毕业设计-PLC高层住宅电梯控制系统研究.doc

成都理工大学工程技术学院毕业论文 高层住宅电梯控制系统研究高层住宅电梯控制系统研究 作者姓名 专业名称 电气工程及其自动化 指导老师 高层住宅电梯控制系统研究 I 摘要摘要 本文采用可编程控制器 PLC 控制代替传统的继电器控制 采 用交流变频调速代替传统的直流调速 设计了高层电梯的控制系统 本文在分析传统电梯控制系统的基础上 对交流变频调速电梯的结构 电气控制部分进行总体设计 确定了系统的总体结构 由 PLC 来实现 电梯信号控制 变频器实现变频调速 在变频器和 PLC 的类型选择时 通过性能指标等综合考虑 选用了三菱 FR E500 系列变频器和日本三 菱公司生产的 FX2N 可编程控制器 电梯系统的软件设计提出了模块 化编程思想 包括 门厅召唤功能 轿厢内选层功能 顺 反向截梯功 能 电梯自动开关门功能 电梯手动开关门功能 消防 检修功能 楼 层显示功能和电梯平滑变速功能 最后对改造后的电梯系统进行模拟 调试 本文设计的电梯控制系统提高了电梯的控制水平 改善了电梯 运行的舒适感 使电梯达到了较为理想的控制和运行效果 并且可以 节约能源 降低能耗 减小运行费用 关键词 关键词 电梯 PLC 变频调 梯形图 高层住宅电梯控制系统研究 II AbstractAbstract In this paper the design programmable logic s seven layers of elevator control system controller PLC control instead of traditional relay control using ac conversion and speed governing instead of traditional de speed control in the circuit design and using energy feedback This design based on the analysis of the traditional elevator control system of overall design ac conversion and speed governing structure electrical control of elevator part and the overall design considering the application in elevator energy feedback determine the overallstructure of the system the PLC to control realization of elevator inverter frequency realization In the type of PLC and inverter through comprehensive consideration performance index choose the type Mitsubishi FR E500 Series converter and Mitsubishi Japan production FX2N programmable controller The system software design ideas including the modular programming vestibular function call the enclosure select layer fimction reverse cut ladder function the function of automatic elevator the function of manual elevator maintenance function and fire floor show function and elevator smooth transmission function After the reconstruction of the elevator system simulation test This paper designs the elevator control system to improve the elevator control to improve the level of comfort make the elevator to the ideal elevator control and operation effect and Can save energy and reduce the energy consumption and reduce operation costs Keywords Elevator PLC Frequency conversion Ladder diagram 高层住宅电梯控制系统研究 III 目录目录 摘要摘要 I AbstractAbstract II 目录目录 III 前言前言 1 1 绪论绪论 2 1 1 高层住宅电梯的运行原理 2 1 1 1 电梯的系统组成 2 1 1 2 传统电梯控制系统的特点 3 1 2 可编程控制器 3 1 2 1 PLC 的工作原理 4 1 2 2 电梯 PLC 控制系统的优点 6 1 3 交流变频器 7 1 3 1 交流变频器的结构 8 1 3 2 