基于PLC高层电梯控制系统设计方案

1、基于 PLC高层电梯控制系统设计方案1.1 电梯的发展历史和发展趋势1785 年，英国出现了用蒸汽机驱动的升降机； 1900 年，以交流电动机传动的电梯 开始问世。 1902 年，瑞士的迅达公司研制成功了世界上第一台按钮式自动电梯， 采用全 自动的控制方式， 提高了电梯的输送能力和安全性。 1903 年，美国奥的斯公司生产了不 带减速器的无齿轮高速电梯，电梯传动机构采用曳引驱动代替以往的卷筒式，为当今高 层的大行程、高速度电梯奠定了基础； 1976 年，电梯上开始运用微处理机，之后随着大 功率晶体管模块的问世，以及微机及数字调节器技术的不断成熟，人们利用调节脉冲宽 度来调节电子逆变器，实现了对

2、电梯中电动机的调压调频（ VVVF），达到了线性调速的 目的；1990 年，电梯控制系统由并行信号传输向以串行为主的信号传输过渡， 提高了整 体系统的可靠性，为实现电梯的群控，智能化和远程监控提供了条件发展现状。1.1.1 电梯的发展历史电梯作为垂直方向的交通工具， 在高层建筑和公共场所已经成为重要的建筑设备而 不可或缺。随着计算机技术和电力电子技术的发展，现代电梯已经成为典型的机电一体 化产品。电梯技术的发展概况：1）电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。2）电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步 被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房

3、位置灵活等特点，使得在低楼层场合 得到愈来愈广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变频调速（ AC VP）发展成为调压调速（ AC VV）及调频调压调速（ AC VVVF），使得电梯的速度、 加速度、加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。3 ）电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器接触器控制发展为可编程序控制器 （PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、 群控等，电梯可靠性得到很大提高。4 ）电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足用户的使用 功能要求。如紧急停车操作、消防员专用、防捣乱系统等。5 ）机械传动方

4、面，由于国际上机械加工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮 传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。1.1.2 PLC 的发展趋势1 ）结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化。随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积 小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。同时，中国的电梯用户不但对产品质 量要求高，而且对新技术的接受很快，所以变频变压调速技术、无机房电梯、永磁同步 拖动技术、计算机控制技术、远程监控技术等推广迅速；随着我国城市化、城镇化和村 镇化建设步伐的加快，尤其是西部大开发战略的实施，住宅建设势头不减，商场、机场 和地铁项目明显增多，住宅

5、电梯、自动扶梯和自动人行道的需求量继续看好；电梯是一 种售后服务工作量特别大的机电产品，其使用可靠性不但取决于产品的制造与安装，而 且更大程度上取决于完善的维修与保养。 在用电梯总量的不断增加给维修服务业带来了 发展机遇；配套件的专业化生产对提高产品质量、降低生产成本具有十分积极的作用， 受到了许多电梯公司和维修保养单位的欢迎，仍然有发展空间 。2 ）技术含量更高，性能更好。电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的 VVVF电梯， 如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更 安全、更安静、更经济的特点， 所以永磁同步无齿轮曳引机逐步成为新

6、型曳引机的主流； 由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代 VVVF技术。另外，网络控制和智能群控系 统，以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。3）安装更方便、更快捷。 高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式；随着新 技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更 高。此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制，绿色环保安全、环保、节能、 舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。4）数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展 。 智能化模块主要有高速计数模块、定位控制模块、温度控制模块、闭环控制模块、以太 网通信模块和各

7、种现场总线协议通信模块等。从 1952 年美国麻省理工学院研制出第一 台试验性数控系统，到现在已走过了 51 年的历程。近 10年来，随着计算机技术的飞速 发展，各种不同层次的开放式数控系统应运而生，发展很快。目前正朝着标准化开放体 系结构的方向前进。1.2 课题意义和主要容1.2.1 课题意义和目的作为一名自动化专业即将毕业的学生学校要求有毕业设计， 大学四年学了许多的专 业课程，如：单片机原理、 DSP原理、 PLC原理及应用等等，我们在校期间学过 PLC这 名课程并且做过 PLC的实验和进行过 PLC的课程设计，对 PLC进行过系统的研究，所以 我选择的课题是基于 PLC的高层电梯控制系

