基于PLC电梯控制系统设计毕业设计.doc

学士学位论文学士学位论文 基于 plc 电梯控制系统设计 based on plc elevator control system design 卢传龙卢传龙 佳木斯大学佳木斯大学 2013 年年 6 月月 国内图书分类号： 学校代码：10213 国际图书分类号： 密级：公开 工学学士学位论文工学学士学位论文 基于 plc 电梯控制系统设计 学生：卢传龙 导 师 ：陈永波 申请学位：工学学士 学科：机械设计制造及其自动化 所 在 单 位：机械工程学院 答 辩 日 期：2013 年 6 月 授予学位单位 ：佳木斯大学 classified index: u.d.c: dissertation for the doctoral degree in engineering based on plc elevator control system design bachelor：lu chuanlong supervisor：chen yongbo academic degree applied for：bachelor of engineering speciality：mechanical manufacturing-design and automation professional affiliation： school of mechanical engineering date of defence： june, 2013 degree-conferring-institution：jiamusi university 摘要 摘摘 要要 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。传统的电梯控制系统 采用的是继电器逻辑控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命短，占 地空间大，正逐步被淘汰。 为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，设计了一套以 plc 为核 心控制器的电梯自动控制系统，用来取代以往的较复杂的继电器接触器控制。 系统的核心部分（控制部分）使用了日本三菱公司生产的 fx2n-128mr-001 型 plc，因为在核心控制部分采用的是软件程序控制，从而在保证电梯正常运行这 个要求的情况下，大大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容易性，同时还 克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素，取得了良好的预期效果。 关键字关键字：plc;电梯控制;梯形图 abstrsct - - abstract with the development of modern cities, an increasing number of high-rise building, elevator become an indispensable means of transport of daily life. the quality of the lift performance of the impact on peoples lives becoming more and more obvious, it must strive to improve the performance of elevator systems, and ensure the operation of the lift is safe, reliable and energy efficient. the traditional elevator control system uses logic of the relay to control circuit, this kind of controls easily to be crash, maintains inconveniently, the movement life is short, and that occupying a large area of space, it being eliminated gradually. for raising the credibility of the automatic control system and the work efficiency of the equipments, design a set of take plc as the core controller of the elevator auto control system, using to replace former more complicated of after electric appliances- the contact machine control. the core part(control part) of the system used a japanese mitsubishi company to produce of the fx2n 128mr-001 type plc is the software procedure control in the core because of what to control the part adoption, thus be promising the elevator circulates normally under the circumstance ofwith this request, raised elevator to break down check