交流变频器的优点 9 2 基于基于 PLC 的高层住宅电梯总体设计的高层住宅电梯总体设计 10 2 1 电梯的组成 10 2 2 电梯的电气系统 11 2 3 控制系统硬件开发 13 2 3 1 设计思想 13 2 3 2 I O 点数分配 16 2 4 高层住宅电梯智能化控制系统 18 3 软件开软件开发发 22 3 1 电梯的三个工作状态 22 3 1 1 电梯的自检状态 22 高层住宅电梯控制系统研究 IV 3 1 2 电梯的正常工作状态 22 3 1 3 电梯强制工作状态 23 3 2 系统的软件开发方向确定 23 3 2 1 软件开发特点 23 3 2 2 软件流程 24 3 2 3 模块化编程 26 3 3 系统的软件开发 26 3 3 1 电梯的开关门运行回路 26 3 3 2 电梯的内指令外召唤信号的登记消除 28 3 3 3 电梯的选层定向及反向截梯回路 29 3 3 4 呼梯铃控制与故障报警 32 3 3 5 电梯的消防运行回路 33 4 电梯的调试电梯的调试 35 4 1 变频器的调试安装 35 4 2 基于 PLC 的电梯模拟调试 35 总总结结 37 致谢致谢 38 参考文参考文献献 39 高层住宅电梯控制系统研究 1 前言前言 电梯是一种大型机电产品 作为一种现代的运输工具已广泛的进 驻到人们的生活中 当今世界 电梯的使用量已成为衡量现代化程度 的标志之一 它必须具有高度的安全性与科学性 因此它的控制系统 就受到了广泛的关注 早期的国产电梯控制系统中 电梯信号的逻辑 控制一般是由继电器电路来实现的 继电器控制系统故障率高 降低 了电梯的运行可靠性与安全性 传统的继电器控制方式已经被计算机 控制方式所代替 其控制方式有 单片机控制 单板机控制 单微机控 制 多微机控制以及可编程序控制器 PLC 控制等多种方式 其中 单片机控制具有成本低 通用性强等优点 但它不适于较复杂的控制算 法和故障诊断等要求 微机控制的配件使系统设计和调试更加复杂 它必须具有相应的大型开发系统 这无疑会增加电梯的成本 因此对 于一个小型的电梯控制系统利用 PLC 进行控制将是一个最佳的选择 本课题以 7 层为例使用日本三菱公司生产的 FX2N 可编程控制器 和 FR E500 系列变频器研究了高层住宅电梯的可编程及智能化控制 高层住宅电梯控制系统研究 2 1 1 绪论绪论 1 1 高层住宅电梯的运行原理高层住宅电梯的运行原理 电梯的运动是通过电梯内部各构件 在通过电梯的内部控制程序 再有外部的按钮 通过认为的输入输出 实行对电梯的运动 每个乘 客可以通过对电梯的外部的向上或向下的开关 并且对电梯内部的开 关进行选择从而使电梯能进入你想去的预定楼层 而电梯的运行最关 键的就是内部的电梯控制程序 它是决定电梯如何运行的关键 通过 一个好的控制程序 不但可以延长电梯的寿命 而且也可使电梯在运 行过程中更准确 1 1 1 电梯的系统组成电梯的系统组成 电梯是机电合一的大型复杂产品 机械部分相当于人的躯体 电 器部分相当于人的神经 机与电的高度合一 使电梯成了现代科学技术 的综合产品 曳引系统 曳引系统的主要功能是输出与传递动力 使电梯运行 曳引系统主要由曳引钢丝绳 导向轮 反绳轮组成 导向系统 导向系统的主要功能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 导向系统主要由导轨 导靴 和导轨架组成 轿厢 轿厢是运送乘客和货物的电梯组件 是电梯的工作部分 轿厢由轿厢架和轿厢体组成 门系统 门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口 门系统 由轿厢门 层门 开门 机门锁装置组成 重量平衡系统 系统的主要功能是相对平衡轿厢重量 在电梯工 作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内 保证电梯的曳引传 动正常 系统主要由对重和重量补偿装置组成 高层住宅电梯控制系统研究 3 电力拖动系统 电力拖动系统的功能是提供动力 实行电梯速度 控制 电力拖动系统由曳引电动机 供电系统 速度反馈装置 电动机 调速装置等组成 电气控制系统 电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操 纵和控制 电气控制系统主要由操纵装置 位置显示装置 控制屏 柜 平层装置 选层器等组成 安全保护系统 保证电梯安全使用 防止一切危及人身安全的事故 发生 由限速器 安全钳 缓冲器 端站保护装置组成 1 1 2 传统电梯控制系统的特点传统电梯控制系统的特点 电梯控制系统的作用是对电梯运行方式进行控制 使电梯安全 精确的运转 传统的电梯控制系统是由继电器完成的 这种控制方式 有以下特点 1 大部分电器均为常用控制电器 更换方便 价格便宜 2 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 适合于一般技术人员和技术工人所掌握 3 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 4 系统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 5 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 6 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 