基于PLC的电梯控制程序设计

1、基于 plc 七层乘客电梯的设计 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。采用 plc 对电梯信 号系统进行控制，开发出了完整的电梯控制软件，提高了电梯的控制水平，并改 善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。该系统具有先进、 可靠、经济的特色。该电梯控制系统具有手动和自动的功能，并且具有指层、厅 召唤、选层、选向等功能。具有集选控制的特点。 关键词：电梯、plc、梯形图 design on control system

2、of elevator based on plc 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

3、 improve the performance of elevator systems, and ensure the operation of the lift is safe, reliable and energy efficient. the use of plc signals on the elevator control system, the development of a complete elevator control software, to improve the level of the elevator control and improve the oper

4、ation of the elevator comfort, so that the lift to reach a more satisfactory control effect. the system has advanced, reliable and economic characteristics. the elevator control system has the drivers to run the operation and no drivers or manual and automatic functions, and has means layer, called

5、the office of the election story, election to the functions. with a set of features to control the election. keywords: elevator, plc, ladder diagram 目录 第 1 章 前言4 1.1 课题的提出5 1.2 课题的主要讨论内容5 1.3 电梯的功能要求5 第 2 章 电梯设备及电梯发展动态6 2.1 电梯的出现及发展6 2.2 电梯设备7 2.2.1 电梯的分类8 2.2.2 电梯的主要组成部分8 2.2.3 电梯的安全保护装置9 2.2.4 电梯技

6、术的发展 10 2.2.5 电梯未来的发展趋势.11 第 3 章 plc 的选择及其硬件设计 11 3.1 可编程序控制器（plc）的选择 11 3.1.1 轿厢位置检测11 3.1.2 可编程控制器（plc）的选型 12 3.2 plc 控制系统硬件设计 12 3.3 设计思想13 3.4 i/o 点数的分配及机型的选择 14 3.5 电梯 plc 输入、输连接出图14 第 4 章 软件设计15 4.1 电梯内部部件功能简介15 4.2 电梯的外部部件功能简介15 4.2 电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析16 4.3 电梯的控制要求16 4.4 软件流程图17 4.5 梯形图程序1

7、7 第 5 章 电梯控制系统特性18 5.1 电梯控制18 5.2 电梯理想运行曲线18 5.3 智能变频器的使用19. 5.4.电梯速度曲线19 5.5 电梯控制系统 21 5.6 软件设计特点.25 第 6 章电梯控制系统的模拟安装调试25 6.1 电梯模拟调试.26 6.2 电梯安装调试.27 谢 辞28 参考文献28 前言 今年来我国的经济飞速发展，人民生活水平的迅速梯高，工作居住条件得到了巨 大的改善。电梯作为建筑物内的垂直交通运输工具，与人们的生活息息相关。传 统的电梯曳引电动机采用接触器来实现电动机工作状态的改变，另外，传统的电 梯控制系统由继电器接触器控制逻辑组成，存在着电气元

8、件多、功能弱、电气故 障频繁，可靠性差和工作寿命短等缺陷。可编程控制器（plc）是根据顺序逻辑 控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子 装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被 plc 控制代替。 同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐 渐过渡到了交流变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度，还可以 降低能耗，节约能源，减小运行费用。因此，plc 控制技术加变频调速已成为现 代电梯行列的一个热点。 本课题的研究题目“基于 plc 控制的电梯系统的研究”做诠释如下 plc 控制是指电梯信号控制由 plc 及其

9、软件来实现，控制系统的核心为 plc。 其次课题开发的主要任务和内容是：建立“plc 控制交的电梯系统”的总体框架； 信号控制系统利用 plc 集中处理电梯运行方式、安全保护信号、内指令信号、 外召唤信号、井道信号、门区信号、开关门及限位信号等信号，并显示电梯所到 楼层、运行方向及呼梯应答等，实现开关门控制；拖动控制系统中曳引机的启动、 运行、制动停止，包括正反转信号及多种速度信号，经 plc 运算、判断后通过 电机来实现。达到的要求是：通过深入的理论研究和编程实践，全面认真的完成 上述几个内容。 本课题的核心问题有三个：一是运行效率、平层精度和安全性的要求；。通 过选择合适的 plc，进行合

