基于PLC的电梯控制系统设计

I 基于 PLC 的电梯控制系统设计 摘 要 本文介绍了电梯在七层建筑中的工作过程 ,PLC 控制系统的硬件及软件，着重分析了电梯的自动平层、开关门、平层、层楼显示等梯形图的研究。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，电梯技术的可靠性越来越高，已经进入了一个崭新的时代，其应用越来越广。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，其逻辑控制也由 PLC 代替原来的继电器控制。电梯采用了 PLC 控制 ,用软件实现对电梯运行的自动控 制，可靠性大大提高。控制系统结构简单，外部线路简化。另外可方便地增加或改变控制功能。 将可编程序控制器 (PLC)应用于 7 层电梯进行逻辑控制，大大提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，延长了使用寿命，同时缩短了电梯的开发周期。 系统中 PLC 是系统的核心，电梯的各种信号送到 PLC，然后又由 PLC 发出控制信号和指示信号给门控装置和楼层显示器去控制电梯的运行状态， PLC 根据输入信号和呼叫信号对目前电梯所处的位置自动确定电梯的运行方向，到达目的层后，自动的平层、停车、开关门，在运行过程中显示电梯的实际位置和运行方向，同 时完成对呼叫信号的登记、保号、销号等工作； 本文在软件方面主要完成了层楼显示回路、选向回路、选层回路、指令和召唤回路的设计。 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： 电梯，可编程控制器，梯形图 II The elevator control system based on PLC ABSTRACT Introduced in the seven layers of elevator work process and PLC control hardware and software of the system are analyzed, and the automatic sliding layer, elevator opened and closed, floor of the study showed ladder diagram. Along with the rapid development of Chinese economy, microelectronics technology, computer technology and automatic control technology is rapidly developing, the reliability of the technique for elevator, has entered a new era, the more and more wide application. As a modern high-rise building of elevator traffic tools, vertical is closely related to peoples lives, with people to improve their requirements, elevator has been developed rapidly, the logic of PLC control also replace original relay control. Elevator adopts PLC control, use software to realize the automatic control of elevator running, reliability, improve greatly. Control system structure is simple, external circuit simplified. Another can easily add or change control function. Will programmable logic controller (PLC) is applied to 7 elevator for logic control, and greatly improve the flexibility and reliability, maintainability, and prolong the life, and shorten the development cycle of the elevator. PLC system is the