PLC在六层电梯控制系统中的应用(最终交稿)

20112011 届毕业设计说明书届毕业设计说明书 PLC 在六层电梯控制系统中的应用 系 、 部： 电气与信息工程系 学生姓名： 朱 郴 指导教师： 肖雅丽 职称 高级实验师 专 业： 电子信息工程技术 班 级： 电气 0903 班 学 号： 完成时间： 2012 年 5 月 24 日 Error! No bookmark name given.2 摘 要 随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代 步工具。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统 的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。传统的电梯控制系统采用的是继电 器逻辑控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命短，占地空间大，正逐步 被淘汰。 为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，设计了一套以 PLC 为核心 控制器的电梯自动控制系统，用来取代以往的较复杂的继电器接触器控制。系统的 核心部分（控制部分）使用了日本三菱公司生产的 FX2N-80MR 型的 PLC，因为在核 心控制部分采用的是软件程序控制，从而在保证电梯正常运行这个要求的情况下，大 大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容易性，同时还克服了手动操作所带来的 一些人为干扰因素，取得了良好的预期效果。 关键词：电梯；PLC；梯形图 Error! No bookmark name given.3 Abstract With the development of modern cities, an increasing number of high-rise building, elevator become an indispensable means of transport of daily life. The quality of the lift performance of the impact on peoples lives becoming more and more obvious, it must strive to improve the performance of elevator systems, and ensure the operation of the lift is safe, reliable and energy efficient. The traditional elevator control system uses logic of the relay to control circuit, this kind of controls easily to be crash, maintains inconveniently, the movement life is short, and that occupying a large area of space, it being eliminated gradually. For raising the credibility of the automatic control system and the work efficiency of the equipments, design a set of take PLC as the core controller of the elevator auto control system, using to replace former more complicated of after electric appliances-the contact machine control. The core part(control part) of the system used a Japanese Mitsubishi company to produce of the FX2N - 80 type PLC is the software procedure control in the core because of what to control the part adoption, thus Be promising the elevator circulates normally under the circumstance ofwith this request, raised elevator to break down check and the convenience and easy for maintain consumedly, still overcame to move an operation some artificial interference factors bring in the meantime, obtain the good results. Keywords: elevator；plc；ladder liagram Error! No bookmark name given.2 目 录 1. 绪论.4 1.1 设计背景 .4 1.2 设计的目的和意义.5 1.3 课题的提出.5 1.4 课题的主要讨论内容.5 1.5 电梯的功能要求 .6 2.