8、统设计。 同时也是为了我们更适应以后的工 作，让我们学会查检资料、多方面的方案论证、图纸的绘制和控制线路连接。选择本课 题的意义在于大学四年的自动化专业学习将近结束了，在这四年的专业学习里，我基本 掌握了所学的基础知识，为了更具体的，全面的了解本人的专业技能掌握情况，也为了 给参加工作作铺垫，所以我选择此课题来进行考察。随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具 , 多层厂房和多层仓库需要有 货梯；高层住宅需要有住宅梯 ; 百货大楼和宾馆需要有客梯 , 自动扶梯等。在现代社会 , 电梯已像汽车、轮船一样 , 成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计 , 美国每天乘电梯 的人次多于乘载其它交通

9、工具的人数。当今 , 电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标 志之一。追溯电梯这种升降设备的历史，据说电梯起源于公元前 236 年的古希腊。当时 阿基米德设计一种人力驱动的卷筒式卷扬机，人们把它看成是现代电梯的鼻祖。 1858 年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现 , 继而有在英国出现水压梯。 1889 年美国的奥梯 斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力 , 这才出现名副其实的电梯 , 并使电梯趋于实 用化。 1900 年还出现了第一台自动扶梯。 1967 年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系 统筒化，性能提高。 1971 年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。 1976 年微处理机开始用

10、于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。本论文主要介绍电梯的发展状况，基本结构和控制要求，详细论述在电梯控制系统 的总体控制方案论证，硬件电路和控制程序的设计方面所做的工作。1.2.2 课题的主要容本课题通过比较、分析和论证，确定电梯的总体控制方案，软硬件协调综合分析及 硬件资源分配；硬件电路设计及元器件参数计算，选型；系统结构部分设计：控制柜、 层楼显示及呼叫、按键盒等，软件设计等，从而可编程交流双速电梯控制系统必须要安 全可靠地实现： 开门选层定向起动加速稳速运行减速爬行平层停靠 开门这一运行全过程，同时要求层站为六层；拖动电机交流变速双速电机（1000转/分，250转/ 分），运

11、行速度 1.0 米/ 秒；停靠误差为上下在 0.01米；可以有 / 无司机运行； 检修运行；消防运行及优级服务；自动开关门，自动平层；定时开关电梯，超时返回基 站；完善的状态指示及保护措施；便于维修。第 2 章 电梯系统的概述电梯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。2.1 电梯的用途根据轿厢选层指令和厅外的层楼召唤指令，集中进行综合分析处理，自

12、动选向并顺 向依次应答指令的高度自动控制功能。它能自动登记轿厢指令和厅外的层楼召唤指令， 自动关门起动运行，同向逐一应答；当无召唤指令时，电梯自动关门待机或自动返回基 站关门待机，当某一层楼有召唤信号时，再自动起动应答。根据电梯的用途可分为以下 几种：乘客电梯：为运送乘客而设计的电梯，应用围广泛。载货电梯：可以有人随乘，主要为运送货物而设计的电梯，应用在工厂厂房和仓库 中。客货电梯：以运送乘客为主，但也可以运送货物的电梯。病床电梯：为运送病床（包括病人）及医疗设备而设计的电梯，应用在医院和医疗 中心中。住宅电梯： 为便于运送乘客和家具、 沙发、担架等而设计的， 供住宅楼使用的电梯。 杂物电梯：

13、轿厢空间受限制，不允许人员进入，主要用于运送少量食品、图书和文 件等。汽车电梯：用作运送车辆而设计的电梯，应用在立体停车设备中。 特种电梯：应用在一些有特殊要求场合的电梯，包括防爆电梯、防腐电梯、船用电 梯等。观光电梯 ：井道和轿厢壁至少有一侧透明，乘客可观看轿厢外景物的电梯，主要 运送乘客。船用电梯 ：指供船舶上使用的电梯。通常用于大型轮船。自动扶梯 ：是安装在两个楼层之间，以运动的梯级运送乘客的倾斜式运输设备。倾斜角不大于 35 度。分为普通型和公共交通型。2.2 电梯的基本结构电梯总体结构：驱动系统、轿厢和对重装置、导向系统、门机系统、机械安全保护系统、厅外指示及呼叫装置、控制系统等 ,

14、如图1-1 所示。图 1-1 电梯总体结构图1）驱动部分驱动部分由曳引机（电动机、制动器、曳引轮） 、钢丝绳等组成，曳引机又称主机， 它是电梯的动力源分为有齿曳引机和无齿曳引机。它是曳引驱动的动力源 , 曳引钢丝绳 一端连接轿厢一端连接对重，通过电动机转动时曳引轮绳槽与钢丝绳的摩擦力，驱动轿 厢和对重沿轨道上下运行。2）轿厢和对重装置 轿厢由轿厢架、轿厢、轿壁及轿顶组成，对重装置由对重架、对重铁块组成，对重 铁块的重量要根据计算来确定，对重装置的过重或过轻都会影响整机性能和使用效果， 甚至造成冲顶或蹾底的事故。3）门机系统（轿门、厅门、开关门系统） 轿门也叫厢门，在轿厢靠近层门的侧面，主要形式