core of the system, all kinds of elevator signal to PLC, then sent by PLC control signal and instructions for door control signal devices and control of elevator to the floor monitor PLC operation state, according to the input signal and call for signals place elevator running direction can be determined, the elevator, after the arrival of the automatic adjustment layers, parking, open and closed in the operation process of the actual position and display elevator running direction, and complete the registration of call signals, etc； XiaoHao, In this paper, some major software completed floor show circuit, choose to loop, selected layers circuit, instructions and summon circuit design. PLC control of elevator, through the rational choice and design, improve the elevator control level, and improve the operation of intimacy, the ideal to control effect. KEY WORDS: Elevator, PLC, ladder diagram III 目 录 前 言 . 1 第 1 章 绪论 . 2 1.1 关于电梯 . 2 1.1.1 电梯的起源与现状 . 2 1.1.2 电梯的研究意义 . 3 1.1.3 电梯控制系统的分类 . 4 1.1.4 电梯的基本原理结构 . 5 1.1.5 电梯控制系统方案选择 . 5 1.1.6 PLC 控制电梯的优点 . 9 1.1.7 控制系统设计方案的确定 .10 第 2 章 电梯 的电气系统 .12 2.1 电力拖动系统 .12 2.1.1 轿厢的升降运动 .12 2.1.2 厅门及轿门的开关运动 .12 2.2 电梯的 PLC 控制系统 .13 第 3 章 控制系统的硬件设计 .14 3.1 控制系统的组成 .14 3.1.1 控制系统的主电路 .14 3.1.2 控制系统的控制电路 .14 3.2 I/O 点数的确定及 PLC 的选择 .14 3.2.1 输入设备的确 定 .14 3.2.2 输出设备的确定 .15 3.2.3 PLC 的选择 .15 3.2.4 建立 I/O 地址分配表 .16 第 4 章 控制系统的软件设计 .19 4.1 编程思想 .19 4.2 功能实现流程 .20 4.3 开门和关门控制设计 .21 IV 4.4 楼层信号的产生 .22 4.5 外选层信号的产生与清除环节 .23 4.6 内选层信号的产生与清除环节 .25 4.7 电梯的定向 .26 4.8 停层信号产生环节 .28 4.9 停车制动及运行 .30 结 论 .32 谢 辞 .33 参考文献 .34 外文资料翻译 .36 1 前 言 本文介绍了电梯在七层建筑中的工作过程 ,PLC 控制系统的硬件及软件，着重分析了电梯的自动平层、开关门、平层、层楼显示等梯形图的研究。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，电梯技术的可靠性越来越高，已经进入了一个崭新的时代，其应用越来越广。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，其逻辑控制也由 PLC 代替原来的继电器控制。电梯采用了 PLC 控制 ,用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。控制系统结构简单，外部线路简化。另外可方便地增加或改变控制功 能。 本文在使用少部分接触器的基础上，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。 