毕业设计（论文）-五层电梯模型plc控制系统毕业设计.doc

0 毕毕 业业 设设 计计 题目 Plc 控制五层电梯 系别 机 电 系 专业 班级 姓名 学号 指导教师 日期 1 摘要摘要 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。20 世纪 60 年代末，人们研制出了一种先 进的自动控制设备 PLC，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 不但被用于工业生产，在生活中我们也能常常见到它的身影。例如电梯， 随着城市化水平的提高，城市中的高层建筑也越来越多，电梯的应用也越来越广。而电梯 的开关门、呼叫、显示等问题也就用到了 PLC，利用 PLC 控制的电梯更加智能化、运行的 可靠性更高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期短等优点，所以 PLC 备受人们 重视，成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。为了追随时代的潮流，我设计的 五层电梯控制系统就利用了欧姆龙的 PLC。 关键字：关键字：PLC 电梯设计电梯设计 欧姆龙欧姆龙 2 前言前言 起起源源：1968 年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1 969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14 ，在 美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气 控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的 第一台 PLC。 1969 年，美国研制出世界第一台 PDP-14 1971 年，日本研制出第一台 DCS-8 1973 年，德国研制出第一台 PLC 1974 年，中国研制出第一台 PLC 发展：20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控 制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算 机特征的工业控制装置。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相 结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能 特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC）。 20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技 术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超 小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性 价比奠定了它在现代工业中的地位。 20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。 世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程 控制器已步入成熟阶段。 20 世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率 一直保持为 3040%。在这时期， PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力 、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高， PLC 逐渐进入过程控制领域 ，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS 系统。 20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展 了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信 单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。 3 目录 摘 要-I 前 言-2 目 录-3 1 PLC 的简介-4 1.1 PLC 的概念-4 1.2 PLC 的发展阶段-5 1.3 PLC 的组成及工作原理-6 1.4 PLC 的特点及功能- 10 第二章 电梯的概述 1- 12 2.1 电梯的定义 1-12 2.2 电梯的分类-12 2.3 电梯的主要机械部件-13 第三章 电梯的电力驱动系统-15 3.1 电梯电力驱动系统的定义及构成-15 3.2 电梯电力驱动系统的要求-15 3.3 交流感应电动机的转速调节及其评价-15 3.4 交流调速电梯的运行工艺过程-16 3.5 交流双速电梯的主驱动系统-17 3.6 三相交流双速异步电动机的拽引系统-18 第四章 PLC 在电梯控制中的应用-19 4.1 电梯的启动所需条件-19 4.2 电梯停车所需的条件-19 4.3 设备选型-19 4.4 电梯控制系统原理框图-19 4.5 输入输出分配表-20 4.6 程序的编写-20 结 束 语-27 致 谢-28 参考文献-29 附录-30 4 一 PLC 的简介 （一.）PLC 的概念 可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称 PLC 或 PC，在现代工业 控制中占有重要地位。本文对其基础知识进行简要介绍。