(论文)plc控制交流变频调速电梯系统设计最新优秀毕业论文资料搜集呕血奉献

本科毕业设计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，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。本文在已有的通用变频器的基础上，采用PLC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。关键词 PLC；变频调速；电梯；逻辑控制；程序设计Abstract With the development of the economy, microelectronic technology, computer technology and the automatic theory are developed rapidly, the AC variable frequency technology has been in a new state. Its application is becoming more and more widely. But the elevator as an important traffic in skyscraper，it also has developed quickly with the improving requirement of the people .Its dragging technology has developed from DC timing to AC variable frequency timing and its logic control- relay control also has been replaced by PLC.The article is based on the now-being general frequency converter, using PLC to control the elevator, the reliability is improved and the feeling of comfort is better through the reasonable selection and design, so the effect of control is more ideal.Key words PLC；frequency conversion timing；elevator； logic control；program design目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题11.1.1 电梯继电器控制系统的优点11.1.2 电梯继电器控制系统存在的问题11.2 PLC及在电梯控制中的应用特点11.2.1 PLC的特点11.2.2 PLC控制电梯的优点21.3 电梯变频调速控制的特点31.4 电梯控制设计目的意义3第2章 电梯发展动态与电梯构成42.1 电梯的起源和发展42.1.1 电梯的定义42.1.2 电梯的起源与发展42.1.3 我国电梯的发展42.1.4 电梯技术发展概况52.1.5 电梯发展展望52.2 电梯的分类62.2.1 电梯的类型62.2.2 电梯的型号62.3 基本结构的构成82.3.1 曳引系统82.3.2 导向系统82.3.3 轿箱系统92.3.4 门系统92.3.5 重量平衡系统102.3.6 电力拖动系统102.3.7 电气控制系统102.3.8 安全保护系统102.4 本章小结11第3章 可编程序控制器（PLC）基本知识113.1 可编程序控制器（PLC）的基本组成113.1.1 中央处理器123.1.2 存储器123.1.3 输入/输出接口133.1.4 电源143.2 PLC的外部设143.3 PLC的通信联网143.4 OMRON SYSMAC CP1L-L20DR-A 可编程控制器简单介绍153.4.1 部分重要参数153.4.2 部分重要指令介绍153.5 CP1L与电脑的连接173.6 本章小结18第4章 系统设计184.1 系统基本原理184.2 系统硬件设计194.2.1 PLC机型及扩展模块选择194.2.2 可编程控制器的基本原理204.2.3 主电路设计214.2.4 变频器214.2.5 控制电路设计224.2.6 门电路设计234.2.7 辅助电源选型234.3 系统软件设计244.3.1 I/O地址分配244.3.2 门控程序设计244.3.3 系统调试244.4 本章小结25结 论25参考文献26致 谢27附 录29附录129附录230附录331附录432附录533附录634IV五邑大学本科毕业设计第1章 绪论 继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器(PLC)最早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己逐渐被PLC控制所代替。