2 第 1 章 绪论 1.1 关于电梯 1.1.1 电梯的起源与现状 据考证，我国远在公元前 2000 年以前就已经发展并使用桔槔的人力升降设备。战国时期有一种用于战场上观察敌情的升降机，叫做“巢车”。公元前 236 年的古希腊人阿基米德设计出一种有绳和鼓轮的升降机械。工业革命之后，人们相继发明了蒸汽梯，水压梯，以及后来发展为采用油压泵和控制阀的液压梯。但这时的升降机各种功能很不完善，难以保证安全，故较少载人。直到 1889 年，美国奥的斯升降公司 设计了以电动机为动力的升降机，这才出现了名副其实的电梯。 1892 年美国美国人亨利发明了用调节电动机励磁场来调速的电动机。这时的电梯使用直流电动机驱动，用改变串接在电枢回路中的电阻值的方法来调节电梯的运行速度。后来发明了交流感应电动机，在 1900 法国人布瑞在美国安装了第一台无齿轮式电梯。最初的交流电动机只是单速的，电梯的运行性能很不理想。直到发明了交流双速电动机，才基本满足了电梯的运行要求。自 20 世纪 80 年代以来，微机在在各个领域内广泛应用，国外电梯制造商已成功的把微机技术应用于电梯控制系统，并取得了相当惊人 的成绩，国内几家电梯企业也相继推出一些不同的微机控制系统从而导致电梯群控系统的出现。可见，电梯自问世以来经历了从单梯运行到双梯并联运行、再到电梯群控系统 电梯与人们的工作和生活息息相关，随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，电梯用户对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。同时由于电梯高度的增加、电梯速度的提高由此引起的噪声等问题也越来越来越严重，电梯的舒适性与安全性是评定电梯质量的重要指标，因此电梯的安装调试、性能测试、状态监测就尤为重要。在电梯控制技术方面，早期在电梯控制中 继电器和接触器在电梯的控制中占主导地位，继电器器接触器器采用固定接线的硬件实现控制逻辑，如果任务发生变化必须重新设计，改变硬件结构，这样造成大量的时间和资金的浪费。此外使用的继电器数量多，体积大，耗电多，且继电器为机 3 械触电，工作频率低，在频繁动作的情况下寿命较短。应用可编程控制器(PLC)取代继电器控制逻辑实现闭环控制，可进一步提高电梯的性能和可靠性，并降低现场调试要求，是电梯控制技术的一大进步。 目前，国内七十、八十年代安装完成的电梯绝大部分为继电器线路逻辑控线路复杂，接点接线多，故障率较高。其曳引系统采 用直流调速系统或交流调压调速系统，直流调速系统维护困难，交流调压调速系统虽然维护方便，但属于能型调速，效率低，调速性能指标较差，严重影响电梯运行质量。九十年代国内合资厂家生产的电梯以及进口电梯，采用变频调速技术和计算机控制技术，利用软件逻辑控制电梯运行，硬件明显减少，但技术含量有了很大提高，电梯运行安全可靠 .少数效益好的电梯用户，拆除了老式的继电器线路控制的电梯，更换了新式的计算机控制的电梯，老电梯的拆除造成了很大浪费。由于大部分老式电梯的机械部分没有太大问题，主要是电控系统可靠性欠佳，因此，大部分老式电梯 的用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。然而，电梯改造工作量大，利润低，电梯生产厂家对此不予重视，把主要精力放在出售安装新电梯。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 1.1.2 电梯的研究意义 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进入一个崭新的时代，其应用越来越广。而电梯作为现在高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关， 有了电梯，摩天大楼才得以崛起，现代城市才得以长高。 电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。 随着人们对 电梯运行安全性、高效性、舒适性等 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。 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。 4 可编程序控制器（ PLC） 最早是根据顺序逻辑控制的需求发展起来的，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，电梯的拖动方式已由原来的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已成为现代电梯行业的一个热点。