垂直升降电梯模型软件设计

垂直升降电梯模型软件设计 一、毕业设计(论文)综述(题目背景、研究意义及国内外相关研究情况) 1题目背景 随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。在许多交通设备中，电梯是自动化程度最高的先进设备的一种。以前的电梯主要采用单片机控制，其性能等各方面都不太完善，现在电梯控制系统多采用PLC，从电梯的性能、器件的灵活性及安全保障方面等都有了很大的提高。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。PLC已经成为现代工业控制的三大支柱之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序，具有远程通讯功能、易于计算机接口。能对模拟量进行控制，具备高速计数与控制等高性能模块等优异功能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数器继电器等组成的传统的继电接触器控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC的应用广度和深度已经成为衡量一个国家工业先进水平的重要标志之一。 2国内外发展趋势 在电梯向高技术发展，同时我们也清醒认识到中国人均收入低，对价格特别敏感，在这个特殊环境下，市场迫切需要简单、可靠的普及型电梯。在将来这类电梯约占中国电梯总需求一半以上。这类电梯特征是:电梯配置满足最低使用要求，但价格非常低廉，故障率很低，可靠性很高，经久耐用，在其使用寿命中基本不用维修，而且使用方便。这一类型电梯技术发展方向主要是:a)高新技术和新材料在制作电梯零部件的应用。如在零部件表面加高科技涂料，使其使用寿命大大延长。用价格低廉可靠性高的普及型电脑代替价高可靠性低的电梯专用电子板来控制电梯。b) 制作工艺改进。零部件工艺改进使产品价格降低，同时更加耐用。生产工艺和方式改变。可使这类电梯生产方式和现代大规模汽车生产方式一样，采用流水线生产方式。而且产量很高，年产4,5万台电梯。c) 大量使用标准件。这类电梯的零部件几乎所有都是在市场上可以采购标准件。 3电梯市场及主要技术 (1)国内电梯市场:各国电梯技术发展很快 ,我国的电梯业方兴未艾 ,应不断改善产品结构、质量和体制 ,争取在世界市场上占有一席之地，1993年我国电梯产量突破1.5万台比上年增长30%，自动扶梯产量1500台 ,创造了历史最好水平。1994 年有大的发展。我国一批企业相继开发了具有国际80年代水平的新型电梯 ,控制交流调速电梯已成为主导产品 ,高技术产品已占电梯产量的30%。利用外资的热潮持续高涨。电梯生产、安装、维修一条龙服务工作逐步推开 。电样配套件的专业化 生产有了很大的发展 ,并开拓了国际市场。这说明,在过去的几年中,我国的电梯行业整体水平有了明显提高。 (2)目前电梯技术:计算机、通讯技术的发展 ,使大楼的信息得以快速传递 ,从而可实现大厦智能化。智能大厦中的垂直交通工具电梯 ,显然应是智能化的。智能化的电梯首先要与智能大厦的所有自动化信息系统联网 ,使电梯成为安全舒适、高效优质的服务工具。串行通讯以其布线简单 ,信息传输量大等优点 ,在电梯控制系统中的应用日益增多 ,由于去掉了微机接口板上的输入和输出电路 ,减少了井道、机房中的布线数量 ,可靠性大大提高。随着大楼智能化程度的提高 ,现场总线技术现已开始应用于电梯控制系统与大楼的 BAS、FAS、SAS中。 二、本课题研究的主要内容和拟采用的研究、研究方法或措施 1研究内容 掌握对象工作过程及控制要求，电梯在PLC控制下实现安全，稳定，快速，可靠运行，实现电梯的自动化控制;使用S7-200PLC的编程方法，本次电梯模型采用s7-200PLC进行控制;分析主要输入输出点作用及控制过程，其控制系统包括厅门招呼线路、定向选层线路、电动机起动运行线路、呼叫指示线路、楼层显示线路、开关门控制线路、安全保护电路等;完成软件编程及调试，对各系统进行模块化分，合理分配各个I/O端口，画出梯形图，进行调试。 2研究方案 2.1电梯的空间组成 电梯模型的组成有:轿厢、门系统、重f平街系统、电气控制系统、电力拖动系统、安全保护系统等。 井道指建筑物中用于安装电梯并提供电梯运行的通道，轿厢及配重都是在井道中运行的。井道在各楼层设有门厅及呼梯设备。门厅有门厅门，厅门装有显示层楼的数码管，用于指示电梯的运行方向及电梯所在的位置。