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电梯PLC控制系统设计

2017-09-18 42页 doc 285KB 38阅读

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电梯PLC控制系统设计电梯PLC控制系统设计 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 论文题目:电梯PLC控制系统设计 专业: 自动化 学生: 签名: 指导老师: 签名: 摘 要 电梯是现代高层建筑的必备交通工具。随着人们对电梯性能及乘坐舒适度要求的提高,其早期继电器控制模式已不能满足要求,并逐渐被PLC控制所取代。 论文将可编程序控制器OMRON C60P型PLC应用于四层电梯的控制。针对设计要求,在论文中完成了CPU的选型,I/O地址的分配,及PLC对电梯控制的软件编程;针对电梯的负载特性实现了用PLC对电机进行了启、停控制;尤...
电梯PLC控制系统设计
电梯PLC控制系统设计 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 论文题目:电梯PLC控制系统设计 专业: 自动化 学生: 签名: 指导老师: 签名: 摘 要 电梯是现代高层建筑的必备交通工具。随着人们对电梯性能及乘坐舒适度要求的提高,其早期继电器控制模式已不能满足要求,并逐渐被PLC控制所取代。 论文将可编程序控制器OMRON C60P型PLC应用于四层电梯的控制。针对设计要求,在论文中完成了CPU的选型,I/O地址的分配,及PLC对电梯控制的软件编程;针对电梯的负载特性实现了用PLC对电机进行了启、停控制;尤其考虑了电梯可能出现的故障及其解决,最后通过模拟实验验证了设计工作。模拟实验表明:本次设计满足了设计任务书中的各项要求,取得了满意的效果。 关键词:电梯,PLC控制,变频器 ,安全 - 1 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, ABSTRACT The elevator is the indispensable means of transportation of the modern skyscraper. As people’s requirement of elevator performance and taking comfort improving, Its control mode is replaced by PLC control with the simple Relay control. The programmable controller of OMRON C60P- PLC was used to the control of four-story elevator in this thesis. For the design requirements, in the selection choose of the CPU is completed, I / O address is assigned, and designed the PLC on the elevator control software programming. Think about the characteristics of the elevator, achieved the motor using PLC start, and stop designing. In the process of design, we consider elevator failures that may occur and solutions, Finally, the simulation proved the design work. And it demonstrated that this design has achieved all the requirements, and achieved satisfactory results. KEY WORDS: elevator, plc control, variable-frequency drive, safety - 2 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 目录 第1章 绪 论 .............................................................. 5 1.1选题背景及研究意义 ................................................... 5 1. 2继电器控制系统的特点及存在问题 ....................................... 5 1. 2. 1继电器控制系统的特点 ............................................ 5 1. 2. 2电梯继电器控制系统存在的问题 .................................... 6 1. 3可编程控制器(PLC)在电梯控制中的应用 .................................. 6 1. 3. 1可编程控制器(PLC)的特点 ......................................... 6 1. 3. 2可编程控制器(PLC)控制电梯的优点 ................................. 8 1. 4论文的内容安排 ....................................................... 9 第2章 系统硬件设计 ....................................................... 