本设计在已有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，使电梯达了到较为理想的控制效果。 1.1.3 电梯控制系统的分类 （ 1） 继电器控制系统 继电器已有上百年的历史，它是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关。在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除是非常困难的，可能会花费大量时间，严重地影响生产。如果工艺要求发生变化，控制柜内的元件和接线需要做相应的变动，这种改造的工期长、费用高，以至于有的用户宁愿扔掉旧的控制柜，另外制作一台新的控制柜。总之，继电器控制系统的动作缓慢，寿命短，可靠性差，体积大，耗电多，设计制造周期长，程序修改费时，不能实现与计算机对话，现在已经被逐渐淘汰。 （ 2）计算机控制系统 小型计算机用于开关控制系统显 然存在着“大马拉小车”的情况，因为小型计算机的编程复杂，要求有较高水平的编程人员和操作人员；需要配套非标准的外部接口，对环境和现场条件的要求过高；功能过剩，机器资源未能充分利用；且造价高昂。但微机控制多台电梯运行是电梯控制技术的发展趋势。 （ 3） PLC 控制系统 可编程序控制器（ PLC）是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，它的功能强，可靠性极高，编程简单，使用方便，体积小巧，近年来在工业生产中得到了广泛的应用，被誉为当代工业自动化的主要支柱之一。它不仅能实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数据处理、运 动控制、模拟量 PID 控制、通信联网等功能。在发达的工业化国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门，其应用已扩展到楼宇自动化、家庭 5 自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域。用可编程序控制器结合变频器控制电梯的运行，能使电梯平稳运行并准确停靠。应用可编程控制器 (PLC)取代继电器控制逻辑实现闭环控制，可进一步提高电梯的性能和可靠性，并降低现场调试要求，是电梯控制技术的一大进步 1.1.4 电梯的基本原理结构 根据电梯工作的特点，电梯控制系统可分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行 时乘客的舒适感有着重要影响，调速部分选用可以选择高性能的变频器，利用旋转编码器测量曳引机电机转速，构成闭环矢量控制系统，内环由变频器本身构成电流闭环。通过对变频器参数的合理设置，对超速、缺相等进行了有效的保护。变频器的起动、停止、电机的给定速度选择等，由逻辑部分进行控制，具有起动、停止平稳，低速特性好。节电效果明显等突出优点，并可实现对电机转速加速。度变化率 dt2 的有效控制，表现在电梯运行上为运行平稳、舒适感好。但是变频调压调速系统，价格比较按贵。简单的交流调速系统，在速度为 1.5m/s 以下的中底速电梯中经 常采用交流双速电梯。而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。逻辑控制部分选用高可靠性的 PLC，利用软件逻辑进行逻辑控制。 电梯的种类很多，电梯按拖动系统来分有交流单速 /双速拖动电梯、交流调压调速电梯、直流发电机 电动机可控硅励磁电梯、 VVVF 变频调压电梯等，按控制方式有信号控制电梯、集选控制电梯、下集选控制电梯等。由轿箱、开关门机构、曳引机构、控制系统等构成。 曳引 电机是由 安装在机房的电动机通过减速箱、制动器等组成，使曳引钢丝绳通过曳引轮，一端连接轿厢，一端连接对重装置，轿厢与对重装置的重力使曳引钢丝绳压紧 在曳引轮绳槽内产生摩擦力，这样电动机一转动就带动曳引轮转动，驱动钢丝绳，拖动轿厢和对重作相对运动。 电梯自产生以来，就一直在不断发展，但是对 不同的电梯，不论采用何种控制方式，总是按轿厢内指令，层站召唤信号要求，向上或向下起动，起行，减速，制动，停站。电梯的控制主要是指对电梯原动机及开门机的起动，减速，停止，运行方向， 楼 层显示，层站召唤，轿车内指令，安全保护等指令信号进行管理。操纵是实行每个控制环节的方式和手段 。 6 1.1.5 电梯控制系统方案的选择 电梯是高层建筑内部的重要设施之一，电梯的质量好坏在很大程度 上是由拖动系统和控制系统两部分决定的。 电梯的拖动系统经历了从简单到复杂的过程。目前用于电梯的驱动系统主要有：单、双速交流电动机拖动系统；交流电动机定子调压、调速拖动系统；直流发电机 电动机、晶闸管励磁拖动系统；晶闸管直接供电拖动系统； VVVF 变频变压调速拖动系统。 