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1、毕 业 设 计设计课题：基于组态王的PLC升降机监控系统设计目 录摘要.4第一章 概述1.1 PLC的概述1.1.1 PLC的定义.51.1.2 PLC的特点.71.1.3 PLC的分类.71.2 电梯的发展1.2.1 电梯的现状及定义.71.3 电梯的类型和构造1.3.1电梯的类型.71.3.2电梯的构造.8第二章 电梯硬件控制系统设计2.1 电梯控制要求.102.2主电路的设计和电机选择.142.3 电梯的硬件配置.14第三章 电梯软件控制系统设计3.1 PLC程序分析.163.2 组态画面监控图.22第四章 电梯故障的分析4.1各类电梯安全可靠运行的充分与必要条件.244.2电梯机械系统
2、的常见故障分析.254.3电梯电气系统的故障分析.25摘 要 随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广。而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速发展。PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。本文在已有的通变频器的基础上，采用PL C对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，提高了电梯的控制水平，并改
3、善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。本课题是作用在仓库的二层电梯利用组态王软件及三菱FX2N PLC设计电梯监控系统的方法。同时,为了使该电梯监控系统能与PLC控制系统进行实时数据交换,采用了组态王软件与PLC模块间的通信方法。本系统实现了对电梯运行状态的双向控制,即在组态画面上能实时反应电梯的运行状态,并能通过组态画面控制电梯的运行。实验结果表明,系统运行正常,监控画面效果良好,对于实际工程项目的研究具有一定的借鉴意义。 第一章 概述1.1PLC的概述1.1.1PLC的定义 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于
4、其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。1.1.2PLC的特点：一、可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能 PLC由于采用现代大规模集成电路技术，
5、采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。二、配套齐全，功能完善 适用性强PLC发展到今
6、天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。三、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备 它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不
7、熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。四、系统的设计、建造工作量小，维护方便.容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。五、体积小，重量轻。能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.1.3 PLC的分类PLC通常可按输入/输出点数多少及结构特征两种方法分类。按输入/
8、输出点数多少PLC可分为微型、小型、中型及大型机。微型PLC输入/输出点数小于128点，以上两种机型通常为低档PLC；中型PLC输入/输出点数为128512点；大型PLC输入/输出点数在512点以上。按结构特征PLC可人整体式、模块式、整体模块混合式三种类型。整体PLC一般都是小型或微型机，集中CPU、输入/输出单元、电源、通信接口等部件都集成到一个机壳内。模块式PLC是将CPU、输入/输出单元、电源、通信接口等分别制成模块，在应用中可以按照需要进行模块组装，大、中型PLC一般都是模块式结构，整体模块混合式PLC将CPU、电源模块、通信模块及一定数量的输入/输出单元集成到一个机壳内，当其中的输