and the convenience and easy for maintain consumedly, still overcame to move an operation some artificial interference factors bring in the meantime, obtain the good results. keywords：plc;elevator controlling system design;ladder diagram 目 录 - - 目目 录录 摘 要i abstractii 第 1 章绪论.1 1.1 设计的研究背景及意义.1 1.2 电梯的国内外发展状况.2 1.3 常用的控制系统及特点.3 1.3.1 继电器控制系统3 1.3.2 微机控制系统4 1.3.3 可编程控制器系统4 1.4 plc 在电梯控制中的应用以及发展前景.5 1.5 电梯的功能要求 7 1.6 设计的研究内容.8 第 2 章控制对象介绍.9 2.1 电梯简介绍.9 2.2 电梯的主要组成部分 10 2.3 电梯的安全保护装置 10 2.4 电梯的安全运行有以下一些主要控制要求.11 第 3 章硬件设计.15 3.1 可编程控制器（plc）的选型.15 3.2 交流双速电梯的主电路 15 3.3 门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路 17 3.4 plc 的选型及输入输出端口的安排.18 第 4 章 软件设计.23 4.1 软件设计流程 23 4.2 开关门环节.24 4.3 信号的产生与消除环节.25 目 录 - - 4.3.1 层楼信号产生与消除环节25 4.3.2 停层信号的登记与消除环节27 4.3.3 外呼信号的登记与消除环节28 4.4 电梯的定向环节.31 4.5 起动、稳速运行、制动加速环节.35 4.5.1 自动运行时起动、加速和稳定运行环节35 4.5.2 停车制动环节35 结 论.41 参考文献.43 附 录.45 致 谢.65 佳木斯大学工学学士学位论文 - 0 - 第第 1 章章 绪绪论论 1.1 设计的研究背景及意义 随着科学技术日新月异地发展，人们物质文化生活水平的逐步提高，高层建 筑业得以迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起，十几层至几十层的宾馆、饭店、 办公楼、住宅楼如雨后春笋。伴随建筑业的发展，为建筑内提供上下交通运输的 电梯工业也在日新月异地发展着。电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更 是一种工作和生活中的必需设备，完全可以预想到，随着社会的发展，电梯产品 在人们物质文化生活中的地位将和汽车一样，成为重要的垂直运输设备之一。 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。 总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了 广阔的空间。plc 是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着 plc 应用技术 的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可 靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子 和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。 1.2 电梯的国内外发展状况 在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的 速度成长起来。作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑 物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不 第 1 章 绪论 - 1 - 可缺少的组成部分。 一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度 及数量、国家产业结构等综合因素的影响。在全球经济持续低迷的情况下，我国 国民经济仍然以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。上世纪 80 年代以 来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。总趋势是上升的， 目自口进入了“第三次浪潮” ，2004 年总产量超过了 8 万台，而且目前还没有减 速的迹象。从 1949 年建国以来全国共生产安装了 6l 万多台电梯。尽管如此，我 国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均 1000 人有 l 台电梯，我国如果要达到 这个水准，还需要增加 70 万台。到那时候，全国在用电梯将达到 130 万台，每 年仅报废更新就需要 6 万台。到 2005 年，中国电梯的年产量达到 135 万台， 与 1980 年相比，25 年增长了 59 倍，产量每年平均增长 178。2005 年安装验 收电梯 124465 台，截至 05 年底，我国的在用电梯总数已达 651794 台。如此庞 大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台! 我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。