基于PLC高层电梯控制系统设计方案.doc

基于PLC高层电梯控制系统设计方案1.1 电梯的发展历史和发展趋势1785年，英国出现了用蒸汽机驱动的升降机；1900年，以交流电动机传动的电梯开始问世。1902年，瑞士的迅达公司研制成功了世界上第一台按钮式自动电梯，采用全自动的控制方式，提高了电梯的输送能力和安全性。1903年，美国奥的斯公司生产了不带减速器的无齿轮高速电梯，电梯传动机构采用曳引驱动代替以往的卷筒式，为当今高层的大行程、高速度电梯奠定了基础；1976年，电梯上开始运用微处理机，之后随着大功率晶体管模块的问世，以及微机及数字调节器技术的不断成熟，人们利用调节脉冲宽度来调节电子逆变器，实现了对电梯中电动机的调压调频（VVVF），达到了线性调速的目的；1990年，电梯控制系统由并行信号传输向以串行为主的信号传输过渡，提高了整体系统的可靠性，为实现电梯的群控，智能化和远程监控提供了条件发展现状。1.1.1 电梯的发展历史 电梯作为垂直方向的交通工具，在高层建筑和公共场所已经成为重要的建筑设备而不可或缺。随着计算机技术和电力电子技术的发展，现代电梯已经成为典型的机电一体化产品。电梯技术的发展概况：1）电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。 2）电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变频调速（ACVP）发展成为调压调速（ACVV）及调频调压调速（ACVVVF），使得电梯的速度、加速度、加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。 3）电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器接触器控制发展为可编程序控制器（PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大提高。 4）电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足用户的使用功能要求。如紧急停车操作、消防员专用、防捣乱系统等。 5）机械传动方面，由于国际上机械加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。1.1.2 PLC的发展趋势 1）结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。 随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，中国的电梯用户不但对产品质量要求高，而且对新技术的接受很快，所以变频变压调速技术、无机房电梯、永磁同步拖动技术、计算机控制技术、远程监控技术等推广迅速；随着我国城市化、城镇化和村镇化建设步伐的加快，尤其是西部大开发战略的实施，住宅建设势头不减，商场、机场和地铁项目明显增多，住宅电梯、自动扶梯和自动人行道的需求量继续看好；电梯是一种售后服务工作量特别大的机电产品，其使用可靠性不但取决于产品的制造与安装，而且更大程度上取决于完善的维修与保养。在用电梯总量的不断增加给维修服务业带来了发展机遇；配套件的专业化生产对提高产品质量、降低生产成本具有十分积极的作用，受到了许多电梯公司和维修保养单位的欢迎，仍然有发展空间 。 2）技术含量更高，性能更好。 电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步无齿轮曳引机逐步成为新型曳引机的主流；由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。另外，网络控制和智能群控系统，以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。 3）安装更方便、更快捷。 高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式；随着新技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制，绿色环保安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。 4) 数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展 。智能化模块主要有高速计数模块、定位控制模块、温度控制模块、闭环控制模块、以太网通信模块和各种现场总线协议通信模块等。从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了51年的历程。