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电梯系统控制jsp
摘要
电梯不仅仅是高层建筑罩的必备设施，在多层建筑里也是不可缺少的垂直运输工具。
电梯的控制系统已由初期的继电控制向微机控制发展。
可编程控制器由于具有可靠性高、功能强大等特点已经成为电梯微机控制系统的核心。
本文在阐述电梯的结构和可编程控制器的结构和工作原理的基础上，针对5层5站电梯，使用三菱FX2N-80MR可编程控制器，设计了电梯的控制系统。
包括电梯的指层控制模块、轿内指令和厅外召唤的登记与消号模块、电梯的选层和定向模块、电梯的歼关门运行模块、电梯运行控制模块等，实现了电梯的指层控制、轿内与各层厅站呼梯指令的记录、电梯运行方向和停靠的层站的控制，自动运行和自动开关门等功能。
这种电梯控制系统应用于实际运行的电梯中，运行结果表明：
电梯控制系统安全性和可靠性高，月常保养维护和故障检修方便，运行成本低。
起动、制动及运行平稳、舒适，安全保护和可靠性均达到GB7588-2003的规定，能够满足电梯的控制要求。
关键词：
电梯、PLC控制系统、可编程控制器
目录
1绪论
1.1课题的研究背景及意义...............................1
1.2国内外发展状况.....................................3
1.3本文要解决的主要问题...............................5
2电梯的基本结构及其功能
2.1电梯的基本结构简介...............................6
2.2电梯曳引系统......................................7
2.3控制柜............................................10
2.4自动开门机........................................10
3可编程序控制器
3.1可编程序控制器的发展历史.........................11
3.2可编程序控制器发展的几个阶段.....................11
3.3PLC的特点........................................12
3.4PLC的基本结构....................................13
3.5PLC的工作原理....................................14
3．6PLC电梯控制的优点................................15
4电梯PLC控制系统的设计
4.1电梯的构造.......................................16
4.2电梯控制要求......................................18
4.3电梯的运行过程....................................20
4.4设计方法..........................................21
4.5PLC控制VVVF电梯..................................23
5电梯控制程序的设计与实现
5.1利用旋转编码器获取楼层信息的模块.................25
5.2轿内指令的登记和消号.............................27
5.3厅外召唤的登记与消号.............................28
5.4电梯的选层、定向回路..............................30
5．5电梯的开关门运行回路.............................34
5.6VVVF电梯运行控制程序............................36
结论
致谢
参考文献
1绪论
1．1课题的研究背景及意义
电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。
随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。
电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。
而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。
事实上，在电梯上已经采用了多项安全保护措施。
在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。
然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。
在国外，已“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队伍维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。
因此，可以说乘坐电梯更安全。
目前，由可编程序控制器（PLC）和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的、速度发展着。
采用PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短，这种电梯运行更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，己成为电梯控制的发展方向。
可编程序控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。
自1969年针对工业自动控制的特点和需要而开发的第一台PLC问世以来，迄今己30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置。
它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。
用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践。
而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。
这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。
可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。
PLC现已成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD／CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接
触控制系统，在机械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。
PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。
总之，电梯的控制是比较复杂的，可编程控制器的使用为电梯的控制提供了广阔的空问。
PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着PLC应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。
因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。
1．2国内外发展状况
在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。
作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。
一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。
在全球经济持续低迷的情况下，我国国民经济仍然以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。
这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场。
上世纪80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。
总趋势是上升的，目前进入了“第三次浪潮”，从1949年建国以来全国共生产安装了6l万多台电梯。
尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。
全世界平均1000人有l台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加70万台。
到那时候，全国在用电梯将达到130万台，每年仅报废更新就需要6万台。
到2005年，中国电梯的年产量达到13．5万台，与1980年相比，25年增长了59倍，产量每年平均增长17．8％。
2005年安装验收电梯124465台，截至05年底，我国的在用电梯总数已达651794台。
如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台!
