基于PLC的地铁自动扶梯控制系统设计

1开放性实验报告题目:基于PLC的地铁自动扶梯控制系统设计院系名称：电气工程学院专业班级：自动化学生姓名：XXX学号：指导教师：成绩：指导老师签名：日期：2基于PLC的地铁自动扶梯控制系统设计摘要自动扶梯是现代商场、超市、地铁站不可缺少的运输工具，用于倾斜输送乘客、货物。传统的自动扶梯控制系统主要采用继电器--接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题。本文通过讨论自动扶梯控制系统的组成，阐述可编程控制器（PLC）在电梯控制中的应用，采用西门子PLC编程的程序控制方式，提出了自动扶梯的PLC控制系统总体设计方案、设计过程及最后的仿真结果，列出了具体的主要硬件电路、电梯的控制梯形图，并给出了系统组成框图和程序流程图。在分析、处理故障信号逻辑关系的基础上，提出了PLC的编程方法，设计了一套完整的自动扶梯控制系统方案。并进行了程序的调试，最终使用MCGS软件将整个控制界面用动画的方式展示了出来。关键词：自动扶梯PLC梯形图MCGS控制系统3目录1系统概述.................................................................................................................11.1自动扶梯的概述..........................................................................................11.2PLC概述.......................................................................................................12方案论证.................................................................................................................22.1系统实现的主要功能及方案......................................................................22.2可编程控制器与其他控制器的比较..........................................................33系统硬件设计.........................................................................................................53.1系统原理方框图..........................................................................................53.2系统主电路..................................................................................................63.3I/O分配.......................................................................................................73.4I/O接线图...................................................................................................83.5元器件选型..................................................................................................94软件设计...............................................................................................................114.1主流程图....................................................................................................114.2各部分梯形图具体功能............................................................................135系统调试...............................................................................................................195.1MCGS简介...................................................................................................195.2自动扶梯监控系统设计............................................................................19设计心得.....................................................................................................................21参考文献.....................................................................................................................22附录程序清单.............................................................................................................2311系统概述1.1自动扶梯的概述自动扶梯，亦称电动扶梯，是一种以运输带方式运送行人的运输工具。