近10年来，随着计算机技术的飞速发展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生，发展很快。目前正朝着标准化开放体系结构的方向前进。1.2 课题意义和主要内容1.2.1 课题意义和目的作为一名自动化专业即将毕业的学生学校要求有毕业设计，大学四年学了许多的专业课程，如：单片机原理、DSP原理、PLC原理及应用等等，我们在校期间学过PLC这名课程并且做过PLC的实验和进行过PLC的课程设计，对PLC进行过系统的研究，所以我选择的课题是基于PLC的高层电梯控制系统设计。同时也是为了我们更适应以后的工作，让我们学会查检资料、多方面的方案论证、图纸的绘制和控制线路连接。选择本课题的意义在于大学四年的自动化专业学习将近结束了，在这四年的专业学习里，我基本掌握了所学的基础知识，为了更具体的，全面的了解本人的专业技能掌握情况，也为了给参加工作作铺垫，所以我选择此课题来进行考察。随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具,多层厂房和多层仓库需要有货梯；高层住宅需要有住宅梯;百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯等。在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计,美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史，据说电梯起源于公元前236年的古希腊。当时阿基米德设计一种人力驱动的卷筒式卷扬机，人们把它看成是现代电梯的鼻祖。1858年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而有在英国出现水压梯。1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。本论文主要介绍电梯的发展状况，基本结构和控制要求，详细论述在电梯控制系统的总体控制方案论证，硬件电路和控制程序的设计方面所做的工作。1.2.2 课题的主要内容本课题通过比较、分析和论证，确定电梯的总体控制方案，软硬件协调综合分析及硬件资源分配；硬件电路设计及元器件参数计算，选型；系统结构部分设计：控制柜、层楼显示及呼叫、按键盒等，软件设计等，从而可编程交流双速电梯控制系统必须要安全可靠地实现：开门选层定向起动加速稳速运行减速爬行平层停靠开门这一运行全过程，同时要求层站为六层；拖动电机交流变速双速电机（1000转/分，250转/分），运行速度1.0 米/秒；停靠误差为上下在0.01米；可以有/无司机运行；检修运行；消防运行及优级服务；自动开关门，自动平层；定时开关电梯，超时返回基站；完善的状态指示及保护措施；便于维修。第2章 电梯系统的概述电梯一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。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或倾斜角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。2.1 电梯的用途根据轿厢内选层指令和厅外的层楼召唤指令，集中进行综合分析处理，自动选向并顺向依次应答指令的高度自动控制功能。它能自动登记轿厢内指令和厅外的层楼召唤指令，自动关门起动运行，同向逐一应答；当无召唤指令时，电梯自动关门待机或自动返回基站关门待机，当某一层楼有召唤信号时，再自动起动应答。根据电梯的用途可分为以下几种：乘客电梯：为运送乘客而设计的电梯，应用范围广泛。 载货电梯：可以有人随乘，主要为运送货物而设计的电梯，应用在工厂厂房和仓库中。 客货电梯：以运送乘客为主，但也可以运送货物的电梯。 病床电梯：为运送病床（包括病人）及医疗设备而设计的电梯，应用在医院和医疗中心中。 住宅电梯：为便于运送乘客和家具、沙发、担架等而设计的，供住宅楼使用的电梯。 杂物电梯：轿厢空间受限制，不允许人员进入，主要用于运送少量食品、图书和文件等。 汽车电梯：用作运送车辆而设计的电梯，应用在立体停车设备中。 特种电梯：应用在一些有特殊要求场合的电梯，包括防爆电梯、防腐电梯、船用电梯等。 观光电梯 ：井道和轿厢壁至少有一侧透明，乘客可观看轿厢外景物的电梯，主要运送乘客。 船用电梯 ：指供船舶上使用的电梯。通常用于大型轮船。 自动扶梯 ：是安装在两个楼层之间，以运动的梯级运送乘客的倾斜式运输设备。倾斜角不大于35度。分为普通型和公共交通型。2.2电梯的基本结构电梯总体结构：驱动系统、轿厢和对重装置、导向系统、门机系统、机械安全保护系统、厅外指示及呼叫装置、控制系统等,如图1-1所示。图1-1电梯总体结构图1） 驱动部分驱动部分由曳引机（电动机、制动器、曳引轮）、钢丝绳等组成，曳引机又称主机，它是电梯的动力源分为有齿曳引机和无齿曳引机。