10、理的设计和编程便可以实现。plc 是日本三菱公司的 fx2n60mr 型可编程控制器。二是 plc 实现电梯信号控制及其软件开发，根据 电梯所要实现的功能以及 plc 的顺序执行程序的特点，编写 plc 程序主要是采 取模块化编程思想，即根据各功能实现的条件及原则编写各个功能模块来实现。 三是电梯的变频调速。方案选择是通过多种方案的比较和对照，完成电梯控制系 统中控制方法的进行选择 第一章 绪论 1.1 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

11、，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。 plc 控制电梯的优点 （1） 在电梯控制中采用了 plc，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大 大提高。 （2） 去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。 （3） plc 可实现各种

12、复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。 （4） plc 可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。 （5） 用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。 （6） 更改控制方案时不需改动硬件接线。 此外，微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差， 系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷而没被广泛采用。plc 控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期短等 优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。 1.2设计内容。 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

13、，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。 设计的主要内容如下： 1. 总结和介绍电梯系统采用可编程控制器（plc）的优点 2. 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。 3确定系统的总体结构，由 plc 来实现电梯信号控制，由变频器实现调速。 4.完成系统硬件开发，完成了 plc 的选型、i/o 点数分配与 plc 的连接。 5.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，提出模 块化编程思想，介绍系统的软件开发。 6.完成变频器对电梯运行速度的控制，包括接线图和电梯上升下降的控制 7.对电梯系统进行模拟调试。

14、 1.3 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厢外的呼唤信号、电梯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 （7）电梯启动、运行、到站实现速度的调节。 第 2 章 电梯设备及电梯发展动态 2.1 电梯的出现及发展 1854 年，在纽约水晶宫举

15、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 1-1 所示，从图中可见，钢丝绳悬挂在曳引轮上， 一端

16、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 以及提升高度就等到了提高，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 1-1 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 通过变换电动机极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

17、梯进入了高峰发展时期，代表新技 术的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

18、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。本文中着重电梯的升降控制逻辑，简单介绍 调节主电动机的升降速度以及电梯的安全保护措施 。 2.2 电梯设备的介绍 2.2.1 电梯的分类 电梯的分类有各式各样。 1. 按用途分类 1） 乘客电梯 2） 载货电梯 3） 客货两用电梯 4）

19、 病床电梯 5） 杂物电梯 6） 消防电梯 7） 船用电梯 8） 观光电梯 9） 汽车用电梯 10） 自动扶梯和自动人行道 2. 按电梯额定速度分类 1） 低速电梯 v1m/s ,通常用在 10 层以下的建筑物 2） 快速电梯 1m/sv2m/s ，通常用在 10 层以上的建筑物。 3） 高速电梯 2m/sv4m/s ，通常用于超高层建筑物内。 3. 按拖动方式分类 1） 直流电梯 2） 交流电梯 按交流方式分为交流单速、交流双速、交流调压调速 电梯、交流变压变频调速电梯。 3） 液压电梯 4. 按驱动方式分类 1）曳引驱动 2）强制驱动 3）齿轮齿条驱动 4）链轮链条驱动 5. 按控制方式

20、1）信号控制系统 即有司机电梯。其除了具有自动平层和自动开门 功能外，还具有轿厢命令登记、厅外召唤登记、自动停层、顺向截停和自动换向 等功能。 2）集选控制 单台自动控制。不用司机操作，电梯将优先、按 顺序应答与轿厢运动同一方向的厅外召唤，当该方向的召唤信号全部应答完毕后， 电梯将自动应答相反方向的召唤。 3）并联控制 两台电梯的控制电路并联起来进行逻辑控制， 公用层站召唤按钮，使两台电梯进行高效运行。 4）梯群程序控制 即群控，用微机控制和统一度多台集中并列的 电梯，它是多台电梯的集中控制，共用厅外召唤按钮，按规定程序集中调度和控 制。 5）梯群职能控制 此电梯具有数据采集、交换、存储功能，

