基于PLC的电梯控制系统的设计.docx
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基于PLC的电梯控制系统的设计
编号
毕 业 设 计 报告
设计题目：
基于PLC的电梯控制系统设计
姓 名：
专业名称：
电力系统自动化
班 级：
08电自4班
指导老师姓名：
（姓名）
（单位）
报告提交日期：
答辩日期：
答辩委员会主席：
评 阅 人：
（日期）2012年月日
摘要
电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。
目前电梯设计使用可编程控制器（PLC），功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。
维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。
当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后．控制系统进行下列运作：
根据轿厢所处位置及乘员所处层数。
判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。
将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。
另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。
Abstract
Elevatorbydraggingsystemofelectricalsystemandcontrolsystemcomposedoftwoparts.Currentelevatordesignusingprogrammablelogiccontroller（PLC）,thefunctionofflexibleprogrammingsimple,fewerfailuresandlownoise.Easymaintenance,energy-savingwork,stronganti-interferenceability,controlboxcoversanareaofless.Whenthecrewenteredtheelevator,floorbuttonispressed,aftertheelevatordoorscloseautomatically.controlsystemforthefollowingoperation:
accordingtothecabinwherethelayersandcrews.Determinethecabindirection,guaranteethecabinwhenlevelingspeed.Thecarstoppedontheselectedfloorand,basedonthecallfloors,ShunRoadparking,automaticdoors.Alsobothinsideandoutsidethecabinlightsshowstheelevatorandnumberoffloors.
引言
可编程控制器简称PC（英文全称：
ProgrammableController），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：
ProgrammableLogicController）和可编程序控制器PC几个不同时期。
为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字，与个人计算机的PC相区别，用PLC表示
“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、计时、计数和算术运算等操作的指令，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或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于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。
”
PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。
国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
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。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
第一章设计题目及设计任务书
1.1设计题目
基于PLC的电梯控制系统设计
1.2设计任务书
一、设计原始资料
电梯控制系统的要求如下：
①电梯层站数：
4层站；载重量：
500kg，若超重则无法关门并且警铃响，电梯无法运行；
②电梯无司机驾驶，完全自动响应门厅指令和电梯内指令；
③电梯具有最远反向外梯响应功能，电梯运行途中有顺向截梯功能，对反向呼梯信号只作记忆；
④电梯在运行单一命令的过程中，在到达指定楼层后，电梯会停留在该楼层继续待命，直到有新命令产生；
⑤电梯在到达指定楼层后会自动开门，延时自动关门，在此过程中支持手动开门和关门；
⑥电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用
⑦电梯到达顶层或底层时，自动停止并执行记忆呼梯和等待召唤；
⑧门厅和电梯内有楼层和运行方向显示；
二、设计主要任务
要求运用PLC实现对电梯的控制。
三、设计成果
1、摘要（所做的设计如有特别之处，一定要挑明）。
2、设计说明书一份；
3.PLC外部接线图，以及其它相关设备的电气接线图；
4、在实验室进行模拟调试所需的补充资料；
5、设计小结。
第二章电梯的概述
2.1电梯的产生
人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。
早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：
即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。
早期的升降工具基本以人力为动力。
1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。
19世纪初，在欧美开始用蒸汽机作为升降工具的动力。
1845年，第一台液压驱动升降机研制成功，液压驱动的介质是水。
尽管升降工具被一代代富有革新精神的工程师们进行不断改进，然而被工业界普遍认可的升降机仍未出现，直到1852年世界第一台安全升降机诞生。
1852年，美国纽约杨克斯的机械工程师奥的斯先生发明了世界第1台安全升降机。
1857年3年23日，奥的斯公司在纽约为一座专营法国瓷器和玻璃器皿的商店安装了世界上第一台客运升降机。
1862年，奥的斯公司采用单独蒸汽机控制的升降机问世。
1878年，奥的斯公司在纽约百老汇大街155号安装了第1台水压式乘客升降机。
1889年12月，奥的斯公司在纽约的第玛瑞斯特大楼成功安装了1台直接连接式升降机。
这是以直流电动机为动力的世界第1台电力驱动升降机，从此诞生了名副其实的电梯。
国外电梯行业发展迅猛，不仅在节能上做了很大的功夫，现在在智能化，远程化，集成化，可视化也已有了先进的技术！
例如：
（1）集垂直运输与水平运输的复合运输系统。
该系统采用直线电机驱动，在一个井道内设置多台轿厢。
轿厢在计算机导航系统控制下，可以在轨道网络内交换各自运行路线。
该系统节省了井道占用的空间，解决了超高层建筑电梯钢丝绳和电缆重量太大的问题，尤其适合于具有同一底楼的多塔形高层建筑群中前往空中大厅的穿梭直驶电梯。
