电梯PLC控制系统的设计与实现

分类号密级UDC注1学位论文电梯PLC控制系统的设计与实现（题名和副题名）周桦（作者姓名）指导教师魏祖宽副教授电子科技大学成都张鹰高工湖州电力局湖州（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称软件工程提交论文日期2012.09论文答辩日期2012.11学位授予单位和日期电子科技大学2012年12月27日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ELEVATORPLCCONTROLSYSTEMDESIGNANDIMPLEMENTATIONAThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:SoftwareEngineeringAuthor:ZhouHuaAdvisor:WeiZukuanSchool:SchoolofComputerScienceandEngineering摘要I摘要随着城市化进程地不断加快，高层建筑已经越来越多。电梯作为垂直交通工具，发挥的作用也越来越大。电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。继电器控制是电梯产业中最为传统的一种控制方式。继电器控制系统存在很多缺点与不足，如：故障率高、维护不方便、耗能比较大、编程繁琐等缺点。从人们对电梯的需求出发，这种系统已经满足不了人们日常的需求，将逐渐被淘汰。本文将可编程序控制器(PLC应用于五层电梯控制系统，此种控制方式具有易编程、易维护、抗干扰性强、安全稳定性强等优点。大大提高了电梯安全性、舒适感、灵活性与可维护性，缩短了电梯的开发周期，同时降低了电梯的损耗。PLC控制系统作为电梯的控制方式能满足人们可靠性、安全性、舒适性等需求，已经成为当今电梯控制系统的一种发展潮流。PLC在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。本设计在原有的电梯控制模式上，完善厅召唤、指层、选层、选向等功能，比原有控制系统可以更容易的实现更为复杂的控制任务。从而降低了电梯的能耗，提高了电梯工作效率，进一步增强了市场竞争力。设计中首先了解五层电梯的构造与工作原理，对PLC的特性与功能进行了详细阐述。接着根据输入、输出点数和存储容量选择了合适的PLC机型，结合PLC机型与I/O分配表画出梯形图与接线图，设计出指令程序，以实现电梯的指层控制、选层选向等功能。最后选取选层选向功能的指令程序，输入实验台，通过实验结果可以验证本设计可行。关键词:可编程控制器，电梯，指令程序，控制系统ABSTRACTIIABSTRACTToacceleratingtheprocessofurbanization,moreandmorehigh-risebuildingshavebeenbuilt.Theelevatorisforhigh-risebuildingtransportationserviceequipment,ithasthetravellingspeedfast,safeandreliable,simpleandconvenientoperatingexcellence.Theroleoftheelevatorasaverticaltransportisalsogrowing.Therelaycontrolisthemosttraditionalwayofacontrolintheelevatorindustry.Therelayscontrolsystemhasmanyshortcomingsanddeficiencies,suchashighfailurerate,maintenanceinconvenient,largeenergyconsumption,programmingtedious.Departurefromthedemandofthepeopleontheelevator,thesystemwillgraduallybeeliminated.Fromthepeopletotheelevatortomeettheneedsofthissystemhasbeencan'tsatisfythePeople'sDailyneeds,willgraduallybeeliminated.Programmablelogiccontroller(PLCisusedinthefive-storyelevatorcontrolsystem,suchcontroleasyprogramming,easytomaintain,stronganti-interference,andsecuritystability.Greatlyimprovetheelevatorsafety,comfort,flexibilityandmaintainability,shortenthedevelopmentcycleoftheelevator,andatthesametime,reducethelossofthelift.PLCcontrolsystemastheelevatorcontroltomeetthedemandofthepeopletoreliability,safety,comfort,andhasbecomeadevelopmenttrendoftoday'selevatorcontrolsystem.PLCelevatorcontrolismainlyreflectedinitslogicswitchingandcontrolfunctions.ThePLChasalogicoperation,countingandtiming,aswellasdatainputandoutputfunctions.Inelevatorcontrolprocess,thevariouslogicalswitchcontrolagoodcombinationwiththePLC,whichachieveagoodcontroloftheelevator.Thisdesignintheoriginalelevatorcontrolmode,perfectthehallcalls,referstothelayer,selectthelayer,chooseto,andotherfunctions,thantheoriginalcontrolsystemcanbemoreeasytoachievemorecomplexcontroltasks.Thereby,itcanreducetheelevatorenergyconsumption,improvetheworkefficiencyoftheelevator,andfurtherenhancethemarketcompetitiveness.Designfirstintroducedthefive-storystructureandworkingprincipleoftheelevator.ThendrawladderandwiringdiagramaccordingtothethePLCtypeandI/OABSTRACTIIIAllocationTableThird,designinstructionprogramtoachievetheelevatorreferslayercontrolandlayerselectionoption.Lastinstructionprogram,selectthefunctionoftheselectedlayerselectedtoenterthebench,andexperimentalresultsverifythatthedesignisfeasible.Keywords:Programmablecontroller，elevator，Programofinstructions，controlsystemIV目录第一章绪论.....................................................................................................................11.1课题的背景、意义...............................................................................................11.2国内研究现状.......................................................................................................11.3论文的主要内容和章节安排...............................................................................2第二章电梯与PLC的概述...........................................................................................42.1电梯与PLC的起源与发展...................................................................................42.1.1电梯的起源与发展.........................................................................................42.1.2PLC的起源与发展.........................................................................................42.2电梯的分类与构造................................................................................................62.2.1电梯的分类.....................................................................................................62.2.2电梯的构造....................................................................................................电力拖动系统..............................................................................................电气控制系统..............................................................................................曳引系统......................................................................................................导向系统......................................................................................................门系统..........................................................................................................轿厢..............................................................................................................重量平衡系统..............................................................................................安全保护系统..............................................................................................82.3电梯的工作原理与控制要求...............................................................................92.3.1电梯的工作原理...........................................................................................102.3.2电梯的控制要求..........................................................................................102.4PLC的特点...........................................................................................................112.4.1可靠性高，抗干扰能力强............................................................................112.4.2编程简单，使用方便....................................................................................112.4.3接线简单，通用性好...................................................................................122.4.4易于安装，便于维护...................................................................................122.5PLC的分类..........................................................................................................122.5.1按I/O点数分类.........................................................................................122.5.2按结构分类..................................................................................................132.5.3按功能分类..................................................................................