【《基于PLC的电梯控制系统设计（附图）》18000字（论文）】

基于PLC的电梯控制系统设计摘要随着国内外现代建筑技术的快速发展，高层建筑逐渐取代了一般的低层建筑，电梯成为一般高层建筑中不可缺少的一部分。本系统设计主要以五层电梯为研究对象，通过对电梯的原理分析、动作流程设计系列的软硬件设计，达到五层电梯自动化控制的目的。系统采用可编程控制器作为电梯控制系统的控制单元，实现该系统的工艺要求，通过程序仿真调试，完成系统的各种动作要求，达到自动控制的目的。按照PLC设计的思路，对五层电梯控制系统进行工艺要求设计和控制方案确定，在此基础上完成设备的选型设计和硬件I/O分配设计。根据外部的输入输出和电路要求，对五层电梯控制系统进行原理接线图设计。最后，对系统的工艺流程按照方案和要求绘制，分析程序的设计过程。五层电梯控制系统的设计符合了设计实际工艺，系统可行稳定。关键词：电梯，三菱FX2N，梯形图目录TOC\o"1-3"\h\u153901绪论 绪论1.1研究背景和意义在高层建筑之中，都会使用电梯，用来运输人和物资，在人类的生活和工作中，都离不开电梯。电梯在两条铁轨间的竖直运动，并在抵达指定的载客站上进行载客。它可以快速的在上层和下层之间来回穿梭，还可以在两条铁轨间穿梭，这是一种非常重要的运输工具，它最大的优势就是可以快速的进行运输人或者货物的工作。而且它的运行系统也非常的安全，以前的电梯设计都是靠继电器接触器来完成的，这样的设计方法有很多弊端，特别是在运行的过程中，维护维护的时间更长，而随着PLC的不断发展，设计器的控制器也逐渐变成了PLC。其次，在对PLC进行概述之后，详细说明了该系统在电梯中的实际运用，同时对系统实现方法进行阐述。最后，根据系统运行过程中所存在的问题，提出相应解决措施，并通过实践来证明该方案的可行性。从而可以达到高质量的电梯产品的市场需要。所以，未来我国的电梯行业还需要更多的优秀企业参与到这场激烈的竞争中来。为了进一步增强我国电梯产业的竞争优势，需要不断地改进产品的品质、制造的效率、不断的创新和发展。电梯是一种应用广泛的设备，其应用领域十分广阔。这些都为未来的行业提供了一个良好的环境和基础。所以我们有理由相信，未来电梯工业将会得到长足的发展，并能够更加科学、合理的使用电梯设备。随着社会经济的快速发展，电梯制造企业必须要加强自身的研发力度，以满足市场需求，从而提高自身竞争力，实现可持续增长。这为今后的产业发展奠定了坚实的基础。因此，我们有充分的理由相信，在今后的发展中，我国的电梯行业一定会取得巨大的进步，并且能够更加科学合理地使用电梯设备。在我国社会和经济飞速发展的今天，我国的电梯生产企业为了适应市场的需要，必须加大技术创新的力度，不断提升自己的竞争优势和可持续发展。电梯是一种非常复杂、非常重要的设备，保障其运行安全是非常重要的。因此，为了确保电梯运行的安全和稳定，必须确保整个系统的稳定性和可靠性。本文主要围绕PLC作为电梯控制元件的优点以及在电梯领域的具体使用效果展开论述，并且结合目前国内电梯行业的现状，进一步深入地讨论了电梯控制系统的发展前景及未来发展趋势。通过对电梯控制系统的分析与研究，为以后更有效的将PLC技术运用到电梯控制中提供一定的借鉴意义，也希望通过本文的叙述可以为相关人员提供一些参考意见，以便更好地为我国电梯事业做出自己的贡献。同时，本文还以实际案例形式证明了该技术对于解决电梯问题具有积极作用。本文旨在为今后在电梯行业中更好地应用PLC技术提供有益的参考，同时也能为今后的电梯行业发展提供有益的参考。1.2国内外发展现状公元前1100年左右，我国古人就发明了以卷筒回转运动来完成升降运动的“电梯”。由于它们都存在着各自的缺陷与不足，因此近年来又出现了一些新型的控制方法——变频技术。著名希腊数学家阿基米德，早在公元236年就设计了以人为驱动的卷扬机，并装于三台位于尼罗皇帝金宫。他把这些机械装置运用到了制造电梯的技术当中，从而使得电梯可以上升、下降以及停止。同时，也为电梯后期的改进与创作打下了基础与模式。随着科学技术的发展，人类对于电梯的需求越来越高，但是因为技术方面存在着一定的不足导致电梯无法满足人们不断提高的要求，所以电梯行业应运而生。在19世纪初欧美便出现一个名叫威廉·汤姆逊的人发明了一台液压驱动的升降平台，因此，蒸汽取代人力作为动力，开始电梯的新一轮演变，在蒸汽电梯方面，以圣彼得堡的蒸汽电梯最为有名。它是世界上第一艘使用蒸汽作为动力的电梯。一个奇人奥的斯，他也是以蒸汽作动力，研制成一部安全电梯，并将其着作呈现给大家。其在电梯内加装一组限速器及安全钳，借此确保电梯有可能发生坠落等安全性问题。于此同时，1831年10月28日这一天，也正是改变人类可以改变自己命运的日子，一位名叫法拉第的人（MichaelFaraday，公元1791~公元1867）发明了电动机！它可以使机械转动起来并把机械功转变为电能。这是人类有史以来第一个可以用电流推动物体运动的设备。他把它叫做“发电机”，因为他知道这个装置可以使我们有机会改变自己的生活方式、提高工作效率。在电动机基础上，德国雅克比制成简易设备：6只手臂的车轮，每只车轮上都有2块棒型磁铁，六臂轮两侧装有两块u型磁铁。当线圈通电时就会带动棒移动。接通电源之后，利用相斥原理实现轴转动。