【电气工程及其自动化】基于plc的四层电梯控制系统的硬件设计

本科生毕业论文（设计）基于PLC的四层电梯控制系统的硬件设计二级学院信息科学与技术学院专业电气工程及其自动化完成日期2015年5月10日A基础理论B应用研究C调查报告D其他目录1绪论111课题的研究背景及意义112电梯控制器国内外发展状况213PLC在电梯控制中的应用以及发展前景314课题研究的内容52电梯的综述及总体方案的设计621电梯的定义与简介622电梯的种类26221按用途分类6222按驱动方式分类7223按速度分类7224按电梯有无司机分类7225按操纵控制方式分类8226其它分类方式8227特殊电梯823电梯的结构及组成部件38231拽引系统9232导向系统10233门系统10234轿厢10235重量平衡系统10236电力拖动系统10237电气控制系统10238安全保护系统1124总体方案的确定1125设计思想11251信号控制系统11252电梯控制系统实现的功能123电梯控制硬件系统的选型1231PLC的选型12311输入输出（I/O）点数的估算13312存储器容量的估算13313机型的选择1432电机的选型14321主电机的选型714322门机的选型1633变频器的选型18341编码器的选择2035传感器的选型20351称重传感器的选型20352红外对射感应器的选型21353限位开关的选型22355触摸屏的选型2336电气元件部分的选型24361交流接触器与热继电器的选型24362断路器与熔断器的选型25363报警喇叭及指示灯的选型2537电梯接线图264结合软件部分的介绍2741软件设计框图2742人机交换界面275总结与展望2751总结2752展望28参考文献29附录30附录A30致谢31基于PLC四层电梯控制系统的硬件设计摘要本论文介绍的是基于PLC的四层电梯控制系统的硬件部分。本次设计的是别墅电梯，能实现乘客需要的基本功能，并有简单的保护功能。电梯控制系统由三菱FX系列PLC完成，利用变频器调速，轿厢内设有触摸屏。论文主要介绍电梯硬件部分的PLC、变频器、曳引机及传感器的选型。关键词电梯；控制系统；三菱PLC；变频器THEHARDWAREDESIGNOFFOURLAYERELEVATORCONTROLSYSTEMBASEDONPLCABSTRACTTHISPAPERINTRODUCEDTHESOFTWAREDESIGNOFFOURLAYERELEVATORCONTROLSYSTEMBASEDONPLCTHEDESIGNOFTHEVILLAELEVATORCANACHIEVETHEBASICFUNCTIONSOFTHEPASSENGERSNEEDANDASIMPLEPROTECTIONFUNCTIONTHEELEVATORCONTROLSYSTEMISCOMPLETEDBYMITSUBISHIFXSERIESPLCUSINGFREQUENCYCONVERTERTOSPEEDREGULATIONANDTHECARWITHTOUCHSCREENTHISPAPERMAINLYINTRODUCESTHEELECTRICALDESIGNPROGRAMPAPERMAINLYINTRODUCESTHEPLC,ELEVATORHARDWAREPARTS,PREPUENCYCONVERTER,TRACTIONMACHINEANDSENSORSELECTIONKEYWORDSELEVATORCONTROLSYSTEMMITSUBISHIPLCINVERTER1绪论11课题的研究背景及意义电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是乘电梯比走楼梯安全5倍。掘资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。目前，由可编程序控制器PLC和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。自1969年针对工业自动控制的特点和需要而丌发的第一台PLC问世以来，迄今己30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。PLC现已成为现代工业控制三大支柱PLC、CADCAM、ROBOT之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。12电梯控制器国内外发展状况在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。在全球经济持续低迷的情况下，我国国民经济仍然以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场。上世纪80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。总趋势是上升的，目自口进入了“第三次浪潮”，2004年总产量超过了8万台，而且目前还没有减速的迹象。从1949年建国以来全国共生产安装了6L万多台电梯。尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均1000人有L台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加70万台。到那时候，全国在用电梯将达到130万台，每年仅报废更新就需要6万台。到2005年，中国电梯的年产量达到135万台，与1980年相比，25年增长了59倍，产量每年平均增长178。2005年安装验收电梯124465台，截至05年底，我国的在用电梯总数已达651794台。如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、同本三菱、日立、东芝、富士达等13家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了74”。