它是曳引驱动的动力源,曳引钢丝绳一端连接轿厢一端连接对重，通过电动机转动时曳引轮绳槽与钢丝绳的摩擦力，驱动轿厢和对重沿轨道上下运行。2） 轿厢和对重装置轿厢由轿厢架、轿厢、轿壁及轿顶组成，对重装置由对重架、对重铁块组成，对重铁块的重量要根据计算来确定，对重装置的过重或过轻都会影响整机性能和使用效果，甚至造成冲顶或蹾底的事故。3） 门机系统（轿门、厅门、开关门系统）轿门也叫厢门，在轿厢靠近层门的侧面，主要形式有左开门、右开门和中开门，层门也叫厅门，在各层楼的停靠站，通向井道轿厢的入口处。电梯的层门是无动力的，轿厢的轿门是由门电机驱动的。当电梯平层后，轿门门刀卡住层门，由门刀带动层门开关门。其门内范围设有红外光幕保护或机械触板式门保护装置。开关门系统就是控制电梯轿门、层门的开启和关闭。4） 导向系统导向系统包括轿厢引导系统和对重引导系统两种，这两种系统均由导轨、导轨架和导靴三种机件组成，每台电梯具有用于轿厢和对重装置的两组至少四列导轨。5） 机械安全保护系统（1） 轿厢超速保护装置限速装置和安全钳就是为了防止轿厢和对重装置意外坠落的安全设施，当轿厢下行速度过大就会使限速器动作，通过机械保护装置来卡住钢丝绳，制停电梯，另一方面会使安全钳动作，切断曳引电机的交直流控制电源，使制动器制动，达到停止电梯的目的。（2） 缓冲器 设在井道底坑的地面上，当发生某种原因导致轿厢或对重超越极限位置发生蹾底时，用来吸收或消耗掉轿厢或对重装置动能的制动装置。（3） 机械安全防护装置 是为了检修人员的安全而设置的安全措施，主要包括轿顶防护、轿厢护脚板、底坑对重侧防护等。6） 厅外指示及呼叫装置主要是给予乘客明确的指示和语音帮助，如当电梯处于关闭、暂停服务或维修状态下时，能给予乘客明确的指示，也满足盲人和乘坐手动轮椅的乘客的使用要求，电梯的呼叫装置有二种模式，可以通过钥匙开关来实现转换。7） 控制系统主要由拖动部分、使用操作部分、井道信息采集部分等组成，拖动部分由曳引电机和控制柜组成，操作部分由轿内操作箱、厅外召唤箱和检修操作厢组成，井道信息采集部分由换速平层传感器和限位开关组成。22.3电梯的工作原理曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机，通过减速器变曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。曳引式提升机构得到广泛应用在于其如下的优势：1）安全可靠：当轿厢或对重由于某种原因冲击底坑中的缓冲器时，曳引钢丝绳作用在曳引轮绳槽中的压力消失，曳引力随即消失，此时即使曳引机继续运转，也不致使轿厢或对重继续向上运行，减少人员伤亡事故和财产损失的发生。2）提升高度大：采用曳引式提升机构则曳引钢丝绳的长度几乎不受限制，因此可以适用于高层建筑的电梯。3）结构紧凑：采用曳引式驱动形式，避免了在卷筒方式中因曳引钢丝绳在卷筒上缠绕导致卷筒直径过大、因卷筒直径变化导致曳引绳速度变化等问题（尤其在提升高度很大时），而且采用多根钢丝绳保证高的安全系数得以实现，作到了曳引轮直径的减少和整个提升机构更加紧凑。4）可以使用高转速电动机：当电梯额定速度一定的情况下，曳引轮直径越小，则曳引轮转速越高，采用曳引式提升机构便于选用结构紧凑、价格便宜的高转速电动机。手动工作方式是在编写有手动程序的条件下用手进行操作达到机械运动条件从而实现的运动。简单来说就是用手进行操作实现的运动。报警装置应确保，即使是在进行维护时，通过报警过滤的完整报警信息也应被发送直至确认。 如果在确认之前发送失败，再发送的延迟间隔时间应减少到最小，并与通信网络相适应。如果通信网络的特性需要即使通信中断，在报警确认后，报警设备应不得妨碍任何再发送。报警系统应能接收从救援服务组织发出的通信信息直到报警终止。向传输器发送的报警信息应不得延迟，报警过滤时除外。 在确认和报警终止之间，应将报警过滤旁路。 如在确认后通信中断，报警装置应停止自动再发送。 电梯安全系统的短路保护方法一般有2种，一种是通过电路上的设计实现保护，它是将电梯安全线路即门联锁开关与门锁继电器串联组成的回路（简称门连锁回路）、急停回路采用同一交流110V电源，并将隔离变压器110V的一个输出端接地，当开关触点因而绝缘问题对地时，交流110V电源就被短路，电源断路器就会断路动作而达到保护。另一种是在电梯的电气控制系统中安装一个电梯安全线路对地短路保护器，当被保护的安全线路通过金属构件生产故障接地时，保护器输出回路就有一组常开/常闭信号输出，供PLC或微机识别及执行，控制电梯停止运动。2.4电梯参数1）对重装置轿厢的对重装置分为机械式，橡胶块式和负重传感器式。对重是曳引电梯不可缺少的部件，它可以平衡轿厢的重量和部分电梯负载重量，减少电机功率的损耗。为了使对重装置能对轿厢起最佳平衡作用，在电梯安装调试时可以增减对重块来调整电梯的平衡系数，必须正确计算出对重装置的总重量。 