10 2.1 概述 ................................................................ 10 2.2 控制系统 ............................................................ 12 2.2.1系统PLC的选择 ................................................... 12 2.2.2 PLC控制系统原理图 ............................................... 13 2.3 演示模型硬件设计 .................................................... 13 2.3.1 设计思想 ........................................................ 13 2.3.2 PLC参数 ......................................................... 14 3.3 PLC控制系统I,O地址功能分配表 .................................... 16 第3章 系统软件设计 ....................................................... 17 3.1程序编制原则 ........................................................ 17 3.2控制系统程序说明 .................................................... 20 3.2.1指层功能 ......................................................... 20 3.2.2 轿内指令处理 .................................................... 21 3.2.3召唤信号处理 ..................................................... 23 3.2.4 层指令 .......................................................... 25 第4章 电梯的安全与保护 ................................................... 29 4.1 概述 ................................................................ 29 4.2 常见安全保护系统的设计 .............................................. 31 4.2.1超速断绳保护 ..................................................... 31 4.2.2 层门锁保护 ...................................................... 32 4.2.3 开关门安全保护 ................................................. 32 4.2.4缺相、错相保护 ................................................... 34 4.2.5电梯电气控制系统中的短路保护 ..................................... 34 4.2.6 曳引电动机的过载保护 ............................................ 34 4.2.7超载保护 ......................................................... 35 - 3 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 第5章 结束语 ............................................................ 36 致 谢 ..................................................................... 37 参 考 文 献 ............................................................ 38 附 录 ..................................................................... 39 - 4 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 第1章 绪 论 1.1选题背景及研究意义 电梯是高层建筑不可缺少的交通运输工具,电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著,因此必须努力提高电梯系统的性能,保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。随着人们对其要求的提高,电梯得到了快速的发展,其拖动技术己经发展到了变频调速,其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。电梯是垂直运输工具,属于位能负载,并且要求频繁起停,随着载客量多少的变化、上下行的变换,在空载上行或重载下行时,电动机的负载最小,甚至是处于发电状态,而电梯在重载上行或空载下行时,电动机的负载最大,是处于电动状态,这就要求电动机在四象限运行。