先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的电梯品牌看清了自己的定位与出路。目前国内市场需要的电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定的出口。国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。自1985年我国参加了国际标准化组织ISOTCL78以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达L万台左右，约占亚洲市场的1/50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。世界上有名的几家电梯公司，诸如美国奥的斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51。其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成走电梯家族中新的组成部分。13PLC在电梯控制中的应用以及发展前景目前，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。随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。然而，人们的追求并没有就此停止下来，仍在不断地进行研究改进。绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。电梯是载人的机电设备，要实现“绿色”，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。目前意义上的“绿色”，一般是强调“天然”的一面，强调与环境的协调与和谐。电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽可能小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。这也应是绿色电梯的发展方向。1安全。运行安全是电梯的根本和关键。可以说，电梯的全部其他工作都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁辐射，使用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的视觉效果，让每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内有安全、舒适的好心情。同时，电梯运行安全也要求电梯在运行中发生故障时，不但要使乘客容易与外界沟通联系，而且电梯本身应当能自动播放让乘客感到放松的音乐，彻底消除产生紧张不安的情绪。当小孩和老人乘坐时，电梯对他们应给予一种如同家人般的照顾，不但让老人和孩子感到方便和舒适，而且更让其家人感到放心。电梯运行安全还要求电梯有自动休眠功能，使电梯在保证运行效率最高的同时，使电梯能最大限度地得到休眠。2与环境的协调和平衡，包括以下几个方面视觉协调。有人曾经做过环境色彩是否对人有影响的研究。该研究发展视觉不协调的环境色彩对人的情绪、精神影响非常大。色彩宜人，格调高雅，制作精良的电梯，乘客自然会有一种安全的感觉，有一种视觉上的舒适。用料低廉，款式陈旧，色彩沉闷，甚至破破烂烂的电梯，乘客视觉协调无从谈起，乘坐电梯的第一感觉就是不安全。国内的许多电梯公司对此的重视是远远不够的，甚至不少通过引进国外技术国产化的电梯也显露出一副土生土长的容貌。消除电磁辐射。如前所述，由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是电磁干扰的元凶，所以绿色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小，而又不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备。这样不仅可以保证乘客的身心健康，而且也可以保证大楼、大厦中的大楼的办公自动化0A、楼宇自动化BA、通讯自动化CA的正常运转。舒适感。通过采用高载频波矢量静音变频器，可降低噪声变换频率及电压。以CPU控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、更舒适的运行。对现代化电梯性能的衡量，主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。此外，对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应要求。随着时代的发展，对人在与外界隔离封闭的电梯轿厢内，心理上的压抑感和恐惧感也有所考虑。因此，提倡对电梯进行豪华性装修，比如轿厢内用镜面不锈钢装潢、在观光电梯井道设置宇宙空间或深海景象进而主张电梯、扶梯应与大自然相协调，在扶梯的周围种植花草；在轿厢壁和顶棚装饰某些图案甚至是有变化的图案，并且在色彩调配上要令人赏心悦目；在轿厢内播放优美的音乐，用以减少烦躁；在轿厢内播放电视节目，乘客可收看天气预报、新闻等。14课题研究的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。采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。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，由变频器实现调速，完成了变频器、电机、可编程控制器（PLC）、电梯安全所需的传感器的选择。