................142.6PLC的基本结构..................................................................................................142.6.1中央处理器CPU..........................................................................................152.6.2存储器..........................................................................................................15V2.6.3输入输出接口(I/O.......................................................................................152.6.4外部设备接口...............................................................................................162.6.5I/O扩展接口.................................................................................................162.6.6电源...............................................................................................................162.7PLC的工作原理与编程环境..............................................................................162.7.1PLC的工作原理..........................................................................................162.7.2PLC的编程环境...........................................................................................系统监控程序...........................................................................................用户程序...................................................................................................编程软件...................................................................................................182.8本章小结..............................................................................................................19第三章电梯PLC控制系统的总体设计.....................................................................203.1PLC控制系统设计的总体原则..........................................................................203.2PLC系统设计的一般步骤..................................................................................203.2.1熟悉控制对象，确定控制范围...................................................................203.2.2制订控制方案，选择可编程控制器机型..................................................213.2.3系统硬件设计和软件编程..........................................................................213.2.4现场运行调试..............................................................................................213.2.5编制系统的技术文件...................................................................................213.3PLC控制系统设计的主要内容..........................................................................223.3.1可靠性设计...................................................................................................223.3.2安全性设计..................................................................................................223.3.3标准化设计..................................................................................................223.4设计实现的主要功能.........................................................................................223.5可编程控制器运用程序设计语言.....................................................................233.5.1梯形图程序设计语言...................................................................................233.5.2.