基于PLC的六层电梯设计毕业设计.doc

本科毕业设计 基于PLC的六层电梯设计 学生姓名： 学 号： 201050136 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 2010级四班 指导教师： 59Suihua University Graduation PaperThe Six Story Elevator Control Based On PLCStudent nameMao Kunwen Student number201050136MajorElectrical engineering and automationSupervising teacherFu Xingye Suihua University摘 要随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在人们的生活中占有着越来越重要的地位。本文结合PLC 的性能，在介绍电梯基本结构的基础上，深入分析了电梯的工作原理，重点分析了电梯的硬件设计和软件设计。论述PLC 在电梯控制系统中的运用，研究并提出了基于西门子PLC (S7-200)的6层电梯控制系统设计的实现方案，通过合理的选择和设计，实现电梯指层、选层、选向、手动和自动关门等基本功能。关键字：电梯、PLC、控制AbstractWith the city constructions continuous development , the amount of high-rise buildings is increasing rapidly ，which makes the role that elevator played in peoples daily life become more and more important. In this thesis, based on the introduction of the basic structure of the elevator, we deeply analyzed how the elevator works, and emphasized on the elevators hardware and software design. By stating the application of PLC in the system of elevator control, we researched and worked out a practical scheme of 6 layer elevators control system based on Siemens PLC (s7-200).through the rational selection and design, we manager to make the elevator carry out the basic function such as layer pointing, layer selecting, direction selecting, manual and automatic door operation, etc.key words: elevator, PLC, control目 录摘 要IAbstractII目 录1前 言1第一章 绪论31.1概述31.2电梯的起源与发展41.2.1电梯的定义41.2.2电梯的发展历程41.3电梯现状研究51.4课题研究的主要内容9第二章 电梯的基本结构及原理102.1电梯的分类与结构102.1.1电梯的分类102.1.2电梯的结构102.2 电梯的工作原理112.3 电梯的主要电气设备122.4 电梯的调速方式132.4.1 交流变极调速132.4.2 交流调压调速142.4.3 变频调速14第三章 系统控制方案的选择及PLC概述153.1方案的选择153.1.1继电器接触器控制系统153.1.2微机控制系统153.1.3 PLC控制系统163.2 可编程控制器概述163.2.1 可编程控制器的定义163.2.2 可编程控制器的特点163.3 PLC的工作原173.3.1、 PLC的硬件系统结构173.3.2、可编程控制193.3.3 PLC的等效工作电路193.3.4 PLC的工作原理203.4 PLC的软件系统213.5 PLC的编程语言21第四章 电梯控制系统整体设计方案244.1 可编程控制器（PLC）的选型244.2 电梯控制系统构成244.3 门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路254.4 电梯控制硬件设计26第五章PLC软件设计285.1 算法说明285.2梯形图的设计28结 论33参考文献34致 谢 35附录一36附录二58 前 言 在现代化城市的高速发展中，一幢幢高楼拔地而起，电梯的广泛应用已成为城市物质文明的一种标志。特别是在高层建筑中，电梯作为不可缺少的垂直运输设备，已与人们的日常生活密不可分。在计算机技术、自动控制技术和电力电子技术飞速发展的今天，电梯也随之进入了新的发展时期。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要求的。因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。目前电梯的控制普遍采用两种控制方式：一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯的信号采集、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，这两种方式并没有太大的区别。国内厂家大多采用答二种方式，其原因在于用PLC控制有许多优点： 1，可靠性高，由于采取了一系类的PLC高可靠性的措施，PLC的平均无故障时间（MTBF）一般可达35万小时。而且PLC的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；2，编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3，体积小、结构紧凑、安装、维修方便。PLC的体积小，重量轻，便于安装。一般PLC都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。可编程控制器不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学、调试和查错都很容易。PLC现在已经成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其优异的性能，日益取代有大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的继电-接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等各行各业都得到广泛的应用。总之，电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已经无法满足与适应电梯控制的要求和发展，与PLC相比较，存在质的差别。电梯使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的电梯控制系统，而现在，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了更广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，使它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此它已成为电梯运行中的关键技术。第一章 绪论1.1概述随着科学技术的发展、城市现代化进程的突飞猛进，电梯作为一种迅捷、高效、安全、可靠的垂直运输设备，成为了人们不可缺少的运输工具。现代高层建筑中各办公大楼、住宅、宾馆、医院、工矿企业、仓库、码头、大型货轮等都离不开它。据统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为 80亿人次，而乘电梯的人数每年却有 540亿人次之多。电梯服务在改革开放以后，我国电梯的使用数量快速增长。尤其是现阶段，随着经济日新月异的发展，人们生活水平不断提高，城市建筑不断增多，楼房也越来越高，与此相应，电梯也得到迅猛的发展。现在，电梯已完全融入我们的生产、生活中，满足人们生活、工作及学习的需要。据统计，我国在用电梯已达 40 多万台，每年还以约 5 万6 万台的速度增长。 当今世界，电梯的生产情况与使用数量已成为衡量一个国家现代化程度的标志之一。特别是随着城市人口的增加，人们物质文化生活水平的提高，建筑迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起，电梯在人们的生产、工作、生活中日益重要。因此对电梯的研究也显得更加有意义。国内外对电梯的研究一直没有停止过。电梯的控制以 PLC 及专用控制板为主。电梯的群控技术有集选控制和随机逻辑控制。电梯其运行性能、安全性能、乘坐舒适感等均有一定的发展。为了确保电梯正常运行、安全使用，一般电梯都有专业的维修管理人员。他们必须对电梯原理、性能、控制、运行要全面认识和掌握，才能做到对电梯的正确使用、管理及维护。根据我国有关部门的规定，电梯作业属于特种作业，其作业人员必须经过专门培训，并经理论考试和实践考核合格后，发给特种作业操作证方可上岗操作。同时，对电梯操作人员定期考核，让他们定期参加安全技术学习，扎扎实实地做好电梯维护和保养工作，才能使人们长久的使用电梯。1.2电梯的起源与发展1.2.1电梯的定义 电梯是一种以电动机为动力的垂直升降机,装有箱状吊舱,利用沿刚性导轨运行的箱体或者固定线路运行的梯级,运行在至少两列垂直的或倾斜的刚性导轨之间,进行升降或者平行运送人、货物的机电设备。例如:载人(货)电梯、自动扶梯、自动人行道等。我国对电梯制造与安全规范方面也颁布了其相应的标准,其中GB 7588-2003就对电梯中的各个细节做出了明确要求和硬性指标。1.2.2电梯的发展历程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、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2-1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得到了提高，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。 图1-1 曳引式电梯示意图在后来的几十年里，电梯的自动平层控制系统以及1轿厢 2曳引轮 3对重 通过变换电动机级数的调速方法来调整电梯的运行速度的技术相继研制成功，1933年世界上第一台运行速度为6m/s的电梯被安装在美国纽约的帝国大厦。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。