基于PLC的五层电梯控制系统设计

1、摘 要电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化，交流双速是当前电梯拖动的主要发展方向。PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视，目前已成为在电梯控制系统中使用最多的控制方式。 本文采用的是三菱公司的FX系列开发环境，可对电梯的各个部分的运行程序进行设计。同时采用三菱公司的Simulator-7E对电梯控制系统进行了仿真，验证了该控制系统的可行性。可实现：开、关门、层楼，内选、外选、停车制动、故障报警信号的正常产生与消除,I/O口的配置、硬件连接、电气部分的设计。

2、本设计的重点和难点：电梯各部分程序的设计，对应程序的调试与修正，交流双速电机的拖动原理。关键词：PLC；电梯；可控制编程器AbstractAlong with sciences and technologys development, the recent years, our countrys elevator production technology obtained the rapidly expand. The renewal production renewals elevator, the elevator mainly divides into the mechanical s

3、ystem and the control system two major parts, along with the automatic control theory and microelectronic technologys development, elevators dragging way and the control method has had the very big change, the exchange velocity modulation is the current elevator dragging main development direction.

4、Following electric circuit control system (“early installment elevator many black-white control system), PLC control system, microcomputer control system. Because the black-white control system the failure rate is high, the reliability is bad, control mode not nimble as well as consumed power big an

5、d so on shortcomings.The paper simply introduces main structure and characteristics of garage and also gives a short introduction to its control system. The finite element reliability checking of steel structure of garage is utilized according to the operation principle of up-down and translation st

6、ereo garage, the mechanics was used to comprehensively analyze the up-down and translation stereo garage.Keywords: PLC；elevator；controllable likeprogrammer目 录第1章 绪论11.1电梯的起源与发展11.2 电梯控制系统进行PLC改造的目的及意义21.3电梯工作原理21.4电梯的组成21.5电梯的基本功能3第2章 控制系统方案设计52.1 PLC控制系统与其他控制方式的比较52.2 电梯控制系统方案设计72.3控制系统硬件框图8第3章 电气控

7、制部分93.1 交流双速电梯的主电路93.2 电梯的主要电气设备10第4章 PLC的控制部分134.1 PLC的工作原理134.2 输入/输出电路的设计154.3 I/O口的分配17第5章 梯形图设计195.1 开、关门环节195.2 信号的产生与清除环节215.3 电梯的定向环节245.4 停车制动环节265.5 自动运行时启动加速和稳定运行环节27结 论29参考文献30致 谢31第1章 绪论1.1电梯的起源与发展电梯是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由货梯；高层住宅需要由有住宅电梯；百货大楼和宾馆需要由客梯、自动扶梯在现代社会，目前全球在用电梯已超过6

8、35万台，其中垂直电梯约610万台，自动扶梯和自动人行道约25万台。电梯已成为人类现代生活中使用最广泛的交通运输工具。电梯，为人们快捷高效舒适的现代化生活提供了保障，没有了电梯，现代化的楼宇将陷于瘫痪。当今世界，电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。自1889年美国奥的斯升降机公司推出世界上第一步以直流电动机位动力的升降机以来，电梯的驱动方式上经历的卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式1。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；而且作为载人工具，人们对电梯在运行时的平稳性、高速型、准确性、高效性等一系列静、动态性能提出了更高的要求

9、。由于早期的电梯继电器控制方式存在故障率高、可靠性差、接线复杂、一旦完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程控制器既保留了继电器控制系统的简单易懂，而且具备控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口连接、维修方便等诸多高品质性能。因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用2。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC在工业控制领域内得到十分广泛的应用3。PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、时序、定时、记数、运算等确定的功能

10、，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。电梯是一种大型机电产品，作为一种现代的运输工具已广泛的进驻到人们的生活中。它必须具有高度的安全性与科学性，因此它的控制系统就受到了广泛的关注。早期的国产电梯控制系统中，电梯信号的逻辑控制一般是由继电器电路来实现的，继电器控制系统故障率高，降低了电梯的运行可靠性与安全性。传统的继电器控制方式已经被计算机控制方式所代替，其控制方式有，单片机控制、单板机控制、单微机控制、多微机控制预计可编程序控制器控制多种方式。其中单片机控制具有成本低，通用性强等优点。不适于较复杂的控制算法和故障诊断等要求。微机控制的配件使系统设计和调试更加复杂，它必须具有相应的大型开发