1870年格拉姆提出直流电机，1889年才与电梯结合，制造出全球首台电力驱动升降电梯，自此真正意义上电梯问世。它可以使机械转动起来并把机械功转变为电能。而在电梯动力被直流电机取代之前的一年，另一项改变人类历史发明--交流电动机问世。交流电通过导线传送到负载上去。1888年，南斯拉夫有个叫特斯拉的发明交流电机。他使用一台普通的直流电动机作为动力源，并且还可以通过交流电源来进行发电，这样就实现了交流电机的无刷运行。这类电机也有一个名字称感应电动机，一般采用三相交流电源，正是这种新型动力，1900年才被人应用到电梯中，因此，交流电梯应运而生。由于当时电梯使用的是单相交流电，所以人们便想出一种可以使电梯工作更加平稳安全的方法。在动力上满足后，人们就将研究方向转向电气控制和速度调节上。当时的电梯是由机械部分和电气部分组成的一种机电一体化产品，主要用来运送乘客或者货物。因此晚期电梯演化基本上都是在控制技术上展开比如：交流变压变频器的传动控制等、直流有齿轮和无齿轮、不需要齿轮调速控制等等。在电梯的结构上面从最早的鼓轮式电梯到拽引式电梯，如图1-1。图1-1电梯结构类型那时电梯为鼓轮式其爬升高度有限，同时其安全性较差，1903点美国就有拽引式结构，其不同于鼓轮式主要是可以节省人力，使电梯安全性跟升。曳引装置由钢丝绳，卷扬机，制动器，曳引机架组成，钢丝绳一端连接到卷扬机上。牵引绳两端连接轿厢及配重，并接于牵引轮与导向轮之间。曳引电动机安装在底座上并固定着一个减速箱，在减速箱内装有两个相互啮合的齿轮组。减速器变速以后，所述牵引电机驱动牵引轮转动。钢丝绳经过滑轮被拉紧之后再穿过滑轮组上的孔并从下一个孔中穿出然后连接到轿厢。轿厢及配重的升降运动由绳子对轮子的摩擦实现升降运行，对重以节省人力为主，提高电梯运行平稳程度。在早期电梯设计中，由于受到当时科学技术水平的限制，只能采用鼓式或盘式曳引机。晚期电梯结构及零部件的发展变化，亦是基于鼓轮式电梯的雏形而创作。随着人们对生活品质要求越来越高，对于电梯性能提出了更多更严格的标准。然后对现代电梯主要硬件结构进行研究，如下图1-2。图1-2电梯结构图由上图可以清晰的观察到电梯的结构图，这是一个现代的电梯结构图。（1）动力装置其功率来自拽引机，则其供电形式有直流拽引机与交流永磁同步拽引两种，一般直流，交流等拽引机选用无齿轮结构。电机：用于供电，为最后执行单元。制动器：断电及停车时间内电梯抱死不动防止意外安全事故的发生通常使用电磁制动方式。减速箱：主要采用蜗轮蜗杆控制电梯速度。拽引轮：是联结轿厢与对重之间的重要构件，它是由钢丝绳将电动机的功率传递给轿厢金额对重，由此带动电梯移动。导向轮：该组件十分重要其是确保电梯顺利运行不会摇晃的硬件措施之一。在日常工作中经常会遇到一些问题需要解决，例如轿厢与对重之间的间距过大或者过小都有可能出现安全隐患，尤其对于大型建筑而言更是如此。由于轿厢与对重间中心点实际距离超过设计值，这样的状况会使电梯在运行过程中丧失中心平衡点而左右摆动，甚至引发安全事故。如果电梯发生故障的话会出现“飞车”现象而无法正常工作，所以需要安装导向轮来进行安全保护。这导向轮就是拥戴的保证将二者相连的钢丝绳中点距。限速器：主要作用就是电梯在运行过程中，对于速度有一种检测以及约束，电梯到达额定限速后，限速器发出限速信号，作用于设备。控制柜：是全梯大脑中枢，主要是用来储存电气元件，通过逻辑操作来获得结果，给电梯的运行指令一样他能达到手动操作的目的。底盘：就是动力装置固定底座为钢质或铁质，其还有相应类型承载底座。（2）电梯井道部件电梯动力安全问题得到解决电梯实际工作环境中是由什么构成（井道）。本文对这些构成进行分析，并提出相应的改进措施。下面：导轨：它是电梯在井道里运行的重要，它是限定电梯运动方向是路线的重要器件。对重：其通过钢丝连接轿厢，其主要作用在于电梯运行中可以确保电梯平衡。上下限位切换：就是用来定位电梯的功能，到达点后即自动发出断电信号。如果没有及时发出信号，则需要人为手动关闭。缓冲器：就是组装到井道最底部，就是缓冲重及轿厢达到底层时的冲击力，让运行感受顺畅。安全钳：其为一个安全装置为电梯坠落失重时紧急制动装置，引发时会把电梯夹住导轨，确保人的安全。（3）电梯井道外部部件井道与人的上轿厢相隔一扇门那么它们之间就有这些组件：呼叫按钮：每一层都有两个上和下的呼叫按钮（除最底层与最高层分别只设计了按钮部分，将电梯当前所在楼层展示于按钮之上）。厅门：主要用于保障人们平时的安全，当轿厢到了，它只需将门刀收紧，将门轮夹在厅门的钩子上，便可开启，从而将门打开，避免了人可能陷入其中。（4）轿厢电梯的主要构造轿厢的构成：轿门：就是电梯运行过程中停运，以保护旅客的安全。开门机：当电梯停止上，下乘客时供电开启轿门。轿厢地坎：是做门时使用的支撑点以确保电梯的正常工作。1.3研究思路本系统设计主要以五层电梯为研究对象，通过对电梯的原理分析、动作流程设计系列的软硬件设计，达到五层电梯自动化控制的目的。系统采用可编程控制器作为电梯控制系统的控制单元，实现该系统的工艺要求，通过程序仿真调试，完成系统的各种动作要求，达到自动控制的目的。按照PLC设计的思路，对五层电梯控制系统进行工艺要求设计和控制方案确定，在此基础上完成设备的选型设计和硬件I/O分配设计。