2 可编程控制器可编程控制器 随着科技的进步传统的电梯继电器控制方式已不能满足当今社会 的需要 现在普遍使用 PLC 取代继电器来对电梯进行自动化控制 高层住宅电梯控制系统研究 4 1 2 1 PLC 的工作原理的工作原理 从广义上讲 PLC 是一种特殊的工业控制计算机 只不过比一般 的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制 要求的编程语言 所以 PLC 与微机控制系统十分相似 图 1 1 PLC 的组成结构 如 1 1 图所示 PLC 的系统有以下五部分组成 1 中央处理单元 CPU 2 存储器 RAM EPROM 3 输入输出单元 I O 接口 4 电源 开关式稳压电源 5 编程器 1 中央处理单元 CPU 高层住宅电梯控制系统研究 5 CPU 是 PLC 的核心部件 小型 PLC 多用 8 位微处理器或单片机 中型的 PLC 多用 16 位微处理器或单片机 大型的 PLC 多用双型位片 机 CPU 是 PLC 控制系统的运算及控制中心 它按照 PLC 的系统程 序所赋予的功能完成如下任务 1 控制从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储 2 诊断电源 PLC 内部电路的工作故障和编程中的语法错误 3 用扫描的方式接收输入设备的状态 即开关量信号 和数据 即模拟量信号 4 执行用户程序 输出控制信号 5 与外部设备或计算机通信 2 存储器 存储器是用来储存系统程序 用户程序与数据的 故 PLC 的存储 器有系统存储器和用户存储器二大类 1 系统存储器系统存储器使用 EPROM 只读存储器 用于存 放系统程序 相当于计算机的操作系统 用户不能更改 广义上讲 有了系统程序 单片机组成的系统就变成了 PLC 2 用户存储器 用户存储器通常由用户程序存储器 程序区 和功能存储器 数 据区 组成 a 用户程序存储器 用户程序存储器一般用 RAM 有后备电池维持 存放用户程序 但用户程序调试好以后可固化在 EPROM 或 E2PROM 中 b 功能存储器 功能存储器用随机读写存储器 RAM 存放 PLC 运行中的各种数 据 如 I O 状态 定时值 计数值 模拟量 各种状态标志的数据 由于这些数据在 PLC 运行中是不断变化的 不需要长久保持 故功能 存储器采用随机读写存储器 RAM 3 I O 接口 PLC 的 I O 接口是 PLC 与现场生产设备直接连接的端口 PLC 的 I O 接口与现场工业设备 直接连接 是 PLC 的特色之一 它用于接 收现场的输入信号 如按钮 行程开关 传感器等的输入信号 输 高层住宅电梯控制系统研究 6 出控制信号 直接或间接地控制或驱动现场生产设备 如信号灯 接 触器 电磁阀等 4 电源 PLC 配有开关式稳压电源 供 PLC 内部使用 与普通电源相比 这种电源输入电压范围宽 稳定性好 抗干扰能力强 体积小 重量 轻 有些机型还可向外提供 24VDC 的稳压电源 用于对外部传感器供 电 这就避免了由于电源污染或使用不合格电源产品引起的故障 使 系统的可靠性提高 5 编程器 编程器是 PLC 最重要的外部设备 利用编程器可编制用户程序 输入程序 检查程序 修改程序和监视 PLC 的工作状态 编程器一般分为简易型和智能型两种 简易型编程器常采用在小 型 PLC 上 只能联机编程 且往往需要将梯形图程序转化为语句表程 序才能送入 PLC 中 智能型编程器又称图形编程器 可直接输入梯形 图程序 它可以联机 也可以脱机编程 常用于大中型 PLC 的编程 除此之外 在个人计算机上添加适当的硬件接口 如编程电缆 和配 置编程软件包 就可以用个人计算机对 PLC 编程 且可以向 PLC 输入 各种类型的程序 既可以联机编程也可以脱机编程 且能监视 PLC 的 运行状态 还能进行系统仿真 使用起来非常方便 目前 这种编程 方式已非常流行和普遍 可用于各种类型的 PLC 尤其是笔记本电脑 式的 1 2 2 电梯电梯 PLC 控制系统的优点控制系统的优点 为适应工业环境使用 与一般控制装置相比较 PLC 有以下特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 2 通用性强 控制程序可变 使用方便 PLC 品种齐全的各种硬件装置 可以组成能满足各种要求的控制 系统 用户不必自己再设计和制作硬件装置 用户在硬件确定以后 在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下 不必改变 PLC 的硬设 备 只需改编程序就可以满足要求 因此 PLC 除应用于单机控制外 在工厂自动化中也被大量采用 高层住宅电梯控制系统研究 7 3 功能强 适应面广 现代 PLC 不仅有逻辑运算 计时 计数 顺序控制等功能 还具 有数字和模拟量的输入输出 功率驱动 通信 人机对话 自检 记 录显示等功能 既可控制一台生产机械 一条生产线 又可控制一个 生产过程 4 编程简单 容易掌握 目前 大多数 PLC 仍采用继电控制形式的 梯形图编程方式 既 继承了传统控制线路的清晰直观 又考虑到大多数工厂企业电气技术 人员的读图习惯及编程水平 所以非常容易接受和掌握 梯形图语言 的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近 通 过阅读 PLC 的用户手册或短期培训 