1、V摘要论文题目：09 秋电力系统及其自动化申请人 ：随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。采用 PLC 对电梯信号系统进行控制，开发出了完整的电梯控制软件，提高了电梯的控制水平，并改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。该系统具有先进、可靠、经济的特色。该电梯控制系统具有手动和自动的功能，并且具有指层、厅召唤、选层、选向等功能。具有集选控制的特点。关 键 词：电梯；PLC；梯形图论文类型：设计报告VII目录目录IX1 绪论11.1
2、 电梯继电器控制系统的特点及存在问题21.1.1 电梯继电器控制系统的优点21.1.2 电梯继电器控制系统存在的问题21.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点21.2.1 PLC 的特点41.2.2 PLC 控制电梯的优点41.3 课题的提出41.4 课题的主要讨论内容51.5 电梯的功能要求72 电梯设备及电梯发展动态72.1 电梯的出现及发展72.2 电梯设备82.2.1 电梯的分类82.2.2 电梯的主要组成部分82.2.3 电梯的安全保护装置82.2.4 电梯技术发展情况92.2.5 电梯发展展望93 PLC 的选择及其硬件开发93.1 可编程序控制器（PLC）的选择113.1.1
3、轿厢位置检测113.1.2 可编程控制器（PLC）的选型113.2 PLC 控制系统硬件开发123.3 设计思想123.4 I/O 点数的分配及机型的选择133.5 电梯 PLC 输入、输连接出图184 系统软件开发184.1 电梯内部部件功能简介194.2 电梯的外部部件功能简介194.2 电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析194.3 电梯的控制要求204.4 软件流程图204.5 梯形图程序,.245 电梯模拟调试及安装385.1 电梯模拟调试385.2 电梯安装调试386 结论40致谢41参考文献42附录45声明西安交通大学网络教育学院论文1 绪论近年来我国的经济飞速发展，人民生
4、活水平的迅速梯高，工作居住条件得到了巨大的改善。电梯作为建筑物内的垂直交通运输工具，与人们的生活息息相关。传统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变，另外，传统的电梯控制系统由继电器接触器控制逻辑组成，存在着电气元件多、功能弱、电气故障频繁，可靠性差和工作寿命短等缺陷。可编程控制器（PLC）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。鉴于其种种优点， 目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速，不仅 能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度，
5、还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。因此，PLC 控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。本课题的研究题目“基于 PLC 控制的电梯系统的研究”做诠释如下 PLC 控制是指电梯信号控制由 PLC 及其软件来实现，控制系统的核心为 PLC。其次课题开发的主要任务和内容是：建立“PLC 控制交的电梯系统”的总体框架；信号控制系统利用PLC集中处理电梯运行方式、安全保护信号、内指令信号、外召唤信号、井道信号、门区信号、开关门及限位信号等信号，并显示电梯所到楼层、运行方向及呼梯应答等，实现开关门控制；拖动控制系统中曳引机的启动、运行、制动停止，包括正反转信号及多种速度信号，经PLC运算、判
6、断后通过电机来实现。达到的要求是： 通过深入的理论研究和编程实践，全面认真的完成上述几个内容。本课题的核心问题有两个：一是运行效率、平层精度和安全性的要求；二是 PLC 实现电梯信号控制及其软件开发。对于第一个问题，通过选择合适的 PLC，进行合理的设计和编程便可以实现。本人选择的 PLC 是日本三菱公司的 FX2N60MR 型可编程控制器。第二个问题，根据电梯所要实现的功能以及PLC的顺序执行程序的特点， 编写PLC程序主要是采取模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则编写各个功能模块来实现。方案选择是通过多种方案的比较和对照，完成电梯控制系统中控制方法的选择。1.1 电梯继电器控制系统
7、的特点及存在问题1.1.1 电梯继电器控制系统的优点（1） 所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。5（2） 系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。（3） 大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。（4） 多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉掌握的人员较多。1.1.2 电梯继电器控制系统存在的问题（1） 系统触点繁多接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良， 因而故障率较高。（2） 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技
8、术水平难以提高。（3） 电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。（4） 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。（5） 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故 。1.2 PLC 及其在电梯控制中的应用特点1.2.1 PLC 的特点PLC 是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC 与普通微机一样。以通用或专用 CPU 作为
9、字处理器，实现字运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。PLC 控制一般具有可靠性高、易操作、维修。编程简单、灵活性强等特点。1、可靠性对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。（1） PLC 不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。（2） PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了 MTTR，使可靠性提高。（3） PLC 有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点， 一般不易发生操作的错误。（4） PLC 是为工业生产过程
10、控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程错误率大大降低， 而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。（5） 在 PLC 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器内容的保护等。（6） PLC 的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波等；软件自诊断；简化编程语言等。2、易操作性PLC 的易操作性表现在下列几个方面：（1） 操作方便PLC 的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数 PLC 采用编
