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基于PLC控制的五层电梯系统郑州大学现代远程教育毕 业 设 计题 目： 入 学 年 月_ 姓 名_ 学 号_ 专 业_学 习 中 心_ 指 导 教 师_完成时间_年_月_日摘 要电梯是机械电器紧密结合的大型机电产品主要由机房、井道、轿厢、门系统和电气控制系统组成。伴随建筑业的发展为建筑内提供上下交通运输的电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种工作和生活中的必需运输设备。随着社会的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将和汽车一样，成为重要的运输设备之一。本次设计主要将可编程序控制器（PLC）和变频器应用到电梯的控制系统中去从而实现调频调压调速的拖动技术，以五层电梯为例来完成电梯PLC控制系统的总体设计方案、组成及模块化程序设计。选用三菱FX2N可编程控制器实现对电梯系统运行的控制，利用220V交流电源供压。在进行PLC的I/O接口分配、组合排列和代号后，确定机内各种软继电器、数据区、通道代号，常用指令的编制规则和代号等。选用交流双速电机实现电梯拖动，采用楼层传感器实现楼层间翻转；显示驱动电路采用LED发光二极管构成显示屏的屏体。本次设计重点研究PLC的安全控制电路、楼层控制电路，开关门电路的设计，以及启动开关门程序、上行下行程序、楼层控制程序、自动定向程序的编写。关键字：电梯，PLC, 变频器 程序设计 逻辑控制目 录摘 要I第一章电梯的概述5第一节 电梯的定义5第二节 电梯的分类5第三节 电梯的主要机械部件6第四节 三相交流双速异步电动机的拽引系统7第二章电梯的电力驱动系统8第一节 电梯电力驱动系统的简介82.1.1 电梯电力驱动系统的定义、构成 82.1.2 电力驱动系统的要求 82.1.3 电梯的启动所需条件 82.1.4 电梯停车所需的条件 8第二节 交流调速电机的运行工艺流程9第三章PLC在电梯中的控制原理 9第一节 PLC原理与介绍 103.1.1 可编程控制器简介10 3.1.2 可编程控制器的特点10 3.1.3 PLC的应用领域133.1.4 PLC的设计步骤13第二节 电梯控制的原理15 3.2.1 电梯控制系统构成 15 3.2.2 电梯的工作原理及功能要求 163.2.2.1变频调速回路163.2.2.2输入输出回路18第四章电梯控制系统设计18 第一节 控制系统硬件设计 18第二节 输入输出点分配 20第三节 系统程序设计21 4.3.1 电梯的初始化22 4.3.2 指层控制23 4.3.3 开关门控制23 4.3.4 轿内指令控制24 4.3.5 厅外呼叫控制25 4.3.6 电梯的选层上、下行控制264.3.7 电梯的运行控制274.3.8 抱闸、泊梯、超重控制28参考文献29后 记30第一章 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。第一节 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。 第二节 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。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。第三节 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。第四节 三相交流双速异步电动机的拽引系统拽引电机是驱动电梯上下运行的动力源，其运行情况比较复杂。运行过程中需要频繁的起动、制动、正转、反转，而且负载变化很大，经常工作在重复短时状态、电动状态、再生制动状态的情况下。因此，要求拽引电机不但应能适应频繁起制动要求，而且要求起动电流小、起动力距大、机械特性硬、噪声小，当供电电压在额定电压7的范围内变化，还能正常起动和运行 。（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述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。第二章 电梯的电力驱动系统第一节 电梯电力驱动系统简介2.1.1电梯的电力驱动系统定义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2-1）电源传动机构2电动机3自动系统4电梯轿厢1图2-12.1.2电梯的电力系统要求是：“快、稳、准”2.1.3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2.1.4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第二节 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；司机锨按起动开车按钮；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。第三章 PLC在电梯中的控制原理目前，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。第一节PLC原理与介绍3.1.1可编程控制器简介可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的崭新的工业自动控制装置。