根据外部的输入输出和电路要求，对五层电梯控制系统进行原理接线图设计。最后，对系统的工艺流程按照方案和要求绘制，分析程序的设计过程。1.4主要设计内容本研究主要是基于PLC的电梯控制系统设计，研究内容分为以下几个部分：第一部分：绪论部分，对课题研究背景、意义以及相关研究内容进行介绍。第二部分：电梯控制系统硬件设计，通过选择合适的PLC型号，对电梯组建进行控制。第三部分：电梯控制系统软件设计，通过相关软件程序，绘制梯形图，完成软件部分设计。第四部分：仿真调试，对系统进行仿真，验证其性能。第五部分：结论，对设计进行总结。2电梯控制系统设计2.1电梯结构及其运行2.1.1电梯的主体结构当代电梯控制系统主要分为3种类型，由于PLC在这3种系统中性能最强、应用范围最广而被电梯行业大量应用，本文采用三菱FX2NPLC实现5层电梯逻辑控制。曳引电动机、控制电缆、减速器、电梯轿厢和牵引钢丝绳组成电梯主体结构。控制电缆提供电梯的控制信号，电动机提供电梯运行的动力，使牵引钢丝绳牵引电梯轿厢上下左右运行。控制柜就是将全部电气控制系统中的电器元件集中在一起，作为PLC运算与控制中心，包括总电源、PLC等等。本文介绍一种基于三菱FX2N系列可编程控制器的电梯监控系统的设计与实现方法。见图2-1。图2-1电梯的主体结构和控制柜模型示意图2.1.2电梯运行状态的显示电梯内部，轿厢上装有控制屏，控制屏上他能够显示出电梯目前所处楼层，其上的控制按钮则可由人工控制来选择所要达到的层数。电梯进出口外侧，仅有2个电子控制按钮，通常只控制1个电梯门自动向上和向下打开，而电梯进出口门数字显示屏可自动显示各电梯当前位置及其楼层。为了实现上述功能，本次设计制作了一个简单实用的自动电梯控制系统。该系统由以下几部分组成：1.主电路2.控制电路3.电源4.显示器5.键盘6.打印机7。见图2-2。图2-2电梯门和电梯轿厢控制屏模拟示意图2.2电梯控制系统的选择在电梯进化史中，电梯控制系统也经历着一个演变过程，目前，电梯的控制方式有3种：（1）继电器控制（目前很少有电梯使用停止生产）；（2）PLC（可编程控制器）控制（抗环境干扰较强适合环境恶劣使用）；（3）单片机控制（在现代市场上最为流行）。（1）继电器控制电梯控制系统最早出现晚期控制系统亦在继电器控制基础上发展而来。在早期的电梯控制系统中，继电器主要应用于电气系统当中。它是通过继电器之间的常开，常闭，完成最为基本逻辑运算的，由于它通过最为基础和单一的改变，达到了对逻辑进行操作的目的，因此，通常是电气实现的主电路，二部分为运算逻辑部分电路。其特点是：逻辑功能全部用硬件实现，因此，很直观，很清楚，普通技术工人可迅速掌握此法；在早期的电梯控制系统中，继电器主要应用于电气系统当中。其所用电气控制元件十分通用极低成本就可买到全其元器件；元器件检修，维护、组装方便不需要专业的仪器维护；在实际使用过程中也不需要专门人员进行操作。有很成熟的类型。所以在使用上非常方便而且容易操作。但仍存在着不少缺点，由于所有逻辑都由硬件构成则硬件自生，所有缺陷都会变成控制系统。继电器就是较易发生损坏的继电器、接触不良需经常保养；组成一个电梯的逻辑计算电路需要庞大的继电器和复杂的连接方式那么在这样的条件下很难提高电梯的其它功能；元器件在执行逻辑运算过程中，由于是机械性动作，可能存在响应不协调和延迟问题；另外电梯运行过程中产生的噪音也是十分巨大的。品种较多机械共同工作时，难免有较大声响而影响舒适感。所以我们必须要对传统的继电器控制系统加以改进才能适应现代社会发展需求。综合上述情况，发现旧式继电器控制存在不少问题，问题将导致定期进行修理。电梯作为一种垂直运输工具，其安全性和稳定性非常重要。电梯易发生停梯异响现象、维修工程量较大、排障困难等等，使人有不舒服之感。（2）PLC控制PLC控制其实也可以算是微机控制的一种，其可靠性很高，抗干扰能力强。因此我们可以把这种方法应用到工业现场当中来。从PLC生产过程中，做抗干扰技术，本文中选择的三菱FX-2N公司PLC可实现30万次无故障运行。这对于生产企业来说有很重要的意义，因为它可以提高企业的生产效率。而PLC自带故障报警及显示功能，为后期维护节省大量时间及困难，同时还能从软件GXDeveloper上查看故障点位于哪里一目了然。通过这种方式可以大大提高生产效率，提高企业竞争力。与继电器控制相比，PLC把逻辑运算全部集中到软件上，降低元件个数，节省电气元件，节省线路。PLC用于工业和许多温度测量，液位测量，速度测量等、在流量测量和其他这几个方面，并且能与其它设备通讯创立人机界面使系统更好操作。采用PLC控制，将大大节约能源、节省了工程时间，减少了电量，且体积小，节省空间。（3）微机控制微机控制就是以单片机为核心进行应用，一部电梯可分成几部分每一部分都可由一台单片机来实现其功能。在电梯上安装了大量的传感器和执行部件，这些设备都需要与上位机进行数据交换，这样就形成了电梯的监控系统。在把它们之间建立起数据连接，组成了电梯控制系统的综合中心，原理微机控制。当你需要对电梯进行管理时，只需通过这个系统中的软件和硬件来操作即可。在此基础上，微机也可实现群控这一战略，主要用于多梯统一管控，彼此建立信息沟通。