总重量P=轿厢自重G+载客总重量Q*平衡系数Kp (2-1)在本设计中一般情况选定载客量为10人，按每人80公斤计算。载客总重量为800公斤，轿厢自重为2900千克，平衡系数取0.5（一般为0.45-0.5），那么总重量为3300千克。2）驱动装置曳引机是电梯的动力源分为有齿曳引机和无齿曳引机。有齿曳引机由交（直）流电动机、曳引轮、制动器、减速机构等组成。无齿曳引机与有齿曳引机的区别在于它没有减速箱，电动机直接驱动曳引轮。所以本设计采用无齿轮曳引电机，其机械总效率为0.8。根据经验公式： P =（1-Kp）QV/102Y （2-2）式中：P-曳引电机轴功率、Kp-电梯平衡系数、Q-电梯轿箱额定载重量级、Y-电梯机械总效率、V-电梯运行速度。Kp=0.5 Q=800Kg Y=0.8 V=1m/s P的单位：KW3）电动机参数根据电机学基本原理，当电动机为一对极数，即P=1时，电机转子旋转一周，旋转磁场即旋转一圈；当电动机为两对极，即P=2时，电机转子旋转一周，旋转磁场则旋转二圈，而旋转磁场的转速取决于电源与极对数P，满足下式： （2-3）的关系，当不变时，=1则,=2时,。由此可知，电动机极对数越多，电机转速越慢。因此，当改变定子绕组极对数P时，就可以改变电动机同步转速，从而改变电动机的转速。变极调速比较经济的方法是在定子绕组上安装两组独立的绕组，各接成不同的极对数。电梯上用的双速电动机的两个绕组极对数为6/24,速比为4:1，控制线路如图4-1所示。所以电机型号：JTD-430型；同步转速为：1000/250转/分。根据门电机参数：额定电流为1.1A、额定电压为110V、额定功率为120W。所以梯门电机DM：采用直流110SZ56型直流电机。4）电梯内照明灯的安全电压为24V，功率为60W。第3章 控制系统总体设计方案论证电梯控制系统主要可以采用以下三种方式：一是继电器控制系统、二是PLC控制系统、三是单片机控制系统。继电器控制系统由于故障率高，控制方式不灵活及功率消耗大等缺点，目前已逐渐被人们所淘汰。微机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功能，但也存在一定的不足之处，即抗干扰性差，系统设计较复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术，这些都限制了微机控制系统应用的广泛性。而PLC控制系统由于运行可靠、使用维修方便、抗干扰性强等优越性，成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。3.1继电器控制方案继电器控制是利用多个主交流接触器、中间接触器以及过载热继电器等电器元件经合理的联接构成具有简单控制功能的逻辑电路。继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能、较为困难。继电器控控制系统使用了大量的机械触点，连线多，触点开闭时存在机械磨损、电弧烧伤等现象，触点寿命短，所以可靠性和可维护性较差。继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。时间继电器存在定时精确度不高、定时范围窄，且易受到环境湿度和温度变化的影响，时间调整困难等问题。3.1.1继电器控制的优点1）继电器控制系统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，所以继电器控制技术含量不高，易操作。2）继电器控制系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。3）继电器控制系统中大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。3.1.2继电器控制的缺点1）系统的触点繁多、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比较慢，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。根据继电器控制的优缺点可以看出继电器控制主要是应用于相对的简单的电路，电路搭载用时少，成本也很低，适合于家庭用升降横移式立体停车库。继电器控制也有许多不足之处。第一，难以实现智能模块化控制；第二，不适合应用于大规模、大容量的工作场地；第三，元器件的损坏率比较高，车库运行的可靠性不佳；最后，随着驱动部件的不断增加，其逻辑电路的搭载难度也大大增加了。3.2 单片机控制方案单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。