电梯的相关知识.7 2.1 电梯的出现及发展 .7 2.2 电梯的分类.8 2.3 电梯的组成及工作原理.9 2.3.1 电梯的组成.9 2.3.2 电梯的工作原理.9 3. 系统控制方案的选择及 PLC 概述.11 3.1 方案的选择 .11 3.2.1 方案一 继电器接触器控制系统 .11 3.1.2 方案二 微机控制系统 .11 3.1.3 方案三 PLC 控制系统.11 3.2 可编程控制器概述.12 3.2.1 可编程控制器的定义.12 3.2.2 可编程控制器的分类.12 3.2.3 可编程控制器的特点.12 4. 电梯控制系统的硬件电路设计.14 4.1 交流双速电梯的主电路 .14 4.2 门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路.15 5. PLC 的选择及 PLC 电梯控制系统的硬件设计.16 5.1 可编程控制器（PLC）的选型 .16 5.2 PLC 控制系统的硬件设计 .17 5.2.1 设计思想.17 5.2.2 电梯电器元件 .18 Error! No bookmark name given.3 5.2.3 程序辅助继电器.19 5.2.4 基本功能 I/O 分配表.20 5.2.5 PLCI/O 接线图 .21 6. PLC 电梯控制系统的软件设计 .23 6.1 电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析 .23 6.2 软件流程图.23 6.2.1 PLC 电梯控制系统主程序流程图 .23 6.2.2 电梯楼层显示程序流程图.24 6.2 梯形图程序设计 .25 7. 电梯模拟和安装调试.30 7.1 电梯模拟调试.30 7.2 电梯安装调试.33 8.总结与体会.34 参考文献.35 致 谢.36 附 录.37 附录一 电梯的主电路图.37 附录二 PLCI/O 接线图 .38 附录三 梯形图程序.39 开门环节梯形图.39 关门环节梯形图.41 楼层信号产生与消除环节梯形图.42 停层信号登记与消除环节梯形图.43 外呼信号登记与消除环节梯形图.45 定向环节梯形图.49 启动加速和稳定运行环节梯形图.53 停层信号梯形图.54 制动环节梯形图.57 启动、稳速运行、减速制动环节梯形图.58 Error! No bookmark name given.4 1.绪论 1.1 设计背景 1968 年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司为满足市场需求，适应汽车生 产工艺不断更新的需要，将汽车的生产方式由大批量、少品种转变为小批量、多品种。 为此要解决因汽车不断改型而重新设计汽车装配线上各种继电器的控制线路问题，要 寻求一种比继电器更可靠、响应速度更快，功能更强大的通用工业控制器。于是可编 程控制器应运而生，1969 年，美国数字设备公司研制出世界上第一台可编程控制器， 从此，PLC 开始活跃于控制领域，而且其影响也越来越大，应用也越来越广。70 年 代后期，随着微电子技术和计算机的迅猛发展，是 PLC 从开关量的逻辑控制扩展到 数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程 控制器，简称 PC（programmable controller） 。但由于 PC 容易与个人计算机 （programmable computer）相混淆，故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程控制器的缩 写。 PLC 的定义：可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境 下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在其内部存储执行 逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的 输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于 与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 PLC 是继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一 定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用：(1)逻辑运算；（2）弱电控制强电。 PLC 是集自动控制技术、计算机技术各通讯技术于一体的一种新型工业控制装置， 以跃居工业自动化散打支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。可编程控制器， 简称 PLC。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。 具有 1、可靠性高、抗干扰能力强；2、设计、安装容易，维护工作量少；3、功能强、 通用性好；4、开发周期短、成功率高；5、体积小、重量轻、能耗低等特点。具有功 能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小，重量轻等优点。已经广泛应用于 自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电接触器系 统相比系统更加可靠；占位空间比继电接触器控制系统小；价格上能与继电接触器控 制系统竞争；易于在现场变更程序。