9、入/输出模块不够使用时再进行模块扩展。1.2电梯的发展1.2.1电梯的定义及现状随着现代化城市高速发展，为建筑物内提供上下交通运输的电梯工业也迅速发展起来。电梯不仅是生产运输的主要设备，更是人们生活和工作中必备的交通工具。和汽车一样，电梯已成为人们频繁使用的交通运输设备。在高层建筑中，电梯的作用在一定程度上比建筑物本身更为重要，设计上稍有疏忽，就很容易降低建筑物的使用功能，或造成垂直交通拥挤。因此，在现代建筑物中，电梯和扶梯的设计、使用和监控管理有着举足轻重的地位。电梯的安装、使用和控制方式的好坏，直接影响着整个建筑的使用效率。1.3 电梯的类型和构造1.3.1电梯的类型按使用性质分：客梯；货
10、梯；消防电梯按电梯行驶速度分： 高速电梯。速度大于2m/s。 中速电梯。速度在2m/s之内。 低速电梯。运送食物电梯常用低速，速度在1.5m/s以内。观光电梯：观光电梯是把竖向交通工具和登高流动观景相结合的电梯。1.3.2电梯的构造1）电梯由下列几部分组成：电梯井道；电梯机房；井道地坑：井道地坑在最底层平面标高下1.4m，作为轿厢下降时所需的缓冲器的安装空间；组成电梯的有关部件；2）轿厢；3）井壁导轨和导轨支架；4）牵引轮及其钢支架、钢丝绳、平衡锤、轿厢开关门、检修起重吊钩等；5）有关电器部件。第二章 电梯硬件控制系统设计2.1电梯控制要求 本课题要求，升降机采用了数字监控技术，采用组态软件对
11、升降机进行监控和控制。控制系统方面，本着高效、节能、优质的设计理念。选用控制方式为逻辑控制的PLC作为系统的可编程控制器，拖动系统还采用永磁同步（PM）无齿轮曳引技术专用变压变频（VVVF）调速技术控制曳引机。无齿轮曳引机的电动机电枢同制动轮和曳引轮同轴直接相连。采用变频调速，更为节能。 采用PLC控制的升降机可靠性高、序设计方便灵活、抗干扰能力强、运行稳定所以现在的升降机控制系统广泛采用可编程控制器来实现。电梯信号控制基本由CPU软件实现。输入到CPU的控制信号有：运行方式选择（如自动，有司机，检修，消防运行方式）运行控制，层站召呼，开关门及限位信号，平层信号等。（1）、电梯轿箱的控制要求：
12、 某一大型仓库需设计二层升降机，载重为1吨。一二层间隔10米。 选向：当电梯停于某层，有二层呼叫时，电梯上升到呼叫层停止。若为一层，则下降到呼叫层；当电梯停于二层时，有一层呼上，电梯先下降到一楼再开门，待关门后上升至二楼上升或者下降换速：指电梯能够根据轿箱到达的位置，碰触换速SQ1，换速SQ2切换高速低速。 （2）、电梯门的控制要求： 要求当电梯平层的时候，电梯门自动打开，经过3秒钟后电梯门自动关上。如果遇到有人在门中间的情况，电梯会因为传感器的作用而自动开门。 （3）当电梯处于上升或下降过程中，任何反向的呼叫，电梯须上升到顶层或下降到底层才会返回呼叫层。2.2主电路的设计和电机选择（1）、拖
13、动电机主电路：拖动电机的选择及原理：电梯的种类多种多样，按拖动系统来分有交流单速/交流双速拖动电梯、交流调压调速电梯等等。在此次设计中，我将采用交流永磁同步电动机作为曳引电机，永磁同步电动机转子为永磁体，无需励磁，因此减少了定子电流和定子电阻的损耗，电机效率更高。（2）、门电机主电路：只要满足功率要求，门电机选用一般三相异步电动机即可。用PLC来控制电动机的正反转来实现门的开关，采用星角降压启动，在电梯门装两个门限位开关，用来对开关门到头时制动，防止轿，厅门的损坏。一、 、曳引电机的选择 1电动机的特性要求 要具有大的起动转矩起动电流要小 起吊高度为10米 2载重量的计算 货梯轿厢自重为0.5
14、t，额定载重量为1t，对重=轿厢自重+额定载重*0.5=1t。 3电机功率的计算 (1)当电梯满载上行和空载下行时，电机处于电动状态；当电梯满载下行和空载上行时，电机处于制动状态。 因此，电机功率的计算主要考虑满载上行和空载下行两个阶段。 (2)计算数据。曳引绳采用5条；额定速度： V=2m/s额定载重： Q=1t轿厢自重： Wk=0.5t对重重量： Wc=1t飞轮距 =0.538提升高度： L=10m加减速时间 T=2s电机转速 N=1500r/min重力加速度 g=9.8电机效率取 =0.8一 满载上行：当轿厢装有110%载荷时，对钢丝绳来说，轿厢侧受力比对重大；因此，满载上行时，电机向系
15、统输出功率为转矩为T1=9550*P/n（Nm）二 空载下行：当轿厢空载时，对钢丝绳来说，轿厢侧受力比重小；因此，空载下行时，电机向系统输出功率。转矩为T2=9550*P/n（Nm）计算结果见下表项 目运行速度（m/s）2电机转速（r/min）1500上行力矩（Nm）93.59下行力矩（Nm）85.82满载上行（kw）14.7空载下行（kw）12.25平均功率（kw）13.48电机确定额定转速：1500(rpm)额定功率：15(KW)效率：(80%)输出转矩：100（N/m）额定电流：21(A)额定电压：380(V)2.3、电梯的硬件配置升降机电气元器件名称数量功能TY-15-永磁同步电机1为
