交流变频调速电梯控制系统

SJ005-1CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目： 交流变频调速电梯控制系统 二级学院：电子信息与电气工程学院 专 业： 自动化 班级： 10自二 学生姓名：李瑞 学号： 10020616 指导教师：高敏 职称：讲师 评阅教师： 职称： 年 月常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书摘要随着经济的日益发展，建筑越盖越高，电梯逐渐成为人们必不可少的代步工具。拖动技术和控制技术的快速发展也让人们对电梯的要求也越来越高。如今，人们十分的注重电梯的可靠性、安全性和舒适感。早期的继电器对电梯的控制逐步被可编程控制器所取代 ，这极大的提高了电梯的可靠性、安全性和舒适性。本问利用了三菱FX2N系列PLC的优点对五层电梯的信号控制系统进行了设计，利用了安川VS-616G5型变频器可编制速度曲线的特点对电梯的变速控制进行了设计，极大的提高了电梯的控制水平和改善了电梯的舒适感。旋转编码器的使用，使PLC的内部的资源和功能得到了充分的利用。使电梯达到了较为理想的控制效果。 关键词：电梯控制，PLC，变频器，交流调速 Abstract With the development of economy, the building cover higher and higher, the elevator has become people indispensable transport. Drag the rapid development of technology and control technology is to make people more and more is also high to the requirement of the elevator. Early relay control of the elevator gradually replaced by programmable controller, the greatly improves the reliability, safety and comfort of the lift.In this paper, use of the advantages of mitsubishi FX2N series PLC signals of five layers of elevator control system design, using the AnChuan VS - 616 type g5 converter can be compiled the characteristics of the speed curve of variable speed control of elevator design, greatly improve the level of the elevator control and improve the comfort of the lift. The use of rotary encoder, make the internal resources and the function of the PLC has made full use of. Make the elevator has reached the ideal control effect.Keywords: the elevator control, PLC, frequency converter, ac speed regulation目 录第一章 绪论11.1 课题的研究背景11.2 电梯的国内外发展状况11.3 PLC在电梯控制中的应用特点21.3.1 PLC控制电梯的优点31.4 电梯变频调速控制的特点31.5 本课题的意义31.6 设计主要内容31.7本章小结4第二章 基于PLC交流变频调速电梯控制系统的总体设计52.1电梯的概述52.1.1电梯的机械系统52.1.2电梯的电气系统62.2系统结构及基本方案72.2.1系统的总体结构72.2.2 设计思路82.3本章小结8第三章 变频器及其参数的选定93.1通用变频器的概述93.2 变频器型号与和规格的选择93.2.1 变频器型号选择方式93.2.2 选择变频器应满足的条件103.3.3 变频器容量计算103.3.4 变频器制动电阻参数的计算103.3.5电梯的运行控制103.3 VS-616G5型通用变频器113.3.1 VS-616G5变频器的特点113.3.2 VS-616G5型变频器的标准规格113.4本章小结14第四章 