布尔助记符程序设计语言...........................................................................243.5.3功能表图程序设计语言..............................................................................243.5.4功能模块图程序设计语言..........................................................................253.5.5结构化语句描述..........................................................................................263.6本章小结.............................................................................................................26第四章PLC控制系统硬件设计与选型......................................................................274.1控制结构和方式的选择......................................................................................274.1.1单机控制系统..............................................................................................274.1.2远程I/O系统...............................................................................................274.1.3分布式控制系统..........................................................................................274.2PLC机型的选择...............................................................................................284.2.1I/O点数的估算.............................................................................................284.2.2输入/输出模块的选择.................................................................................294.2.3估算系统对PLC响应时间的要求.............................................................30VI4.2.4对程序存储器容量的估算..........................................................................314.3可编程控制器的电源选择.................................................................................314.4变频器选择..........................................................................................................324.4.1变频器的分类..............................................................................................324.4.2变频器的控制方式.......................................................................................324.4.3变频器的选型...............................................................................................334.5本章小结.............................................................................................................34第五章电梯PLC控制系统程序设计.........................................................................355.1电梯控制要求......................................................................................................355.1.1干簧感应器的工作原理...............................................................................355.1.2电梯位置的确定和显示...............................................................................355.1.3轿厢内的运行命令及门厅的召唤信号.......................................................365.1.4.电梯门的控制要求.....................................................................................365.1.5轿厢的启动与运行.......................................................................................365.1.6轿厢的平层与停车.......................................................................................365.2PLC控制系统的设计分析..................................................................................375.2.1PLC单台电梯控制系统的工作流程...........................................................375.2.2PLC控制系统的一般设计步骤...................................................................385.2.3电梯的运行过程及工作流程图...................................................................395.3I/0分配对照表.....................................................................................................415.4安装图.................................................................................................................425.5厅召唤功能.........................................................................................................445.6轿内