方案設(shè)計PLC電梯控制系統(tǒng)和其他控制系統(tǒng)一樣，分為兩個部分，只要由信號控制系統(tǒng)和拖動系統(tǒng)。電梯內(nèi)外按鈕以及限位開關(guān)通過PLC輸入接口輸入PLC，然后存儲在存儲器中，由PLC執(zhí)行程序響應(yīng)輸出相應(yīng)指示燈信號，同時輸出控制信號，使曳引電機(jī)和門控電機(jī)運轉(zhuǎn)，帶動電梯上升、下降以及開門、關(guān)門。在電梯內(nèi)部有四個按鈕，為內(nèi)呼按鈕，可以進(jìn)行選層，電梯外部也會有相應(yīng)的外呼按鈕，四樓只有一個下行按鈕，一樓只有一個上行按鈕，二樓、三樓同時有上行和下行按鈕。當(dāng)電梯上行時，優(yōu)先響應(yīng)上行呼叫信號，同理，電梯下行時，優(yōu)先響應(yīng)下行呼叫信號。在此過程中系統(tǒng)最重要的是將所有的呼叫信號儲存起來，然后按照響應(yīng)原則逐個去響應(yīng)呼

10、叫信號，響應(yīng)過程中電梯自動開關(guān)門。完成呼叫信號后，清除掉已經(jīng)完成的呼叫，也就是按鈕相應(yīng)的指示燈滅掉。4、 總體電路設(shè)計本設(shè)計流程圖主要分為電梯開關(guān)門以及上升下降的流程圖，具體流程圖如下。 電梯開關(guān)門流程圖 電梯上升下降流程圖五、電氣控制電路原理設(shè)計5.1主電路根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖所示。圖中MA1，MA2為曳引電機(jī)和門電機(jī)，交流接觸器QA1QA4通過控制兩臺電動機(jī)的運行來控制轎廂和廳門，從而進(jìn)行對電梯的控制。BB1，BB2為起過載保護(hù)作用的熱繼電器，用于電梯運行過載時斷開主電路。QA0是配電總空氣開關(guān)，電路接好后，閉合QA0才可以依次閉合其他支路的空氣開關(guān)QA5、

11、QA6和QA7。220V交流電壓相電壓經(jīng)開關(guān)電源轉(zhuǎn)化為直流24V電壓，為控制電路中的CPU提供電源。圖一 主電路圖5.2 PLC的I/O口分配該系統(tǒng)占用PLC的30個I/O口，14個輸入點，16個輸出點，具體的I/O分配如下圖所示： 表1 I/O口分配表 輸入說明輸出說明I0.0選層1 S4Q0.0上行接觸器 QA1I0.1選層2 S3Q0.1下行接觸器 QA2I0.2選層3 S2Q0.2開門接觸器 QA3I0.3選層4 S1Q0.3關(guān)門接觸器 QA4I0.44層下行 D4Q0.4上升指示 I0.53層下行 D3Q0.5下降指示I0.62層下行 D2Q0.6選層1 L1I0.73層上行 U3Q

12、0.7選層2 L2I1.02層上行 U2Q1.0選層3 L3I1.11層上行 U1Q1.1選層4 L4I1.2停層4 SQ4Q2.01層上行I1.3停層3 SQ3Q2.12層上行I1.4停層2 SQ2Q2.23層上行I1.5停層1 SQ1Q2.34層下行I1.6Q2.43層下行I1.7Q2.52層下行5.3器件選型器件型號數(shù)量電機(jī)三相異步電機(jī)7.5KW1門控電機(jī)三相異步電機(jī)75KW1空氣開關(guān)CZB 1-100 63/32熱繼電器正泰NR4-1802按鈕PS-D1510交流接觸器CJX1-170424V開關(guān)電源S-500-241限位開關(guān)XCE10245.4 PLC接線圖 本實驗中采用的是西門子S

13、7-200PLC，CPU采用的是CPU224，輸入輸出電壓可以是直流也可以是交流，在輸入中我們采用的是24V直流電源供電，輸入有內(nèi)呼、外呼按鈕以及限位開關(guān)；輸出我們用的是交流220V電源，控制接觸器，再控制門控電機(jī)和曳引電機(jī)。下圖是我們組的PLC接線圖，與實驗臺I/O口地址分配相一致。 圖2 PLC接線圖6、 程序設(shè)計 本次設(shè)計是在window環(huán)境下STEP-7軟件中完成的，采用的是梯形圖設(shè)計，比較形象直觀易于編程。 7、 調(diào)試與總結(jié) 7.3 實驗體會 一個星期的實習(xí)，雖然很短暫，但是卻學(xué)到了很多東西，雖然剛經(jīng)過PLC考試，但是說實話，很少去想過或者認(rèn)真編過一次程序，對PLC的梯形圖設(shè)計還存在

14、很大的問題。本次實習(xí)，給了我們思考一個很實際的問題的機(jī)會，通過本次實習(xí)，我對書本上的PLC指令又有了一個新的理解。雖然本次設(shè)計電梯只是模擬，沒有電機(jī)也沒有接觸器，但是我們初步實現(xiàn)了我們本次設(shè)計的要求。在此過程中我們一組遇到了很多問題，在這幾天中，我們模擬調(diào)試了很多次，中間也發(fā)現(xiàn)了程序的一些漏洞，經(jīng)過大家的一起努力，一次次的修改，讓我們深刻認(rèn)識到自身的不足，很多東西都欠考慮。設(shè)計程序固然是重要的一塊，但是后期的調(diào)試與修改也是很重要的一塊。 大家都付出了很多精力，流了不少汗水，但是在模擬成功的那一刻，我從大家的臉上看到了笑容。最后得感謝趙老師的耐心指導(dǎo)，在設(shè)計過程中遇到了很多問題，趙老師都耐心幫我們解答，有時還提出了一些建議。八、參考文獻(xiàn)1 方承遠(yuǎn)，張振國. 工廠電氣