15、有左开门、右开门和中开门，层 门也叫厅门，在各层楼的停靠站，通向井道轿厢的入口处。电梯的层门是无动力的，轿 厢的轿门是由门电机驱动的。当电梯平层后，轿门门刀卡住层门，由门刀带动层门开关 门。其门围设有红外光幕保护或机械触板式门保护装置。 开关门系统就是控制电梯轿门、 层门的开启和关闭。4）导向系统 导向系统包括轿厢引导系统和对重引导系统两种，这两种系统均由导轨、导轨架和导靴 三种机件组成，每台电梯具有用于轿厢和对重装置的两组至少四列导轨。5）机械安全保护系统（1）轿厢超速保护装置 限速装置和安全钳就是为了防止轿厢和对重装置意外坠落的安全设施， 当轿厢下行速度 过大就会使限速器动作，通过机械保护

16、装置来卡住钢丝绳，制停电梯，另一方面会使安 全钳动作，切断曳引电机的交直流控制电源，使制动器制动，达到停止电梯的目的。（2）缓冲器 设在井道底坑的地面上，当发生某种原因导致轿厢或对重超越极限位置发生蹾底时， 用来吸收或消耗掉轿厢或对重装置动能的制动装置。（3）机械安全防护装置 是为了检修人员的安全而设置的安全措施，主要包括轿顶防护、轿厢护脚板、底坑对 重侧防护等。6）厅外指示及呼叫装置主要是给予乘客明确的指示和语音帮助， 如当电梯处于关闭、 暂停服务或维修状态下时， 能给予乘客明确的指示，也满足盲人和乘坐手动轮椅的乘客的使用要求，电梯的呼叫装 置有二种模式，可以通过钥匙开关来实现转换。7）控制

17、系统 主要由拖动部分、使用操作部分、井道信息采集部分等组成，拖动部分由曳引电机和控 制柜组成，操作部分由轿操作箱、厅外召唤箱和检修操作厢组成，井道信息采集部分由 换速平层传感器和限位开关组成。 22.3 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 减速器变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 减速器变速后，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。曳引式提升机构得到广泛应用在于其如下的优势：1）安全可靠：当轿厢或对重由于某种原因冲击底坑中的缓冲器时，曳引钢丝绳作 用在曳引轮绳槽中的压力消

18、失，曳引力随即消失，此时即使曳引机继续运转，也不致使 轿厢或对重继续向上运行，减少人员伤亡事故和财产损失的发生。2）提升高度大：采用曳引式提升机构则曳引钢丝绳的长度几乎不受限制，因此可 以适用于高层建筑的电梯。3）结构紧凑：采用曳引式驱动形式，避免了在卷筒方式中因曳引钢丝绳在卷筒上 缠绕导致卷筒直径过大、因卷筒直径变化导致曳引绳速度变化等问题（尤其在提升高度 很大时），而且采用多根钢丝绳保证高的安全系数得以实现，作到了曳引轮直径的减少 和整个提升机构更加紧凑。4）可以使用高转速电动机：当电梯额定速度一定的情况下，曳引轮直径越小，则 曳引轮转速越高，采用曳引式提升机构便于选用结构紧凑、价格便宜的

19、高转速电动机。手动工作方式是在编写有手动程序的条件下用手进行操作达到机械运动条件从而 实现的运动。简单来说就是用手进行操作实现的运动。报警装置应确保，即使是在进行维护时，通过报警过滤的完整报警信息也应被发送 直至确认。 如果在确认之前发送失败，再发送的延迟间隔时间应减少到最小，并与通 信网络相适应。如果通信网络的特性需要即使通信中断，在报警确认后，报警设备应不 得妨碍任何再发送。报警系统应能接收从救援服务组织发出的通信信息直到报警终止。 向传输器发送的报警信息应不得延迟，报警过滤时除外。 在确认和报警终止之间，应 将报警过滤旁路。 如在确认后通信中断，报警装置应停止自动再发送。电梯安全系统的短

20、路保护方法一般有 2 种，一种是通过电路上的设计实现保护， 它是将电梯安全线路即门联锁开关与门锁继电器串联组成的回路（简称门连锁回路） 、 急停回路采用同一交流 110V 电源，并将隔离变压器 110V的一个输出端接地，当开关触 点因而绝缘问题对地时，交流 110V 电源就被短路，电源断路器就会断路动作而达到保 护。另一种是在电梯的电气控制系统中安装一个电梯安全线路对地短路保护器，当被保 护的安全线路通过金属构件生产故障接地时，保护器输出回路就有一组常开/ 常闭信号输出，供 PLC或微机识别及执行，控制电梯停止运动。2.4 电梯参数1）对重装置 轿厢的对重装置分为机械式，橡胶块式和负重传感器式