同时由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题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。 (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，价格较便宜。(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。 (6)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忧。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作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，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。1.2.1.1 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MTBF，降低了ml TR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是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制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，编程出错率大大降低，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;软件自诊断;简化编程语言等。1.2.1.2 易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面:（1）操作方便对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时，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降低。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。1.2.1.3 灵活性，PLC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与报警显示，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。1.3 电梯变频调速控制的特点随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。变频调速电梯的特点: （1）变频调速电梯使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小，结构简单，维护方便、可靠性高、价格低等优点。 （2）变频调速电源使用了先进的SPWM技术SVPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能;调速范围宽、控制精度高，动态性能好，舒适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速。 （3）变频调速电梯使用先进的SPWM和SVPWM技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少了谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。1.4 电梯控制设计目的意义用PLC构成电梯控制器主要目的是综合应用所学课程的基础理论、基本技能和专业知识的能力，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。培养从生产第一线获得生产实际知识和技能的能力。通过课程设计获得工程技术应用性岗位工作的基本训练，树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，实现向工程技术人员的过渡。（1）进一步巩固和加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化。（2）培养独立工作、独立思考和综合运用所学知识技能，提高解决本专业范围内的一般工程技术问题的能力，从而扩大、深化所学的专业知识和技能。（3）培养设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅文献、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，初步掌握科学研究的基本方法和思路。（4）培养调查研究的方法、熟悉有关政策，提高运用国家标准、手册等工具书的能力，尤其注重培养独立获取新知识、新技术和新信息的能力。（5）初步掌握解决工程技术问题的正确指导思想、方法和手段，树立做事严谨、严肃认真、一丝不苟、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识和团结协作的工作作风。