3.2.1 单片机控制的优点1） 单片机的系统结构简单，使用方便，实现模块化；2） 单片机可靠性高，可工作到106107小时无故障；3） 处理功能强，速度快；4） 低电压，低功耗，便于生产便携式产品；5） 控制功能强，环境适应能力强；6） 单片机控制经济实惠，成本相对较低；3.2.2 单片机控制的缺点1） 单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致单片机控制系统开发周期比较长，系统调试耗时比较多；2） 单片机抗干扰能力差，故障率高，对环境依赖性强，所以对现场工作环境要求很苛刻；3） 单片机控制程序基本上是汇编语言，汇编语言虽然功能比较强大，但程序的编写复杂，编程周期较长且单片机的内存容量、速度、字长有限。根据单片机的优缺点可以看出单片机控制在机电设备中是一种比较常见的控制形式，由于它的控制功能强、体积小、成本低、功耗小、成本低和使用方便，可以直接装到仪器设备上，如电子称、家用自动电器、电子钟、考勤机、加油机等等都可以。3.3 PLC控制方案PLC是一种用于工业自动给控制的专用计算机。实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，能通用或专用CPU作为字处理器，实现通道（字）的运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。3.3.1 PLC控制方案的优点1） 编程方法简单易学；2） 功能强，性能价格比高；3） 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；4） 可靠性高，抗干扰能力强；5） 系统的设计、安装、调试工作量少；6） 维修工作量少，维修方便；7） 体积小，能耗低；3.3.2 PLC控制方案的缺点在控制功能相同的情况下，与采用单片机控制方案设计的控制系统相比，采用PLC控制方案设计的控制系统造价要高一些。PLC已经广泛地应用在所有的工作部门，随着其性能价格比的不断提高，PLC的应用范围扩大，主要有这几个方面：数字量逻辑控制；运动控制；闭环过程控制；数据处理；通信联网；3.4总体控制方案论证电梯控制系统主要可以采用以下三种控制方案设计：一是继电器控制方案、二是PLC控制方案、三是单片机控制方案。如果采用继电器控制方案，电梯控制系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大，而且线路复杂，易出现故障，保养维修工作量大，费用高，检查故障困难，费时费工。电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。综上所得继电器控制方案电梯控制系统结构大、线路复杂、故障率高、控制方式不灵活、功率消耗大，从而继电器控制方案对电梯控制系统不是最佳的控制方案，故不选用。单片机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功能，结构简单，使用方便，实现模块化；低电压，低功耗，便于生产便携式产品；但也存在一定的不足之处，即抗干扰性差，系统设计较复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术，这些都限制了微机控制系统应用的广泛性。单片机控制程序基本上是汇编语言，汇编语言虽然功能比较强大，但程序的编写复杂，编程周期较长且单片机的内存容量、速度、字长有限。综上所得单片机控制方案电梯控制系统抗干扰性差、故障率高、汇编语言程序编写工作量大，从而单片机控制方案对电梯控制系统不是最佳控制方案，故不选用。PLC控制方案把单片机控制的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器控制的控制简单、使用方便、价格便宜等优点结合起来，而其本身又具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性好等特点，PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的方法确有造价低廉、易学易用、性能可靠的优势；PLC控制系统由于运行可靠、使用维修方便、抗干扰性强等优越性。综上所述，PLC控制方案编程方法简单易学、功能强、适应性强、可靠性高、抗干扰能力强、维修工作量少、维修方便，PLC综合继电器和单片机的优点，PLC控制方案比继电器控制方案和单片机控制方案更适合于电梯控制系统。故在电梯控制系统中选用 PLC控制方案。第4章 控制系统硬件电路设计4.1 主电路设计图4-1是交流双速电梯的主电路图。图中M为电梯双速电动机；KM3、KM4为电动机正反转接触器，用以实现电梯上、下行控制；KM1、KM2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为启动接触器；当KM3或者KM4与KM2通电吸合时，电梯将进行上行或下行启动；当电梯接收到停层指令后，KM1断电释放，KM2通电吸合，点击转为低速接法，传入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，至平层位置时，接触全部断电释放，包闸抱死，电梯停止运行。