曳引式电梯单控系统设计

摘要曳引式电梯是垂直交通运输工具中使用最普遍的一种电梯。它采用自驱动轿厢，曳引机安装在轿架上。控制系统分为两个独立的部分：第一部分“层楼控制器”仅包括乘客或者维修人员操纵系统所必需的一些装置，还有一些电梯运行指示的发光二极管（LED）。控制系统中的其它装置，如变频器等都集中在另一个柜子中，称之为“轿厢控制器”，它包括电梯在正常运行过程中或者在维修过程中乘客或者维修公司不可接近的元件。第一控制器安装在井道之外临近井道的一个小房子里，第二控制器则安装在轿架的背面。主要优点应当是节省安装时间，因为曳引机是电梯系统中最重的部件，而现在却安装在位于最低楼层位置的轿架上，其它部件则只能安装在井道内部高处，但每个部件重量都不超过35千克。关键字：曳引，电梯，控制，系统，安装AbstractThehaulagetypeelevatorisintheverticaltransportationtoolusesthemostuniversalonekindofelevator.Itusesfromtheactuationsedantheaterbox,thetractorinstallsonsedan.Thecontrolsystemdividesintotwoindependentparts:Thefirstpart“thelevelbuildingcontroller”onlyincludessomeinstallmentswhichthepassengerortheservicemancontrolsystemmust,butalsohassomeelevatormovementinstructionlightemitterdiode(LED).Inthecontrolsystemotherinstallments,likethefrequencychangerandsoonallconcentratesinanothercabinet,calledit“thesedantheaterboxcontroller”,itincludingtheelevatorinthenormaloperationprocessorthepartwhichthepassengerortheservicecompanycannotbeapproachedintheserviceprocess.Thefirstcontrollerinstallsinawellbesideapproachingwellsmallhouse,thesecondcontrollerinstallsinthesedanback.Themainmeritmustbesavesthesetuptime,becausethetractorisintheelevatorsystemtheheaviestpart,butthepresentinstallsactuallyinislocatedthelowestfloorpositiononsedan,thenotherpartsonlycaninstallinthewellinteriorhighplace,buteachpartweightalldoesnotsurpass35kilograms.Keywords:Haulage,elevator,control,system,installment目录第1章可编程控制器概述.（1）1.1PLC的产生和发展（1）1.1.1PLC的由来.（1）1.1.2PLC的发展.（2）1.2PLC的应用介绍（2）1.2.1PLC的基本应用介绍.（2）1.2.2PLC的优点.（3）1.3PLC的组成及工作原理（3）1.3.1PLC的组成.（3）1.3.2PLC的工作原理.（5）1.4PLC控制系统的一般设计步骤（8）1.4.1输入回路的设计.（8）1.4.2输出回路的设计.（9）1.4.3扩展模块的选用.（10）1.4.4PLC的网络设计.（10）1.4.5软件编制.（10）第2章曳引式无机房电梯的自驱动轿厢.（11）2.1简介（11）2.2行星齿轮驱动装置（11）2.3曳引（12）第3章FX2系列PLC构成电梯控制系统特性分析.（13）3.1电梯理想运行曲线（13）3.2电梯控制系统（14）3.3软件设计特点（14）第4章曳引式电梯.（17）4.1曳引式电梯的基本结构（17）4.2集选电梯的工艺流程（19）第5章三菱FX2N系列PLC简介.（21）第6章程序.（23）6.1集选电梯的资源配置（23）6.2状态流程图（25）6.3梯形图（39）6.4设计小结（34）致谢.（35）参考文献.（37）第0页共39页前言PLC的英文全称是ProgrammableLogicController，中文全称为可编程逻辑控制器，它是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境的应用而设计。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，并通过数学或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微电子技术与自动控制技术相结合的产物，它的应用非常广泛，能方便地直接用于机械制造、冶金、化工、电力、交通、采矿、建材、轻工、环保、食品等各行各业。既可用于老设备的计数改造，也可用于新产品的开发和机电一体化。近年来，可编程控制器的发展非常快，不仅应用普及非常快，而且新产品的开发速度也是非常快的。随着时代的发展，社会经济环境的整体提升，作为中国支柱产业之一的房地产业进入了跨越式发展的新阶段。在这个进程当中，作为建筑物附属设备的电梯也有不可估量的发展空间。目前在电梯中所应用的交流双速或可控硅调压调速控制方式里逻辑部件均由继电器、选层器完成。但随着时间的推移其触头就会磨损、插接口会严重氧化造成接触不良，缺少设备维护时甚至会出现困人、冲顶、乱层、蹾底等现象，所有这些都不利于电梯的维修和安全运行。但现有的电梯系统其机械部分性能良好，所以用变频器和PLC改造原有的控制系统即可以满足客户对电梯的服务质量的要求又可以节约资金避免不必要的重复投资。第1页共39页第1章可编程控制器概述可编程控制器(ProgrammableController)是计算机家族中的一员，是为了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(ProgrammableLogicController),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(PersonalComputer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称为PLC。