电气技术人员和技术工很快就能 学会用梯形图编制控制程序 同时还提供了功能图 语句表等编程语 言 PLC 在执行梯形图程序时 用解释程序将它翻译成汇编语言然后 执行 PLC 内部增加了解释程序 与直接执行汇编语言编写的用户 程序相比 执行梯形图程序的时间要长一些 但对于大多数机电控制 设备来说 是微不足道的 完全可以满足控制要求 5 减少了控制系统的设计及施工的工作量 由于 PLC 采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器 时间继电器 计数器等器件 控制柜的设计安装接线工作量大为减少 同时 PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试 更减少了现场的调试 工作量 并且 由于 PLC 的低故障率及很强的监视功能 模块化等等 使维修也极为方便 6 体积小 重量轻 功耗低 维护方便 PLC 是将微电子技术应用于工业设备的产品 其结构紧凑 坚固 体积小 重量轻 功耗低 并且由于 PLC 的强抗干扰能力 易于装入 设备内部 是实现机电一体化的理想控制设备 以三菱公司的 F1 40M 型 PLC 为例 其外型尺寸仅为 305 110 110mm 重量 2 3kg 功耗小 于 25VA 而且具有很好的抗振 适应环境温 湿度变化的能力 现在 三菱公司又有 FX 系列 PLC 与其超小型品种 F1 系列相比 面积为 47 体积为 36 在系统的配置上既固定又灵活 输入输出可达 24 128 点 高层住宅电梯控制系统研究 8 1 3 交流变频器交流变频器 变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术 得到广泛 应用 变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值 因而改变其 运动磁场的周期 达到平滑控制电动机转速的目的 变频器的出现 使得复杂的调速控制简单化 用变频器 交流鼠笼式感应电动机组合替 代了大部分原先只能用直流电机完成的工作 缩小了体积 降低了维 修率 使传动技术发展到新阶段 1 3 1 交流变频器的结构交流变频器的结构 整流器平波电路 逆变电路电动机 控制电路 U W V 图 1 2 交流变频器的结构框图 交流型变频器一般由整流电路 平波电路 控制电路 逆变电路 等四大部分构成 1 整流电路 整流电路的作用是把交流电转换成直流电 整流电路一般都是单 独的一块整流模块 2 平波电路 平波电路在整流电路之后 整流后的直流电中一般含有高于电源 6 倍频率脉动电压 此外逆变器产生的脉冲电流也使直流电压变动 为了抑制电压波动采用电感和电容平波电路来吸收脉冲电压 电流 一般通用型交流变频器电源的直流部分对主电路而言有余量 故省去 电感而采用简单电容滤波平波电路 3 控制电路 现在交流型变频器基本采用 16 位 32 位单片机或 DSP 为控制核 心 从而实现全数字化控制 高层住宅电梯控制系统研究 9 提供控制信号的回路称为主控制电路 控制电路由以下电路构成 频率 电压的运算电路 主电路的电压 电流检测电路 电动机的速 度检测电路 运算电路控制信号送至驱动电路以及逆变器和电动机的 保护电路变频器采取的控制方式 即速度控制 转拒控制 PID 或其 它方式 4 逆变电路 逆变电路同整流电路的作用相反 逆变电路是将直流电变换为所要频率的交流电 以所确定的时间 使上桥 下桥的功率开关器件导通和关断 从而可以在输出端 U V W 三相上得到相位互差 120 电角度的三相交流电压 1 3 2 交流变频器的优点交流变频器的优点 交流型变频器之所以能广泛用于交流电机的调速中 主要是由于 其具备以下优点 1 交流型变频器调速平滑 2 交流型变频器调速范围比较大 3 交流型变频器调速效率高 能量损失比较小 4 交流型变频器启动电流小 5 交流型变频器运行平稳 6 交流型变频器节能效果明显 高层住宅电梯控制系统研究 10 高层住宅电梯控制系统研究 11 2 2 基于基于 PLCPLC 的高层住宅电梯总体设计的高层住宅电梯总体设计 2 1 电梯的组成电梯的组成 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 电气控制系统和安全保护系统三部分组成 如图 2 1 是电 梯结构图 1 7 感应器 9 上层感应器 8 下层感应器 图 2 1 电梯结构示意图 电梯的机械系统部分由曳引系统 轿厢和门机系统 平衡系统 导向系统以及机械安全保护装置等部分组成 1 曳引系统 电梯曳引系统的功能是输出动力和传递动力 驱 动电梯运行 主要由曳引机 曳引钢丝绳 导向轮组成 为了提高电 梯的安全可靠性和平层精确度 在电梯的曳引机上一般装有制动器 制动器是电梯机械系统的主要安全设施之一 它能使运行中的电梯轿 高层住宅电梯控制系统研究 12 厢和对重在系统断电后立即抱闸 强制电梯停止 并在任何停车位置 定位不动 而且 制动器直接影响着电梯的乘坐舒适感和平层精确度 2 轿厢和门机系统 轿厢主要由轿厢体和轿厢架构成 分客梯 轿厢 货梯轿厢 病床梯轿厢和观光梯轿厢 汽车梯轿厢和杂物梯轿 厢等 高级电梯的轿厢底装有机械和电气的检测装置 可以检测电梯 的载荷情况 载荷情况转化为电信号送到电气控制系统 可以避免电 梯在超载的情况下运行 减少事故发生 门机分为轿门和厅门 轿门 由装在轿顶部的自动开门机来开门和关门 也称为自动门 以调速直 流电动机或交流电动机为动力 