我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。
兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、同本三菱、只立、东芝、富士达等13家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了74％”。
先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。
苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的电梯品牌看清了自己的定位与出路。
目前国内市场需要的电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定的出口。
国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。
自1985年我国参加了国际标准化组织ISO／TCl78以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。
标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。
许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。
国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。
随着计算机技术的发展，微型计算机在工业控制系统中得到了广泛的应用，在电梯控制上采用微型计算机，取代传统的继电器控制方式越来越受到人们的重视。
使用微型计算机控制，它成本低，体积小，可靠性高，使用寿命长，简化了安装调试工作，使得电梯控制系统体积减小，节省能源、可靠性提高。
可编程使灵活性增大。
更突出的优点是微型计算机具有算术运算功能和灵活的逻辑运算功能，因此可以实现更完善的自动控制，例如对于电梯平层可以实现自适应控制，便平层情况达到最佳状态”。
国外对绿色电梯的研究做得比较出色的可能要数Peters了，他专门就绿色电梯进行研究。
当然，他的研究是从电梯对环境影响的角度进行的。
Peters在其研究中认为，目前的电梯在整个电梯生命周期罩，对环境占主导影响的因素有：
不可再生资源的消耗、产生废弃物和为生产满足曳引电梯的电力而产生的二氧化碳。
同时他还认为，目前电力是不可持续的并对环境有损害，作为在地球上有责任的人，我们应当减少能源消耗，寻找可持续发展的能源。
Peters并没有给绿色电梯下定义，但他认为，绿色电梯应从以下四方面考虑：
（1）选择驱动电梯的更有效能源；
（2）减小惯性和其他阻力；（3）有效的电梯轿厢照明；
1．3本文要解决的主要问题
这是我在实际工作中接触到的一个工程。
一栋住宅楼的电梯进行改造，改造后电梯采用PLC控制系统。
在工程改造中需要解决了以下问题：
（1）原有的电梯控制系统工作不稳定，故障率高，R常保养和故障检修工作十分繁重。
（2）原有的电梯依靠井道内的位置传感器获取楼层的信息，控制精度不高，平层精确度无法达到国家标准的相关规定。
（3）原有的电梯为双速电梯，起动和制动时的加加速度和减减速度比较大，乘客乘坐时不舒服，舒适感差。
2电梯的基本结构及其功能
2．1电梯的基本结构简介
电梯是机与电紧密结合的复杂产品，其基本组成包括机械部份和电气部份，从空间上一般划分为以下几部份：
图2．1电梯的结构示意图
1）减速箱。
2）曳引机，3）曳引机底庵，4）导向轮，5）眼速器，6）机座，7）导轨支架，8）曳引钢丝绳，9）开关碰铁，10）终端开关，11）导靴，12）轿架，13）轿门，14）安全钳，15）导轨，16）绳头组合，17）对重，18）补偿链，19）补偿链、导轮，20）张紧装置，21）缓冲器。
22）底座，23）层门，24）呼梯盒，25）层楼指示，26）随行电缆，27）轿擘，28）操纵箱，29）开门机，30）井道传感器，31）电源开关，32）控制柜，33）曳引电机，34）制动器。
