PLC电梯控制系统

PLC电梯控制系统

摘要

在现代社会及经济活动中，电梯己成为城市物质文明的标志。尤其是在高层

建筑中，电梯作为一种垂直运输工具，承载着大量人流、物流的输送。随着今天

高层建筑的迅速发展，人们对电梯诸如可靠性、舒适度、低噪音、低能耗等的性

能要求也愈来愈高。这一系列的要求促进了如今电梯行业的快速发展，其拖动技

术发展到了调频调压调速阶段，逻辑控制也由可编程控制代替了之前

的继电器控制。

本设计针对目前我国电梯业的现状，采用PLC对电梯进行逻辑控制，考虑

了电梯的可靠性、可维护性、灵活性、使用寿命以及电梯的开发周期等方面，设

计的控制系统具备楼层指示、呼梯指令登记、选层选向、自动运行和检修运行等

功能，具有集选控制的特点。而所设计的电梯电力机交流变频器的调速技术是如

今节电、改善工艺流程、提高产品质量、推动技术进步、改善环境的一种重要手

段。

关键词:电梯，控制系统，PLC,变频调速

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目录

摘要...................................................................1

第一章引言...........................................................3

1.1研究背景及意义................................................3

1.2国内外研究现状................................................3

1.3木文研究的主要内容............................................4

第二章电梯的概述......................................................5

2.1电梯的定义与简介..............................................5

2.2电梯的结构.....................................................5

2.2.1四大空间................................................6

2.2.2八大系统................................................7

第三章PLC简介.......................................................8

3.1PLC的定义及特点............................................8

3.1.1PLC的定义.............................................8

3.1.2PLC的特点.............................................8

3.2PLC的主要应用领域...........................................9

3.3本章小结.....................................