可编程控制器 （Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计 制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller） ， 简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制随着技术的发展 这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可 编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简 称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。 国际电工委员会（IEC）先后颁布了 PLC 标准的草案第一稿，第二稿， 并在 1987 年 2 月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的 电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于 其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用 户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可 编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于 扩充其功能的原则设计。 ” PLC 问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化， 美国电气制造商协会 NEMA（National Electrical Manufactory Association） 经过 四年的调查工作，于 1984 年首先将其正式命名为 PC（Programmable Controller） ，并给 PC 作了如下定义:“PC 是一个数字式的电子装置，它使用了 可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等 功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部 数字电子计算机若是从事执行 PC 之功能着，亦被视为 PC，但不包括鼓式或类 似的机械式顺序控制器。 ” 随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经扩展 到了几乎所有的工业领域。当前用于工业控制的计算机可以分为几类，类如可 编程序控制器、基于 PC 总线的工业控制计算机、基于单片机的测控装置、用 5 于模拟量闭环控制的可编程调节器、集散控制系统（DCS）和现场总线控制系 统（FCS）等。 PLC 的应用广、功能强大、使用方便，是现代工业自动化的主要设备之一。 PLC 已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC 在其 他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。 （二）（二）PLCPLC 的发展阶段的发展阶段 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。 6 .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。 （三）（三） PLCPLC 的组成及工作原理的组成及工作原理 1.PLC 各组成部件及作用 1.1CPU是 PLC 的核心部分。 与通用微机 CPU 一样，CPU 在 PC 系统中的作用类似于人体的神经中枢。 其功能： （1）用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入 映象寄存器或数据寄存器； （2）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据； （3）诊断电源和 PC 内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误； （4）在 PC 进入运行状态后： a）执行用户程序产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指 令，经命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控 制电路） b）进行数据处理分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变 换等动作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务 c）更新输出状态输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的状态 和输出映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现输 出控制、制表、打印、数据通讯等） 1.2 存储器 系统程序存储器存放系统工作程序（监控程序） 、模块化应用功能子程 序、命令、解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数，不能由用户直接存 取。 7 用户程序存储器存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序， 可以由用户直接存取。 功能存储器（数据区）存放用户数据 PC 的用户存储器通常以字（16 位/字）为单位来表示存储容量。 注意：系统程序直接关系到 PC 的性能，不能由用户直接存取，所以，通常 PC 产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。 1.3.I/O 输入/输出部件（I/O 模块：接口电路、I/O 映像存储器） I/O 输入/ 输出部件 CPU 与现场 I/O 装置或其他外部设备之间的连 接部件。PLC 提供了各种操作电平与驱动能力的 I/O 模块，以及各种用途的 I/O 组件供用户选用： 输入/输出电平转换 电气隔离 串/并行转换 数据传送 A/D、D/A 转换 误码校验 其他功能模块 I/O 模块可与 CPU 放在一起，也可远程放置。