便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、接 触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构、中央数据处理系统直接传输数据等。 Error! No bookmark name given.5 1.2 设计的目的和意义 随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅 速发展，电梯已成为人类现代生活广泛使用的人员运输工具。随着人们对电梯运行安 全性、高效性、舒适性等要求的提高，电梯得到了快速发展，其拖动技术已经发展到 了调频调压调速，其逻辑控制也由 PLC 代替原来的继电器控制。 可编程控制器（PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强 大和使用方便已经成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动 化的主要支柱之一。电梯控制要求介入设备使用简便，对应于系统组态的编程简单， 具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。通过 PLC 对程序 设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感。因此 PLC 在电梯控制 系统中的应用非常广泛，非常有实际价值。 1.3 课题的提出 PLC 以其优越的性能，在很多领域中得到了广泛的应用。在电梯业也是如此，目 前国内 7080 年代安装完成的电梯绝大部分是继电器控制，线路复杂，节点接线多， 故障率高，系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大，严重地影响电梯运行质量。 应对这些电梯进行更新和改造。但是更新需要大量资金，对使用单位来说有一定困难， 所以对电梯进行局部改造是经济的、实际的。近年来，采用功能强、故障率低、可靠 性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯，取得了良好效果。利用 PLC 和变频器对 旧电梯进行改造，不但可以增加电梯的舒适感、安全性、可靠性，还可以降低能耗， 节约能源，减少运行费用。 1.4 课题的主要讨论内容 课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）改造在用电梯自动控制系统。 由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造， 以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之 路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。针对老式电梯采 用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出 采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。 论文的主要内容如下： 首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）作了比较全面的总结和介绍。接着阐述 了电梯控制系统的分类及特点，电梯的控制系统分为调速和信号控制两大部分。确定 了系统的总体结构，由 PLC 来实现电梯信号控制，由双速电机实现调速，完成了电 机和可编程控制器（PLC）的选择。然后是系统硬件开发，完成了 PLC 的选型、I/O Error! No bookmark name given.6 点数分配与 PLC 的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出了软件 流程图，提出了模块化编程思想，介绍了系统的软件开发。最后对改造后的电梯系统 进行模拟调试。 1.5 电梯的功能要求 （1）电梯运行到指定位置后应具有手动或自动开/关门的功能。 （2）利用指示灯显示电梯轿厢外的呼唤信号、电梯轿厢内的指令信号和电梯的到达 信号。 （3）能自动判断电梯的运行方向，并发出响应的指示信号。 （4）电梯的上行下行有一台交流双速电机牵引。电机正传，电梯上升；电梯反转， 电梯下降。 （5）电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。电机正传，轿厢门打开；电机反转，轿 厢门关闭。 （6）每一层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮；轿厢内的层面指令按钮。 （7）电梯启动、运行、到站实现速度的调节。 （8）行车时，厅门和轿厢都不能开门。开门之后不能行车，有门连锁保护。平层时 可自动开门、手动开门，夹人时自动开门。 Error! No bookmark name given.7 2.电梯的相关知识 2.1 电梯的出现及发展 1854 年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的 斯第一次向世人展示了他的发明-历史上第一部安全升降梯。从那以后，升降梯在世 界范围内得到了广泛应用。以奥的斯的名字而命名的电梯公司也开始了她辉煌的旅程。 150 年以来，她已经发展成为世界、亚洲和中国领先的电梯公司。 自从我国实行改革开放政策以来，全国各地高层建筑不断涌现，作为高楼的垂直 交通工具电梯，其需求量日益增长，各种类型、规格繁多的电梯已在高楼内投入运 行。为了确保电梯正常运行、安全使用，必须要了解电梯、熟悉电梯、管理电梯、维 护好电梯。 