（6）培养撰写符合规范要求的设计说明书和编写相关技术文件的能力。第2章 电梯发展动态与电梯构成2.1 电梯的起源和发展2.1.1 电梯的定义电梯是服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的倾角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构型式便于乘客出入后装载货物。它适用于装置在两层以上的建筑内，是输送人员或货物的垂直提升设备的交通工具。2.1.2 电梯的起源与发展电梯起源与古代农业和建筑业中的原始起重升降机械，随着人类社会的确不断进步，电梯技术亦取得了突飞猛进的发展：公元前36年由古希腊科学家阿基米德设计制造了人力驱动的卷桶式卷扬机公元1835年英国出现蒸汽驱动的升降机公元1845年英国汤姆逊制作了水压升降机械，即现代液压梯的雏形公元1852年德国制成人类历史上最早的用电动机拖动提升绳索，使轿箱上下运行的货运电梯公元1857年美国人奥的斯研究升降梯安全装置实验成功后，世界第一台载人电梯问世公元1889年美国奥的斯公司在纽约试制成功第一台电力拖动蜗轮蜗杆减速的电梯公元1903年美国奥的斯公司将卷桶式驱动的电梯改进为曳引轮驱动，为开发行程长、速度高的电梯奠定了基础公元1915年交流感应电动机的问世使电梯传动设备结构简化，电梯的自动平层控制系统设计成功公元1924年信号控制系统用于电梯，使电梯的操纵系统简化公元1937年电梯采用分客流最高峰期的自动控制系统，实现简易自动化控制公元1949年电梯广泛使用电子技术，设计制造群控电梯，提高了电梯自动化程度公元1955年电梯的控制系统采用小型计算机公元1967年电梯应用晶闸管，提高了电梯性能，简化拖动系统公元1971年电梯控制系统中应用集成电路公元1976年微处理器开始应用于电梯公元1990年随着计算机技术和总线技术的发展，电梯控制系统由并行信号传输向以串行为主的信号传输方式过渡随着电子工业的发展，新技术、新产品不断用于电梯控制系统，如无触点半导体逻辑控制晶闸管（俗称可控硅）的应用；集成电路和数字控制、电脑和机群控制及调频调压技术的应用；拖动技术简化、性能提高等等。2.1.3 我国电梯的发展追溯电梯这种提升设备的历史，早在公元前1100年左右的周朝我国就有利用人力作动力的简单提升设备，直到现在我国北方部分农村仍用于手摇辘轳提取井水的升降提水装置，所以说，我国是世界上最早出现这种提升设备电梯雏形的国家之一。我国电梯事业起步较晚，但发展较快。1952-1954年先后在上海、天津、沈阳建立了三家电梯厂，并先后成立有关科研单位，独立自主制造各类电梯产品，如交流货梯、客梯，直流快速、高速客梯等。用我们自己生产的电梯产品装备了人民大会堂、北京饭店等政府机关和国家宾馆。60年代开始批量生产自动扶梯和自动人行道，用我们自己生产的自动 扶梯装备了北京地铁站，用我们自己生产的自动人行道装备了北京首都机场。随着我国对外开放、对内搞活经济的政策深入贯彻执行，吸取和引进了国外先进的电梯技术、先进的电梯制造工艺与设备、先进的科学管理，使我国电梯工业又取得巨大发展。产品连续多年连续增长，产品质量和整机性能明显提高。为了进一步推动和发展电梯工业，在上海、北京、天津、广州等地先后建立中外合资电梯制造公司，使电梯的制造和驱动技术达到了国际先进水平，先后向市场推出了一批能耗小、效率高、速度快、平层和舒适感好的交流调速电梯、直流高速电梯（包括机群控制电梯）。为了进一步提高和控制产品质量，近年颁布一批具有国际水平的电梯制造等级标准，使个制造厂家用新标准去更新、设计电梯产品，加强管理，促进电梯工业新发展。2.1.4 电梯技术发展概况(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，己由以前的变级调速(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、加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)电梯的逻辑控制己从过去简单的继电器接触器控制发展为可编程序控制99(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，不断满足用户的使用功能要求。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，由于国际上机械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。2.1.5 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VV VF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、更洁挣、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;随着新技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，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。