然后是系统硬件开完善，完成了PLC的选型、I/O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。2电梯的综述及总体方案的设计21电梯的定义与简介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。习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。22电梯的种类2根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯。目前电梯的基本分类方法大致如下221按用途分类乘客电梯为运送乘客设计的电梯，要求有完善的安全设施以及一定的轿内装饰。载货电梯主要为运送货物而设计，通常有人伴随的电梯。医用电梯为运送病床、担架、医用车而设计的电梯，轿厢具有长而窄的特点。杂物电梯供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等设计的电梯。观光电梯轿厢壁透明，供乘客观光用的电梯。车辆电梯用作装运车辆的电梯。船舶电梯船舶上使用的电梯。建筑施工电梯建筑施工与维修用的电梯。其它类型的电梯，除上述常用电梯外，还有些特殊用途的电梯，如冷库电梯、防爆电梯、矿井电梯、电站电梯、消防员用电梯等。222按驱动方式分类交流电梯用交流感应电动机作为驱动力的电梯。根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调速等。直流电梯用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯的额定速度一般在200M/S以上。液压电梯一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。齿轮齿条电梯将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。螺杆式电梯将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。直线电机驱动的电梯其动力源是直线电机。电梯问世初期，曾用蒸汽机、内燃机作为动力直接驱动电梯，现已基本绝迹。223按速度分类电梯无严格的速度分类，我国习惯上按下述方法分类。低速梯常指低于100M/S速度的电梯。中速梯常指速度在100200M/S的电梯。高速梯常指速度大于200M/S的电梯。超高速梯速度超过500M/S的电梯。随着电梯技术的不断发展，电梯速度越来越高，区别高、中、低速电梯的速度限值也在相应地提高。224按电梯有无司机分类有司机电梯电梯的运行方式由专职司机操纵来完成。无司机电梯乘客进入电梯轿厢，按下操纵盘上所需要去的层楼按钮，电梯自动运行到达目的层楼，这类电梯一般具有集选功能。有/无司机电梯这类电梯可变换控制电路，平时由乘客操纵，如遇客流量大或必要时改由司机操纵。225按操纵控制方式分类手柄开关操纵电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。按钮控制电梯是一种简单的自动控制电梯，具有自动平层功能，常见有轿外按钮控制、轿内按钮控制两种控制方式。信号控制电梯这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，尚具有轿厢命令登记，层站召唤登记，自动停层，顺向截停和自动换向等功能。集选控制电梯是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯，与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵。并联控制电梯23台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。群控电梯是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群的程序控制、梯群智能控制等形式。226其它分类方式按机房位置分类，则有机房在井道顶部的（上机房）电梯、机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯，以及有机房在井道内部的（无机房）电梯。按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型”、“超大型”等抽象词汇表示。此外，还有双层轿厢电梯等。227特殊电梯斜行电梯，轿厢在倾斜的井道中沿着倾斜的导轨运行，是集观光和运输于一体的输送设备。特别是由于土地紧张而将住宅移至山区后，斜行电梯发展迅速。立体停车场用电梯，根据不同的停车场可选配不同类型的电梯。建筑施工电梯，是一种采用齿轮齿条啮合方式（包括销齿传动与链传动，或采用钢丝绳提升），使吊笼作垂直或倾斜运动的机械，用以输送人员或物料，主要应用于建筑施工与维修。它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。23电梯的结构及组成部件3电梯是机电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。电梯的基本结构如图21所示。图1电梯的基本结构231拽引系统电梯拽系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。拽引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。232导向系统导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。