21、还能 进行分析、筛选、报告的功能。由计算机根据客流的情况，自动选择最佳的运行 控制方式。 6. 按机房的位置分类 1）机房上置式 2）机房下置式 3）机房侧置式 4）无机房电梯 2.2.2 电梯的主要组成部分 电梯的定义 电梯时是动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运行的 阶梯，进行升降或者平行送人、货物的机电设备包括载人（货） 、自动扶梯、自 动人行道等。 电梯的结构 按照空间布局可以分为四个部分： 机房安装曳引机和有关设备的房间 井道轿厢和对重装置而设置的空间 轿厢运载乘客或其他载荷的部件 层站电梯在各楼层的停靠站，乘客出入电梯的地方 按照功能分为八个系统： 曳引系统输出与传递

22、动力，驱动电梯运行。组成的重要部件与装置包 括曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮等。 导向系统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 上下运动。包括轿厢的导轨、对重的导轨及其导轨架。 轿厢用以运送乘客和货物的组件。包括轿厢架和轿厢体。 门系统乘客和货物的进出口，保证电梯安全。包括轿厢门、层门、开 门机、联动机构、门锁等。 重量不平衡系统相对轿厢重量以及补偿高层电梯中曳引绳的影响。包 括对重和重量补偿装置等。 电力拖动系统提供动力，对电梯实行速度控制。包括供电系统、曳引 机、速度反馈装置、电动机调速装置。 电气控制系统对电梯的运行实行操作和控制。包括操纵装置、位置显 示装置、控制柜

23、、平层装置、选层器等。 安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危机人身安全事故发生。 包括机械方面：限速器、安全钳、缓冲器等。电气方面：超速保护装置， 供电系统断、错相保护装置、端站保护等。 。 2.2.3 电梯的安全保护装置 （1） 电磁制动器：装于曳引机轴上，一般采用直流电磁制动器，启动时通电 松闸，停层后断电制动。 （2） 强迫减速开关：起分别装于井道的顶部和底部，当轿厢驶过端站换速未 减速时，轿厢上撞块就触动此开关，通过电器传动控制装置，使电动机强迫减速。 （3） 限位开关：当轿厢经过端站平层位置后仍未停车，此限位开关立即动作， 切断电源并制动，强迫停车。 （4） 行程极限保护开关：当

24、限位开关不起作用，轿厢经过端站时，此开关动 作。 （5） 相序继电器 断相和错相保护 （6） 热继电器 过载保护保护 （7） 急停按钮：装于轿厢司机操纵盘上，发生异常情况时，按此按钮切断电 源，电磁制动器制动，电梯紧急停车。 （8） 厅门开关：每个厅门都装有门锁开关。仅当厅门关上才允许电梯启动； 在运行中如出现厅门开关断开，电梯立即停车。 （9） 关门安全开关：常见的是装于轿厢门边的安全触板，在关门过程中如安 全触板碰到乘客时，发出信号，门电机停止关门，反向开门，延时重新开门，此 外还有红外线开关等。 （10） 超载开关：当超载时轿底下降开关动作，电梯不能关门和运行。 （11）其它的开关：安全

25、窗开关，钢带轮的断带开关等。 2.2.4 电梯技术发展情况 （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， 已由以前的变级调速（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

26、）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的提高。 （4） 电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足拥护 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） 智能群控管理得到广泛应用。 （6） 机械传动方面，由于国际上机构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。 2.2.5 电梯发展展望 （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

27、化。同时，无机房电梯在新世 纪将会有较大速度发展。 （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，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳 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， 随着技术的开发、应用，电梯的硬件系统

28、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。 第 3 章 plc 的选择及其硬件设计 3.1 可编程序控制器（plc）的选择 电梯 plc 控制系统不再使用继电器控制系统中模拟轿厢运动的机械选层器。 电梯运行过程中，轿厢所处楼层位置如何检测，plc 软件如何根据给定的输入信 号及运行条件判断或计算楼层数，是电梯正常运行的首要问题，是正确定向和选 层换速的前提。 3.1.1 轿厢位置检测 轿厢位置检测装置俗称选层器，它检测电梯轿厢运行状态，所处位置，及时 向控制系统发出所需要的信号