11、系统，这无疑会增加电梯的成本，因此对于一个小型电梯控制系统利用PLC进行控制是一个最佳的选择。1.2 电梯控制系统进行PLC改造的目的及意义电梯作为现代智能建筑内的代步工具。越来越显示出它的重要作用，为了适应电梯的迅速发展。由PLC控制代替传统继电器控制已成为发展定局PLC是集中计算机控制、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。它的编程软件采用易学易懂的梯形图语言控制灵活方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠，本设计对传统电梯控制方式加以更新，运用高性价比的现代PLC控制方式，力求人性化、智能化、置消防为一体7。设计出一款高效、安全、价廉、能个性化组合且能在商业办公楼、行政大楼、中小型宾馆

12、和居民公寓等各种建筑物中发挥显著作用的普及型电梯控制系统。实际上电梯是根据外部呼叫信号和自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制都不能满足控制要求8。1.3电梯工作原理曳引绳两端分别连这轿厢和对重，缠绕在曳引轮导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，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。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运动中偏斜或摆动。常闭式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在制定层站上维持其静止状

13、态，供人员或货物出入9。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件。对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。1.4电梯的组成(1)曳引系统曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮组成。(2)导向系统导向系统的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导轨作升降运动。导向系统主要由导轨、导靴和导轨架组成。(3)

14、轿厢轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。(4)门系统门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门、层门、开门机、门锁装置组成。(5)重量平衡系统重量平衡系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。重量平衡系统主要由对重和重量补偿装置组成。(6)电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机、供电系统、速度反馈装置、电动机调速装置等组成。(7)电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置、位置显示

15、装置、控制屏、平层装置、选层器等组成。(8)安全保护装置保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由限速器、安全钳、缓冲器、端站保护装置组成。1.5电梯的基本功能1.5.1电梯内部部件功能简介在电梯内部，应该有五个楼层（1-5层）按钮、开门和关门按钮以及楼层显示器、上升和下行显示器。当乘客进入电梯后，电梯内应该有能让乘客按下的代表其要去目的地的楼层按钮，称为内呼叫按钮。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，经过一定的延时后，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

16、电梯现在所处的状态，即电梯是上升还是下降以及电梯处在楼层的第几层，这样可以使电梯里的乘客清楚地知道自己所处的位置，离自己要到的楼层还有多远，电梯是上升还是下降等。1.5.2 电梯的外部部件功能简介电梯的外部共分五层，每层都应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯，以及楼层显示器。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为亮，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。五层楼电梯中，一层只有上呼叫按钮，五层只有下呼叫按钮，其余三层都同时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应相同。1.5.3电梯的初始状态、

17、运行中状态和运行后状态分析 (1)电梯的初始状态：设电梯位于一层待命，各层显示器都被初始化，电梯处于以下状态：a.各层呼叫灯均不亮。b.电梯内部及外部各楼层显示器显示均为“1”。c.电梯内部及外部各层电梯门均关。(2)电梯在运行过程中：a.按下某层呼叫按钮（1-5层）后，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫。b.电梯上行或下行直至该层。c.各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变。d.运行中电梯门始终关闭，到达指定层时，门才打开。e.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。a.电梯在到达指定楼层后，电梯门会自动打开，经一段延时自

18、动关闭，在此过程中，支持手动开门或关门。b.各楼层显示值为该层所在位置，且上行与下行指示灯均灭 。 第2章 控制系统方案设计2.1 PLC控制系统与其他控制方式的比较2.1.1 PLC控制系统与继电器控制系统的比较继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入90年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性 可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程控制器最早是根据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学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控制所代替。同时，犹豫电机交流变频调速

19、技术的发展，电梯的拖动方式已由原来只留调速逐渐过渡到交流变频调速。因此，PLC控制技术加变频调速技术已成为现代电梯行业的一个热点。 电梯继电器控制系统的优点。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、适合于一般技术人员和技术工人所掌握。机筒的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具一起。大部分电器均为常用控制电器 更换方便，价格较便宜。多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉掌握的人员较多。 但是，电梯继电器控制系统存在很多的问题，系统触点繁多、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。普通控制电器及硬件接线