图4-1 交流双速电梯的主电路图上升：KM3、KM2闭合加速至低速，KM1闭合、KM2加速至高速，KM1断开、KM2闭合减速至低速，KM2断开到停止运行。下降：KM4、KM2闭合加速至低速，KM1闭合、KM2断开加速至高速，KM1断开、KM2闭合减速至低速，KM2断开到停止运行。4.2 主电路元件选择可选电路中各元件如下：1）接触器的选择：对电梯只能按电寿命次数来选择接触器的型号：选快速接触器为CJ-20-60.它的机械寿命为600万次，操作频率为1200次/小时，电寿命为120万次，接通能力为12Ie，分断能力为10Ie，10s耐受过压电流800A，配用熔断器为RT16（NT）-1-250/660。选慢速接触器为CJ-40，电寿命为100万次，操作频率为1200/小时。门电机电源接触器选为CJ20-10，机械寿命为100万次，操作频率为1200次/小时，电寿命为100万次，接通能力为12Ie，分断能力为10Ie，10s耐受过载电流为80A，配用熔断器为RT（NT）-00-20/660。2）桥式电路中二极管的选择：经过查表，二极管的额电压计算公式为： （4-1）这里选择600V。 （4-2）这里选择1A。通过计算可知本设计中二极管应当选择2C211。由于流经它的电流比较小，所以不用散热片。整流电路选三相桥式整流电路。3）变压器的选择：由于三相整流电路中电压公式为： （4-3）所以= /2.34=420/2.34=180。二次侧的电路就是回路的额定电流1A。变压器的匝数比：，二次侧相电流：，一次侧相电流，二次容量：，一次侧容量：，平均容量：。综合以上可知变压器选择视在功率S=0.42KV的单相变压器。4）热继电器的选择一般热继电器的额定电流Ie.Jr大于或等于热元件的额定电流Ie.J。热继电器选择时应保持其额定电流I2大于或等于回路的最大长期工作电流Ig，热元件的额定电流一般大于或等于热继电器的整定电流，于是有Ie.JrIe.JI2Ig。长按电动机的额定电流选取，使热继电器的整定值为0.951.05Ie（Ie为电动机的额定工作电流）；或选取电流范围的中值电动机的额定工作电流。使用时，热继电器的旋转钮应调到额定值，否则不能起到保护作用。所以选热继电器为JR0-60/3D。 5）刀开关的选择根据刀开关的额定电流大于或等于电路的额定电流而考虑到刀开关的热稳定性，最好选大于电路额定电流的刀开关。所以选HK2-60/3，额定电压550V，额定电流60A。6）熔断器的选择 由于曳引电动机和门电动机频繁启动，它的熔体额定电流由下式可算出： （4-4） 其中为电动机的启动电流。由于我们采用直接起动，这种方法设备简单，操作方便，但启动电流大，可达额定值的47倍，将有120210A。所以熔体选取100A，同时又根据上面接触器配套用熔断器。于是选用FU1为RT16（NT）-1-250/660，额定电流为100A的熔体。FU2的选择：Id2约为58AS，同时又须要与整流二极管配套，所以选FU2为RM10系列，熔断器选RM10系列，熔断器的熔管额定电流15A，熔体额定电流为6A。14.3 PLC I/O接线图图4-2 PLC的I/O接线图图4-2 PLC的I/O接线图（续）4.3.1 PLC的输入分配电梯轿厢内选层输入按钮每层必须有一个内选按钮，即I0.1至I0.6。电梯厅外呼叫按钮最高层六层只有下呼按钮，第一层只有上呼按钮，其余的楼层都有两个按钮：上呼和下呼，即I0.7至I2.0。平层停靠输入点、高低速变换的上接近开关和下接近开关、开门关门按钮、检修等输入点，输入部分共47点。输入点的分配如表4-1所示：表4-1 PLC输入元件分配表输入名称输入元件号PLC地址输入名称输入元件号PLC地址内选一层SB1I0.1上接近开关5SQP5I2.7内选二层SB2I0.2下接近开关2SQP6I3.0内选三层SB3I0.3下接近开关3SQP7I3.1内选四层SB4I0.4下接近开关4SQP8I3.2内选五层SB5I0.5五层下接近开关SQP9I3.3内选六层SB6I0.6六层下接近开关SQP10I3.4一层外上呼SB7I0.7一层平层开关SQ1I3.5二层外上呼SB8I1.0二层平层开关SQ2I3.6三层外上呼SB9I1.1三层平层开关SQ3I3.7四层外上呼SB10I1.2四层平层开关SQ4I4.0五层外上呼SB11I1.3五层平层开关SQ5I4.1二层外下呼SB12I1.4六层平层开关SQ6I4.2三层外下呼SB13I1.5门接近关闭开关SQ7I4.3四层外下呼SB14I1.6开门限位开关SQ8I4.4五层外下呼SB15I1.7超载SB19I4.5六层外下呼SB16I2.0过流、过压SB20I4.6关门SB17I2.1欠压SB21I4.7开门SB18I2.2复位SB22I5.0上接近开关1SQP1I2.3检修SB23I5.1上接近开关2SQP2I2.4检修上行SB24I5.2上接近开关3SQP3I2.5检修下行SB25I5.3上接近开关4SQP4I2.6急停SB26I5.4手动关门SB27I5.5自动方式SA1I0.0手动取消关门SB28I5.64.3.2 PLC的输出点 输出点的分配如表4-2所示。