29、。其主要功能是：根据登记的内选与外呼信号和轿 厢的位置关系，确定运行方向；当电梯将要到达所需停站的楼层时，给曳引电动 机减速信号，使其换速；当平层停车后，发出信号以消去已应答的选层、呼梯信 号，并指示轿厢当前位置，选层器种类较多，通常分为三大类，即机械选层器、 继电器选层器和微机选层器。其中机械选层器与继电器选层器将随着继电器控制 电梯的逐步淘汰而淘汰。 位置检测方法主要有如下几种： 1）用于簧管磁感应器或其它位置开关。这种方法直观、简单，但由于每层需 使用一个磁感应器，当楼层较高时，会占用 plc 太多的输入点。 2）利用稳态磁保开关。这种方法需对磁保开关的不同状态进行编码，在各种 编码方式

30、中适合电梯控制的只有格雷变形码，进行运算时需采用 plc 指令译码， 比较麻烦，软件译码也使程序变的庞大。 因此，设计七层电梯的控制故选用感应器检测轿厢位置。因此，设计七层电梯的控制故选用感应器检测轿厢位置。 3.1.2 可编程控制器（plc）的选型 考虑到本次设计的电梯系统有七层，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 系统 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

31、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 melse medoc 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。 3.2 plc 控制系统硬件设计 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

32、动控制系统两部分组成。图 3-1 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。 图 3-1 电梯控制系统的基本结构 3.3 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 3-2 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）

33、、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 3-2 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

34、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。 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

35、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， cxd 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。 3.4机型的选择及 i/o 点数的分配 系统按七层的电梯为例，根据需要控制的开关，设备大约有 30 个输入点， 33 个输出点，需进行控制，考虑 1015的裕量，故选择 fx2n-80mr，i/o 分配 表如 3-1 所 编程时可用手持编程器或计算机软件编程，通过编程口传输至 plc 程序存储 区，可进行独立控制和远程控

36、制。程序中使用的内部继电器说明见表 3-2。 3.5 电梯 plc 输入、输连接出图 将电梯运行过程中的各种主令信号，送入 plc 的输入口构成其输入电路图。 完成电梯运行的各种执行元件及指示电梯运行状态的各种指示灯，均要受到 plc 输出口的控制，构成其输出电路。其输入、输出电路 第 4 章系 电梯控制系统软件设计 4.1 电梯内部部件 在电梯内部，应该有 7 个楼层(17 层)按钮、开门和关门按钮以及楼层显示 器。上升和下降显示器。当乘客进入电梯后，电梯内应有能让乘客按下的代表其 要去的目的地的楼层按钮，称为内呼按钮。电梯停下时，应具有开门、关门的功 能，即电梯门可以自动打开，经过一定延时

37、后，又可自动关闭。而且，在电梯内 部也应有控制电梯开门、关门的按钮，使乘客可以在电梯停下时随时地控制电梯 的开门与关门。电梯内部还应配有指示灯，用来显示电梯现在所在的状态，即电 梯是上升还是下降以及电梯处在楼层的第几层，这样可以使乘客清楚地知道自己 所处的位置，离自己要到的楼层还有远，电梯是上升还是下降等。 4.2 电梯的外部部件 电梯的外部共分 7 层，每层都应该设置呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降 指示灯及楼层显示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，呼叫指示灯在完成 相应的呼叫请求之前应一直保持亮，它和上升指示灯，下降指示灯、楼层显示器 一样，都是用来显示电梯所处的状态的。7 层楼中，1

