多层电梯的PLC控制系统设计

1、毕 业 设 计（论文） （说 明 书） 题 目： 多层电梯的 plc 控制系统设计 姓 名： 刘 青 松 学 号： 20112004896 平顶山工业职业技术学院 2013 年 10 月 21 日 平顶山工业职业技术学院 毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 姓 名 刘 青 松 专业班级 11 级矿山机电（对口）二班 任 务 下 达 日 期 2013 年 10 月 1 日 设计（论文）开始日期 2013 年 10 月 7 日 设计（论文）完成日期 年 月 日 设计（论文）题目： 多层电梯的 plc 控制系统设计 指 导 教 师 孙慧峰 系（部） 主 任 郭宗跃 2013 年 10 月 21 日

2、 平顶山工业职业技术学院 毕业设计（论文）答辩委员会记录 电力工程 学院 xxxxx 专业，学生 xxx 于 2013 年 6 月 10 日 进行了毕业设计（论文）答辩。 设计题目： xxxxxxxxxxxx 专题（论文）题目： xxxxxxxxxx 指导老师： xxx 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况， 经答辩委员会讨论评定，给予学生 xxx 毕业设计（论文）成绩为 。 答辩委员会 人，出席 人 答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， , 。 平顶山工业职业技术学院 毕业设计（论文）评语 第 页 共 页 学生姓

3、名： xxx 专业班级 xxxxx 年级 2010 级 毕业设计（论文）题目： xxxxxxxxxxxx 评 阅 人： 指导教师： xxxx （签字） xxx 年 xxx 月 xxx 日 成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日 毕业设计（论文）及答辩评语： 摘 要 随着社会的发展和科技的进步，人们的生活生产也发生了日新月异的变化，电梯 已经成为了各大城市不可取少的工具。尤其是在物质和精神需求不断增长的今天，电 梯已经不仅仅是一种代步工具，在许多大型城市，它已经衍生出了各种各样的产品。 而现代电梯所包含的科技和技术亦是前所未有的，计算机、自动控制和电力电子等新 兴技术在电梯的制造中都有所

4、体现。现如今比较常见的电梯大多由 plc 代替原来的继 电器进行逻辑控制，在调速方面也大多使用快捷稳定的变频器进行控制。 本次设计根据当今世界科技的发展趋势，将可编程序控制器（plc）和变频器进行 结合，通过合理的设计完成对电梯系统的控制，在可靠性，灵活性以及安全保护方面 都有所提高。并且将乘坐时的舒适感也考虑到了设计当中，使得电梯达到了比较理想 的水平。本设计所制造的电梯具有厅内外召唤、选层、楼层显示和警铃提醒等功能。 本设计分析介绍了电梯的基本结构，阐述了电梯的工作原理，并且对 plc 程序的 分析和设计进行了重点编写。整体大致分为硬件设计和软件设计两部分，并在论文的 最后对电梯的发展进行

5、了总结和展望。 关键词：关键词：电梯，plc，变频器调速，梯形图 目录 摘摘 要要 .i i 目录目录 .iiii 第一章第一章 绪绪 论论 .1 1 1.1 设计背景.1 1.2 发展现状.2 1.3 发展趋势.4 1.4 电梯系统的简介 .7 1.4.1 结构原理 .7 1.4.2 拖动方式分析 .9 第二章第二章 控制方案分析与确定控制方案分析与确定 .1313 2.1 设计任务.13 2.2 控制要求.14 2.3 控制方案.15 第三章第三章 硬件设计硬件设计 .2121 3.1 主电路设计.21 3.2 控制电路设计.22 3.3 主要元部件选型.22 第四章第四章 软件设计软件设

6、计 .2424 4.1 电梯运行流程图 .24 4.2 电梯开关门流程图 .25 4.3 梯形图.26 4.3.1 外召唤信号登记及消除 .26 4.3.2 内指令信号登记和消除.26 4.3.3 轿厢上行.27 4.3.4 电梯下行.27 4.3.5 电梯故障警铃和检修 .28 4.3.6 内指令外召唤信号的保持.28 4.3.7 各楼层停车信号.29 4.3.8 自动开关门.29 4.4 语句表.30 4.4.1 外召唤信号登记及消除 .30 4.4.2 内指令信号登记和消除.31 4.4.3 轿厢上行.32 4.4.4 电梯下行.33 4.4.5 电梯故障警铃和检修 .33 4.4.6