（2）交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯无机房电梯由于曳引机和控制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。
而交流永磁同步无齿轮曳引机的特点是：
（A）结构简单紧凑，体积小，重量轻，形状可灵活多样；（B）配以变频控制可以实现更大限度的节能；（C）没有齿轮，于是没有齿轮振动和噪声，齿轮效率，齿轮磨损及油润滑问题，减少了维护工作，降低了油污染；（D）由于失电时旋转的电机处于发电制动状态，增加了曳引系统的安全可靠性。
（3）彩色大屏幕液晶楼层显示器。
这类显示器可以以高分辨率的彩色平面或三维图像显示电梯的楼层信息（如位置、运行方向），还可以显示实时的载荷、故障状态等。
通过控制中心的设置还可以显示日期、时间、问候语、楼层指南、广告等，甚至还可以与远程计算机和寻呼系统联接发布天气预报、新闻等。
有的显示器又增加了触摸查询功能。
该装置缓解了陌生乘客在轿厢内面对面对视时的尴尬、无趣的局面，降低了乘客乘梯时心理等待焦虑感。
（4）电梯远程监控系统。
该系统是将控制柜中的信号处理计算机获得的电梯运行和故障信息通过公共电话网络或专用网络（都需要使用调制解调器）传输到远程的能够提供可视界面的专业电梯服务中心的计算机，以便那里的服务人员掌握电梯运行情况，特别是故障情况。
该系统一般具有显示故障、分析故障、故障统计与预测等功能，还有的可实现远程调试与操作，便于维修人员迅速进行维修应答和采取维修措施。
这样缩短了故障处理时间，简化了人工故障检查的劳动，保证了大楼电梯安全高效地运行。
2.2电梯控制系统发展的现状
近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展．一些电梯厂也在不断改进设
计、修改工艺。
更新换代生产更新型的电梯，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，进入九十年代，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。
可编程序控制器（PLC）最早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己逐渐被PLC控制所代替。
同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。
因此，PLC控制技术己成为现代电梯行业的一个热点。
电梯继电器控制系统的特点及存在问题：
一、电梯继电器控制系统的优点：
（l）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。
（2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。
（3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。
（4）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。
二、电梯继电器控制系统存在的问题
（l）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。
（2）普通控制电器及硬件接线方法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。
（3）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。
（4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。
（5）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忧。
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，还可能出现人身事故。
2.3电梯技术发展趋势
（1）环保：
绿色理念是电梯发展总趋势。
有专家预言“谁最先推出绿色产品并抢占市场，谁就掌握市场竞争主动权”。
发展趋势主要有：
不断改进产品的设计，生产环保型低能耗、低噪声、无漏油、无漏水、无电磁干扰、无井道导轨油渍污染的电梯。
电梯曳引采用尼龙合成纤维曳引绳，钢皮带等无润滑油污染曳引方式。
电梯装璜将采用无（少）环境污染材料。
电梯空载上升和满载下行电机再生发电回收技术。
安装电梯将无需安装手脚架。
电梯零件在生产和使用过程中对环境没有影响（如刹车皮一定不能使用石棉）并且材料是可以回收的。
（2）蓝牙技术在电梯上应用。
安装过电梯的人都知道放线、对线是费时、费力、极容易错的工作。
如果控制屏与召唤系统通过蓝牙技术连接起来实现无线召唤将会是电梯控制的另一场革命同时为我们带来巨大好处。
A安装期将减少30％以上，其直接好处是降低安装成本，客户也因从订梯到使用电梯周期费用减少和提高现金周转率。
B在电梯上使用蓝牙技术一定会使电梯控制系统大量使用最新最快微机，这将会进一步提高电梯整机可靠性，故障率大大降低，控制精度也进一步提高，带来的结果是电梯更加舒适，平层更加准确。
C很好地解决了电梯控制与外围设备的兼容和联系。
特别是可以把电梯和扶梯归纳到大楼管理系统或智能化管理小区系统中。
2.4电梯的分类
2003年2月19日国务院颁布了《特种设备安全监察条例》，明确规定电梯是特种设备，并对电梯的含义做了叙述：
“电梯是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运行的梯级（踏板）进行升降或者平行运送人、货物的机电设备”。
这种对电梯的论述，被称作广义电梯概念，既包括上下运送人、货物的升降式电梯，也包括用于水平或倾斜输送乘客的自动人行道（英语PassengerConveyor）和自动扶梯（英语Escalator）。
现代电梯主要由曳引机（绞车）、导轨、对重装置、安全装置（如限速器、安全钳和缓冲器等）、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。
这些部分分别安装在建筑物的井道和机房中。
通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，两端分别连接轿厢和平衡重，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。
电梯要求安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。
电梯的基本参数主要有额定载重量、可乘人数、额定速度、轿厢外廓尺寸和井道型式等。
目前，电梯行业及社会上对电梯的分类大致有以下几种：
（1）按用途分：
乘客电梯、载货电梯、客货电梯、病床电梯、住宅电梯、杂物电梯、观光电梯、其他专用电梯。
（2）按额定速度分：
低速梯，常指低于1.00m/s速度的电梯；中速梯，常指速度1.00～2.00m/s的电梯。
高速梯，常指速度大于2.00m/s的电梯。
超高速梯，速度超过5.00m/s的电梯。
（3）按拖动方式分：
交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条式电梯、螺旋式电梯。
（4）按控制方式分：
手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、向下集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、智能控制电梯。
其他分类方式还有：
按电梯有无司机分类等。
2.5电梯的基本结构图
电梯机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。