21、。对重是曳引电梯不可缺少 的部件，它可以平衡轿厢的重量和部分电梯负载重量，减少电机功率的损耗。为了使对 重装置能对轿厢起最佳平衡作用， 在电梯安装调试时可以增减对重块来调整电梯的平衡 系数，必须正确计算出对重装置的总重量。总重量P=轿厢自重G+载客总重量 Q*平衡系数Kp（2-1）在本设计中一般情况选定载客量为 10人，按每人 80公斤计算。载客总重量为 800公 斤，轿厢自重为 2900千克，平衡系数取 0.5（一般为 0.45-0.5 ），那么总重量为 3300千克。2）驱动装置 曳引机是电梯的动力源分为有齿曳引机和无齿曳引机。有齿曳引机由交（直）流电 动机、曳引轮、制动器、减速机构等组成

22、。无齿曳引机与有齿曳引机的区别在于它没有 减速箱，电动机直接驱动曳引轮。 所以本设计采用无齿轮曳引电机， 其机械总效率为 0.8 。根据经验公式：P =（1-Kp）QV/102Y（2-2 ）式中： P- 曳引电机轴功率、 Kp-电梯平衡系数、 Q-电梯轿箱额定载重量级、 Y- 电梯机械总效率、 V- 电梯运行速度。Kp=0.5 Q=800Kg Y=0.8 V=1m/s P 的单位： KW3）电动机参数 根据电机学基本原理，当电动机为一对极数，即 P=1时，电机转子旋转一周，旋转 磁场即旋转一圈；当电动机为两对极，即 P=2时，电机转子旋转一周，旋转磁场则旋转 二圈，而旋转磁场的转速取决于电源与

23、极对数 P，满足下式：n1 60f 1/ p（2-3 ）的关系，当 f 1不变时， p=1则n1 60f 1, p=2时n1 30 f 1 , 。由此可知，电动机极对数越 多，电机转速越慢。因此，当改变定子绕组极对数 P时，就可以改变电动机同步转速 n0 ，从而改变电动 机的转速。变极调速比较经济的方法是在定子绕组上安装两组独立的绕组，各接成不同 的极对数。电梯上用的双速电动机的两个绕组极对数为 6/24, 速比为 4:1 ，控制线路如图 4-1所示。所以电机型号： JTD-430型；同步转速为： 1000/250转/ 分。根据门电机参数：额定 电流为1.1A 、额定电压为 110V、额定功率

24、为 120W。所以梯门电机 DM：采用直流 110SZ56 型直流电机。4）电梯照明灯的安全电压为 24V，功率为 60W。第 3 章 控制系统总体设计方案论证电梯控制系统主要可以采用以下三种方式：一是继电器控制系统、二是PLC控制系统、三是单片机控制系统。继电器控制系统由于故障率高，控制方式不灵活及功率消耗 大等缺点，目前已逐渐被人们所淘汰。微机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功 能，但也存在一定的不足之处，即抗干扰性差，系统设计较复杂，一般维修人员难以掌 握其维修技术，这些都限制了微机控制系统应用的广泛性。而 PLC控制系统由于运行可 靠、使用维修方便、抗干扰性强等优越性，成为目前在电

25、梯控制系统中使用最多的控制 方式。3.1 继电器控制方案继电器控制是利用多个主交流接触器、 中间接触器以及过载热继电器等电器元件经 合理的联接构成具有简单控制功能的逻辑电路。继电器控制系统控制逻辑采用硬件接 线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、 功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能、较为困难。继电器控控制系统使用了大量 的机械触点，连线多，触点开闭时存在机械磨损、电弧烧伤等现象，触点寿命短，所以 可靠性和可维护性较差。继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。时间继电器存 在定时精确度不高、定时围窄，且易受到环境湿度和温度变化的影响，时间调整困难等 问

26、题。3.1.1 继电器控制的优点1）继电器控制系统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，所以继电器控制技术含量不高，易操作。2）继电器控制系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。3）继电器控制系统部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。3.1.2 继电器控制的缺点1）系统的触点繁多、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。2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能 不易增加，技术水平难以提高。3）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。4）系统结构庞大，能耗

