毕业设计（论文）-基于plc的自动电梯运行系统设计

摘要随着我国科技与经济的进步，电梯逐渐融入我们的日常生活与工作当中。它不仅仅是高层建筑里的必备设施，在多层建筑里也是不可缺少的垂直运输工具。电梯的控制系统已由初期的继电控制向微机控制发展。可编程控制器由于具有可靠性高，功能强大等特点已经成为电梯微机控制系统的核心。本机控制单元采用以三菱公司的可编程控制器PLC对机器进行全过程控制。整个系统通过PLC、逻辑控制电路对电梯的升降；加、减速；平层、起动、自动控制。其机构简单、运行效率高、平层精度高，易于理解与掌握。关键词电梯控制系统可编程控制器ABSTRACTASCHINASTECHNOLOGICALANDECONOMICPROGRESS,THEELEVATORGRADUALLYINTEGRATEDINTOOURDAILYLIVESANDWORKTHEMITISNOTJUSTHIGHRISEBUILDINGINTHENECESSARYFACILITIES,INTHEMULTISTOREYBUILDINGSINTHEVERTICALTRANSPORTISESSENTIALELEVATORCONTROLSYSTEMFROMTHEINITIALDEVELOPMENTOFRELAYCONTROLTOCOMPUTERCONTROLPROGRAMMABLECONTROLLERSASHIGHRELIABILITY,POWERFULFEATURESSUCHASCOMPUTERCONTROLSYSTEMSHAVEBECOMETHECOREOFTHEELEVATORTHECONTROLUNITUSINGTHEMITSUBISHIPLCPROGRAMMABLECONTROLLERCONTROLSTHEWHOLEPROCESSOFTHEMACHINETHEENTIRESYSTEMTHROUGHTHEPLC,LOGICCONTROLCIRCUITOFTHEELEVATORLIFTACCELERATION,DECELERATIONFLATLAYER,STARTING,AUTOMATICCONTROLTHEORGANIZATIONISSIMPLE,HIGHEFFICIENCY,HIGHPRECISIONLEVELING,EASYTOUNDERSTANDANDMASTERKEYWORDSELEVATOR,CONTROLSYSTEM,PROGRAMMABLECONTROLLER目录摘要IABSTRACTII目录III前言11电梯概述211电梯的定义和种类2111电梯的定义2112电梯的种类212电梯的主要组成3121电梯在空间上的组成313国外电梯的情况414国内电梯的情况515电梯技术发展趋势62PLC的介绍821可编程控制器（PLC）822可编程控制器（PLC）的发展阶段823可编程控制器（PLC）发展趋势924可编程控制器（PLC）的工作原理1025可编程控制器（PLC）的性能指标1226可编程控制器（PLC）的特点与应用133PLC的选择及其控制系统开发1631可编程序控制器（PLC）的选择16311可编程控制器（PLC）的选型1732可编程控制器（PLC）控制系统硬件开发17321设计思路17322I/O点数的分配及机型的选择2033可编程控制器（PLC）控制系统软件开发21331电梯的三个工作状态21332确定系统软件开发方法22333系统的软件开发过程234电梯系统模拟调试及安装3141电梯系统模拟调试3142电梯系统安装调试31总结33致谢34参考文献35前言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着广泛的应用。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。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。1电梯概述11电梯的定义和种类111电梯的定义电梯在汉语词典中的解释为建筑物中用电作动力的升降机,代替步行上下的楼梯。国家标准GB7024186电梯名词术语规定，电梯的定义用电力拖动，具有乘客或载货轿厢，其运行于垂直的或与垂直方向倾斜不大于15度角的两侧刚性导轨之间，运送乘客和或货物的固定设备。另外，国家标准GB758887电梯制造与安装规范，对电梯的技术含义作了如下叙述乘客方便的进出，轿厢至少部分的在两根垂直的或与垂直方向成倾斜角小于15度的刚性导轨之间运行。从以上的两个条文可以理解电梯的含义（1）电梯是由电力来驱拖动的。（2）沿着垂直方向运行的一种提升设备，可以是乘客的，也可以是载货的。（3）轿厢要方便于乘坐乘客或承载货物。112电梯的种类1按运行速度分类（1）超高速电梯（3M/S10M/S或更高的电梯，通常用于超高层建筑物内）。（2）高速电梯（2M/S3M/S的电梯。如2M/S，25M/S，3M/S等；通常用在16层以上的建筑物内）。（3）快速电梯（LM/S而2M/S的电梯。如15M/S，175M/S；通常用在10层以上的建筑物内）。（4）低速电梯（LM/S及以下的电梯。如025M/S，05M/S，075M/S，1M/S；通常用在10层以下的建筑或客货两用电梯或货梯）。