各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。
尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构。
其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。
电梯的基本结构如图2—1所示。
1-减速箱；2-曳引轮设备润滑网299383-曳引机底座；4-导向轮；设备润滑网299385-限速器；6-机座；设备润滑网299387-导轨支架；8-曳引钢丝绳设备润滑网299389-开关碰铁10-紧急终端开关；设备润滑网2993811-导靴； 12-轿架；设备润滑网2993813-轿门； 14-安全钳；设备润滑网2993815-导轨； 16-绳头组合；设备润滑网2993817-对重， 18-补偿链；设备润滑网2993819-补偿链导轮；20-张紧装置；设备润滑网2993821-缓冲器；22-底坑；设备润滑网2993823-层门；24-呼梯盒；设备润滑网2993825-层楼指示灯；26-随行电缆；设备润滑网2993827-轿壁； 28-轿内操纵箱；设备润滑网2993829-开门机；30-井道传感器；设备润滑网2993831-电源开关；32-控制柜；设备润滑网2993833-曳引电机； 34-制动器
设备润滑网29938
图2—1
2.6电梯的基本结构
一、拽引系统
电梯拽系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。
主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。
拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱和电磁制动器组成。
拽引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。
导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。
二、导向系统
导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。
它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。
三、门系统
门系统有轿厢门，层门，连动机构等组成。
轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架，等组成，层门设在层站入口处。
曳引电机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。
四、轿厢
轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。
它是有轿厢架和轿厢体组成的。
轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁和斜拉杆等组成。
轿厢体由厢底轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。
轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定。
五、重量平衡系统
重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。
对重由对重架和对重块组成。
对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。
重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。
六、电力拖动系统
电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。
拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。
供电系统是为电机提供电源的装置。
速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。
一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。
调速装置对拽引电机进行速度控制。
七、电气控制系统
电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置和位置显示装置等部分组成。
其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。
操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。
平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。
所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。
位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。
八、安全保护系统
安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。
机械方面的有：
限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用还有切断总电源的极限保护装置。
电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。
第三章可编程控制器（PLC）简介
可编程序控制器是二进制逻辑运算为主的、专为工业环境应用而设计的控制器，后来发展成为具有各种接口，且通讯功能和软件能日趋完善的工业控制器。
为与个人计算机区分，可编程控制器一般简称为PLC。
PLC与单片机等计算机控制系统相比，具有以下特点：
全系统采用模板化标准结构；针对生产过程的系列化I/O接口模板，能适用于各种电压等级；越来越丰富的智能接口模板；模块化软件和面对普通电气人员的梯形图编程语言；系列化产品形成，同系列不同型号间联网容易；适应工业环境，安装维护容易；可靠性高，故障率低；系统组成灵活，易扩充，易更新；便于在线调试修改；性能价格比随系统的扩大而提高，投资比例随生产对象的扩大和复杂而降低。
3.1PLC的定义和特点
3.1.1PLC的定义
PLC（ProgrammableLogicController），是可编程逻辑控制器。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
3.1.2PLC的特点
可靠性高，抗干扰能力强
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
硬件配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。
PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。
PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
容易改造
系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。
这种编程方法很有规律，很容易掌握。
对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。
它的重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积
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