直流电动机具有调速性能好，调速范围大的特点，因此很早就已应用于电梯，采用发电机 电动机组形式驱动，它控制的电梯速度达 4m/s，但是，机组结构体积大、耗电大、维护工作量较大，且造价高，因此常用于对速度，舒适感要求较高的建筑物中。晶闸管直接供电 系统在工业上早有应用，但用于电梯却要解决舒适感（尤其是低速度段）问题，因此应用较晚，它几乎与微机同时应用。比起直流发电机 电动机组形成的直流电梯，它有很多优点。如：机房占地节省 35%，重量减轻 40%，节能 25% 35%，世界上最高速的 10m/s 电梯就是采用这种系统，调速比达 1： 1200。 电梯是一种机电结合很紧密的大型工业产品，近年来发展十分迅速。目前电梯主要有 VVVF 变频变压交流调速电梯和 PLC 控制的交流双速电梯。 1984 年，第一台用变频变压（ VVVF）系统控制的电梯问世。它采用交流电动机驱动，却可以达到 直流电动机的水平。目前速度已达 6m/s。它的体积小、重量轻、效率高，节省能源，几乎包括了以往电梯的所有优点，已成为目前最新的电梯拖动系统。 交流单、双速交流电动机拖动系统虽然具有舒适感较差（尤其反映在减速上）的缺点，但具有结构紧凑、维护简单的特点，又采用开环控制方式，线路简单，价格较低，因此得到了广泛的使用。同时人们将涡流制动，能耗制动等方式用于交流电梯上，因此可得到满意的舒适感和平层准确度，因而更增加了它的普遍适应性。况且现在国内的电梯产品和正在运行的电梯大多采用继电器组成的控制系统，其缺点是触点多 ，故障率高，可靠性差和体积庞大等，采用 PLC 控制是解决上述问题的重要途径。本设计是设计的交流双速电梯，故采用的是双速交流电动机拖动系统。 由于在 PLC 之前，所有的电梯都是用继电器控制的。传统的控制系统 7 由继电器接触控制逻辑组成。而继电器系统的可靠性差，复杂的继电器系统，其故障诊断与排除均非常困难，平均修复时间长，其控制功能被固定在线路之中，功能单一，不易修改，灵活性差，继电器控制是靠触点的机械动作来实现的，使用的继电器越多，反应速度越慢，还存在触点动作时的抖动问题。为了保证控制的安全可靠，设置了许多复杂的连锁 电路。加之至今还没有一套通用的容易掌握的继电器电路设计方法。因此，设计复杂的继电器电路既困难又费时，设计出的电路也很难阅读和理解。 单片机只是一片集成电路，不能直接将它与外部 I/O 信号相连。要将它用于工业控制，还要附加一些配套的集成电路和 I/O 接口电路，硬件设计、制作，而程序设计的工作量相当大，要求设计者具有较强的计算机领域的理论知识和实践经验。 工业控制机（简称工控机）也是为工业控制设计的。它有实时操作系统的支持，在要求快速、实时性强、功能复杂的领域中占有优势，但其价格较高，将它用于开关量控制以取代继 电器系统有些大材小用，其控制的程序一般是用汇编语言编写的，不易被工厂的电气人员掌握。 可编程序控制器是专门为工厂现场应用环境设计的数字运算操作的电子系统，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模板式的输入和输出来控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。结构上采取整体密封或插件组合型，对印刷板、电源、机架、插座的制造和安装，均采取了严密的措施，具有编程方法简单易学、可靠性高、抗干扰能 力强，体积小、能耗低，维修工作量小、维修方便，系统的设计、安装、调试工作量小等优点，在工业控制领域具有不可比拟的竞争力。 可编程序控制器的特点： （ 1）编程方法简单易学 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天的时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。 （ 2）功能强，性能价格比高 8 一台小型可编程序控制器内有成百上千个内部继电器、几十到几百个定时器和计数器、几十个特殊用途继电器，有 很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，它具有很高的性能价格比。一台可编程序控制器可以同时控制几台设备，也可以通过联网通信，实现分散控制，集中管理。 （ 3）硬件配套齐全，用户使用方便，实用性强 可编程序控制器产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。可编程序控制器有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。 硬件配置 确定后，可以通过修改用户程序，方便快速的适应工艺条件的变化。 （ 4）无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。触点和接线一多，难免接触不良，因此容易出现故障。可编程序控制器用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，尽剩下与输入和输出有关的少量接线，一般为继电器控制系统接线的十分之一到百分之一，因触点接触不良造成的故障减少了很多。 可编程序控制采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，如滤波、隔离、屏蔽、自诊断、自恢复等，使之具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到 数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，可编程序控制器已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 （ 5）系统的设计、安装、调试工作量少 可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。 可编程序控制器的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图所花的时间比设计继电器系统电路花的时间要少的多。 号的状态可以观察可编程序控制器上有关的发光二极管，调试好后将 9 可编 程序控制器安装在现场统调。调试过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，调试的时间比继电器系统少的多。 （ 6）维修工作量少、维修方便 可编程序控制器的故障率很低，并且有完善的自诊断和显示功能。可编程序控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程序控制器上的发光二极管或编程器提供的信息迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速的排除故障。 （ 7）体积小、能耗低 对于复杂的控制系统，使用可编程序控制器后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，而可编程序控制器的体积仅相当于几个继电器的大小，因 此可将开关柜的体积缩小的原来的 1/2 1/10。 可编程序控制器的配线比继电器控制系统的配线少的多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节约大量的费用。电梯的运行是一个复杂的过程，为了实现安全、方便、舒适、高效和自动化运行，除了需要良好的拖动系统以外，还必须要有一套完善，可靠的控制系统。随着科学技术的发展，各种危险计算机控制系统，从而大大简化了控制线路，提高了运行可靠性和自动化程度。控制系统主要是对大量的输入输出开关量进行逻辑运算和处理。现在国内的电梯产品和正在运行 的电梯大多采用继电器组成的控制系统，其缺点是触点多，故障率高，可靠性差和体积庞大等。微机控制和 PLC 控制是解决上述问题的两个重要途径。 PLC 控制更以研制周期短和可靠性高等优越性受到了电梯生产厂家的青睐。近年来，国内有些电梯生产厂家利用可编程序控制器的优点，采用 PLC 来控制电梯，取得了良好的效果。从电梯的拖动情况看，交流双速电梯其控制部分采用 PLC，拖动部分采用交流接触器，电机定子绕组串接阻抗用接触器进行切换的方法进行加、减速控制，端站安全保护采用机械式强迫换速开关、限位开关及极限开关等方式。此种设计尽管能满 足运转需要，但在使用中可能出现接触器触点粘连、弹簧失效、触头不能复位、电器元件误动作、开关机械损坏等故障时仍会发生“冲顶或蹲底”事故。防止发生此类故障，除了提高施工质量和元器件质量外，我们可利用 PLC 中未充分利用的定时器和继电器，借助 PLC 的故障诊断功能，用程序实现端点保护，弥补上述不足，从而提高电梯的安全可靠性。 10 为了跟上时代的步伐，本课题也采用 PLC 来控制电梯。 1.1.6 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。 1.1.7 控制系统设计方案的确定 系统设计的原理 电梯是由提升曳引系统、引导系统、安全装置和电气系统等组成。电气系统又由控制系统、指示呼叫系统和电气安全装置等组成。故电梯设计时应对以下几个组成部分进行考虑。 （ 1）控制系统 电气控制系统是电梯的指挥系统，它控制轿厢按指令方向和电梯进行速度沿导轨往复升降运行。电气控制系统包括：控制柜、操作盘、选层器、平层器、自动门机构、测速装置等，随自动化程度越高，而电梯的控制系统越复杂。 （ 2）指挥呼叫系统 显示轿厢运行方向及所在位置，需要使用电梯时的呼叫装置。 （ 3）电气安全装置 电气安全装置与机械安全装置共同构成了电梯的安全保护系统，电气安全装置 包括： 错误 !未找到引用源。 超速电气保护装置； 错误 !未找到引用源。 供电 系统断相、错相保护装置； 错误 !未找到引用源。 超越上、下极限工作位置时的保护装置； 错误 !未找到引用源。 层门锁与轿门电气 11 连锁装置； 错误 !未找到引用源。 操纵盘紧急开关； 错误 !未找到引用源。 超载开关； 错误 !未找到引用源。 自动门防夹开关。 所要实现的功能介绍 （ 1）司机操作：由司机关门启动电梯运行，由轿内指令按钮选向，厅外召唤只能顺向截梯，自动平层。 （ 2）集选控制：集选控制是将轿厢内指令与厅外召唤等各种信号集中进行综合分析处理高度自动控制功能。 它对轿内指令、厅外召唤登记，停站延时自动关门启动运行，同向逐一应答，自动平层自动开关门、顺向截梯、自动换向服务。 （ 3）下行集选：只在下行时具有集选功能，因此厅外只设下行召唤按钮，上行不能截梯。 （ 4）上行集梯：其功能类似于下行集选。 交流双速电梯的工作原理 交流双速电梯是一种电梯，他具有简单，经济等特点，舒适感也特别好。因此本课题设计选用交流双速电梯。交流双速电梯的在启动的过程中，为了限制启动电流，改善乘客乘坐电梯的舒适感和防止对机件的冲击，一般在定子电路中串入电抗、电阻、或电阻与电抗的组合体，进行降压启 动。随着速度的提高逐级将电阻或电感切除，使电梯逐步加速，最后进入稳速运行。启动的过程中采用过程中采用依次切除电阻或电抗。 12 第 2 章 电梯的电气系统 电气控制系统是电梯的指挥系统 ,它控制轿厢按指令方向和电梯运行速度沿导轨往复升降运行 .电气控制系统有由控制柜，操作盘、选层器、平层器、自动门机构、测速装置等组件构成。电气控制系统决定着电梯的性能和自动化程度。自动化程度越高，电梯控制系统越复杂。 电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成。电力拖动部分由曳引电动机，抱闸和相应的开关门电路及开门机组成。本课 题设计中电梯速度底于 1.5m/s，所以只能实现电机的正反转即可，而不必考虑电机的机械特性。制动时为满足准确停层的需要，定子回路可接入电抗器减速，最后再加上抱闸制动。 电气控制部分又称控制电路，它是电梯控制系统的核心。它包含两部分：拖动控制电路和信号控制电路。拖动控制电路因电梯的拖动方式不同各异可以是接触器及其相关的控制电路，也可以是电力电子器件的门极控制电路，对于有速度控制的闭环控制系统，还必须考虑含有电源、电压、速度检测电路和调节电路。信号控制电路与拖动的方式关系不大，主要与程序能够实现的功能有直接的关系 。因此，不同的拖动方式的电梯可以采用同一信号控制电路。 2.1 电力拖动系统 2.1.1 轿厢的升降运动 轿厢的运动由曳引电动机产生动力，经曳引传动系统进行减速、改变运动形式（将旋转运动改变为直线运动）来实现驱动，其功率在几千瓦到几十千瓦，是电梯的主驱动。为防止轿厢停止时由于重力而溜车，还必须装设制动器（俗称抱闸）。 2.1.2 轿门及厅门的开关运动 轿门及厅门的开与关则由开门电动机产生动力，经开门机构进行减速、改变运动形式来实现驱动，其驱动功率较小（通常在 200W 以下），是电梯 13 的辅助驱动。开门机一 般安装在轿门上部，驱动轿门的开与关，而厅门则仅当轿厢停靠本层时由轿门的运动带动厅门实现开或关。由于轿厢只有在轿门及所有的厅门都关好的情况下才可以运行，因此，没有轿厢的楼层，其厅门应是关闭的。如果由于特殊原因使没有轿厢停靠楼层的厅门打开了，那么，外力取消后，该厅门由自动关闭系统靠弹簧力或重锤的重力予以关闭。 2.2 电梯的 PLC 控制系统 电梯 PLC 控制系统与其他类型电梯系统一样主要由信号控制和拖动控制系统两大部分组成。下图为电梯 PLC 控制系统的结构框图。 图 2-1 电梯控制系统图 与继 电器控制系统相比较 ,去掉了用于呼提登记、定向、换速的大部分继电器及机械选层器。系统的控制核心为 PLC 主机 ,操纵盘、呼梯盒、井道及安全保护信号通过 PLC 输入接口送入 PLC 主机，由存储在存储器的PLC 软件运算处理 ,然后输出接口分别向指层装置及召唤指示灯等发出显示信号 ,向主拖动和门电机控制系统发出控制信号 ,并即时接收来自门电机装置及调速拖动控制装置反馈来的信号。 14 第 3 章 控制系统的硬件设计 控制系统有主电路和控制电路两部分组成 。 3.1 控制系统有主电路和控制电路两部分组成 3.1.1 控制系统的主 电路 主电路包括拖动轿厢上、下运行的牵引电动机的控制主电路及门机电路。 