2按用途分类（1）乘客电梯；（2）载货电梯；（3）客货（两用）电梯；（4）病床电梯；（5）住宅电梯；（6）杂物电梯；（7）船用电梯；（8）观光电梯；（9）车辆电梯。3按有无司机分类（1）有司机电梯必须有专职司机操纵。（2）无司机电梯不需要专门司机，而由乘客自己操纵，具有集选功能。（3）有/无司机电梯根据电梯控制电路及客流量等，平时可改由乘客自己操纵电梯运行，客流大或必要时可由司机操纵。4按操纵控制方式分类（1）手柄控制电梯；（2）按钮控制电梯；（3）信号控制电梯；（4）集选控制电梯；（5）下或上集选控制电梯；（6）并联控制电梯；（7）梯群程序控制电梯；（8）梯群智能控制电梯；（9）微机控制电梯。5按拖动方式分类（1）直流电梯；（2）交流电梯；（3）液压电梯；（4）齿轮齿条电梯；（5）螺杆式电梯；（6）直线电机驱动电梯。12电梯的主要组成电梯是把机电合成一体的大型复杂产品，为了研究的方便，必须首先对电梯的总体结构有概括认识。121电梯在空间上的组成一部电梯总体的组成有机房、井道、轿厢和层站四个部分，也可看成一部电梯占有了四大空间。1轿厢所属的主要构件轿顶轮、轿厢架、轿厢底、轿厢门、自动门机构、自动安全触板、平层感应器、护脚板、导靴、对重、电话、绳头板。2井道所属的主要构件轿厢导轨、对重导轨、导轨支架和压道板，对重轮、随线电缆、极限开关、端站限位开关、轿厢中间接线盒。3机房所属的主要构件控制柜、承重梁、导向轮、限速器、选层器、极限开关。4层站所属的主要构件层楼显示器、自动层门钥匙开关、手动钥匙开关、层门门锁、层门框、层门地坎、呼梯钮、到站钟。13国外电梯的情况国外电梯行业发展迅猛，不仅在节能上做了很大的功夫，现在在智能化，远程化，集成化，可视化也已有了先进的技术例如（1）集垂直运输与水平运输的复合运输系统。该系统采用直线电机驱动，在一个井道内设置多台轿厢。轿厢在计算机导航系统控制下，可以在轨道网络内交换各自运行路线。该系统节省了井道占用的空间，解决了超高层建筑电梯钢丝绳和电缆重量太大的问题，尤其适合于具有同一底楼的多塔形高层建筑群中前往空中大厅的穿梭直驶电梯。（2）交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯无机房电梯由于曳引机和控制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。而交流永磁同步无齿轮曳引机的特点是（A）结构简单紧凑，体积小，重量轻，形状可灵活多样；（B）配以变频控制可以实现更大限度的节能；（C）没有齿轮，于是没有齿轮振动和噪声，齿轮效率，齿轮磨损及油润滑问题，减少了维护工作，降低了油污染；（D）由于失电时旋转的电机处于发电制动状态，增加了曳引系统的安全可靠性。（3）彩色大屏幕液晶楼层显示器。这类显示器可以以高分辨率的彩色平面或三维图像显示电梯的楼层信息（如位置、运行方向），还可以显示实时的载荷、故障状态等。通过控制中心的设置还可以显示日期、时间、问候语、楼层指南、广告等，甚至还可以与远程计算机和寻呼系统联接发布天气预报、新闻等。有的显示器又增加了触摸查询功能。该装置缓解了陌生乘客在轿厢内面对面对视时的尴尬、无趣的局面，降低了乘客乘梯时心理等待焦虑感。（4）电梯远程监控系统。该系统是将控制柜中的信号处理计算机获得的电梯运行和故障信息通过公共电话网络或专用网络（都需要使用调制解调器）传输到远程的能够提供可视界面的专业电梯服务中心的计算机，以便那里的服务人员掌握电梯运行情况，特别是故障情况。该系统一般具有显示故障、分析故障、故障统计与预测等功能，还有的可实现远程调试与操作，便于维修人员迅速进行维修应答和采取维修措施。这样缩短了故障处理时间，简化了人工故障检查的劳动，保证了大楼电梯安全高效地运行。14国内电梯的情况中国电梯行业从市场规模上已经有了很大提高，一些自主品牌也逐步提升了自己的产品质量和技术含量，我国政府提出的节约型社会正好让电梯行业中拥有节能电梯技术的企业有机会发展，另外，国外用户比以前更多地青睐中国产品也为中国电梯的崛起提供了机会。目前我国节能电梯技术在某些方面已经达到了国际领先水平，但是节能电梯的普及率还很低，可节电30以上的无齿轮电梯普及率不及10，可以能源再生的造能电梯普及率不及2。因此专家预计，节能电梯市场会在“十一五”期间进入快速增长期。节能电梯从2001年开始进入我国办公楼、住宅楼、酒店等场所，经过5年的发展，全国的无齿轮电梯市场从几千台增长到近6万台。目前我国已超过日本成为世界最大的新装电梯市场。由于房地产业、城市公共建设等产业发展迅速，预计未来10年，我国的电梯市场仍将保持每年20的递增速度，年平均销售额至少500亿美元。房地产市场快速发展，对电梯的需求继续扩大。专家估计未来50年我国新增住房面积将达到200亿平方米。目前国家规定20米以上高楼就应安装电梯，因此未来电梯最大的市场就是住宅市场。此外，机场、商场、地铁等大型公共设施建设对自动扶梯、观光电梯等电梯的需求量也十分可观。西部地区的小城镇建设速度加快。东部地区城市化经过20年的发展，有些发达地区城市化水平已达到80，基本饱和，甚至出现了逆城市化的趋势。