27、较高，机械动作噪音大。5）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。根据继电器控制的优缺点可以看出继电器控制主要是应用于相对的简单的电路， 电 路搭载用时少，成本也很低，适合于家庭用升降横移式立体停车库。继电器控制也有许 多不足之处。第一，难以实现智能模块化控制；第二，不适合应用于大规模、大容量的 工作场地；第三，元器件的损坏率比较高，车库运行的可靠性不佳；最后，随着驱动部 件的不断增加，其逻辑电路的搭载难度也大大增加了。3.2 单片机控制方案单片机是一种集成在电路芯片， 是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力 的中央处理器 CPU、随机存储器

28、 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器 / 计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。3.2.1 单片机控制的优点1）单片机的系统结构简单，使用方便，实现模块化；2）单片机可靠性高，可工作到 106 107 小时无故障；3）处理功能强，速度快；4）低电压，低功耗，便于生产便携式产品；5）控制功能强 ，环境适应能力强；6）单片机控制经济实惠，成本相对较低；3.2.2 单片机控制的缺点1）单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致单片 机控制系统开发周期比

29、较长，系统调试耗时比较多；2）单片机抗干扰能力差，故障率高，对环境依赖性强，所以对现场工作环境要求 很苛刻；3）单片机控制程序基本上是汇编语言，汇编语言虽然功能比较强大，但程序的编 写复杂，编程周期较长且单片机的存容量、速度、字长有限。根据单片机的优缺点可以看出单片机控制在机电设备中是一种比较常见的控制形 式，由于它的控制功能强、体积小、成本低、功耗小、成本低和使用方便，可以直接装 到仪器设备上，如电子称、家用自动电器、电子钟、考勤机、加油机等等都可以。3.3 PLC 控制方案PLC是一种用于工业自动给控制的专用计算机。实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样， 能通用或专用 CPU作为

30、字处理器， 实现通道（字）的运算和数据存储， 另外还有位处理器（布尔处理器） ，进行点（位）运算与控制。3.3.1 PLC 控制方案的优点1）编程方法简单易学；2）功能强，性能价格比高；3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；4）可靠性高，抗干扰能力强；5）系统的设计、安装、调试工作量少；6）维修工作量少，维修方便；7）体积小，能耗低；3.3.2 PLC 控制方案的缺点在控制功能相同的情况下，与采用单片机控制方案设计的控制系统相比，采用 PLC 控制方案设计的控制系统造价要高一些。PLC已经广泛地应用在所有的工作部门，随着其性能价格比的不断提高，PLC的应用围扩大，主要有这几个方面： 数字量

31、逻辑控制； 运动控制；闭环过程控制；数据处理； 通信联网；3.4 总体控制方案论证电梯控制系统主要可以采用以下三种控制方案设计： 一是继电器控制方案、二是 PLC 控制方案、三是单片机控制方案。如果采用继电器控制方案，电梯控制系统结构庞大， 能耗较高，机械动作噪音大， 而且线路复杂，易出现故障，保养维修工作量大， 费用高， 检查故障困难，费时费工。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。综上所得继电器控制方案电梯控制系统结构大、线路复杂、故障率 高、控制方式不灵活、功率消耗大，从而继电器控制方案对电梯控制系统不是最佳的控 制方案，故不选用。单片机控制系统虽然在智

32、能控制方面有较强大的功能，结构简单，使用方便，实现 模块化；低电压，低功耗，便于生产便携式产品；但也存在一定的不足之处，即抗干扰 性差，系统设计较复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术，这些都限制了微机控制系 统应用的广泛性。单片机控制程序基本上是汇编语言，汇编语言虽然功能比较强大，但 程序的编写复杂，编程周期较长且单片机的存容量、速度、字长有限。综上所得单片机 控制方案电梯控制系统抗干扰性差、故障率高、汇编语言程序编写工作量大，从而单片 机控制方案对电梯控制系统不是最佳控制方案，故不选用。PLC控制方案把单片机控制的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器控制 的控制简单、使用方便、价格便宜

33、等优点结合起来，而其本身又具有体积小、重量轻、 功耗低、可靠性好等特点， PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的方法确有造价低廉、 易学易用、性能可靠的优势； PLC控制系统由于运行可靠、使用维修方便、抗干扰性强 等优越性。综上所述， PLC控制方案编程方法简单易学、功能强、适应性强、可靠性高、抗干 扰能力强、维修工作量少、维修方便， PLC综合继电器和单片机的优点， PLC控制方案 比继电器控制方案和单片机控制方案更适合于电梯控制系统。 故在电梯控制系统中选用 PLC控制方案。第 4 章 控制系统硬件电路设计4.1 主电路设计图 4-1 是交流双速电梯的主电路图。 图中 M为电梯双速电动机；