门厅还设有呼梯盒，用于在每层站召唤电梯。呼梯盒常安装在厅门外离地面lm左右的墙壁上，基站与顶站只有一个按钮，中间层站有上呼与下呼两个按钮。在门厅等候电梯的乘客可以按门厅的上行或下行召唤信号，此为外唤信号。这些保持信号在要求得到满足时应能自动消号。 电梯门分厅门及轿门，当电梯停靠某层时，此层的厅门在轿门的带动下开启及关闭。电梯的操纵箱也安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作命令。上面设有与 - 3 - 电梯层站数相同的内选层按钮，轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号司机及乘客可按下轿厢内操控盘上的选层按钮选定电梯运行的目的楼层，此为内选信号，还有上下行启动按钮灯，开关门按钮，急停按钮。 电梯的安全是电梯最重要的技术指标。电梯的安全设备有安全窗及其开关、安全钳及其开关、限速器及其开关、限速开关等。安全窗位于轿厢的顶部，供应急情况下疏散乘客，当安全窗打开时，电梯不准运行。安全钳是为了防止电梯曳引钢丝绳断裂及超速运行的机械装置，用以在上述情况下将轿厢夹持在轨道上。限速器是检测电梯运行速度的装置，当电梯超速运行时，限速器动作，带动安全钳使电梯停止运行。极限开关、强迫换速开关是电梯位置安全装置，当电梯运行至上下极限位置时仍不停车，上下限开关动作，发出停车信号，若仍不能停车，将压下上下强迫停车开关，强制电梯停止运行，若还不能停车，将通过机械装置带动极限开关切断曳引电机电源，以达到停车的目的，避免电梯出现冲顶与蹲底事故。 2(2电梯的功能上组成 曳引钢丝绳 曳引轮 导向 轮 对 重轿厢 电梯原理示意图 电梯是一种特殊的起重运输设备，由轿厢及配重、拖动电机及减速传动机械、井 [9]道及井道设备、召唤系统及安全装置构成。轿厢是载人或装货的部位，配重是为了改变电梯电机负载的特性以提高电梯安全性而设置的。上图是电梯拖动系统示意图，图中可见电梯的轿厢及配重分系在钢丝绳的两端，钢丝绳跨挂在曳引轮上，曳引轮经减速机构由电机拖动，形成轿厢的上下运动。 2.3电梯的控制系统 电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。电力拖动部分由拽引电机、抱闸和相应的开关电路以及开门机组成。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。 v t停车加速减速匀速 电梯理想速度曲线 电梯控制系统的调速部分 在拖动系统中，现在国内多采用电梯专用变频电机和与之相配套的专用变频器。专用变频器是为了满足电梯的灵活调速、控制及高精度平层等要求而专门设计的变频器。 电梯的变频电机按上图理想速度曲线运行(电机何时启动、换速以及电机转向是由PLC根据电梯呼梯、减速等信号做出决策，发出信号给变频器)，当变频器接收到PLC控制器发出的呼梯方向信号，变频器依据设定的速度及加速度值，启动电动机，达到最大速度后，匀速运行，在到达目的层的减速点时，PLC控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度。在减速运行过程中，变频器能够自动计算出减速点到平层点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使低速爬行时间缩短至0~3s在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度，即当电梯停得太早时，变频器增大低速度值或减少制动斜坡值，反之则减少低速度值或增大制动斜坡值。在电梯到距平层位置4,10cm时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现高精度的平层，从而达到平层的准确可靠。 2(设计方案 - 5 - 控制系统的核心为PLC主机，通过PLC输入接口送入PLC，由存储器的PLC软件运算处理，然后经过输出接口分别向指层器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动系统发出控制信号，那些信号需要输入PLC，PLC要驱动那些负载，以及用何种编程方式，输入输出点的确定，是设计整个控制系统的首要问题，决定系统的程序及线路设计方案。具体的电梯控制控制系统的总体框图如图所示。 