20、方式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、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、系统结构庞大、能耗较高，机械动作噪音大。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。 电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性。经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊扰，且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还会出现人身事故。 PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，以通过或专用CPU作为字处理器，实现通道的运算和数据存储。另外

21、还有位处理器，进行点运算与控制PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。PLC控制电梯的优点：(1)在电梯控制中采用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与报警显示，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。为便于比较PLC控制系统于继电器控制系统优缺点现列表如下 详见表2-1表2-1 PLC控制系统与继电器控制系统比较项目

22、继电器控制系统PLC控制系统 控制功能实现有许多继电器 采用接线的方式来完成控制功能各种控制功能通过编程来实现对控制要求变更适应性适应性差 需要重新设计 改变继电器和接线适应性强 只需要针对程序进行修改控制进度低 靠机械动作实现极快 靠微处理器进行处理特殊功能一般没有有安装施工连线多 施工繁安装容易 施工方便可靠性差 触点多 故障多高 因元器件采取了筛选和抗老化等可靠性措施寿命短长 可扩展性困难容易维护工作量大 故障不易查找有自诊能力 维护工作量小从表2-1可以看出 PLC控制系统具有继电器控制系统无法比拟的优点。因此，传统的继电器控制系统将逐渐被PLC控制系统所取代是大势所趋。2.1.2 P

23、LC控制系统与计算机控制系统比较计算机控制系统在工业控制领域中，其主机一般采用能够在恶劣工业环境下可靠运行的工控机。工控机有通用微机应用发展而来，在硬件结构方面总线标准化程度高、品种兼容性强、软件资源丰富、能提供实时操作系统的支持、故对要求快速，实时性强、模型复杂的工业对象的控制占有优势。但是，它的使用和维护要求工作人员应具有一定的专业知识、技术水平较高、且工控机在整机水平上尚不能适应恶劣工作环境。可编程控制器对此进行了改进，交通用为专用、有利于降低成本、缩小体积、提高可靠性等特性3。更适应过程控制的要求 PLC控制系统与计算机系统比较见表2-2表2-2 PLC控制系统与通用计算机系统的比较比

24、较项目通用计算机系统PLC控制系统工作目的科学计算工业自动控制工作环境对工作环境要求高对工作环境要求低 可在恶劣的工业现场工作工作方式中断处理方式循环扫描方式系统软件需配备功能较强的系统软件一般只需简单的监控程序采用的特殊措施掉电保护等一系列措施采用多种抗干扰措施 自诊断 断电保护 可在线维修编程语言汇编语言 高级语言 梯形图 助记符语言 SFC标准化语言对操作人员的要求需专门培训 并具有一定的计算机基础一般的技术人员 稍加培训即可操作使用对内存的要求容量大容量小价格价格高价格低其他若用于控制 一般需自行设计机种多 模块种类多 易于集成系统 从表2-2可见，在控制功能方面 PLC与通用计算机相

25、比，工作更稳定可靠、而且编程简单、使用方便、应用设计和调试周期可大大缩短、加之又能在恶劣工业环境下和强电一起工作，容易实现机电一体化。2.2 电梯控制系统方案设计 电梯控制系统原理如图2-1所示。主要是由桥箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆电路、楼层检测与平层电路、 开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成。图2-1 电梯控制系统原理框图2.3控制系统硬件框图 系统由曳引及机构，开、关门机构、轿箱、控制系统等组成。如图2-2所示，曳引系统的主要功能是输出和传递动力，使电梯运行。门系统的功能是封住层站入口和轿箱入

26、口，而轿箱是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的主要工作部分。图2-2 电梯控制系统硬件结构框图第3章 电气控制部分3.1 交流双速电梯的主电路下图图3-1为交流双速电梯的主电路图。图中， M1为YYYD系列电梯专用型双速笼型异步电动机（4/16极）；KM1、KM2为电动机正、反转接触器，用以实现电梯上、下行控制；KM3、KM4为电梯高、低速运行接触器，用以实现电梯的高度或低速运行；KM5为启动加速接触器；KM6、KM7、KM8为减速制动时的接触器；L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路中的电感与电阻，与KM5-KM8配合实现对电机的加、减速控制。当KM1或KM2与KM3通电吸和时，电梯将进