而近年来西部地区国民生产总值的增长速度，已经与电梯需求高速发展所需的GDP水平相吻合。电梯更新进入高峰期。虽然国家对电梯寿命目前没有提出强制标准，但是按国外电梯使用寿命的惯例，一般日本系列电梯设计寿命为15年，欧美电梯设计寿命为25年。根据我国电梯选购的实际情况，采用日本系列产品或技术的比例大约有60以上，国内在1990年前安装的日系电梯已经全部到了更新期。而且1990年以前的电梯生产技术相对比较落后，电梯的耗电水平是现在节能电梯的三到四倍。按电梯使用寿命及15年前电梯安装数量看，预计2007年将有15000至20000台电梯需要更新。电梯节能潜力巨大，电梯和空调被认为大型建筑两大耗能大户。据了解，目前我国星级酒店每平方米平均年耗电量为150千瓦时，一座3万5万平方米的星级酒店，其年总能耗大约相当于3000至4000吨标准煤，其中将近一半用于电梯供电。电梯行业协会统计，2005年在我国所有使用的电梯中如果有80采用节能电梯，全年可以节约耗电122亿千瓦时。如果2015年全部采用节能电梯，将节电800亿千瓦时，几乎等于三峡大坝一年的发电量。15电梯技术发展趋势1电梯群控系统将更加智能化电梯智能群控系统将基于强大的计算机软硬件资源，如基于专家系统的群控、基于模糊逻辑的群控、基于计算机图像监控的群控、基于神经网络控制的群控、基于遗传基因法则的群控等。这些群控系统能适应电梯交通的不确定性、控制目标的多样化、非线性表现等动态特性。随着智能建筑的发展，电梯的智能群控系统能与大楼所有的自动化服务设备结合成整体智能系统。2超高速电梯速度越来越高21世纪将会发展多用途、全功能的塔式建筑，超高速电梯继续成为研究方向。曳引式超高速电梯的研究继续在采用超大容量电动机、高性能的微处理器、减振技术、新式滚轮导靴和安全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓解和噪声抑制系统等方面推进。采用直线电机驱动的电梯也有较大研究空间。未来超高速电梯舒适感会有明显提高。世界速度最快且运行距离最长的电梯迪拜塔电梯，速度最高达每秒174米。从电梯底到顶层124层的观景台,只用一分零五秒。中国速度最快且运行距离最长的电梯台北101大楼，速度最高达每秒168米。3蓝牙技术在电梯上广泛应用蓝牙BLUETOOTH技术是一种全球开放的、短距无线通讯技术规范，它可通过短距离无线通讯，把电梯各种电子设备连接起来，无需纵横交错的电缆线，可实现无线组网。这种技术将减少电梯的安装周期和费用，提高电梯的可靠性和控制精度，更好地解决电气设备的兼容性，有利于把电梯归纳到大楼管理系统或智能化管理小区系统中。4绿色电梯将普及要求电梯节能、减少油污染、电磁兼容性强、噪声低、寿命长、采用绿色装潢材料、与建筑物协调等甚至有人设想在大楼顶部的机房利用太阳能作为电梯补充能源。2PLC的介绍随着社会的不断迅速发展，电梯的应用越来越广泛也越来越必要。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，而且电梯的首要保证就是安全，所以采用可编程控制器是非常合适的选择。21可编程控制器（PLC）可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。因而在冶金、化工、交通、电力、机械等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一。22可编程控制器（PLC）的发展阶段虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段1早期的PLC（60年代末70年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今。2中期的PLC（70年代中期80年代中、后期）在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元CPU。这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。3近期的PLC（80年代中、后期至今）进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。23可编程控制器（PLC）发展趋势1向高速度、大容量方向发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达01MS/K步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。2向超大型、超小型两个方向发展当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。3PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。4增强外部故障的检测与处理能力根据统计资料表明在PLC控制系统的故障中，CPU占5，I/O接口占15，输入设备占45，输出设备占30，线路占5。