38、 层只有上呼叫按钮，7 层只 有下呼叫按钮，其余 5 层都具有上呼叫和下呼叫按钮。而上升、下降指示灯以及 楼层显示器，7 层电梯均应该相同。 4.2 电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析 （1）电梯的初始状态。为了方便分析，假设电梯位于 1 层待命，各层显示器 都被初始化，电梯处于以下状态： 各层呼叫灯均不亮。 电梯内部及外部各层显示器均为“ 1” 。 电梯内部及外部各层电梯门均关。 （2）电梯在运行过程中： 按下某层呼叫按钮（17 层）后，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫。 电梯上行时，若呼叫层处于电梯当前运行之上目标运行层之下，则电 梯在完成前一指令之前先上行至该层，完成改层呼叫后再由

39、近及远的完成其他各 个呼叫动作。若呼叫层处于电梯当前层之下，则电梯在完成前一指令之前不响应 该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。 电梯下行时，若呼叫层处于电梯当前运行之下目标运行层之上，则电梯 在完成前一指令之前先下行至该层，完成改层呼叫后再由近及远的完成其他各个 呼叫动作。若呼叫层处于电梯当前层之上，则电梯在完成前一指令之前不响应该 指令，直至电梯重新处于待命状态为止。 各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变。 运行中电梯门始终关闭，到达指定层时，门才打开。 在电梯运行过程中支持其它呼叫。 （3）电梯运行后状态：在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直至新命令 产生。 电梯在到达指定

40、楼层后，电梯门会自动打开，经一段延时自动关闭，在此 过程中，支持手动开门或关门； 各楼层显示值为该层所在位置，且上行下行指示灯均灭。 4.3 电梯的控制要求 （1）当接受到按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并做出相应的响 应。 （2）电梯停在某一层（例如 3 层）时，此时按动该层（3 层）的呼叫按钮 （上呼叫或下呼叫） ，则相当于发出打开电梯门命令，进行开门的动作过程；若 此时电梯的轿厢不在该层（在其余 6 层） ，则等到电梯关门后，按照不换向原则 控制电梯向上或向下运行。 （电梯运行的不换向原则是指优先响应不改变现在电 梯运行方向的呼叫，直到这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反向运行的

41、呼叫。 例如现在电梯位置在 2 层和 3 层之间上行，此时出现了 2 层上呼叫、3 层下呼叫 和 4 层上呼叫，则电梯首先响应 4 层上呼叫，然后再依次响应 3 层下呼叫和 2 层 上呼叫。 ） （3）电梯在每一层都有一个光电开关，当电梯碰到某层光电开关时，表示电 梯已经到达该层。 （4)当按动某个呼叫按钮后，响应的指示等亮并保持，直到电梯响应该呼叫 为止。 （5)当电梯停在某层时，在电梯内部按动开门按钮，则电梯门打开，按动电 梯内部的关门按钮，则电梯门关闭。但在电梯行进期间电梯门是不能被打开的。 （6)当电梯运行到某层后，相应的指示灯亮，直到电梯运行到前方一层时楼 层指示灯改变。 4.4 电

42、梯运行的软件流程（见附图） 4.5 梯形图程序（见附图） 电梯 plc 程序应在未带载情况下模拟调试好，在接触器等输出状态正确后，再将电机 接上，模拟调试完成后，则进行现场安装，并进行运行调试，确定参数，完善程序，最后交 付运行使用。 第五章 电梯系统特性分析 5.15.1 电梯控制系统分析 目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯 信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动 控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（plc）取代微机实现信号 集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大 多选择

43、第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本 较高；而 plc 可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点， 所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。 5.2.5.2.电梯理想运行曲线电梯理想运行曲线 根据大量的研究和实验表明,人可接受的最大加速度为 am1.5m/s2,加速度变化率 m3m/s3,电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦波形，由于 正弦波形加速度曲线实现较为困难，而三角形曲线最大加速度和在启动及制动段的 转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线，即+m 跳变到-m 或由-m 跳变到+m 的加速度变化率，故很少采用，因梯