传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变,这满足不了乘客的舒适感;另外,传统的电梯控制系统由继电器控制逻辑组成,存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁,可靠性差和工作寿命短等缺陷。可编程控制器(PLC: Programmable Logic Controller)是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的,是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其优点,电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。因此,PLC控制技术己成为现代电梯行业的一个热点。 此次设计主要探讨了变频调速电梯PLC控制系统的运行规律和逻辑控制,限于实验条件的限制,本次设计以软件设计为主,模拟演示中硬件设计主要为软件服务,演示作者所设计的电梯系统的信号处理功能,从而进一步论证PLC在电梯控制系统中的优越性。 1. 2继电器控制系统的特点及存在问题 1. 2. 1继电器控制系统的特点 (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。 - 5 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 1. 2. 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. 3可编程控制器(PLC)在电梯控制中的应用 1. 3. 1可编程控制器(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。 (1)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,断电保护,故障诊断和信息保护及恢复等,提高了MTTR,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 - 6 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 易发生操作的错误。 图1-1 PLC的基本结构 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, - 7 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 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、布尔助一记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语一言。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。 PLC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. 3. 2可编程控制器(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,外部线路简化。 (3) 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。 - 8 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, (6)更改控制方案时不需改动硬件接线。 1. 4论文的内容安排 电梯的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷,因此采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器(PLC)来控制电梯。调速系统采用交流变频调速,在各种负载下都有良好的调速性能和准确的停车性能,满足乘客的舒适感和保证平层精度(即准确停车),并能节约大量电能。 论文的安排如下: 第一章在查阅大量参考文献的基础上,介绍了本课题选题的背景及研究意义,通过继电器控制与PLC控制电梯的对比,论证PLC控制的优越性。 第二章阐述了电梯PLC控制系统的硬件设计,包括模拟演示系统的设计。 第三章阐述模拟演示系统的软件设计。 第四章在电梯安全保护方面进行了设计 第五章对毕业设计进行。 - 9 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 第2章 系统硬件设计 2.1 概述 电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为PLC主机、操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC,存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号,向拖动和门机控制系统发出控制信号。 图2.1 电梯PLC控制系统结构图 图2-1电梯PLC控制系统结构图 - 10 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 电梯PLC控制系统实现的功能: (1)一台电机控制上升和下降。 (2)各层设上/下呼叫开关(最顶层与起始层只设一只)。 (3)电梯到位后具有手动或自动开门关门功能。 (4)电梯内设有层楼指令键,开关门按键。 (5)电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯。 (6)待客自动开门,当电梯在某层停梯待客,按下层外召唤按钮,能自动开门迎客。 (7)自动开关门,在一般情况下,电梯停站5秒应能自动开门;在延时时间内,若按下开门按钮,门将不经延时提前实现开门动作,开门6秒应能自动关门;在延时时间内,若按下关门按钮,门将不经延时提前实现关门动作。 (8)按钮开关门。在开关过程中或门关闭后,电梯启动前,按下操纵盘上开关按钮,门立即打开。 (9)轿内指令记忆。当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时,电梯应能按顺序自动停靠开门,自动确定运行方向。 (10)自动定向。当轿厢内操纵盘上,选层指令相对与电梯位置具有不同方向时,电梯应能按先入为主的原则,自动确定运行方向;呼梯记忆与顺向截停。电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号,对符合运行方向的召唤,应能自动逐一停靠应答。 (11)自动换向。当电梯完成全部顺向指令后,能自动换向应答相反方向的信号。 (12)自动关门待客。当完成全部轿厢内指令,又无层外呼梯信号时电梯应自动关门在调定时间内自动关闭轿厢照明。 - 11 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 2.2 控制系统 根据设计要求,本次设计的电气控制系统主回路原理图如图所示。图中M1,M2为曳引电机和门电机,交流接触器KM1~KM4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门,从而进行对电梯的控制。FR1,FR2为起过载保护作用的热继电器,用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器,起过电流保护作用。 图2.2 电梯PLC控制系统主电路 2.2.1系统PLC的选择 根据控制系统的输入装置和输出装置及数量,并留有余量,本设计选择了日本OMRON公司生产的C 60P型机。日本OMRON的SYSMAC C 系列 P 型机,是一种小型整体式PLC,在小规模控制系统中已获广泛应用。它具有以下优点: (1) C60P 的输人输出点数能满足系统要求,且C60P配置灵活,除主机外,还可 以扩展I/O模块,可增加系统的I/O点数; (2) C60P指令功能丰富,有最基本指令8条,各种功能指令82条,且指令执行 速度快; - 12 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, (3) C60P PLC的内部辅助继电器IR,定时器TC,数据区的功能和数量能满足系统 控制要求,尤其是高速计数器能接受脉冲编码器的脉冲; (4) C60P PLC的体积小,但控制功能和性能相当不错; (5) C60P PLC的编程,可用编程器,也可以在电脑上使用OMRON公司的专用编程 软件进行。编程语言可用梯形图或指令表。还可对系统进行实时监控,为调试和维护 提供了极大的方便。 2.2.2电梯PLC信号控制系统框图 图2.3电梯PLC信号控制系统框图 2.3 演示模型硬件设计 2.3.1 设计思想 由于实验条件限制,只能用按键、二极管、数码管等元件来演示电梯的基本的逻辑动作:实际中电梯的楼层感应信号来自霍尔元件等传感器信号,在这里用按键开关代替;为了直观演示,用数码管来显示楼层,但是为了节约资源,使用数字芯片74ls47来驱动数码管;PLC的COM端、数码管、74ls47均使用外接5V电源。 - 13 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 图2.4 PLC电梯控制系统原理图(演示模型) 2.3.2 PLC参数 一般规格 电源电压 -A AC100,240V 50/60Hz -D DC24V 容许电压范围 AC85,264V DC20.4,26.4V 型号末尾-A耗电 40VA以下 60VA以下 型号末尾-A耗电 20W以下 20W以下 - 14 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, DV24V输出端子 ?10%最大0.2A ?10%最大0.3A 使用环境温度 0,55? 使用环境湿度 35,85%RH(不结露) 保存环境湿度 -20,65? 性能规格 控制方式 存储程序 编程语言 梯形图方式 指令长度 每条指令一步,每指令占1,6字 指令种类 37种(基本指令12种,应用指令25种) 处理时间 平均10us/1指令(RAM),13us/1指令(ROM) 程序容量 1194步 20,36点(C20P),28,56点(C28P) 输入输出继电器 40,80点(C40P),60,120点(C60P) 136点(1000,1807) 内部辅助继电器 使用高速计数命令时,1807为其专用 特殊辅助继电器 1,6点(1808,1907) 保持继电器 160点(HR000,915) 暂时记忆寄存器 8点(TR0,7) 64字(DM00,63) 数据存储器 使用高速计数命令时,DM32,63为其专用 定时器/计数器 TIM,TIMH,CNT合计48点 高速计数器 1点 - 15 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 停电保持机能 保持继电器、计数器、数据存储器内容 电池寿命 25oC条件下为5年 自诊断机能 CPU异常(时钟、监视、定时器) 2.3.3 PLC控制系统I,O地址功能分配表 输入地址表 输入点 输入设备 设备说明 00001 一层上召唤按钮 00002 二层上召唤按钮 00003 三层上召唤按钮 00004 二层下召唤按钮 00005 三层下召唤按钮 00006 四层下召唤按钮 00007 一层轿内指令按钮 00008 二层轿内指令按钮 00009 三层轿内指令按钮 00010 四层轿内指令按钮 00101 一层感应信号 按键开关模拟 00102 二层感应信号 00103 三层感应信号 00104 四层感应信号 输出地址表 输出点 输出设备 设备说明 01001 上行指示灯 电梯正向上运行 01002 下行指示灯 电梯正向下运行 01104 轿内指示1 01105 轿内指示2 - 16 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 01106 轿内指示3 01107 轿内指示 4 01100 74ls47 A输入端 数码管显示对应楼层 01101 74ls47 B输入端 01102 74ls47 C输入端 01103 74ls47 D输入端 01003 一楼上召唤指示 01004 二楼上召唤指示 01005 三楼上召唤指示 01006 三楼下召唤指示 01007 二楼下召唤指示 01008 四楼下召唤指示 第3章 系统软件设计 3.1程序编制原则 (1)按实际电梯棱层显示方法显示。