第四章系统控制方案的设计..............................................9

4.1系统设计的基本步骤............................................9

4.2系统控制方案.................................................10

4.3PLC控制电梯的逻辑关系......................................11

第五章系统硬件设计...................................................11

5.I电机调速系统的设计...........................................11

5.2电力调速系统的应用与发展....................................11

5.3井道信号系统的设计..........................................12

5.3.1井道信号系统的设计....................................12

5.4机型的选择...................................................12

5.4.1PLC的选型............................................12

5.4.2变频器的选型.........................................13

5.4.3旋转编码器............................................13

5.5编码器与PLC的连接..........................................13

参考文献.............................................................14

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第一章引言

1.1研究背景及意义

电梯是安装在建筑物内的一种交通工具，是为了满足人们对于垂直运输的需

要而建立的。在现代社会，电梯就如同汽车、轮船一般不可或缺有关资料显示，

在美国，每年乘坐其它交通工具的人数约为80亿人次而乘坐电梯的人数达到540

亿人次之多。如今，电梯的使用情况已成为衡量现代化发展程度的一种标志，从

某种意义上说，电梯也成为研究一个城市中居民生活状态的最完美空间。

电梯作为一种公共交通工具，安全性能显得尤为重要，因为只有安全运行才

能够使乘客对电梯产生信任感。事文上，电梯的设计方面已采用了多种安全保护

措施，据美国一家保险公司对电梯安全性的一项调查和计算显示，乘电梯要比走

楼梯安全5倍。随着高层建筑的不断出现，人们对电梯系统的性能要求也越来越

高，不单单是安全性，还包括舒适度等方面。从研究电梯交通系统的统计特性到

研究电梯交通系统的动态特性，人们在电梯控制系统中利用了各种技术来提高系

统的运行效率。

社会生产力的不断发展带动了人类文明的高速发展，特别是20世纪70年代

以后，高层建筑在世界范围内得到的迅猛发展，极大地促进了电梯技术的改良和

革新。近半个世纪以来，电梯技术从原始的模型升降机发展到能满足人类需要的

高级智能化电梯。

1.2国内外研究现状

随着经济的不断发展，我国生产的电梯在亚洲的年销售量己达1万台，约占

亚洲市场的1/50,同时国产电梯的技术水平以及产品质量也在稳步提高。自1985

年参加了国际标准化组织ISO/TC178以来，我国先后等同或等效地采用了一批

国际标准以及先进国家标准。标准的高起点促使我国电梯业在技术上处于有利位

置，许多诸如无齿轮曳引机、无机房电梯、永磁同步拖动技术、远程监控技术等

在国际上也是刚刚出现的新技术和新产品，在我国，已有许多企业可以生产了。

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7、对本论文的研究内容进行了总结。

第二章电梯的概述

2.1电梯的定义与简介

电梯是以电动机为驱动的•种垂直升降机，主要用于多层建筑的乘人或载

物。电梯有装有箱状吊舱式的也有台阶式的，台阶式的踏步板装在履带上连续传

送，也称自动电梯。电梯是服务于楼层的固定式的升降设备，其具有一个轿厢，

运行于至少两列垂直的或者是倾斜角小于15度的刚性导轨之间。不过习惯上不

论电梯的驱动方式如何，都将其作为建筑物内的垂直交通运输工具的总称。

2.2电梯的结构

电梯是机电合一的一种大型的复杂的产品。它的机械部分相当于人的躯体，

电气部分好比人的神经，而控制部分可比人的大脑。机电高度合一，使电梯成为

现代科学技术的综合产品。电梯的结构包括四大空间和八大系统，其基本结构如

图：

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2.2.1四大空间

(1)、机房部分

电梯控制间，一般设置在电梯井道的顶部。包括曳引机、电源控制盒等设备。

(2)、井道部分

包括导轨、导轨支架、对重、缓冲器、限速器张紧装置、补偿链、随行电缆、

底坑、井道照明等设备。

(3)、层站部分

位于电梯的各层厅外，该部分包括电梯层门(厅门)、置、门锁装置、层站开

关门装置及消防按钮等。

(4)、轿厢部分

该部分主要由轿厢、轿厢门、平层装置、安全钳装置、呼梯装置(召唤盒)、

楼层显示装开门机、轿内操纵箱、指示灯以及通讯报警装置等组成。

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2.2.2八大系统

(1)、曳引系统

曳引系统的主要功能是输出与传递动力，以驱动电梯运行。主要由曳引机、

曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮组成，是电梯中的核心部分之一。

(2)、导向系统

主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着各自的导

轨作升降运动而不发生摆动和振动。无论是轿席还是对重导向均由导轨、导靴以

及导轨架构成。

(3)、轿厢

轿厢是运送乘客或货物的电梯组件，主要由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是

固定和悬吊轿厢的框架，是轿厢的主要承重机构;轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿

厢顶、轿厢门等部分组成。

(4)、门系统

门系统可分为两种，分别是装在井道入口层站处的层门以及装在轿厢入口处

的轿厢门。无论轿厢门还是层门都由门、导轨架、门框、滑轮、滑块、地坎等部

分构成。

(5)、重量平衡系统

该系统具有使对重与轿厢能达到相对平衡的作用，即电梯在运行中即使载重

量不断变化，两者间的重量差仍保持在较小限额之内，以保证曳引传动平稳正常。

重量平衡系统通常由走重装置和重量补偿装置组成。

(6)、电力拖动系统

该系统的功能是为电梯提供动力，并控制着电梯的启动加速、稳速运行和制

动减速。目前，电梯的电力拖动系统分为直流电动机拖动、交流电动机拖动以及

永磁同步电动机拖动。

(7)、电气控制系统

电气控制系统主要是指对电梯主曳引机和门机的启动、运行方向、减速、停

止的控制，同时管理着每层站显示、层站叫唤、轿内指令、安全保护等指令信号。

该系统主要由控制装置、操纵装置、平层装置、位显示装置等部分组成。控制系

统的功能及性能直接决定了电梯的自动化程度及运行性能。

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（8）、安全保护系统

电梯的安全保护系统包括了机械的和电子的各类保护系统，例如缓冲装置、

机械限速装置、终端保护装置，以确保电梯的安全使用，防止危险事故的发生。

缓冲装置起冲顶和撞底保护的作用，限速装置起到超速保护的作用，而安全保护

则在电梯运行的各个方面都有体现。

第三章PLC简介

3.1PLC的定义及特点

3.1.1PLC的定义

1980年可编程控制器问世后，NEMA（美国电气制造商协会）对其做过如下定

义：

PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现

逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算式运算等功能，用来对各种机械或生产过

程进行控制。

1982年，IEC（国际电工委员会）颁布了可编程控制器标准草案第一稿，将其

定义为：

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它

采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计数、

计时和算式运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各

种类型的机械和生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易与工业控制系统

形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。

3.1.2PLC的特点

1、高可靠性，强抗干扰能力

电气控制设备的关键是高可靠性。PLC采用了现代大规模集成电路技术，生

产工艺制造严格，并且内部电路具有很强的抗干次能力，因此具有高可靠性；

2、配套齐全、功能完善、适用性强；

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PLC发展至今，已形成了大、中、小各规模的系列产品，可用于各种规模的