通过对各个梯段进行监控来达到群控效果。比如，一个人从5楼叫到了上面，a朝4层，b朝2层，那这将a接任务停在5楼，告诉别的电梯我来接你不用停。另外还有人在一楼叫上你，然后到三楼时你会接到他要去乘别的楼层的电话，这时如果有人想乘另一梯的话也能听到。这在相当程度上增加了电梯资源，减少了人们的等待时间。（4）控制系统选择在我们对三种方式进行利弊分析时，现结合题目及在学校的学习心得进行筛选。在电梯上安装了大量的传感器和执行部件，这些设备都需要与上位机进行数据交换，这样就形成了电梯的监控系统。在校期间平时学得最多，实训做得较多的项目就属PLC了，并且还先测试PLC可编程控制二级，并在教师辅导下考取PLC可编程控制三级。由于课程安排时间紧，我就把这一科目作为这次课题研究的切入点。因此选择第二种方式PLC控制，作本项目的实施途径。2.3PLC控制电梯运行的工作流程PLC控制系统在控制电梯处于正常工作状态下，其主要输入信号种类包括：控制信号，层楼信号，指令信号，召唤报警信号以及自动消防信号等。这些输入信号都是由可编程逻辑控制器（PLC）发出来的。这些信号经过处理后通过相应的逻辑电路传送到各执行部件，从而实现各种功能。这些信号包括了以下几个方面。其中电梯轿厢控制屏能够给出楼层控制信息及楼层指令信号、消防开关按钮能够给出自动消防信号、楼层呼唤控制开关按钮能够给出楼层呼唤指令信号、电梯井道行程开关能够给出楼层信号。本文介绍了一种基于三菱FX2N-48R为核心控制器的电梯轿厢信号传输系统。该系统包括三个子系统，分别是：轿厢信号线、楼层信号及紧急呼叫装置。楼层信号系统能够快速定位出直接发生故障的电梯，直接指示出事故电梯的当前位置和所处层楼的位置。控制信号可以执行指令记录并且召唤信号可以实现召唤记录。如果有消防信号产出，电梯马上切换至消防控制系统并开始执行消防程序，轿厢控制屏上输入控制信号可直接对电梯进行操作控制。轿厢控制屏同时显示电梯运行状态及电梯运行速度。见图2-3。图2-3电梯工作流程示意图2.4PLC的工作方式（1）PLC的扫描工作方式当PLC对电梯的正常工作进行控制后，即将PLC置于RUN的状态中并启动循环扫描。PLC以第一指令为起点执行至执行end指令为终点完成程序的执行。接着再重新执行程序直至停机或PLC停。PLC每扫过一个程序都表示一个扫描周期，PLC扫描周期主要由：CPU执行命令的快慢、控制程序复杂程度、命令条数等因素决定。在实际应用中，PLC控制系统一般分为以下几种情况：（1）采用串行通信方式；（2）用并行或异步通信接口进行数据通信；（3）通过串行口与上位机通讯。见图2-4。图2-4PLC的扫描工作方式示意图（2）PLC的程序执行过程输入采样，程序执行，输出刷新是PLC控制程序的最重要的过程。如图2-5所示。图2-5PLC的程序执行过程流程示意图（3）PLC的扫描周期从PLC控制系统应用于工业控制现场的效果来看，PLC扫描周期内除操作主要阶段外还进行诊断程序、外部通讯和其他操作流程，因此目前PLC需要自带诊断程序甚至控制程序不需要诊断程序。2.5电梯的电气部分组成电梯电气部分主要包括电气控制系统与电力拖动系统两个方面。从目前来看电梯控制系统主要有三大类：微机智能控制系统、继电器自动控制系统和PLC智能控制系统。以前很多老式电梯，是用继电器接触器控制系统来控制的，目前均已基本不具备，来自于该控制系统有很多弊端：工作中噪声较大、控制线路比较复杂、系统经常发生故障、电能消耗较大等。因此，为了解决这些问题，人们将PLC应用到电梯控制系统中去。随着计算机技术和通信技术的不断发展，PLC已经越来越多地被运用到各种行业当中，而且取得了很好的效果。微机控制系统控制性能高，与前一种系统相比较，在系统维修、系统控制、节能、抗干扰信号等多方面得到了很大改善。但微机系统不宜在电梯控制系统中应用，一是价格较贵，二是需使用微型计算机，三是系统编程比较复杂，四是使用环境有一定的要求。很明显，PLC控制系统是最适合的方案。PLC是从微型计算机中发展起来的，因为它吸取了微型计算机中的各种技术和原理，PLC能够替代微型计算机投入使用，并且已经逐步成为工业控制系统中的优选产品。PLC控制系统具有许多优点：控制系统性能优越、体积小巧、安装很容易、系统控制很准确等等。（1）电力拖动系统电梯用电动机拖动系统类型很多，如交流单相双开环电动机变频闭环降压调速拖动系统、交流永磁型变频同步电动机调速拖动系统、直流电机自动调压拖动系统、交流三相双速电动机变频闭环自动调压及自动调速拖动系统等。其中，交流永磁型变频器的应用最广泛，它具有效率高，功率因数高，体积小等特点，在电梯上得到广泛应用。但是，在使用过程中也存在一些问题，比如噪音大。电力拖动系统具有把电能转换成机械能并给电梯运行供电的功能。其中直流电机电力拖动系统因其：结构复杂、空间利用率不高、保养维护困难等原因目前已在市场上被淘汰。如今磁同步机拖动系统是电梯行业发展的主流，该拖动系统由于永磁体技术的引进而达到节油、机械结构简单、传动效率高。图2-6电力拖动系统示意图（2）电气控制系统曳引电动机、楼层位置指示、位置显示、控制柜组成电梯电气控制系统。由于电气系统含有很多电气元件，这些电气元件是整个控制系统的主要组成部分，同时决定着该电梯是否可以正常工作。