PLC的选择与硬件设计154.1可编程控制器的基本结构154.2 PLC的选择154.3 I/O口的初步估算164.4可编程控制器(PLC)的选型174.5 I/O口点数分配及元件选取174.6电梯的主电路设计224.7本章小结22第五章 系统软件开发235.1电梯初始化环节245.2开门环节245.3关门环节255.4楼层显示环节265.5内呼信号登记与消除环节285.6外呼信号的登记与消除环节295.7定向环节315.8启动环节335.9制动环节335.10抱闸环节365.11本章小结36第六章软件的仿真与调试376.1电梯的模拟调试376.2软件的调试376.3梯形图程序仿真386.4本章小结41第七章 总结42致谢43参考文献44附录 系统梯形图45II绪论 第一章 绪论1.1 课题的研究背景电梯是多层厂房、高层宾馆等高层的建筑所必须的交通工具。随着社会的发展，楼层是越来越多，建筑物的规模是越来越大，对电梯调速的范围、调速精度等静态以及动态特性都有了更高要求。电梯的运动系统是集机电一体的，是复杂的运动系统，它不仅涉及电气控制、机械传动以及土建等工程领域，还需要考虑舒适感与美学等方面的问题。对现代的电梯而言，还应具备高度的安全性。事实上，现在的电梯已经使用了很多的保护措施。电梯在设计的时候，电器元件和机械的零部件都采用了很大安全系数与保险系数。然而，只有当电梯制造，安装调试，售后服务以及维修与保养全都达到了高质量时，这是才能够全面的保证电梯最终的高质量。目前，由PLC和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正在以很快速度发展。采用PLC控制的电梯可靠性更高，维护更加方便，开发周期变短，运行也就更加可靠，并能具有很大灵活性，可以完成更加复杂控制任务，这已经成为电梯控制的发展主要方向。可编程序控制器，是一种新型控制器，是在顺序控制器和微机控制器基础上发展起来的，它是以微处理器作为核心用作数字控制的专用计算机。PLC不仅利用了微处理器的优点来满足各种各样的工业领域的实时性控制要求，同时也能照顾现场电气的操作人员的习惯，解决了微机中常用的计算机编程语言这一晦涩的表达方式，形成了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，易学，调试和查错都变得很容易。PLC现已是现代工业控制的三大支柱之一，以其逻辑功能强、可靠性高、可在线修改控制程序、体积小、具有远程通信联网的功能，易与计算机接口、具备高速记数与位控、能对模拟量进行控制、高性能模块等优异的性能，取代由大量时间继电器、记数继电器、中间继电器等组成的传统继电接触控制系统，在化工、冶金、石油、轻工、电子、纺织、机械、交通、食品等行业中得到了广泛的应用。可编程控制器应用的广度和深度已成为一个国家的工业先进水平重要的标志之一。总的来讲，电梯控制系统是复杂的，电梯的控制中使用了PLC，这位电梯的发展提供了更加广阔的空间。随着PLC的应用技术不断的深入与发展，将会使得它的功能不断完善，体积大大减小，过程的控制更可靠、平稳，抗干扰的性能增强，电气和机械部件能够很好的结合在同一个设备内，把计算机、仪表和电子的功能很好的综合在一起。因此，如今PLC已是电梯运行中非常关键的技术。49常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书1.2 电梯的国内外发展状况在科学技术日新月异，经济不断发展的今天，楼宇的高度正在快速的发展。电梯是建筑物中主要的垂直运输工具，它已成为了我们平常生活中的一个不可或缺的重要的生活工具。中国的国民经济正在以较快的速度增长，城市化的水平也在不断提高。这就从客观上促成了我国电梯行业的空前繁荣，如今，我国已经是全球最大电梯市场。伴随着我国经济建设的高速发展，我国电梯的需求量将会越来越大，到了2004年，电梯的总产量已经超过了8万台，并且目前依然没有减速的迹象。从49年建国以来，全国共生产与安装的电梯达到了7l万多台。尽管如此，我国电梯数量还是远远未达到饱和。我国还需要增加70万台电梯才能到达全世界平均每1000人中就能有l台电梯的世界标准。达到这一标准的时候，全国在用的电梯数将会有130多万台，而每年需要报废更新的电梯就需要6万多台。到了2005年，我国电梯年产量已经达到135万台，相比于1980年，25年间增长了约59倍，产量平均每年增长178。在2005年，安装验收电梯约13万台。截至2005年底，我国在用的电梯总数已经达到651794台。这一庞大的市场需求，将会为我国电梯行业的发展创造出更加广阔的舞台!如今我国的电梯行业已经具备了很强的生产能力。