工控场合。现代PLC除了具备逻辑处理功能，还具备完善的数字运算能力，被

许多数字控制领域所运用。随着近年PLC功能单元的大量涌现，PLC也渗透到

了温度控制、位置控制、CNC等各项工业控制中，另外随着PLC通信能力的加

强以及人机界面技术的不断发展，对PLC组成的各

种控制系统的使用也变得非常容易。

3、学用容易，深受欢迎

PLC作为一种通用工控计算机，是面向工矿企业的。其接口容易，编程语言

也容易被工程技术人员所接受。梯形图的表达方式和图形符号与继电器电路图十

分接近，这就为不熟悉电子电路或汇编语一言的人利用计算机从事工业控制提供

了便利。

4、系统设计、建造的「作量小，维护方便，易改造.

3.2PLC的主要应用领域

PLC目前已应用于各行各业，主要归纳如下：

1、开关量的逻辑控制和顺序控制

这是PLC应用的最基本、最广泛的领域。它取代了传统的继电器电路，并

实现了逻辑控制和顺序控制，不但可对单台设备进行控制，也可控制多机群控和

自动化流水线，从而实现各种简单或复杂的控制要求。

2、模拟量控制

工业生产过程中，存在着许多连续变化的模或量，比如压力、流量、温度、

液位和速度等。为了实现对这些模拟量的控制，就要求大部分PLC产品具备处

理这些模拟量所需的功能，即采用相应的数模转换和模数转换模块以及各种控制

算法程序来处理这些模拟量，以完成闭环控制。

第四章系统控制方案的设计

4.1系统设计的基本步骤

I、深入了解并分析电梯的工艺条件及控制要求；

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2、确定输入输出设备。根据控制系统所需的功能，明确系统需要的用户的

