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基于PLC的电梯控制系统设计

[日期:2012-08-26]   来源:28毕业论文网  作者:28毕业论文网   阅读:270[字体: ]
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基于PLC的电梯控制系统设计

摘要:电梯作为垂直运输的工具,其作用在建筑物中至关重要。为了保证电梯运行既高效节能又安全可靠、操作方便,可采用可编程控制器(PLC)来控制电梯系统。本文介绍了基于PLC的电梯控制系统的研究和设计。主要涉及两台11层住宅区居民楼电梯的PLC控制系统的基本结构、工作原理以及总体设计方案,并且分析了采用PLC在电梯控制系统中应用的优势。

关键词:PLC,电梯,控制系统,基本结构

1 文献综述

随着现代经济的发展,人们的物质文化生活水平的逐步提高,建筑业得以迅速发展,大批的高楼大厦拔地而起[1]。电梯是服务于三分之一楼层的固定式升降设备,建筑的发展必然带来了电梯行业的快速发展[2]。如今电梯已和人们的日常生活密不可分,是机械电气相组合的机电一体化产品。电梯的应用日益广泛和普及,保证电梯的运行既高效节能又安全可靠,已越来越多地引起了电梯业界人士的关注[3]。

自 1889 年美国奥梯斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来,已经历了一百多年,现在电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具,而且作为载人工具[4],人们对电梯在可靠性、舒适性、低噪音、低能耗、操作方便性等性能方面的要求也愈来愈高,电梯群控系统应运而生,两台电梯的并联优化控制又是电梯群控较简单、也是最常见的情况[5]。两台电梯并联控制或是多台电梯群控,其最直观的感觉是两台或多台电梯并排设置并且共享各个楼层的厅外呼梯信号,并能按预定的规律进行各电梯的自动调度工作。目前电梯的控制普遍采用了两种方式,一是采用微机作为信号控制单元,第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制[6]。微机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功能,但也存在抗干扰性差、系统设计较复杂、一般维修人员难以掌控其维修技术等缺陷;而PLC控制系统由于运行可靠,使用维修方便,抗干扰性强等优点[7],使得系统可靠性大大提高[8],从而PLC控制系统已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。

2 选题背景及其意义

随着科学技术的发展、城市现代化进程的突飞猛进,电梯作为高层建筑主要的垂直交通运输工具[9],必然要做到高效、安全、可靠、方便等。现代高层建筑中各办公大楼、住宅、宾馆、医院、仓库、码头、甚至是大型的货轮等都离不开它。电梯已完全融入我们的生活、生产中,满足人们生活、工作以及学习上的需要[10]。

据统计,我国在用电梯已达40多万台,每年还以约5万~6万台的速度增长[11]。并且在实现电梯群控系统后,据一些资料数据显示,电梯并联后的运送能力提高了20%-30%左右,减少了电梯因停层而带来的加减速、开门、关门及等待的时间,因而在上、下班客流量的高峰时段,乘员候梯和乘梯的时间大大减短。电梯运行实际能量消耗的50%是在减速、加速这段运行过程中。电梯并联后,电梯停层数量的减少很大程度减少电梯运行的电力消耗[12]。如果两电梯各自独立运行,容易发生电梯响应呼梯信号而运行到站后,乘客已被另一台电梯接走而空运行的现象,长期这样必然造成很大的能源浪费,给电梯的集中管理造成较大的困难[13],而且使得电梯系统处于非最佳运行状态,难以提高运行效率,乘客的需求也不能得到最好的响应和最好的满足。

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[14]。在电梯控制系统中,PLC控制可以降低因专门设计和制造微机控制装置的成本,且 PLC 具有编程简单、控制运行可靠性高、抗干扰能力强、通用性好、功能强大、开发周期短、体积小、使用方便、可扩展性强、成本低、维护方便以及强大的网络通讯功能等优点,因此成为现代楼宇电梯控制系统的主流[15],同时在我国电梯行业有着广泛运用。这种电梯控制系统较原有电梯控制系统可以更容易的完成更为复杂的控制任务,其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的[16]。

现有的电梯控制技术仍存在缺点和不足之处,如何把更为先进的技术应用于电梯群控之中,以进一步改善运输的效果、提高运行的效率、满足乘客的需求[17],仍然需要更深入的探索和研究。因此运用可编程控制器(PLC)对电梯控制系统、特别是电梯群控系统进行研究与设计具有十分重大的意义。