本文中着重研究电梯的升降控制逻辑，不着重主电动机的升降速度以及电梯的安全保护措施。1.3电梯现状研究1.3.1电梯发展现状和趋势电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。电梯作为一种较为复杂的机电一体化设备，它由多许机械构件和电子、电气、大规模集成电路组成的微型计算系统及声、光控制部件所组成。那么电梯到底有哪些功能呢？我们从按下电梯的按钮到完成电梯的运行并走出电梯轿厢，实际上已包含了电梯的许多功能，如：电梯的定向选层、电梯的起动、加速、稳速运行、到站减速、平层停车、开关门。还有检修功能、安全保护功能、消防功能、楼层显示等。从电梯控制统的实现方法分，电梯的控制系统经历了继电器控制、可编程序控制（PLC）、单片微机控制、多微机控制多种形式。继电器控制系统是80年代最广泛的一种电梯控制方式，有控制逻辑线路简单、直接、易于理解和掌握的优点，但由于该类系统是由众多继电器、接触器构成，使用一段时间后其接触点往往接触不良，所以电梯故障高，众多的继电器、接触器动作噪声较大，整个控制柜体积大。随着多微机系统在电梯控制系统中的应用，电梯控制发生了限大的变化，因为微机在电梯中的应用不仅取代了大部分继电器和选层器，整个系统更加可靠，灵活性更加提高，功能大增强了。但微机的集成度高，功能项目固化，一般维修人员及工程人员修改或增加不了其功能。如要修改或增加其功能要找回生厂家或用专用的工具。可编程序控制器取代继电器构成的电梯控制系统，可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且触点少、可靠高、故障率低、维修方便、噪声小最主要的是可编程序控制系统的可编程功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可。而PLC的编程语言需不尽相同，但都有通俗易懂，便于自学的优点一般维修及工程人员都能掌握,PLC电梯控制系统比较适用于小高层的楼房.电梯的出现大大方便了人们的生活。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越来越广泛的应用，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。随着经济的高速发展，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，这使得交流变频调速电梯控制系统已经进入一个崭新的时代。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。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一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。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。随着人们生活水平的不断提高,对电梯的要求的也相应提高，为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术迅速发展。特别是随着技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代电梯的技术含量日益提高。在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的要求。1.3.2国内电梯发展概述100 多年来，我国电梯行业的发展经历以下几个阶段:对进口电梯的销售、安装、维护阶段，这一阶段我国电梯拥有数量仅约 1000 多台；独立自主、艰苦研制、生产阶段，这一阶段我国共生产安装电梯约 1 万台;建立三资企业，行业快速发展阶段，这一阶段我国共生产安装电梯约 40 多万台。大规模的经济建设尤其是蓬勃发展的房地产业给电梯行业开拓了广阔的市场。2007 年中国电梯产销量达到了 21.6 万台，超过了全世界电梯产量的一半，电梯的生产能力跃居世界第一。2007 年，新安装验收电梯 14.6999 万台，同比增长 24%。截至2007 年底，全国在用电梯达 91.7313 万台。中国已经成为全球最大的电梯市场。2008年中国电梯产量达 25 万台，目前全国在用电梯突破 100 万台，这是中国电梯行业发展的又一里程碑。目前，中国经济建设需求的各类电梯、几乎全部可以在中国生产。目前房屋建设势头仍然很好，电梯市场供需两旺，前景一片光明。 1.市场竞争十分激烈 电梯行业外商云集，国际上最大的电梯公司几乎全部进入我国，最先进的电梯产品争先在中国生产。美国奥的斯，瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森，日本三菱、日立、东芝、富士达等世界最负盛名的电梯公司先后在北京、天津、上海、广州、沈阳、杭州、廊坊等地投资建厂，可以说能来的都来了。他们大多用合资的方式建设了最好的工厂，装备了最好的设备，引进了最好的技术，培训了最好的人才，目前合资企业在国内的市场份额已超过 80，从这个意义上说，我国电梯行业早已加入了 WTO。中国电梯市场的特色已经不是国内企业之间的竞争，而是全球电梯劲旅的竞争。这种世界级的激烈竞争使我国的电梯用户成了最大的受益者，他们可以用最低的价格随意选购最好的电梯产品。 2.国内企业的实力不断增强 对外开放的政策和国外先进技术与先进管理的引进对国内电梯企业的发展产生了强大的推动作用，有力地促进了内资企业的技术进步。苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海房屋设备总公司、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的内资企业并没有被合资企业挤出电梯市场，相反，现代化合资企业的示范作用使他们看清了自己的定位与出路，目前这些企业除规模稍小之外，企业管理、技术水平、产品质量、售后服务等诸多方面均无逊色，不但在国内电梯市场上占据了一席之地，而且产品出口到了东南亚、大洋洲、欧洲和美国。有的企业还到境外投资寻求发展。事实证明这些企业不但在国内市场而且在国际市场上，同样具有一定的竞争实力。 3. 传统的电梯生产结构正在改变 在国外各大电梯公司纷纷进入我国的同时，德国威特、西班牙塞维拉等一些优秀的电梯配件公司也在我国建立了合资企业，国内配件生产企业如宁波欣达、宁波申菱、张家港润发、上海新时达、沈阳蓝光、常熟曳引机、河北东方等也迅速发展起来。不少配件生产企业的销售额已经超过了中等规模的整机生产企业。专业化生产具有质量好、价格低的优势，不但给生产能力较弱的中小型电梯企业助了一臂之力，而且也给 “大而全”的合资企业提供了降低成本的可能。零部件的社会化、专业化生产改变了 “经济规模”的概念，使得企业能否赢利不再取决于生产能力的强弱，企业无论大小，只要有技术有人才，就有生存空间。 4.今后的电梯市场会更加活跃 国内电梯的生产能力、产品质量和制造成本有很强的国际竞争力。关税的降低使国外电梯产品的进口量有可能增长，但同时也给国产电梯以及零部件的出口提供了机会；我国电梯市场是很大的市场，也是很挑剔的市场。中国的电梯用户不但对产品质量要求高，而且对新技术的接受很快，所以变频变压调速技术、无机房电梯、永磁同步拖动技术、计算机控制技术、远程监控技术等推广迅速；随着我国城市化、城镇化和村镇化建设步伐的加快，尤其是西部大开发战略的实施，住宅建设势头不减，商场、机场和地铁项目明显增多，住宅电梯、自动扶梯和自动人行道的需求量继续看好。电梯是一种售后服务工作量特别大的机电产品，其使用可靠性不但取决于产品的制造与安装，而且更大程度上取决于完善的维修与保养。在用电梯总量的不断增加给维修服务业带来了发展机遇；配套件的专业化生产对提高产品质量、降低生产成本具有十分积极的作用，受到了许多电梯公司和维修保养单位的欢迎，仍然有发展空间。 1.4课题研究的主要内容 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，由变频器电机实现调速，完成了电机和可编程控制器（PLC）的选择。然后是系统硬件开发，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。第二章 电梯的基本结构及原理电梯是一种较为复杂的机电一体化的设备，一台完整的电梯主要由成土建部分，机械部分和电气部分组成。2.1电梯的分类与结构2.1.1电梯的分类电梯的分类有各式各样：按运行速度可分为1m/s以下的低速电梯、2-3m/s的高速电梯以及3-10m/s的超高速电梯；按用途可分为、乘客电梯、住宅电梯、观光电梯、载货电梯、客货两用电梯、车辆电梯以及其他电梯；按拖动方式可分为交流电梯、直流电梯、 液压电梯、齿轮齿条电梯、螺杆式电梯；按控制方式可分为手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯以及群控电梯；按曳引机结构可分为有齿曳引机电梯和无齿曳引机电梯；按机房位置不同可分为：机房位于井道顶部的上置式电梯；机房底部的下置式电梯。2.1.2电梯的结构电梯主要由曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统以及安全保护系统组成1.曳引系统：曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。2.导向系统：导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。3.轿厢：轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。4.门系统：门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。5.重量平衡系统：系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。6.电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。7.电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。 电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置等组成。8.安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。2.2 电梯的工作原理曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。2.3 电梯的主要电气设备（1）牵引电动机 齿轮牵引机为电梯的提升机构。主要由驱动电动机，电磁制动器（也称电器包闸），减速器牵引轮组成。（2）自动门机 用来完成电梯的开门与关门。电梯的门分为厅门（每层站一个）与轿门（只有一个）。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动轿门，轿门带动厅门完成）；也只有当厅门，轿门全部关闭后才允许启动运行。