指令功能.....................................................................................................465.7指层、选层选向功能.........................................................................................485.8启动、换速功能.................................................................................................505.9本章小结..............................................................................................................52第六章基于PLC的电梯控制系统的实现.................................................................536.1调试的流程.........................................................................................................536.2I/O分配表............................................................................................................536.3指令程序.............................................................................................................556.4梯形图.................................................................................................................566.5调试过程.............................................................................................................576.6本章小结.............................................................................................................57第七章结论...................................................................................................................587.1研究成果.............................................................................................................587.2不足与展望.........................................................................................................58致谢.............................................................................................................................60参考文献.........................................................................................................................61第一章绪论1第一章绪论1.1课题的背景、意义随着中国城市化进程的不断深化，城市迅速的崛起，高层建筑的不断增多，安装电梯的场所越来越多，电梯在人们日常生活中的作用也日趋重要。电梯设置在垂直的两根导轨之间，通过电力拖动的方式，将将载有乘客或货物的轿厢做升降运动。所以，电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。继电器控制是电梯产业中最为传统的一种控制方式。继电器控制系统存在很多缺点与不足，如：故障率高、维护不方便、耗能比较大、编程繁琐等缺点。从人们对电梯的需求出发，这种系统已经满足不了人们日常的需求，将逐渐被淘汰。可编程序控制器（PLC）控制系统具有可靠性高、编程和维护方便等主要特性。自20世纪90年代以来，(PLC在电梯控制系统中的应用日渐普遍，特别是在我国中小型电梯企业的产品中得到广泛的应用。近年来，在我国的电梯行业中，传统的继电器控制方式基本已经被淘汰，逐渐被PLC控制系统和微控制器数字控制系统所取代。其中,PLC由于编程简单、容易维护、设计和调试周期短、抗干扰能力强、可靠性高等优点，被广泛地应用于电梯控制系统中。本课题以浙江怡达快速电梯控制系统建设为背景，将可编程序控制器(PLC应用于五层电梯进行逻辑控制，通过PLC对程序设计，进一步改进了电梯控制功能，大大提高了电梯安全性、舒适感、灵活性与可维护性，缩短了电梯的开发周期，同时降低了电梯的损耗。在原有的电梯控制模式上，完善厅召唤、指层、选层、选向等功能，比原有控制系统可以更容易的实现更为复杂的控制任务。PLC在电梯控制系统中的应用非常广泛，非常有使用价值。我国电梯工业起步晚1.2国内研究现状目前，我国电梯行业已经具备了很强的生产能力，不但可以生产出符合国内市场需求的产品，而且部分产品已经走出国门进入国际市场。经过多年的改革与发展，涌现出了江苏江南、巨人通力、苏州帝奥、申龙、宁波宏大等一大批国内电子科技大学硕士学位论文2优秀的电梯品牌。以国际先进技术为标准，国内电梯企业坚持“科学发展、科学创新”的原则，努力拼搏、顽强奋进，在无机房电梯、远程监控、绿色电梯等新技术和新产品中取得了卓越的成绩，部分技术已经达到了国际先进水平，得到了国内外广大用户的一致好评。目前，继电器控制、PLC控制和微型计算机控制是电梯主要的三种控制方式。电梯技术的飞速发展，主要取决于国内电梯企业对技术发展的重视程度，在电梯技术的革新、电梯工艺的修善上投入了大量的人力、物力。继电器控制系统是以前电梯企业主要采用的一种电梯控制系统，随着技术的革新换代，人们对生活水平的要求越来越高，开始考虑电梯的安全性、舒适性、快速性，继电器控制已经不能满足人们的生活需求。随着电子技术不断发展提高，PLC控制系统作为一种可编辑的数字运算电子装置，开始出现在电梯控制系统中，由于此系统具有安全稳定、灵活实用、易操作、低能耗等一系列优点，得到大力推广与发展，已经逐渐开始替代继电器控制，成为电梯控制技术的主流。与此同时，交流变频调速的电梯拖动方式也逐渐淘汰了原来的直流调速。以现有的高端电梯产品来看，大部分企业在电梯控制中采用了PLC控制与交流调速相配合的控制技术，此控制技术以高效的性能、独特的稳定性，正成为当今电梯产业发展的主流[16]。1.3论文的主要内容和章节安排本设计把握当今电梯控制系统的发展趋势，通过文献查阅、调查研究、实验论证等方式方法，对五层电梯PLC控制系统进行了研究、分析、总结与设计。