7、内指令外召唤信号的保持.33 4.4.7 各楼层停车信号.35 4.4.8 自动开关门信号.36 第五章第五章 总结总结 .3737 参考文献参考文献 .3939 第一章 绪 论 1.1 设计背景设计背景 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。

8、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

9、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。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。 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

10、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

11、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

12、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 1.2 发展现状发展现状 升降工具在人类的历史上已经存在并应用了几千年，但驱动力一般是人力或畜力， 直到 1889 年，升降机开始采用电力驱动，才真正出现了电梯。电梯在驱动控制技术方 面的发展经历了直流电机驱动控制，交流单速电机驱动控制，交流双速电机驱动控制， 直流有无齿轮、无齿轮调速驱动控制，交流调压调速驱动控制，交流变压变频调速驱 动控制，交流永磁同步电

13、机变频调速驱动控制等阶段。 19 世纪末,采用沃德-伦纳德系统驱动控制的直流电梯出现，使电梯的运行性能明 显改善。20 世纪初，开始出现交流感应电动机驱动的电梯，后来槽轮式（即曳引式） 驱动的电梯代替了鼓轮卷筒式驱动的电梯，为长行程和具有高度安全性的现代电梯奠 定了基础。20 世纪上半叶，直流调速系统在中、高速电梯中占有较大比例。 1967 年，晶闸管用于电梯驱动，交流调压调速驱动控制的电梯出现。1983 年，变 压变频控制的电梯出现，由于其良好的调速性能、舒适感和节能等特点迅速成为电梯 的主流产品。 1996 年，交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯出现，电梯技术又一次革 新。由于曳引机

14、和控制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大 楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。这种电梯还具有节能、无油污染、 免维护和安全性高等特点。 电梯在操纵控制方式方面的发展经历了手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集 选控制等过程，对于多台电梯出现了并联控制、智能群控。如今，世界各国的电梯公 司还在不断地进行电梯新品的研发、维修保养服务系统的完善，力求满足人们的对现 代建筑交通日益增长的需求。 电梯进入中国市场已有一百多年的历史，但真正中国自主研究电梯是在建国以后。 1979 年以前，建国以来 30 年间，全国生产安装电梯约 1 万台。这些电梯主要是直流电 梯和交流双速电梯

15、。中国电梯产业在引入外资后才进入了真正的大发展阶段，中国电 梯产业在 80 年代以后发展史可以说就是一部外资引进的发展史，从外资进入中国电梯 行业的进程来看，中外电梯合资企业大体经历了如下四次发展阶段：中外合资中方控 股、外方逐渐开始控股、基本由外方控股、全部为外方控股或独资。所以中国的电梯 在技术方面一直没有自己的突破，所有的技术和大部分的设备都是依赖国外的大型电 梯公司。 2000 年 5 月，迅达电梯公司发布 eurolift 无机房电梯。它采用高强度无钢丝绳芯 的合成纤维曳引绳“schindleraramid”牵引轿厢。永磁电机无齿轮曳引机驱动。 2000 年，奥的斯公司发布 gen2

16、 无机房电梯。它采用扁平的钢丝绳加固胶带牵引 轿厢，钢丝绳加固胶带（外面包裹着聚氨酯材料）柔性好。无齿轮曳引机呈细长形， 体积小，很容易安装在井道顶部侧面的钢梁上。 2002 年，正在建设中预计 2004 年竣工的台北国际金融中心大厦将安装日本东芝电 梯公司速度为 1010m/min（16.8m/s）的超高速电梯。该电梯采用超大容量电动机、高 性能的微处理器、减振技术、新式滚轮导靴和安全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓 解和噪声抑制系统等以实现在安全稳定的前提下进行超高速运行。 2008 年，日立电梯在廊坊国际电梯展会上推出的“环保电梯”是真正意义上的 “低碳节能”的环境友好型电梯，创立了低碳电