兴旺的电梯市场吸引了全世界所 有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、同本三菱、 日立、东芝、富士达等 13 家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了 74” 。 目前国内市场需要的电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代 了进口，而且有一定的出口。国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。自 1985 年我国参加了国际标准化组织 isotcl78 以来，先后等同或等效采用了一 批国际标准和先进国家的标准。标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利 地位。许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、 远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。国产电 梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市 场创造了有利条件。 中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达 l 万台左右， 约占亚洲市场的 1/50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。当今世界， 电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。 佳木斯大学工学学士学位论文 - 2 - 在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。 1.3 常用的控制系统及特点 1.3.1 继电器控制系统 在工农业、交通运输业等部门中，使用着各种各样的生产机械，它们大都以 电动机作为动力进行拖动。电动机是通过某种自动控制方式来进行控制的，最常 见的是继电器控制方式。其作用是:实现对电力拖动系统的启动、调速、反转和制 动等运行性能的控制；实现对拖动控制系统的保护，满足生产工艺的要求；实现 生产过程自动化。 在电梯的控制中，继电器控制系统有以下优点： （1） 、所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路简单，电路图较直观形 象，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人掌握。 （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。 尽管继电器控制系统有以上很多优点，但电梯继电器控制系统仍存在许多问 题，主要有： （1） 、系统触点繁多，接线复杂，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） 、由于采用固定接线形式，通用性和灵活性较差，不易改变。 （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 第 1 章 绪论 - 3 - 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。 1.3.2 微机控制系统 随着计算机技术的发展，微型计算机在工业控制系统中得到了广泛的应用。 在电梯控制上采用微型计算机控制方式越来越受到人们的重视。微机的功能很多， 在电梯的控制上主要作用是：取代全部或部分的继电器；取代传统选层方法，结 合光电编码器实现了数字选层；实现复杂的调配管理。 微机控制系统用于电梯的控制中，有许多优点，如下所示： （1） 、采用无触点逻辑线路，以提高系统的可靠性，降低维修费用，提高产 品质量。 （2） 、可改变控制程序，灵活性大；可适应各种不同的要求，实现控制自动 化。 （3） 、可实现故障显示及记录，使维修简便，减少故障时间，提高运行效率。 （4） 、微机控制装置体积小，可减少控制装置占地面积。 （5） 、用微机实现群控管理，合理调配电梯运行效率，节约能源。 采用微机控制系统，电梯附加功能的实现，主要依靠软件来实现，这就要求 工作人员对程序的掌握很熟悉，而这恰恰是我国的薄弱之处。 1.3.3 可编程控制器系统 在当今时代由于工业自动化程度的不断提高对自动化控制的要求也日趋增加， plc 则能在很大程度上很广的范围内实现自动化控制。由于 plc 具有优良的技术 性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。现在 plc 作为用于工业生产过程控 制的专用计算机，与商家、家用的微机不同，由于控制对象的复杂性，使用环境 的特殊性和工作运行的连续性，使其在设计上有许多特点。 （1） 、可靠性高，抗干扰能力强； （2） 、编程方法简单、直观； 佳木斯大学工学学士学位论文 - 4 - （3） 、体积小、耗能低、重量轻； （4） 、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强； （5） 、控制程序可变，具有良好的柔性； （6） 、维修工作量小、维护方便； （7） 、接口模块功能强、品种多。 1.4 plc 在电梯控制中的应用以及发展前景 目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、plc 控制和微型计算机控 制三种。