为了使电梯能够安全稳定地工作，必须对其进行有效的管理和维护。在本文中笔者将以电梯的电气控制系统为主要研究对象，探讨相关技术措施的应用与发展。电气控制系统控制曳引电动机，使曳引电动机达到起动，停止和正反转等改变，进而控制电梯运行。见图2-7。图2-7电气控制系统结构示意图2.6电梯的机械部分组成电梯基本机械部分构造构成主要构造系统通常有以下五机部分系统构成：①轿厢系统②重量平衡系统③导向系统④曳引系统⑤门系统。图2-8电梯机械系统组成（1）轿厢系统，用于载客人员进出或者其它载客人员正在进出的车辆。它是电梯的重要组成部分，也是整个电梯安全运行和维护保养中最薄弱的环节之一。其主要作用是保证乘客乘坐时不发生坠落等意外事故。电梯的轿厢系统包括两部分。他包括轿厢体，轿厢框架，轿厢门，轿厢内和轿厢外的操作钮。（2）门系统，用于旅客或物品出入轿，电梯在正常工作中必须处于关闭状态，电梯门不关闭电梯就无法工作。控制单元：PLC，用于实现对各功能部件和逻辑信号进行处理、显示、存储以及与上位机通信等功能。（3）控制系统：该部分包括硬件电路和软件编程两大部分内容，主要包括轿厢门，层门，开关门和轿门其它系统元件，以及轿门有关附属机械结构零部件。（4）曳引系统——电梯工作的动力来源——通过曳引电动机来驱动牵引钢丝绳以达到使电梯向上、向下移动的目的。曳引器有两种结构形式：一种为双线圈型；另一种为单线圈型。包括永磁同步曳引电机、牵引钢丝绳和反绳轮等。（5）导向系统：对轿厢活动进行约束，使轿厢只沿电梯导轨行驶，同时，确保电梯能够成功地完成制动。当发生紧急状况时，能够及时发出报警信号，避免事故进一步扩大。该装置是一种用于各种大型机械中用来控制升降机构的安全保护装置。具有结构简单紧凑、安装使用方便等特点。包括轿厢导轨、对重导靴、导轨支架等。（6）重量均衡系统：使轿厢总重量相对均衡，降低驱动机功率、保证曳引系统正常工作及为电梯工作平稳可靠、为电梯提供充足所需牵引力。在电梯工作中，为了达到这一目的而采取了许多措施，其中之一就是采用了重锤式平衡器来实现这种功能。重锤式平衡阀即为其典型代表。包括对重及重量补偿装置（补偿链、补偿钢丝绳、补偿缆）等。3电梯控制系统硬件设计3.1PLC的选择3.1.1I/O点的计算PLC输入，输出点计算应根据本专题实际进行计算。如果在一些需要远距离传输的地方采用这种通讯方式的话，就会产生一定的延时问题，这就是我们通常所说的延迟抖动。首先，手先我们输入信号是呼叫信号、轿厢内的信号。在电梯中使用呼叫信号是比较方便的。呼叫信号共有4层按键，第一层和第四层只有一个，另2层为2层。在电梯控制系统中，呼叫信号是通过电梯控制室内的三个按键来控制的。因此，呼叫按钮单个要有六个输入端子。如果电梯在运行中发生故障时，乘客就会发出“您好”的声音来请求服务人员进行维修，这就是轿厢内信号。内选信号以开门为主，关门为辅、还包括一至四层的选择按钮。在电梯里如果要想控制楼层或运行方向等信息都可以通过这些输入信号来实现。因此，轿厢内的选信号要有六个输入信号。其输出信号包括这些内容：楼层指示灯，安全指示灯、外上下左右操作指示灯、电梯内选择信号指示灯。在电梯运行时，我们需要对各个楼层进行操作。楼层指示灯对应4层所需的4种输出。内部上运行指示灯是用来控制轿厢内乘客乘坐，防止乘客在上升或下降时发生意外。所述安全指示灯由警报灯，超重指示灯组成。电梯内选则是针对电梯内部故障发出相应的报警声音，同时显示出当前楼层情况。外部上下左右的运行指示灯，除了1楼、4楼各有1只外，其余需2只，共计6只。所述内选信号指示灯包括开关门2个、电梯上下2台、楼层选择指示灯4盏，共计8盏。所有的输入端口均连接到电源上，而所有的输出都与外设相连。因此总共需要20个的产出。在设计时，我们把每个输入的开关量都进行了合理分配。输入输出共需32个I/O口。3.1.2PLC型号选择在PLC的选型中主要考虑了以下几个简单灵巧易操作的问题、程序简单，易学、能方便地进行人机界面的表达设计、通常研究最深的机型。应具有通用性，各机型PLC均可使用同一装置而不需改变参数及装置；要方便灵活，编程容易，使用简便，操作人员无需掌握专业的编程技术。它应该是简单而有效的，故障少，费用低廉；软件编程时要尽量使用通用器件，避免采用专用芯片。从程序编写的角度讲，应该直截了当，一目了然，能很简单地调试修改；功能上也要多样化。程序编程语言简单明了，为了能够便于修改；能够无需增加其他设备就能方便的与PC机相连接展示设计；软件界面美观简洁，可以让使用者更加直观的看到所需要控制的对象以及控制目标等等。结合平时在校所学课程中对三菱的PLC进行了基本说明。故在此本课题的控制器最终选择三菱FX2N系列PLC，由于要使用32个I/O，最后还是选择了FX2N-48MR。3.2电机控制电路根据题目实际，设计了主电路，一，安全措施线路上的开关后要接熔断器，以防线路过大而损坏电气设备；如果将电梯轿厢安装好，则可以通过控制电机来实现对电梯速度及位置的精确控制，并能使其具有一定的自保护功能。线路末尾接热继电器，以避免线路过载对电气设备的损坏。同时还考虑到电气线路上的短路故障和漏电保护问题。二是考虑逻辑电路到猪电路的控制，见图3-1。