国际电工委员会(IEC)对PLC的定义是这样的：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。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、易于扩充其功能原则设计。1.1PLC的产生和发展1.1.1PLC的由来在20世纪60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时、费工、费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了10项招标指标，即：(1)编程方便，现场可修改程序；(2)维修方便，采用模块化结构；(3)可靠性高于继电器控制装置；(4)体积小于继电器控制装置；(5)数据可直接送入管理计算机；(6)成本可与继电器控制装置竞争；(7)输入可以是交流115V；(8)输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等；(9)在扩展时，原系统只要很小变更；(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已第2页共39页经成功地应用于食品、饮料、冶金、造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了实际其他国家的高度重视。1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出他们的第一台PLC。我国从1974年开始研制，1977年开始应用于工业。1.1.2PLC的发展早期的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。它在硬件上以标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，其优点是简单易懂、便于安装、体积小、能耗低、有故障显示、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。20世纪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的功能大大增强。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、数据外理和传送、通信、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。除此以外，还提供了一定数量的数据寄存器。进入20世纪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档次普遍提高。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。1.2PLC的应用介绍1.2.1PLC基本应用介绍PLC是应用面很广、发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位。PLC系统一般由以下基本功能构成：(1)多种控制功能；(2)数据采集、存储与处理功能；(3)通信联网功能；(4)输入/输出接口调理功能；第3页共39页(5)人机界面功能；(6)编程、调试功能。1.2.2PLC的优点（1）灵活性：不同类型的硬件设备采用相同的可编程序控制器，编写不同应用软件就可以了，并且可以用一台可编程序控制器控制几台操作方式完全不同的设备。（2）便于改进和修正：可编程序控制器为改进和修订原设计提供了极其方便的手段，以前也许要花费几周的时间才能完成的工作使用可编程序控制器只用几分钟就行了。（3）节点利用率高：在可编程序控制器中，一个输入中的开关量或程序中的一个“线圈”可提供用户所需用的任意的连锁节点，即节点在程序中可不受限制地使用。（4）成本低：可编程序控制器提供的继电器节点、计时器、计数器、顺控器的数量比采用继电器、计时器、计数器、顺控器等实际元件要便宜得多。（5）模拟调试：可编程序控制器能对所控制功能在实验室内进行模拟调试，缩短现场的调试，而古典电气线路是无法在实验室进行调试的，只能花费现场大量时间。（6）能对现场进行微观监视：在可编程序控制器系统中，操作人员能通过显示器观测到所控每一个节点的运行情况，随时监视事故发生点。（7）快速动作：传统继电器节点的响应时间一般要几百毫秒，而可编程序控制器里的节点反应很快，内部是微秒级的，外部是毫秒级的。（8）可靠性：可编程序控制器由集成电路元件构成，因此可靠性大大高于机械和电器继电器。（9）系统购置的简便化：可编程序控制器是一个完整的系统，购置了一台可编程序控制器，就相当于购买了系统所需要的所有继电器、计数器、计时器等器件。（10）图纸简化：传统控制电路要靠画图，而蓝图是不能随设计的不同阶段不断更新的，采用可编程序控制器就很容易做到随时打印出更新后的电路图。（11）易于系统的变化：可编程序控制器可以重新编程序，所以能满足所控生产流程频繁变化的要求。1.3PLC的组成及工作原理1.3.1PLC的组成PLC实质是一种专门用于工业控制的计算机，如图1-1所示。第4页共39页输入电路系统程序存储器用户程序存储器电源编程器输出电路中央处理单元（CPU）图1-1PLC硬件结构组成框图1.CPU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）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用户存储器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。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产品资料第5页共39页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。3.I/O（输入/输出部件）（I/O模块：接口电路、I/O映像存储器）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。