20 世纪初，美国出现了曳引式电梯，其结构如图 2-1 所示，从图中可见，钢丝绳 悬挂在曳引轮上，一端与轿厢连接，而另一端与对重连接，随曳引轮的转动，靠钢丝 绳与曳引轮槽之间的摩擦力使轿厢与对重作一升一降的相反运动。显然，钢丝绳不用 缠绕，因此钢丝绳的长度和股数均不受限，当然轿厢的载重以及提升高度就得到了提 高，从而满足了人们对电梯的使用需求。因此，近一百年来，曳引式电梯一直受到重 视，并发展沿用至今。 图 2-1 曳引式电梯示意图 在后来的几十年里，电梯的自动平层控制系统以及 1轿厢 2曳引轮 3对重 通过变换电动机级数的调速方法来调整电梯的运行速度的技术相继研制成功，1933 年世界上第一台运行速度为 6m/s 的电梯被安装在美国纽约的帝国大厦。 第二次世界大战后，建筑业的发展促使电梯进入了高峰发展时期，代表新技术的 Error! No bookmark name given.8 电子技术被广泛应用于电梯领域的同时，陆续出现了群控电梯、超高速电梯、交流变 频变压调速电梯。 随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置越来越多地用于电梯系统，使电梯的 拖动系统简化，性能提高。同时交流调压调速系统的研制和开发，使交流电梯的调速 性能有了明显的改善。进入 20 世纪 80 年代，通过控制电动机定子供电电压与频率电 梯运行速度的调压调频技术研制成功，出现了交流变压变频（VVVF）调速电梯，开 拓了电梯拖动的新领域。1993 年，日本生产了 12.5m/s 的世界高速交流变压变频调速 电梯，结束了直流电梯独占高速领域的历史。 电梯发展的今天，在使用需求和新技术应用方面都进入到全面发展时期，随着智 能化、信息化建筑的兴起与完善，要求电梯不只是完成垂直运输的基本功能，还应以 人为本提高舒适度，特别从电梯运行的控制智能化角度考虑，电梯的优质服务不再是 单一的“时间最短”问题，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以期实 现单梯与群控管理的最佳模式。合理的配置与使用远程监控与故障诊断、节能以及减 少环境污染等。本文中着重研究电梯的升降控制逻辑，不着重主电动机的升降速度以 及电梯的安全保护措施。 2.2 电梯的分类 电梯的分类有各式各样： （1）按速度分类 低速电梯 1m/s 以下 高速电梯 2-3m/s 超高速电梯 3-10m/s （2）按用途分类 乘客电梯 住宅电梯 观光电梯 载货电梯 客货两用电梯 车辆电梯 其他电梯 （3）按拖动方式分类 交流电梯 直流电梯 液压电梯 齿轮齿条电梯 螺杆式电梯 （4）按有无司机分类 有司机电梯 无司机电梯 有/无司机电梯 （5）按控制方式分类 手柄操纵控制电梯 按钮控制电梯 信号控制电梯 集选控制电梯 群控电梯 （6）按曳引机结构分类 有齿曳引机电梯 无齿曳引机电梯 （7）其它分类方式 按轿厢尺寸的大小分类时，经常使用“小型” 、 “超大型”等词来描述电梯。 按机房位置不同可分为：机房位于井道顶部的上置式电梯；机房底部的下置式电 梯。 Error! No bookmark name given.9 2.3 电梯的组成及工作原理 2.3.1 电梯的组成 1） 、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机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。 2） 、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。 3)、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。 4)、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。 5)、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。 6)、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。 7)、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。 8)、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。 由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载 限制装置、限位开关装置组成。 2.3.2 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 Error! No bookmark name given.10 速器变速后带动曳引轮转动，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。 固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动， 防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转， 在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货 物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动 机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定， 轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、 照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电 梯运行安全。 