如:上升时,轿厢在1(2层之间显示“2”:下降时轿厢在1(2层之间显示“1”。 (2)用向上、向下箭头(三角形发光二极管)显示电梯的上行、下行。 (3)被呼叫的楼层(包括内呼和外呼)指示灯亮。响应后指示灯熄灭。 (4)当只有单向呼叫信号时,按楼层的顺序响应呼叫信号;当有双向呼叫信号时。优先响应当前运行方向(顺向)楼层的呼叫信号,然后响应逆向呼叫信号,未响应的楼 - 17 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 层呼叫信号被记忆。直到响应结束。 (5)电梯运行过程禁止开门,开门电梯禁止运行。 (6)电梯到层停车时响铃、自动开门,延迟一定时间后自动关门。也可以手动开、关门。 (7)由于关门到位是靠时间来控制,为了保汪轿厢门可靠关闭,关门时间足够长(如5秒)。 (8)电梯在任两层问行走不得超过30秒钟。否则判定电梯运行出故障,电梯自动停止运行。 (9)电梯设有上下极限位行程开关。当电梯运行到极限位置时,通过程序强行电梯停止运行。 (10)电梯如无任何呼叫,在当前层等待呼叫,等待超过一定时间自动返回基层。 - 18 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 开始 开电梯 轿内指令、厅外召唤信号登记 自动定向 开、关门控制 Y 厅外召唤信号 指层控制 N 指层信号=选层信号(指令、召唤) Y 换速平层停车 轿内指令、厅外召唤信号消除 开、关门控制 N 指令、信号均处理完毕 Y 停电梯 结束 - 19 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 图3-1系统程序图 3.2控制系统程序说明 3.2.1指层功能 楼层感应信号是电梯电路中的重要信号,因为它涉及到其他控制电路中的许多环节,诸如轿厢指令、厅外召唤信号、选向等。电梯一般都配有层楼指示器,以便指示电梯所在位置。 关于电梯轿厢层楼位置信号的获取,其方式有:1.由机械选层器获得,利用机械选层器的动、静触点的通断取得或消除层楼位置信号。2.对于无机械选层器的电梯,可以: (1)磁感应器信号直接输入:安装在轿厢上的遮磁板经过安装在井道上每层一个的干簧管感应器时,使该层站的感应器触点接通,并通过电缆将感应器触点信号输入PLC。PLC可直接使用输入点信号作为轿厢的楼层位置信号,进行定向、选层、换速。 (2)双稳态磁保开关状态编码输入:利用磁保开关的双稳态特性,通过磁铁不同极性和安装位置,使磁保开关的状态按一定规律编码输入PLC。 (3)旋转编码器或光电开关脉冲输入:旋转编码器的转轴直接与曳引电动机转轴相连,当电动机转动时,编码器输出与转角对应的脉冲数。通过累计脉冲数量可直接算出轿厢相应的位置行程,进而算出电梯运行过程中轿厢所处楼层位置。 演示模型中用按键开关代替楼层信号,利用数码管显示楼层。 - 20 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, 指层功能梯形图 3.2.2 轿内指令处理 轿厢内操纵箱上对应每一层楼设一个带灯的按钮,也称指令按钮。乘客按下要去层站的指令按钮,按钮灯便亮,即轿厢内指令登记。电梯运行到达目的层站后,该指令被消除,对应的按钮灯熄灭。 轿内指令与厅外召唤信号均需全部输入PLC中,主要方法有:按钮信号直接输入、组合输入、矩阵扫描输入、编码输入等。 指令信号处理包括信号的登记、显示以及本层(停车)消号。考虑到指令指示灯闪烁显示,需要定时器控制,为了便于与召唤信号区分开,故采用中间继电器来记住输入(指令按钮X7、X8、X9、XA)的状态,以实现指令的登记;由于本层消号的需要,故使中间继电器与输出互锁,以实现消号。 - 21 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, XA M0024 S Y1A M0024 R M0024 T11 T0011 TMR 0 10 T0011 Y0016 Y0016 T0011 Y0016 X9 M23 S Y19 M23 R 结 M23 T10 T0010 束 TMR 0 10 T0010 Y0015 Y0015 T0010 Y0015 X0008 M0022 S Y0018 M0022 R M0022 T0001 T0001 TMR 0 10 T0001 Y0014 Y0014 T0001 Y0014 X0007 M0021 S - 22 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, Y0017 M0021 R M0021 T0000 T0000 TMR 0 10 T0000 Y0013 Y0013 T0000 Y0013 轿内指令处理梯形图 3.2.3召唤信号处理 厅外召唤信号同轿内指令一样同样需要进行登记、显示、本层停车消号,此外还具有反向信号保持功能。 信号的登记采用自锁原理,软件上采用逻辑“或”实现。为了保证同向召唤消号,反向信号保持功能,其消号条件必须是楼层指示信号(Y7、Y8、Y9、YA)与方向指示信号(Y11、Y12)同时满足。 - 23 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, X0003 M0060 S X0002 X0001 Y0010 X0002 X0003 Y0019 Y0015 Y0015 Y0011 M0060 X0003 Y0018 Y0014 Y0014 Y0011 M0060 X0002 Y0017 Y0013 Y0013 Y11 X0001 - 24 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, Y001A Y0016 Y0016 Y0012 X0006 Y0019 Y0015 Y0015 Y0012 M0006 X0005 Y0018 Y0014 Y0014 Y0012 M0060 X0004 召唤信号处理梯形图 3.2.4 层指令 (1)定向选层 由于定向与选层换速直接相关,通常在编制定向程序中应适当考虑选层换速的要求,并为选层换速控制做信号准备。 本电梯的PLC控制系统采用全集选方式控制,因此,根据上行上优先、下行下优先的原则控制电梯自动选向,同时处理轿内指令与厅外召唤信号,方向信号的登记以当前所处楼层及接收到的第一条指令或召唤为准。再对所用指令和召唤进行楼层比较来判断方向信号的消号楼层。 - 25 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, X0002 Y0018 Y0019 Y001A D0004 MOV 2 0 X0008 M0002 X0001 X0003 Y0019 Y001A D0005 MOV 3 0 X0009 M0003 X0002 X0006 Y001A D0006 MOV 4 0 X000A M0004 X0003 M0001 M0005 S M0002 M0003 M0004 Y001A M0005 R D0006 Y001A M0005 EQ 0 = 4 R D0006 R 0 - 26 - 0 0 6 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, D0006 D0005 Y0019 M0005 EQ 0 = 0 EQ 0 = 3 R D0005 R D0006 D0005 D0004 Y0018 M0005 EQ 0 = 0 EQ 0 = 0 EQ 0 = 2 D0004 M0005 Y0012 Y0012 定向上行梯形图 (2)反向截层 电梯选层换速一般包括指令换速、召唤顺向截层换速、召唤最远反向截层换速。无 论在有司机或无司机运行状态,对于指令信号,电梯均需换速平层停车;当召唤方向与 电梯运行方向相同时,电梯换速停车,及顺向截层。只有在无司机运行状态,当同向指 令与信号均响应完毕,电梯运行至同向顶层(或底层)自动反向后,电梯才对反向召唤 信号应召服务,当有多个反向召唤信号时,先应召最远的反向召唤信号,及最远反向截 层,然后再以顺向截层方式应召其它召唤信号。 由于电梯的换速功能需要测速器等硬件装置,故在演示中,仅由消号来表示,模拟 其具体运行规律。 - 27 - 西安科技大学自动化专业毕业设计,论文, X0004 Y0018 Y0019 Y001A Y011 M0001 X0005 Y0019 Y001A X0006 Y001A X0004 Y0012 M0000 S X0005 X0006 M0000 Y001A T001F TMR 0 180 T001F M0006 S M0000 R X0003 Y0017 Y0018 Y0019 Y0012 M0014 X0002 Y0017 Y0018 X0001 Y0017 X0003 Y0011 M0010 S X0002 X0001 M0010 Y0017 T000F TMR 0 180 T000F M0005 S M0010 R - 28 - 第4章 电梯的安全与保护 4.1 概述 电梯是高层建筑物中的垂直运输工具,其功能与作用就是频繁的在空间上上下下的运输乘客与货物,因此必须有足够的安全性,以防止任何不安全的情况发生。为了确保在运行中的安全,设计电梯时需要设置多种机械装置和电气安全装置,这些装置就组成了电梯安全保护系统。 电梯安全保护系统中设置的安全保护装置,一般由机械安全装置和电气安全装置两大部分组成,但是有一些机械安全装置往往也需要电气方面的配合和连锁装置才能达到可靠的动作效果。 电梯可能发生的故障: (1)由于维修人员违规操作造成的不安全运行。 (2)门没有可靠关闭时而轿厢运行。 (3)在电磁制动器失灵情况下运行。 (4)轿厢失控造成运行速度超过极限速度的超速运行。 (5)轿厢运行到顶层或底层时,不停车而继续运行,造成终端越位。 (6)当上终端限位失灵,造成轿厢冲顶。 (7)当下终端限位失灵,造成轿厢蹲底。 (8)由于平层控制电路出现故障,造成轿厢平层不准。 (9)由于限速器失效,使得轿厢超速时安全钳不能正常动作。 (10)由于超载开关失灵,造成轿厢超载运行。 (11)电动机断相、错相等状态下的轿厢运行。 (12)由于突然控制电路故障(如安全电路的误动作)或电梯停电等原因,造成运行中的电梯突然停车。 