16、曳引机提供动力三菱FX2n-48MR1可编程控制器选择按钮2信号输入三菱FR-F740-15-CHT1调速行程开关2实现变速、定位控制光幕传感器1安全平层开关2停车异步电机1开门电机 （1）升降机电器元器件 （2）I/O 元件分配 IO分配表X000一层上行Y000上行指示X001二层下行Y001下行指示X002一层平层Y002一层指示X003二层平层Y003二层指示X004开门开关Y004门电机开X005关门开关Y005门电机关X006开门限位Y006低速上行X007关门限位Y007低速下行X010换速SQ1Y010高速上行X011换速SQ2Y011高速下行X012光电开关（3）PLC接线图
17、 图-2根据输入输出端子的估算和所处的实验条件，这里选用三菱FX2N-48MR作为PLC，合计总数为48点，24点输入，24点继电器输出，DC24V；第三章 电梯软件控制系统设计一、PLC程序分析系统的调试与操作1）按下呼叫按钮，升降机在检测到门厅或轿箱的召唤信号后，便会上升到二楼楼层。上升过程中，只执行上行信号，向下信号无效，反之亦然。2）升降机开始起动，通过变频器驱动电机拖动轿箱运动。轿箱运动速度由低速转变为高速，并以高速运行至目标层。3）当升降机检测到目标层减速点后，升降机进入减速状态，由高速变为低速，并以低速运行至平层点停止。4）平层后开门，直至碰到开门限位开关；再经过一定延时后关门，
18、直到安全触板开关动作。二、组态画面监控图一层呼上，电梯上行，经过换速SQ1高速上行到达二楼平层，二楼电梯门开启。电梯门开门延时3秒后关闭，等待呼叫。第四章 电梯故障的分析4.1各类电梯安全可靠运行的充分与必要条件一、电梯安全可靠运行的充分与必要条件有：（1）必须把电梯的轿厢门和各个层楼的电梯层门全部关闭好这是电梯安全运行的关键，是保障乘客和司机等人员的人身安全的最重要保证之一。(2)必须要有确定的电梯运行方向(上行或下行)这是电梯的最基本的任务，即把乘客(或货物)送上或送下到需要停层的层楼。 (3)电梯系统的所有机械及电气机械安全保护系统有效而可靠这是确保电梯设备和乘客人身安全的基本保证。4.
19、2电梯机械系统的常见故障分析电梯机械系统的故障在电梯全部故障中所占的比重比较少,但是一旦发生故障,可能会造成长时间的停机待修或电气故障甚至会造成严重设备和人身事故。进一步减少电梯机械系统故障是维修人员努力争取的目标。由于润滑不良或润滑系统的故障会造成部件传动部位发热烧伤和抱轴,造成滚动或滑动部位的零部件损坏而被迫停机修理。由于没有开展日常检查保养,未能及时检查发现部件的传动、滚动和滑动部件中有关机件的磨损程度和磨损情况,没能根据各机件磨损程度进行正确的修复,而造成零部件损坏被迫停机修理。由于电梯在运行过程中振动造成紧固螺栓松动,使零部件产生位移,失去原有精度,而不能及时修复,造成磨、碰、撞坏机
20、件被迫停止修理。由于电梯平衡系数与标准相差太远而造成过载电梯轿厢蹲底或冲顶,冲顶时限速器和安全钳动作而迫使电梯停止运行,等待修理。4.3电梯电气系统的故障分析电梯故障绝大系数是电气控制系统的故障。电气控制系统故障比较多的原因是多方面的,主要原因是电器元件质量和维修保养不合格。电气系统的故障大致可以分为两类:电气回路发生的断路故障。电路中往往会发现电气元件入线和出线的压接螺钉松动或焊点虚焊造成电气回路断路或接触不良。断路时必须马上进行检查修理;接触不良久而久之会使引人或引出线拉弧烧坏接点和电器元件。短路故障。当电路中发生短路故障时,轻则会烧毁熔断器,重则烧毁电气元件,甚至会引起火灾。常见的有接触
21、器或继电器的机械和电器连锁失效,可能产生接触器或继电器抢动造成短路。接触器的主接点接通或断开时,产生的电弧使周围的介质击穿而产生短路。电气元件绝缘材料老化、失效、受潮也会造成短路。致谢三年的大学生活即将结束，在这期间掌握了不少专业知识。毕业设计可以说是三年学习的总结和体现，在指导老师的指导和帮助下，我完成了毕业设计的初稿。尽管这篇论文还存在着有些不足和缺憾，但在这期间，给予我帮助、支持和鼓励的各位老师、同学我表示最真诚的谢意和良好的祝愿。首先我应该感谢我的导师-陈冰老师。他严谨细致、一丝不苟的作风是我工作、学习中的榜样，他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，是他的亲历亲为的指导才使我得以完成了本次设计。通过导师陈冰老师的细心讲解，我得以按时完成该毕业设计。在次，我对胡老师表示衷心的感谢。我还要向机电工程系的各位领导和老师，在三年的时间里对我的教诲和帮助表示感谢！再次我为我几个月来静心学习感到欣慰，我要感谢母校，向关心和支持我学习的所有老师和同学们表示真挚的谢意！感谢他们对我的关心和支持！最后，想在百忙之中抽身来评阅我的论文的各位老师、教授致以最衷心的感谢！真诚地希望各位老师、教授对我的论文提出宝贵意见！谢谢！