Error! No bookmark name given.11 3.系统控制方案的选择及 PLC 概述 3.1 方案的选择 在电梯的电气系统中，逻辑判断起着主要的作用，其控制系统必须起动各种控制 信号和执行元件（如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子 器件等） ，要达到这些控制目的，其方案有： 3.2.1 方案一 继电器接触器控制系统 这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。优点：与其它控制系统比较， 其简单、易于理解和掌握、价格便宜。缺点：动合触点易磨损，且电接触不良；体积 大；控制系统耗能大、动作噪声大；维修保养工作量大、费用高。因此这种控制系统 仅用于速度不高、性能要求也不高的电梯中。 3.1.2 方案二 微机控制系统 电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成，而是通过程序存 贮器中的程序来完成的控制系统。因此对于有不同功能要求的电梯控制系统，只要改 变程序存贮器中的程序指令即可，而无需变更或增减硬件系统的元件或布线。因此， 十分方便于使用和管理，并提高系统的可靠性，减小控制系统体积，降低了能耗及其 维修保养费用。虽然微机控制的电梯，与继电器控制的电梯比较，它具有较大的优越 性。但是，对一般的电梯而言，应用微机控制也有其局限性和不足之处。其缺点是： 微型计算机是按数字运算的需要而设计的，功能比较齐全，结构比较复杂；而一般的 电梯控制只需要进行简单的逻辑运算，运算方式多为“与” 、 “或” 、 “非”几种，运算 位数只需 1 位，即“1”与“0” 。因此，使用微机就有“大材小用”之嫌。此外，微 机的接口电路没有标准件，而且一般不控制强电。但在电梯控制中，往往要求能直接 控制 110V 或 220V 的用电设备，如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。综上 所述，造成用微机控制的成本、运行和维修费用均较高，因此，如在一般的电梯上使 用微机控制在经济上不合算。 3.1.3 方案三 PLC 控制系统 PLC 充分利用了微型计算机的原理和技术，保留计算机控制的优点，而克服了它 的缺点。它具有强大的生命力，各工业部门纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路，取 得了明显的效果。总之，PLC 是采用微机技术制造的通用自动控制设备，它能控制开 关量、模拟量、具有可靠性高、抗干扰能力强、并具有完成逻辑判断、定时、计数、 记忆和算术、运算等功能，可以取代继电器为主的各种控制设备。它不仅能用于控制 Error! No bookmark name given.12 机械设备、流水线和各种设备的运行过程，将 PLC 用于控制电梯各种操作和处理相 关信息也是可行的。 经过三种方案的比较，本课题采用第三种方案 PLC 控制系统来控制电梯。 3.2 可编程控制器概述 3.2.1 可编程控制器的定义 可编程序控制器（Programmable Logic Controller）简称 PLC，是以微处理器为基 础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自 动控制装置。它是“专为在工业环境下应用而设计”的计算机。这种工业计算机采用 “面向用户的指令” ，因此编程方便。它能完成逻辑运算，顺序控制，定时，计数和 算术操作，它还具有“数字量或模拟量的输入 / 输出控制”的能力。 3.2.2 可编程控制器的分类 1、按输入/输出点数分 （1）小型机 小型 PLC I/O 总点数在 256 点以下，用户程序存储容量在 4KB 左右。 （2）中型机 中型 PLC I/O 总点数在 2562048 点之间，用户程序存储容量在 8KB 左右。 （3）大型机 大型 PLC I/O 总点数在 2048 点以上，用户程序存储容量在 16KB 以上。 2、按结构形式分 （1）整体式 （2）模块式 3、按生产厂家分 目前世界上 PLC 产品按地域分成三大流派：美国、欧洲和日本。日本和美国的 PLC 产品较相似。占 PLC 市场 80%以上的生产公司是：德国的西门子（SIEMENS） 公司、法国的施耐德（SCHNEIDER）自动化公司、日本的欧姆龙（OMRON）和三 菱公司。 目前国内常用的主要是三菱 FX 系列小型机和西门子 S7-300、S7-400 中大型机等。 三菱早期的 F 系列、 F1 系列、 FX 系列、 A 系列等机型，欧姆龙机型，西门子 的 S5 和 S7 系列等机型。 3.2.3 可编程控制器的特点 1. 可靠性高，抗干扰能力强 这是选择控制装置的首要条件。可编程控制器生产厂家在硬件方面和软件方面上 Error! No bookmark name given.13 采取了一系列抗干扰措施。 （无触点控制） 硬件措施：屏蔽、滤波、隔离 软件措施：故障检测、信息保护和恢复、警戒时钟（死循环报警） 、程序检验 2. 使用灵活，通用性强 产品均成系列化生产，多数采用模块式的硬件结构，用户可灵活选用。软接线逻 辑使得 PLC 能简单轻松的实现各种不同的控制任务，且系统设计周期短。 3. 编程方便，易于掌握 采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂；近年来又发展了面向对象 的顺控流程图语言 (SFC Sequential Function Chart) ，也称功能图，使编程 更简单方便。 