兴旺的电梯市场已吸引了很多世界知名的电梯公司，瑞士迅达、德国蒂森、芬兰通力、美国奥的斯、日本日立、三菱等13家大型的外商投资公司。这些公司在国内的市场份额占到了74。先进管理和先进技术的引进，对国内的电梯企业的发展产生了巨大推动作用。出现了如：山东百斯特、苏州江南、上海华立、浙江巨人、苏州申龙、宁波宏大、东莞飞鹏和东南液压电梯等一批优秀的国内电梯品牌。国产电梯的产品质量和技术水平正在稳步的提高。我国先后等同或等效的采用了一批先进国家的标准和国际标准。高起点的标准使我国的电梯行业在技术上处在了有利地位。许多得新技术和新产品，国际上也是刚刚出现，我国许多的企业就可以生产了。国产电梯以其高质量，低成本的优势为逐步开拓国际市场创造了有利条件。中国电梯在亚洲市场位置越来越重要，每年的销售量已经达到l万台左右。当今世界，电梯生产情况和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。目前，国外除了用交流电梯取代了直流电梯外，越来越多液压电梯在低层楼房使用。此外，家用的小型电梯也正式的加入电梯家族。1.3 PLC在电梯控制中的应用特点最早的一种实现电梯控制的方法是继电器组成的顺序控制系统。但是，在进入九十年代后，随着计算机技术的广泛应用和科学技术的发展，人们越来越注重电梯的可靠性和安全性，这样一来，继电器控制的弱点就暴露的越来越明显。 继电器控制的电梯系统故障率较高，这大大的降低了电梯的安全性和可靠性，经常会造成停梯，给用户带来极大的不便与惊忧。且电梯一旦发生了冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件的损坏，还很可能出现人身事故。顺序逻辑控制的需要是可编程序控制器最早发展起来的根据，是一种专门的为工业环境应用而设计的数字运算操作电子装置。鉴于它的种种优点，目前，电梯的控制方式逐渐被PLC控制所替代。同时，电机的交流变频调速技术的发展，也为电梯的拖动方式带来了革命性的变化。因此，变频调速技术加PLC控制技术己经成为了现代电梯行业的一个热点。1.3.1 PLC控制电梯的优点（1)在需要更改控制方案的时候，能够不需要改动硬件的接线。（2)PLC可以在群控调配与管理中使用，这样就提高了电梯的运行效率。 （3) 电梯的控制中使用了PLC，对电梯运行的自动控制可以使用软件来实现，这样就大大提高了电梯的可靠性。（4)各种复杂控制系统都可通过PLC来实现，方便来增加或者调整控制功能。（5）使用PLC控制电梯就能够去掉选层器与大部分的继电器，从而简化了控制系统的结构和外部线路。（6)PLC可以自动进行故障的检测和报警显示，提高维修操作安全性和易用性。1.4 电梯变频调速控制的特点随着微电子技术,计算机的控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也是十分的迅速。当今的节电，改善流程，推动技术的进步，它们的主要手段就是依靠交流变频调速电机技术。变频调速凭借其优异的调速和平稳启停性能，高功率，高效率的因数和高超的节能效果，因其适用范围广泛。它的许多其他优点都是被国内外公认的，是最有发展前途的调速方式之一。1.5 本课题的意义目前，在电梯的控制方式中，PLC控制方式已经逐渐的取代了继电器控制方式。同时，随着电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式也发生了巨大变化，己由原来的直流调速逐步演变到交流变频调速，这一方式不仅能保证电梯的平层精度以及乘客的舒适感，还可以节约能源，减小运行费用,降低能耗。因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。变频器凭借优越的性能，在众多领域中都得到了很广泛得应用。近年来，采用可靠性高、故障率低、功能强的可编程控制器来控制电梯，取得了突出的效果。利用PLC和变频器对旧电梯进行改造，不仅可以增加电梯的可靠性、安全性、舒适感，还能够节约能源、降低能耗、减少运行费用。1.6 设计主要内容课题设计的主要内容是用变频器和可编程控制器设计五层居民楼电梯控制系统。调速系统采用的是交流变频调速，在各种负载下都能够有准确的停车性能和良好的调速性能，满足乘客的舒适感和保证平层精度（即准确停车）。毕业设计说明书的主要内容如下：首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）、变频器作了简单的介绍。然后确定该系统的整体结构，从PLC发出信号来实现电梯的控制，变频器来实现变频与调速。完成了PLC和变频器的选择。