基于西门子PLC的电梯控制系统的设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.目的及意义（含国内外的研究现状分析）

1.1设计目的及意义

随着我国现代社会文明的不断发展，人们物质文化生活水平的不断提高。尤其是改革开放的深入和发展，各地高楼大厦像雨后春笋般地矗立起来，电梯已经成为各高层建筑不可或缺的垂直交通工具，或承担着货物的运输、或担负着人员的交通，已经成为我们工作和生活中的必需设备。

2. 研究的基本内容与方案

2.研究的基本内容、拟采用的技术方案及措施

2.1研究的基本内容

本毕业设计（论文）以基于西门子PLC的电梯控制系统为研究对象，主要任务有：

(1)当电梯上行时，如遇到某层有上行的呼唤信号时，则在该层停止，同时消除该层的上行信号，对应的信号灯灭，门自动打开，而在上行过程中，下层的呼唤信号不起作用，下行信号仍被记忆，下行同理。

(2)在轿厢内按下关门按钮，门自动关闭，门到位后才能升降。电梯在升降过程中经过无呼唤信号的楼层时，不停止也不开门。

(3)在上升的过程中，如果上行和下行都有呼唤信号，应优先服务于上行的呼唤信号，在上层无呼唤信号而下层有呼唤信号时，则服务于下行呼唤信号，电梯在下降过程中的情况同理。

(4)电梯在停止时，可以用按钮直接控制开门、关门、开门定时时间到后若无人关门，电梯将自动关门，电梯停在某一层时，在门厅按下该层的呼唤按钮也能开门。

(5)电梯开门时不能上升和下降；电梯在升降过程中不能开门。

(6)对于设定的上下班高峰时间，电梯在低楼层不予停靠，同理，对于设定的用餐高峰时间，电梯在临近楼层不予停靠。

(7)针对多部多层电梯实施联合控制，采用西门子PLC作为控制器满足楼层分的集群电梯的控制策略切换。

2.2拟采用的研究方案

2.2.1电梯控制系统的基本结构

电梯是机电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。

(1)拽引系统。电梯拽引系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。拽引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢的升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。

(2)导向系统。导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。

(3)门系统。门系统由轿厢门，层门，开门机，连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。

(4)轿厢。轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是由轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构，由橫梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数来决定。

(5)重量平衡系统。重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。

(6)电力拖动系统。电力拖动系统由拽引电动机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。拽引电动机是电梯的动力源，根据电梯的配置可采用交流电动机或者直流电动机。供电系统是为电动机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号，一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电动机相连。调速装置对拽引电动机进行速度控制。

(7)电气控制系统。电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的动作。位置显示装置，是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用箭头指示电梯的运行方向。

(8)安全保护系统。安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全地使用。机械方面的有:限速器和安全钳能起到超速保护作用，缓冲器能起到冲顶和撞底的保护作用，还有切断总电源的极限保护装置等措施。

2.2.2PLC工作原理

可编程控制器(PLC)有两种基本工作状态，即运行(RUN)状态和停止(STOP)状态。当PLC工作在STOP状态下时，扫描过程只包括内部处理和通信处理两个阶段；当PLC在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始地重复进行。可编程序控制器工作时的扫描过程如图1所示，包括五个阶段：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期,扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。

其次PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设(如编程器、上位计算机)进行通信等处理。即一个扫描周期还应包含自诊断以及与外设通信等时间。另外PLC采用集中I/0刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。输出信号的变化滯后于输入信号的变化，这就产生了PLC的输入输出响应滞后现象，最大滯后时间为2-3个扫描周期。

图1 PLC工作时的扫描过程

2.2.3 PLC电梯控制系统的总体设计

目前电梯的控制系统普遍采用了两种控制方式，一种是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式是采用可编程控制器(PLC)取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别，但总体上PLC较微机控制具有可靠性高，程序设计方便灵活，成本低廉的优点。

随着工业自动化技术的发展，电梯的控制技术经历了由继电器控制系统向PLC控制系统转变的过程。PLC电梯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大部分组成。图2所示为电梯PLC控制系统的总体框图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操作盘、厅外呼梯盘、楼层指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为PLC主机，操作盘、呼梯盘、井道及安全保护等信号通过PLC输入接口送入PLC中去,然后通过软件程序控制向拖动系统发出信号，以满足电梯实现起动加速、制动减速、上下方向运行等功能。

图2 电梯PLC控制系统总体框图

系统采用轿厢外召喚，轿厢内按钮控制方式的自动控制形式，电梯由安装在轿厢内的指令按钮进行操作，其操作内容为响应，轿厢内指令依层次指令运行起动电梯，使电梯到达目标层。电梯上行、下行由一台交流电动机来驱动，电动机正转，电梯上升；电动机反转，电梯下降；并可以实现电梯的启动加速、稳定运行、制动减速等调速环节。电梯轿厢门由另一台它励直流电动机驱动，该电动机正转，轿厢门开，电动机反转，轿厢门关，每层电梯都设有呼叫按钮，轿厢内开门按钮，轿厢内关门按钮。电梯的厅门外每层都有楼层位置的数码管显示装置及电梯运行方向指示灯等装置。

3. 研究计划与安排

3.进度安排

1~3周：调研、查阅资料、结合毕业设计任务书，确定总体方案，完成开题报告。

4~6周：完成系统原理图的设计。

4. 参考文献（12篇以上）

4.阅读的参考文献

[1]杨章勇.基于plc电梯控制系统的设计与仿真[d].长安大学,2012

[2]周桦:电梯plc控制系统的设计和实现[d].电子科技大学,2012