11、程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的 PLC，编程器采用了CRT 屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或 CRT 上显示。（2） 编程方便PLC 有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言，十分有助于编程人员的编程。（3） 维修方便PLC 具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求减低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。3、灵活性P
12、LC 的灵活性表现在以下几个方面：（1） 编程的灵活性。PLC 采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。（2） 扩展的灵活性。PLC 的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。（3） 操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易1.2.2 PLC 控制电梯的优点（1） 在电梯控制中采用了 PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。（2） 去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。（3） PLC 可实现各种复杂的控
13、制系统，方便地增加或改变控制功能。（4） PLC 可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。（5） 用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。（6） 更改控制方案时不需改动硬件接线。此外，微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷而没被广泛采用。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。1.3 课题的提出PLC 以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。在电梯业也是如此，目前国内 7080 年代安装完成的
14、电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多， 故障率高，系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大，严重地影响电梯运行质量。 应对这些电梯进行更新和改造。但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难， 所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。近年来，采用功能强、故障率低、可靠 性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯，取得了良好效果。利用 PLC 和变频器对旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗，节 约能源，减少运行费用。1.4 课题的主要讨论内容课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）改造在用电梯自动控制系统。由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用
15、户寻求对电梯的电控系统进行改造， 以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。论文的主要内容如下：首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）作了比较全面的总结和介绍。接着阐述了电梯控制系统的分类及特点，电梯的控制系统分为调速和信号控制两大部分。确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制，有双速电机实现调速，完成了电机和可编程控制器（PLC）的选择。然后
16、是系统硬件开发，完成了PLC的选型、I/O 点数分配与PLC的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出了软件流程图，提出了模块化编程思想，介绍了系统的软件开发。最后对改造后的电梯系统进行模拟调试。1.5 电梯的功能要求（1） 电梯运行到指定位置后应具有手动或自动开/关门的功能。（2） 利用指示灯显示电梯厢外的呼唤信号、电梯厢内的指令信号和电梯的到达信号。（3） 能自动判断电梯的运行方向，并发出响应的指示信号。（4） 电梯的上行下行有一台电机牵引。电机正传，电梯上升；电梯反转，电梯下降。（5） 电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。电机正传，轿厢门打开；电机反转， 轿厢门关闭。（6） 每一
17、层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮；轿厢内的层面指令按（7） 电梯启动、运行、到站实现速度的调节2 电梯设备及电梯发展动态2.1 电梯的出现及发展1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明历史上第一部安全升降梯。从那以后，升降梯在世 界范围内得到了广泛应用。以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。150 年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。自从我国实行改革开放政策以来，全国各地高层建筑不断涌现，作为高楼的垂直交通工具电梯，其需求量日益增长。各种类型、规格繁多的电梯已在高楼内投入运行。为了确保电梯正常运行
18、、安全使用，必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维护好电梯。20 世纪初，美国出现了曳引式电梯，其结构如图1-1 所示，从图中可见，钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端与轿厢连接，而另一端与对重连接，随曳引轮的转动，靠 钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力使轿厢与对重作一升一 降的相反运动。显然，钢丝绳不用缠绕，因此钢丝绳的 长度和股数均不受限，当然轿厢的载重以及提升高度就 等到了提高，从而满足了人们对电梯的使用需求。因此， 近一百年来，曳引式电梯一直受到重视，并发展沿用至 今。在后来的几十年里，电梯的自动平层控制系统以及通过变换电动机极数的调速方法来调整电梯的运行速度技术相继研制成功，1933 年世界上第一台
19、运行速度为 6m/s图 1-1 曳引式电梯示意图的电梯被安装在美国纽约的帝国大厦。1轿厢 2曳引轮 3对重第二次世界大战后，建筑业的发展促使电梯进入了高峰发展时期，代表新技术的电子技术被广泛应用于电梯领域的同时，陆续出现了群控电梯、超高速电梯、交流变频变压调速电梯。随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置越来越多地用于电梯系统，使电梯的拖动系统简化，性能提高。同时交流调压调速系统的研制和开发，使交流电梯的调速性能有了明显的改善。进入 20 世纪 80 年代，通过控制电动机定子供电电压与频率电梯运行速度的调压调频技术研制成功，出现了交流变压变频（VVVF）调速电梯，开拓了电梯拖动的新领域。1993