厅门只能由轿门通过系合装置带动开 门或关门 是被动门 门锁装置一般位于厅门内侧 在门关闭后 将 门锁闭合 同时接通门机联锁电路 联锁电路接通后电梯方能起动运 行 除特殊需要外 严防从厅门外侧打开厅门的联锁装置 因此 门 锁装置是电梯的一种安全设施 3 平衡系统 由对重和补偿装置组成 对重是平衡轿厢重量的 平衡重 与轿厢分别悬挂在曳引钢丝绳的两端 当提升高度超过 30 米 时 曳引钢丝绳的重量就不容忽视 需要以铁链为主体的补偿链来补 偿 4 导向系统 由导轨 导靴和导轨架组成 在井道中确定轿厢 与对重的相互位置 并对它们的运动起导向作用 5 机械安全保护系统 电梯的运行必须保证安全 为此设置了 机械安全保护装置 机械安全保护系统包括制动器 限速器 安全钳 缓冲器等 限速器和安全钳是防止轿厢或对重装置意外坠落的安全设 施之一 电梯中限速器与安全钳总是成对出现和使用 它们是电梯中 最重要的一道机械安全保护装置 一旦电梯由于超载 打滑 断绳 失控等原因 电梯轿厢超速向下坠落 限速器和安全钳动作 将轿厢 死死的卡在两列导轨之间 起到安全保护作用 缓冲器设在井道坑底 的地面上 若由于某种原因 当轿厢或对重装置超越极限位置发生墩 底时 用来吸收轿厢或对重装置动能的制动装置 2 2 电梯的电气系统电梯的电气系统 高层住宅电梯控制系统研究 13 电梯的电气系统由电力驱动系统 电气控制系统和电气安全保护 系统组成 1 电力驱动系统 由曳引电动机 速度反馈装置 旋转编码器 电动机调速装置 变频器 和电源系统等部分组成 电梯的电力驱 动系统如图 2 2 所示 图 2 2 电梯电源系统图 2 电气控制系统 由操纵装置 换速平层装置和位置显示装置 等部分组成 操纵装置即轿厢内及厅外的操纵按钮 平层装置是电梯 到达预定停靠站时 自动平层停靠的信号装置 20 世纪 80 年代中期 前 多采用永磁式干簧管传感器作为开关元件 20 世纪 80 年代中期 以后 多采用双稳态磁性开关作为换速平层器件 现在 一般采用光 电传感器 平层装置必须与隔磁板或隔光板配合使用 当轿厢按照指 令进入平层区时 平层隔磁板或隔光板插入感应器中 切断磁回路或 隔断光线 接通或断开电梯的控制回路 从而控制电梯自动平层 停 车 开门 轿门内和厅门外上设有楼层显示器 用于位置显示 多采 用七段码显示 3 电气安全保护系统 由门锁系统 强迫减速开关 限位开关 称重装置 安全触板或光幕等几部分组成 强迫减速开关安装在轿顶 在电梯井道内的顶层和底层附近安装上下打板 当电梯失控而 冲顶 或 蹲底 时 打板使开关动作而断开 保证电梯有足够的换速距离 防止轿厢越位 电梯中使用的限位开关有上下限位开关各一个 安装 在上下减速开关打板的后面 当减速开关一旦失灵未能使电梯减速 停止 轿厢越过端站的平层位置时 限位开关动作 迫使电梯停止运 行 为了防止电梯发生超载事件 确保电梯安全 凡是有自动运行功 能的电梯必须设置称重装置 装有自动门机的电梯 在两扇轿门之间 高层住宅电梯控制系统研究 14 安装有安全触板或光幕 当电梯在关门过程中 如果触及安全触板或 遮挡光幕 电梯将重新开门 防止夹人 2 3 控制系统硬件开发控制系统硬件开发 PLC 的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要由信号控制 系统和拖动控制系统两部分组成 主要硬件包括 PLC 主机及扩展 机 械系统 轿厢操纵盘 厅外呼梯盘 指层器 门机 调速装置与主拖 动系统等 2 3 1 设计思想设计思想 系统控制核心为 PLC 主机 操纵盘 呼梯盘 井道及安全保护信 号通过 PLC 输入接口送入 PLC 存储在存储器及召唤指示灯等发出显 示信号 向拖动和门机控制系统发出控制信号 内指令信号 运行控制信号运行方式选择安全保护信号 外指令信号 光电脉冲开关门控制 运行方向显示 电梯信号显示 楼层显示 PLC 输入接口 输出接口 关门信号 门区信号拖动控制系统 图 2 3 电梯信号控制系统 1 信号控制系统 高层住宅电梯控制系统研究 15 电梯信号控制基本由 PLC 软件实现 电梯信号控制系统如图 2 3 示 输入到 PLC 的控制信号有 运行方式选择 如自动 检修 消防 运行方式等 运行控制 轿内指令 层站召唤 安全保护信息 旋 转编码器 光电脉冲 开关门及限位信号 门区和平层信号等 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 一台电机控制上升和下降 各层设上 下呼叫开关 最顶层与起始 层只设一只 电梯运行到位后 具有手动或自动开关门功能 利用 指示灯显示轿厢外召唤信号 轿厢内指令信号和电梯到达信号 待客自动开门 当电梯在某层停梯待客时 按下层外召唤按钮 应能自动开门迎客 自动关门待客 当完成全部轿厢内指令 又无层 外呼梯信号时 电梯应自动关门在调定时间内自动关闭轿厢照明 自动关门与提早关门 在一般情况下 电梯停站 4S 应能自动关 门 在延时时间内 若按下关门按钮 门将不经延时提前实现关门动 作 按钮开门 在开关过程中或门关闭后 电梯启动前 将打开 内指令记忆 当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时 并能内指令 记忆 当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时 并能至调定时间 自动 确定运行方向 按下操纵盘上开关按钮 门电梯应能按顺序停靠车门 