通常，I/O 模块上还具有状态显 示和 I/O 接线端子排。 1.3.4.编程器等外部设备 编程器PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具 作用：用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视 通过键盘和显示器去检测 PLC 内部状态和参数 通过通讯端口与 CPU 联系，实现与 PLC 的人机对话 分类：简单型只能联机编程；只能用指令清单编程 智能型既可联机（Online） ，也可脱机（Offline）编程；可以采用指 令清单（语句表） 、梯形图等语言编程。常可直接以电脑作为编程器，安 装相关的编程软件编程 注意：编程器不直接加入现场控制运行。一台编程器可开发、监护许多 8 台 PLC 的工作。 其他外设：磁盘、光盘、EPROM 写入器（用于固化用户程序） 、打印机、图 形监视系统或上位计算机等等。 1.4 电源 内部电源开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提 供 DC24V 稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。 外部电源可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池） ，使外部电 源故障时内部重要数据不致丢失。 2.PLC 的工作原理 最初研制生产的 PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置， 但这两者的运行方式是不相同的： 继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通 电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路 的哪个位置上都会立即同时动作。 PLC 的 CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出 线 圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不 会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。 为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装 置各类触点的动作时间一般在 100ms 以上，而 PLC 扫描用户程序的时间一般 均小于 100ms，因此，PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫 描技术。这样在对于 I/O 响应要求不高的场合，PLC 与继电器控制装置的处理 结果上就没有什么区别了。 （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 9 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(梯形图)。 在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路， 并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后 根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态； 或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯 形图所 规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区 内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程 序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反， 排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期 才能对排在其上面的程序起作用。 3.PLC 的扫描技术 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 10 （梯形图） 。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成 的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻 辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对 应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是 否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即在用户程序执行过程中，只有输 入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在 上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯 形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只 能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 （3）输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相 应的外设。这时，才是 PLC 的真正输出。 （四）（四） PLCPLC 的特点及功能的特点及功能 1.PLC 的特点 （1）高可靠性 1、所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电 路之间电气上隔离。 2、各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为 1020ms。 