（3）层楼指示灯 层楼指示灯也叫层显，安装在每层站厅门的上方和轿箱内轿门的上方，用以指示电梯的运行方向及电梯所处的位置。过去常由低压灯泡构成，现多由LED组成，且与呼梯盒做成一体结构。（4）呼梯盒 用以产生呼叫信号。常安装在厅门外，离地面一米左右的墙壁上。基站与底站只有一只按钮，中间层站由上呼叫与下呼叫两个按钮组成。（5）操纵箱 操纵箱安装在轿箱内，供乘客对电梯发布动作命令。其上面设有与电梯层站数相同的内选层按钮。（6）平层及开门装置 该装置如图2-1所示。由平层感应器及楼层感应器组成。上行时，上磁铁板先触发楼层感应器，发出减速停车信号，电梯开始减速，至平层感应器触发时，发出开门及停车信号，电动机停转，抱闸抱死。下行时，下磁铁板出发楼层感应器，发出减速停车信号，电梯开始减速，至平层感应器触发时，发出开门及停车信号。（7）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）用干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。 由于本文是六层电梯的控制故选用感应器检测轿厢位置。图2-1 电梯的平层、停层装置示意图2.4 电梯的调速方式目前，常用的电梯拖动大多为交流拖动。交流调速的方法很多，大电梯领域里应用较为广泛的有交流变极调速、交流调压调速、交流变压变频调速。2.4.1 交流变极调速据异步电动机的同步转速为即旋转磁场的转速为：n0=60f1/p,当改变定子绕组的极对数时，就可以改变同步转速，从而使电机转速得调节。为了实现变极调节调速，可以在定子上安装两组独立的绕组，各构成不同的极对数，也可以通过改变绕组接法的方式实现调速，变极调速适用于不需要平滑调速的载货电梯。2.4.2 交流调压调速异步电动机的轴转速为：n=60f1/p(1-s)，当改变转差率s时，也可以达到调节电动机转速的目的，这些转差功率消耗在转子电路上，不但使转子发热，也降低了工作效率。目前电梯上使用较多的改变转差率调速的方法是变压调速，即通过改变定子电压来达到调速的目的。变压调速的调速范围非常窄（电动机线性调速范围小）。因此电梯上的变压调速都采用闭环控制，以提高调速范围。2.4.3 变频调速由n0=60f1/p可知,当转差率变化不大时，异步电动机的转速n基本上正比于f1，因此，如果供电电源的频率可以平滑改变，异步电动机的转速就可以得到平滑调节。通过改变电源频率来实现调速的方法，可以得到很大的调速范围及很好的机械性，这种调速方法是目前电梯上应用最多的调速方式。变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成.三相电源 R、S、T 经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端为两相电接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。图2-2 变频调速曲线图第三章 系统控制方案的选择及PLC概述3.1方案的选择在电梯的电气系统中，逻辑判断起着主要的作用，其控制系统必须起动各种控制信号和执行元件（如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子器件等），要达到这些控制目的，其方案有：继电器接触器控制、微机控制、PLC控制。3.1.1继电器接触器控制系统这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。优点：与其它控制系统比较，其简单、易于理解和掌握、价格便宜。缺点：动合触点易磨损，且电接触不良；体积大；控制系统耗能大、动作噪声大；维修保养工作量大、费用高。因此这种控制系统仅用于速度不高、性能要求也不高的电梯中。3.1.2微机控制系统电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成，而是通过程序存贮器中的程序来完成的控制系统。因此对于有不同功能要求的电梯控制系统，只要改变程序存贮器中的程序指令即可，而无需变更或增减硬件系统的元件或布线。因此，十分方便于使用和管理，并提高系统的可靠性，减小控制系统体积，降低了能耗及其维修保养费用。虽然微机控制的电梯，与继电器控制的电梯比较，它具有较大的优越性。但是，对一般的电梯而言，应用微机控制也有其局限性和不足之处。其缺点是：微型计算机是按数字运算的需要而设计的，功能比较齐全，结构比较复杂；而一般的电梯控制只需要进行简单的逻辑运算，运算方式多为“与”、“或”、“非”几种，运算位数只需1位，即“1”与“0”。因此，使用微机就有“大材小用”之嫌。此外，微机的接口电路没有标准件，而且一般不控制强电。但在电梯控制中，往往要求能直接控制110V或220V的用电设备，如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。综上所述，造成用微机控制的成本、运行和维修费用均较高，因此，如在一般的电梯上使用微机控制在经济上不合算。3.1.3 PLC控制系统PLC充分利用了微型计算机的原理和技术，保留计算机控制的优点，而克服了它的缺点。它具有强大的生命力，各工业部门纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路，取得了明显的效果。总之，PLC是采用微机技术制造的通用自动控制设备，它能控制开关量、模拟量、具有可靠性高、抗干扰能力强、并具有完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术、运算等功能，可以取代继电器为主的各种控制设备。