自动定向 当轿厢内操纵盘选层指令相对与电梯位置具有不同方 向时 电梯应能按先入为主的原则 自动确定运行方向 自动换向 当电梯完成全部顺向指令后 应能自动换向 应答相反方向的信号 呼梯记忆与顺向截停 电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号 对符合运行方向的召唤 应能自动逐一停靠应答 自动返基站 当电梯设有基站时 电梯在完成全部指令后 自动 驶回基站 停机待客 3 电梯操作方式 单台电梯的操作方式有手柄操纵控制 按钮控制 信号控制和集 选控制等 在乘客电梯中几乎全部采用集选控制方式 高层住宅电梯控制系统研究 16 单轿厢下集选控制 登记所有轿厢和厅门下行召唤 轿厢上行时 只答应轿厢召唤 直至最高层 自动改变运行方向为下行 应答厅门 下行召唤 单轿厢全集选控制 登记所有厅门和轿厢召唤 上行时顺应答轿 厢和厅门上召唤 直至最高层自动反向应答下行召唤和轿厢召唤 系 统采用全集选操作方式 4 速度及平层控制 电梯的工作特点是频繁起制动 为了提高工作效率 改善舒适感 要求电梯能平滑减速至速度为零时 准确平层 即 无速停车抱闸 不要出现爬行现象或低速抱闸 即直接停止 要做到这一点关键是准 确发出减速信号 在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲 线 系统采用旋转编码器检测轿厢位置 只要电梯一运行 计算器就 可以精确地确定走过的距离 到达与减速点相应的预制数时即可发出 减速命令 不论哪种方式产生的减速命令 由于负载的变化 电网波 动 钢丝绳打滑等 都会使减速过程不符合平层技术要求 为此一般 在离层楼 100 200mm 处需设置一个平层矫正器 以确保平层的长期准 确性 5 给定曲线 为了满足舒适感 提高运输效率及正确平层要求 电梯的速度给 定曲线是一个关键环节 人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的 变化率 舒适感就意味着要平滑的加速和减速 为了获得良好的舒适 感 将电梯的起制动速度曲线设计成由两段抛物线 S 曲线 及一段 直线构成 而这一曲线形状的构成及改变 则是由加速度斜率及 S 曲 线变化率决定的 加速斜率是以速度给定从 0 加速到 1000 转 分所需 要的时间来定义的 其意义为加速度由 0 加速到 1000 转 分所需要的 时间 因此通过改变起动加速时间可获得不同的起动曲线斜率 增大 加速时间值起动曲线变缓 反之 起动曲线变急 同理 增加 S 曲线 变化率起动曲线弯曲部分变缓 反之 起动曲线弯曲部分变急 而 S 曲线变化率的变化 也可通过改变 S 曲线起始 终了加速时间来实现 系统采用的 FR E500 变频器就具有 S 曲线加速时间设定功能 故将加 速时间和 S 曲线加速时间配合调整 即可获得理想的起动曲线 同理 高层住宅电梯控制系统研究 17 制动曲线也可按此方法调整 理想的电梯速度给定曲线如图 2 4 所示 图中 a 为加速度 v 为速度 在 0 t3 时间内加速启动阶段 其中 0 t1 和 t2 t3 时间内为抛物线 速度曲线 在 t1 t2 时间内为直线速度曲线 t3 t4 时间内为稳速运行 阶段 t4 t 时间内为减速制动阶段 减速制动阶段速度曲线与加速起 动阶段相对称 V A t1 t2 t3 t4 t5 t6 t v o a a 图 2 4 速度运行曲线 2 3 2 I O 点数分配点数分配 表 2 1 中间继电器 M0 M6选层信号通道M67检修状态信号通道 M10 M16呼梯信号通道M68本层开门中间信号通道 M20 M25上召唤信号登记通道M69消防员专用信号 M30 M35下召唤信号登记通道M70平层中间继电器 M40 M46楼层位置信号通道M71上行前沿微分通道 M50 M56轿内指令登记信号通道M72下行前沿微分通道 M57上召唤直驶和反相信号M73人员进出红外线通道 M58下召唤直驶和反相信号M74消防上升沿微分通道 M59上行顺向截梯M75消防下降沿微分通道 M60下行顺向截梯M76无司机启动运行信号 M61检测定上向信号通道M77消防运行继电器 高层住宅电梯控制系统研究 18 M62检测定下向信号通道M78换速信号通道 M63顺向截梯M79关门信号通道 M64反向截梯M80定上向信号通道 M65电梯运行状态M81定下向信号通道 M66门连锁信号状态M82 M84高速计数器输出通道 表 2 2 输入输出设备 序号输入设备输入点输出设备输出点 1开门按钮X0开门继电器Y0 2关门按钮X1关门继电器Y1 3开门限位开关X2上行继电器Y2 4关门限位开关X3下行继电器Y3 5高速计数器输入端X4换速信号继电器Y4 6高速计数器输入端X5点动检测继电器Y5 7硬件复位X6平层停车继电器Y6 8轿厢门锁X7蜂鸣器Y7 9一层接近开关X10一层指示灯Y10 10二层接近开关X11二层指示灯Y11 11三层接近开关X12三层指示灯Y12 12四层接近开关X13四层指示灯Y13 13五层接近开关X14五层指示灯Y14 14六层接近开关X15六层指示灯Y15 15七层接近开关X16七层指示灯Y16 16 有 无司机操作方式X17 17一层内指令按钮X20一层内选指示灯Y20 18二层内指令按钮X21二层内选指示灯Y21 19三层内指令按钮X22三层内选指示灯Y22 20四层内指令按钮X23四层内选指示灯Y23 21五层内指令按钮X24五层内选指示灯Y24 