17、梯的新标准。通过变频空调和空气洁 净器的应用，使轿厢空气更流通、更清新。而能量再生技术、无段速技术等节能技术 的应用，使日立电梯更加节省能源，减少碳排放。 2008 年，科威嵌入式电梯控制器以其独有的能用梯形图编程、兼容三菱 plc 指令 及编程环境、可自由组态显示、完全嵌入式结构设计、独特的程序加密方法，成为了 关注的焦点。它独特的嵌入式电梯控制器可以让消费者通过梯形图语言设置自己需要 的参数。 1.3 发展趋势发展趋势 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

18、，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

19、“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)智能化。我们这罩所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。传统的 智能控制是一种技术的事先安排，说到底是一种程序控制，是一种周期性的系统自动 控制，实际上还算不上智能。而真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的 人工智能的所有优点，而且还有传统的人工智能无法比拟的东西，

20、具有动念和随机处 理各种问题的能力，诸如能根据轿厢内的情况和各层的候梯信息，自动地制定每次最 优的运动速度和停车政策；自动选择运动方面；双向语音交流；到达目的层的语音提 示等，让乘客有更多的主动性，使大楼交通运输实现真正的人机对话。智能化要求电 梯有自动安全检测功能，让电梯自己能够检测到电梯的故障所在，并及时报警予以排 除。 (2)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，

21、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。 (3)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，

22、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

23、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

24、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。 1.4 电梯系统的简介电梯系统的简介 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。 1.4.1 结构原理 电梯的结构及组成部件 电梯是机电一体化产品。分为机械部分，电气部分和控制部分。各部分通过控制

25、 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。 （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，导向轮和反绳轮组成。曳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。曳引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝 绳和曳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

26、型还可以增加曳引力。 （2）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。 （3）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。 （4）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 （5）重

27、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。 （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，它的作 用是对电梯进行速度控制。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 曳引电机进行速度控制。 （7）电气控制系统 电梯的电气控制系统由控制装置，操纵

28、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，厅门指示灯用箭头指 示电梯运行方向。 （8）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

29、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。 1.4.2 拖动方式分析 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。 1.4.3 控制方式分析 随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，由于变频调速 的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。目前有为电梯控制

30、而设 计的专用变频器早已问世，其功能较强，使用灵活，但价格相对较贵。因此，本设计 没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器通过合理的配置、设计和编程，同样可 以达到专用变频器的控制效果。这是本设计的特点之一。 目前，市场流行的通用变频器的种类繁多，而电梯行业中使用的变频器的品牌也 不少，其控制系统的结构也不尽相同，但其总的控制思想却是大同小异。 1.通用变频器 上个世纪 80 年代初，通用变频器实现了商品化。在近 20 年的时间内，经历了由 模拟控制到全数字控制和由采用 bjt 到采用 igbt 两个大发展过程： (1)容量不断扩大 80 年代初采用的 bjt 的 pwm 变频器实现了通用化。

31、到了 90 年代初，bjt 通用变 频器的容量达到了 600kva, 400kva 以下的已经系列化。现在 igbt 变频器的单机容 量已 1800kva，随着 igbt 容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。 (2)结构的小型化 变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路和全数字控制 技术，结构设计上采用平面安装技术等一系列措施，促进了变频电源装置的小型化的 发展。 (3)多功能和智能化 电力电子器件和控制技术的不断进步，使变频器向多功能化和高性能化方向发展。 特别是微机的应用，为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证。人们总结了交 流调速电气传动控制的大量实践经验，并

32、不断融入软件功能。日益丰富的软件功能使 通用变频器的多功能化和高性能化为用户提供了一种可能，即可以把原有生产机械的 工艺水平升级，达到以往无法达到的境界，使其变成一种具有高度软件控制功能的新 机种。 (4)应用领域不断扩大 通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制，直到全数字控制的演变， 逐步地实现了多功能化和高性能化，进而使之对各类生产机械、各类生产工艺的适应 性不断增强。 2.安川 vs-616g5 型变频器 电梯的调度要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是 选择中的一项重要内容。本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速 度曲线运行，以改善电梯运行