27、行上行或下行启动，延时后KM5通电吸合，切除R1、L1，电梯将转为上行或下行的稳速运行；当电梯收到停层指令后，KM3断电释放，KM4通电吸合，电动机转速为低速接法，串入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且KM6-KM8一次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动的舒适感；至于层位置时，接触器全部断电释放，机械抱闸，电梯停止运行。在检修状态时，电梯只能在低速接法下点动运行。图3-1 交流双速电梯的主电路图3.2 电梯的主要电气设备(1)曳引电动机曳引电动机作为电梯的提升机构，主要由驱动电动机、电磁制动器、减速器及曳引轮组成。(2)自动门机用来完成电梯的开门与关门：电梯的门有厅门（每层站一

28、个）和轿门（只有一个）。只有当电梯停靠在某层站时，此层厅门才允许开启（由门机拖动轿门，轿门带动车门完成）；也只有当厅门、轿门全部关闭后才允许启动运行（检修状态时，可以在不关门状态下运行）。(3)层楼提示 层楼指示也叫层显，过去常由低压灯泡构成，安装在每层站厅门的上方和轿厢内轿门的上方；现多由数码管或LED点阵结构组成，与呼梯盒、运行方向指示做成一体结构。(4)呼梯盒呼梯盒也叫召唤按钮箱或外呼盒，用于在每层站呼唤电梯。常安装在厅门外，离地面一米左右的墙壁上。基站与顶站只有一个按钮，中间层站由上呼和下呼两个按钮组成。按钮带有呼梯记忆灯，灯亮时表示呼梯信号以被接受并记忆；当电梯满足呼梯要求并停层开门

29、时，呼梯记忆灯熄灭。基站的呼梯盒上，常带有钥匙开关，供电梯管理员开关电梯。(5)操纵箱操纵箱安装在轿厢内，供司机及乘客对电梯发布动作命令。操纵箱上设有与电梯层站数相同的内选层按钮（带指示记忆），上、下行启动按钮（带上、下行指示记忆灯，检修时用），开、关门按钮，急停按钮，电梯运行状态选择钥匙开关（选择电梯时自动运行，还是检修状态）以及风扇、照明灯的控制开关。(6)平层及开门装置该装置如图3-2所示，由磁铁板和上、下平层感应器1KR、2KR组成。上行时，1KR首先插入隔磁铁板，发出减速信号，电梯开始减速，至2KR插入隔磁铁板时发出停车及开门信号，电机停转，机械抱闸；下行时，2KR首先插入隔梯铁板，

30、发出减速信号至1KR插入隔梯铁板时，发出停车及开门信号。图3-2 电梯的平层、停层装置示意图(7)停层装置如图3-2所示，在电梯的井道内每层站装有一只磁铁板，当轿厢运动到相应层站时，此铁板插入平层感应器内，以此检验电梯所处位置和产生平层信号。(8)开关装置安全窗及其开关、安全钳及其开关，限速器及其开关，上、下限位开关，上、下强迫停止开关，极限开关。电梯的轿厢顶部开有安全窗，供紧急情况时疏散乘客，当安全窗打开时，电梯不允许运行。安全钳是为防止电梯曳引钢绳断裂及超速运行的机械装置，用以在上述情况下将轿厢夹持在导轨上。限速器是用以检测电梯运行速度的机械装置，当电梯超速运行时，限速器动作，带动安全钳使

31、电梯停止运行。以上三种装置的动作通过其相应开关来检测。当电梯运行到上、下极限位置时仍不停车，上、下限位开关动作，发出停车信号，若仍不能停车，将压下上、下强迫停止开关，强迫停止运行；若还不能停车，将通过机械装置带动极限开关SQ0动作，切断电梯曳引电动机的电源，以达到停车的目的，避免电梯出现冲顶与蹲底事故。为了便于对电梯的工作原理及PLC控制系统进行分析，现列出五层五站电梯的电气元件，见表3-1所列表3-1 五层五站电梯电气元器件表元件符号名称及作用元件符号名称及作用KM1上行接触器1SB1-4SB11楼-4楼上行外呼按钮KM2下行接触器2SB2-5SB22楼-5楼下行外呼按钮KM3高速接触器1H