表4-2 PLC输出元件分配表输出点名称输出元件号PLC地址输出点名称输出元件号PLC地址1层内选显示灯LED1Q0.0楼层显示C数码管Q2.22层内选显示灯LED2Q0.1数码管位信号数码管Q2.33层内选显示灯LED3Q0.2报警器扬声器Q2.44层内选显示灯LED4Q0.3报警指示灯LED17Q2.55层内选显示灯LED5Q0.4低速运行Y2Q2.66层内选显示灯LED6Q0.5高速运行Y3Q2.71层上呼显示灯LED7Q0.6上行接触器Y0Q3.02层上呼显示灯LED8Q0.7下行接触器Y1Q3.13层上呼显示灯LED9Q1.0上升显示灯LED18Q3.24层上呼显示灯LED10Q1.1下降显示灯LED19Q3.35层上呼显示灯LED11Q1.2开门接触器Y5Q3.42层下呼显示灯LED12Q1.3关门接触器Y6Q3.53层下呼显示灯LED13Q1.4开门显示灯LED20Q3.64层下呼显示灯LED14Q1.5关门显示灯LED21Q3.75层下呼显示灯LED15Q1.6通电松闸电磁阀Y4Q4.06层下呼显示灯LED16Q1.7高速开/关门Y7Q4.1楼层显示A数码管Q2.0检修显示灯LED22Q4.2楼层显示B数码管Q2.14.3.3 继电器与定时器的分配中间辅助继电器与定时器的分配如表4-3所示。表4-3 位继电器与定时器分配表地址作 用地址作 用S0.01层平层开关保持信号S0.12层平层开关保持信号S0.23层平层开关保持信号S0.34层平层开关保持信号S0.45层平层开关保持信号S0.56层平层开关保持信号S0.6第25层的上呼，内选上行及第6层的下呼，内选上行S0.7第25层的下呼，内选下行及第1层的上呼，内选下行S1.01层外上呼保持信号S1.12层外上呼保持信号S1.23层外上呼保持信号S1.34层外上呼保持信号S1.45层外上呼保持信号S1.52层外下呼保持信号S1.63层外下呼保持信号S1.74层外下呼保持信号S2.05层外下呼保持信号S2.16层外下呼保持信号S2.2内选1层保持信号S2.3内选2层保持信号S2.4内选3层保持信号S2.5内选4层保持信号S2.6内选5层保持信号S2.7内选6层保持信号S3.0第2层内选上行和外呼上行S3.1第3层内选上行和外呼上行S3.2第4层内选上行和外呼上行S3.3第5层内选上行和外呼上行S3.4第6层内选上行和外呼下行S3.5第1层上呼下行回路S3.6第2层下呼上行回路S3.7第3层下呼上行回路S4.0第4层下呼上行回路S4.1第5层下呼上行回路S4.2第25层下呼上行回路S4.3第2层上呼（内选）上行停车S4.4第3层上呼（内选）上行停车S4.5第4层上呼（内选）上行停车S4.7第25层上呼上行停车及第6层下呼上行停车S10.3第25层的下呼下行停车及第1层上呼下行停车S4.6第5层上呼（内选）上行停车S5.0第2层下呼（内选）上行停车S5.1第3层下呼（内选）上行停车S5.2第4层下呼（内选）上行停车S5.3第5层下呼（内选）上行停车S5.4第6层下呼（内选）上行停车S5.5第25层的下呼上行停车S5.6上行控制回路S5.7下行控制回路S6.0第2层下呼（内选）下行S6.1第3层下呼（内选）下行S6.2第4层下呼（内选）下行S6.3第5层下呼（内选）下行S6.4第2层上呼下行回路S6.5第3层上呼下行回路S6.6第4层上呼下行回路S6.7第5层上呼下行回路S7.0第25层上呼下行回路S7.1第1层上呼（内选）下行停车S7.2第2层上呼（内选）下行停车S7.3第3层上呼（内选）下行停车S7.4第4层上呼（内选）下行停车S7.5第5层上呼（内选）下行停车S7.6第25层的上呼下行停车S7.7第2层下呼（内选）下行停车S10.0第3层下呼（内选）下行停车S10.1第4层下呼（内选）下行停车S10.2第5层下呼（内选）下行停车S10.4无上呼上行、上呼下行S10.5高/低速关门S10.6松闸和启动低速运行S10.7高速运行S11.0停车低速运行S11.1停车且抱闸制动S11.2开门步S11.3高速至低速关门S11.4已开门T0上行延时T1通电松闸延时T2断电抱闸延时T3开门延时S11.5超载信号S11.6过压过流信号S11.7欠压信号S12.0无内选信号S12.1无外呼信号S12.2任一楼层接近开关S12.3所选楼层接近开关S12.4停车S12.5初始步S12.6内选或外呼信号第5章 控制系统程序设计不同的电梯，采取的控制方式也不同，但总是按桥箱内指令、层站召唤信号，实现向上或向下起动、起行、减速、制动、停站。