33、的舒适感；另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑 物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。 本次毕业设计采用安川 vs-616g5 型全数字变频器。它具有磁通矢量控制、转差 补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机 效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。而且，vs- 616g5 变频器的启动、制动具有可任意调节的 s 曲线和零频仍可输出 150%力矩的特点， 配以高精度的旋转编码器，控制精度可达 0. 010. 02%，使得电梯运行舒适感好，零 速抱闸，平层精度高。无须配专用电机，可自学习所配电机的各个参数，精确控制任

34、何品牌的电机。采用高性能 igbt，载波频率 20khz，从而使变频器输出一个不失真 的正弦流波形，使电机始终运行于静噪音状态。 vs-616g5 型变频器是安川电机公司面向世界推出的通用型变频器。这种变频器不 仅考虑了 v/f 控制，而且还实现了矢量控制，通过其本身的自动调谐功能与无速度传 感器电流矢量控制，很容易得到高起动转矩与较高的调速围。vs-616g5 变频器的特点 如下: (1)包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。 (2)有丰富的内藏与选择功能。 (3)由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。 (4)保护功能完善、维修性能好。 (5)通过 lcd 操作装置，可提

35、高操作性能。 表 3-1 vs616g5 型变频器标准规格 最大输出电 压 3 相,200/208/220/230v(对应于输入电 压) 额定输出频 率 最大 400hz 输 出特 性 额定输入电 压和 频率 3 相，200/208/220v 50hz 200/208/220/230v 60hz 允许电压波 动 +10%，-15% 22 0v 级 电 源 允许频率波 动 5% 最大输出电 压 3 相,380/400/415/440/460v(对应输入电 压) 额定输出频 率 最大 400hz 输 出特 性 额定输入电 压和 频率 3 相,380/400/415/440/460v 50-60hz

36、 允许电压波 动 +10%，-15% 40 0v 级 电 源 允许频率波 动 5% 控制方式正弦波 pwm (v/f 控制、带 pg 反馈 v/f 控制、开、闭环矢量控制 4 种控制方式 任选性) 启动力矩150%/1hz(带 pg, 150%/ormin) 速度控制范围1:100(带 pg, 1:1000) 速度控制精度0. 2%(带 pg，0. 02%) 速度响应5hz(带 pg, 30hz) 力矩限制可采用(参数设定：4 级可变) 力矩精度5% 力矩响应20hz(带 pg, 40hz) 频率控制范围0. 1400hz 数字指令:0. 01% ( -10 0c+40 ) 控 制 特 性 频

37、率控制精度 模拟指令:0.1% (25010 ) 第二章 控制方案分析与确定 2.1 设计任务设计任务 整体设计方案如图 2-1 所示。 图 3-1 整体设计方案图 2.2 控制要求控制要求 （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

38、时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。 （9）电梯系统发生故障时，停止运行，并且警铃发出警报。 图 3-1 plc 控制系统基本结构图 当电梯正常工作时，可以由轿厢操纵盘和厅外呼梯对 plc 发出指令，plc 经过分 析指令进行逻辑判断，确定运行方向，开关门和停机，并且控制指层器和拖动系统做 出相应动作。安全装置可以确保轿厢正常运行和乘客、货物的安全。井道装置是轿厢 运行所连接的外部机械装置。 2.3 控制方案控制方案 通过手动编程器输入 plc，在操作中主要是熟悉 fx 系列可编程控制的功能、指 轿厢操纵盘厅外呼梯 安全装置 井道装置 输入 plc 输出 接口 接口 指层器 拖动控制