前二项共20故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80的故障属于PLC的外部故障。因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。5编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。24可编程控制器（PLC）的工作原理当PLC运行时，用户程序中众多的操作需要执行。但CPU是不能同时执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。由于CPU的运算处理速度较快，使得外部出现的结果从宏观上来看几乎是同时进行的，这种分时操作的过程叫做CPU对程序的扫描。扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，再无中转或跳转的情况下，按存储地址递增的方向顺序逐条扫描用户程序即执行，直到程序结束。每扫描完一次程序，就构成一个扫描周期。然后再从头开始扫描，并周而复始地重复。循序扫描的工作方式简单，简化了程序设计，并为PLC的可靠运行提供了可靠的保障。一方面，所扫描的程序被执行后，其结果马上就可以被将要扫描到的指令所利用；另一方面，还可以利用CPU设置的定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，从而避免了由于CPU内部故障使程序进入死循环而造成故障的影响。1PLC的基本工作如下（1）输入现场信息在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态；（2）执行程序顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算；（3）输出控制信号根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期。PLC的扫描周期通常为几十毫秒。初始化处理输入信号处理程序处理顺序输入信号处理扫描输出结果送入输出锁存电路进行输入启动图21可编程控制器工作过程图2自诊断程序每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和CPU等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状态进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障。此时，PLC立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。诊断结束后，如无故障，PLC继续扫描，检查是否有编程器等的通信请求。如果有则进行相应的处理，比如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。处理完通信后，PLC继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。PLC就这样不断反复循环，实现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停电、出现故障等才停止工作。25可编程控制器（PLC）的性能指标PLC的性能，通常是用以下多种指标综合表述，不同品种规格的PLC其性能指标是不尽相同的，要根据具体悄况来分析。1编程语言常用的有梯形图语言、助记符语言、控制系统流程图及某些高级语言等。不同的PLC可能采用不同的编程语言。2用户程序存贮容量用户程序存贮器用以存贮通过编程输入的用户程序，其存贮量通常是以字为单位来计算。约定16位二进制数为一个字，每1024个字为1K字。中小型的PLC存贮容量一般在8K以下，大型的PLC存贮量有的已达到256K及2M,在编程时每一条指令所占的存贮容量是1个字、2个字等。通常，对于一般的逻辑操作指令，每条指令占1个字，计时、计数、移位指令占2个字，对于一般的数据操作指令，每条指令占2个字。也有的PLC，用户程序的存贮容量是用编程的步数来表示，每编一条语句为一步。3I/O总点数PLC的输入和输出量有开关量和模拟量两种。对于开关量I/O，其I/O总数用最大I/O点数表示；对于模拟量I/O，其中I/O总数用最大I/O通道路数表示。4扫描速度以MS/K字为单位表示。例如10MS/K表示扫描1K字的用户程序所需的时间为L0MS。5指令种类数和总条数用以表示PLC的编程和控制功能。6内部继电器种类和点数包括输入继电器、输出继电器、辅助继电器无断电记忆和带断电记忆的、计时器/计数器、移位寄存器、特殊继电器等。而每种继电器点数也不一样。7工作环境一般都能在下列环境条件下工作温度055摄氏度，湿度小于85无结露。8有的PLC还具有某些特种功能，例如自诊断功能，通信联网功能，监控功能，特殊功能模块，远程I/O能力等。9除以上基本功能指标以外，对于不同的PLC，还可能列出其它一些指标，如输入输出方式、一些主要硬件如CPU、存贮器的型号以及PLC的环境适应性能等。