然后是系统硬件的开发，完成变频器参数的设置以及PLC的选型、I/O口点数的分配与旋转编码器与PLC的连接硬件图。最后，设计了软件流程图，完成系统编程与调试。1.7本章小结本章节着重介绍了电梯的发展背景与现状，着重介绍了PLC对电梯控制优势，基于PLC交流变频调速电梯控制系统的总体设计 第二章 基于PLC交流变频调速电梯控制 系统的总体设计2.1电梯的概述现代电梯由机械系统和电气系统两部分组成。电气系统又由电力驱动系统、电气控制系统和安保护系统三部分组成。如图2-1是五层电梯结构图。1. 控制柜(屏) 2. 曳引机 3. 曳引钢丝绳 4. 限速器 5. 限速器钢绳 6. 限速器张紧装置 7. 轿厢 8. 安全钳 9. 轿厢门安全触板 10. 导轨 11. 对重 12. 厅门 13. 缓冲器图2-1 电梯的基本结构2.1.1电梯的机械系统电梯的机械系统主要是由以下的几个部分组成(1)曳引系统电梯的曳引系统功能是传递动力和输出动力，驱动电梯的运行。主要由曳引机、常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书导向轮、曳引钢丝绳和反绳轮组成。曳引机主要为电梯运行提供动力，组成部分主要由曳引轮、电动机、减速箱、连轴器、和电磁制动器。曳引钢丝两端分别连接着轿厢和对重，轿厢升降主要依靠曳引轮和钢丝绳之间的摩擦来驱动的。导向轮主要作用是分开对重和轿厢的间距，如果采用复绕型能够增加曳引力。(2)门系统门系统有层门、轿厢门、连动机构、开门等构成。在轿厢的入口处设有轿厢门，由门扇，门导轨架等组成，层门是设在层站的入口处。开门机是设在轿厢之上，是层门和轿厢的动力源。(3)轿厢轿厢是用来运送乘客的。轿厢架与轿厢体构成了桥厢的基本结构。轿厢架则是轿厢体的承重机构，由底梁，立柱，斜拉杆和横梁等组成，轿厢体由轿厢顶，轿厢壁，厢底等装置组成。(4)重量平衡系统重量的平衡系统是由重量补偿装置和对重组成。对重由对重块和对重架组成。对重是用来平衡轿厢的自重和部分的额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯和沉重的横向牵引钢丝绳长度的影响变化对电梯平衡装置的设计影响的装置。(5)导向系统导向系统由导靴，导轨以及导轨架组成。它的主要作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。（6）机械安全保护系统 为此设置机械安全保护装置是为了保证电梯的运行安全。机械安全保护系统由缓冲器、安全钳、制动器、限速器等。安全钳和限速器是为了防止轿厢和对重装置坠落的安全设施之一。一般电梯中安全钳与限速器总是成对的出现和使用，它们是电梯中最重要的一道机械安全保护装置。一旦电梯由于打滑、超载、失控、断绳等原因，电梯轿厢极速向下坠落，此时的安全钳和限速器动作，会将轿厢死死的卡在两列导轨之间，起到了安全保护作用。2.1.2电梯的电气系统电梯的电气系统由电气控制系统、电力驱动系统和电气安全保护系统所组成。（1）电气控制系统：由换速平层装置、操纵装置和位置显示装置等部分组成。操纵装置就是轿厢内及厅外操纵按钮。平层装置是在电梯到达预定的停靠站时，自动的平层停靠信号装置。平层装置必须要和隔磁板或隔光板一起配合使用。当轿厢在按照指令进入平层区时，平层隔磁板或者隔光板会插入感应器中，断掉磁回路或者隔断光线，从而接通或者断开电梯控制回路，从而控制电梯自动停车、平层和开门。（2）电力驱动系统：由速度反馈装置、变频器、曳引电动机、和电源系统等部分组成。（3）电气安全保护系统：由强迫减速开关、称重装置、限位开关、门锁系统、光幕等几部分组成。强迫减速开关是安装在轿顶。上下打板安装在电梯井道内的顶层和底层附近。2.2系统结构及基本方案 2.2.1系统的总体结构 控制系统由两个主要的信号控制系统和拖动控制系统。图2-1为电梯PLC电梯控制的系统框图，主要硬件包括PLC主机及扩展、厅外呼梯盘、轿厢操纵盘、显示装置、安全装置、调速装置和主拖动系统等。控制系统的核心为PLC，操纵盘、安全保护、位置、呼梯盒及变频器的工作状态等信号全都输入PLC，经过PLC运算处理之后由输出接口分别向显示电路发出呼梯、定向等显示的信号，通过变频器向主拖动电动机发出控制的信号。可编程控制器变频器旋转编码器显示装置安全装置厅外呼梯盒轿厢操纵盘拖动控制系统 信息控制系统M3 2-1 电梯控制系统框图课题的核心问题共有两个：一是变频器参数设置，这是为了满足运行效率、平层精度、安全性和舒适感的要求；二是由PLC编程实现电梯运行时各种信号控制。2.2.2 设计思路(1)信号控制系统电梯信号控制基本上是由PLC软件来实现。