2.2 电梯的分类2.2.1 电梯的类型按用途分为：乘客电梯（TK）、载货电梯（TH）、客货两用电梯（TL）、病床医用电梯（TB）、住宅电梯（TZ）、杂物电梯（TW）、观光电梯（TG）、船用电梯（TC）、汽车用电梯（TQ）和建筑施工电梯按速度分为：低速电梯、快速电梯、高速电梯、超高速电梯和特高速电梯按曳引电动机供电电源分为：交流电梯和直流电梯按有无减速器分为：有齿轮电梯和无齿轮电梯按传动结构形式分为：钢丝绳式电梯、液压式电梯、爬轮式电梯和螺杆式电梯按有无司机分为：有司机电梯、无司机电梯和有/无司机电梯按控制方式分为：手柄操控控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、下集合控制电梯、并联控制电梯、梯群控制电梯和微机处理集选控制电梯2.2.2 电梯的型号我国城乡建设环境保护部标准（JJ45-1986）电梯、液压梯产品型号编制方法的规定如下：控制方式（见表2-4）额定速度额定载重量改型代号拖动方式（见表2-3）产品品种（见表2-2）产品类型（见表2-1）字母代号表示的内容：表2-1 类别代号表产品类别代表汉字拼音采用代号电梯梯TiT液压梯表2-2 品种（组）代号表产品品种代表汉字拼音采用代号乘客电梯客KEK载货电梯货HUOH客货两用电梯两LIANGL病床电梯病BINGB住宅电梯住ZHUZ杂物电梯物WUW船用电梯船CHUANC观光电梯观GUANG汽车用电梯汽QIQ表2-3 拖动方式代号表拖动方式代表汉字拼音采用代号交流交JIAOJ直流直ZHIZ液压液YEY表2-4 控制方式代号表控制方式代表汉字采用代号手柄开关控制、自动门手、自SZ手柄开关控制、手动门手、手SS按钮控制、自动门按、自AZ按钮控制、手动门按、手AS信号控制信号XH集选控制集选JX并联控制并联BL梯群控制群控QK2.3 基本结构的构成电梯设备并非是独立的整体设备，而是由机电合一的相关部件和组合件安装设置在机房、井道、底坑内，构成垂直运行的交通工具，服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间，其基本结构如图21所示。2.3.1 曳引系统功能：输出与传递动力，使电梯运行。构成：（1）曳引机：包括电动机、减速器、制动器和曳引轮在内的靠曳引绳和曳引轮槽摩擦力驱动或停止电梯的装置。有齿轮曳引机，即电动机通过减速齿轮箱驱动曳引轮的曳引机。无齿轮曳引机，即电动机直接驱动曳引轮的曳引机。（2）曳引绳：连接轿厢和对重的装置，并靠与曳引轮槽的摩擦力驱动轿厢升降的专用钢丝绳。2.3.2 导向系统功能：保证轿厢与对重的相互位置，并限制其活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。构成：（1)导轨：供轿厢和对重运行的导向部件。（2）导轨支架：固定在井道壁或横梁上，支撑和固定导轨用的部件。（3）导靴：装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向的部件。（4）导向轮：为增加轿厢和对重之间的距离，使曳引绳经曳引轮再导向对重装置或轿厢一侧而设置的绳轮。（5）反绳轮：设置在轿厢架和对重框架上部的动滑轮。根据需要曳引绳绕过反绳轮可以构成不同的曳引比。反绳轮的数量可以是1个、2个或3个等，由曳引比而定。图21 电梯基本结构1-减速箱 2-曳引轮 3-曳引机底座 4-导向轮 5-限速器 6-机座 7-导轨支架 8-曳引钢丝绳 9-开关碰铁 10-紧急终端开关 11-导靴 12-轿架 13-轿门 14-安全钳 15-导轨 16-绳头组合17-对重 18-补偿链 19-补偿链导轮 20-张紧装置 21-缓冲器 22-底坑 23-层门 24-呼梯盒25-层楼指示灯 26-随行电缆 27-轿壁 28-轿内操纵箱 29-开门机 30-井道传感器 31-电源开关32-控制柜 33-曳引电机 34-制动器2.3.3 轿箱系统功能：用与运送乘客和（或）货物的容体，是电梯的运行部件之一。构成：（1）轿厢架：固定和支撑轿厢的框架。由上梁、立柱、底梁和拉杆等组成的承重构件。（2）轿厢体：具有与载重量和服务对象相适应的空间，是由轿厢底、轿厢壁、轿门和轿厢顶组成。2.3.4 门系统功能：防止坠落和挤伤事故的发生。构成：（1）轿厢门：设置在轿厢入口处的门。由门、门导轨架、轿厢地坎等组成。（2）层门：设置在层站入口的门，又称厅门。由门、门导轨架、层门地坎、层门联动机构等组成。（3）开门机：使轿厢门、层门自动开启或关闭的装置。（4）门锁装置：设置在层门内侧，门关闭后，将门锁紧，同时接通控制电路，使轿厢方可运行的继电连锁装置。2.3.5 重量平衡系统功能：使曳引系统的原动力（电动机）功率消耗减少一半，以达到节能和提高效率的目的。构成：（1）对重：由对重架和对重块组成，其重量与轿厢满载时的重量成一定比例，与轿厢间的重量差具有一个恒定的最大值，又称平衡铁。（2）重量补偿装置：在高层电梯中，补偿轿厢与对重侧曳引绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。