233门系统门系统有轿厢门，层门，开门，连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。234轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定235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额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。236电力拖动系统电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统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连。调速装置对拽引电机进行速度控制。237电气控制系统电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。238安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。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装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。24总体方案的确定电梯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。图31为电梯PLC控制系统的基本结构图，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。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。井道装置安全装置指层器调整器拖动控制触摸屏厅外呼梯输输入出PLC接接口口图2电梯PLC控制系统的基本结构图25设计思想251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32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、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。252电梯控制系统实现的功能电梯的控制系统实现如下功能1行车方向由内选信号决定,顺向优先执行2行车途中如遇呼梯信号时,顺向截车,反向不截车3内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除。4内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示5停层时可延时自动开门、手动开门、关门过程中本层顺向呼梯开门6有内选信号时延时自动关门,关门后延时自动行车7无内选时延时5S自动关门，但不能自动行车8行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。输输入出PLC接接口口安全保护信号触摸屏信号外指令信号光电脉冲呼梯信号指示楼层显示运行方向指示报警信号开关门控制门区域平层信号拖动控制系统开关门信号图3电梯PLC信号控制系统图3电梯控制硬件系统的选型31PLC的选型在PLC系统设计时，确定控制方案之后，下一步就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据要求，估算输入输出点数、所需存储容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。运行控制信号运行方式选择311输入输出（I/O）点数的估算表1I/O分配表X0编码器的脉冲输入Y0开门继电器X1开门按钮Y1关门继电器X2关门按钮Y2上行（正转启动STF）X3开门到位（传感器）Y3下行（反转启动STR）X4关门到位（传感器）Y4高速RHX5红外传感器（左）Y5中速RMX6红外传感器（右）Y6低速RLX7报警按钮Y7X10超重传感器Y10报警X111楼上行按钮Y11超重指示灯X122楼上行按钮Y121楼指示灯X132楼下行按钮Y132楼指示灯X143楼上行按钮Y143楼指示灯X153楼下行按钮Y154楼指示灯X164楼下行按钮Y161楼上行指示灯X17Y172楼上行指示灯X20Y202楼下行指示灯X21Y213楼上行指示灯X22Y223楼下行指示灯X23Y234楼下行指示灯X24Y24上行指示灯X25Y25下行指示灯I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，在增加1020的可扩展余量后，作为输入输出点数进行估算数据。实际订货时还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行调整。根据估算方法故本课题I/O点数为输入24点，输出24点。312存储器容量的估算程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一点的估算，通常采用存储器容量的估算来代替。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总数字（16位为一个字），另外再按次数的25考虑余量。因此本课题的PLC内存容量选择应能存储2000条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。313机型的选择FX2N48MR型号的可编程控制器具有24点输入及24点输出点，程式容量8000步内置；三菱FX2N48MR001具有的特点1、系统配置即固定又灵活；2、编程简单；3、备有可自由选择，丰富的品种；4、令人放心的高性能；5、高速运算；6、使用于多种特殊用途；7、外部机器通讯简单化；8、共同的外部设备。