而 plc 实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项 任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工 作；又由于 plc 中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是 plc 系统内存工 作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继 电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更 高。plc 控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它 更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的 控制新技术。 随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。然而，人们的追求并没有就此停 止下来，仍在不断地进行研究改进。绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。电 梯是载人的机电设备，要实现“绿色” ，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人 类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。 (1)智能化。我们这罩所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。传 统的智能控制是一种技术的事先安排，说到底是一种程序控制，是一种周期性的 系统自动控制，实际上还算不上智能。而真正的智能电梯应更具人性化特点，不 仅具有传统的人工智能的所有优点，而且还有传统的人工智能无法比拟的东西， 具有动念和随机处理各种问题的能力，诸如能根据轿厢内的情况和各层的候梯信 息，自动地制定每次最优的运动速度和停车政策；自动选择运动方面；双向语音 交流；到达目的层的语音提示等，让乘客有更多的主动性，使大楼交通运输实现 第 1 章 绪论 - 5 - 真正的人机对话。智能化要求电梯有自动安全检测功能，让电梯自己能够检测到 电梯的故障所在，并及时报警予以排除。 (2)安全。运行安全是电梯的根本和关键。可以说，电梯的全部其他工作都是 以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。运行安全不仅要消除电梯启动时 较强的电磁辐射，使用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的视觉效果，让 每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内有安全、舒适的好心情。同时，电梯运行安全也 要求电梯在运行中发生故障时，不但要使乘客容易与外界沟通联系，而且电梯本 身应当能自动播放让乘客感到放松的音乐，彻底消除产生紧张不安的情绪。当小 孩和老人乘坐时，电梯对他们应给予一种如同家人般的照顾，不但让老人和孩子 感到方便和舒适，而且更让其家人感到放心。电梯运行安全还要求电梯有自动休 眠功能，使电梯在保证运行效率最高的同时，使电梯能最大限度地得到休眠。 (3)与环境的协调和平衡，包括以下几个方面： 视觉协调。有人曾经做过环境色彩是否对人有影响的研究。该研究发展： 视觉不协调的环境色彩对人的情绪、精神影响非常大。色彩宜人，格调高雅，制 作精良的电梯，乘客自然会有一种安全的感觉，有一种视觉上的舒适。用料低廉， 款式陈旧，色彩沉闷，甚至破破烂烂的电梯，乘客视觉协调无从谈起，乘坐电梯 的第一感觉就是不安全。国内的许多电梯公司对此的重视是远远不够的，甚至不 少通过引进国外技术国产化的电梯也显露出一副土生土长的容貌。 消除电磁辐射。如前所述，由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是 电磁干扰的元凶，所以绿色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小，而又 不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备。这样不仅可以保证乘客的身心健康，而 且也可以保证大楼、大厦中的大楼的办公自动化(0a)、楼宇自动化(ba)、通讯自 动化(ca)的正常运转。 舒适感。通过采用高载频波矢量静音变频器，可降低噪声变换频率及电压。 以 cpu 控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用计算机优 化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、更舒适的运行。 对现代化电梯性能的衡量，主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。此 佳木斯大学工学学士学位论文 - 6 - 外，对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应要求。随着时代 的发展，对人在与外界隔离封闭的电梯轿厢内，心理上的压抑感和恐惧感也有所 考虑。因此，提倡对电梯进行豪华性装修，比如：轿厢内用镜面不锈钢装潢、在 观光电梯井道设置宇宙空间或深海景象：进而主张电梯、扶梯应与大自然相协调， 在扶梯的周围种植花草；在轿厢壁和顶棚装饰某些图案甚至是有变化的图案，并 且在色彩调配上要令人赏心悦目；在轿厢内播放优美的音乐，用以减少烦躁；在 轿厢内播放电视节目，乘客可收看天气预报、新闻等。 