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。5.电源：内部开关稳压电源，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1.3.2PLC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构成的控制装置，但这两者的运行方式有如下的区别。（1）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任何位置上都会立即同时动作。（2）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，必须等第6页共39页扫描到该触点时才会动作。为了消除两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的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与继电器控制装置在处理结果上就没有什么区别了1.扫描技术当PLC投入运行后，其工作是以循环扫描的方式来完成的，一般分为3个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新3个阶段。完成上述3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3个阶段，具体的时序如图1-2所示。第(n-1)个扫描周期第n个扫描周期第(n+1)个扫描周期输出刷新输入采样输出刷新输入采样用户执行程序图1-2PLC程序扫描工作时序图（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映像区中的相应单元内。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映像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拥护程序（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存储器中对应位的状态，或者刷新该输出线圈在I/O映像区中对应位的状态，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映像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映像区或系统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上面的程序起作用。（3）输出刷新阶段第7页共39页当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在次期间，CPU按照I/O映像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。一般来说，一个扫描周期等于自诊断、通信、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和，如图1-3所示。上电RUN自诊断通信输入采样用户程序执行输出刷新故障图1-3PLC程序一个扫描周期工作过程2PLC的I/O响应能力为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。以上两个主要原因，使得PLC的I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统慢得多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。所谓I/O响应时间指从PLC的某一个输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。其最短的I/O响应时间与最长的I/O响应时间分别如图1-4和图1-5所示。第n个扫描周期第n+1个扫描周期输出刷新用户执行程序输入采样输出刷新用户执行程序最长I/O扫描时间输入采样图1-4最短I/O响应时间第8页共39页第(n-1)个扫描周期输入刷新第n个扫描周期第(n+1)个扫描周期输入采样输出刷新输入采样用户执行程序最短I/O扫描时间图1-5最长I/O响应时间1.4PLC控制系统的一般设计步骤（1）确定系统规模。首先应确定系统用PLC单机控制，还是用PLC形成网络，由此计算PLC输入、输出点数，并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上留有一定的余量（10%）。（2）确定负载类型。根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。（3）确定存储容量与速度。尽管国外各厂家的PLC产品大体相同，但也有一定的区别。目前还未发现各公司之间完全兼容的产品。各个公司的开发软件都不相同，而用户程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标。一般存储容量越大、速度越快的PLC价格越高，应该根据系统的大小合理选用PLC产品。（4）编程器的选购。PLC编程可采用3种方式：用一般的手持编程器编程，它只能用商家规定语句表中的语句编程。这种方式效率低，但对于系统容量小、用量小的产品比较适宜，并且体积小，易于现场调试，造价也较低。用图形编程器编程，该编程器采用梯形图编程，方便直观，一般的技术人员短期内就可以应用自如，但该编程器造价较高。用IBM个人计算机加PLC软件包编程，这种方式是效率最高的一种方式，但大部分公司的PLC开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试。因此，应根据系统的大小于难易、开发周期的长短以及资金的情况合理选购PLC产品。需要注意的是：应该尽量选用大公司的产品，起其质量有保证，且技术支持好，一般售后服务也较好，还有利于产品扩展与软件升级。1.4.1输入回路的设计（1）电源回路。PLC供电电源一般为AC85240V（也有DC24V），适应电源范围较宽，第9页共39页但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1：1隔离变压器等）。