34、KM3、KM4为电动机 正反转接触器，用以实现电梯上、下行控制； KM1、KM2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为启动接触器；当 KM3或者 KM4与 KM2通电吸合时， 电梯将进行上行或下行启动；当电梯接收到停层指令后， KM1断电释放， KM2通电吸合， 点击转为低速接法，传入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，至平层位置时，接触 全部断电释放，包闸抱死，电梯停止运行。图 4-1 交流双速电梯的主电路图上升：KM3、KM2闭合加速至低速， KM1闭合、KM2加速至高速， KM1断开、 KM2闭合 减速至低速， KM2断开到停止运行。下降： KM4、KM2闭

35、合加速至低速， KM1闭合、 KM2断开加速至高速， KM1断开、 KM2闭合减速至低速， KM2断开到停止运行4.2 主电路元件选择可选电路中各元件如下：1) 接触器的选择：对电梯只能按电寿命次数来选择接触器的型号：选快速接触器为 CJ-20-60. 它的机械寿命为 600万次，操作频率为 1200次/ 小时，电 寿命为120万次，接通能力为 12Ie ，分断能力为 10Ie ，10s耐受过压电流 800A，配用熔断 器为 RT16(NT)-1-250/660 。选慢速接触器为 CJ-40，电寿命为 100万次，操作频率为 1200/ 小时。门电机电源接 触器选为 CJ20-10，机械寿命为

36、 100万次，操作频率为 1200次/ 小时，电寿命为 100万次， 接通能力为 12Ie ，分断能力为 10Ie ， 10s耐受过载电流为 80A，配用熔断器为 RT(NT) -00-20/660 。2) 桥式电路中二极管的选择： 经过查表，二极管的额电压计算公式为：U TM =(23)U 2M=(23) 1.414 180=(508762)V (4-1) 这里选择 600V。ITN=(1.52)K FB IN=(1.52) 0.368 1=(0.550.74)A (4-2 ) 这里选择 1A。通过计算可知本设计中二极管应当选择 2C211。由于流经它的电流比较小，所以不 用散热片。整流电路

37、选三相桥式整流电路。3) 变压器的选择： 由于三相整流电路中电压公式为：Ud 2.34U 2(4-3 )所以U 2= Ud /2.34=420/2.34=180 。二次侧的电路就是回路的额定电流 1A。变压器 的匝数比： K=U 1/U2=380/180=2.1 ，二次侧相电流： I2=I0/1.2=0.82 ，一次侧相电流 I1=I 0/(K 1.22) ，二 次 容 量 ： S2=M2 V2 I2 ，一 次 侧容 量 ： S1=M1 V2 I1 ， 平 均 容 量： S=(S1+S2)/2=0.42KV 。综合以上可知变压器选择视在功率 S=0.42KV的单相变压器。4) 热继电器的选择一

38、般热继电器的额定电流 Ie.Jr 大于或等于热元件的额定电流 Ie.J 。热继电器选择 时应保持其额定电流 I 2大于或等于回路的最大长期工作电流 Ig ，热元件的额定电流一般 大于或等于热继电器的整定电流， 于是有Ie.Jr Ie.J I2Ig 。长按电动机的额定电流 选取，使热继电器的整定值为 0.95 1.05Ie （Ie 为电动机的额定工作电流） ；或选取电 流围的中值电动机的额定工作电流。使用时，热继电器的旋转钮应调到额定值，否则不 能起到保护作用。所以选热继电器为 JR0-60/3D。5 ）刀开关的选择 根据刀开关的额定电流大于或等于电路的额定电流而考虑到刀开关的热稳定性， 最 好

39、选大于电路额定电流的刀开关。所以选 HK2-60/3 ，额定电压 550V，额定电流 60A。6）熔断器的选择 由于曳引电动机和门电动机频繁启动，它的熔体额定电流由下式可算出：Ie Id /（1.6 2.0）A（4-4）其中 Id 为电动机的启动电流。由于我们采用直接起动，这种方法设备简单，操作方 便，但启动电流大，可达额定值的 47倍， Id 将有120210A。所以熔体选取 100A，同 时又根据上面接触器配套用熔断器。于是选用 FU1为RT16（ NT）-1-250/660 ，额定电流 为100A的熔体。 FU2的选择： Id 2约为58AS，同时又须要与整流二极管配套，所以选 FU2