在设计的过程中，对五层电梯的硬件、PLC情况进行学习与研究，全面掌握电梯构造、PLC的特性与功能。然后，分析电梯的控制策略，根据设计计算出I/O点数，并确定所选PLC机型。接着进行程序设计，写出控制系统I/O分配表、输入输出端子接线图、梯形图、流程图等。最后编写出实验验证程序，并进行实验验证。本论文共分为七章:首先，介绍本文的研究背景、研究意义与目的。其次，从电梯的起源与发展、国内外现状、结构、分类、以及电梯控制相关要求出发进行阐述，对电梯知识进行全面了解。从PLC的起源与发展、结构、分类、特点、工作原理、发展趋势等方面全面介绍了PLC相关情况。第三章，从PLC控制系统设计总体原则、设计步骤、主要内容、编程语言类型等方面出发，详细介绍了PLC控制系统的总体设计。第一章绪论3第四章，主要阐述了电梯控制系统硬件的选型，选择并确定合适的PLC、变频器机型做为本次5层电梯控制系统的主要配件。第五章，根据电梯控制要求，对电梯PLC控制系统的设计与实现系统程序进行设计，编辑系统指令程序，并绘制安装图、梯形图等。第六章，主要介绍了电梯PLC控制系统的实现，并选取五层电梯中选层选向功能的指令程序在实验室进行调试，以验证设计的可行性。第七章，总结研究成果与本文存在的不足之处，并对未来电梯控制系统的发展趋势进行展望。电子科技大学硕士学位论文4第二章电梯与PLC的概述2.1电梯与PLC的起源与发展2.1.1电梯的起源与发展电梯作为垂直运输工具，被广泛的应用在人们的日常生活中。追溯到公元前2800年前，电梯的前身-机械升降机作为一种运输设备便已经应用到金字塔的建造中。伟大科学家阿基米德于公元前236年，设计出了被人们称为现代电梯鼻祖的人力驱动的卷筒式卷扬机。亨利·沃特曼于1850年，在美国纽约市设计出了世界上第一台以蒸汽机为动力的卷扬机。1952年，世界上第一台具有安全装置的升降梯由美国人奥的斯发明设计，并由此拉开了广泛使用升降梯的序幕。随着经济社会的迅猛发展，科学技术日新月异，在蒸汽电梯发明不久，水压梯、油压汞和控制阀的液压梯等升降梯新技术相继出现。直至1889年，世界上第一台以电力为动力的卷筒式驱动梯由美国奥的斯公司在纽约发明。由此，电梯作为一种新颖的升降工具开始走进人类的生活，并得到了不断的发展。为了提高电梯的安全性、舒适性、高效性，人们通过不断技术改造与创新，开发出了日趋完善的电梯新技术。1892年，发明了用电动机励磁场来调速的电动机—发电机电力驱动系统；1900年，交流感应电动机应用于电梯驱动，从而简化了传动系统；1903年，曳引驱动方式、有齿轮高速电梯得到运用，成为现代电梯的前身；1949年，电子技术开始运用到电梯控制技术中，使电梯发展得到了空前地发展。70年代，数字化电路开始运用于电梯控制中，从而进一步提高的电梯运行的稳定性与精确性。80年代，微机和数字调节技术日益完善，脉宽调节技术开始使用，进而完善了速度调节功能。90年代，调压调频拖动系统大量运用于电梯控制系统。目前，PLC控制系统正成为一种潮流被广泛运用在电梯控制系统中，为电梯不断发展、进步继续谱写着新的历史篇章[16]。2.1.2PLC的起源与发展1968年，通用汽车公司（GM）提出要研制一种能集计算机、继电器控制系统各自的优点的新型控制设备的设想。1969年，美国数字设备公司（DEC）把设想第二章电梯与PLC的概述5转换为现实，把研制成功的可编程序控制器PDP—14试用在汽车自动装配线上[14]。1971年，日本从美国引进了这项新技术，并很快研制成功了日本第一台可编程序控制器CS-8。1973－1974年德国和法国也研制出了可编程序控制器。1977年我国研制成功了自己的可编程序逻辑控制器。目前可编程序控制器己经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。这项新技术的成功使用，在工业界产生了巨大影响。从第一台PLC诞生以来，PLC的发展经历了五个重要时期。从1969年到20世纪70年代初期。CPU由小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器，控制功能比较简单，仅仅是继电接触器的替代产品。从20世纪70年代初期到20世纪70年代末期。采用CPU微处理器，存储器采用了半导体存储器，实现了模拟量控制，软件上开发自诊断程序，PLC的可靠性提高，产品实现了系列化，PLC的应用范围扩大。从20世纪70年代末期到20世纪80年代中期。大规模集成电路推动了PLC的发展。CPU采用了8到16位微处理器，数据处理能力和速度提高，PLC开始具备了通讯能力，软件上开发了梯形图语言和语句表语言，发达国家多种工业控制开始使用PLC。20世纪80年代中期到20世纪90年代中期。超大规模集成电路使PLC完全计算机化。CPU开始采用32位微处理器，数学运算和数据处理能力大大提高，增加了运动控制，PID控制。联网能力加强，PLC向标准化，系列化发展。20世纪90年代中期至今。主要特点：CPU使用16位和32位微处理器，运算速度更快，具有大匹量数据处理能力，出现了智能化模块，可以对各种复杂系统进行控制。编程语言除了梯形图和语句表语言之外，还增加了高级语言。目前，PLC的发展方向主要由两个方面。一是发展适用于单机控制的小型PLC,发挥出PLC型小、价廉、质优等优点。由于小型可编程序控制器体积小，很容易安装在电器柜中，使电器柜布局简单、整洁、美观，特别便于维护。由于小型PLC价格低廉，在设备的成本核算方面，也比较容易接受。二是发展适用于多处理器系统的大型PLC，发挥出大速度快、功能多、分别广等优点。这类可编程序控制器一般有较大的存储能力和功能很强的输入输出接口，可以完全完成自动化的相关要求[13]。电子科技大学硕士学位论文62.2电梯的分类与构造2.2.1电梯的分类电梯的品种繁多，根据电梯的不同用途设置了功能多样的电梯，主要分为以下几类：①以电梯的速度作为分类标准:把低于1.00m/s速度的电梯称为低速电梯、把速度在1.00～2.00m/s的电梯称为中速电梯、把速度大于2.00m/s的电梯称为高速电梯、把速度超过5.00m/s的电梯称为超高速梯。②以电梯的用途作为分类标准:客运电梯、货运电梯、观光电梯、矿井电梯、车辆电梯，船舶电梯，医用电梯等。③以电梯的驱动方式作为分类标准:用交流感应电动机作为驱动力的交流电梯、用直流电动机作为驱动力的直流电梯、用螺母旋转作为驱动力的螺杆式电梯、用电动泵驱动液体流动作为驱动力的液压电梯、用电动机带动齿轮旋转作为驱动力的齿轮齿条电梯。④以有无司机作为分类标准：有司机电梯、无司机电梯。⑤以控制方式作为分类标准：单程控制、下集选（常用于住宅梯）、全集选（常用于非住宅梯）、并联控制（2台）、群控（3台以上）。⑥以机房位置作为分类标准：上机房电梯、下机房电梯，无机房电梯。2.2.2电梯的构造电梯是机、电合一的垂直运输设备，其中，主要由电力拖动系统、电气控制系统、曳引系统、导向系统、门系统、轿厢、重量平衡系统、安全保护系统等八大系统组成了完整的电梯。电梯的机械部件主要如图2-1所示：电力拖动系统电力拖动系统的功能是为电梯提供动力，并对电梯的启动加速、稳稳速运行和制动减速起着控制作用。拖动系统的优劣直接影响着电梯启停时的加速和减速性能、平层精度、乘坐舒适感等指标。目前电梯的拖动系统分为直流电动拖动、交流电动机拖动和永磁同步电动机拖动。曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等设备组成了电力拖动系统，其中，曳引电机为电梯提供动力，电机的驱动电源由供电系统提供，速度反馈系统可提供电梯运行速度信号，并对曳引电第二章电梯与PLC的概述7机的速度进行控制。电气控制系统电气控制系统主要是指对电梯曳引电动机和门机的启动、运行方向、减速、停止功能的控制，以及管理每层站显示、层站召唤、轿内指令、安全保护等指令信号，并在实行每个控制环节实行操作。