26可编程控制器（PLC）的特点与应用可编程控制器最初是为了替代继电器控制系统而研制的，其自身又是一个计算机系统，所以它除了具备继电器控制系统和微型计算机系统的原有功能外，还有其自己的特点1PLC与继电接触控制系统的比较（1）继电接触控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制；PLC内部用“软”电器、“软”触点和“软”线连接，为软件控制。（2）继电接触控制系统体积大；PLC控制系统机构紧凑，体积小。（3）继电接触控制功能改变，需拆线，甚至更换元器件，麻烦；PLC控制功能改变，只修改程序即可，很方便。（4）继电接触控制全为机械式触点，动作慢；PLC内部全为“软接点”，动作快。（5）PLC控制系统的设计、施工与调试比继电接触控制系统周期短。（6）PLC控制的自检和监控功能比继电接触控制系统强。（7）PLC的适用范围比继电接触控制的广泛。（8）PLC可靠性比继电接触控制的高。2PLC与微型机算机的比较（1）PLC输入输出接口较多，中大型PLC输入输出接口更多，便于多路多点控制。（2）PLC编程直观、简单。而计算机使用汇编语言或其他高级语言编程，比PLC编程复杂。（3）PLC可靠性高、抗干扰能力强。（4）PLC技术较容易掌握，使用维护方便，对使用者的技术水平要求低。（5）PLC采用扫描方式进行工作，加上其他原因，所以PLC输入输出响应比计算机慢。（6）PLC体积小，调试周期短。3PLC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进行故障自动检测与报警等显示，提高运行安全性，并便于检修。（5）用于群呼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。4可编程序控制器（PLC）的应用可编程控制器作为工业自动化的核心设备其应用极为广泛，可以说只要工厂有控制要求，就会有PLC的应用。以前，都使用电梯继电器控制系统，虽然，该系统存在一定的优点（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，己形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。但也存在一定的问题（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。目前典型的PLC应用主要有以下几个方面（1）顺序控制这是可编程控制器最广泛应用的领域，PLC取代了传统的继电器顺序控制，例如装配生产线、数控机床及电梯控制等。（2）过程控制在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、电流等。可编程控制器有A/D和D/A转换模块，这样可编程控制器可以采用模拟控制用于过程控制。（3）数据处理一般可编程控制器都设有四则运算指令，可以很方便的对生产中的数据进行处理。用PLC可以构成监控系统，进行数据采集和处理，监控生产过程。较高档次的可编程控制器都有位置控制模块，用于控制步进电动机或伺服电动机，实现对各种机械的位置控制。（4）通信联网某些控制系统需要多台PLC连接起来使用或者由一台计算机与多台PLC组成集选控制系统和总线控制系统。3PLC的选择及其控制系统开发电梯控制系统硬件由轿厢操纵盘、厅门信号、PLC、变频器、调速系统构成。控制系统结构图如图31所示轿厢操纵盘厅内信号PLC变频器旋转编码器拽引发动机电源图31控制系统结构图图中变频器只完成调速功能，而逻辑控制部分是由PLC完成的。PLC负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停信号，同时变频器也将本身的工作状态输送给PLC，形成双向联络关系。系统还配置了与电动机同轴连接旋转编码器及PG卡，完成速度检测及反馈，形成速度闭环和位置闭环。此外系统还必须配置制动电阻，当电梯减速运行时，电动机处于再生发电状态，向变频器回馈电能，抑制直流电压升高。31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。311可编程控制器（PLC）的选型根据以上选择的轿厢楼层位置检测法，要求可编程控制器必须具有高速计数器，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1FX2N配置灵活，除主机单元外，还可扩展I/0模块，A/D模块，D/A模块和其它特殊功能模块。2FX2N指令功能丰富，有各种指令107条，且指令执行速度快，它的基本指令执行时间高达008S每条指令，远远超过了很多大型可编程序控制器。3FX2N可用内部辅助继电器M，状态继电器S，定时器T，寄存器D，计数器C的功能和数量满足了系统控制要求的需要，尤其是高速计数器（C251等）能接受脉冲编码器脉冲。4FX2N的编程可用编程器，也可以在PC机上使用三菱公司的专用编程软件包MELSEMEDOC来进行。编程语言可用梯形图或指令表。尤其是可用PC机对系统实时进行监控。为调试和维护提供了极大的方便。32可编程控制器（PLC）控制系统硬件开发电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。