一般是斜置。行人在扶梯的一端站上自动行走的梯级，便会自动被带到扶梯的另一端，途中梯级会一路保持水平。枎梯在两旁设有跟梯级同步移动的扶手，供使用者扶握。自动扶梯可以是永远向一个方向行走，但多数都可以根据时间、人流等需要，由管理人员控制行走方向。自动扶梯主要由桁架、驱动装置、运载系统、扶手装置、安全装置、润滑系统及室外自动扶梯防盗防水防尘设施等组成，按不同角度又可分为多种方式，如按驱动可分为链条式(端部驱动)和齿轮齿条式(中间驱动)，按运行速度有恒速和可调速两种，按梯级运行轨迹又可分为直线型(传统型)、螺旋型、跑道型和回转螺旋型等。自动扶梯的出现给人类的日常生活带来极大的便利。自动扶梯作为运送旅客的交通工具,不仅成功地缩小了目标间的距离,而且使超短途(如楼层、月台间等)的大流量人员运输成为可能。因此,经济学家说:“自动扶梯的出现使人们有了逛大型商场的欲望。”交通学家说“是自动扶梯和自动人行道的应用使我们可以把车站、机场建的尽可能大。”自动扶梯的应用已经改变了我们的生活,并已经成为现代物质文明的一个重要标志。1.2PLC概述可编程控制器PLC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。PLC技术之所以迅速发展，除了工业自动化领域的客观需要外，主要原因在于与现有的各种控制方式相比，它具有一系列深受用户欢迎的特点，如使用灵活、通用性强，可靠性高、抗干扰能力强，接口简单、维护方便，体积小、功耗小、性价比高，编程简单、容易掌握，设计、施2工、调试周期短等，这些特点很好地解决了工业领域中普遍关注的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。2方案论证2.1系统实现的主要功能及方案本次设计的研究对象是某地铁站的一台自动扶梯。具备正常运行和检修两种工作状态。对自动扶梯的控制系统设计提出了以下功能要求：1.为降低启动电流，扶梯曳引电机必须采用星形启动，正常运行时曳引电机绕组需采用三角形连接，以保证全压运行。2.为保证检修方便及安全，自动扶梯应该可以点动运行。3.自动扶梯运行速度太快乘客容易跌倒，运行速度太慢既浪费乘客时间，也可能导致电机负荷太大而损坏电机，为保障乘客与设备的安全，自动扶梯应在一定速度范围内运行，超出该速度范围自动扶梯应停止运行。4.为保障乘客安全，自动扶梯控制系统应设计有启动前示警、出人口梯级间隙照明等装置。5。为了加强对自动扶梯机械部件的保护，减少扶梯的机械磨损，电气系统应带有自动加油润滑装置。6.为了方便操作维修人员实时监测扶梯运行状态和实现故障自诊断，控制系统应带有运行状态与故障显示模块。7.自动扶梯运行过程中可能会出现一些如卡住乘客手脚、梯级链、驱动链断裂等突发事件，自动扶梯应设有安全保护系统，以确保有突发事件时扶梯能马上停止运行。8.自动扶梯还应设有急停开关、运行状态保护、电压异常和过载保护等装置。针对以上要求，本次设计提出了相应的解决方案。对于扶梯的运行与停止功能是通过控制三相电机的启动、停止来实现的。为保障乘客的人身安全及扶梯的设备安全，自动扶梯具备了自动安全监测回路，按下启动按钮后，首先进行安全回路监测，只有没有安全故障时，扶梯才能进入正常工作状态，否则，扶梯无法3启动且自动显示故障代码，等待维修人员进行维修。对于扶梯的故障处理功能，当扶梯上行时，上部扶手带有出入口安全开关动作，PLC对信号进行处理后，断开相关的输入信号，主接触器、上行接触器、下行接触器的线圈断电，扶梯停止，运行指示器显示相应故障代码，提示维修人员停梯的原因是上部扶手带出入口安全开关动作，同时把故障码传送到监控系统，从而使维修人员能在最短的时间内到达现场并准确排除故障，令扶梯尽快恢复工作状态。对于扶梯的自动润滑功能，对其各个关节、轴承以及回转部位的间歇性定量自动润滑，从而达到减轻磨损,降低劳动强度,提高各个关节、轴承以及回转部位的润滑可靠性,延长设备的使用寿命,自动润滑系统能否正常工作将直接决定被润滑对象的润滑效果,工作效率以及使用寿命。本设计中，对自动扶梯的润换周期是正常工作48小时后润换一次，每次润滑1分钟。润滑过程中如果液位过高导致溢出或液位过低导致润滑不充分，自动扶梯都会停止工作，显示相应故障代码，等待维修人员检修。2.2可编程控制器与其他控制器的比较2.2.1可编程控制器与继电接触器控制的比较传统的几点接触器控制系统是用分离的元器件连接而成的硬件接线系统，如图2-1所示。当控制现场的输入元件（如开关、按钮、触点等）的状态产生变化时，通过与这些输入元件连接的硬接线系统会产生输出信号，控制输出执行元件（继电器、接触器、电磁阀等）状态的变化进而达到控制和完成生产过程的目的。PLC与几点接触器控制的主要区别在于把几点接触器线路所示的硬接线系统内的控制、运算关系编制成可执行的用户程序，通过执行该用户程序来完成控制任务。PLC属于存储程序控制，如图3-1继电器控制和PLC控制系统结构图。其控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的，若要对控制功能做必要修改，只需改变软件指令即可，使硬件软件化。PLC的优点，从软件来讲，它的程序可编，也不难编；从硬件上讲，它的配置可变，也易变。4输入环节中间控制环节输出控制环节接触器电磁阀指示灯电源