4. 接口简单，维护方便 可编程控制器可直接与现场强电设备相连接，接口电路模块化；有完善的自诊断 和监视功能；可编程控制器对于其内部工作状态，通信状态，异常状态和 I/O 点的 状态均有显示；可以方便的查出故障原因，迅速作出处理。 5. 功能完善，性价比高 除基本的逻辑控制，定时计数，算术运算外，配合特殊功能模块可以实现点位控 制， PID 运算，过程控制，数字控制等功能，还可与上位机通信、远程控制等。 Error! No bookmark name given.14 4.电梯控制系统的硬件电路设计 4.1 交流双速电梯的主电路 图 4-1 是交流双速电梯的主电路图。图中 M1 为电梯专用型双速笼型异步电动机； KM1、KM2 为电动机正反转接触器，用以实现电梯上、下行控制；KM3、KM4 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 为启动加速接触器； KM6、KM7、KM8 为减速制动接触器，用以调整电梯制动时的加速度；L1、L2 与 R1、R2 为串入电动机定子电路中的电抗和电阻，当 KM1 或者 KM2 与 KM3 通电吸 合时，电梯将进行上行或下行启动，延时后 KM5 通电吸合，切除 R1、L1，电梯将 转为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停层指令后，KM3 断电释放，KM4 通电 吸合，电机转为低速接法，接入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且 KM6- KM8 依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动时的舒适感；至平层 位置时，接触全部断电释放，抱闸抱死，电梯停止运行。 图 4-1 主电路图 Error! No bookmark name given.15 4.2 门机电路、抱闸电路、门锁及安全运行电路 图 4-2 为电梯的门机、抱闸、门锁及安全运行电路。门电动机为他励直流电动机， 可由 KM9、KM10 控制其正反转。KM9 接通时，电阻 R2 与电动机电枢并联，电流 由电枢左端流向右端，电动机正转实现开门，压下 SQ8 时，R2 部分被短接，实现开 门调速。KM10 接通时，电动机将反转，实现关门，并由 SQ9、SQ10 与 R3 一起实现 关门调速。 当电梯上下运行时，抱闸应打开，其线圈应通电。电梯停止运行时，抱闸应抱死， 其线圈应断电。将所有厅、轿门开关串联在一起，控制门锁继电器 KA1，实现全部 门关闭后电梯才能运行的控制。将安全窗开关、安全钳开关、限速器开关、轿内急停 开关、上下强迫停止开关、基站开关梯开关以及热继电器触点 FR1、FR2 串联在一起， 构成安全回路，控制安全运行继电器 KA2，用 KA2 的触点控制 PLC 的 RUN 口，只 有当该 KA2 吸合时，才允许 PLC 处于运行状态。这样可以节省 PLC 的输入口，又 可以实现在多种紧急情况下的立即停车。 图 4-2 门机、抱闸、门锁及安全运行电路 Error! No bookmark name given.16 5.PLC 的选择及 PLC 电梯控制系统的硬件设计 5.1 可编程控制器（PLC）的选型 考虑到本次设计的电梯系统有六层，且开关量居多，模拟量较少；对于开关量控 制为主的系统而言，一般 PLC 的响应速度足以满足控制的要求，在小型 PLC 中整体 式比模块式的价格便宜，体积也小，综合考虑后，系统选择了日本三菱公司生产的 FX2N 系列的 PLC。 FX2N 系统 PLC 具有以下几方面的优点： 1）FX2N 配置灵活，除主机单元外，还可扩展 I/O 模块，A/D 模块，D/A 模块和其 它特殊功能模块。 2）FX2N 指令功能丰富，有各种指令 107 条，且指令执行速度快。 3）FX2N 可用内部辅助继电器 M，状态继电器 S，定时器 T，寄存器 D，计数器 C 的功能和数量满足了系统控制要求的需要。 4）FX2N 的编程可用编程器，也可以在 PC 机上使用三菱公司的专用编程软件包 MELSOFT 系列的 GX Developer 来进行。编程语言可用梯形图或指令表，尤其是可 用 PC 机对系统实时进行监控，为调试和维护提供了极大的方便。 根据如下功能要求： （1）电梯运行到指定位置后应具有手动或自动开/关门的功能。 （2）利用指示灯显示电梯轿厢外的呼唤信号、电梯轿厢内的指令信号和电梯的到达 信号。 （3）能自动判断电梯的运行方向，并发出响应的指示信号。 （4）电梯的上行下行有一台交流双速电机牵引。电机正传，电梯上升；电梯反转， 电梯下降。 （5）电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。电机正传，轿厢门打开；电机反转，轿 厢门关闭。 （6）每一层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮；轿厢内的层面指令按钮。 （7）电梯启动、运行、到站实现速度的调节。 （8）行车时，厅门和轿厢都不能开门。开门之后不能行车，有门连锁保护。平层时 可自动开门、手动开门，夹人时自动开门。 只需要选择日本三菱公司生产的 FX2N-80MR 型号的 PLC 即可满足要求。 Error! No bookmark name given.17 5.2 PLC 控制系统的硬件设计 5.2.1 设计思想 1）信号控制系统 电梯信号控制基本由 PLC 软件实现。