图32为电梯PLC控制系统的基本结构图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为PLC主机、操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。321设计思路1信号控制系统电梯信号控制基本由PLC软件实现。电梯信号控制系统如图33所示，输入到PLC的控制信号有运行方式选择（如自动、有/无司机、检修、消防运行方式等）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器、光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。2电梯控制系统实现的功能电梯的控制系统实现如下功能（1）一台电机控制上升和下降，各层设上/下呼叫开关（最顶层与起始层只设一只）。（2）电梯到位后，具有手动或自动开门关门功能。输入接口PC主机CPU存储器输出接口安全装井道装指层器调整器拖动控轿厢操纵盘厅外呼梯图32电梯PLC控制系统的基本结构图内指令信号外指令信号广电脉冲信号输入接口PLC输出接口运行方式选择运行控制信号安全保护信号开关门信号门区或平层信号拖动控制系统呼梯信号指令楼层显示运行方向指令开关门控制呼梯铃图33电梯PLC信号控制系统框图（3）电梯内设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯及层楼指令键，警铃风扇及照明。（4）待客自动开门，当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门待客。当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时，电梯应自动关门在调定时间内自动关闭轿厢照明。（5）自动关门与提早关门，在一般情况下，电梯停站4S到6S应能自动关门；在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前实现关门动作。（6）按钮开门。在开关过程中或门关闭后，电梯启动前，按下操纵盘上开关按钮，门将打开。（7）内指令记忆。当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序停靠车门，并能至调定时间，自动确定运行方向。（8）自动定向。当轿厢内操纵盘选层指令相对与电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主的原则，自动确定运行方向。自动换向，当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。（9）呼梯记忆与顺向截停。电梯在运行中应能一记忆层外的呼梯信号，对符合运行方向的召唤，应能自动逐一停靠应答。（10）自动返基站。当电梯设有基站时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站，停机待客。3电梯操作方式单台电梯的操作方式有手柄操纵控制、按钮控制、信号控制和集选控制等。在乘客电梯中几乎全部采用集选控制方式。（1）单轿厢下集选控制登记所有轿厢和厅门下行召唤；轿厢上行时，只答应轿厢召唤，直至最高层；自动改变运行方向为下行，应答厅门下行召唤。（2）单轿厢全集选登一记所有厅门和轿厢召唤；上行时顺应答轿厢和厅门上召唤，直至最高层自动反向应答下行召唤和轿厢召唤。系统采用全集选操作方式。4减速及平层控制电梯的工作特点是频繁起制动，为了提高工作效率、改善舒适感，要求电梯能平滑减速至速度为零时，准确平层，即“无速停车抱闸”，不要出现爬行现象或低速抱闸，即直接停止，要做到这一点关键是准确发出减速信号，在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线。系统采用旋转编码器检测轿厢位置，只要电梯一运行，计算器就可以精确地确定走过的距离，到达与减速点相应的预制数时即可发出减速命令。不论哪种方式产生的减速命令，由于负载的变化、电网波动、钢丝绳打滑等，都会使减速过程不符合平层技术要求，为此一般在离层楼100200MM处需设置一个平层矫正器，以确保平层的长期准确性。322I/O点数的分配及机型的选择系统按七层的电梯为例，根据需要控制的开关，设备大约有52个输入点，34个输出点，需进行控制，考虑1015的裕量，故选择FX2N128MR，I/O分配如表31，32，33所示表31输入部分X0、X1高速计数器输入端X20消防开关X2硬件复位X21变频器故障信号X3开门开关X22红外传感信号X4有/无司机操作方式转换X23急停按钮X5轿厢门锁X24变频器“运转信号X6开门限位开关X25变频器故障信号X7关门限位开关X26、X27轿内、轿顶检修X10超载触电X30X36轿内指令通道X11直驶开关X40X46厅门锁X12检修开关X50X5516层召唤按钮X13警铃按钮X56、X57上/下极限开关X14关门开关X60X6527层下召唤按钮X15轿内检修向上运