（2）PLC上DC24V电源的使用。各公司PLC产品上一般都有DC24V电源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时要注意容量，同时作好防短路措施（因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行）。（3）外部DC24V电源。若输入回路有DC24V供电的接近开关、光电开关等，而PLC上DC24V电源容量不够时，要使用外部提供的DC24V电源，但该电源“-”端不要与PLC的DC24V的“-”端以及“COM”端相连，否则会影响PLC的运行。（4）输入的灵敏度。各厂家对PLC的输入端电压和电流都有规定，如日本三菱公司F7n系列PLC的输入值为：DC24V、7mA，启动电流为4.5mA，关断电流小于1.5mA，因此，当输入回路串有二极管或电阻（不能完全启动），或者有并联电阻或有漏电流时（不能完全切断），就会有误动作，使灵敏度下降，对此应采取措施。另一方面，当输入器件的输入电流大于PLC的最大输入电流时，也会引起误动作，应采取弱电流的输入器件，并且选用输入为共漏型输入的PLC，输入元件的公共点电位相对为负。1.4.2输出回路的设计1.各种输出方式之间的比较（1）继电器输出优点是不同公共点之间可带不同的交、支流负载，且电压也可不同，带负载电流可达2A/点。但继电器输出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决定的。其寿命随带负载电流的增加而减少，一般在几十万次至几百万次之间，有的公司产品可达1000万次以上，响应时间为10ms。（2）晶闸管输出带负载能力为0.2A/点，只能带交流负载，可适应高频动作，响应时间为1ms。（3）晶体管输出最大优点就是适应高频动作，响应时间短，一般为0.2ms左右，但它只能带DC530V的负载，最大输出负载电流为0.5A/点，但没4点不得大于0.8A。当系统输出频率为每分钟6次以下时，应首选继电器输出，因其电路设计简单、抗干扰和带负载能力强。当频率为10次/min以下时，既可采用继电器输出方式，也可采用PLC输出驱动达林顿三极管（510A），再驱动负载2.抗干扰与外部互锁当PLC输出带感性负载负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，以有效保护PLC。当两个物理量的输出在PLC内部已进行软件互锁后，在PLC的外部也应进行互锁，以加强系统的可靠性。3.“COM”点的选择不同的PLC产品，其“COM”点的数量是不一样的，有的一个“COM”点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带2个或1个输出点的。当负载的种类多，且电流大时，应该第10页共39页采用一个“COM”点带12个输出点的PLC产品；当负载数量多而种类少时，应该采用一个“COM”点带48个输出点的PLC产品。所以应该在每个“COM”点处加1A熔丝，12个输出时加2A的熔丝，48个输出的加510A的熔丝。4.PLC外部驱动电路对于PLC输出不能直接带动负载的情况，必须在外部采用驱动电路。可以用三极管，也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路，且每路有显示二极管（LED）指示。印刷板应做成插拔式，易于维修。PLC的输入/输出布线也有一定的要求，请看各公司的使用说明书。1.4.3扩展模块的选用对于小的系统，如80点以内的系统，一般不需要扩展。当系统较大时，就要扩展。不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块的数量都有限制，当扩展仍不能满足要求时，可采用网络结构。有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块，因此，在进行软件编制时要注意。当采用温度等模拟模块时，各厂家也有一些规定，请看相关的技术手册。各公司的扩展模块种类很多，如单输入模块、单输出模块、输入输出模块、温度模块、高速输入模块等。PLC的这种模块化设计为用户的产品开发提供了方便。1.4.4PLC的网络设计当用PLC进行网络设计时，其难度比PLC单机控制大得多。首先应选用自己较熟悉的机型，对其基本指令和功能指令有较深入的了解，并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则，不能适应实时要求，造成系统崩溃。另外，对通信接口、通信协议、数据传送速度等也要考虑。最后，还要向PLC的商家寻求网络设计和软件技术支持及详细的技术资料，至于选用几层工作站，根据系统大小而定。1.4.5软件编制在编制软件前，应首先熟悉所选用的PLC产品的软件说明书，待熟悉后再编程。若用图形编程器或软件包编程，则可直接编程；若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可少出错误，速度也快。编程结束后先空调程序，待各个动作正常后，再在设备上调试。第11页共39页第2章曳引式无机房电梯的自驱动轿厢过去的十年，无机房电梯已成为电梯工业的“佼佼者”。十年当中，市场上已经出现了大量的各式各样的无机房电梯方案。有些情况下，来自一些跨国公司的专利阻碍了许多类似想法的产生，有时候一些想法还是很可行的。两年前，一个全新方式的无机房电梯诞生了，命名为APOLLO，它采用自驱动轿厢，曳引机安装在轿架上。APOLLO电梯的设想及其首次使用的结果呈现于此。2.1简介过去几年中，曳引式无机房（MRL）电梯主宰了欧洲电梯市场，其发展不仅超越了液压电梯，也超越了普通曳引式电梯。电梯工业中形成的这个死胡同迫使欧洲大多数电梯制造商去开发不同构想的曳引式MRL系统。那些构想大多数都刻意寻求与专利产品略有不同的产品，其结果是产品奇异，难以制作或者成本昂贵。一些制造商产生这样的构想，即不把曳引机固定地放在井道里的某个地方，而是将其与轿厢作成一体，这样，两者就可以一同上下运动。这就是与这些产品和其它MRL系统显著不同的主要构想，而且是APOLLO与众不同的关键之处。使APOLLO在电梯市场上出类拔萃的另一个设想就是控制系统分为两个独立的部分：第一部分“层楼控制器”仅包括乘客或者维修人员操纵系统所必需的一些装置，如应急与检测装置，还有一些电梯运行指示的发光二极管（LED）。