电梯信号控制系统如图2-2所示，输入到PLC的控制信号有：轿内指令、运行控制、运行方式、安全保护信息、选择层站召唤、旋转编码器、开关门、光电脉冲以及门区、限位信号和平层信号等。输入接口PLC输出接口分频信号运行方式选择运行控制信号楼层显示安全保护信号开关门控制内指令信号外指令信号呼梯信号开关信号平层信号运行方向指示拖动控制系统图3-2 电梯PLC信号控制系统框图(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）长短站减速距离的分别设定。（2）行车方向是由内选信号决定的，顺向要优先执行； (3)行车时不可以手动开门或者本层呼梯开门,开门时不可以行车； (4)无内选时，延时5s后自动关门，但是不可以自动行车； (5)呼梯信号、内选信号具有记忆功能，在执行后解除； (6)停层时可以延时自动开门； (7)呼梯信号、行车楼层位置、行车方向、内选信号均会由信号灯来指示； (8)行车途中如果遇呼梯信号时，顺向要截车,反向时不截车；2.3本章小结 本章介绍了电梯的基本结构，以及电梯的控制系统的设计，对电梯控制设计的基本思路作了总体的概述，并对电梯的基本功能作了介绍。变频器及其参数的选定第三章 变频器及其参数的选定3.1通用变频器的概述 在上个世纪80年代初,通用变频器实现商业化。在近20年的时间经历了由模拟控制到数字控制和利用是IGBT功率两大开发过程。能力不断扩大,结构日趋小型化。随着电力电子和控制技术的发展,变频器发展的方向更多的功能和高性能。特别是微机的应用和高性能逆变器多功能提供了可靠的保证。到目前为止,通用变频器已经经历了模拟控制、数字控制和模拟混合控制,直到全数字控制的发展,逐步实现高性能化、多功能和扩大其应用领域。 通用变频器的基本构建块主要由主电路和控制电路。主电路包括逆变器、整流器、中间直流环节。控制电路通常由操作控制电路、检测电路、信号输入和输出电路、驱动电路等。3.2 变频器型号与和规格的选择3.2.1 变频器型号选择方式 变频器是变频调速系统的核心设备，它的质量品质对于系统的可靠性影响是很大，根据具体工程情况，可以通过以下几种不同的选择方式来确定变频器的规格：（1） 按照标称的功率来选择：一般作为初步投资的估算依据。（2） 按照电动机的额定电流来选择：这大多适用于恒转矩负载中新设计的项目。（3） 按照电动机中实际运行的电流选择：大多会适用于改造工程。3.2.2 选择变频器需要满足的条件（1）要根据被控设备负载的特性来确定通用变频器的类型。（2）所确定的变频器类型要与被控制的异步电动机的参数完美匹配。（3）为了降低电梯的成本，首先可以选择通用变频器。（4）要能确保电梯启停的平稳。（5）变频器要能够有防失速的功能。（6）变频器能够具备优良的转矩特性。3.3.3 变频器容量计算变频器功率可根据电梯的运行速度、曳引机电机的功率、电梯的载重和配重来进行计算。设电梯曳引机的电机功率为P1。电梯的自重为W1，电梯的载重为W2，电梯的配重为W3，运行的速度为V，重力的加速度为g，变频器的功率为P。在最大的载重情况下，电梯上升时，电梯所需曳引功率为P2：P2=(Wl+W2+W3)g+FV其中F=(W1+W2+W3)g+为摩擦力，可忽略不计。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书电机的功率为P1，变频器的功率P要接近电机的功率P1，但相对于P2要留有安全裕量，可令P=1.5P2。3.3.4 变频器的制动电阻参数计算 电梯是位能负载，在运行过程中电梯会再生能量，因此，变频器调速装置要具有制动的能力。采用能耗方式制动的变频器能通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上而且成本低，效果显著。能耗制动的电阻Rz大小要使制动电流Iz的值不超过变频器额定电流的一半，所以有: Iz=Ud/RzIn/2其中Ud是变频器的额定直流母线电压。因为制动电阻的工作不能连续长时间工作，所以其功率能够远远的小于通电时消耗的功率。3.3.5电梯的运行控制电梯的运行是由变频器控制的，一次完整的电梯运行过程，是曳引机从启动、高速稳定运行到减速停车的过程，为了能让乘客拥有良好的舒适感，电梯采用了S形的速度曲线，其转换成频率曲线如图3-1所示： 图3-1电梯的运行路线 当PLC发出正转置位指令时，变频器从0HZ到50HZ开始启动，启动时间为1s，然后维持50HZ的运行频率，当电梯遇到换速信号时，PLC撤销高速信号，同时输出 低速运行信号，低速频率为6HZ。从50HZ到6HZ的下降在3s内完成。当达到6HZ速度时，电梯以此速度运行。到达平层信号时，撤销正转或反转以及低速运行信号，变频器从6HZ降至0HZ，电梯运行直至停止，到达选定楼层。