据I/O点数、存储器的容量以及PLC功能的选择，我们决定选择三菱公司生产的FX2N48MR001型号的可编程控制作为电梯的控制器。图4FX2N48MR的外形图32电机的选型321主电机的选型7曳引式电梯曳引驱动关系如图33所示。安装在机房的电动机与减速箱、制动器等组成曳引机，是曳引驱动的动力。曳引钢丝绳通过曳引轮一端连接轿厢，一端连接对重装置。为使井道中的轿厢与对重各自沿井道中导轨运行而不相蹭，曳引机上放置一导向轮使二者分开。轿厢与对重装置的重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮槽内产生摩擦力。这样，电动机转动带动曳引轮转动，驱动钢丝绳，拖动轿厢和对重作相对运动。即轿厢上升，对重下降；对重上升，轿厢下降。于是，轿厢在井道中沿导轨上、下往复运行，电梯执行垂直运送任务。图5曳引式电梯曳引驱动关系轿厢与对重能作相对运动是靠曳引绳和曳引轮间的摩擦力来实现的。这种力就叫曳引力或驱动力。运行中电梯轿厢的载荷和轿厢的位置以及运行方向都在变化。为使电梯在各种情况下都有足够的曳引力，国家标准GB75881995电梯制造与安装安全规范规定曳引条件必须满足T1/T2C1C2EF（1）式中T1/T2为载有125额定载荷的轿厢位于最低层站及空轿厢位于最高层站的两种情况下，曳引轮两边的曳引绳较大静拉力与较小静拉力之比。C1与加速度、减速度及电梯特殊安装情况有关的系数，一般称为动力系数C2由于磨损导致曳引轮槽断面变化的影响系数（对半圆或切口槽C21，对V型槽C212）。EF中，F为曳引绳在曳引槽中的当量摩擦系数，为曳引绳在曳引导轮上的包角。EF称为曳引系数。它限定了T1/T2的比值，EF越大，则表明了T1/T2允许值和T1T2允许值越大，也就表明电梯曳引能力越大。因此，一台电梯的曳引系数代表了该台电梯的曳引能力。曳引机是电梯的动力设备，又称电梯主机。功能是输送与传递动力使电梯运行。它由电动机、制动器、联轴器、减速箱、曳引轮、机架和导向轮及附属盘车手轮等组成。导向轮一般装在机架或机架下的承重梁上。盘车手轮有的固定在电机轴上，也有平时挂在附近墙上，使用时再套在电机轴上。电梯曳引电机特点电梯是典型的位能性负载，根据电梯的工作特性，电动机应有如下性质（1）能频繁地起动和制动，起动电流较小（2）电机运行噪音低，电动机散热好此外，曳引电动机具备两个轴伸端其一端为传动端与减速器耦合，另一端为非传动端，通常装有飞轮。用于增加运动系统的传动惯量。改善起动过程乘坐舒适感，并兼做盘车手轮。表2YJF2502000VVVF变频电梯曳引机技术参数主电机型号YTF160TVF6主电机功率11KW主电机转速960RPM主电机电流26A速比512主电机电压380V曳引比21额定载重1500KG主机重量870KG根据以上信息我们决定选用YJF2502000VVVF变频电梯曳引机，外形图如下图6YJF2502000VVVF变频电梯曳引机322门机的选型电梯门机，是一个负责启、闭电梯厅轿门的机构，当其受到电梯开、关门信号，电梯门机通过自带的控制系统控制开门电机，将电机产生的力矩转变为一个特定方向的力，关闭或打开门。当阻止关门力大于150N的时候，门机自动停止关门，并反向打开门，起到一定程度的关门保护作用。电梯门机马达，是安装在电梯门上的控制电梯门开和关的一个传动装置。有些马达本身没有控制功能，需要借助变频器和编码器实现其运转。现在市场上普遍存在三种形式的电机，永磁同步电梯门机，交流门机和直流门机。以下是这三种电机门机的对比表表3电机对比表交流永磁同步交流异步直流电机直接驱动可以不可以，需要减速机构不可以，需要减速机构调速点64小于等于4速度曲线平滑不平滑不平滑门宽自学习可以开环时不可以开环时不可以变压器整流器不需要不需要需要零速时恒转矩能不能不能限位开关不需要需要需要安装结构简单复杂复杂故障率低高高噪音低高高体积小中大综上所述，考虑到经济方面的实惠性，我们决定选择海迅电机公司的TDY50型号的交流永磁同步门机，下表是TDY50门机参数表4TDY50门机参数型号TDY50额定功率4W额定电压12400V额定转速2540RMP外形尺寸50MM额定转矩058NM产品类型永磁同步电动机图7TDY50门机外形图8门机主接线图33变频器的选型变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。电梯的调速是由变频器接受各种指令信号来完成的。电机转速的稳定是由编码器与变频器构成闭环控制实现的。同时，编码器的脉冲信号也是可以监视电梯速度的，所以有的电梯控制主板会有电梯速度监控。根据PLC的型号我们决定选择三菱FRE54004KCH变频器5。图9三菱FRE54004KCH变频器的实物图图10E540外部接线图341编码器的选择编码器4是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。电梯速度监控原理是这样的编码器码盘比如说转一周（也就是电梯曳引电机转一周）是1024个脉冲。再测量曳引电机转一周电梯所移动的距离，假定为L。在通过L除以1024得出一个脉冲的电梯实际位移量D。这样通过码盘每秒转动的脉冲量乘以一个脉冲的电梯实际位移量D,就是电梯每秒的速度V/S，这样通过程序整定就可以监控电梯实际位移量也就是速度了。HFKD1002500PR型号的编码器在经济方面比较适当，在功能方面也齐全。具体参数有电源DC24V图11HFKD1002500PR编码器35传感器的选型电梯的安全运行离不开传感器，电梯里主要的传感器有可以避免超重用的称重传感器、以防被门夹红外对射感应器、开关门到位传感器、楼层传感器、平层传感器。351称重传感器的选型称重传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阴应变式等8类。