控制系统中的其它装置，如变频器等都集中在另一个柜子中，称之为“轿厢控制器”，它包括电梯在正常运行过程中或者在维修过程中乘客或者维修公司不可接近的元件。第一控制器安装在井道之外临近井道的一个小房子里，第二控制器则安装在轿架的背面。第一个设想，其结果是井道的尺寸只是所要求的轿厢规格和门系统的函数，而不是曳引机所需空间的函数。第二个设想则需要在井道之外设置安放控制柜的最小空间。最后，所开发系统的主要优点应当是节省安装时间，因为曳引机是电梯系统中最重的部件，而现在却安装在位于最低楼层位置的轿架上，其它部件则只能安装在井道内部高处，但每个部件重量都不超过35千克。2.2行星齿轮驱动装置设计人员首先要解决的问题之一就是选用驱动装置。在初步决定将驱动装置与轿厢安装在一起后，必须解决的问题就是驱动装置的重量以及电力在轿架上的传输。要使载有额定载荷的轿厢以电梯的最大速度运行，则电动机就应当产生一定的动量。要第12页共39页产生动量，有两种办法：一是采用减速比很高的有齿轮传动系统与高速旋转的电动机相联，产生较低的额定力矩；另一种方法就是低速大力矩无齿轮直接驱动装置。对有齿轮传动系统和无齿轮直接驱动装置进行比较，可以看出：有齿轮曳引机的电动机外形要小一些，原因就在于电动机的转动力（切向作用力）很有限。由于电梯驱动装置要求的力矩很大，超过1000Nm，直接驱动装置既不能太紧凑，又不能太轻巧。带有传动箱的普通系统最主要的问题就是太重，加之还需要带减速机，因而体积庞大。我们用德国制造商ALPHAGetriebe生产的行星齿轮传动箱解决了这一问题。它的外壳是铝制的。由于采用了行星齿轮减速机，因此就可以在较高的速度下产生所需动量，即就是说采用了一个小巧的同步电动机。将电动机和质地很轻的减速机装配在一起，就产生了极为先进的有齿轮减速机，它和曳引轮共重130千克，外形尺寸为440435mm。必须面对的第二大问题就是电力在轿架上的传输。我们采纳了一家减速箱制造商的建议，用一根特别评比的活动电缆，它可以同时传输多个低电压信号，还有相临的400伏特电源。2.3曳引在决定将行星齿轮减速机和轿厢装配在一起之后必须面对的又一个问题就是曳引轮上绳的打滑问题。由于采用的是小曳引轮以减小所需力矩，引发的问题就是曳引轮上的曳引力减小。该电梯采用的是21绕绳方法（这就意味着曳引绳可以更细更少，反绳轮也就可以小一些），我们也可以在曳引轮上采用复绕，这是大多数普通无齿轮驱动电梯广泛采用的一项技术，曳引轮上绳的包角可达270，可以保证足够的曳引能力。尽管曳引绳在曳引轮上复绕可以给系统提供足够的曳引力，但又产生一个问题：对于同样的额定载荷轿厢轿架的重量，曳引轮轴上的载荷要大一些，亦即由于曳引机的静态载荷，可用于APOLLO电梯的轿厢重量是有限制的。第13页共39页第3章FX2系列PLC构成电梯控制系统特性分析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、运行稳定可靠等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。3.1电梯理想运行曲线根据大量的研究和实验表明,人可接受的最大加速度为am1.5m/s2,加速度变化率m3m/s3,电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲线实现较为困难，而三角形曲线最大加速度和在启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线，即+m跳变到-m或由-m跳变到+m的加速度变化率，故很少采用，因梯形曲线容易实现并且有良好加速度变化率频繁指标，故被广泛采用，采用梯形加速度曲线电梯的理想运行曲线。智能变频器是为电梯的灵活调速、控制及高精度平层等要求而专门设计的电梯专用变频器，可配用通用的三相异步电动机，并具有智能化软件、标准接口、菜单提示、输入电梯曲线及其它关键参数等功能。其具有调试方便快捷，而且能自动实现单多层功能，并具有自动优化减速曲线的功能，由其组成的调速系统的爬行时间少，平层距离短，不论是双绕组电动机，还是单绕组电动机均可适用，其最高设计速度可达4m/s，其独特的电脑监控软件，可选择串行接口实现输入/输出信号的无触点控制。变频器构成的电梯系统，当变频器接收到控制器发出的呼梯方向信号，变频器依据设定的速度及加速度值，启动电动机，达到最大速度后，匀速运行，在到达目的层的减速点时，控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度，在减速运行过程中，变频器的能够自动计算出减速点到平层点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使低速爬行时间缩短至0.3s,在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度。即当电梯停得太早时，变频器增大低速度值或减少制动斜坡值，反之则减少低速度值或增大制动斜坡值，在电梯到距平层位置410cm时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现高精度的平层，从而达到平层的准确可靠。第14页共39页3.2电梯控制系统在电梯运行曲线中的启动段是关系到电梯运行舒适感指标的主要环节,而舒适感又与加速度直接相关,根据控制理论,要使某个量按预定规律变化必须对其进行直接控制,对于电梯控制系统来说,要使加速度按理想曲线变化就必须采用加速度反馈,根据电动机的力矩方程式:MMZ=M=J（dn/dt），可见加速度的变化率反映了系统动态转距的变化，控制加速度就控制系统的动态转距M=MMZ。故在此段采用加速度的时间控制原则，当启动上升段速度达到稳态值的90%时，将系统由加速度控制切换到速度控制，因为在稳速段，速度为恒值控制波动较小，加速度变化不大，且采用速度闭环控制可以使稳态速度保持一定的精度，为制动段的精确平层创造条件。在系统的速度上升段和稳速段虽都采用PI调节器控制，但两段的PI参数是不同的，以提高系统的动态响应指标。在系统的制动段，即要对减速度进行必要的控制，以保证舒适感，又要严格地按电梯运行的速度和距离的关系来控制，以保证平层的精度。在系统的转速降至120r/min之前，为了使两者得到兼顾，采取以加速度对时间控制为主，同时根据在每一制动距离上实际转速与理论转速的偏差来修正加速度给定曲线的方法。