控制系统的功能与性能直接决定着电梯的自动化程度与性能。电气控制系统的类型主要有继电器控制、PLC控制、微机控制三种方式。电梯电气控制系统一般由操纵箱、召唤盒、层站位置显示装置、平停层装置、端站强迫换速开关、限位开关、控制柜、位置检修箱等装置组成。曳引系统电梯曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮和反绳轮等部件组成，主要向电梯输送、传递动力，从而使电梯运行。是电梯运行的根本，是电梯中的核心部分之一。曳引机是电梯的动力设备，由电动机、制动器、曳引轮、联轴器、机架和盘车手轮等组成。曳引钢丝绳依靠钢丝绳和曳引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮让钢丝绳分别连接轿厢和对重的两头引到其适当的位置。反绳轮一般在轿顶，作用是减小曳引机的输出功率和力距。导向系统导向系统在电梯运行过程中，使电梯在标准的轨道氛围内规律运行，不会发生横向的搬动和振动，保证轿厢和对重运行平稳不偏摆。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。门系统门系统可以分为两种，装在井道入口层站处的为层门，装在轿厢入口处的为轿厢门。电梯层门和轿厢门一般由门、导轨架、滑轮、滑块、门框、地坎的部分组成。层门主要功能是封住层站入口和轿厢入口，轿厢门设在轿厢入口，轿厢上的开门机为轿厢、门提供动力。轿厢电梯轿厢具有方便出入门装置的箱型结构部件，是与乘客或货物直接接触的，主要由轿厢架和轿厢体组成。轿架是轿厢的承载结构，轿厢的负荷由它传递到曳引钢丝绳，一般由上梁、立柱、底梁和拉杆等组成。轿厢体是形成轿厢空间的封闭围壁，除必要的出入口和通风孔外不得产生有害气体和烟雾，高度大于2米，电子科技大学硕士学位论文8为防止乘员过多，内部面积要受到限制。轿厢体一般由厢底、轿厢壁、轿厢顶等组成。重量平衡系统重量平衡系统的作用是使对重和轿厢达到相对平衡，在电梯运行中即使重量不断变化，仍然能使两者间的重量差保持在较小限额之内，保证电梯传动平稳、正常。主要由对重装置和重量补偿装置两部分组成。对重装置一般有对重架、对重块、导靴等组成。重量补偿装置是悬挂在轿厢和对重底面的补偿链条、补偿绳等。安全保护系统安全保护系统主要应对设备突发故障时，及时采取相应的措施，防止事故的发生。安全设备主要由限速器、安全钳、夹绳器、缓冲器、安全触板、光幕、超载保护等装置组成。限速器的作用是随时监测控制轿厢的速度，当出现超速度的情况是，即电梯额定速度的115%时，能及时发出信号，继而产生机械动作切断电路，使曳引机制动。如果电梯无法制动，则安装在轿厢底部的安全钳动作将轿厢强制制停。限速器是指令的发出者，而安全钳是执行者，两者共同作用才出现安全电梯之说。缓冲器一般有蓄能型和耗能型两种，一般设置在井道底坑内,当其他安全设施都不起作用，电梯由于失控可能撞向底坑（撞底）或冲向楼顶（冲顶）时，缓冲器可起到吸收、消耗电梯轿厢和对重动能的作用，使轿厢减速，并安全停止。安全触板、光幕同属于电梯的近门安全保护装置，是机电一体式关门防夹安全装置，作用是在电梯自动关门过程中，防止人员或物品被夹受损。第二章电梯与PLC的概述9图2-1电梯的机械系统电子科技大学硕士学位论文102.3.1电梯的工作原理目前，我国使用的电梯大部分为“机电一体化”的曳引式电梯。由曳引钢丝绳承受着电梯轿厢的全部悬挂重量，在运转时绕曳引轮、导向轮将电梯向上或向下拉升。曳引钢丝绳是由若干钢丝先捻制成股、后捻制成绳而成的，捻制钢丝绳的钢丝一般是由优质碳素结构钢冷拉而成。曳引钢丝绳磨损过度、断丝率超过其受力极限时，就将导致“坠梯”的情况发生，因此使用单位应该定期维护或更换曳引钢丝绳。电梯拖动系统示意图如图2-2所示。图2-2电梯拖动系统示意图1-电动机；2–减速机构；3-曳引轮；4-刚丝绳；5-轿箱；6-配重2.3.2电梯的控制要求随着科学技术的不断发展，以及生活水平的不断提高，人们对电梯的智能性、舒适性、多功能性要求越来越高。根据市场的需求，电梯厂家开发研制出各类电梯产品，并针对客户要求配置，设计出不同的控制系统。其中，电梯的控制要求主要集中在以下几个方面：①上升和下降只受单台电机控制。②轿厢内有楼层按钮、开门按钮、开门按钮。③电梯平层时能自动开关门。④电梯每层设有方向、当前层指示灯、上/下呼叫开关。⑤停站5-6后或在此时间内按下关门键，电梯门自动关闭。⑥电梯具有记忆功能，运行过程中，对于方向相同的选层信号，能依次停站2.3电梯的工作原理与控制要求第二章电梯与PLC的概述11应答。⑦电梯全面完成一个方向的指令后，能自动关门，同时能自动的调转方向，执行反方向的相关指令。⑧当电梯完成全部指令，并没有其它任何指令时，电梯可以自动运行到基层停止。2.4PLC的特点国际电工委员会（IEC）对可偏程序控制器即PLC的定义如下：“可编程序控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子系统。它通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程，从而实现逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并可编程序控制器及其有关设备、都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”这段话对可偏程序控制器的特点和应用领域进行精炼的总结。2.4.1可靠性高，抗干扰能力强PLC通常采用微电子技术，选用的电子器件品质精良，一般都是工业级，甚至是军用级，基本无故障。相对于继电器控制系统，PLC活动部件比较少，连接线不多，系统简单易维护，其次是设计相对比较合理、操作简单，容易掌握。相对于计算机控制系统，PLC编程语言比较精简，以致编程出错率降低；同时在制作工艺方面通常是流水线生产，质量优良；将一些提高系统可靠性的措施运用在软件设计中，完善自诊断功能[6]。PLC在环境不佳的工业现场情况下，也能很好的适应。适应环境温度范围比较广，在环境温度-20℃~65℃情况下，也能正常地保持原有工作状态。同时，还具有很好的抗振能力和抗冲击能力，在瞬间断电时，仍能保持正常工作状态。2.4.2编程简单，使用方便编程语言主要有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图和等。其中，任何一种都可以最为PLC的编程语言，相对灵活比较大、多样性比较宽广。和继电器控制系统相比，PLC相对可塑性较强，程序的改编即可适应不同的生产需要，而不必改变硬件设备。此功能是淘汰继电器控制的重要因素之一。梯形图、布尔电子科技大学硕士学位论文12助记符等编程语言相对比较易懂，对于技术人员而言，相对更容易理解、在实际使用中将更为方便。2.4.3接线简单，通用性好相对于继电器控制系统接线和拆线的麻烦性，PLC控制的相关设备基本上都具有即插即卸功能。因此，PLC控制系统具有接线简单、工作量少的优点。同时，PLC输入、输出模块连接外部其它设备相对也比较简单，方便现场技术人员使用。PLC的用户界面十分友好，给使用者带来很大的方便。PLC可以级连低速网络和高速网络，与不其他可编程控制器兼容，并组成局部网络。2.4.4易于安装，便于维护由于PLC体积较小的原因，在继电器控制箱黎安装PLC时相对占用的空间大大减小。PLC替换继电器的同时，PLC小的模块结构使之能安装在继电器附近并将连线向已有接线端，其实改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。在大范围安装时，要选择最优的地点安装长距离的输入/输出站点。