39、令代码。将编程器插在基本单元上，将基本单元与编程器置于编程状态，然后消除用 户程序存储器，输入控制程序。 正常情况下程序调试 先按 i/o 接口图接好线，输入正常情况下的程序指令，启动运行。 过程分析 电梯在一、二、三、四层楼分别设置一个行程开关，在轿箱内设置四个楼层内选 按钮。在行程开关 sq1、sq2、sq3、sq4 都断开的情况下，呼叫不起作用。 用指示灯来模拟电梯的运行过程 从一层到二层： 接通 x012 即接通 sq1，表示轿箱原停楼层 1，按 s2，即 x002 接通一下，表示呼 叫楼层 2，则 y010 接通，二层内选指示灯 sel2 亮，y005 接通，表示电梯上升。断开 sq

40、1，一层指示灯 l1 亮，过 2 秒后，一层指示灯 l1 灭、二层指示灯 l2 亮。直至 sq2 接通，y010 断开（二层内选指示灯 sel2 灭） ，y005 断开（表示电梯上升停止） ，二层 指示灯 l2 灭，电梯到达二层。 在轿箱原停楼层为 1 时，按 up2，电梯运行过程同上。 从一层到三层： 接通 x012 即接通 sq1，表示轿箱原停楼层 1，按 s3，即 x001 接通一下，表示呼 叫楼层 3，则 y007 接通，三层内选指示灯 sel3 亮，y005 接通，表示电梯上升。断开 sq1，一层指示灯 l1 亮，过 2 秒后，一层指示灯 l1 灭、二层指示灯 l2 亮；过 2 秒后

41、， 二层指示灯 l2 灭、三层指示灯 l3 亮。直至 sq3 接通，y007 断开（三层内选指示灯 sel3 灭） ，y005 断开（表示电梯上升停止） ，三层指示灯 l3 灭，电梯到达三层。 在轿箱原停楼层为 1 时，按 up3，电梯运行过程同上。 从一层到四层： 接通 x012 即接通 sq1，表示轿箱原停楼层 1，按 s4，即 x000 接通一下，表示呼 叫楼层 4，则 y006 接通，四层内选指示灯 sel4 亮，y005 接通，表示电梯上升。断开 sq1，一层指示灯 l1 亮，过 2 秒后，一层指示灯 l1 灭、二层指示灯 l2 亮；过 2 秒后， 二层指示灯 l2 灭、三层指示灯

42、l3 亮；过 2 秒后，三层指示灯 l3 灭、四层指示灯 l4 亮。直至 sq4 接通，y006 断开（四层内选指示灯 sel4 灭） ，y005 断开（表示电梯上 升停止） ，四层指示灯 l4 灭，电梯到达四层。 在轿箱原停楼层为 1 时，按 dn4，电梯运行过程同上。 从二层到三层： 接通 x013 即接通 sq2，表示轿箱原停楼层 2，按 s3，即 x001 接通一下，表示呼 叫楼层 3，则 y007 接通，三层内选指示灯 sel3 亮，y005 接通，表示电梯上升。断开 sq2，二层指示灯 l2 亮，过 2 秒后，二层指示灯 l2 灭、三层指示灯 l3 亮。直至 sq3 接通，y007

43、 断开（三层内选指示灯 sel3 灭） ，y005 断开（表示电梯上升停止） ，三层 指示灯 l3 灭，电梯到达三层。 在轿箱原停楼层为 2 时，按 up3，电梯运行过程同上。 二层到四层： 接通 x013 即接通 sq2，表示轿箱原停楼层 2，按 s4，即 x000 接通一下，表示呼 叫楼层 4，则 y006 接通，四层内选指示灯 sel4 亮，y005 接通，表示电梯上升。断开 sq2，二层指示灯 l2 亮，过 2 秒后，二层指示灯 l2 灭、三层指示灯 l3 亮；过 2 秒后， 三层指示灯 l3 灭、四层指示灯 l4 亮。直至 sq4 接通，y006 断开（四层内选指示灯 sel4 灭）