主程序是根据猪栏上各个设备的工作状态来判断其是否处于正常状态，如果不处于正常状态则由人机对话模块发出指令使电机停止运行或启动，从而达到自动控制。PLC执行逻辑运算的输出是由主电路直接完成的。图3-1电机控制电路图3.3电梯控制功能及操作说明按照所设计功能的7大控制需求，可通过和配置采用人机界面来检测该功能能否完成。（1）第一次功能验证操作流程如下，4楼叫电梯。若不进行判断就会停止轿厢上升，这时内选信号已经被确认，电梯开始下行了，但没有进入到指定位置。这时电梯向上，多选内选信号中任一层，若电梯上行尚未通过的一层达到时，则停止。那么这个时候电梯已经到了三层了，内选信号有个二楼那个电梯就是不往下移动，继续先在4楼进行通话。（2）第二种功能验证非常简单，电梯位于一楼的初始状态下。当有人从二楼向一楼呼叫电梯的时候，电梯没有下降。有的人内挑4楼，电梯往上走。三楼有叫往下的，然后电梯经过三楼也不停。（3）不管是按下内选信号还是呼叫信号，电梯实施后其均应被排除，相应的指示灯也会被扑灭。（4）当人们用电梯时，对于电梯运行状态施加指示灯进行指示，按下内选信号所在层、行车方向，楼层位置等、呼叫上行下行相应指示灯均应亮起。（5）电梯位于底部三层，自动关门与手动关门都要往上走，然后第3层上行通话可以开启电梯门，往下叫无法让电梯门开着。（6）上客后要等候内选的讯号，例如原楼层逗留10s。若超过此时间，呼叫信号将被优先选择。（7）电梯移动的过程中，无论是我手动开门或是呼叫信号，电梯门始终无法被开启。然后电梯门开了，就动不了了。3.4变频器的介绍变频器主要完成电机控制工作，本实用新型能够对电机进行调速、可根据电机供电要求实现电流滤波，交直流转换。在变频技术中，最常用和应用最广的就是交-直-交变换技术。其中主要也属于可通过电子绕组所提供电力的变化来改变电机转速的方法。所以说变频器在工业生产中应用广泛。实际上变频器就是将工频电源转换为其它各种频率交流电。从使用的角度对变频器进行判别：专用及通用变频器、单相变频器，三相变频器等等。变频器在电动机上应用是非常广泛的。将电机与变频器配合时，可变化电压也可变化其频率。变频器的主要组成：整流器：主要把所得工频电压通过二极管转换成直流电压输出，另一种方法采用晶体管变流器。平波回路：当电源通过整流器时，其内部有六倍于电流脉动电压，若为所用逆变器，还会引起电源电压变化。当电压波动较大时就会产生很大的危害，甚至损坏设备。电压变化过大，无法达到正常使用要求，因此需要滤波，通常用电感或电容滤波。逆变器：就是把直流功率变化为所需交流功率而输出三相交流电。图3-2是变频器的工作原理图。图3-2变频器工作原理图在图上可以清晰的看到变频器的组成，上方是它的主电路、下方是它的控制电路、中间则是它的CPU。3.5变频器的选择与参数设置变频器选型与本专题相结合，应做到经济实用，还需要综合考虑机械负载，调速范围等特点、静态速度的精度等来选取。本文以实际工程为背景对交流电机变频调速系统在工业中的应用做了分析研究。本选题思考如下：（1）变频器电压应与电机匹配，同样，其额定电压也与负载匹配。（2）从安全角度出发，变频器过载能力不如电机，因此变频器额定电流一定要为电机额定电流的1.1-1.5倍。（3）除电压，频率外、负载等选用变频器进行设计，同时也要考虑变频器和电机配合得好坏。必须确保电机能很好地工作。本项目选用FR-A740变频器，由于其兼容性很好，支持各种通讯协议，例如Profibus-DP和Modbus。变频器具有出厂设定参数值，参数设置对于变频器来说是非常重要的。如果参数设置不当或没有设定好，将会直接影响到系统运行性能和使用寿命。设定不良的参数会造成产品不符合要求，不能起动，制动不成功，甚至会造成变频器对内部各功能模块造成破坏和伤害。如果参数不合适的话，也容易出现故障而影响整个系统正常运行。因此，多数情况下，当参数设置，均先还原出厂设置，再进行启动均时间，上限频率的设定、下限频率的修正等等。本文就以变频器为例介绍如何通过参数表来设定变频器相关参数。图3-3为变频器的控制面板，面板上按键说明及功能可在上面查看。图3-3变频器控制面板变频器按键的功能都显示在图上了，但是显示的有部分没有说明，见表3-1。表3-1变频器功能表对完变频器面板各功能进行了描述，以下是参数设定。电梯采用变频器的目的，主要是为了使乘客乘得舒适，效率提高。如果想提高舒适度，就要考虑到速度这个因素了。然后从舒适感方面来说，电梯运行速度自然需要进行调整，当速度环节比例系数小一点，积分常数大一点。另外就是如何使电梯平稳运转。效率这块，自然就涉及到速度了，可利用工频开快车爬的时候低一点。也有许多参数均需按电机名牌及电网电压投入，在开设时首先恢复出厂设许多参数均为设定，参数如表3-2。表3-2变频器开关设置4电梯控制系统软件设计4.1I/O分配4.1.1PLC输入地址输入信号点数和输出信号点数的确定是PLC控制系统选用那种型号的PLC最主要的依据，为此，整理了所有的输入点数和输出点数，本次设计的控制系统一个有二十三个输入信号和二十四个输出信号，所以选用FX2N48MRPLC。输入信号有：行程开关信号，指令按钮信号，召唤按钮信号，消防开关信号等。如表4-1所示。表4-1输入地址分配表4.1.2PLC输出地址输出信号有：楼层显示，继电器等。表4-2所示。