44、形曲线容易实现并且有良好加速度变化率频繁 指标，故被广泛采用，采用梯形加速度曲线电梯的理想运行曲线如图 1 所示： 5.35.3 智能变频器的使用 智能变频器是为电梯的灵活调速、控制及高精度平层等要求而专门设计的电梯专用 变频器，可配用通用的三相异步电动机，并具有智能化软件、标准接口、菜单提示、 输入电梯曲线及其它关键参数等功能。其具有调试方便快捷，而且能自动实现单多 层功能，并具有自动优化减速曲线的功能，由其组成的调速系统的爬行时间少，平 层距离短，不论是双绕组电动机，还是单绕组电动机均可适用，其最高设计速度可 达 4m/s，其独特的电脑监控软件，可选择串行接口实现输入/输出信号的无触点控制

45、。 变频器构成的电梯系统，当变频器接收到控制器发出的呼梯方向信号，变频器依据 设定的速度及加速度值，启动电动机，达到最大速度后，匀速运行，在到达目的层 的减速点时，控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速度将最大速度减至 爬行速度，在减速运行过程中，变频器的能够自动计算出减速点到平层点之间的距 离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使低速爬行时间缩短至 0.3s,在 电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度。即当电梯 停得太早时，变频器增大低速度值或减少制动斜坡值，反之则减少低速度值或增大 制动斜坡值，在电梯到距平层位置 410cm 时，有平层开关自动断开低速

46、信号，系 统按优化曲线实现高精度的平层，从而达到平层的准确可靠。 5.4.5.4.电梯速度曲线 电梯运行的舒适性取决于其运行过程中加速度 a 和加速度变化率 p 的大小，过大的 加速度或加速度变化率会造成乘客的不适感。同时，为保证电梯的运行效率，a、p 的值不宜过小。能保证 a、p 最佳取值的电梯运行曲线称为电梯的理想运行曲线。电 梯运行的理想曲线应是抛物线-直线综合速度曲线，即电梯的加、减过程由抛物线和 直线构成。电梯给定曲线是否理想，直接影响实际的运行曲线。 5.4.1 速度曲线产生方法 采用的 fx2-64mrplc，并考虑输入输出点要求增加了 fx-8eyt、fx-16eyr、fx-

47、8eyr 三个扩展模块和 fx2-40aw 双绞线通信适配器，fx2-40aw 用于系统串行通信。 利用 plc 扩展功能模块 d/a 模块实现速度理想曲线输出，事先将数字化的理想速度 曲线存入 plc 寄存器，程序运行时，通过查表方式写入 d/a，由 d/a 转换成模拟量后 将速度理想曲线输出。 5.4.2 加速给定曲线的产生 8 位 d/a 输出 05v/010v，对应数字值为 16 进制数 00ff，共 255 级。若电梯加 速时间在 2.53 秒之间。按保守值计算，电梯加速过程中每次查表的时间间隔不宜 超过 10ms。 由于电梯逻辑控制部分程序最大，而 plc 运行采用周期扫描机制，因

48、而采用通常的 查表方法，每次查表的指令时间间隔过长，不能满足给定曲线的精度要求。在 plc 运行过程中，其 cpu 与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信号采集、控制 量的输出等操作都是按照固定的顺序以循环扫描的方式进行的，每个循环都要对所 有功能进行查询、判断和操作。这种顺序和格式不能人为改变。通常一个扫描周期， 基本要完成六个步骤的工作，包括运行监视、与编程器交换信息、与数字处理器交 换信息、与通讯处理器交换信息、执行用户程序和输入输出接口服务等。在一个周 期内，cpu 对整个用户程序只执行一遍。这种机制有其方便的一面，但实时性差。过 长的扫描时间，直接影响系统对信号响应的效果，在保证

49、控制功能的前提下，最大 限度地缩短 cpu 的周期扫描时间是一个很复杂的问题。一般只能从用户程序执行时 间最短采取方法。电梯逻辑控制部分的程序扫描时间已超过 10ms，尽管采取了一些 减少程序扫描时间的办法，但仍无法将扫描时间降到 10ms 以下。同时，制动段曲线 采用按距离原则，每段距离到的响应时间也不宜超过 10ms。为满足系统的实时性要 求，在速度曲线的产生方式中，采用中断方法，从而有效地克服了 plc 扫描机制的 限制。 起动加速运行由定周期中断服务程序完成。这种中断不能由程序进行开关，一旦设 定，就一直按设定时间间隔循环中断，所以，起动运行条件需放在中断服务程序中， 在不满足运行条件