44、 ，y005 断开（表示电梯上升停止） ，四层指示灯 l4 灭，电梯到达四层。 在轿箱原停楼层为 2 时，按 dn4，电梯运行过程同上。 从三层到四层： 接通 x014 即接通 sq3，表示轿箱原停楼层 3，按 s4，即 x000 接通一下，表示呼 叫楼层 4，则 y006 接通，四层内选指示灯 sel4 亮，y005 接通，表示电梯上升。断开 sq3，三层指示灯 l3 亮，过 2 秒后，三层指示灯 l3 灭、四层指示灯 l4 亮。直至 sq4 接通，y006 断开（四层内选指示灯 sel4 灭） ，y005 断开（表示电梯上升停止） ，四层 指示灯 l4 灭，电梯到达四层。 在轿箱原停楼层为

45、 3 时，按 dn4，电梯运行过程同上。 四层到三层： 接通 x015 即接通 sq4，表示轿箱原停楼层 4，按 s3，即 x001 接通一下，表示呼 叫楼层 3，则 y007 接通，三层内选指示灯 sel3 亮，y004 接通，表示电梯下降。断开 sq4，四层指示灯 l4 亮，过 2 秒后，四层指示灯 l4 灭、三层指示灯 l3 亮。直至 sq3 接通，y007 断开（三层内选指示灯 sel3 灭） ，y004 断开（表示电梯下降停止） ，三层 指示灯 l3 灭，电梯到达三层。 在轿箱原停楼层为 4 时，按 dn3，电梯运行过程同上。 四层到二层： 接通 x015 即接通 sq4，表示轿箱原

46、停楼层 4，按 s2，即 x002 接通一下，表示呼 叫楼层 2，则 y010 接通，二层内选指示灯 sel2 亮，y004 接通，表示电梯下降。断开 sq4，四层指示灯 l4 亮，过 2 秒后，四层指示灯 l4 灭、三层指示灯 l3 亮，过 2 秒后， 三层指示灯 l3 灭、二层指示灯 l2 亮。直至 sq2 接通，y010 断开（二层内选指示灯 sel2 灭） ，y004 断开（表示电梯下降停止） ，二层指示灯 l2 灭，电梯到达二层。 在轿箱原停楼层为 4 时，按 dn2，电梯运行过程同上。 从四层到一层： 接通 x015 即接通 sq4，表示轿箱原停楼层 4，按 s1，即 x003 接

47、通一下，表示呼 叫楼层 1，则 y011 接通，一层内选指示灯 sel1 亮，y004 接通，表示电梯下降。断开 sq4，四层指示灯 l4 亮，过 2 秒后，四层指示灯 l4 灭、三层指示灯 l3；过 2 秒后， 三层指示灯 l3 灭、二层指示灯 l2 亮；过 2 秒后，二层指示灯 l2 灭、一层指示灯 l1 亮。直至 sq1 接通，y011 断开（一层内选指示灯 sel1 灭） ，y004 断开（表示电梯下 降停止） ，一层指示灯 l1 灭，电梯到达一层。 在轿箱原停楼层为 4 时，按 up1，电梯运行过程同上。 三层到二层： 接通 x014 即接通 sq3，表示轿箱原停楼层 3，按 s2，

48、即 x002 接通一下，表示呼 叫楼层 2，则 y010 接通，二层内选指示灯 sel2 亮，y004 接通，表示电梯下降。断开 sq3，三层指示灯 l3 亮，过 2 秒后，三层指示灯 l3 灭、二层指示灯 l2 亮。直至 sq2 接通，y010 断开（二层内选指示灯 sel2 灭） ，y004 断开（表示电梯下降停止） ，二层 指示灯 l2 灭，电梯到达二层。 在轿箱原停楼层为 3 时，按 dn2，电梯运行过程同上。 三层到一层： 接通 x014 即接通 sq3，表示轿箱原停楼层 3，按 s1，即 x003 接通一下，表示呼 叫楼层 1，则 y011 接通，一层内选指示灯 sel1 亮，y0