表4-2输入地址分配表4.2梯形图软件设计与分析编写程序时，先从我国信号灯显示入手，内选指示灯判定条件那么必须如果相应内选按钮选中才会点亮，并且指示灯也有操作完成复位等功能因此要加上限制条件，即相应楼层指示灯经常关闭一个开关，各层内选择指示灯的程序编制，如图4-1所示。如果需要改变电梯运行状态的话就必须要把原来的控制方式改成新的控制方式，这样才能让电梯更好地运行。图中，我们利用互锁关系来亮灭内选指示灯。图4-1楼层指示灯控制外部呼叫显示指示灯显示，与内选判断原则相同。当所有层都有灯的时候我们就可以打开相应层内选指示灯程序来实现自动切换照明模式，这样就不用频繁地更换灯组了，节省了时间而且还提高了效率。其中，所述第一判断元素为所述外部呼叫按钮的按压；二是对指示灯复位情况进行判断；第三个则是内部指示灯亮了或者没有灯了，这就需要通过比较来判定电梯是否处于上行状态或向下状态。第三种，因为电梯位于一楼的时候，只会有一种运动，即上升，亦即初始位，而且在别的楼层就是有上、下两个动作因此要加判断电梯是否上、下行时要复位对应的上、下行呼叫按钮指示灯，如图4-2。图4-2呼叫灯复位图4-2用于判断电梯上下相应楼层的中间寄存器，由某些判断而输出。当外部呼叫按钮被按下时，指示灯将亮起，表示内部有外呼或内话请求，如果没有的话，则不发出任何指示信号。电梯复位判断，如2楼向上外呼，则符合复位条件的病例为2例：首先，电梯在向上；或者第二是电梯是下行的。二是电梯往下走但确保电梯只下2楼，不会往下。这是因为如果电梯向上运行时没有遇到其他楼层上的外呼会被排除在外。因此，其判定条件限制的根据主要是第2条，当运动方向与外呼方向反向时，加外呼楼层下没有到达信号。这条原则适用于所有楼层，但对于不同高度的电梯可以有所差异。第四个层次是一个特殊的存在，就像第一层，只会往下走，则其可复位的判断标准是电梯只需上下左右移动。程序如图4-2。图4-3电梯复位控制每层呼车指示灯及复位功能完成，现将电梯运行过程中的步骤介绍如下。如果电梯运行时没有出现这种错误状态，则该输入为正确值，否则为错误值。1到2、1到3/1到4、2到3、2到4、3到4的电梯属于上行电梯；同理4到1、2、3，3到2、1，2到1属于下行。这也就是为什么电梯能按时间顺序依次上升或下降的原因所在。上，下行均需具备电梯位于相应楼层这一基本条件，在此情况下，电梯也可以分为3种情况来使电梯行驶至相应楼层。第一内选择信号；二，外呼顺向信号；第三是反向信号，即没有选择任何信号。其三，外呼逆向信号，但是逆向信号还有满足电梯不在其它信号的运动中。如果要想让电梯能够正常运行的话，必须要设置好上行和下行两种信号。还要用指示灯指示电梯上，下行运动状态，正好加入上、下程序段。上行程序如图4-4，下行如图4-5所示。图4-4电梯上行程序控制图4-5电梯下行程序控制在每个循环中，我们需要在中间寄存器复位，电梯移动动作中，清零下开关门数据寄存器。如果你想知道哪个层的电梯可以按顺序运行的话，就必须先把这个梯形图读出来。在此，我们直接使用一条ZRST复位、MOV写入的命令，如图4-6所示。图4-6寄存器复位判断电梯是否开门选项，是否设置时间，电梯开门，首先要想到的是安全。电梯停了之后才会打开车门，电梯关了门，直接操作不允许半途而废。在规定时间段内不允许乘客自行进出轿厢。当电梯运行到指定楼层时，可以开门、手动开门、自动开门。如图4-7。图4-7电梯开关门控制电梯时间设置是开门6s，关门3s。同时可以手动关门，并将寄存器判断结果输出，如图4-8。图4-8电梯手动开门自动开门的判断依据，如图4-9。图4-9电梯自动开门最后用MOV指令将我们的中间寄存器运算结果直接写入到对应的输出端口，如图4-10。图4-10电梯运行控制5仿真调试5.1编辑软件介绍三菱FX2N—PLC通常采用编辑软件GXwork2，该编辑软件支持三菱PLCQ系列、L系列、FX系列等产品，同时与其它三菱编程软件兼容，该编辑软件较老版本三菱编辑软件有所改进，从简单工程到结构工程两大编程方式都可以实现，并且对大多数编辑语言都支持，足见GXwork1编辑软件性能之强。GXwork2具有以下功能：①软件通用化，可把三菱全线产品PLC转制成GPPQ、GPPA等格式文件；②利用Windows优势，可实现Excel、Word等语言文字复制粘贴；③程序标准化让软件更加便捷；④可简单设置与其它网站联动，因联动对象规定为图形化，在搭建复杂系统时也可简单设置；⑤可采用多种方式与PLCCPU进行联动。丰富调试功能：可调试编辑程序，给出出错原因及出错位置，等同于仿真软件。本文将介绍GXWork2这代编辑软件在我公司的应用情况。与其它编译编译软件如国内汇川PLC软件编程器STEP7-Micro-WIN4.0相比；GXwork2编辑软件具有最佳大优势：该编辑软件自带仿真系统即无需与PLC相连就能实现仿真；高达其它编译软件所不具备的特点。因为无需使用另一种模拟软件，所以可实现在程序编辑后立即进行模拟，并可立即检查使用者编辑出的程序有无错误以及是否能够达到使用者要求的控制效果。因为它在设计时就考虑到了用户的需求，所以在功能上做得很完善。它不仅能够实现所有的基本要求，而且还具有很强的灵活性。另外它还有一个优势就是使用方便。