29 安全保护部分梯形图: M0SB2FRSB1 条件具备KM1 KM1 KN1KN2KM2安全条件具备M0 KC1 M1 超重检测KM2 KM2 超重报警 KM1 测速 KN1 N >115%n KN1 减速KC1 KM1 测速 KN2 N >140%n KN2 超速断绳报警 KN2 强制停车抱闸KC2 图4.1安全保护部分梯形图 注:M1——超重检测中间继电器 KC1——控制减速回路动作继电器 KN1/KN2——测速继电器,大于某一恒定值动作 30 地址表: 项目 功能 地址 名称 停止 X1 SB1 输如 启动 X2 SB2 热继 X4 FR1 超重继电器 Y1 KM2 测速1 Y2 KN1 输出 测速2 Y3 KN2 减速 Y4 KC1 停止 Y5 KC2 4.2 常见安全保护系统的设计 4.2.1超速断绳保护 按GB7588----95标准的规定,当电梯下降速度达到额定速度的115,时,限速器上的第一个开关动作,使电梯自动减速;而当达到140,时,限速器上的第二个开关动作,切断控制回路使电梯停止运行;而此同时,限速器通过机械结构使限速器钢丝绳卡死不动,而电梯轿厢仍在向下,这样被卡住的限速器钢丝绳产生一个向上提拉力,从而把它与之相关的轿厢安全钳向上提起,使仍在下行的轿厢被安全钳楔块紧紧的卡在电梯导轨上,这样使下行的电梯轿厢被掣停于某一位置而不再下降;同时把与之相对应的安全钳开关断开,进一步使电气控制电路切断,强令电梯停止。 这一保护是很重要的,凡是在有可能使各类人员进入电梯轿厢内的电梯,必须设置这一保护,是极为重要的保护环节,绝不能等闲视之,但只有在不允许,也不能进入各类人员的小型杂物电梯上才可不设置这一保护环节。 31 M4.5M3.1I2.0 M3.2I2.1 M3.3I2.2 M3.4I2.3 M3.5I2.4 M3.6I2.5 M3.7I2.6 图4.1 起动运行及抱闸控制梯形图 4.2.2 层门锁保护 M4.0I2.7 电梯运行时必须关闭好门后方可运行。因此电梯门(包括轿厢门和各层楼的所有层门)必须闭锁;若没有闭锁好,是不允许电梯运行的。并且还要求不可能 I1.0M5.0随意强制拨开各个层楼的层门。所以各楼层的层门必须要有机械和电气的联锁保护,即只有当各个层门确实关闭好后,机械的钩子锁锁紧后电气触点才能接通,P 这样电梯就可安全地运行。 M4.5M5.0M4.6 4.2.3 开关门安全保护 电梯门有安全触板和门力矩保护装置 I5.6I5.7I1.7 开门到位后,如没有碰到开门限位开关,或限位开关失灵,则由于开门继电器仍吸合,门电机会发生堵转,时间一长电机可能会烧毁。为此可设计门电机保 M4.3M4.6Q1.1Q1.0护程序,当开门动作时间超过正常开门时间约为2-3秒后,通过定时器记时自动切断开门信号,停止开门。如再按开门按钮,可再发出开门信号。要实现这个功 M4.4 32 能只要在原开门控制梯形图中加入一个定时器计算开门保护动作时间功能。当发出开门信号后,如没有外界开门信号,即I0.0和M1.1无信号,则定时器T37开始计时,时间预置值应长于正常开门时间一点,当记时间到,如限位开关仍未动作,则通过T37动作断开Q0.6,停止开门。并由T37触发使定时器自锁,Q0.6维持OFF。当有开门信号时I0.2或M1.1为ON,其闭点为OFF,定时器复位,T37为ON,可再次进行开门控制。 INQ0.6I0.0I0.6M0.0T37 TON PT T37 20 M0.0I0.2T37Q0.6 I0.0I0.6 T38 IN TON M1.1I0.6 PT 图4.3 开门控制梯形图 60 Q0.6 在关门梯形图中也设置了关门安全保护,因为关门限位开关若不动作或失灵,同样容易将门电机烧毁。与开门过程保护一样,可在开始关门后通过定时器(T39时间继电器)计时,超过正常关门时间,自动停止关门,以保护门电机。 I0.5I0.2Q0.6I0.6 这一保护环节主要是指在关门过程中防止夹伤乘客等人员的保护装置。一般有:安全触板,光电保护或电子光幕保护装置和关门力限制保护等。这些保护装置可任选一种或两种以上均可。 这些保护装置是在电梯关门过程中才起作用的。当有乘客或其他人员在电梯关门过程中碰撞(或接近)电梯门扇时使电梯门停止关闭,并立即开启,从而使乘客不致被门扇夹痛(伤)。 程序的运行过程:当处于司机控制时,I0.5闭点为OFF,关门只由关门按钮控制。当处于无司机状态时,I0.5闭点为ON;在开门状态下,I0.2开点为ON;无 33 开门信号,Q0.6闭点为ON;且在停车状态下,I0.6闭点也为ON;定时器T39开始计时。当计时到预定值时,则T39继电器为ON,或按关门按钮使I0.1为ON。当门未关闭时,I0.3触点为ON,则Q0.7为ON,驱动关门继电器吸合,门机带动轿门关闭。当轿门关闭到位,碰到关门限位开关闭合,I0.7闭点断开,使Q0.7为OFF,关门继电器断电释放,停止关门。锁梯时,电源继电器释放,输入到PLC的常开点断开,使Q1.1常闭点为ON,同理使Q0.7为ON,驱动关门继电器吸合。当超载时,I2.0常闭点为OFF,使Q0.7始终为OFF,不能关门。当在关门过程中按开门按钮,或碰安全触板,则I0.0闭点为OFF,使Q0.7由ON变为OFF,停止关门。 4.2.4缺相、错相保护 如当供给电梯用电的电网系统,由于检修人员检修时不慎而造成三相动力线的相序与原相序有所不同时,就可使电梯原定的运行方向变更为相反的方向,这样就会给电梯运行造成极大的危险性,带来不堪设想的后果。此外也为防止电梯曳引电动机(或原动机)在电源缺相情况下的不正常运转而导致烧损电动机现象的产生。因此要求在电梯控制系统中必须设置:缺相、错相的保护继电器。这一要求在新的和旧的《电梯制造与安装安全规范》中均有明确的条文规定。 当输入交流曳引电动机(或直流电梯中的交流原动机,或主变压器)接线端子前的任一部分(例如热保护继电器、接触器的主触头、熔断器、总电源开关等等)发生问题而导致的缺相,均应通过缺相、错相保护继电器的动作而切断控制电路中的安全保护回路。 现在,人们常将缺相和错相的两种保护作用合并在一个继电器内,这就是我们通常所称的缺相、错相保护继电器,现在常用的该继电器型号有XJ—3型和XQJ一86--?型等。 4.2.5电梯电气控制系统中的短路保护 一般的电气设备均应有短路保护,在电梯的电气控制系统中也与其他电气设备一样,均用不同容量的熔断器进行短路保护。 4.2.6 曳引电动机的过载保护 一般最常用的过载保护是热继电器保护,当电梯长期过载(即电动机中的电流大于额定电流),热继电器中的双金属片经过一定时间(该时间将随电动机中电 34 流大小而变化)后变形而断开串接在安全保护回路中的热继电器触点,从而切断全部控制电路,强令电梯停止运行,从而保护电动机(或主变压器)不因长期过载而烧损。 