3.3 VS-616G5型通用变频器依据以上的选择要求，本设计采用了安川电机公司推出的通用型变频器VS-616G5。616G5变频器的启停能够通过可任意调节的S曲线来选择，在零频时，变频器仍可输出150%的力矩，如果在配上高精度旋转编码器，那么控制的精度能够可达0.01-0.02%,这就使得电梯运行的舒适感很好，实现了零速抱闸和高平层精度。从而无须配备专用的电机。3.3.1 VS-616G5变频器特点（1)因为VS-616G5变频器采用的是最新式的硬件，所以，功能全，体积小。（2)具有丰富的选择功能与内藏功能。 （3)保护性功能很完善，维修性能良好。（4)变频器通过LCD来操作装置，就可以提高操作的性能。3.3.2 VS-616G5型变频器的标准规格表1 616G5型变频器的标准规格616G5变频器共有9组参数，每一组参数的设定都具有特定的含义。表3-2 变频器参数参数功用A组确定控制模式B组选择运动功能C组确定加减时间及转矩补偿时间D组选择频率E组确定运行压频曲线F组保护设置H组确定偏压标准变频器主要参数设置3.4本章小结 本章对变频器的型号和结构作了介绍，介绍了变频器容量与控制曲线，最终按照一定要求对五层电梯所需变频器的型号作了选取，并多端口设计与规格作了要求。PLC的选择与硬件设计第四章 PLC的选择与硬件设计4.1可编程控制器的基本结构PLC作为工业相同控制计算机其硬件结构大体相同，主要由中央处理模块CPU、存储模块、输入/输出模块、电源模块以及外部设备几大部分构成。（1） 中央处理模块CPU CPU是PLC的核心，由控制器和运算器组成，主要通过内部总线来和存储器及输入输出接口电路相连接。它的主要功能有：执行用户的程序，用户程序从程序存储器中被逐条取出，再通过解释程序编译后逐条执行，按照程序的规定完成逻辑与算术运算，最终生成相应的控制信号来控制输出电路，从而实现了程序起初规定的各项操作。（2） 存储模块PLC的存储模块主要是用来存放用户程序、系统程序的单元。与一般的计算机是一样的 ，PLC的存储模块有随机读写存储器(RAM)和只读存储器(ROM)两个大类。存储器区域按照用途不同，还可分为程序区和数据区。（3） 输入/输出模块 输入/输出模块是PLC和工业控制领域的各种信号的连接部分,扮演了一个PLC)和被控对象输入/输出之间传递信息。由于输入信号是不同的在生产的过程中,PLC只能处理标准水平,因此必须通过输入模块将信号转换成CPU可以接受和处理信号的标准水平。同样,外部组件的控制信号的评论也有差异,必须通过输出模块将CPU输出标准水平这些致动器可以接受控制信号。（4） 电源模块PLC的电源模块把交流电源转换成供CPU、存储器等电子电路动作所需的直流电源，使PLC正常工作。（5） 外部设备主要包括编码器以及一些其他设备所组成。4.2 PLC的选择在电梯PLC的控制系统中，传统的继电器控制系统中模拟轿厢运动的机械选层器被淘汰。在电梯的正常运行过程中，首要问题是要解决好检测轿厢所处的楼层位置，根据给定的输入信号及运行条件让PLC软件做出判断，这些都是选层换速和正确定向的前提。(1)轿厢的位置检测用来检测桥厢的位置的检测装置通常被称为选择层,电梯检测桥厢的运行状态，位置，及时所需的信号控制系统。它的主要功能包括:根据进站与出站信号选择和桥厢的位置,确定方向,当电梯要达到所需的楼层时,他发出牵引电动机停止速度信号,改变速度;光滑层停车后,才会消除信号响应所选层，阶梯信号。旋转编码器是一种测量装置，通常是安装在试验轴上的，以测量旋转量，并将其转换成数字输出信号。在电梯中轿厢所处位置及运行速度用码盘来检测，作为位置的指示信号和速度的反馈信号。曳引电动机转轴直接与旋转编码器的转轴相连接，当电动机启动时，编码器会输出与转角相对应的脉冲数，再通过累计的脉冲数量，就可以直接的算出轿厢的相应位置的行程，最终，算出电梯在运行过程中，轿厢所处在层楼的位置，进而确定了换速点，平层停车点，提前开门区等。以上分析可见，用旋转编码器检测轿厢位置优于其他方法，故系统采用此法。4.3 I/O口的初步估算根据电梯的控制特点，输入信号包含以下几个部分： （1）桥厢内与各层门厅外呼信号 桥厢内楼层选择按钮有数字键1-5,各楼层外呼按钮共有8个，所以一共有13个输入。 （2）位置信号 平层传感器安装于各楼层停靠位置的五个传感器，这些传感器主要用于检测电梯平层。还有一组红外线传感器，此传感器主要用于电梯上人员或物的保护，防止被夹。所以还需要位置信号共8个输入。 （3）电梯门控制信号电梯有开关两个门控信号，所以需要两个输入。综上可知五层电梯大约需要23个输入点。输出信号应该包含以下几个部分： （1）内呼指示信号 内呼信号有5个即1-5层的内呼信号被接受，并在内呼信号完成后被消除。 （2）外呼指示信号外呼信号共有8个即1-5层的外呼信号被接受，并在外呼信号指令完成后被消除。 （3）电梯上下行有2个指示信号。 （4）电机M1正反装，共需2个输出。 （5）电机M2正反转，共需2个输出。 （6）七段数码管显示段，共需要7个输出。 综上可知，大约需要输出点有27个。以上输入输出点个数为大约估算，并不是最终所需。 4.4可编程控制器(PLC)的选型本设计按五层的电梯为例，根据需要控制的开关、设备大约有23个输入点，27个输出点需进行控制，考虑10%-15%的裕量，再由以上选择的轿厢楼层位置检测法，以及要求可编程控制器必须具有高数计数器，综合考虑后，系统选择了日本三菱公司生产的FX2N-64MR系统PLC。FX2N系统PLC优点有以下几个方面：FX2N的配置很灵活，除了主机单元以外，还能够扩展I/O口的模块，A/D模块，D/A模块和其它的特殊功能的模块。FX2N的指令功能是很丰富的，拥有指令多达107条，并且各指令的执行速度也很快。FX2N PLC可以使用内部辅助继电器M、寄存器D、定时器T、状态继电器S、计数器C的功能和数量来满足系统控制要求需要。尤其是，脉冲编码器脉冲能够被高速计数器接受。FX2N PLC的编程，可用编程器。为调试和维护提供了极大的方便4.5 I/O口点数分配及元件选取由电梯操作过程及控制系统的要求，归纳系统中所有的输入信号和输出信号，之后由PLC输入点和输出点进行I/O口的地址分配，让每个输入信号都能对应PLC内部输入继电器，每个输出信号都对应PLC内部输出继电器。本系统的输入/输出点数分配如下表：输入信号输出信号名称代号编号名称代号编号安全回路K6X000电梯上行UPY000零速输入K0X001电梯下行DOWNY001脉冲输入K1X002电梯快行FASTY002轿内电锁K2X003电梯慢行SLOWY003红外传感器K3X004检修速度JXY004关门力限开关K4X005数码管显示七段码aY005上限强制减速SQ0X007七段码bY006一层外呼上SB6X016七段码cY007二层外呼上SB7X020七段码dY010二层外呼下SB8X021七段码eY011三层外呼上SB9X022七段码fY012三层外呼下SB10X023七段码gY013四层外呼上SB11X024厅内指示灯E1Y017四层外呼下SB12X025厅内指示灯2E2Y020五层外呼下SB13X026厅内指示灯3E3Y021一楼指令SB1X010厅内指示灯4E4Y022二楼指令SB2X011厅内指示灯5E5Y023三楼指令SB3X012开门输出KM3Y015四楼指令SB4X013关门输出KM2Y016五楼指令SB5X014电机制动KM5Y27基站到位开关SQ4X015一层上行外呼显示E6Y024四楼下平层SQ7X26二层上行外呼显示E7Y025五楼上平层SQ8X27二层下行外呼显示E8Y026开门到位SQ1X032三层上行外呼显示E9Y027关门到位SQ2X033三层下行外呼显示E10Y028厅门开SB16X030四层上行外呼显示E11Y029厅门关SB17X031四层下行外呼显示E12Y030五层下行外呼显示E13Y031抱闸信号KM5Y035上行指示灯E14Y036下行指示灯E15Y037定时器与中间继电器的编号与功能编号名称及作用T50关门计时（2 s后没关门到位则开门）T51开门到位计时（15s后关门）T52制动计时（制动1s后抱闸）T53抱闸计时（抱闸1s后开门）T54低速计时 （低速1s后转为告诉）M1桥厢在一楼中间继电器M2桥厢在二楼中间继电器M3桥厢在三楼中间继电器M4桥厢在四楼中间继电器M5桥厢在五楼中间继电器M8开门中间继电器M9关门中间继电器M10一楼内呼信号保持中间继电器M11二楼内呼信号保持中间继电器M12三楼内呼信号保持中间继电器M13四楼内呼信号保持中间继电器M14五楼内呼信号保持中间继电器M15一楼上外呼信号保持中间继电器M16二楼上外呼信号保持中间继电器M17二楼下外呼信号保持中间继电器M18三楼上外呼信号保持中间继电器M19三楼下外呼信号保持中间继电器M20四楼上外呼信号保持中间继电器M21四楼下外呼信号保持中间继电器M22五楼下外呼信号保持中间继电器M23上行显示中间继电器M24下行显示中间继电器M25上行部分中间继电器（保证呼叫信号“先内后外”）M26下行部分中间继电器（保证呼叫信号“先内后外”）M27上行输出中间继电器M28下行输出中间继电器M29电机低速中间继电器M30电机高速中间继电器M31电机制动中间继电器M32抱闸中间继电器M33采集抱闸瞬间信号中间继电器M34抱闸延时开门中间继电器M35制动辅助中间继电器1M36制动辅助中间继电器2M37开门辅助中间继电器1（解决双线圈）M39开门辅助中间继电器2（解决双线圈）M40关门辅助中间继电器1（解决双线圈）M41关门辅助中间继电器2（解决双线圈）PLC控制电梯接线及原理图。