2.3.6 电力拖动系统功能：提供动力、实行电梯速度控制。构成：（1）曳引电动机：电梯的动力源。根据电梯配置可用交流电动机或直流电动机。（2）供电装置：为电梯的电动机提供电源的装置。（3）速度检测装置：检测轿厢运行速度，将其转变成电信号的装置。一般可采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电动机相联。（4）电动机体调速控制：交流调速电动机的调速控制方式，有交流变极调速、交流变压调速和变频变压调速；直流电动机具有调速性能好和调速范围大的特点，常用发电机组构成的晶闸管励磁的发电机电动机、晶闸管直接供电的晶闸管电动机。2.3.7 电气控制系统功能：对电梯的运行进行操纵和控制。构成：（1）操纵装置：对电梯的运行实行操纵的装置。包括轿厢内的按钮操纵箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。（2）位置显示装置：设置在轿厢内和层站的指示灯，以灯光数字显示电梯运行方向或轿厢所在层站。（3）控制屏（柜）：安装在机房中，由各种电子器件和电器元件组成，对电梯实行电气控制的设备。（4）平层装置：在平层区域内，使轿厢达到平层准确度要求的装置。由电磁感应器和磁遮板构成。（5）选层控制器：对电梯运行的控制方式，有轿内开关控制、按钮控制、信号控制、集选控制并联控制和梯群控制。2.3.8 安全保护系统功能：保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。构成：（1）安全钳装置：轿厢应装有能在下行时动作的安全钳装置。在达到限速器动作速度时，甚至在悬挂装置断裂的情况下，安全钳装置应能够夹紧导轨而使装有额定载重量的轿厢制停并保持静止状态。当安全钳装置作用时，装在它上面的一个电气安全装置应在安全钳动作以前或同时，使电机停转。（2）限速器：通常安装在机房内或井道顶部，是限制轿厢（或对重）运行速度的装置。当轿厢运行速度达到限定值时限速器动作，使轿厢两边安全钳的楔块同步提起，夹住导轨。（3）缓冲器：设置在轿厢和对重的行程底部极限位置。如果缓冲器随轿厢或对重运行，则在行程末端应设有与其相撞的支座，支座高度至少要0.5m。（4）超速保护开关：在限速器机械动作之前，开关动作，切断控制回路，使电梯停止运行。（5）上、下端站越位保护：在井道顶端、底端设置强迫减速开关、端站限位开关和终端极限开关。在轿厢或对重碰到缓冲器前切断控制电路。（6）电气安全保护：电气机械类安全装置多数设置相应的电气设备，构成电气安全保护线路。如供电系统断相、错相保护装置；层门与轿门的电气联锁装置；紧急操作装置和 停止保护装置；轿定、轿内和机房的检修运行装置等。2.4 本章小结本章主要介绍了电梯的起源和发展、电梯的分类和电梯的基本结构的构成及其各自的功能。第3章 可编程序控制器（PLC）基本知识3.1 可编程序控制器（PLC）的基本组成PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上于微型计算机相同，如图3-1所示。可以看出，可编程控制器主要由中央处理器、存储器、输入/输出接口、电源及外接编程器构成。在目前较流行的模块式结构中，常在母板上按系统要求配置CPU单元（包括电源）、存储单元、I/O单元等。图3-1 可编程控制器的组成3.1.1 中央处理器中央处理单元（CPU）是PLC的控制中许。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。3.1.2 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。（1）系统程序存储器制造可编程序控制器产品的厂家根据CPU部件的指令系统编写的程序为系统程序，它固化在只读存储器ROM和可擦除只读存储器ERROM中。存储在ROM和EPROM的内容，在断电情况下保持不变。系统程序存储器存放内容包括系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释程序、功能子程序的调用管理程序、系统诊断程序和系统参数。以上系统程序存储器中的内容都是事先存放在ROM（EPROM）芯片中，开机后便可运行其中程序。另外，存放在系统程序存储器中的内容用户无法直接存取，它和硬件一起决定了该可编程序控制器的各项性能。（2）用户程序存储器使用可编程序控制器产品的用户根据机器指令编写的程序称为用户程序。一般可编程序控制器产品说明书中所列的存储器就是指用户存储器。所以不同的可编程序控制器产品，其存储容量各不相同。用户程序存储一般采用加备用电电池的读/写存储器（随机存储器）RAM、EPROM和EEPROM。存放在RAM中的内容在可编程序控制器断电时会消失，所以目前一般采用锂电池在可编程序控制器断电时保存其内容，直到用户需要修改时为止。用户程序存储器内容包括用户由编程器键盘输入的程序、各种暂存数据和中间结果等。中小型可编程序控制器用户程序存储器容量一般不超过8KB，大型可编程序控制器用户程序存储器容量可高达几百千字节。