现在,也有通过埋藏在电动机(或主变压器)绕组中的热敏电阻(或热敏开关),即当过载发热而引起的阻值变化量经放大器放大,使微型继电器吸合,断开其串接在安全保护回路中的常闭触头,从而切断电梯的全部控制电路。强令电梯停止运行,从而保护电动机(或主变压器)不被烧坏。这种过载保护的接线示意如右图所示。除了上述的短路保护和过载保护外,现在也常选用带有失压、短路过载等保护作用的空气自动开关作为电梯电源的主控制开关,在失压、短路、过载情况下,迅速切断电梯总电源。因此选用合适的电梯总电源开关也是十分重要的。 4.2.7超载保护 超载装置一般装置在电梯轿厢底,这一超载装置可以是有级的开关装置,也可以是连续变化的压磁装置或应变电阻片式的装置,但不论何种结构型式的超载装置,只要电梯超载时均应发出超载的闪烁灯光信号和断续的铃声;与此同时使正在关门的电梯停止关门并开启,直到多余的乘客退出电梯轿厢,不再超载时,才会熄灭灯光信号和铃声,并可重新关门起动运行。 超载信号灯及铃声(蜂鸣器)均是装置在轿厢内操纵箱内部的,在其面板上有“OVERLOAD”红色灯光显示板。 ,当超载开关SA74动作时KA74,从而使继电器KA75延时吸合(因该继电, 器线圈两端并联的C75电容充电需要时间,即充电达到继电器的吸引电压时KA75 ,吸合) 超载灯HL74点亮,HA铃发声,但当KA75吸合后,其本身的常闭触点又断开其吸合线圈的电路,但KA75不会立即释放,一旦释放后,灯立即不亮,铃也不响。而KA75的本身常闭触点又再次复位,又再次接通KA75的吸合电路,即又开始重新对C75电容器充电,充电达到KA75吸合电又使灯亮、铃响,这样 ,周而复始,直至SA74开关复位(即不超载) KA74,切断了KA75继电器线圈电路接通的可能性。 35 第5章 结束语 经过长时间的细心工作,通过在图书馆查阅有关资料,了解了电梯的起源和发展过程,并且加深了对电梯运行过程、控制系统的认识,熟悉了可编程序控制器在电梯控制系统中的运用。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。通过这次设计,我还认识到无论做什么,都需要踏实,勤奋,严谨的工作态度,这对我以后的工作将会产生深远的影响。 本设计基本上达到了设计目的。通过PLC组成的控制系统,省掉了接口电路的制作,系统结构简单、紧凑、可靠性高。直接将电梯的内外呼梯信号、层位检测信号、限位信号、开门关门信号等开关量接到PLC的开关量输入端, 通过本次设计,我学习到了许多关于电梯领域的专业知识,如电梯的控制系统具有“有司机”运行和“无司机”运行即手动和自动的功能,且具有指层、厅召唤、选层、选向等功能。在融合自己专业知识的同时,尝试着学习新的技能和以前从未接触过的专业知识,将所学知识运用到设计中,不断扩展我的知识领域,专业技能也得到了进一步的提高,增强了分析和解决实际工程中的综合能力。另外,也培养了严肃、认真的科学态度和严谨求实的工作作风。但由于本次设计时间仓促,实际条件的限制等,没能详细进行设计。当然,设计中肯定还有其他不足和纰漏之处,恳请各位指导老师指正。 36 致 谢 大学的学习已经接近尾声,这次毕业设计不仅使我将所学的知识都融合在一起,还给了我一次锻炼动手能力的机会,并且在杜京义老师帮助下,使我的专业水平有了很大的提高。 在毕业设计即将结束之际,我首先要感谢我的导师杜京义教授。他不辞辛苦,经常在百忙之中给予我帮助。当我有不明白的问题时,老师们会耐心地给我讲解,并在学习和科研方面给了我方向性的指导,为我提供了良好的科研环境,不仅让我学到了知识,掌握了科研的方法,也获得了实践锻炼的机会。老师的言传身教、循循善诱,使我学到了作为一名大学生应该具备的那种踏实勤恳、一丝不苟、求真务实的优良品质和严谨的教学态度。在本论文的撰写过程中,老师从选题直至成稿一直给予我重要的指导和帮助,为我解开了无数的困惑,提供了很多关键性的建议。在课题实物的设计中,使我拓宽了知识面,开阔了眼界,提高了对知识的综合应用能力,增强了学习知识的兴趣。在内容的研究中,他们在技术上给予了我极大的帮助,并且在论文的最后评阅过程中,也给我提出了非常有价值的意见,使我受益匪浅。在此祝愿老师们身体健康,工作顺利。 正是由于老师、同学、学校的这些方方面面的大力支持和热心帮助,我的毕业设计才得以很好的完成,在此,我再次给予他们我最真诚的感谢~ 37 参 考 文 献 [1] 尔桂花,窦曰轩.运动控制系统[M].北京:清华大学出版社.2002. 10 [2] 黄向慧,杨世兴,黄梦涛.现代电器自动控制技术(第2版)[M].河北:人民邮 电出版社.2009.6 [3] 易继锴,候媛彬.智能控制技术[M].北京:北京工业大学出版社.2002.2 [4] 胡寿松.自动控制原理[M].北京:科学出版社.2001.2 [5] 顾绳谷.电机与拖动[M].北京:机械工业出版社.2005.9 [6] 胡学林.可编程控制器教程[M].北京:电子工业出版社.2003.11 [7] 韩安荣.通用变频器及其应用[M].北京:机械工业出版社.2002.2 [8] 杜金城.电气变频调速设计技术[M].北京:中国电力出版社.2002.7 [9] 陈立定,吴玉香,苏开才.电气控制与可编程控制器[M].广州:华南理工大 学出版社,2000 [10] 胡立涛.可编程控制器——原理、应用与实验[M].海口: 海南出版公司, 2005 [11] 李全利. 可编程序控制器及其网络系统的综合应用技术[M].北京:机械工 业出版社,2005 [12] 宋军烈. 可编程控制器实验教程[M].哈尔滨:东北大学出版社,2003 [13] 李惠昇. 电梯控制技术[M].北京:机械工业出版社,2005 [14] 中国知网 www.cnki.net 38 附 录 程序(梯形图) 39 40 41 42 43
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