32、L-5HL1楼-5楼指示灯KM4低速接触器6HL、7HL上、下行指示灯KM5启动加速接触器HL6、HL7操纵箱上、下行指示灯记忆KM6-KM8制动减速接触器HL81楼外呼记忆灯KM9开关接触器HL92楼上呼记忆灯KM10关门接触器HL102楼下呼记忆灯SQ5基站开关HL113楼上呼记忆灯SQ6开门到位开关HL123楼下呼记忆灯SQ7关门到位开关HL134楼上呼记忆灯SQ8开门调速开关HL144楼下呼记忆灯SQ9、 SQ10关门调速开关HL155楼下呼记忆灯SQ11-SQ151楼-5楼厅门锁开关SA1运行状态选择钥匙开关SQ16轿门关闭到位开关SA2基站开关梯钥匙开关SQ17上限位开关SQ1安全

33、窗开关SQ18下限位开关SQ2安全钳开关SQ19上行强迫停止开关SQ3限速器开关SQ20下行强迫停止开关SQ4轿内急停开关SB1开门按钮1KR上平层感应器SB2关门按钮2KR下平层感应器SB3上行启动按钮3KR开门感应器SB4下行启动按钮SQ电源开关SB5-SB91楼-5楼内选层按钮第4章 PLC的控制部分4.1 PLC的工作原理PLC具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式。PLC则采用循环扫描工作方式。在PLC中，用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条。如此周而不断循环。每一个循环成为一个扫描周期。一

34、个扫描周期大致可分为I/O刷新和执行指令两个阶段。所谓I/O刷新即对PLC的输入进行一次读取，将输入端各变量的状态重新读入PLC中存入内部寄存器，同时将新的运算结果送到输出端。这实际是将存入输入、输出状态的寄存器内容进行了一次更新，故成为“I（输入）/O（输出）刷新”。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出端也会相应的发生变化，或者说输出对输入产生了响应。反之，若在本次I/O刷新之后，输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，即不响应，而要到下一次扫描期间输出才会产生响应。由于PLC采用循环扫描的工作方式，所以它的输出对输入的响应速度要收扫描周期的影响。扫描周期的长

35、短主要受PLC的运算速度，程序长度和每条指令占用时间长短影响。一、PLC的应用通常有以下五种类型：(1)顺序控制这是PLC应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。(2)运动控制PLC制造商目前已提出了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模板。在多数情况下，PLC把扫描目标位置的数据送给模板，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模板保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。相对来说，位置控制模块比计算机数值控制装置体积更小

36、，价格更低，速度更快，操作方便。(3)闭环过程控制PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。PID模块的提供式PLC具有闭环控制功能，即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某一个变量出现偏差时，PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定值上。(4)数据处理 在机械加工中，出现把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。著名的日本FANUC公司推出的System10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC

37、送至CNC设备使用，美国GE公司的CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC。预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。(5)通信和联网为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化(FA)系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电事故时的对策。二、PLC的特点：(1)可靠性高、抗干扰能力强 PLC是为工业控制而设计的，除了对期间的严格筛选外，在硬件合软件两个方面还采用可屏蔽、滤波、隔离、故障诊断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的

38、靠干扰的能力，其平均无故障时间达到3000h以上。(2)编程直观、简单 考虑到大多数电气技术人员熟悉电气控制电路的特点，PLC没有采用微机控制中常用的汇编语言，而是采用了一种面向控制过程的梯形图语言。梯形图语言与继电器原理图象类似，形象直观、易学易懂，电气工程师和具有一定知识的电气技术人员都可在短时间内学会，计算机技术合传统的继电器控制技术间的隔阂在PLC上完全不存在。因此，许多国家生产的PLC都把梯形图语言作为第一用户语言。此外，还可采用指令表进行编程控制。(3)适应性好 PLC时通过程序实现控制的。当控制要求发生改变时，只要修改程序即可。由于PLC产品已标准化、系列化、模块化。因此能灵活方