例如在距离平层点的某一距离L处，速度应降为Vm/s，而实际转速高为Vm/s，则说明所加的制动转距不够，因此计算出此处的给定减速度值-ag后，使其再加上一个负偏差，即使此处的减速度给定值修正为-（ag+）使给定减速度与实际速度负偏差加大，从而加大了制动转距，使速度很快降到标准值，当电动机的转速降到120r/min以后，此时轿厢距平层只有十几厘米，电梯的运行速度很低，为防止未到平层区就停车的现象出现，以使电梯能较快地进入平层区，在此段采用比例调节，并采用时间优化控制，以保证电梯准确及时地进入平层区，以达到准确可靠平层。3.3软件设计特点（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阵列。上行次优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以下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陈列，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(有呼叫时此单元为七零单元，无呼叫时则此单元为零)送入寄存器队列(先进先出队列FIFO)，利用先进先出读出指令SFRDP指令，将FIFO第一个单元中的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(上行呼叫标志寄存器、下行呼叫标志寄存器、有呼叫请求时，相应寄存器为l，否则为0)，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，第15页共39页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5.5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。第16页共39页第4章曳引式电梯4.1曳引式电梯的基本结构曳引式电梯是垂直交通运输工具中使用最普遍的一种电梯，交流曳引电梯基本结构示意图如图5-1所示。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；第17页共39页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-制动器图5-1曳引式电梯结构图1曳引系统曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。曳引机由电动机、联轴器、制动器、减速箱、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源。曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重（或者两端固定在机房上），依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型时还可增加曳引能力。导向轮安装在曳引机架上或承重梁上。当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢顶和对重架上应增设反绳轮。反绳轮的个数可以是1个、2个甚至3个，这与曳引比有关。2导向系统导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨的组件，与井道壁联接。导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的直立方向。3门系统门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成。层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴、门锁装置及应急开锁装置组成。开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。4轿厢轿厢用以运送乘客或货物的电梯组件。它是由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体的承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量或额定载客人数决定。5重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分的额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置。6电力拖动系统电力拖动系统由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，对电梯实行速度控制。第18页共39页曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电机相联。调速装置对曳引电机实行调速控制。7电气控制系统电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成,它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中的检修或应急操纵箱。控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件组成，是电梯实行电气控制的集中组件。位置显示是指轿内和层站的指层灯。层站上一般能显示电梯运行方向或轿厢所在的层站。选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。8安全保护系统安全保护系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用；缓冲器起冲顶和撞底保护作用；还有切断总电源的极限保护等。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节都有。4.2集选电梯的工艺流程整个电梯运做过程可以分成如下部分：门厅按钮被按下，电梯运做；轿厢平层并且触发开关门电机，开始开门；到达开门限位，准备进入关门；触发关门电机，开始关门；到达关门限位，等待乘客进行轿厢内操作或者门厅召唤。第19页共39页第5章三菱FX2N系列PLC简介FX2N系列是小型化