高层住宅电梯控制系统研究 19 22六层内指令按钮X25六层内选指示灯Y25 23七层内指令按钮X26七层内选指示灯Y26 24超载触点X27 25一层上召唤按钮X30一层上召唤信号Y30 26二层上召唤按钮X31二层上召唤信号Y31 27三层上召唤按钮X32三层上召唤信号Y32 28四层上召唤按钮X33四层上召唤信号Y33 29五层上召唤按钮X34五层上召唤信号Y34 30六层上召唤按钮X35六层上召唤信号Y35 31检修开关X36 32警铃按钮X37 33二层下召唤按钮X40二层下召唤信号Y40 34三层下召唤按钮X41三层下召唤信号Y41 35四层下召唤按钮X42四层下召唤信号Y42 36五层下召唤按钮X43五层下召唤信号Y43 37六层下召唤按钮X44六层下召唤信号Y44 38七层下召唤按钮X45七层下召唤信号Y45 39轿内检修上行按钮X46 40轿内检修下行按钮X47 41消防开关X50 42变频器故障信号X51 43红外线传感开关X52 44急停按钮X53 45变频器运转信号X54 46直驶开关X55 47轿内检修X56 48轿顶检修X57 49上极限开关X60 50下极限开关X61 51上行强迫转换开关X62 52下行强迫转换开关X63 高层住宅电梯控制系统研究 20 53底层钥匙开关X64 2 4 高层住宅电梯智能化控制系统高层住宅电梯智能化控制系统 为了提高上述电梯控制系统的工作稳定性和可靠性 开发了一种 以数据传输为核心的智能电梯控制系统 这种智能电梯控制系统 包 括电梯控制中心 电梯管理模块 楼层控制键盘 功能设备和监控计 算机 其中电梯管理模块取消了输入输出模块 其特征在于 所述电 梯控制中心包括微处理器 通讯接口模块和输入输出模块 其中微处 理器与通讯接口模块 输入 输出模块连接 输入 输出模块与楼层 控制键盘连接 所述智能电梯管理模块包括另一微处理器和另一通讯 接口模块 其中另一微处理器与另一通讯接口模块连接 另一通讯接 口模块与功能设备 监控计算机连接 具体如图 2 5 所示 高层住宅电梯控制系统研究 21 电梯控制中心 微处理器 输入输出模块 通信接口模 块 电梯管理模块 微处理器 通信接口模块 监控计算机 功能设备 用户 楼层控制器键盘 图 2 5 住宅电梯智能控制模块 这种智能电梯控制系统的工作原理如下 具体如图 2 6 所示 高层住宅电梯控制系统研究 22 开始 查找微处理器内的用户信息 通过功能设备读取用户信息 有该用户记录 读取用户权限信息 可到达楼层数 管理模块将用户 权限信号送给电 梯控制中心 输入 输出电路接 收控制键盘的楼 层信号 电梯控制中心进行运算并登记用户 信息 按键灯点亮提示操作成功 返回 响蜂鸣器提示用户输入目的 楼层号 同时开启控制键盘 的使用权限 响蜂鸣器提示操 作成功 将相应楼层信号 送给电梯控制中 心 N 1 N 图 2 6 智能控制原理流程图 高层住宅电梯控制系统研究 23 首先 电梯管理模块通过功能设备读取用户卡内的用户信息 并 查找另一微处理器中存储的用户资料 如果查得到相应的用户记录 则读取该用户的楼层权限 否则 系统返回操作 接下来 另一微处理器分析用户的楼层权限 判断其可到达的楼 层数 如果用户权限等于即该用户只可以到达一层楼 则控制系统响 蜂鸣器提示操作成功 并将相应的楼层信号发送给电梯控制中心 如 果用户权限大于 即该用户可以到达多个楼层 则控制系统响蜂鸣器 提示用 户输入需要前往的楼层号 并开放楼层控制键盘的权限按钮 用户通过楼层控制键盘输入目的楼层号 该楼层信号 通过输入输出电 路传送到微处理器电路 同时 电梯管理模块将该用户权限信号送给 电梯控制中心 如果用户无使用权限 则系统返回操作 最后 电梯控制中心对来自控制键盘的楼层信号和来自管理模块 的权限信号进行分析运算 判断出用户要到达 的目的楼层 并登记相 应信息 点亮相应楼层的按键灯 提示操作成功 开启相应楼层开关 系统返回 等待下一个用户的操作 该系统的改良设计 节省了电梯管理模块的输入输出模块 将电 梯控制键盘与控制中心连接 管理模块与控制中心之间通过串行方式 通讯 电梯管理模块通过串行方式将用户权限信号传送给电梯控制中 心 由控制中心对用户的权限信号和控制键盘的信号进行分析运算 最后输出电梯控制信号 它有两方面的优点 第一 通过数据的串行传输 有效避免了电梯管理模块与控制键 盘之间的信号点对点传递而引起的硬件故障 第二 通过数据的串行传输 使用户的楼层信息软件化 即使增 加楼层数 管理模块与控制中心之间的连接线数量也不会随之增加 避免了繁琐的接线 也节省了系统的成本 高层住宅电梯控制系统研究 24 3 3 软件开发软件开发 在电梯控制中 有大量的逻辑信号需要处理 这部分工作是由 PLC 来完成的 系统软件根据运行要求及保护要求由 PLC 来实现逻辑 控制 3 1 电梯的三个工作状态电梯的三个工作状态 电梯控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环 电梯工作过程又 细致分为自检 正常工作 强制工作等三种工作状态 电梯在三种工 作状态之间来回切换 构成了完整的电梯工作过程 3 1 1 电梯的自检状态电梯的自检状态 PLC 上电后 PLC 中的程序己开始运行 但因为电梯尚未读入任 何数据 也就无法在收到请求信号后通过固化在 PLC 中的程序作出响 应 为满足处于响应呼叫就绪状态这一条件 必须使电梯处于平层状 态已知楼层且电梯门处于关闭状态 电梯自检过程的目标为 先按下 启动按钮 