1.5 电梯的功能要求 图 1-1 信号控制系统 （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轿厢外的呼唤信号、电梯轿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交流双速电机牵引。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。 第 1 章 绪论 - 7 - （6）每一层楼设有呼叫按钮；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、到站实现速度调节。 （8）行车时，门厅和轿厢都不能开门；开门之后不能停车，有门锁连锁保 护平层时可自动开门、手动开门，夹人时自动开门。 1.6 设计的研究内容 我国国产电梯多为继电器和 plc 控制方式，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，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。对比电梯的各种控制系统 plc 更能适合当今 现状的需求，本设计基于 plc 实现八层载客电梯的控制系统设计。 设计的主要内容如下： 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，通过双速电机、plc 选型、i/o 点数分配等完成系统硬件开发；同时，在分析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，完成系统的软件开发。 第 2 章 控制对象介绍 - 9 - 第第 2 章章 控控制制对对象象介介绍绍 2.1 电梯简介绍 电梯是一种特殊的起重运输设备，有轿厢及配重拖动电机及减速传动机械井 道及井道设备召唤系统及安全装置构成。轿厢是载人或装货的部位，配重是为了 改变电梯电机负载的特性以提高电梯的安全性而设置的。图 2-1 是电梯拖动系统 示意图，图中可见电梯的轿厢及配重分系在钢丝绳的两端，钢丝绳跨挂在曳引轮 上，曳引轮经减速器机构由电机拖动，形成轿厢的上下运动。 图 2-1 电梯拖动系统示意图 1电动机；2减速机构；3曳引轮；4钢绳；5轿箱；6配重 井道指建筑物中用于安装电梯并提供电梯运行的通道，轿厢及配重都是在井 道中运行的。井道在各楼层设有门厅及呼梯设备。门厅有门厅门，厅门顶部装有 层楼指示灯，用于指示电梯的运行方向及电梯所在的位置。门厅里还设有呼梯盒， 用于在每层站召唤电梯。呼梯盒常安在厅门外离地面 1 米左右的墙壁上，基站与 顶站只有一个按钮，中间层站有上呼与下呼两个按钮，按钮下带有呼梯记忆灯。 基站的呼梯盒上还设有钥匙开关，供司机开关电梯。为了实现轿厢的正常运行及 准确停车，井道中往往要安装许多定位装置及安全设备。井道的顶部和底部还设 有冲顶及蹲底的缓冲设备。 轿厢中设有自动门机，用来完成电梯的开门及关门任务。电梯门分厅门及轿 门，当电梯停靠某层时，此层的厅门在轿门的带动下开启及关闭。电梯的操纵箱 佳木斯大学工学学士学位论文 - 10 - 也安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作命令。上面设有与电梯层站数相 同的内选层按钮（带内选指示记忆灯） ，上下行启动按钮（带上下行指示记忆灯） ， 开关按钮，急停按钮，层楼指示灯的控制开关，电梯运行状态选择钥匙开关（选 择电梯是自动运行司机状态下运行，还是检修状态）等。 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。 2.3 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：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。 第 2 章 控制对象介绍 - 11 - （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。 2.4 电梯的安全运行有以下一些主要控制要求 1.电梯位置的确定与显示 , 图 2-2 电梯的平层、停层装置 佳木斯大学工学学士学位论文 - 12 - 轿厢中的乘客及门厅中的等待电梯的人都需要知道电梯的位置，因而轿厢及 门厅中都设有以楼层标志的电梯位置。电梯的运行还需要更加准确的电梯位置信 号，以满足制动停车等控制的要求。传统电梯的位置信号一般由设在井道中的位 置开关，如磁感应器提供，当轿厢上设置的隔磁板插入感应器时，发出位置信号， 并启动楼层指示（见图 2-2） 。 2.轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号 司机及乘客可按下轿厢内操作盘上的选层按钮选定电梯运行的目的楼层，此 为内选信号。按钮按下后，该信号应被记忆并使相应的指示灯电亮。在门厅等候 的电梯的乘客可以按门厅的上行或下行召唤信号，此为外唤信号。该信号也需要 记忆并点亮门厅的上行或下行指示灯，这些保持信号在要求得到满足时应能自动 消号。 3.电梯自动运行时的信号响应 电梯自动运行时应根据内选及外唤信号，决定电梯的运行方向及在哪些站点 停站。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信号站点才 开始返程。 4.轿厢的启动与运行 轿厢在运动方向确定，轿厢门已关好时启动运行，运行的初始阶段是加速运 行阶段，其后是稳定运行阶段。 5.轿厢的平层与停车 轿厢运行后需确定在哪一层站停车，平层即指停车时，轿厢的底与门厅“地 平面”应相平齐，一般都有具体的平层误差规定，如平层时两平面相差不得超过 5 毫米。平层停车过程需在轿厢底面与停车楼面相平之前开始，先是减速，再是 制动，以满足平层的准确性及乘客的舒适感。