39、便的进行系统配置，组成规模不同、功能不同的控制系统。其适应能力非常强，既可控制一台机器，一条生产线，也可控制一个复杂的群控系统，既可以现场控制，又可以远距离控制。(4)功能完善接口功能强PLC具有数字量和模拟量的输入输出、逻辑和算数运算、定时、计数、顺序控制、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能，使设备控制水平大大提高；其接口功率驱动范围较大，不像普通的计算机输出信号需放大才能驱动负载，极大的方便了用户。其常用的数字量输入输出接口，就电源而言有110V、220V交流和5V、48V直流等多种。三、PLC的编程语言PLC提供了较完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。利用编程语言，按照不

40、同的控制程序，这相当于设计和改变继电器的硬件接线线路，这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器送到PLC内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。PLC提供的编程语言通常有三种:梯形图、功能图、及布尔逻辑编程。梯形图是应用最广的，梯形图编程有时称为继电器梯形图逻辑图编程。它使用的最广是因为它和以往的继电器控制线路很接近。梯形图是在原继电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理相呼应。它的最大优点是形象、直观和实用，为广大电气技术人员所熟知。PLC的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。PLC的梯形图使用的内部继电器

41、、定时器/计数器，都是由软件实现的，其主要特点为使用方便、修改灵活。功能图编程是一种较新的编程方法。它的作用是使用功能图来表达一个顺序控制过程。布尔逻辑编程包括“与”（AND）、或（OR）、非（NOT）以及定时器、计数器、触发器等。就是大家所熟知的指令表程序。每一种编程方法都有它的优点与缺点，根据每一种特殊的控制要求，根据编程者的熟练程度正确合理应用编程方法。4.2 输入/输出电路的设计(1)PLC的电源控制电路PLC采用AC220V供电，如下图4-1所示，电梯正常工作时，锁梯开关SA2接通，PLC电源接通，程序正常运行，锁梯时，SA2断开，PLC断电，电梯停止运行。图4-1 PLC的控制电源

42、(2)输入设备启动、停止开关 SQ1 限位开关 SQ2-SQ8 点动开关 SB1-SB18 安全开关 SA1 门锁开关 SA2 自动 SA3 检修 SA4 上减速 SA5 下减速 SA6(3)输出设备控制上行、下行、高速、低速、启动加速、制动减速、开门、关门点击的接触器KM1-KM10工作方式指示灯HL1-HL15。楼梯层数字显示HL16.将电梯运行过程中的各种输入信号，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/输出电路如下图4-2所示。由上述输入/输出电路可知输入输出点分别位32点和29点

43、，故可选择FX2N-80MR的PLC构成其控制系统。PLC输入、输出接线图如图4-2所示。图4-2所示是PLC和外围设备的外部接线图，应说明的时PLC面板上标由“COM”标记的端子即可作为公共端。图4-2 5层5站电梯PLC控制I/O图4.3 I/O口的分配我们在分配输入输出点时按照控制功能分段，相同功能的输入板和输出板组成一组。一般情况下输入点与输入信号，输出点与输出控制一对应。分配好后，按系统配置的通道与接点号分配给每一个输入信号和输出信号。在编程过程中，所用到的I/O地址分配如下表所示。表4-1 I/0口分配表说明对应说明对应安全运行KA2X0上行Y0门锁KA1X1下行Y1自动X2高速Y

44、2检修X3低速Y3开门X4启动加速Y4关门X5制动减速Y5上行启动X6制动减速Y6下行启动X7制动减速Y7基站X10开门Y10开门到位X11关门Y11关门到位X12上行指示Y12上行限位X13下行指示Y13下行限位X141层内选记忆指示Y141楼内选X152层内选记忆指示Y152楼内选X163层内选记忆指示Y163楼内选X174层内选记忆指示Y174楼内选X201楼外呼记忆Y201楼上行X212楼上呼记忆Y212楼上行X222楼下呼记忆Y222楼下行X233楼上呼记忆Y233楼上行X243楼下呼记忆Y243楼下行X254楼下呼记忆Y254楼下行X26上减速/下平层X27下减速/上平层X30超载