3.1.3 输入/输出接口输入/输出接口起着可编程序控制器与外围设备之间传送信息的作用。（1）输入接口可编程序控制器通过输入接口把工业设备或生产过程的状态或信息输入主机，通过用户程序的运算和操作，将结果通过输出接口输出给执行机构。一般情况下，现场的输入信号可以是按钮开关、行程开关、接触器的触点以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量（要通过数/模变换后才能够输入可编程序控制器内）。输入接口一般由光电耦合电路和微电脑输入接口电路组成。光电耦合输入接口电路 该电路的核心是光电耦合器件，应用最多的是发光二极管和光电三极管构成的光电耦合器。采用光电耦合电路与现场输入信号连接可以有效防止现场的强电干扰进入到可编程序控制器中。由于信号依靠光耦合，在电气上完全隔离，传输后的信号不会反馈到输入端，不会产生地线干扰和其他串扰。考虑到发光二极管的正向电阻较低，其阻值一般约 ，所以其输入阻抗较低，而外界干扰信号的内阻远远大于发光二极管的正向电阻，根据分压原理可知，干扰源能够分配（馈送）给可编程序控制器输入端的干扰噪声很小。发光二极管的原理告诉我们，只有在发光二极管中通过一定量的电流时才会发光，尽管干扰能源产生较大的电压，但其内阻很大，能量并不大，只能产生很弱的电流，所以干扰信号受到抑制。 微电脑输入接口电路 微电脑输入接口电路是由专门集成电路芯片来完成的，在这个芯片上一般由输入数据寄存器、选通电路和中断请求电路构成。现场的输入信号通过光电耦合传送到输入数据寄存器，然后由总线传送给CPU。（2）输出接口可编程序控制器的输出信号是通过输出接口传送的，这些信号控制现场的执行部件完成相应的动作。常见现场执行部件有电磁阀、接触器、继电器、信号灯、电动机等。现场输出接口电路由输出接口电路和功率驱动电路组成。输出接口电路 与微电脑输入接口电路一样，输出接口电路也采用集成的输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路。在CPU的控制下，通过数据总线将要输出的信号传送到输出数据寄存器中，在功率驱动电路作用下输出。功率驱动电路 可编程序控制器输出一般有三种方式可供选用，分别采用继电器方式输出、晶闸管方式输出和晶体管方式输出，目前以继电器方式输出较多。继电器方式输出接触电阻小，使用寿命可达 次，但其响应速度慢，一般为毫秒级，常用于低速大功率负载。晶闸管方式输出负载电流比较大，耐压也可以较高，响应速度较快，一般为微秒级，常用于高速大功率负载。晶体管方式输出响应速度最快，一般为纳秒级，并且输出可调节，寿命长，常用于高速小功率负载。3.1.4 电源有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有交流电源（交流220V或110V）和直流电源（直流24V）。3.2 PLC的外部设外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类。（1）编程设备编程器是PLC开发应用、检测运行、检测维护不可缺少的器件，有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。编程器可以通过RS232外设通信接口或RS422接口与CPU连接，实现人机对话。（2）监控设备有数据监视器和图形监视器，直接监视数据或通过画面监视数据。（3）存储设备有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。（4）输入/输出设备用于接收信号或输出信号，一般有条码读入器、输入模拟量的电位器、打印机等。3.3 PLC的通信联网PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS232接口，通过双胶线、同轴电缆或光缆，可以在几千米甚至几十千米的范围内交换信息。当然，PLC之间的通信网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通信，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通信协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通信与联网。3.4 OMRON SYSMAC CP1L-L20DR-A 可编程控制器简单介绍图3-2 CP1L PLC外型3.4.1 部分重要参数表3-1 OMRON CP1L部分参数控制方式存储程序方式输入输出控制方式循环扫描方式和每次处理方式并用程序语言梯形图方式指令种类约500种类（FUN No.为3位）指令执行时间基本指令 ： 0.55s 应用指令 ： 4.1s共同处理时间0.4ms输出方式继电器型输入继电器12点 （0.000.11）输出继电器8点 （100.00100.07）3.4.2 部分重要指令介绍（1）表3-2中介绍了LD、LD NOT、AND、AND NOT、OR、OR NOT、OUT、OUT NOT指令的符号及其功能。