输入、输出设备。输入设备通常有按钮、行程开关、选择开关、传感器、各种信

号等;输出设备一般为指示灯、继电器、接触器等；

3、根据I/O点数进行设备选型并分配I/O点，编制出I/O分配表；

4、画出电梯系统的梯形图，这是整个系统设计工作的核心，要求周密、完

痴

5、将程序输入PLC中进行软件测试，及时查找出错误，以便保证系统程序

的完善；

6、利用电梯模型，进行整体调试。

4.2系统控制方案

本设计主要设计一个四层电梯控制系统，其主要控制要求如下：

1、开关门控制

当某一楼层的电梯指示灯一直亮时，表示该层电梯正在进行开门、延时、关

门的动作。为了保证电梯运行的安全性，电梯的万关门信号和故障报警信号应该

是互锁的，也就是说，当故障报警信号有效时，开关门信号都不会显示，楼层指

示灯也不会亮。

2、内外呼叫控制

一旦有乘客按下某层楼的呼叫按钮，该层相应的电梯指示灯便亮起来，不过

不能立即开。呼叫信号要一直保持到电梯到达该层后且呼叫信号的指示与电梯的

运行方向相同时才可以被撤消。

3、上下行控制

电梯在每个楼层分别设置一个外呼按钮，电梯运行时楼层指示灯亮。不过上

下行指示灯不能同时亮，各个楼层的指示灯也不能同时亮。一个呼叫请求在完成

之前如果收到另一个呼叫请求，则判断两个呼叫请求是否是在同一个方向，如果

是同一个方向则截车，反之则不截车。在行车过程中，如果故障报警信号有效，

则任何操作都无效，指示灯也不亮。在上下行期间，电梯的速度由变频器给定。

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4.3PLC控制电梯的逻辑关系

1、开始时，电梯处于任意一层。

2、当有外呼梯信号时，电梯响应该外呼信号，到达该楼层时，电梯停止运

行，电梯门打开，延时15秒后自动关门;当有内呼梯信号时，电梯响应该内呼信

号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时15秒后自动关门。行车

方向主要由内呼信号决定，同一顺序优先行车；

3、在电梯运行过程，即电梯上升或下降的途中，对任何反方向的下降或上

升的外呼信号都不响应。但是如果收到反向外呼信号前没有其它内、外呼梯信号

时，则电梯响应该外呼信;行车途中如果遇到的呼梯信号是与行车方向相同的，

则响应该信号并截车，反之不截车；

4、具有最远反向外呼信号响应功能。例如:电梯在一楼，二层向下外呼信号、

三层向下外呼信号、四层向下外呼信号同时发出，则电梯先去四楼响应四层向下

外呼信号。

第五章系统硬件设计

5.1电机调速系统的设计

为获得良好的舒适感，将电梯的起制动速度曲线设计为两段抛物线加一段直

线，该曲线形状的构成与改变则由加速度斜率与抛物线变化率决定［［23］。加速度

是根据从。加速到1()(2转/分的速度所需的时间来定义的，也就是加速的由。加

速到1()0()转/秒2所需的时间，因此，可通过改变起动加速的时间获得不同起动

的曲线斜率［［24］。增大加速时间可使起动曲线变缓，反之起动曲线会变急洞理,

增加抛物线的变化率可使起动曲线的弯曲幅度变小。不过，要改变抛物线的变化

率，也可通过改变抛物线的起始和终止的加速时间来实现。

5.2电力调速系统的应用与发展

交流电动机很好地克服了直流电动机的这些缺点，在工农业生产中得到广泛

的应用。由于交流电动机的平滑调速比较困难，初期主要采用的是鼠笼型异步电

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动机变极调速和绕线式异步电动机。50年代中期，晶闸管的成功研制，开创了

电力电子技术的发展新时代，使得交流电动机调速得到了运用}23}070年代的

世界性能源危机，使得作为节约能源的重要手段的电机调速问题得到了重视，很

多曾经不调速的装置也采取了调速技术，进一步推动了交流电动机调速技术为发

展。

5.3井道信号系统的设计

5.3.1井道信号系统的设计

I、电梯位置的确定与显示

厢内的乘客与门厅中等待电梯的乘客需要知道电梯的目前位置、电梯要确定

是否能够应答新的召唤指令及何时减速平层制动，这些都需要明确电梯当前的准

确位置。通常的电梯系统的位置信号是靠设置在井道中的位置开关实现。

2、轿厢的平层与停车

轿席运行后需要确定停车楼层，平层即指停车时轿厢i底与门厅地面齐平，不

过由于无法达到百分之百的精确，通常都有平层误差规定。平层停车需在轿厢底

与所停楼层的地面相平之前开始，先要开始减速，然后再制动，以减小冲击，提

高平层的精确度和乘客的舒适感。

5.4机型的选择

5.4.1PLC的选型

根据计算的输入输出点及估算的容量，西门子57-200可编程控制器的

CPU226满足要求，输入输出模块选用EM223数字量扩展模块，还可以接模拟

模块，电源模块为220VAe电源。

西门子小型57-200系列PLC适用于各种场合中的检测、监测以及自动化控

制，它的强大功能使其无论是独立运行，还是相连成网络都能够实现复杂的控制

功能。

S7-200系列的出色表现主要体现在以下几个方面:高可靠性;丰富的指令集;

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便于掌握;操作方便呐置集成功能丰富;通讯能力强;扩展模块丰富等。

5.4.2变频器的选型

本实验电梯控制系统采用安川L1000电梯专用变频器，其对高性能电流矢

量控制和绝对值编码器的应用发挥的淋漓尽致，实现高性能无传感器的起动转矩

补偿功能，能使甩梯乘坐更加舒适。驱动感应电机或同步电机都能进行停止型自

学习，内置电梯专用时序，可拆卸式端子盘，使得调试、维护更加简单方便。同

时具rr自动转矩提升功能，满足电梯各种过负载试验，多种安全功能及长寿命的

设计，使产品更具安全、高可靠性。

5.4.3旋转编码器

通过编码潜与变频器连接可以准确的获得电梯实际运动的速度以提高控制

精度。

旋转编码器是用来测量转速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将

输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出。编码器可

分为:增量脉冲编码器（1SPC）,