45、X31防夹X32上强迫开关X36下强迫开关X37第5章 梯形图设计5.1 开、关门环节 电梯的开门存在以下几种情况(1)电梯投入运行前的开门 此时电梯位于基站，将开关电梯钥匙手插入SQ1（程序中X010）内，旋转至开关电梯位置，此时PLC电源接通，程序开始运行，电梯自动开门，乘客或司机进入轿厢，选层后电梯自动进行。(2)电梯检修时开门检修状态下（X003接通），开门均为手动状态，由开关门按钮SB1（X004），SB2(X005)实施开门与关门。(3)电梯自动运行停层时的开门电梯在停层时，至平层位置，M140接通，电梯开门。(4)电梯关门过程中的重新开门在电梯关门的过程中，当需要重新开门时，可以

46、通过开门按钮X004实施重新开门。大多数电梯现采用光幕或机械安全触板进行检测，自动发送重新开门信号，以达到重新开门的目的。(5)呼梯开门电梯到达某层站后，若没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命；若有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。 电梯在运行的过程中，当由外呼信号时，若顺向运行，则电梯停层开门；若逆向运行，则电梯不停层。(6)防夹或超载开门当电梯在关门的过程中，如有东西夹在门上，则电梯在关门的过程中关不上，会使X037接通；或电梯超载，轿厢地下的称重开关X036接通，使程序中的M20接通，则电梯重新开门。(7)电梯在运行中禁止开门开门环节的梯形图如下图5-1所示：图5-

47、1 开门环节程序梯形图电梯的关门存在以下几种情况(1)电梯停用后的关门此时电梯到达基站后，司机或乘客离开轿厢，电梯自动关门，司机将开、关梯钥匙插入SA2，旋转到关梯位置，电梯的安全回路被切断，PLC停止运行，电梯被关闭。(2)自动关门电梯开门时开行计时，时间到后，电梯应自动关门。(3)提前关门停站时间未到时，可以用按钮X005实现提前关门。(4)检修关门考虑检修状态时的关门，检修关门不自锁。(5)电梯超重时禁止关门关门环节的梯形图如图5-2所示：图5-2 电梯关门环节程序梯形图 电梯在关门的过程中因各种原因不能关门到位，电梯会重新关门，开门时间到后，又会自动关门，关门不到位又要开门。如此开、关

48、门反复动作，如现场没人及时树立，门很容易被损坏，应此要求在出现这种情况时，开、关门动作出现5次，电梯停止运行。其程序梯形图如图5-3所示。关门时，M101接通，如正常关门到位时，X001接通，程序中常闭触点是断开的，M22不能接通，T6不接通，不会重新开门。如经过一段时间（3s）关门不能到位，X001的常闭点是接通的M22得电，T6的触点接通，电梯重新开门，开门计时时间到，T5接通，又要关门，关门又不到位，T6又接通，如此循环，当连续关门达到5次时，C0的触点接通，利用C0的触点，使电梯停止运行。且故障显示0、2交替出现。当电梯关门到位时，对C0复位。 图5-3 重复开、关门电路和故障显示程序

49、梯形图5.2 信号的产生与清除环节(1)层楼信号的产生与清除当电梯位于某一层时，应产生于该楼层的信号，用控制楼层显示器显示楼层所处的位置，离开该层时，该楼层信号应被新的楼层信号所取代。其梯形图如图5-4所示。D200为电梯的楼层数，通过译码器用数码管显示出来。X040是下强迫楼层显示开关，装在1楼，当电梯运行到1楼时，使D200为1。在中间的某些楼层中，电梯上行时，每上一层时，D200加1；当电梯下行时，每下一层，D200减1。另外电梯在1楼-5楼时，分别使M110-M114置ON。如果电梯楼层显示有误，只要将电梯开到顶层或一层，马上就能显示正常。图5-4 层楼信号的产生与清除环节程序梯形图(

50、2)内选信号的登记、清除和显示环节乘客或司机通过轿厢内操纵盘上1楼-5楼选层按钮的操作；可以选择欲去的楼层。选层信号被登记后，选层按钮下的指示灯亮。当电梯到达所选的楼层后，停层信号应被消除，指示灯也应熄灭。(3)外呼信号的登记、清除和显示环节乘客在厅门外呼梯时、呼梯信号应被接受和记忆，当电梯到达该楼层，且电梯运行方向与呼梯目的地方一致时（基层和顶层除外），呼梯要求满足，呼梯信号被消除。其程序梯形图如图5-5所示：图中，按下外呼按钮，相对应的外呼辅助继电器接通，外呼按钮下的指示灯亮，表示呼梯要求已被电梯接受并记忆。电梯运行方向与呼梯目的地方向一致时，至呼梯楼层时，电梯将停止并开门，呼梯要求满足，