它不仅能用于控制机械设备、流水线和各种设备的运行过程，将PLC用于控制电梯各种操作和处理相关信息也是可行的。经过三种方案的比较，本课题采用第三种方案PLC控制系统来控制电梯。3.2 可编程控制器概述3.2.1 可编程控制器的定义可编程序控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。它是“专为在工业环境下应用而设计”的计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术操作，它还具有“数字量或模拟量的输入 / 输出控制”的能力。 3.2.2 可编程控制器的特点1. 可靠性高，抗干扰能力强这是选择控制装置的首要条件。可编程控制器生产厂家在硬件方面和软件方面上采取了一系列抗干扰措施。硬件措施：屏蔽、滤波、隔离；软件措施：故障检测、信息保护和恢复、警戒时钟、程序检验。2. 使用灵活，通用性强产品均成系列化生产，多数采用模块式的硬件结构，用户可灵活选用。软接线逻辑使得PLC能简单轻松的实现各种不同的控制任务，且系统设计周期短。3. 编程方便，易于掌握 采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂；近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言 (SFC Sequential Function Chart) ，也称功能图，使编程更简单方便。4. 接口简单，维护方便 可编程控制器可直接与现场强电设备相连接，接口电路模块化；有完善的自诊断和监视功能；可编程控制器对于其内部工作状态，通信状态，异常状态和 I/O 点的状态均有显示；可以方便的查出故障原因，边有日常维护以及故障维修处理。 5. 功能完善，性价比高 除基本的逻辑控制，定时计数，算术运算外，配合特殊功能模块可以实现点位控制， PID 运算，过程控制，数字控制等功能，还可与上位机通信、远程控制等。3.3 PLC的工作原3.3.1、 PLC的硬件系统结构从硬件来看，PLC主要由CPU，存储器，I/O接口，电源，编程器等组成。图3-1 PLC硬件的基本结构1.CPU板CPU板PLC的核心部件，它包括：微处理器CPU、存储器（ROM、RAM）、并行接口（PIO）、串行接口（SIO）及时钟控制电路等。CPU板是PLC的运算、控制中心，用来实现各种逻辑运算、算术运算及对整机进行管理控制；PLC内部配有程序存储器和数据存储器（ROM，RAM），分别用于存储系统程序和用户程序，并生成用户环境；并行接口和串行接口主要用于CUP与各接口电路之间的信息交换。时钟及控制电路用于产生脉冲及各种控制信号。2.输入/输出电路输入电路通常有两种形式；直流输入和交流输入电路。输入电路的作用是接收现场输入设备送来的控制信号，并经光电耦合器隔离后转换成PLC内部的标准电平信号，然后由CPU读入并送至输入映象寄存器中，供程序执行使用。输出电路的作用是将PLC的输出控制信号送给外部输出设备，通过输出设备控制被控制对象工作。输出电路共有三种形式：一种是继电器形式，它是通过控制继电器的线圈使其触点的通断来控制输出设备，实现电气隔离；另一种是晶体管输出型，它是通过光电耦合器使输出开关晶体管通断，进而控制输出设备；第三种是可控硅输出型，通过触发可控硅的通断实现对外部输出设备的控制。3.存储器扩展接口存储器扩展接口用于连接用户程序存储器及数据存储器的扩展卡盒。常用的扩展卡盒有三种：一种是COMS开型ROM卡盒，它需要用锂电池后备，以防止断电时丢失程序及数据；另一种是EPROM卡盒，这种卡盒需要用专门写入器将调试好的用户程序或数据写入EPROM中，擦写时需要用紫外线擦除器；第三种是EEPROM卡盒，是电可擦除存储器，它的写入和擦写只需专用编程器。4.I/O扩展接口I/O扩展接口与CPU之间是以总线方式连接的，因此它可以连接开总量的I/O扩展单元及扩展块，使I/O点数规模在配置更加灵活。同时也可以配接如模拟量、高速脉冲等单元及通信适配器等特殊功能模块，使PLC的功能大大增强。5.编程器及其接口编程器用于程序及数据的输入、编辑、调试和检测。当PLC在正常运时，一般不需要编程器，因此编程器设计为独立的部件。为了能对PLC进行编程及调试，在PLC上专门设有一个编程接口，通过这个接口可以连接各种形式的编程器。编程器的种类很多，常见的有便携式手持程器、专用智能编程器和通过计算机和专用接口实现对PLC的编程。6.电源PLC一般使用220V的交流电源，电源部件将交流电转换成供PLC的中央处理器，存储器等电子电路工作所需的直流电源，使PLC能正常工作。3.3.2、可编程控制任何一个控制系统要完成目的控制功能，必须通过一定的控制程序来实现的。通常控制序可分两大类：固定布线程序和可编程序。1.固定布线程序传统的继电器控制系统和电子器件系统中，要实现各种控制功能，其控制程序是由种电气元件通过一定的联接方式-布线而成，输入设备如按钮开关、限位开关、传感器等，用以向控制系统送入信号。输出设备如接触器、电磁阀等用以控制被控制对象的动作。其输入对输出的控制是通过接线来实现，接线工作结束后，控制程序也被确定下来，若要改变控制程序，则必须改变接线方式重新布线，对于一个复杂的系统，是非常困难的。2.可编程序控制可编程序控制控制系统中完成一定的控制，只通过专用的编程器，用程序语言进行编程，写入可编程控制的程序的存储器中，然后由可编程序控制器来完成各种操作。