电梯的软件控制主要是指令对电梯原动机及开门机的起动、减速、停止、运动方向、楼层显示、层站呼叫、桥车内指令安全保护等指令信号进行控制。操纵是实行每个控制环节的方式和手段。PLC梯形图软件的设计采用模块化设计，模块化程序结构清晰、便于调试。如分为开关门、内选、外呼、楼层数显示、换速、定向等模块。模块间不完全独立，存在着有机联系，且在编程时要注意各条指令间的逻辑关系，梯形图中的内部辅助继电器和定时器统一分配编号，列出I/O分配表，充分利用PLC提供的指令。根据电梯的运行要求，作出器运行流程的工作循环图，加上完整的手动程序和检修保护程序就可以设计出系统的控制程序。下面对系统控制的梯形图进行逐个分析。5.1 楼层显示程序当电梯经过各层平层开关时，Q2.0Q2.3有输出，通过74LS48编译使得数码管显示经过的平层开关时所相应的楼层数，如平层开关2即SQ2（I3.6）闭合，则输出Q2.1通电，数码管显示数字2；平层开关5及SQ5（I4.1）闭合，则输出Q2.2和Q2.0通电，数码管显示数字5。其他楼层的显示同理。梯形图程序如下：5.2 电梯呼叫程序内选信号和外呼叫信号输入是按下要登记得按钮，若此时电梯处在正常运行状态，而且电梯又不在登记得层楼，即改登记即为有效。轿内指令登记消号的条件是在电梯正常运行至登记楼层时，指令登记即被消号。外呼叫消号的条件是：当电梯正常运行至外呼叫的楼层且电梯的运行方向与呼叫按钮的方向一致时，厅外呼叫即被消号。电梯的呼叫程序主要包括外上呼程序、外下呼程序、内选程序。内选程序主要是内选层的信号保持，器输入信号为SB1-SB6（I0.1-I0.6），分别对应1到6层的内选按钮，输出信号Q0.0-Q0.5是1到6层的内选显示灯。上呼程序主要是电梯的外上呼叫按钮的信号的保持及消号，其输入信号SB7SB11（I0.7I1.3），分别对应1层至5层的外上呼，输出信号Q0.6Q1.2分别为1到5层的上呼信号显示灯。下呼程序与上呼程序的设计方法相同，其输入信号SB12-SB16（I1.4-I2.0），对应2-5层的外下呼按钮，其输出包括Q1.3-Q1.7，分别对应2到5层外下呼显示灯。电梯上呼、下呼及内选梯形图如下：5.3 电梯上行程序电梯上行程序在呼叫程序的基础上进行，电梯在接到呼叫信号后运行至相应了楼层后停止，在完成所有呼叫后停止运行并等待呼叫，上行时到达6层后电梯转向运行。外呼上行在程序中的实现是通过有效服务层的记忆信号与轿厢此时所在的楼层信号相串联。假如当电梯轿厢此时在1层，若有2楼外上呼或3楼外上呼、4楼外上呼、5楼外上呼时电梯是上呼上行运行回路；若有2楼外下呼或3楼外下呼、4楼外下呼、5楼外下呼、6楼外下呼时电梯是下呼上行运行回路；也就是说电梯在上呼楼层的下方，电梯是处于上呼上行回路，而电梯在下呼楼层的下方，电梯是处于下呼上行回路。电梯上行程序包括上行程序回路和上行停车程序，停车程序是在上行程序的基础上进行的，电梯上行到达所呼叫楼层时其平层开关动作，电梯停车。所呼叫的方向与电梯的运行方向一致时，电梯是先接近楼层的人（就近接客原则），而呼叫方向与电梯的运行方向相反时，电梯先接远楼层的人。若当电梯轿厢此时在1层，26层某一层有外呼信号，则上行继电器S0.6得电，控制轿厢上行。内呼上行的实现与外呼上行一样：即当电梯在1楼，而有2楼、3楼、4楼、5楼、6楼内选，均使S5.6得电，控制上行。以第3、4层为列，部分程序如下：5.4 电梯下行程序同上行程序设计的方法一样，电梯的下行程序中也必须实现桥厢外的下行呼叫和桥厢内的下行呼叫两个控制程序。其原理以及信号消除原理也与上行控制一样，以第2、5层为列，部分程序如下：5.5 电梯高低速变换高低速变换的要求是电梯停靠后以低速起动，起动后遇到第1个接近开关转为高速，在即将停靠前，遇到停靠楼层的接近开关就有高速转为低速停靠。在完成选向选层后电梯的电磁阀通电松闸与桥厢启动低速运行，电磁阀通电Y4（Q4.0）和低速接触器Y2（Q2.6）有输出信号，同时上行接触器Y0（Q3.0）有输出信号，则是电梯低速上行，或同时下行接触器Y1（Q3.1）有输出信号，则是电梯低速下行。当桥厢遇到启动层的接近开关后桥厢高速运行，高速接触器Y3（Q2.7）有输出信号，同时上行接触器Y0（Q3.0）有输出信号，则是电梯高速上行，下行接触器Y1（Q3.1）有输出信号，则是电梯高速下行。当所选楼层接近开关动作时桥厢停车低速运行，遇到所选层的平层开关动作桥厢停车且抱闸制动，同时电磁阀断电，电梯准备进行开门步，开门接触器Y5有输出信号。其梯形图如下所示：第6章 程序调试由于PLC实验室的模拟的电梯I/O点数不够，不能在实验室对电梯程序进行模拟调试，客观条件的限制，所以只能用软件进行虚