行按钮X66、X67上下强迫换速开关X16轿内检修向下运行按钮X17底层钥匙开关表32中间继电器M0M6楼层位置信号通道M73检修定向上信号通道M10M16轿内指令登记信号通道M74检修定下向信号通道M20M26选层信号通道M75人员进出红外线信号通道M30M36呼梯信号通道M80上行前沿微分通道M40M45上召唤信号登记通道M81下行前沿微分通道M50M55下召唤信号登记通道M82消防上升沿微分通道M60上召唤直驶和反向信号M83消防下降沿微分通道M61下召唤直驶和反向信号M84门连锁信号通道M62上行顺向截梯M85消防员专用信号M63下行顺向截梯M86消防运行继电器M63电梯运行状态M56无司机起动运行信号M63顺向截梯M57检修状态信号通道M66反向截梯M70本层开门中间信号通道M67换速信号通道M71定上向信号通道M68平层中间继电器M72定下向信号通道M69关门信号通道M76M78高速计数器输出通道表33输出部分Y0上行接触器Y10Y16电梯运行位置指示灯Y1下行接触器Y20Y26内选指示灯Y2开门继电器Y30Y3516层上召唤信号指示灯Y3关门继电器Y40Y4527层下召唤信号指示灯Y4换速信号继电器Y6平层停车继电器Y5点动检修继电器Y7蜂鸣器33可编程控制器（PLC）控制系统软件开发331电梯的三个工作状态电梯控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环，电梯工作过程又细致分为自检、正常工作、强制工作等三种工作状态。电梯在三种工作状态之间来回切换，构成了完整的电梯工作过程。1电梯的自检状态PLC上电后，PLC中的程序己开始运行，但因为电梯尚未读入任何数据，也就无法在收到请求信号后通过固化在PLC中的程序作出响应。为满足处于响应呼叫就绪状态这一条件，必须使电梯处于平层状态已知楼层且电梯门处于关闭状态。电梯自检过程的目标为先按下启动按钮，再按下恢复正常工作按钮，电梯首先是电梯门处于关闭状态，然后电梯自动向上运行，经过两个平层点后停止。2电梯的正常工作状态电梯完成一个呼叫响应的步骤如下（1）电梯在检测到门厅或轿厢的呼叫信号后将此楼层信号与轿厢所在的楼层信号比较，通过选向模块进行选向。（2）电梯通过拖动调速模块驱动直流电机拖动轿厢运动。轿厢运动速度要经过低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至减速点。（3）当电梯检测到目标层楼层检测点产生的减速点信号时，电梯进入减速状态，由中速度变为低速，并以低速运行到平层点停止。（4）平层后，经过一定延时后关门，直到碰到关门到位行程开关；再经过一定延时后关门，直到碰到关门到位行程开关。电梯控制系统始终实时显示轿厢所在楼层。3电梯强制工作状态当电梯的初始位置需要调整或电梯需要检修时，应设置一种状态使电梯处于该状态时不响应正常的呼叫，并能移动到导轨上、下行极限点间的任意位置。控制台上消防/检修按钮按下后，使电梯立刻停止原来的运行，然后按下强迫上行（或下行）按钮，电梯上行（或下行）；一旦放开该按钮，电梯立刻停止，当处理完毕时可用恢复正常工作按钮来使电梯跳出强制工作状态。332确定系统软件开发方法由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送PLC的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。系统的软件设计有如下几个特点（1）采用优先级队列。根据电梯所处的位置和运行方向，在编程中，采用了四个优先级队列，即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。其中，上行优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。控制系统在电梯运行中实时排列的四个优先级队列。为实现随机逻辑控制提供了基础。（2）采用先进先出队列。根据电梯的运行方向，将同向的优先级队列中的非零单元（有呼叫时此单元为非零单元；无呼叫时则此单元为零）送入寄存器队列，我们利用先进先出读出指令，将第一个单元中数据送入比较寄存器。（3）采用随机逻辑控制。当电梯以某一运行方向接近某楼层的减速位置时，判别该楼层是否有同向的呼叫信号，如有，将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较，如相同，则在该楼层减速停车；如果不相同，则将该寄存器数据送入比较寄存器，并将原比较寄存器数据保存，执行该楼层的减速停车。该动作完毕后，将被保存的数据重新送入比较寄存器，以实现随机逻辑控制。（4）采用软件显示。系统利用行程判断楼层，并转化成BCD码输出，通过硬件接口电路以LED显示。（5）对变频器的控制，PLC根据随机逻辑控制的要求，可向变频器发出正向运行、反向运行、减速以及制动信号，再由变频器根据一定的控制规律和控制算法来控制电机。同时，当系统出现故障时，PLC向变频器发出信号。333系统的软件开发过程1电梯的开关门运行回路（1）开关门控制开关门控制程序是按照双开门有/无司机控制来设计的。