在可编程系统中，若要改变控制程序，只用编程器改写程序存储器中的某些程序语句，不必要重新布线，由于控制被控对象的动作是控制程序语言来表达的，故又称为软件程序。3.3.3 PLC的等效工作电路PLC是由以微机为核心的电子部件，可以将它看作是一个由各种继电器、定时器、计数器及状态器组合体。PLC的输入继电器，由外部开关通过输入端来驱动的；PLC内的输出继电器，带有无数内触点和外部输出触点。此外，PLC还有如定时器、计数器、状态寄存器等“软”元件，这些元件带有动作线圈和很多电子常开触点和常闭点，可以在PLC内自由选择使用。PLC控制系统主要由三部分组成：输入部分、控制部分、输出部分。输入部分由用户输入设备组成，如按开关、操作开关、限位开关及传感器等。它们直接与PLC的输入端子相连接，用以产生输入信号，这些信号或来自电梯轿厢操纵控制板，或来自电梯井道。控制部分是根据被控对象的实际控制要求编制用户程序，并将编制好的程序通过编程器送入PLC内的用户程序存储器中，CPU反复扫描执行用户程序，并产生各种输出控制信号，PLC的控制功能是通过用户程序来实现的。输出部分主要由用户输出设备组成，如接触器、继电器等，它们直接和PLC的输出端子相连，用以控制被控制的对象动作。3.3.4 PLC的工作原理PLC的工作过程实质上就是执行程序的过程。当PLC运行时，CPU按照分时操作原理每个周期执行一个操作，由于CPU的运算处理速度很快，使得外部出现的结果从宏观来看似乎是同时完成的，种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。PLC的扫描过程主要可分为五个阶段：读取输入、执行用户程序、处理通信请求、自诊断检测以及改写输出。1.读取输入在PLC的存储器中，设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的状态，他们分别为输入过程映像寄存器和输出过程映像寄存器。在读取输入阶段，PLC把所有外部数字量输入电路的状态读入输入过程映像寄存器。外部输入电路闭合时，对应的输入过程映像寄存器状态为1状态，在梯形图中对应的输入点的常开触点接通，常闭触点断开。外部输入电路断开时，对应的输入过程映像寄存器状态为0状态，在梯形图中对应的输入点的常开触点断开，常闭触点接通。2.执行用户程序PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中顺序排列。在RUN模式的程序执行阶段，如果没有跳转指令，CPU从第一条指令开始，逐条顺序的执行用户程序。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生过了变化，输入过程映像寄存器的状态也不会随之改变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的读取阶段被读入。3.通信处理在处理通信请求阶段，CPU处理从通信接口和智能模块接收到的信息，例如读取智能模块的信息并存放在缓冲区中，在适当的时候讲信息传送给通信请求方。4.CPU自诊断测试自诊断测试包括定期检查CPU模块的操作和扩展模块的状态是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。5.改写输出CPU执行完用户程序后，将输出过程映像寄存器的状态传送打输出模块并锁存起来。其中执行用户程序阶段、通信处理阶段和CPU自诊断测试阶段可统称执行程序阶段。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述五个阶段。 3.4 PLC的软件系统硬件系统和软件相互结合才能构成一个完整PLC控制系统，完成各种复杂的控制功能。PLC的软件系统由系统程序和用户程序组成。系统程序（又称系统软件）用于PLC控制系统的管理、服务及对用户程序的编译。系统程序质量的优劣直接影响PLC的性能。系统软件是由PLC生产厂家提供并固化在内部程序存储器中，用户不行存取和修改。用户程序也称为应用程序或应用软件，它由PLC使用者根据被对象的控制要求用程序语言编制而成。用户程序是通过编程器键入到PLC内，并线性地放在由管理程序指定的存储区域内。 小型PLC的用户程序比较简单，通常是顺序编制而成。大中型PLC的用户程序容量较大且比较复杂，为使用户程序编制简单，可以按功能、结构或使用目的将用户程序分为各个程序模块，每个模块各自完成一个确定的功能，然后把它们链接在一起构成一个完整的软件系统。3.5 PLC的编程语言 编程语言是PLC的重要组成部分，PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应用户编程的需要。利用编程语言，按照不同的控制要求编写不同的控制程序，这相当于设计和改变几点起的硬件接线线路，这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器送到PLC内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。 PLC共有5种标准编程语言，其中有三种图形语言，即梯形图（LD，Ladder Diagram）、功能块图（FBD，Function Block Diagram），和顺序功能图（SFC，Sequential Function Chart），两种文本语言，即结构化文本（ST，Structured Text）和指令表(IL，Instruction List)。其中梯形图是最早使用的一种PLC语言，也是现在最常用的编程语言。它是从继电