50、时，中断即返回。 5.4.3 减速制动曲线的产生 为保证制动过程的完成，需在主程序中进行制动条件判断和减速点确定。在减速点 确定之前，电梯一直处于加速或稳速运行过程中。加速过程由固定周期中断完成， 加速到对应模式的最大值之后，加速程序运行条件不再满足，每次中断后，不再执 行加速程序，直接从中断返回。电梯以对应模式的最大值运行，在该模式减速点到 后，产生高速计数中断，执行减速服务程序。在该中断服务程序中修改计数器设定 值的条件，保证下次中断执行。 在 plc 的内部寄存器中，减速曲线表的数值由大到小排列，每次中断都执行一次 “表指针加 1”操作，则下一次中断的查表值将小于本次中断的查表值。门区和

51、平层 区的判断均由外部信号给出，以保证减速过程的可靠性。 5.55.5 电梯控制系统 5.5.1 电梯控制系统特性 在电梯运行曲线中的启动段是关系到电梯运行舒适感指标的主要环节,而舒适感又与 加速度直接相关,根据控制理论,要使某个量按预定规律变化必须对其进行直接控制, 对于电梯控制系统来说,要使加速度按理想曲线变化就必须采用加速度反馈,根据电 动机的力矩方程式:mmz=m=j（dn/dt），可见加速度的变化率反映了系统动态转 距的变化，控制加速度就控制系统的动态转距 m=mmz。故在此段采用加速度的时 间控制原则，当启动上升段速度达到稳态值的 90%时，将系统由加速度控制切换到速 度控制，因为

52、在稳速段，速度为恒值控制波动较小，加速度变化不大，且采用速度 闭环控制可以使稳态速度保持一定的精度，为制动段的精确平层创造条件。在系统 的速度上升段和稳速段虽都采用 pi 调节器控制，但两段的 pi 参数是不同的，以提 高系统的动态响应指标。 在系统的制动段，即要对减速度进行必要的控制，以保证舒适感，又要严格地按电 梯运行的速度和距离的关系来控制，以保证平层的精度。在系统的转速降至 120r/min 之前，为了使两者得到兼顾，采取以加速度对时间控制为主，同时根据在 每一制动距离上实际转速与理论转速的偏差来修正加速度给定曲线的方法。例如在 距离平层点的某一距离 l 处，速度应降为vm/s，而实际

53、转速高为 vm/s，则说明 所加的制动转距不够，因此计算出此处的给定减速度值-ag 后，使其再加上一个负偏 差 ，即使此处的减速度给定值修正为-（ag+）使给定减速度与实际速度负偏差 加大，从而加大了制动转距，使速度很快降到标准值，当电动机的转速降到 120r/min以后，此时轿厢距平层只有十几厘米，电梯的运行速度很低，为防止未 到平层区就停车的现象出现，以使电梯能较快地进入平层区，在此段采用比例调节， 并采用时间优化控制，以保证电梯准确及时地进入平层区，以达到准确可靠平层。 5.5.2 电梯控制构成 由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢 的呼叫是随机的，因

54、此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电 梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控 制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送 plc 的计数 器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。 为便于观察，对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，采用 led 和发光管 显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。 为了提高电梯的运行效率和平层的精度，系统要求 plc 能对轿厢的加、减速以及制 动进行有效的控制。根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现。为 了电梯的运行安全，系统

55、应设置可靠的故障保护和相应的显示。采用 plc 实现的电 梯控制系统由以下几个主要部分构成。 5.5.31plc 控制电路；plc 接收来自操纵盘和每层呼梯的召唤信号、轿厢和门系统的 功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算实现电梯的集选控制。 plc 在输出显示和监控信号的同时，向变频器发出运行方向、启动、加/减速运行和 制动停梯等信号。 电流、速度双闭环电路；变频器本身设有电流检测装置，由此构成电流闭 环；通过和电机同轴联接的旋转编码器，产生 a、b 两相脉冲进入变频器，在确认方 向的同时，利用脉冲计数构成速度闭环。 5.5.4 位移控制电路；电梯作为一种载人工具，在位势负载状