20、 年，日本生产了 12.5m/s 的世界高速交流变压变频调速电梯，结束了直流电梯独占高速领域的历史。电梯发展的今天，在使用需求和新技术应用方面都进入到全面发展时期，随着智41能化、信息化建筑的兴起与完善，要求电梯不只是完成垂直运输的基本功能，还应以人为本提高舒适度，特别从电梯运行的控制智能化角度考虑，电梯的优质服务不再是单一的“时间最短”问题，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以期实现单梯与群控管理的最佳模式。合理的配置与使用远程监控与故障诊断、节能以及减少环境污染等。本文中着重电梯的升降控制逻辑，不调节主电动机的升降速度以及电梯的安全保护措施。2.2 电梯设备2.2.1 电梯的分类
21、电梯的分类有各式各样：（1） 按速度分类低速电梯1m/s 以下高速电梯 2-3m/s超高速电梯3-10m/s（2） 按用途分类乘客电梯住宅电梯观光电梯载货电梯客货两用电梯车辆电梯其他电梯（3） 按拖动方式分类交流电梯直流电梯液压电梯齿轮齿条电梯螺杆式电梯（4） 按有无司机分类有司机电梯无司机电梯有/无司机电梯（5） 按控制方式分类手柄操纵控制电梯按钮控制电梯信号控制电梯集选控制电梯群控电梯（6） 按曳引机结构分类有齿曳引机电梯无齿曳引机电梯（7） 其它分类方式按轿厢尺寸的大小分类时，经常使用“小型”、“超大型”等词来描述电梯。按机房位置不同可分为：机房位于井道顶部的上置式电梯；机房底部的下置式
22、电梯。2.2.2 电梯的主要组成部分（1） 曳引部分：通常有曳引机和曳引钢丝绳组成。电动机带动曳引机旋转使轿厢上下运动。（2） 轿厢和厅门：轿厢由轿架，轿底，轿壁和轿门组成；厅门一般有封闭式、中分式、双折中分式和直分式等。（3） 电器设备及控制装置：有曳引机，选层器传动及控制柜、轿厢操纵盘、呼梯按钮和厅外指示器组成。（4） 其它装置：对重装置、补偿装置等。2.2.3 电梯的安全保护装置（1） 电磁制动器：装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电松闸，停层后断电制动。（2） 强迫减速开关：起分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未减速时，轿厢上撞块就触动此开关，通过电器传动控制装
23、置，使电动机强迫减速。（3） 限位开关：当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作，切断电源并制动，强迫停车。（4） 行程极限保护开关：当限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动作。（5） 急停按钮：装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电源， 电磁制动器制动，电梯紧急停车。（6） 厅门开关：每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯启动；在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。（7） 关门安全开关：常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此外还有红外线开关等。（8） 超载开关：当超载时轿
24、底下降开关动作，电梯不能关门和运行。（9） 其它的开关：安全窗开关，钢带轮的断带开关等。2.2.4 电梯技术发展情况（1） 电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。（2） 电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变级调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF），使得电梯的速度、加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。（3） 电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器接
25、触器控制发展为可编程序控制器（PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。（4） 电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足拥护的使用功能要求。如紧急停车操作，消防员专用、防捣乱系统等。（5） 智能群控管理得到广泛应用。（6） 机械传动方面，由于国际上机构加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。2.2.5 电梯发展展望（1） 结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺
26、先进化、外观漂亮化。同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。（2） 技术含量更高，性能更好。电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的 VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流；由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代 VVVF技术。另外，网络控制和智能群控系统以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。（3） 安装更方便、更快捷高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式，随着技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带
27、来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。3 PLC 的选择及其硬件开发3.1 可编程序控制器（PLC）的选择电梯PLC控制系统不再使用继电器控制系统中模拟轿厢运动的机械选层器。电梯运行过程中，轿厢所处楼层位置如何检测，PLC 软件如何根据给定的输入信号及运行条件判断或计算楼层数，是电梯正常运行的首要问题，是正确定向和选层换速的前提。3.1.1 轿厢位置检测轿厢位置检测装置俗称选层器，它检测电梯轿厢运行状态，所处位置，及时向控制系统发出所需要的信号。其主要功能是：根据登记的内选与外呼信号和轿
28、厢的位置关系，确定运行方向；当电梯将要到达所需停站的楼层时，给曳引电动机减速信号， 使其换速；当平层停车后，发出信号以消去已应答的选层、呼梯信号，并指示轿厢当前位置，选层器种类较多，通常分为三大类，即机械选层器、继电器选层器和微机选层器。其中机械选层器与继电器选层器将随着继电器控制电梯的逐步淘汰而淘汰。位置检测方法主要有如下几种：1） 用于簧管磁感应器或其它位置开关。这种方法直观、简单，但由于每层需使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用 PLC 太多的输入点。2） 利用稳态磁保开关。这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种编码方式中适合电梯控制的只有格雷变形码，进行运算时需采用PLC指令译码，比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。由于本文是五层电梯的控制故选用感应器检测轿厢位置。3.1.2 可编程控制器（PLC）的选型考虑到本次设计的电梯系统有七层，且开关量居多，模拟量较少；对于开关量控制为主的系统而言，一般 PLC 的响应速度足以满足控制的要求，在小型 PLC 中整体式比模块式的价格便宜，体积也小，综合考虑后，系统选择了日本三菱公司生产的FX2N 系统 PLC。FX2N 系统 PLC 具有以下几方面的优点：1） FX2N 配置灵活，除主机单元外，还可扩展 I/O 模块，A/D 模块，D/A 模块和其它特殊功