3.1.2 控制系统的控制电路 控制电路的核心是 PLC。 PLC 根据输入的内指令信号、召唤信号及各传感信号产生控制电梯运行、提示等输出信号。 3.2 I/O 点数的确定及 PLC 的选择 由于楼层数量不同，所配电梯的规模就有差别， I/O 数量相差不大，本题的七层电梯有 33 个输入信号，输出信号有 32 个。选择 FX2N-128MR可满足要求。 3.2.1 输入设备的确定 先考擦电梯轿厢内的操作。操作厢上应有各层的选层按钮， 7 层共有 7个。应有开 关门按钮，上行、下行限位，需 2 点输入。考虑到乘客安全，电梯在门未关好的情况下禁止启动，对轿厢门及厅门的开关极限均应设极限开关，需 2 点输入，再考虑井道与轿厢的关系。井道内每层都应设置感应器，以便感知轿厢当前所在层，每层设置一个，需 7 点输入。 各门厅乘客召唤时，除底层和顶层只有一个召唤按钮外，其它各层均设上下两个召唤按钮， 7 层共需 12 个输入按钮。经以上分析，可知共需 33 点开关量输入端口。 15 3.2.2 输出设备的确定 控制电梯的上行、下行（即电机正、反转）需两点输出。开关门继电器 2 点输出，上行、下行指示灯 2 点输出。 楼层指示灯 7 点输出。轿厢内指示灯 7 点输出。电梯上下行指示灯、 7 层共 12 点输出，即 1 层为 1 楼上行灯， 7 层为 7 楼下行灯。其他中间 5 层各需要两个指示灯即上下行指示灯。经分析共需 32 点开关量输出端口。 门厅及轿厢内部分输入输出见图 4-1 图 3-1 门厅及轿厢内部分输入输出图 3.2.3 PLC 的选择 本课题主要研究的是一栋 7 层楼载重量为 2 吨 PLC 的客货梯，的电梯为例，主要运行方式和功能进行总体分析，确定电梯所要具备的基本功能，明确所需 要的运行方式等。通过测算该电梯的控制系统实际需要输人点为56 点，输出点为 46 点 (电梯 1 楼为对开门集选控制 )，根据 PLC 的 I/O 节点使用原则，即留出一定的 1/0 点以供扩展时使用。因此选用日本三菱公司的 FX2N-128MR，分基本单元和扩展单元。这种机型有输人点 64 点，输出点 64 点，编程指令 100 多条，程序内存 2000 多步，并配有相应的编程软件 MEVOC，可通过手编对 PLC 进行编程，也可在 PC 机上进行编程、调试，电梯简单的控制只有开关量输入和输出，对时间的响应要求也不高，只是输入输出点数选用 128 点的已经足够。 所以不需要再配一块 I/O 扩展 16 单元（如 FX 16EYR） 2。在某些场合也可结合编码器和译码器节约 I/O点，从而可以选择较少点数的 PLC，节约成本。 3.2.4 建立 I/O 地址分配表 I/O 分配表见 3-1 表 3-1 I/O 分配表 输入 输出 S 门锁输入 X000 KM1 开门继电器 Y000 SB1 开门按钮 X001 KM2 关门继电器 Y001 SQ1 开门限位 X002 KM3 上行继电器 Y002 SB2 关门按钮 X003 KM4 下行继电器 Y003 SQ2 关门限位 X004 L 上 上行指示灯 Y004 SQ3 上行限位 X005 L 下 下行指示灯 Y005 SQ4 下行限位 X006 L1 一层指示灯 Y020 S1 一楼内选 X026 L2 二层指示灯 Y021 S2 二楼内选 X027 L3 三层指示灯 Y022 S3 三楼内选 X028 L4 四层指示灯 Y023 S4 四楼内选 X029 L5 五层指示灯 Y024 17 S5 五楼内选 X030 L6 六层指示灯 Y025 S6 六楼内选 X031 L7 七层指示灯 Y026 S7 七楼内选 X032 Z1 一楼内指示 Y027 1SB1 一楼上行 X034 Z2 二楼内指示 Y028 2SB2 二楼上行 X035 Z3 三楼内指示 Y029 2SB2 二楼下行 X036 Z4 四楼内指示 Y030 3SB3 三楼上行 X037 Z5 五楼内指示 Y031 3SB3 三楼下行 X040 Z6 六楼内指示 Y032 4SB4 四楼上行 X041 Z7 七楼内指示 Y033 4SB4 四楼 下行 X042 Z8 一楼上行灯 Y034 5SB5 五楼上行 X043 Z9 二楼上行灯 Y035 5SB5 五楼下行 X044 Z10 二楼下行灯 Y036 6SB6 六楼上行 X045 Z11 三楼上行灯 Y037 6SB6 六楼下行 X046 Z12 三楼下行灯 Y040 7SB7 七楼下行 X047 Z13 四楼上行灯 Y041 18 1KR 一楼感应器 X011 Z14 四楼下行灯 Y042 2KR 二楼感应器 X012 Z15 五楼上行灯 Y043 3KR 三楼感应器 X013 Z16 五楼下行灯 Y