49、04 接通，表示电梯下降。断开 sq3，三层指示灯 l3 亮，过 2 秒后，三层指示灯 l3 灭、二层指示灯 l2 亮；过 2 秒后， 二层指示灯 l2 灭、一层指示灯 l1 亮。直至 sq1 接通，y011 断开（一层内选指示灯 sel1 灭） ，y004 断开（表示电梯下降停止） ，一层指示灯 l1 灭，电梯到达一层。 在轿箱原停楼层为 3 时，按 up1，电梯运行过程同上。 从二层到一层： 接通 x013 即接通 sq2，表示轿箱原停楼层 2，按 s1，即 x003 接通一下，表示呼 叫楼层 1，则 y011 接通，一层内选指示灯 sel1 亮，y004 接通，表示电梯下降。断开 sq2

50、，二层指示灯 l2 亮，过 2 秒后，二层指示灯 l2 灭、一层指示灯 l1 亮。直至 sq1 接通，y011 断开（一层内选指示灯 sel1 灭） ，y004 断开（表示电梯下降停止） ，一层 指示灯 l1 灭，电梯到达一层。 在轿箱原停楼层为 2 时，按 up1，电梯运行过程同上。 从一层到二、三、四层： 接通 x012 即接通 sq1，表示轿箱原停楼层 1，按 s2、s3、s4，即 x000、x001、x002 接通一下，表示呼叫楼层为 2、3、4，则 y010、y006、y007 接 通，二层内选指示灯 sel2、三层内选指示灯 sel3、四层内选指示灯 sel4 亮，y005 接通，

51、表示电梯上升。断开 sq1，一层指示灯 l1 亮，过 2 秒后，一层指示灯 l1 灭、 二层指示灯 l2 亮，过 2 秒后，二层指示灯 l2 灭、三层指示灯 l3 亮；sq3 闭合后， 三层指示灯 l3 灭、三层内选指示灯 sel3 灭，sq3 断开后，三层指示灯 l3 亮，过 2 秒后，三层指示灯 l3 灭、四层指示灯 l4 亮。直至 sq4 接通，y006 断开（四层内选 指示灯 sel4 灭） ，y004 断开（表示电梯上升停止） ，四层指示灯 l4 灭，电梯到达四 层。 在轿箱原停楼层为 1 时，按 up2、up3、dn4，电梯运行过程同上。 二层到三、四层： 接通 x013 即接通

52、sq2，表示轿箱原停楼层 2，按 s3、s4，即 x000、x001 接通 一下，表示呼叫楼层为 3、4，则 y006、y007 接通，三层内选指示灯 sel3、四层内选 指示灯 sel4 亮，y005 接通，表示电梯上升。断开 sq1，二层指示灯 l2 亮，过 2 秒 后，二层指示灯 l2 灭、三层指示灯 l3 亮；sq3 闭合后，三层指示灯 l3 灭、三层内 选指示灯 sel3 灭，sq3 断开后，三层指示灯 l3 亮，过 2 秒后，三层指示灯 l3 灭、 四层指示灯 l4 亮。直至 sq4 接通，y006 断开（四层内选指示灯 sel4 灭） ，y005 断 开（表示电梯上升停止） ，四

53、层指示灯 l4 灭，电梯到达四层。 在轿箱原停楼层为 2 时，按 up3、dn4，电梯运行过程同上。 从三层到二、一层： 接通 x014 即接通 sq3，表示轿箱原停楼层 3，按 s2、s1，即 x002、x003 接通 一下，表示呼叫楼层为 2、1，则 y010、y011 接通，二层内选指示灯 sel2、一层内选 指示灯 sel1 亮，y004 接通，表示电梯下降。断开 sq3，三层指示灯 l3 亮，过 2 秒 后，三层指示灯 l3 灭、二层指示灯 l2 亮；sq2 闭合后，二层指示灯 l2 后、二层内 选指示灯 sel2 灭，sq2 断开后，二层指示灯 l2 亮，过 2 秒后，二层指示灯