40、为 RM10系列，熔断器选 RM10系列，熔断器的熔管额定电流 15A，熔体额定电流为 6A。14.3 PLC I/O 接线图自动方式内选层1内选层2内选层3内选层4内选层5内选层6上呼1上呼2上呼3上呼4上呼5下呼2下呼3下呼4下呼5下呼6开门关门 上接近开关1 上接近开关2 上接近开关3 上接近开关4 上接近开关5SA1SB1SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8SB9SB10SB11SB12SB13SB14SB15SB16SBSB18SQP1SQP2SQP3SQP4SQP51M0.00.10.20.30.40.50.60.71.01.11.21.31.42M1.51.61.72.02

41、.12.22.32.42.52.62.7L+1L0.00.10.20.32L0.40.50.60.7LED3LED4LED5CPU 226 CN/AC/DC/Relay 模块DC24V总线接口总线电缆1.03L1.11.21.31.41.51.61.7L1ACLED7LED8LED9LED6LED10LED11LED12LED1LED1FUSQ内选 1层显示灯 内选2层显示灯 内选3层显示灯 内选4层显示灯内选5层显示灯内选6层显示灯1层上呼灯2层上呼灯3层上呼灯4层上呼灯5层上呼灯2层下呼灯3层下呼灯4层下呼灯5层下呼灯6层下呼灯PENAC220VL1图 4-2 PLC 的 I/O 接线图总

42、线电缆ML+M总线接口4LL1楼层显示L+2.03M2.1下接近开关2下接近开关3下接近开关4下接近开关5下接近开关6平层1平层2平层3平层4平层5平层6门接近关闭开关 开门限位开关 超载过流过压欠压SQP6SQP7SQP8SQP9SQP10SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7SQ8SB19SB20SB21复位SB22检修SB23检修上行SB24检修下行SB25急停SB26手动关门SB27手动取消关门SB283.03.13.23.33.43.53.63.74.04.14.24.34.44.54.64.74M5.05.15.25.35.45.55.62.22.32.42.52.6EM 22

43、3 VDC2416输入/16输出+EM223 VDC248输入/8输出2.75L3.03.13.23.33.43.53.63.76L4.04.14.2AaBbCcDd eLTfBI/RBORBIg74LS48N34712613 712 6 11 510 49315 214 1nggD ELed e g c cdb f ga b a Y PDDPY_7-SEG报警器LED17Y2Y3Y0Y1LED18LED19Y5Y5Y6LED20LED21Y4Y7LED22图 4-2 PLC 的 I/O 接线图（续）报警指示灯低速运行高速运行上行接触器下行接触器上行灯下行灯开门接触器关门接触器开门显示灯关门显

44、示灯通电松闸 电磁阀 高速开/关 门接触器 检修显示灯4.3.1 PLC 的输入分配电梯轿厢选层输入按钮每层必须有一个选按钮，即 I0.1 至I0.6 。电梯厅外呼叫按钮 最高层六层只有下呼按钮，第一层只有上呼按钮，其余的楼层都有两个按钮：上呼和下 呼，即 I0.7 至I2.0 。平层停靠输入点、高低速变换的上接近开关和下接近开关、开门关 门按钮、检修等输入点，输入部分共 47点。输入点的分配如表 4-1 所示：表 4-1 PLC 输入元件分配表输入名称输入元件号PLC地址输入名称输入元件号PLC地址选一层SB1I0.1上接近开关 5SQP5I2.7选二层SB2I0.2下接近开关 2SQP6I

45、3.0选三层SB3I0.3下接近开关 3SQP7I3.1选四层SB4I0.4下接近开关 4SQP8I3.2选五层SB5I0.5五层下接近开关SQP9I3.3选六层SB6I0.6六层下接近开关SQP10I3.4一层外上呼SB7I0.7一层平层开关SQ1I3.5二层外上呼SB8I1.0二层平层开关SQ2I3.6三层外上呼SB9I1.1三层平层开关SQ3I3.7四层外上呼SB10I1.2四层平层开关SQ4I4.0五层外上呼SB11I1.3五层平层开关SQ5I4.1二层外下呼SB12I1.4六层平层开关SQ6I4.2三层外下呼SB13I1.5门接近关闭开关SQ7I4.3四层外下呼SB14I1.6开门限

46、位开关SQ8I4.4五层外下呼SB15I1.7超载SB19I4.5六层外下呼SB16I2.0过流、过压SB20I4.6关门SB17I2.1欠压SB21I4.7开门SB18I2.2复位SB22I5.0上接近开关 1SQP1I2.3检修SB23I5.1上接近开关 2SQP2I2.4检修上行SB24I5.2上接近开关 3SQP3I2.5检修下行SB25I5.3上接近开关 4SQP4I2.6急停SB26I5.4手动关门SB27I5.5自动方式SA1I0.0手动取消关门SB28I5.64.3.2 PLC 的输出点输出点的分配如表 4-2 所示表 4-2 PLC 输出元件分配表输出点名称输出元件号PLC地