4.6电梯的主电路设计图4-3为系统的电气原理图 图4-3 电气主接线图电气的主接线图中有了两个电机，一个是曳引机的牵引电机，是交流异步电机；另一个是开关门电机，是直流电机。通过KM1和KM2的切换即可实现电机的正反转 ，即实现了控制电梯上下行的功能，当KM3闭合时，定子绕组接成三角形接线发，电梯低速运行；当KM4闭合时，此时，定子绕组结成双星形接法，电梯为高速运行。KM6与KM7的切换，可实现直流电机的正反转，即可控制电梯的开关门。4.7本章小结本章对PLC的选取要求与最终确定作了介绍，并且确定了I/O口的分配。连接好了外部硬件接线图与电气的接线图。系统软件开发第五章 系统软件开发根据电梯的工作原理与功能要求以及输入/输出点的地址分配分配，可绘制如图5-1的电梯程序流程和设计程序梯形图。 图5-1 程序设计梯形图 根据电梯的运行特点，可把电梯控制系统分为成九个环节：初始化环节、开门环节，关门环节，楼层显示环节。内呼信号登记与消除环节，外呼信号登记与消除环节，定向环节，启动环节和制动环节以及抱闸环节。其分块设计如下：5.1电梯初始化环节 电梯的复位、装入数据、安全回路等。梯形图如图5-2所示： 图5-2 电梯初始化梯形图5.2开门环节开门环节要求如下：1、在桥厢内按下手动开门按钮有开门输出；2、电梯到达选择的楼层，平层要抱闸后自动能够开门。3、电梯于某层停用使，本层外呼，开门输出。开门梯形图如图5-3所示： 5-3 开门环节梯形图 为了满足上述的要求，设计中加进了中间继电器M37（开门辅助继电器1）和M39（开门辅助继电器2），这些中间阿继电器的另外功能是避免双线圈。 其中当抱闸至电机停转时平层抱闸开门输出启动，为了实现这一功能，所以加入计时器T53，可令抱闸后1s开门。 当开门到位时开门输出断开，当电梯门完全打开时，接通开门到位触电，利用开门到位信号可以使开门输出断开，怎开关门直流电机停转。5.3关门环节关门环节要求如下：1、按下桥厢内手动关门按钮，关门输出；2、开门到位15s后能够自动关门。 关门梯形图如图5-4 所示： 5-4关门环节梯形图 为了满足关门环节的条件，同开门环节一样，设置了中间继电器M40和M41，避免了出现双线圈。 其中开门到位的计时器是T51，开门到位15s后，自动的输出关门。关门输出关断条件是要关门到位，即关门输出时用于开关门输出的电机运转，当关门到位则接通关门到位触电，关断关门输出，此时的开关门直流电机停转。5.4楼层显示环节楼层显示环节满足的条件如下：1、桥厢未运行时，七段数码管要显示所在楼层；2、桥厢运行时，能正确显示所在楼层，例如，从二楼上行，首先要碰到二楼的下平层感应触电，虽然此触电被接通，但是电梯仍然在二楼，此时数码管要显示二楼，直至三楼的上平层触点被接通，显示变为三楼。其余楼层显示依次可推出。 楼层的显示环节由楼层登记与消除部分和楼层显示部分组成。楼层的显示用七段数码管显示，数码管的显示如图5-5所示。楼层的确定由M1、M2、M3、M4以及M5登记和保持。 七段数码管的输出分别为：Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16和Y17。 5-5七段数码管显示七段数码管真值表如下：显示数字输出笔状态PC内部层楼信号abcdefg10110000M121101101M231111001M340110011M451011011M5楼层的登记与消除部分的梯形图如5-6所示： 5-6楼层登记与消除部分梯形图楼层显示环节的梯形图如下图5-7所示： 5-7 楼层显示部分梯形图5.5内呼信号登记与消除环节 桥厢内选层按钮产生内呼信号，内呼信号被登记后，要由程序保持完成，直至电梯到达选择的楼层后信号消除。内呼信号被保持的阶段，信号的输出要一直导通，信号指示灯要一直亮。 内呼信号登记与消除环节梯形图如图5-8所示： 5-8内呼信号登记与消除环节梯形图当电梯到达所选平层后，内呼信号被消除，且电梯的牵引电机抱闸停转。由此就能知道，如果电梯中由同层内呼信号，此信号不会被登记。5.6外呼信号的登记与消除环节 外呼信号的登记与消除经过登记-保持-消除三步骤，与内呼信号处理相似。 由于定向环节会确定电梯的运行方向，所以当电梯运行方向确定时，此时即使有外呼信号也不会对电梯的运行产生影响。当电梯到达所选楼层时，此时电梯牵引电机抱闸停转，外呼信号消除。同样的当电梯在谋层停转，乘客外呼本层，此时的外呼信号不会被登记。但若电梯在某层停用，此时