3、各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 4、采用性能优良的开关电源。 5、对采用的器件进行严格的筛选。 6、良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU 立即采 用有效措施，以防止故障扩大。 7、大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统, 使可靠性更进一步提高。 （2）丰富的 I/O 接口模块 11 PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流、开关量或模拟量、电压或电 流、脉冲或电位、强电或弱电等有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备， 如： 按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀 直接连接； 另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；为了组成工业局部 网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 （3）采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型 PLC 以外绝大多数 PLC 均 采用模块化结构 PLC 的各个部件包括 CPU 电源 I/O 等均采用模块化设计由 机架及电缆将各模块连接起来系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合 （4）编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式对使用者来说 不需要具备计算机的专门知识因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握 （5）安装简单维修方便 PLC 不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行使用时只需将现 场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接即可投入运行各种模块上均有运行 和 故障指示装置便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构因此一 旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。 2.PLC 的功能 1、数据采集与输出。 2、控制功能。 包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。 3、数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID 运算、 滤波等。 4、输入/输出接口调理功能。 具有 A/D、D/A 转换功能，通过 I/O 模块 完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。 5、通信、联网功能。 现代 PLC 大多数都采用了通信、网络技术，有 RS232 或 12 RS485 接口，可进行远程 I/O 控制，多台 PLC 可彼此间联网、通信，外部器件 与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程 序转移、数据文档转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台 PLC 构成集中管理、分散控制的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂 控制。通常所说的 SCADA 系统，现场端和远程端也可以采用 PLC 作现场机。 6、支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允 许操作者和 PC 系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计 算机的分散和集中操作与监视系统。 7、编程、调试等，并且大部分支持在线编程。 二、电梯的概述 随着我国社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高，伴随建 筑业的发展，为建筑物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，更是一种人们频繁乘用的交通运输 设备。为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、管理电梯、维护 好电梯。 ( (一）电梯的定义一）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 度的钢性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入 或 装卸货物。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。 （二）（二） 电梯的分类电梯的分类 1.按用途分类： (1) 客梯 代号 K 为运行乘客而设计的电梯,有完善的安全装置. (2) 货梯 代号 H 为运送货物而设计的电梯,通常有人操作,有必备的安全装 置. (3) 客货梯 代号 L 主要用作运送乘客,但也可运送货物,它与客梯的区别在 13 于轿厢内部装饰结构不同. (4) 病床电梯 代号 B 为运送病床而设计的电梯,具有轿厢长而窄的特点. (5) 住宅电梯 代号 Z 供住宅楼使用的电梯,一般采用下集选控制方式,轿厢 内部装饰较简单. (6) 杂物电梯 代号 W 供图书馆,办公楼,饭店运送图书,文件,食品等.