传统电梯的平层开始信号由平层感 应器发出。如图 2 所示，上平层感应器 kr11 及下平层感应器 kr12 装在轿厢顶 部，隔磁板安装在井道壁上。上行时，kr12 首先插入隔磁板，发出减速信号， 电梯开始减速，至 kr12 插入隔磁板时，发出开门及停车信号，电动机停车，抱 第 2 章 控制对象介绍 - 13 - 闸抱死；下行时 kr11 首先插入隔磁板，发出减速信号，电梯开始减速，至 kr11 插入隔磁板时，发出开门及停车信号。 6.安全保护 电梯的安全保护很多，如前面提到的冲顶与蹲底，断钢丝绳，轿厢内人员的 跌落逃生等保护，还有消防运行等多项。 除了控制要求外，电梯常见的工程问题还涉及电梯的拖动设备及拖动控制方 式。电梯的提升机构，齿轮曳引轮主要由驱动电动机电磁制动器（也称电磁抱闸） 减速器及曳引轮组成。驱动电机可以是直流电动机也可以是交流电动机。为了满 足电梯的运行过程中速度变化的要求，在应用变频前，电梯交流拖动多使用多绕 组变速电机，变频器诞生以来，已有越来越多的电梯采用变频驱动。采用变速电 机时，电机的正反向运转使用接触器换向，启动调速采取改变电机绕组及切换电 机绕组中所串电阻实现。采用变频调速时，电机换向及变速都通过变频器控制端 子实现。在这两种拖动方式中，电磁抱闸都是很重要的，它是电机制动的主要设 备，抱闸要求有足够的制动力，抱闸一般在通电时打开，断电时闸死。 电梯还有一些高层次的性能指标，如电机加减速曲线控制及高准确度的平层 控制要求等，前者涉及电梯运行过程中的加速大小，关系到乘客的舒适感，后者 涉及乘客数量变化对准确平层的影响。 总之，电梯的控制是比较复杂的，在计算机诞生前，电梯使用继电接触器控 制的时代，很难生产出质量优良的电梯，而现在，可编程控制的使用为电梯的控 制提供了广阔的空间。随着 plc 应用技术的不断发展，它已经成为电梯运行中的 关键技术。 第 3 章 硬件设计 - 15 - 第第 3 章章 硬硬件件设设计计 3.1 可编程控制器（plc）的选型 考虑到本次设计的电梯系统有八层，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，综合考虑后，系统选择了日本三菱公司 生产的 fx2n 系统。 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 块和其它特殊功能模块。 2）fx2n 指令功能丰富，有各种指令 107 条，且指令执行速度快。 3）fx2n 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 数器的功能和数量满足了系统控制要求的需要。 4）fx2n 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。 3.2 交流双速电梯的主电路 图 3-1 是交流双速电梯的主电路图。图中 m1 为电梯专用型双速笼型异步电 动机；km1、km2 为电动机正反转接触器，用以实现电梯上、下行控制； km3、km4 为电梯高低速运行接触器，用以实现电梯的高速或者低速运行； km5 为启动加速接触器；km6、km7、km8 为减速制动接触器，用以调整电梯 制动时的加速度；l1、l2 与 r1、r2 为串入电动机定子电路中的电抗和电阻，当 km1 或者 km2 与 km3 通电吸合时，电梯将进行上行或下行启动，延时后 km5 通电吸合，切除 r1、l1，电梯将转为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停 层指令后，km3 断电释放，km4 通电吸合，电机转为低速接法，接入阻抗制动， 实现上升与下降的低速运行，且 km6-km8 依次通电吸合，用来控制制动过程的 强度，提高停车制动时的舒适感；至平层位置时，接触全部断电释放，抱闸抱死， 佳木斯大学工学学士学位论文 - 16 - 电梯停止运行。 图 3-1 交流双速电梯主电路 第 3 章 硬件设计 - 17 - 3.3 门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路 图 3-2 为电梯的门机、抱闸、门锁及安全运行电路。门电动机为他励直流电 动机，可由 km9、km10 控制其正反转。km9 接通时，电阻 r2 与电动机电枢并 联，电流由电枢左端流向右端，电动机正转实现开门，压下 sq8 时，r2 部分被 短接，实现开门调速。km10 接通时，电动机将反转，实现关门，并由 sq9、sq10 与 r3 一起实现关门调速。 当电梯上下运行时，抱闸应打开，其线圈应通电。电梯停止运行时，抱闸应 抱死，其线圈应断电。将所有厅、轿门开关串联在一起，控制门锁继电器 ka1， 实现全部门关闭后电梯才能运行的控制。将安全窗开关、安全钳开关、限速器开 关、轿内急停开关、上下强迫停止开关、基站开关梯开关以及热继电器触点 fr1、fr2 110v m 2m 2m 2m 2 r 1 km 9 km 9 km 10 km 10 m 2m 2m 2m 2 km 10 sq 8 sq 9 sq 10 km 1 km 2 km 9 ybr 4 ka1 ka2 fr 2 fr 1 sa2 sq 1 sq 2 sq 3 sq 4 sq 19 sq 20 sq 11 sq 12 sq 13 sq 14 sq 15 sq 16 sq 17 sq 18 + _ r 3 r 2 图 3-2 电梯的门机、抱闸、门锁及安全运行电路 佳木斯大学工学学士学位论文 - 18 - 3.4 plc 的选型及输入输出端口的安排 为了便于对电梯的工作原理及 plc 系统进行分析，现列出电梯所用电器元件 表 表 1 i/o 点分配 输入信号输出信号 名称代号编号名称代号编号 门锁 ka1x000 电动机正转接触器 