GXwork2编辑软件就是因为有这样一个优势，让他他能够实现在任何时间、任何地点都能够编写程序，同时还能够对程序进行模拟，给程序编辑人员、工业维修人员都带来了极大的便利，还能够节约大量的时间，同时还能够提升工业生产效率。见图5-1。图5-1PLC的编辑主界面示意图GXworks2的主界面包括：菜单栏，新建工程，仿真系统，程序编辑区，工具栏，工程区等。（1）菜单栏窗口菜单可以打开多个窗口，同时在窗口之间切换；工具菜单提供编程所需要的所有的编辑指令；帮助菜单提供编程指令的使用方法，协助用户编程。（2）工具栏将一些经常使用的编辑命令集中起来，形成工具栏，为用户提供简单的鼠标操作。如果在工具栏中没有要使用的指令，就需要点击菜单栏中的工具菜单，去寻找相关指令，工具菜单包含了所后的编辑指令。（3）程序编辑区程序编辑区将是用户编辑程序的地方，需要注意的是，程序编辑区是有范围的。所以在使用的过程中，如果程序超过了编辑范围，就需要将程序进行转换和编译，用鼠标单击菜单栏上的“转换/编辑”，会弹出转换选项，再单击此次选项，即可再次编译。也可使用键盘快捷命令“F4”。（4）工程区此区域包含了PLC的全部参数和全部的软件注释，以及程序部件和软件存储器的显示。（5）仿真系统调用仿真系统，可以多编辑的程序进行仿真模拟，从而判断程序是否完整无误，并将仿真的结果显示在显示区中。5.2仿真过程简述前面介绍三菱GXworks2这款编辑的时候就提到了它的仿真系统，由于自带仿真系统，所以仿真非常的方便，下面简单的介绍一下他的反仿真过程。（1）打开这个软件，点击菜单栏中的“工程”选项，会出现一个选项界面，在点击新建工程。如图5-2所示。图5-2新建工程示意图（2）点击新建工程，就会弹出一个窗口，上面有四个选项需要填：选用你所使用的PLC型号和机型；在选择使用简单工程还是机构化工程；在选择使用的程序编辑语言；最后点击“确定”。如图5-3所示。图5-3新建工程示意图（3）程序的仿真启动，点击菜单栏中的“调试”选项，在弹出窗口选择“模拟开始/停止”选项，仿真系统就会模拟PLC的输入输出过程。如图5-4所示。图5-4仿真启动示意图（4）程序开始模拟运行后，会在界面的左上角弹出一个窗口，在这个窗口中点击“run”，程序就启动仿真运行；点击“stop”，程序就停止仿真运行。如图5-5所示。图5-5仿真运行示意图（5）程序的调试。现点击程序中输入信号地址，在点击菜单栏中“调试”选项，在下拉框“当前值更改”。如图5-6所示。图5-6程序调试示意图在此马上就会弹出一个当前值的修改窗口，再点击窗口中的“ON”和“OFF”选项，就可以进行对程序的调试。如图5-7所示。图5-7程序调试示意图5.3程序设计思路设计程序时，主要考虑本人能够控制要求完成，还有就是我们安全再者就是工艺上的需求。这种编程方法简单方便，可以在短时间内学会并且很快就能应用到实际中去。因此综合这些本项目程序设计思路为：（1）电梯内选择及外呼指示灯指示及复位；（2）编辑电梯复位判断工况；（3）电梯上下移动并指示上，下行指示灯；（4）电梯开关门设计及时间设置；（5）向相应I/O口输出全部运行结果。5.4组态画面设计组态王制作项目大致分五大环节：（1）画面设计：为人界界面设计了一个用于展示与操作的图片；（2）确定装置：对连接到配置的PLC信号及参数进行确定；（3）构建数据库：PLC输出与输入量及组态变量间对应关系的确立；（4）动画连接：图片设定对象连接变量；（5）运行调试：I/O口模拟实际运行。第一步是创建一个电梯工程，工程管理器里面创建如图5-8。图5-8电梯工程界面创建一个项目接着我们需要定义它的设备数据，项目浏览器的左侧就能定义PLC和组态之间的关系，如图5-9和5-10所示。图5-9参数设置图5-10添加设备信息图5-9为COM口设置参数，图5-10为PLC参数设置情况。通过对这些数据的输入和处理，就可以实现系统中各个模块之间的信息交换和控制。我们还要在数据库中设置监控画面这个变量，重新设置主界面，如图5-11所示。图5-11主界面参数设置下面需要选择符合自己课题的工具进行监控页面的设计，最终成型如图5-12所示。图5-12监控页面设计图片设置完成后则需要把图片中演示物品连接到PLC的相应点位，即必须与变量数据库中的数据联系起来。同时，部分程序还需在组态上写脚本来协同实现，因此，我们也应该编写脚本程序，如图5-13和5-14所示。图5-13脚本程序1图5-14脚本程序25.5组态调试在调试时，先在PLC中写PLC程序，后运行组态王软件模拟运行。如果需要改变电梯运行状态的话就必须要把原来的控制方式改成新的控制方式，这样才能让电梯更好地运行。下面进行动作电梯二楼时，三楼有个呼叫就是往上别的没信号，此时电梯行至三楼，开门上客，然后打烊，这时旅客们就选了一层。如果没有其他呼叫信号，则电梯就会一直向四楼运动，直到电梯停止下来，这样循环下去就是电梯从一层往二层方向移动，直至到达目的地为止。在没有其它呼叫信号时电梯应该向下执行一楼的动作，再打开门，下客打烊。当所有的指令都完成后停止运行，如果不正常的话则重新开始下一次的操作，这样就可以实现对整个楼层内不同状态的监控与管理。其操作过程见下图。图5-15电梯运行调试图6结论与展望6.1结论本