51、呼梯信号消除。电梯运行方向与呼梯目的地方向相反时，如电梯从1楼向上运行，而呼梯要求从2楼向下，若有去3楼以上的内选层要求及外呼梯要求，电梯到达2楼时不停梯，呼梯要求没有满足，呼梯信号不能消除；若3楼以上无用梯要求，电梯将停在2楼，但呼梯信号不能立即消除，待乘客进入轿厢内，选层（去1楼）后，电梯定下向，则2楼呼梯信号已满足，呼梯信号被满足。电梯停在该楼层时，按下外呼按钮（上行或下行）,此时指示灯应该亮。图5-5 内选信号的登记、清除和显示环节程序梯形图(4)停层信号的产生和消除环节电梯在停车制动之前，应首先确定其停层信号，即确定要停靠的楼层，每一层产生一个停层辅助信号，1楼-5楼的停层辅助分别是

52、M150-M154。1楼停层的条件是电梯下行到1楼，5楼的停层条件是电梯上行到5楼，中间层产生的条件是根据电梯的运行与外呼信号的位置和轿厢内选层信号比较后得出。其程序梯形图如图5-6所示。外呼信号方向与运行方向一致时，产生外呼所在楼层的停车要求；内选层信号产生欲去楼层的停车要求，满足停车要求时，停车信号应被取消。电梯运行过程中，所处的楼层如呼梯方向与电梯运行方向相反时的停车问题。图5-6 停层的产生和消除环节程序梯形图5.3 电梯的定向环节在自动运行状态下，电梯应首先确定运行方向，也即定向。电梯的定向只有两种情况即上行和下行。电梯处于待命状态下，接受到内选和外呼信号时，应将电梯所处的位置与内选

53、信号和外呼信号进行比较，确定时上行还是下行，一旦电梯定向后，内选信号与外呼信号对电梯进行顺向运行要求没有满足的情况的情况，定向信号不能清除。检修状态下运行方向直接由上行和下行启动按钮确定，不需定向。其程序梯形图如图5-7所示。图中M121,M122,M123,M124分别时2、3、4、5楼的内选辅助信号；M131，M132时2楼的外呼上行和下行的辅助信号；M133，M134时3楼的外呼上行和下行辅助信号；M135，M136是4楼的外呼上行和下行辅助信号；M137时5楼的外呼下行辅助信号；M146时下行互锁；X003时检修选择开关；X002是自动选择开关；M111，M112，M113，M114分

54、别时2、3、4、5的楼辅助信号；Y012是上行指示灯。图5-7 定上行环节程序梯形图图中M103及M104在电梯上行及下行的全过程中，存在不能全程接通的情况，如上行至5楼时，一旦5楼层继电器M114接通时，M103则立即断开，而此时电梯仍处于上行状态，至5楼平层位置时才能停止。为解决这一为题，引入M134-M136，可能会发生下述情况：4楼向上的外呼信号（不存在其他外呼及内呼信号）使电梯上行、电梯至4楼位置，M113使M103断开，在电梯至4楼位置到电梯停层开门，乘客进入轿厢内选5楼之前的时间，1、2、3楼外呼信号可能使电梯在未完成4楼向上的运动之前定下行方向。根据同样的道理，定下行环节的程序梯形图如图5-7所示。图中M120时1楼的内选辅助；M130是1楼的上向外呼；M144时上行互锁；Y1013时下行指示。图5-8 定下行环节程序梯形图5.4 停车制动环节停层信号产生后，与上、下平层感应器配合，进行停车制动。停车制动之前，应先产生停车制动信号X105，然后由停车制动信号控制接触器实现停车制动。为解决电梯进入平层区间后才出现的停车信号致使电梯过急停车的问题，采用微分指令X032及X033变成短信号。其程序梯形图如图5-9所示。电梯上行时，先接通上行减速信号X032，则M106接通，使Y005、Y006、Y007依次接通，电梯开始减速，当达到上平层信号X033接通时，