主要完成电梯的手动开门、无司机状态下的本层开门、电梯运行到达目的层站时的自动开门、手动关门、无司机状态下的自动延时关门、基站外启动时的开关门等功能。A本层开门本层开门是指电梯在停车状态和非检修（有/无司机）条件下，当轿厢所在层楼有上召唤且没有定下方向，或有下召唤而没有定上方向时，电梯自动开门，电梯本层开门的条件也可简化为在停车状态下，当轿厢所在层楼有厅外召唤时，电梯自动开门。如假设轿厢现停在三层，则M2为ON，当三层厅外有上召唤信号时，X52为ON，在没有定下方向，且停车状态下，M70为ON，发出本层开门控制信号，如图34所示X50M0X51M1X52M2M64M70图34本层开门B开门控制及安全保护正常情况下，开门的条件有以下几种本层开门、停车状态按轿内开门按钮、关门过程中有红外线检测信号（这种情况下将重新开门）、正常运行换速平层停车自动开门。开门到位后，若没有碰到开门限位开关，或限位开关失灵，则由于开门继电器吸合，门电机会发生堵转，时间一长电机可能烧毁。为此，设计了门电机保护程序，当开门动作时间超过正常开门时间23S后，通过定时器计时自动断开开门信号，停止开门。如果没有外界开门信号，即X3和M70为OFF，其闭点为ON，则定时器T0开始计时，当计时时间到，如限位开关仍未动作，则通过T0闭点断开Y2，停止开门，并由T0开点使定时器自锁，Y2维持OFF。当有开门信号时，X3或M70为ON，其闭点OFF，定时器复位，T0闭点为ON，可再次进行开门控制，如图35所示X3M75T4M70X17Y2Y2T0M64T0X6Y3X3M64M70Y2K30T0图35开门控制及安全保护（2）关门控制关门的条件有以下几种停车状态下按关门按钮、无司机状态下自动关门、时间到、锁梯时钥匙开关断开。停止关门或不关门的条件关门到位碰到关门限位开关、有开门信号、开门继电器吸合、超载开关动作。如锁梯时，X17为ON，则M69为ON，可使Y3为ON，执行关门动作；而超载时，闭点X10为OFF，则M69为OFF，可使Y3也为OFF，不能关门运行。在关门梯形图中也设置了关门安全保护，因为关门限位开关若不动作或失灵，同样容易将电机烧毁。与开门过程保护一样，可在开始关门后通过定时器计时，超过正常关门时间，自动停止关门，以保护电机，如图36所示图36关门控X14T2X17M69M69X10M64X7M75Y2T3X3M70Y3M69制2电梯的内指令、外召唤信号的登记、消除及显示回路轿内指令和厅外召唤登记的条件是按下要登记的按钮，若此时电梯处在正常运行状态，而且电梯又不在登记的层楼，则该登记即为有效。轿内指令登一记消号的条件是当电梯正常运行至登记楼层时，指令登记即被消号。厅外召唤消号的条件是当电梯正常运行至厅外召唤的楼层且电梯的运行方向与召唤按钮的方向一致时，厅外召唤即被消号。当在安全回路继电器动作、轿内电锁断开、检修等状态下指令信号不予登一记，登一记的信号即刻消号。（1）内指令信号处理内指令信号的处理包括信号的登一记、显示基本层（停车）消息。信号的登一记采用自锁原理，不论电梯上行或下行，当轿厢运行至有内指令的梯层时，均要换速停车，并消除登一记信号，不需反射信号。将17层轿内指令按钮信号输入到PLC的X30X36输入端子，M0M6为17层楼层位置信号，M0M16为轿内指令登一记信号。如有人想到5层时，按下5层的内指令按钮，则X34为ON；若轿厢不在5层，则M4闭点为ON，所以M14为ON，信号被登记；当轿厢到5层时，M4为闭点为OFF，起消号作用，如图37所示X34M14M4M14图37内指令信号处理（2）外召唤信号处理厅外召唤信号同样需要进行登记，显示本层停车信号，此外还具有反向运行保号功能。当M60或M61为ON时，分别进行上召唤和下召唤信号的直驶和反向运行保号，如当下行时，YI为ON，则M60为ON；或上行时YO为ON，如再按直驶X11为ON，则M60为ON。此时在运行过程中，上召唤梯形图中的各层楼信号各点被M60并联，不能起消号作用，因而实现了反向运行和直驶保号功能，如图38所示图38外召信号回Y0Y1X11M60路处理3电梯的选层定向及反向截梯回路电梯的定向是综合考虑电梯的运行方式、轿内指令、厅外召唤及电梯所处楼层的位置的基础上，确定电梯的运行方向。选层是在有轿内指令或厅外召唤信号的情况下，电梯应响应哪个信号；电梯即将到达有轿内指令登记或与电梯运行方向相同的厅外召唤信号的楼层时，发出换速信号。在有司机正常运行状态下，由轿内指令及电梯所处的位置来确定电梯的运行方向；在无司机正常运行状态下，厅外召唤信号根据电梯的所处位置来参与电梯的定向。（1）司机内选定向有司机操作时，X4的开点为OFF，则起动运行信号M56为OFF，因而M62，M63均为OFF。此时只有内指令信号登一记通道M10M16能对选层信号通道M20M26对应位置位，而厅外上、下召唤信号登一记通道M40M45，M50M55的信号不能对选层信号通道M20M26置位。当选层信号通道M20M26中有选层信号后，是定上行方向还是定下行方向，取决于内指令信号在轿厢所在楼层的上方还是下方。即楼层位置信号通道M0M6中某一位为ON时，其闭点为OFF，将定向梯形图中选层信号通道M20M26中的各点分为两部分，若选层信