km1y000 自动运行按钮 sa1-1x001 电动机反转接触器 km2y001 检修开关 sa1-2x002 高速接触器 km3y002 开门按钮 sb1x003 低速接触器 km4y003 关门按钮 sb2x004 启动加速接触器 km5y004 上行启动按钮 sb3x005km6y005 下行启动按钮 sb4x006km7y006 基站开关 sq5 x007 制动加速接触器 km8y007 超重感应开关 9kr x008 超重接触器 hay008 开门到位开关 sq6 x010 开门接触器 km10y009 关门到位开关 sq7 x011 关门接触器 km11y010 上行限位开关 sq19 x012 一楼楼层指示灯 hl1y011 下行限位开关 sq20 x013 二楼楼层指示灯 hl2y012 一楼内选指令登记 sb5x014 三楼楼层指示灯 hl3y013 二楼内选指令登记 sb6x015 四楼楼层指示灯 hl4y014 三楼内选指令登记 sb7x016 五楼楼层指示灯 hl5y015 四楼内选指令登记sb8x017 六楼楼层指示灯 hl6y016 五楼内选指令登记sb9x018 七楼楼层指示灯 hl7y017 六楼内选指令登记sb10 x019 八楼楼层指示灯 hl8y018 七楼内选指令登记sb11 x020 上行指示灯 hl9 y019 八楼内选指令登记sb12 x021 下行指示灯 hl10 y020 一层感应器1kr x022 一楼内选记忆灯 hl11 y021 二层感应器2kr x023 二楼内选记忆灯 hl12 y022 三层感应器3kr x024 三楼内选记忆灯 hl13 y023 第 3 章 硬件设计 - 19 - 输入信号输出信号 名称代号编号名称代号编号 四层感应器 4krx025 四楼内选记忆灯 hl14y024 五层感应器 5krx026 五楼内选记忆灯 hl15y025 六层感应器 6krx027 六楼内选记忆灯 hl16y026 七层感应器 7krx028 七楼内选记忆灯 hl17y027 八层感应器 8krx029 八楼内选记忆灯 hl18y028 一层厅外上升呼梯按 钮 1sb1 x030 一层上呼指令登灯 hl19y029 二层厅外上升呼梯按 钮 2sb1 x031 二层上呼指令登灯 hl20y030 二层厅外下降呼梯按 钮 2sb2 x032 二层下呼指令登灯 hl21y031 三层厅外上升呼梯按 钮 3sb1 x033 三层上呼指令登灯 hl22y032 三层厅外下降呼叫按 钮 3sb2 x034 三层下呼指令登灯 hl23y033 四层厅外上升呼叫按 钮 4sb1 x035 四层上呼指令登灯 hl24y034 四层厅外下降呼叫按 钮 4sb2 x036 四层下呼指令登灯 hl25y035 五层厅外上升呼叫按 钮 5sb1 x037 五层上呼指令登灯 hl26y036 五层厅外下降呼叫按 钮 5sb2 x038 五层下呼指令登灯 hl27y037 六层厅外上升呼叫按 钮 6sb1 x039 六层上呼指令登灯 hl28y038 六层厅外下降呼叫按 钮 6sb2 x040 六层下呼指令登灯 hl29y039 七层厅外上升呼叫按 钮 7sb1 x041 七层上呼指令登灯 hl30y040 七层厅外下降呼叫按 钮 7sb2 x042 七层下呼指令登灯 hl31y041 八层厅外下降呼叫按 钮 8sb2 x043 八层下呼指令登灯 hl32y042 关门感应器 kr10x044 上平层感应器 kr11 x045 下平层感应器 kr12 x046 电源开关 sq关门调速开关sq9，sq10 安全窗开关 sq11-8 楼厅门锁开关 sq11-sq18 安全钳开关 sq2 电动机过载保护热继 电器 fr1,fr2 限速器开关 sq3 运行状态选择钥匙开 关 sa1 轿内急停开关 sq4 基站开关钥匙开关 sa2 开门调速开关 sq8 安全运行按钮 ka2 佳木斯大学工学学士学位论文 - 20 - 表 2 内部继电器地址分配表 plc 内部继电器地址内部继电器地址功能功能 m100 开门辅助继电器 m101 关门辅助继电器 m102 自动运行时开门禁止 m103 定上行辅助继电器 m104 定下行辅助继电器 m105 停车辅助继电器 m106 制动过程辅助继电器 m107 停层辅助继电器 m110 1 楼楼层辅助继电器 m111 2 楼楼层辅助继电器 m112 3 楼楼层辅助继电器 m113 4 楼楼层辅助继电器 m114 5 楼楼层辅助继电器 m115 6 楼楼层辅助继电器 m116 7 楼楼层辅助继电器 m117 8 楼楼层辅助继电器 m120 内选 1 层辅助继电器 m121 内选 2 层辅助继电器 m122 内选 3 层辅助继电器 m123 内选 4 层辅助继电器 m124 内选 5 层辅助继电器 m125 内选 6 层辅助继电器 m126 内选 7 层辅助继电器 m127 内选 8 层辅助继电器 m130 1 层上行辅助继电器 m131 2 层上行辅助继电器 m132 2 层下行辅助继电器 m133 3 层上行辅助继电器 第 3 章 硬件设计 - 21 - m134 3 层下行辅助继电器 m135 4 层上行辅助继电器 m136 4 层下行辅助继电器 m137 5 层上行辅助继电器 m138 5 层下行辅助继电器 m139 6 层上行辅助继电器 m140 6 层下行辅助继电器 m141 7 层上行辅助继电器 m142 7 层下行辅助继电器 m143 8 层下行辅助继电器 m150 1 层停车复位/触发 m151 2 层停车复位/触发 m152 3 层停车复位/触发 m153 4 层停车复位/触发 m154 5 层停车复位/触发 m155 6 层停车复位/触发 m156 7 层停车复位/触发 m157 8 层停车复位/触发 m158 停层开