PLC以基本代替传统的继电器控制而广泛应用于工业控制的各个领域，它已跃居工业自动化三大支柱的首位。PLC控制系统的硬件是由微处理器（CPU）、存储器（ROM和RAM）、输入/输出（I/O）单元、电源单元及外围设备等组成硬件结构如图3-1系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。 图3-1 3.1.2 可编程控制器的特点现在PLC作为用于工业生产过程控制的专用计算机，与商家、家用的微机不同，由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和工作运行的连续性，使其在设计上有许多特点。（1） 可靠性高，抗干扰能力强11基于PLC控制的五层电梯系统（2） 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；（3） 编程方法简单、直观；（4） 系统的设计/安装、调试工作量少；（5） 维修工作量小、维护方便；（6） 体积小、耗能低、重量轻。3.1.3 PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：（1） 开关量逻辑控制（2） 运动控制（3） 闭环过程控制（4） 数据处理（5） 通信联网3.1.4 PLC的设计步骤开发应用PLC的设计任务分为硬件和软件设计两部分。1.硬件设计硬件设计主要包括：（1）PLC的输入、输出点；（2）电路；（3）并进行现场安装接线等内容。2.软件设计大多数用梯形图和指令程序，主要包括：（1） 设计控制流程，根据工艺要求先画出工作循环，如有必要再画详细的状态流程图；（2） 根据工作循环图，画出虚拟的电路图-继电器梯形图；（3） 按梯形图编写指令程序表；（4） 系统调试：根据设计要求，对程序进行调试和修改，必要时还可对硬件进行修改，直到符合要求为止。第二节电梯控制的原理3.2.1电梯控制系统原理电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及 PLC 单元构成，由如图3-2，PLC用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。 M图3-2 电梯控制系统原理图3.2.2电梯的工作原理及功能要求3.2.2.1 变频调速回路变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成.三相电源 R、S、T 经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端为两相电接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。变频器输入信号为：上、下行方向指令，低速、高速、检修速度编码指令。3.2.2.2 输入输出回路输入输出单元为 PLC 的 I/O 接口部分，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器、检修、消防、泊梯、称重等单元构成。（1）输入单元为：厅外呼叫单元，用来对各层站的厅外召唤信号进行登记、记忆和消除；轿箱内选层单元，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示；开关门按钮，输入 PLC 控制轿门的开闭（厅门也同时动作）；上下平层装置，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层；上下限强迫换速开关，用于保护电梯的高速运行安全，避免电梯出现冲顶或蹲底事故，当电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上下限强迫换速开关打板，信号输入 PLC，PLC 发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置；门锁装置（或轿门和厅门联锁保护装置），轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、安全钳开关、限速器断绳开关、限速器超速开关、底坑急停开关、相序保护继电器、上下限极限开关等；检修、消防和泊梯，检修、消防和泊梯为电梯的三种运行方式，检修运行为电梯检修时的慢速运行方式，消防运行有消防返回基站和消防员专用两种运行状态，泊梯状态，消除内选和外呼信号，自动返回泊梯层、关门并断电；称重单元，用来检测轿厢负荷，判断电梯处于欠载、满载或超载状态，然后输出数字信号给 PLC，根据负载情况进行起动力矩补偿，使电梯运行平稳。(2）输出单元为：楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、层楼指示灯以及报站钟等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式，本系统为七段码显示方式；开关门单元，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，完成开关门动作。第四章 电梯控制系统设计第一节 系统硬件设计本设计有32个输入信号，32个输出信号及现有设备，所以选用FX264MR的PLC，变频器选OMRON的3G2JV变频器；电机采用三相交流双速电机。