54、l2 灭、 一层指示灯 l1 亮。直至 sq1 接通，y011 断开（一层内选指示灯 sel1 灭） ，y004 断 开（表示电梯下降停止） ，一层指示灯 l1 灭，电梯到达一层。 在轿箱原停楼层为 3 时，按 dn2、up1，电梯运行过程同上。 四层到三、二、一层： 接通 x015 即接通 sq4，表示轿箱原停楼层 4，按 s1、s2、s3，即 x001、x002、x003 接通一下，表示呼叫楼层为 1、2、3，则 y007、y010、y011 接 通，一层内选指示灯 sel1、二层内选指示灯 sel2、三层内选指示灯 sel3 亮，y004 接通，表示电梯下降。断开 sq4，四层指示灯 l

55、4 亮，过 2 秒后，四层指示灯 l4 灭、 三层指示灯 l3 亮；sq3 闭合后，三层指示灯 l3 灭、三层内选指示灯 sel3 灭，sq3 断开后，三层指示灯 l3 亮，过 2 秒后，三层指示灯 l3 灭、二层指示灯 l2 亮；sq2 闭合后，二层指示灯 l2 灭、二层内选指示灯 sel2 灭，sq2 断开后，二层指示灯 l2 亮，过 2 秒后，二层指示灯 l2 灭、一层指示灯 l1 亮。直至 sq1 接通，y011 断开 （一层内选指示灯 sel1 灭） ，y004 断开（表示电梯下降停止） ，一层指示灯 l1 灭， 电梯到达一层。 在轿箱原停楼层为 4 时，按 up1、dn2、dn3，

56、电梯运行过程同上。 第三章 硬件设计 3.1 主电路设计主电路设计 本次设计的四层电梯控制系统主回路原理图如图 4-5 所示。电机通过 km1、km2 的闭合来实现正反转，从而实现电梯的上、下运行。fr1 为起过载保护作用的热继电 器，用于电梯运行过载时断开主电路。fu1 为熔断器，起过电流保护作用. 图 4-5 四层电梯控制主电路图 3.2 控制电路设计控制电路设计 3.3 主要元部件选型主要元部件选型 可编程控制器机型的选择 （1）输入/输出点的估算： 采用 plc 构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拖动， 电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮 sb1

57、1 和指示灯 h11，二层 有上升呼叫按钮 sb21 和指示灯 h21 以及下降呼叫按钮 sb22 和指示灯 h22，三层有上 升呼叫按钮 sb31 和指示灯 h31 以及下降呼叫按钮 sb32 和指示灯 h32，四层有下降呼 叫按钮 sb41 和指示灯 h41。一至四层有到位行程开关 st1st4。电梯内有一至四层 呼叫按钮 sb1sb4 和指示灯 h1h4；电梯开门和关门按钮 sb5 和 sb6，电梯开门 和关门分别通过电磁铁 ya1 和 ya2 控制，关门到位由行程开关 st5 检测。此外还有 电梯载重超限检测压力继电器 kp 以及故障报警电铃 ha。 输入点共有 20 个，输出点共有

58、15 个,总共 35 个。 （2） 内存容量的估算 用户控制程序所需内存容量与内存利用率、输入/输出点数、用户的程序编写水平 等因素有关。因此,在用户程序编写前只能根据输入/输出点数、控制系统的复杂程度进 行估算。本系统有开关量 i/o 总点数有 35 个，模拟量 i/o 数为 0 个。利用估算 plc 内 存总容量的计算公式: 所需总内存字数=开关量 i/o 总点数(1015)+模拟量 i/o 总点数(150250)再 按 30%左右预留余量。估算本系统需要约 1k 字节的内存容量。 综合 i/o 点数以及内存容量，s7200 的 cpu226 输入，输出点数为 2416，足 以满足要求。 第四章 软件设计 4.1 电梯运行流程图电梯运行流程图 （1）电梯运行流程图如图 5-1 所示 图 5-1 电梯运行流程图 （2）电梯运行流程图简要介绍： 首先判断电梯停在几楼，如果停在一楼，再判断 2、3、4 楼是否有信号，如果没 有信号，电梯停在一楼，如果有信号，电梯上升到相应的楼层，停止后判断电梯停在 哪一楼，判断有无上行或下行信号，如果只有一种，上行或下行