（1）机房部分包括电源开关、曳引机、控制柜（屏）、选层器、导向轮、减速器、限速器、极限开关、制动抱闸装置、机座等。
（2）井道部分包括导轨、导轨支架、对重装景，缓冲器、限速器张紧装置、补偿链、随行电缆、底坑及井道照明等。
（3）层站部分包括层门（厅门）、呼梯装置（召唤盒）、门锁装置、层站开关门装置、层楼显示装置等。
（4）轿厢部分包括轿厢、轿厢门、安全钳装置、平层装置、安全窗、导靴、开门机、轿内操纵箱、指层灯、通讯及报警装置等。
2．2电梯曳引系统
电梯曳引系统的作用是输出动力并且传递动力，从而使电梯完成向上或向下的运动。
图2．2电梯的曳引系统
电梯曳引系统的主要组成部分有：
曳引轮、曳引绳、导向轮、反绳轮等。
（1）曳引机
曳引机是电梯的主要拖动机械，它驱动电梯的轿厢和对重装置作上、下运动。
其组成部分主要有：
曳引电动机、制动器、减速箱、曳引轮和底座。
曳引机具有以下主要性能：
①具有能重复短时工作、频繁起、制动及正、反转运转的特性。
②具有能适应一定的电源电压波动，有足够的起动力矩，能满足轿厢满负荷起动，加速迅速的特性。
③具有起动电流小的特性。
④具有发电制动的特性，能由电动机本身的性质来控制电梯在满载下行或空载上行时的速度。
⑤具有较硬的机械特睦，不会因电梯运行时负荷的变化造成电梯运行速度的变化。
⑥有良好的调速性能。
⑦运转平稳、工作可靠、噪声小及维护简单。
（2）减速器
对于有齿轮曳引机，在曳引电动机转轴和曳引轮转轴之间安装减速器（箱），目的是将电动机轴输出的较大转速降低到曳引轮所需的较低转速，同时得到较大的曳引转矩，以适应电梯运行的要求。
减速器多采用蜗轮蜗杆传动，根据减速器的不同结构，按传动方式分为蜗轮蜗杆传动和斜齿轮传动，按蜗杆蜗轮的相对装配位置分为蜗杆上置式和蜗杆下置式。
（3）曳引轮
曳引轮是嵌挂曳引钢丝绳的轮子，也称曳引绳轮或驱绳轮，绳的两端分别与轿厢和对重装置联接。
对于有齿轮曳引机，它安装在减速器中的蜗轮轴上，而对于无齿轮曳引机，则装在制动器的旁侧，与电动机轴、制动器轴在同一轴线上。
当曳引轮转动时，通过曳引绳和曳引轮之问的摩擦力（也叫曳引力），驱动轿厢和对重装置上下运动。
它是电梯赖以运行的主要部件之一。
（4）制动器
制动器是电梯的一个重要安全装置，对主动转轴起制动作用。
除了安全钳以外，只有它能使工作中的电梯轿厢停止运行，另外它还对轿厢与厅门地坎平层时的准确度起着重要作用。
电梯制动器应能产生足够的制动力矩，而且制动力矩大小应与曳引机的转向无关；制动时对曳引电动机的轴和减速箱的蜗秆轴不应产生任何附加载荷；当制动器松闸或合闸时，既要保证速度快，又要求平稳，而且能满足频繁起、制动的工作要求；制动器的零件应有足够的刚性和强度；制动器应具有较高的耐磨性和耐热性；结构简单、紧凑、易于调整；应有人工松闸装置；噪声小。
当电梯动力电源失电或控制电路电源失电时，制动器能自动进行制动。
当轿厢载有125％额定载荷并以额定速度运行时，制动器应能使曳引机停止运转。
电梯正常运行时，制动器应在持续通电情况下保持松开装态，断开制动器的释放电路后，电梯应无附加延迟地被有效制动。
切断制动器的电流，至少应用两个独立的电气装置来实现。
电梯停止时，如果其中一个接触器的主触点未打开，最迟到下一次运行方向改变时，应防止电梯再运行。
装有手动盘车手轮的电梯曳引机，应能用手松开制动器并需要一持续力去保持其松开状态。
2．3控制柜
电梯控制柜一般安装在机房曳引机旁，是电梯的电气装置和信号控制、处理中心。
控制柜的电源由机房的总电源开关引入，电梯控制信号由电线管或线槽引出，进入井道，再由扁型或圆型随行电缆传输。
由控制柜接触器引出的驱动电力线，用电线管送至曳引机的电动机接线端子。
另外，信号交换控制线分别接到井道中各层接线盒中，构成电梯控制系统线路。
当电梯在执行任务时，按任一站层门召唤按钮，其控制柜中相应的执行软件就对该层外呼手按钮信号进行自保，并使召唤灯亮。
当电梯到站时该信号复位（信号灯熄灭）。
2．4自动开门机
自动开门机装在轿厢轿顶靠近轿门处，早期的自动开门机常用直流电机，在励磁作用下，通过对电枢进行串并联电阻调整门电机转动速度，从而调整电梯开关门速度。