再按下恢复正常工作按钮 电梯首先是电梯门处于关闭状 态 然后电梯自动向上运行 经过两个平层点后停止 3 1 2 电梯的正常工作状态电梯的正常工作状态 电梯完成一个呼叫响应的步骤如下 1 电梯在检测到门厅或轿厢的呼叫信号后将此楼层信号与轿厢所 在的楼层信号比较 通过选向模块进行选向 2 电梯通过拖动调速模块驱动直流电机拖动轿厢运动 轿厢运动 速度要经过低速转变为中速再转变为高速 并以高速运行至减速点 3 当电梯检测到目标层楼层检测点产生的减速点信号时 电梯进 入减速状态 由中速度变为低速 并以低速运行到平层点停止 高层住宅电梯控制系统研究 25 4 平层后 经过一定延时后关门 直到碰到关门到位行程开关 再经过一定延时后关门 直到碰到关位行程开关 电梯控制系统始终 实时显示轿厢所在楼层 3 1 3 电梯强制工作状态电梯强制工作状态 当电梯的初始位置需要调整或电梯需要检修时 应设置一种状态 使电梯处于该状态时不响应正常的呼叫 并能移动到导轨上 下行极 限点间的任意位置 控制台上消防 检修按钮按下后 使电梯立刻停止 原来的运行 然后按下强迫上行 或下行 按钮 电梯上行 或下行 一旦放开该按钮 电梯立刻停止 当处理完毕时可用恢复正常工作 按钮来使电梯跳出强制工作状态 3 2 系统的软件开发方向确定系统的软件开发方向确定 3 2 1 软件开发特点软件开发特点 由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号 行程信号进行控 制 而楼层和轿厢的呼叫是随机的 因此 系统控制采用随机逻辑控 制 即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上 根据随 机的输入信号 以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行 另外 轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定 并送 PLC 的计数器来进行 控制 同时 每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号 系 统的软件设计有如下几个特点 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队列 控制系统在电梯运行中实时排列的四个优先级队列 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 有呼叫时此单元为非零单元 无呼叫时则此单元为 高层住宅电梯控制系统研究 26 零 送入寄存器队列 我们利用先进先出读出指令 将第一个单元中 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 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 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 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 3 2 2 软件流程软件流程 系统的软件主程序流程图如图 3 1 所示 高层住宅电梯控制系统研究 27 电电梯梯开开机机运运行行等等待待 是是否否门门厅厅呼呼 叫叫 是是否否轿轿厢厢呼呼 叫叫 确确定定本本层层和和目目 标标层层 目目标标层层和和本本 层层是是否否同同层层 是是否否强强制制工工 作作 电电梯梯选选向向电电梯梯启启动动强强制制工工作作 电电梯梯加加速速电电梯梯高高速速运运行行是是否否完完成成 楼楼层层检检测测是是否否目目标标层层 电电梯梯制制动动平平层层检检测测电电梯梯减减速速 开开门门延延时时 关关门门 是是否否定定制制运运 行行 电电梯梯关关机机 N Y Y N N Y N Y Y N Y Y 图 3 1 程序流程图 高层住宅电梯控制系统研究 28 3 2 3 模块化编程模块化编程 系统是集选式控制系统 控制比较复杂 适合采用模块化编程方 法 将各个输出信号的属性分类 模块与模块之间的衔接可以用中间 寄存器来传递信息 系统软件大致分为 楼层检测电路模块 控制七 段数码管显示楼层电路模块 电梯选向电路模块 减速点信号产生电 路模块 电梯轿厢开关门电路模块和按钮记忆灯显示电路模块等几大 模块 楼层检测电路模块主要是读入楼层编码并将该记忆信号存入对 应的中间寄存器 直到楼层改变为此 控制七段数码管显示楼层电路 模块主要控制数码管的显示 电梯的选向模块主要是完成电梯在响应 呼叫时作出的向上运行还是向下运行的判断 减速点信号产生电路模 块完成将减速点信号通知系统的任务 电梯在运行到目标楼层检测点 时要进入减速状态 而电梯在运行过程中会碰到很多的楼层检测点 只有到目标楼层的检测点时才会发出减速通知 电梯在经过目标楼层 检测点时接到这个信号就开始减速了 电梯轿厢开关门电路模块和按 钮记忆灯显示电路模块是为了便于控制组成的模块 分别控制轿厢的 开关门和按钮接通之后需要记忆显示的发光二极管电路 3 3 系统的软件开发系统的软件开发 3 3 1 电梯的开关门运行回路电梯的开关门运行回路 1 开关门控制 正常情况下 开门的条件有一下几种 本层开门 停车状态按轿 内开门按钮 关门过程中有安全触板信号 这种情况下将重新开门 正常运行换速平层停车自动开门 1 本层开门 本层开门是指电梯在停车状态和非检修