CPU的连向是长距离站通过同轴电缆获双扭线实行的，这样很大程度上降低了人力、物力，PLC制造商可以再系统不同部分到达安装现场前预先连好线，，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装的时间。易维护的特点是PLC设计的主要目标之一。由于诊断指示器嵌在检测电路每个部件中，所以，维修时故障检测相对比较简单，维修时只需直接更换模块级插入式部件。2.5PLC的分类PLC产品种类日益繁多，其规格和性能也趋于多样性。从PLC的结构、功能等方面出出发，PLC大致可以分为以下几种：2.5.1按I/O点数分类PLC按其I/O点数多少一般可分为以下4类。①微型PLC：I/O点数小于64点的PLC为超小型或微型PLC。②小型PLC：I/O点数为256点以下，用户程序存储容量小于8KB的为小型PLC。小型PLC一般具有数据处理、计时、计数、算术运算、通信联网等功能。第二章电梯与PLC的概述13比如西门子公司的S7-200PLC，三菱公司的F1、F2和FX0系列PLC都属于小型机。③中型PLC：I/O点数在512～2048点之间的为中型PLC。它除了具有小型机所能实现的功能外，还具有更强大的通信联网功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。如西门子公司的S7-300PLC、三菱公司的A1S系列PLC都属于中型机.④大型PLC：I/O点数为2048点以上的为大型PLC。它具有极强的软件和硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，并在大型工厂生产管理自动化功能的实现中起到很大作用。其次，提高机器可靠性的表决式系统，也可以由大型PLC的三个CPU构成。如西门子公司的S7-400系列PLC、三菱公司的A3M、A3N系列PLC都属于大型机[15]。2.5.2按结构分类PLC按其结构可分为整体式、模块式及叠装式3种。①整体式PLC：将CPU、I/O单元、电源、通信等部件集成到一个机壳内的称为整体式PLC。不同I/O点数的基本单元与扩展单元组成了整体式PLC。其中，基本单元主要有I/O接口、CPU、I/O扩展单元相连的扩展口以及与编程器相连的接口。扩展单元内没有CPU，只有I/O接口和电源等。一般情况下，通过扁平电缆把基本单元和扩展单元连接在一起。它还配备模拟量单元、位置控制单元等特殊功能单元。一般，整体式PLC都是小型机。②模块式PLC：模块式PLC是将PLC的每个工作单元都制成独立的模块。其中，主要包括I/O、CPU、电源模块以及其它功能模块。模块式PLC构成母板及各种模块，按控制系统需要选取模块后，安插到母板上，就构成了一个完整的PLC系统。这种模块式PLC的优点是配置方便，灵活性很强，可以根据不同的需要选配不同类型的系统，并且安装十分方便。此结构模式一般应用在大、中型PLC中。例如，西门子公司的S7-300系列、S7-400系列PLC都采用模块式结构形式。③叠装式PLC：将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC将CPU模块、电源模块、通信模块和一定数量的I/O单元集成到一个机壳内，如果集成的I/O模块不够使用，可以进行模块扩展。通过电缆把CPU、电源、I/O接口等各种独立模块进行连接与叠装。叠装式PLC集整体式PLC与模块式PLC优点于一身，它不但系统配置灵活，而且体积较小，安装方便。西门电子科技大学硕士学位论文14子公司的S7-200系列PLC就是叠装式的结构形式。2.5.3按功能分类以功能作为分类标准，PLC主要分为低档PLC、中档PLC和高档PLC三种类型。①低档PLC：低档PLC工作速度不高，模块的种类也不是太多，一般只具有基本的运算功能和控制功能。此类PLC一般适用于简单的小规模系统控制。如果要用在联网中，一般只做从站使用。OMRONC60P属于此类型。②中档PLC：中档PLC在完成一般运算功能的同时，还能完成三角函数、指数等相对比较复杂的运算。而且工作效率相对较高，模块的种类也很多，具有很强的运算功能和控制功能。此类PLC一般适用于中型规模的系统控制。如果要用在联网中，从站、主站都可以使用。SIEMENSS7-300属于此类型。③高档PLC：高档PLC一般在大型工厂自动化建设中得以运用，具有十分强大的运算功能和控制功能。一般低档机多为小型PLC，采用整体式结构；中档机可为大、中、小型PLC，其中小型PLC多采用整体式结构，中型和大型PLC采用模块式结构。2.6PLC的基本结构PLC具有很多的型号与规格，但基本的原理大致相同。其原理都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更需要依靠软件的相关支持。从某种意义上讲，可编程控制器的作用等同于生活中的微型计算机。它一般由中央处理单元CPU、存储器、输入、输出等部分组成。PLC的内部结构如图2-3所示：第二章电梯与PLC的概述15图2-3PLC的内部结构2.6.1中央处理器CPUCPU在内存中全面读取输入装置的相关数据、状态，充分解释相关指令规定后，从而产生控制输出设备，并响应外部设备的请求以及进行各种内部诊断。2.6.2存储器PLC的存储器用来存放程序和数据。PLC的存储器可以分为两类：一类是系统程序存储器，主要存放系统管理、监控程序和用户程序编译程序。这类程序已由厂家固定，用户不能更改。另一类是用户程序及数据存储器，主要存放相关的程序和数据。2.6.3输入输出接口(I/O输入/输出接口的作用主要是把PLC与现场输入输出设备或其他外部设备进行连接。工业设备或生产过程的状态或信息（如按钮、各种继电器触点、行程开关、各种传感器等）通过输入接口读入中央处理器。输出接口是将CPU处理的结果通过输出电路去驱动输出设备（如指示灯、电磁阀、继电器、接触器等）。输入和输出接口还可以完成中央处理器与输入输出设备的连接。电子科技大学硕士学位论文162.6.4外部设备接口PLC的外部设备主要有编程器、操作面板、文本显示器、打印机等。为了进一步实现PLC的编程、监控功能，编程器一般不设置在PLC里面，而是通过编程器接口把PLC与编程器进行连接。编程器接口用途广泛，除了连接各种编程设备外，还具有监控、通讯的作用。文本显示器除用于显示系统信息外，还是一个具有操作功能的控制单元。打印机可以把过程参数和运行结果以文字形式输出。外部设备接口可以把上述外部设备与CPU相连接，以完成相应的操作。除了上述的一些外部设备接口以外，PLC还设置了存储器接口和通讯接口存储器接口是为了为扩展存贮区而设置的。通讯接口是为了建立完整的通讯网络而设置的。2.6.5I/O扩展接口I/O扩展接口的主要功能是对输入/输出单元进行扩展。通过此种扩展接口，可以更加灵活的对PLC的控制规模进行配置，同时，它还可以把模拟量、高速计数等各种开关的I/O单元进行配置。2.6.6电源PLC的电源是指为CPU、存贮器、I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关电源。电源的输入端一般是交流电流，其电压的范围很大，并且有脉冲吸收电路，具有很强的抗干扰能力。电源电压不同，其相应的用途也各异，比如５Ｖ电源一般只供PLC内部使用，24Ｖ电源既可以在内部使用，还可以供输入/输出单元和各种传感器使用。2.7PLC的工作原理与编程环境2.7.1PLC的工作原理一般情况下，PLC的功能、特点与微型计算机类似，就工作方式而言，PLC与微型计算机存在着很大差异。微型计算机通常采用的工作方式为等待命令，而PLC通常采用的工作方式为循环扫描。在PLC中，CPU一般按规律的指令程序执行用户程序，从第一条指令开始，到最后一条指令结束，最后又返回第一条指第二章电梯与PLC的概述17令，进行不断地循环运行，进而完成一个扫描周期。I/O刷新和执行指令是一个扫描周期中最为主要的两个阶段。I