呼叫信号运行方向开关门控电机楼层显示指示指示制 输出端口 PLC 输入端口 变频调速器内指令信号外呼叫信号开关门信号 控制系统结构方框图 PLC控制系统和其他类型的电梯控制系统一样，主要有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、井道及安全保护等信号通过PLC输入接口送入PLC，然后通过程序控制向拖动系统发出信号。 电梯控制系统能够实现以下基本功能:一台电动机控制上升和下降。各层设上/下呼叫开关(最顶层就设1个)。电梯到位后具有手动或自动开门功能。电梯到位后具有手动或自动开门或关门功能。电梯内设有楼层指令键、开关门按键、警铃风扇及照明按键。电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯。待客自动开门，当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门迎客。自动关门与提早关门。在一般情况下，电梯停站4~6s应能自动关门。在延时时间内，若按下关门按钮，门将提前实现关门动作。按钮开门。在开关过程中或门关闭后电梯启动前，按下操纵盘上的开关门按钮，门将打开。内指令记忆。当轿厢内操纵盘上有多少个选层指令是，电梯应能按顺序自动停靠，并自动确定运行方向。自动定向。当轿厢内操纵盘上有多少个选层指令相对于电梯位置有不同方向时，电梯应能按先入为主的原则自动确定运行方向。呼梯记忆与顺向载停。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。自动换向。当电梯完成全部顺向指令后，应能 自动换向，应答相反方向的信号。自动关门待客当完成全部轿厢内指令，又无层外呼电梯信号时，电梯应自动关门，并在设定时间内自动关闭轿厢内照明。自动返基站。当电梯设有基站时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站，停机待客。 三、本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 本课题研究重点在于熟悉电梯控制工艺要求，编写PLC程序并验证电梯运行情况，难点在于设计系统原理图和线路图。前期已开展的工作有:了解了垂直升降电梯相关知识、数字电路和模拟电路的相关知识、电器控制及PLC使用常识。 四、完成本课题的工作方案及进度 1、第一周:了解课题，收集相关资料 2、第二周:完成开题报告 3、第三至六周:熟悉垂直电梯工作流程，选择方案及其论证 4、第七至十周:掌握PLC的工作原理，完成控制方案设计 5、第十一至十五周:完成硬件系统的设计及编程、调试 6、第十六至十八周:完成毕业论文 参考文献 [1] 陈建明.电气控制与PLC应用.北京,电子工业出版社,2006 [2] 肖明耀.三菱FX系列PLC应用技能实训.北京:中国电力出版社2010.06 [3] 周美兰 PLC电气控制与组态设计.科技出版社 2005年. [4] 邓则铭、程良伦 电器与可编程控制器应用技术技术.机械工业出版社 2008 [5] 霍俊仪,万东梅.电气控制与 PLC应用技术仿真教学探讨[J]中国科技信 息,2005(12) . [6] 吴中俊，黄永红J可编程序控制器原理及应用 机械工业出版社，2004 [7] 齐从谦，王士兰 技术及应用机械工业出版社，2000 [8] 钟肇新.可编程控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社,2002. [9] 王兆义.小型可编程控制器实用技术[M].北京:机械工业出版社,2002. [10] 郁汉琪，盛党红，邓东华(电气控制与可编程控制器应用技术[M](南京: 东 南大学出版社，2003( [11] 刘小春 基于组态控制技术的PLC实验开发[J],电气技术与自动化, 2006 [12] SIMATIC. Components for totally integrated automation. Siemens,1999 [13] SIMATIC.STEP7-Micro programming reference Manual. Siemens,1999 - 7 - [14] SIMATIC.S7-200 Application tips. Siemens,1999 五、指导教师意见(对课题的深度、广度及工作量的意见) 指导教师: 年 月 日 六、 所在系审查意见: 指导教师: 年 月 日