EMKHDJD电梯称重传感器的工作原理接近传感器内的霍尔器件感应到磁钢所产生的磁场，改变磁钢和传感器间的位移使通过霍尔器件的磁场强度发生变化，当变化量达到一定数值时控制继电器输出开关信号，按此原理当重量值达到或超过其额定载荷时，就能输出开关信号，阻止设备继续运行。工作电压在5V30VDC，因此可以接24VDC电源。图12EMKHDJD电梯称重传感器352红外对射感应器的选型红外对射感应器次名光幕,一边门装发射极,一边装接收极,当中间光束被挡,接收极收不到发射的光束,就反应到控制器再反应到电梯主板,就开门，接到就关门。MF640电梯门光幕具有产品外形美观，安装简单、方便，质量稳定、可靠，通过抗强电磁干扰、防强光干扰、防尘等一系列试验均能达到良好效果，并且价格适宜。表5MF640电梯门光幕的技术参数光束数128或94或64有效检测距离04000MM有效检测区域1600最大横向允许偏差20MM最大纵向允许偏差3MM响应时间01秒警示延时30S输入电压AC220V15输出1常开，1常闭工作环境温度3050摄氏度图13MF640电梯门光幕353限位开关的选型开关门到位传感器、楼层传感器、平层传感器这些传感器用限位开关就可以实现传感器的功能。限位开关又称行程开关，可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和电机。表6施德利LSA013限位开关参数型号LSA013额定电压AC220V工作行程10MM额定电流10A超行程15MM开关类型常开图14LSA013限位开关355触摸屏的选型触摸屏5显示器可以让使用者只要用手指轻轻地碰显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，这样摆脱了键盘和鼠标操作，使人机交互更为直截了当。触摸屏主要分为电容式触控屏、电阻式触控屏、红外线式触摸屏和表面声波触摸屏四类。三菱GT1275VNBAC电阻式触摸屏。具体参数如下104英寸TFT，分辨率640480，256色TFT显示，内置3MB标准内存。电阻式触摸屏工作在与外界完全隔离的环境中，它不怕灰尘、水气和油污，可以用任何物体来触摸，比较适合工业控制领域使用等的优点。为方便接线，经济性考虑，选择电源规格为AC100240V的GT1275VNBAC触摸屏，如表4所示。GT1275VNBAC的通讯口为RS422/485，考虑到FX2N80MR没有RS422/485通讯口，故还需选取三菱PLCFX2N专用422接口通讯扩展板FX2N422BD。表7电源为AC100240V的GT1275VNBAC输入电源电压AC100240V（10，15）输入频率数50/60HZ5输入最大功率44VA（最大负荷时）消耗功率18W以下背光灯熄灭时15W以下冲击电流40A以下（4MS）（最大负荷时）允许瞬停时间20MS以内（AC100V以上）抗干扰性能干扰电压1500VP，干扰幅1S由干扰频率数2560HZ的干扰模拟器可承受电压电源端子接地之间AC1500V1分钟内绝缘电阻电源端子接地之间DC500V绝缘电阻10M以上适合电线尺寸0752（MM2）适合压接端子M3螺栓用的压接端子RAV1253，V2S33，V2N3A，FV2N3A适合紧固扭矩0508NM36电气元件部分的选型361交流接触器与热继电器的选型交流接触器主要由四部分组成1电磁系统,包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；2触头系统,包括三组主触头和一至两组常开、常闭辅助触头,它和动铁芯是连在一起互相联动的；3灭弧装置,一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置,以便迅速切断电弧,免于烧坏主触头；4绝缘外壳及附件,各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。交流接触器的工作原理当线圈通电时,静铁芯产生电磁吸力,将动铁芯吸合,由于触头系统是与动铁芯联动的,因此动铁芯带动三条动触片同时动作,主触点闭合,和主触点机械相连的辅助常闭触点断开，辅助常开触点闭合，从而接通电源。当线圈断电时,吸力消失,动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离,使主触头断开,和主触点机械相连的辅助常闭触点闭合，辅助常开触点断开，从而切断电源。热继电器的工作原理是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。交流接触器与热继电器具有配套生产这种情况，而配套生产的交流接触器与热继电器可以直插安装达到减少连接线路、减少触点接触不良的概率等的优势，并且本设计的主电机和门机选用的都是380V电压，需要至少有一个常闭触点来实现互锁功能，所以本设计选用施耐德公司生产的型号为LC1E0610的交流接触器及热继电器，交流接触器额定电压为380V，额定电流为6A，热继电器保护范围01104A，整定值为30A。图15LC1E0610的外形362断路器与熔断器的选型（1）通过查阅ABB低压断路器选型手册，根据所选用电机的功率和额定电流对电机选用的断路器为T2S160MF4/52，整定脱扣电流为52A，额定电流为4A。（2）电动机保护熔断器的额定电流约为电动机额定电流的1215倍。主电机的额定电流为26A，通过查阅熔断器选型手册开尔泰NH000型号的熔断器的额定电压为380V额定电流32，分断能力100KA。（3）线路保护熔断器额定电流约为线路电流的125倍，线路电流为315A所以保护线路熔断值为3937A通过查阅熔断器选型手册开尔泰NH000额定电流为40A，分断能力100KA。363报警喇叭及指示灯的选型警报喇叭选用额定电压为24VDC的韩荣HY30624蜂鸣警报器，额定功率为4W，额定电流1667MA。指示灯