不容许 人员进入电梯,结构简单,无乘人必备的安全装置. (7) 船舶电梯 代号 C 用于船舶上的电梯,能在船舶摇晃中正常工作. (8) 观光电梯 代号 G 轿厢壁透明供乘客观光之用. 2.按驱动系统分类： (1) 交流电梯 曳引电动机是交流电机. 当电机是单速时,称为交流单速电梯 当电机是双速时,称为交流双速电梯 当电机具有调压调速装置时,称为交流调速电梯. 当电机具有调压调频调速装置时,称为变频调速电梯. (2) 直流电梯 曳引电动机是直流电机 分为直流有齿和直流无齿电梯. (3) 液压电梯 靠液压传动的电梯,分为柱塞直顶式和柱塞侧置式. (4) 齿轮齿条式电梯(一般为工程电梯) 3.按操作控制方式分类 (1) 门外按钮控制小型杂物电梯 (2) 内外按钮控制自动门电梯 该电梯是一种乘客自己操作的电梯，电梯在各层站分别设有一个召唤按钮。轿 厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮，某一层等待电梯的乘客按 下召唤按钮，就能使不被占用的轿厢到来，电梯停靠时立即自动开门，乘客进 入轿厢 后，按下他要去的楼层的指令按钮，电梯就自动关门，自动行驶到该站。每次 停靠时，电梯自动进行减速、平层、开门。 (3) 集选控制电梯 该电梯是一种乘客自己操作或有时也可以有专职司机操作的自动电梯。 14 电梯在底层和顶层分别设有一个向上或向下的，而在其它层站设有向上、下两 个召唤按钮。集选控制轿厢操作箱上则设有与停站数相等的相应的指令按钮， 当进 入轿厢的乘客按下指令按钮，指令信号就被登记。电梯在向上过程中按登记的 指令信号和向上召唤信号逐一停靠，直到有这些信号登记的最高层站和有向下 召唤登记的最底层为止，然后又反向向下安置指令及向下召唤信号逐一停靠。 每次停靠时电梯自动进行减速、平层、开门。 （三）（三） 电梯的主要机械部件电梯的主要机械部件 1、轿厢 2、电梯门 3、开关门机构 4、层门门锁 5、机械安全装置 电梯中限速器、安全钳装置是十分重要的机械安全保护装置。它的作用在于： 因机械或电气的某种原因，例如断绳或失控使电梯超速下降时当下降速度达到 一定限值时，将轿厢擎停在导轨上。不论是限速器还是安全钳都不能单独完成 上述任务。上述任务的完成是靠它们的配合动作来完成的。 15 下图是电梯的基本结构剖视图及机械部件说明： 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 16 三 电梯的电力驱动系统 （一）电梯电力驱动系统的定义及构成（一）电梯电力驱动系统的定义及构成 电梯的电力驱动系统分为两大类：交流驱动系统和直流驱动系统，由以下 几部分组成。 （请看图 3-1） 图 3-1 （二）（二）电梯电力驱动系统的要求电梯电力驱动系统的要求 电梯的电力系统要求是：“快、稳、准” （三）交流感应电动机的转速调节及其评价（三）交流感应电动机的转速调节及其评价 以三相交流感应电动机为驱动的交流电梯中，在现有的条件下， 交流电梯 的运行速度一般均在 1m/s 以下。而 lm/sV2.0m/s 则属 交流调速（或称快速） 电梯的范畴 。 （1）改变三相交流感应电动机定子电压转速调节特性 这种调速方法的拽引电机工作在非正常状态下，如果长期处于低于额定电 压下的运行，虽达到调速的目的，但其能耗、特性硬度、最大转矩等特性均低 于额定电压时的情况，因此这种调速方法是不经济的，且性能也不理想，故这 种调速方法今仅用于起动和制动的短暂时间内，以限制起动电流和改善电梯的 舒适感。 由公式 n060f/p 中可知，当电动机的极对数 P 改变时交流感应电动机的 同步转速 n0 也将改变。所以，交流电梯中也常用改变电动机极对数 P 的方法获 电源 传动机构2电动机3自动系统4电梯轿厢1 17 得电梯所需的转速调节特性。 这种具有二种以上极对数的电动机，我们通常称之为双速、三速电动机。 这种电动机的定子绕组有两种结构形式：A各独立统组的多速电动机（例如 JTD 系列电动机） ；B按特殊接线方法而改变极对数的单绕组多速电动机（例 如 YTD 系列电动机） 。 （2）改变三相交流感应电动机定子绕组的极对数时的转速 只能是有极的调节交流感应电动机的转速而不是无极的，因此在转速的调 节过程中，即从一个极对数相对应的速度调节至另一极对数相对应的转述过程 中，必定要采取有效措施防止电梯系统给乘客带来不舒服感觉和对机械传动系 统产生冲击，这样为了转速的调节需添置众多的附加设备（例如接触器、电阻 或电抗器等） 。 假若在改变电动机极对数 P 的调节过程中，如保持其他参数基本不变，则 从前面的式子和图中可以看出，对同一电动机的不同极对数 P 时的机械特性曲 线基本上是平行的。这是我们十分希望的调速特性。也就是希望其调速后新的 机械特性硬度 p 保持不变，这样才能保证交流双速电梯在不同负荷时其停层准 确且保持不变。 由于在同一定子内需要布置两套三相统组（或改变单相统组的不同接线方 法） ，则其不同极对数时相应的磁通量和功率是不一样的，因而极对数 P 越大， 其最大转矩 Mk 也将有稍许变化。 （3）外力口涡流制动器等的转速调节特性 在交流电梯中除了三相交流感应电动机的本身进行速度调节外，还可以利 用外加器件调节交流感应电动机的最后输出速度。这种情况常见的有：在电机 内的一个独立统组中加一个可控制的直流电流或在交流感应电动机的轴端加一 个可控制的涡流制动器。但比较理想且控制方便的是涡流制动器的速度调节方 法。 虽然这种调速方法的机械特性曲线较为理想，但其能量消耗是大的，而且 把电动机的原有动能全部消耗在涡流制动器的发热上了。 （四）交流调速电梯的运行工艺过程（四）交流调速电梯的运行工艺过程 首先接通电梯的总电源及控制电源、照明电源；把电梯的层门和轿厢门打 18 开；司机进入电梯轿厢内，合上轿厢内操作箱上应该合上的各种开关，并点亮 轿厢内的照明灯；司机根据轿厢内乘客欲往的楼层或轿厢内无乘客时根据某个 楼层的厅外召唤信号，司机锨按操作箱上相应的一个楼层或几个楼层数的指令 按钮；自动定出电梯的运行方向；司机先按起动开车按钮；自动关门；自动起 动；分级加速至稳速运行；在接近目的楼层时，井道内该层永磁开关自动发出 减速信号； 自动分级减速制动；自动平层停车；自动开门，让乘客出入电梯轿厢；司 机再次掀按起动开车按钮，电梯内可以有专职司机操作，也可以有进入轿厢内 的乘 客自己操作，也可以有某个或几个楼层的厅外召唤信号而把电梯召唤来，而且 在运行应答完最后一个（即最远一个）召唤信号后，电梯即可自动换向。