表3-2 基本指令指令符号名称功 能LD取指令表示逻辑起始LD NOT取非指令表示逻辑反相起始AND与指令逻辑与操作AND NOT与非指令逻辑与非操作OR或指令逻辑或操作OR NOT或非指令逻辑或非操作OUT输出当执行条件ON时，OUT指令使指定位输出ONOUT NOT输出非当执行条件OFF时，OUT指令使指定位输出ON（2）上升沿微分指令DIFU（013）和下降沿微分指令DIFD（014）图3-3 梯形图符号DIFU（013）和DIFD（014）指令用于接通（ON）指定位仅一个扫描周期。对于DIFU（013）指令，当执行条件由OFF变为ON时，该指令使定位变为ON状态并保持一个扫描周期；对于DIFD（014）指令，当执行条件由ON变为OFF时，该指令使指定位变为ON状态并维持一个扫描周期。（3）联锁IL（002）和联锁解除指令ILC（003）图3-4 梯形图符号ILC（002）指令总是和ILC（003）指令一起使用，建立联锁关系。当IL（002）指令的执行条件不满足（即为OFF）时，处于IL（002）和ILC（003）之间的程序处理如下表3-3所示。表3-3 IL（002）和ILC（003）之间的程序处理各指令的输出状态OUT和OUT NOT指令所指定的继电器全部OFF定时器类指令当前值定时器设定值（复位）计时完成OFF（复位）其他指令所指定的继电器、通道保持在此之前的状态（不执行指令本身）如果IL（002）指令执行条件为ON，联锁程序段中的程序照常执行，即从IL（002）所处的指令点到ILC（003）指令之间的每行指令均允许执行。IL（002）指令在一段程序中可使用多次，在每条IL（002）指令到下一条ILC（003）指令之间产生联锁功能。在一条或多条IL（002）指令后一定有一条ILC（003）。应注意，联锁指令不能嵌套使用。如果DIFU（013）或DIFD（014）指令在联锁程序段中，且IL（002）指令执行条件不满足（即为OFF），则DIFU（013）或DIFU（014）执行条件变化情况不寄存。IL（002）指令执行条件变为ON后，DIFU（013）或DIFD（014）指令马上执行，DIFU（013）或DIFD（014）指令的执行条件将于连锁变成有效前的执行条件相比较。（4）结束指令END（001）当调试程序时，可将END（001）指令插入到所需调试程序段处，则只执行该点前的所有指令，待调试完成后再删去END（001）指令，以便执行后续程序。（5）定时器指令TIM图3-5 梯形图符号TIM是当前值更新方式为BCD的100ms定时器。定时器编号N可以是04095之间的任何数。设定值可以是CIO、WR、T/C、HR、DM区域中的字或立即数#，TIM立即数设定范围是00009999。TIM以0.1s为单位从设定值（S）开始进行倒计时。若定时器执行条件为ON，定时器定时，当到达定时时间即从设定值递减到零时，定时器编号的定时结束标志变为ON并一直保持到定时器复位；若执行条件为OFF，定时器复位，当前值恢复到设定值（S）。若IL（002）连锁指令执行条件为OFF，在联锁程序段中的定时器都将复位。定时器在电源中断时也将复位。3.5 CP1L与电脑的连接CP1L PLC可通过RS232接口实现与个人电脑通信。具体接线如图3-6所示。图3-6 CP1L与PC通信接线方式3.6 本章小结本章主要介绍了可编程序控制器（PLC）的基本组成；简要列出了OMRON CP1L PLC的重要参数，并对本课题中用到的梯形图指令作了简要的说明。第4章 系统设计4.1 系统基本原理图4-1 系统原理图乘客按下轿厢内操控盘上的选层按钮，选定电梯运行的目的楼层，此为内选信号，在门厅等候电梯的乘客，按门厅的上行或下行按钮，此为外唤信号。CPU224响应信号，控制变频器启停变频进而控制曳引机运转，使电梯自动运行。一般情况下，电梯按先上后下的原则，安排运送乘客的次序，而且规定在运行方向确定之后，不响应中途的反向呼唤要求，直到到达本方向的最远站点才开始返回。电梯PLC控制系统的基本结构图见附录5、附录6。4.2 系统硬件设计4.2.1 PLC机型及扩展模块选择（1）PLC机型选择此系统为多点输入，控制多点输出，不用考虑温度控制，PID控制等智能控制，所以选择西门子公司的小型PLC系列S7-200，CPU选择224系列。SIEMENS S7-200 CPU单元CPU-224本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。16K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器。表4-1 CPU技术规范（2）扩展模块选择EM223输入输出扩展模块，4点输入，24VDC 4点输出，继电器输出功耗-2W。EM235模拟量输入/输出扩展模块只有一种4路AI/1路AO的产品。4.2.2 可编程控制器的基本原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（1） 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（2） 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形