3 研究内容

3.1 电梯的主要组成部分

电梯是由机械系统和电气系统两部分组成。

电梯的机械系统部分由曳引系统、轿厢和门机系统、平衡系统、导向系统以及机械安全保护装置等部分组成,如图3-1所示。

电气系统又由电力驱动系统、电气控制系统和安全保护系统三部分组成。

1一减速箱

2一曳引轮

3一曳引机底座

4一导向轮

5一限速器

6一机座

7一导轨架

8一曳引钢丝绳

9一开关碰铁

10一紧急终端开关

11一导靴

12一轿架

13一轿门

14一安全钳

15一导轨

16一绳头组合

17一对重

18一补偿链

19一补偿链导轮

20一张紧装置

21一缓冲器

22一底坑

23一层门

24一呼梯盒

25一层楼指示灯

26一随行电缆

27一轿壁

28一轿内操纵箱

29一开门机

30一井道传感器

31一电源开关

32一控制柜

33一曳引电机

34一制动器

3.2 系统整体方案设计

本次设计对象是某住宅区内居民楼的两台11层并联电梯,电梯轿厢可上下运行,轿厢门具有开关和限位等保护功能。轿厢内可提供上行信号、下行信号、平层检测信号、开关门限位信号、门安全信号等。

图3-2.系统整体设计框图

3.3 PLC电梯控制系统的硬件设计

在设计中两台电梯的硬件完全相同,在设计程序之前,首先通过进行PLC的I/O点的估算,进行PLC选型,在综合考虑各方面的因素后,本课题采用西门子公司生产的S7-200型号的PLC作为电梯的控制器。

3.4 PLC电梯控制系统的软件设计。

图3-3  电梯运行流程图

3.4.1 电梯的启、停控制

3.4.2 电梯的开、关门控制

图3-4  开关门流程图

3.4.3 双电梯的并联调度

正常情况下,1台梯在底层待命,另1台梯停留在最后停靠层,称自由梯或忙梯。某层有召唤信号,则忙梯立即定向运行去接某层的客人。

2台梯因轿内指令而到达基站后关门待命时,则应执行“先到先行”原则。如A梯先于B梯到基站,则A梯立即起动运行至事先指定的中间层楼待命,并成为自由梯而B梯则成为基站梯。

当A梯上行时,如上方出现任何方向的召唤信号,或下方出现向下的召唤信号,均在A梯的一周行程中完成,而B梯留在基站不予应答运行。但如在A梯下方出现向上召唤信号,则在基站的B梯应答信号而发车上行接客,此时B梯为忙梯。

如果当A梯正在向下运行时,其上方出现任何向上或向下的召唤信号,则在基站的B梯应答信号而发车上行接客,但如A梯下方出现任何方向的召唤信号,则B梯不予应答而由A梯去完成。

如当A梯正在运行,其他各层楼的厅外召唤信号又很多,但在基站的B梯又不具备发车条件,而在30~60s后,召唤信号仍存在,尚未消除,则通过延误时间继电器,令B梯发车运行。同理,如本应A梯应答厅外召唤信号而运行的,但由于电梯门锁等故障而不能运行时,则也经30~60s的延误时间后,令B梯(基站梯)发车运行。

3.4.4 召梯信号的登记和响应

3.4.5 电梯运行的方向

3.4.6 识别井道层间距离,实现准确的平层

3.4.7 故障报警控制

通过这几个程序模块以及其他控制程序的模块组成电梯运行时所需功能的总框架。

3.5 对系统进行仿真。

这次的设计中,由于要对电梯控制系统进行仿真,所以我选用了北京亚控公司的King-view6.5组态王软件,并且结合计算机以及S7-200型的PLC对系统进行仿真。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件,它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境,使用灵活的组态方式,为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。PLC为控制装置,在组态软件的画面中生成的虚拟电梯为被控对象,可以通过计算机屏幕观察虚拟电梯的运行情况。PLC的输入信号可以从PLC的开关量输入端输入,也可以在组态软件的画面中用鼠标点击按钮来产生。