56、态下，除要求安全可 靠外，还要求运行平稳，乘坐舒适，停靠准确。采用变频调速双环控制可基本满足 要求，利用现有旋转编码器构成速度环的同时，通过变频器的 pg 卡输出与电机速度 及电梯位移成比例的脉冲数，将其引入 plc 的高速计数输入端口，通过累计脉冲数， 经式（1）计算出脉冲当量，由此确定电梯位置。电梯位移 h=si 式中 i累计脉冲数； s脉冲当量； s=pld/(pr)（1） l减速比； d牵引轮直径； p旋转编码器每转对应的脉冲数； rpg 卡分频比。 5.5.5 端站保护；当电梯定向上行时，上行方向继电器、快车辅助接触器、快车运行 接触器、门锁继电器、上行接触器均得电吸合，抱闸打开，电

57、梯上行。当轿厢碰到 上强迫换速开关时，plc 内部锁存继电器得电吸合，定时器 tim10、tim11 开始定时， 其定时的时间长短可视端站层距和梯速设定。上强迫换速开关动作后，电梯由快车 运行转为慢车运行，正常情况下，上行平层时电梯应停车。如果轿厢未停而继续上 行，当 tim10 设定值减到零时，其常闭点断开，慢车接触器和上行接触器失电，电 梯停止运行。在骄厢碰到上强迫换速开关后，由于某些原因电梯未能转为慢车运行， 及快车运行接触器未能释放，当 tim11设定值减到零时，其常闭点断开，快车运行 接触器和上行接触器均失电，电梯停止运行。因此，不管是慢车运行还是快车运行， 只要上强迫换速开关发出信

58、号，不论端站其他保护开关是否动作，借助 tim10 和 tim11 均能使电梯停止运行，从而使电梯端站保护更加可靠。 当电梯需要下行，只要有了选梯指令，下行方向继电器得电其常开点闭合， 锁存继电器被复位，tim10 和 tim11 均失电，其常闭点闭合为电梯正常下行做好了准 备。下端站的保护原理与上端站保护类似不再重复。 5.5.6 楼层计数；楼层计数采用相对计数方式。运行前通过自学习方式，测出相应楼 层高度脉冲数，对应 17 层电梯分别存入 16 个内存单元 dm06dm21。楼层计数器 （cnt46）为一双向计数器，当到达各层的楼层计数点时，根据运行方向进行加 1 或 减 1 计数。 运行

59、中，高速计数器累计值实时与楼层计数点对应的脉冲数进行比较，相等时发出 楼层计数信号，上行加 1，下行减 1。为防止计数器在计数脉冲高电平期间重复计数， 采用楼层计数信号上沿触发楼层计数器。 5.5.7 快速换速当高速计数器值与快速换速点对应的脉冲数相等时，若电梯处于快速 运行且本层有选层信号，发快速换速信号。若电梯中速运行或虽快速运行但本层无 选层信号，则不发换速信号。 5.5.8 门区信号当高速计数器 cnt47 数值在门区所对应脉冲数范围内时，发门区信号。 5.5.9 脉冲信号故障检测脉冲信号的准确采集和传输在系统中显得尤为重要，为检测 旋转编码器和脉冲传输电路故障，设计了有无脉冲信号和错

60、漏脉冲检测电路，通过 实时检测确保系统正常运行。为消除脉冲计数累计误差，在基站设置复位开关，接 入 plc 高速计数器 cnt47 的复位端。 5.65.6 软件设计特点 5.6.1 采用优先级队列 根据电梯所处的位置和运行方向，在编程中，采用了四个优先级队列，即上行优先 级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。其中，上行优 先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信 号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的阵列。上行次 优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以下楼层所发出的向上运行的呼叫 信号，该呼叫信号所对应的楼层所