47、址输出点名称输出元件号PLC地址1 层选显示灯LED1Q0.0楼层显示 C数码管Q2.22 层选显示灯LED2Q0.1数码管位信号数码管Q2.33 层选显示灯LED3Q0.2报警器扬声器Q2.44 层选显示灯LED4Q0.3报警指示灯LED17Q2.55 层选显示灯LED5Q0.4低速运行Y2Q2.66 层选显示灯LED6Q0.5高速运行Y3Q2.71层上呼显示灯LED7Q0.6上行接触器Y0Q3.02层上呼显示灯LED8Q0.7下行接触器Y1Q3.13 层上呼显示灯LED9Q1.0上升显示灯LED18Q3.24 层上呼显示灯LED10Q1.1下降显示灯LED19Q3.35 层上呼显示灯LED

48、11Q1.2开门接触器Y5Q3.42 层下呼显示灯LED12Q1.3关门接触器Y6Q3.53 层下呼显示灯LED13Q1.4开门显示灯LED20Q3.64 层下呼显示灯LED14Q1.5关门显示灯LED21Q3.75 层下呼显示灯LED15Q1.6通电松闸电磁阀Y4Q4.06 层下呼显示灯LED16Q1.7高速开 /关门Y7Q4.1楼层显示 A数码管Q2.0检修显示灯LED22Q4.2楼层显示 B数码管Q2.14.3.3 继电器与定时器的分配中间辅助继电器与定时器的分配如表 4-3 所示表4-3 位继电器与定时器分配表地址作用地址作用S0.01层平层开关保持信号S0.12 层平层开关保持信号S

49、0.23层平层开关保持信号S0.34 层平层开关保持信号S0.45层平层开关保持信号S0.56 层平层开关保持信号S0.6第 25 层的上呼，选上行及第 6 层的下呼，选上行S0.7第 2 5 层的下呼，选下行及第 1 层的上呼，选下行S1.01层外上呼保持信号S1.12 层外上呼保持信号S1.23层外上呼保持信号S1.34 层外上呼保持信号S1.45层外上呼保持信号S1.52 层外下呼保持信号S1.63层外下呼保持信号S1.74 层外下呼保持信号S2.05层外下呼保持信号S2.16 层外下呼保持信号S2.2选 1 层保持信号S2.3选 2 层保持信号S2.4选 3 层保持信号S2.5选 4

50、层保持信号S2.6选 5 层保持信号S2.7选 6 层保持信号S3.0第 2 层选上行和外呼上行S3.1第 3 层选上行和外呼上行S3.2第 4 层选上行和外呼上行S3.3第 5 层选上行和外呼上行S3.4第 6 层选上行和外呼下行S3.5第 1 层上呼下行回路S3.6第 2 层下呼上行回路S3.7第 3 层下呼上行回路S4.0第 4 层下呼上行回路S4.1第 5 层下呼上行回路S4.2第 25 层下呼上行回路S4.3第 2 层上呼（选）上行停车S4.4第 3 层上呼（选）上行停车S4.5第 4 层上呼（选）上行停车S4.7第 25 层上呼上行停车及第 6层 下呼上行停车S10.3第 2 5

51、层的下呼下行停车及第 1 层上呼下行停车S4.6第 5 层上呼（选）上行停车S5.0第 2 层下呼（选）上行停车S5.1第 3 层下呼（选）上行停车S5.2第 4 层下呼（选）上行停车S5.3第 5 层下呼（选）上行停车S5.4第 6 层下呼（选）上行停车S5.5第 25 层的下呼上行停车S5.6上行控制回路S5.7下行控制回路S6.0第 2 层下呼（选）下行S6.1第 3 层下呼（选）下行S6.2第 4 层下呼（选）下行S6.3第 5 层下呼（选）下行S6.4第 2 层上呼下行回路S6.5第 3 层上呼下行回路S6.6第 4 层上呼下行回路S6.7第 5 层上呼下行回路S7.0第 2 5 层上呼下行回路S7.1第 1 层上呼（选）下行停车S7.2第 2 层上呼（选）下行停车S7.3第 3 层上呼（选）下行停车S7.4第 4 层上呼（选）下行停车S7.5第 5 层上呼（选）下行停车S7.6第 2 5 层的上呼下行停车S7.7第 2 层下呼（选）下行停车S10.0第 3 层下呼（选）下行停车S10.1第 4 层下呼（选）下行停车S10.