在系统仿真过程中,运用到的一些参数可能会有所偏差,所以要通过多次仿真调试才能更接近实际,做到更完善。

4 工作特色及其难点,拟采取的解决措施

4.1 工作特色及其难点

工作特色:随着电梯事业的快速发展,人们对电梯在运行中的可靠性、平滑性、高效性、准确性等都有了更为严格的要求,从而使电梯从故障率高、可靠性差、接线复杂等的继电器控制方式发展为如今安全高效的PLC控制方式。因此PLC电梯控制已然成为电梯行业中互相竞争的资本,所以想要突破现有的技术有一定的成就是十分困难的。

难点:

(1)了解电梯的全部运作方式,以及充分理解并且能运用PLC基本及功能的指令。

(2)通过PLC设计电梯的电梯的厅呼叫控制、电梯的到站指示控制以为电梯的自动平层控制、停留时间等功能,并实现。

(3)用PLC程序设计来实现电梯的并联控制系统。

(4)本次的设计电梯是通过系统仿真,虽然基本结构与实际的电梯能做到完全一样,但是设计中运用到的参数总会与现实稍有偏差,导致最终仿真的结果会有些不符合实际。

4.2 拟采取的解决措施

在进行设计之前,必须先将所学的可编程控制器(PLC)的基本知识、功能指令熟悉掌握,再通过图书馆、上网等方式认真查阅有关技术资料、并且分析此类资料的内容,和所学PLC知识相结合。

熟悉并联电梯的运行过程,并记录,了解其中两条电梯运作的规律以及电梯自动开关门、到站指示、显示电路等。之后选择恰当的可编程控制器的型号,以满足电梯并联控制系统的要求。参考关于电梯并联控制的书籍,对电梯运行过程更进一步的了解和掌握,通过自己的研究以及老师给出的资料进行设计,减少误差,成功完成最后电梯控制系统的仿真。本文中的电梯并联系统仿真较简单,还需要不断的改进和加强。

5 论文工作量及预期进度

2011年12月根据所选课题,完成毕业设计的资料收集工作,并进行汇总整理,研究所收集的资料,定出设计大纲,并撰写开题报告,在指导老师审阅通过后上交,进行开题答辩。

2012年1-3月:完成科技论文翻译工作;进一步了解系统工作原理,确定系统设计方案,完成系统硬件电路设计;准备中期检查。

2012年4月:完成系统各功能部分的软件设计。

2012年5月:写毕业论文,检查全部内容,进行排版整理、定稿,准备答辩。

6 预期成果及其可能的创新点

预期成果:使用可编程控制器(PLC)实现对两台11层住宅区内的民居电梯的并联控制,准确无误的实现电梯的运行过程,并通过组态软件做出仿真。最终完成一篇关于PLC电梯控制系统的论文。

参考文献

[1] 张聚丽.PLC在电梯控制中的应用[J].科技资讯,2009,(36):3.

[2] 周亚军.电气控制与PLC原理及应用[M].西安电子科技大学出版社,2008.

[3] 魏伟.PLC控制技术与应用[M].中国轻工业出版社,2010.

[4] 丁镔.PLC控制四层电梯教学模型的设计[J].现代制造技术与装备,2010,(4):33-35.

[5] 李柏树.PLC在双电梯并联控制系统中的应用[J].机电产品开发与创新,2007,(6):173-175.

[6] 李晓霞.PLC在电梯控制系统的应用设计[J]. 数字技术与应用,2010,(3):21.

[7] 唐勇奇,赵葵银.PLC在变频调速电梯控制系统中的应用[J].工业自动控制,2001,(9):26-27.

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[11] 刘培尧.电梯原理与维修[M].电子工业出版社,1999.

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[13] 钟肇新.可编程控制器原理及应用[M].华南理工大学出版社,2004.

[14] 陈美谦.基于PLC/MCGS的电梯系统研究[D].厦门大学,2007.

[15] 胡国良.基于PLC网络的双电梯并联控制技术[J].机械制造与自动化,2010,(3):177-186.

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[17] 周万珍,高鸿斌.PLC分析与设计应用[M].电子工业出版社,2004.

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[19] Siemens AG.Hardware and Installation:CPU 312 IFM-318-2DP,2003.

[20] Siemens AG.Configuring Hardware and Communication Connections STEP 7V5.2 Manual,2002.

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