PLC控制器变频器和电动机的接线及原理图如附图4-1所示图4-1 PLC 控制接线及原理图第二节 输入输出点分配表4-1 I/O分配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K4X005七段码AY005超重K5X006BY006上限强制减速SQ0X007CY007一楼指令SB1X010DY010二楼指令SB2X011EY011三楼指令SB3X012FY012四楼指令SB4X013GY013五楼指令SB5X014关门催促铃声KE1Y014基站到位开关SQ4X015厅门关KM2Y015一楼上呼SB6X016厅门开KM3Y016一楼下呼SB7X017厅内指示灯E1Y017二楼上呼SB8X020厅内指示灯E2Y020二楼下呼SB9X021厅内指示灯E3Y021三楼上呼SB10X022厅内指示灯E4Y022三楼下呼SB11X023厅内指示灯E5Y023四楼上呼SB12X024上呼灯E6Y024四楼下呼SB13X025上呼灯E7Y025五楼上呼SB14X026上呼灯E8Y026五楼下呼SB15X027上呼灯E9Y027厅门开SB16X030下呼灯E10Y030厅门关SB17X031下呼灯E11Y031厅门开到位SQ1X032下呼灯E12Y032厅门关到位SQ2X033下呼灯E13Y033检修开关SB18X034超重铃声KM4Y034检修上SB19X035抱闸信号KM5Y035检修下SB20X036上行指示灯E14Y036下限强制减速SQ3X037下行指示灯E15Y037第三节 系统程序设计根据电梯的工作原理与功能要求以及输入/输出点的地址分配表，来绘制电梯的程序流程图。和设计电梯的程序梯形图。电梯程序流程图为图4-1。梯形图分成：初始化、指层控制、开关门控制、轿内呼叫与标记控制、厅外呼叫与标记控制、电梯上下行选择与指示控制、电梯的运行控制来编写。 目标层与本层是否同层 图4-2 电梯程序流程图4.3.1电梯初始化 电梯复位、装入数据、安全回路等。4.3.2指层控制指层控制梯形图如图3.1所示。本程序以1楼为基站，脉冲数为0。D200、D202、D204、D206、D208分别存放1/F5/F的脉冲数0、600、1200、1800、2400（实验用实际具体而定）。C242为内部高速计数器，D250存放减速脉冲数50，M1M5为楼层继电器。当轿箱位于某一层时，应产生位于该层的楼层信号，以控制楼层显示器显示楼层处的位置，离开该层时，该信号应被新的楼层信号（上一层或下一层）取代。4.3.3开关门控制（1）开门控制手动开关门时，当电梯运行到位后，按下SB16，X030闭合，M50置位，Y016得电，电动机正转，开门。开门到位，开门到位行程开关SQ1动作，X032闭合，M50复位，Y016失电，开门过程结束。当在关门过程中，按下SB16，停止关门，并开门。自动开关门时，当电梯运行到位后，电梯停止，T0开始定时，延时2S后，T0触电闭合，M50置位，开门。（2）关门控制手动关门时，当按下SB17，X031闭合，M51置位，Y015得电，电动机反转，关门。关门到位，关门到位行程开关SQ2动作，X033闭合，M51复位，Y015失电，关门过程结束。在开门过程中，按下SB17，停止开门，并关门。自动关门时，定时器T1控制。当电梯开门到位后，X031闭合，T1定时5S后，M51置位，关门。但在关门时，有客人经过红外线遮蔽，停止关门，遮蔽结束，继续关门。当关门过程受到压力，关门力限K4闭合，M50置位，开门。4.3.4轿内指令控制当轿内按下SB1、SB2、SB3、SB4、SB5后，按键标记，对应指示灯E8E12亮。到电梯到达指定层后，动作取消，指示灯灭。在检修时，按键不标记。安全回路在整个工作过程中为常开（X000），只有出现不安全情况时才导通，则电梯停止工作。4.3.5厅外呼叫控制当按下对应的呼叫键SB6SB17时，按键标记，对应指示灯E13E20亮。到电梯到达标记层时，动作取消，指示等灭。在检修时，按键不标记。4.3.6电梯的选层上、下行控制当电梯得到轿内指令或厅外呼叫指令时，分析对应层与电梯所在位置，判断是上行（M100置位）还是下行（M101置位）。M100置位时，Y000接通，电梯上行；M101置位时，Y001接通，电梯下行。4.3.7电梯的运行控制电梯的运行由变频器控制，一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。为使乘客拥有良好的舒适感，电梯采用S型速度曲线，转换成频率曲线如图4-2所示。F/HZ 图4-3 电梯的运行曲线 当PLC发出正转M100置位（或反转M101置位）即M120置位，Y002导通，高速运行，变频器从0Hz到50hz开始启动，启动时间为3S，然后维持50Hz运行。当换速信号到时，PLC撤消高速信号Y002断开，同时输出爬行信号Y003导通，爬行频率为6Hz。从50Hz下降到6Hz在3S内完成。当到达6Hz速度时，就以此速度爬行。当平层信号（M301M341）到时，撤消正转（或反转）及爬行信号，变频器从6Hz减速到0。在整个运行过程中，变频器的零速输入点X001及异常输出点X003都是断开的，运行速度减为0时，；零速输入点闭合，通过PLC发出电动机抱闸和自动开门信号。当变频器出现异常时，X003导通，电梯无法运行。按下检修键SB19后，只能以检修速度运行。按下检修上行SB22时，Y002、YOO3闭合，以检修速度（10Hz）上行，松开按键，立即停止。同理，按下检修下行SB20时，Y002、Y003闭合，以检修速度(10Hz)下行，松开按键，立即停止。本设计用OMRON，3G3JV小型变频器，两相交流电动机。实际根据需要所定。变频器的参数设置为表2。 表4-1 变频器的运行参数n021控制电路