电梯信号控制系统如图 5-1 所示，输入到 PLC 的控制信号有：运行方式选择（如自动、有/无司机、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、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） 。 电梯到位后，具有手动或自动开门关门功能。 图 5-1 电梯 PLC 控制系统框图 电梯内设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯及层楼指令键。 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。 自动关门与提早关门，在一般情况下，电梯停站 46s 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，按下操纵盘上开关按钮，门将 打开。 内指令记忆。当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序停靠车门，并 能至调定时间，自动确定运行方向。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。 Error! No bookmark name given.18 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。 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：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。 5.2.2 电梯电器元件 为了便于对电梯的工作原理及 PLC 系统进行分析，现列出电梯所用电器元件表。 表 5.1 电梯电器元件表 元件符号名称及作用元件符号 名称及作用 KM1上行接触器1HL-5HL1-5 层层楼指示灯 KM2下行接触器6HL-7HL上行、下行指示灯 KM3高速接触器HL81 楼外呼记忆灯 KM4低速接触器HL92 楼上呼记忆灯 KM5启动加速接触器HL102 楼下呼记忆灯 KM6-KM8制动减速接触器HL113 楼上呼记忆灯 KM9开门接触器HL123 楼下呼记忆灯 KM10关门接触器HL134 楼上呼记忆灯 SQ5基站开关HL144 楼下呼记忆灯 SQ6开门到位开关HL155 楼下呼记忆灯 SQ7关门到位开关1KR5KR各楼层感应器 SQ8开门调速开关6KR上平层感应器 SQ9、SQ10关门调速开关7KR下平层感应器 SQ11-SQ161-6 楼厅门锁开关1SB14SB11-4 楼上行外呼按钮 SQ17上限位开关2SB25SB22-5 楼下行外呼按钮 Error! No bookmark name given.19 SQ18下限位开关SB1开门按钮 续表 5.1 元件符号名称及作用元件符号 名称及作用 SQ19上行强迫停止开关SB2关门按钮 SQ20下行强迫停止开关SB3上行启动按钮 SQ1安全窗开关SB4下行启动按钮 SQ2安全钳开关SB5-SB101-6 楼层内选层按钮 SQ3限速器开关SA1运行状态选择钥匙开关 SQ4轿内急停开关SA2基站开关梯钥匙开关 SQ16轿门关闭到位开关SQ电源开关 8KR关门感应器HL165 楼上呼记忆灯 HL176 楼下呼记忆灯KA1门锁开关 KA2安全运行按钮SA1-1自动运行按钮 1SB11 楼上呼按钮6SB26 楼下呼按钮 2SB12 楼上呼按钮2SB22 楼下呼按钮 3SB13 楼上呼按钮3SB23 楼下呼按钮 4SB14 楼上呼按钮4SB24 楼下呼按钮 5SB15 楼上呼按钮5SB25 楼下呼按钮 HL186 层层楼指示灯HL196 层内选记忆灯 5.2.3 程序辅助继电器 表 5.2 程序辅助继电器 元件符号名称及作用元件符号名称及作用 M100开门辅助继电器M1301 层上行辅助继电器 M101关门辅助继电器M1312 层上行辅助继电器 M102自动运行时开门禁止M1322 层下行辅助继电器 M103定上行辅助继电器M1333 层上行辅助继电器 M104定下行辅助继电器M1343 层下行辅助继电器 M105停车辅助继电器M1354 层上行辅助继电器 Error! No bookmark name given.20 M106制动过程辅助继电器M1364 层下行辅助继电器 续表 5.2 元件符号名称及作用元件符号名称及作用 M107停层辅助继电器M1375 层下行辅助继电器 M1101 楼楼层信号辅助继电器M141上平层感应辅助继电器 M1112 楼楼层信号辅助继电器M142下平层感应辅助继电器 M1123 楼楼层信号辅助继电器M143、M144上行辅助继电器 M1134 楼楼层信号辅助继电器M145、M146下行辅助继电器 M1145 楼楼层信号辅助继电器M1501 楼停车辅助继电器 M120内选 1 层辅助继电器M1512 楼停车辅助继电器 M121内选 2 层辅助继电器M1523 楼停车辅助继电器 M122内选 3 层辅助继电器M1534 楼停车辅助继电器 M123内选 4 层辅助继电器M1545 楼停车辅助继电器 M124内选 5 层辅助继电器T50停层时间计时 T51 启动延时T52-T54减速延时 M140平层开门M1156 楼楼层信号辅助继电器 M125内选 6 层辅助继电器M1605 层上行辅助继电器 M1616 层下行辅助继电器M1556 楼停车辅助继电器 5.2.4 基本功能 I/O 分配表 为了便于接线，将列出 I/O 分配表如下表。 表 5.3 基本功能 I/O 分配表 名称及作用输入点 名称及作用输出点 1 楼上