但是 楼层厅外召唤信号的作用只有在电梯门关闭后方可起作用，此即所谓电梯轿厢 内的指令信号“优先”于 厅外召唤信号。 （五）（五） 交流双速电梯的主驱动系统交流双速电梯的主驱动系统 1、主驱动系统的结构原理 此交流双速电梯的主驱动系统结构原理： 三相交流异步电动机定子内具 有两个不同极对数的绕组。国内一般为 6 极（同步转速为 1000rmin）和 24 极（同步转速为 250rmin）两个统组。这两个统组可以是各自独立的双绕组 （例如 JTD 系列电 动机） ，也可以是单绕组双速。 这种主驱动系统的工作过程如下：快速绕组（6 极）作为起动和稳速（即额定 速度）运行之用；而慢速绕组（24 极）作为制动，减速平层停车之用。起动按 时间原则，串电阻，电抗一极加速；而减速制动也按时间原则进行两极在发电 制动减速，以慢速绕组进行低速稳定运行，直到平层车。 2、交流双速电梯的主要性能与特点 （1）这种电梯的交流电动机具有两种速度，这样就使起动与稳定运行时具 有较高的速度，从而可以大大提高电梯的输送能力。同时它又具有准确停层所 需的较低速度，也保证了电梯的停层准确度。所以该电梯的运行效率比单速电 梯有很大的提高。 （2）主驱动系统虽然比单速电梯的复杂，但相对其他电梯来说还是比较简 19 单的。系统虽然有级调速，但可以分别对高低速进行控制和调节。因此电梯的 运行效率和性能得到相当大的提高和改善，从而使得这种驱动系统在一般低速 电梯中得到广泛的应用。 （3）这种电梯主驱动系统的制动和减速过程是采用低速绕组的再生发电制 动原理，即在减速开始的瞬间，快速绕组虽然从电网撤出，并立即把低速绕组 接入电网而电动机的实际转速因电梯机械传动系统的惯性，仍维持在原快速状 态时的转速。因此，对低速绕组来说此时的实际转速已大大高于低速绕组的同 步转速，从而在低速绕组中产生再生发电制动减速过程。对低速绕组来说，电 动机处于发电机的工作状态，即把快速运行时所具有的功能反馈到电网中去。 这样的减速制动方式是较经济的，电能消耗相对较少。 （六）三相交流双速异步电动机的拽引系统（六）三相交流双速异步电动机的拽引系统 三相交流双速异步电动机的拽引系统 （1）此种交流电动机具有两种速度，这样可以使起动与稳定运行时具有较 高的速度，从而可太大的提高电梯的输送能力。同时它又具有准确停层所需的 较低速度，也保证了电梯停层准确度（对额定速度为 1.OMS 时，一般停层准 确度为 3 OMM。所以电梯的运行效率较单速电梯时大大提高。 （2）该驱动系统虽然比单速电梯的复杂，但相对其他电梯来说还是比较简 单的。系统虽然有级调速，但可以分别对高低速进行控制和调节。 因此电梯的 运行效率和性能得到相当大的提高和改善，从而使得这种驱动程序系统在一般 低速电梯中得到广泛的应用。 （3）这种电梯驱动系统和减速过程是采用低绕组的再生发电制动原理，即 在减速开始的瞬间，快速绕组虽已从电网撤出，并立即把低速绕组接入电网而 电动机的实际转速因电梯机械传动系统的惯性，仍维持在原快速状态时的转速。 因此，对低速绕组来说，此时的实际转速已大大高于低速绕组的同步转速，从 而在低速绕组中产生发电制动减速过程。对低速绕组来说，电动机处于发电机 的工作状态，即把在快 速运行时所具有的动能反馈到电网中去。这样的减速制 动方式是较经济的，电能消耗相对较少。 20 四 PLC 在电梯控制中的应用 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。 PLC 控制技术在现今工业控制中的应用得到长足的发展，在电梯行业中， 也得到广泛的应用，一般用于完成逻辑控制，拖动调速系统一般使用变极调速、 调频调压调速等方式。 （一）（一） 电梯的启动所需条件电梯的启动所需条件 （1）安全保护系统正常 （2）门锁锁闭 （3）定向部分选择好电梯的运行方向 （二）（二） 电梯停车所需的条件电梯停车所需的条件 （1）选层部分选择好停车楼层 （2）电梯必须到达要停车楼层的减速点 （3）电梯到达目标楼层的平层位置 （三）（三） 设备选型设备选型 PLC 控制器选用西门子 S7200，CPU 选择 221XP 21 （四）电梯控制系统原理框图电梯控制系统原理框图 （见图 4-1） 定向、选定向、选 层层 平层信号平层信号平层平层拖动系统拖动系统减速减速减速点信号减速点信号 启动启动 安全保护系安全保护系 统统 门锁保护门锁保护 轿内指令轿内指令 厅外召唤厅外召唤 层楼信号层楼信号 层楼信号的取得层楼信号的取得 楼层指示楼层指示 图 4-1 （五）（五）输入输出分配表输入输出分配表 输入输出点名称及作用输入输出点 名称及作用 X400-X404 上行楼层感应干簧管触点 M123-M126 1-4 层向上召唤中间继电器 X405-X411 下行楼层感应干簧管触点 M130 上行中间继电器 X500-X504 轿内指令按钮 M131 下行中间继电器 X505-X510 1-4 层上召唤按钮 M132 司机上行中间继电器 X000-X003 2-5 层下召唤按钮 M133 司机下行中间继电器 X004 有/无司机操作方式转换 开关 M134 换速中间继电器 X005 下平层感应器触点 M135 门锁中间继电器 X412 上平层感应器触点 M140 上平层感应中间继电器 X413 门区感应器触点 M141 门区感应中间继电器 X511 司机上行选择按钮 M142 下平层感应中间继电器 X512 司机下行选择按钮 M143 运行中间继电器 X513 上强迫换速开关 M144 换速消除中间继电器 X411 下强迫换速开关 Y430 KM1 上行接触器 M100-M104 楼层感应中间继电器 Y431 KM2 下行接触器 M105-M111 指层中间继电器 Y432 KF 快速接触器 M112-M116 轿内指令中间继电器 Y433 KS 慢速接触器 M119-M122 2-5 层向下召唤中间继电 器 22 （六）（六） 程序的编写程序的编写 1楼层感应控制梯形图 M130 X400 M100 M131 X405 M130 X401 M101 M131 X406 M130 X402