其中的几个行程开关分布在轿顶门上或曲柄轮的半圆周上，由随门机移动的固定档块分别按顺序触及开关门行程使行程开关动作。
开门时，开门速度由启动时的快速逐渐减慢直到开门过程完成。
关门时，关门动作由快逐步到慢完成关门动作。
除了直流电机外，近年来，国内外电梯生产厂家已经在门电机上广泛应用交流调压调频调速（VVVF）技术，实现开、关门过程的无级调速，使开关门动作更加柔和、平稳、准确和无噪声。
此外，电梯还有许多其它部件，在此不作一一介绍。
3可编程序控制器
可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。
它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点．特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。
因而在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一。
3．1可编程序控制器的发展历史
在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。
这种由继电器构成的控制系统有着明显的缺点：
体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，造成了时间和资会的严重浪费。
美国的数字设备公司（DEC）CP标，并在1969年研制出了第一台可编程序控制器（PDP--14）。
其后，美国的MODICON公司也推出了084控制器，1971年，日本推出了DSC．8控制器，1973年西欧各国的各种可编程序控制器也研制成功。
我国在1974年开始研制可编程序控制器。
3．2可编程序控制器发展的几个阶段
从控制功能来分，可编程序控制器的发展经历了下列四个阶段。
第一阶段：
从第一台可编程序控制器问世到20世纪70年代中期，是可编程序控制器的初创阶段。
这一阶段的产品主要用于逻辑运算和计时、计数运算，它的CPU由中小规模的数字集成电路组成，它的控制功能较简单。
由于这些产品主要完成逻辑运算功能，因此被称为可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController--PLC）。
第二阶段：
从20世纪70年代中期到末期，是可编程序控制器的扩展阶段，在这一阶段，产品的主要控制功能得到了较大的发展，它的发展主要来自两方面，从可编程序控制器发展而来的控制器。
第三阶段：
从20世纪70年代末期到20世纪80年代中期，是PLC通信功能实现阶段。
与计算机通信的发展相联系，PLC也在通信方面有了很大的发展，初步形成了分布式的通信网络体系。
第四阶段：
从20世纪80年代中期开始是PLC的开放阶段。
在这一阶段，产品的规模增大，功能不断完善，大中型的产品多数有CRT屏幕的显示功能，产品的扩展也因通信功能的改善而变得方便，此外，还采用了标准的软件系统，增加了高级编程语占等。
3．3PLC的特点
PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点：
（1）可靠性
对可以维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。
与继电器逻辑控制系统比较，PLC的可靠性高，表现在下列几方面：
（2）易操作性
PLC的易操作性表现在下列三个方面：
①操作方便，对PLC的操作包括程序输入的操作和程序更改的操作。
②编程方便，PLC有多种程序设计语言可供使用。
③维修方便。
（3）灵活性
PLC的灵活性表现在下列三方面：
1编程的灵活性。
②扩展的灵活性。
③操作的灵活性。
3．4PLC的基本结构
PLC的型号、规格繁多。
它主要由中央处理单元CPU、存储器、输入、输出等部分组成。
（1）中央处理单元CPU
CPU是PLC的核心，其主要作用是：
①接收从编程器输入的用户程序，并存入程序存储器中；
②用扫描方式采集现场输入状态和数据，并存入相应的数据寄存器；
③执行用户程序，从程序存储器中逐条取出用户程序，经过解释程序解释后逐条执行，完成程序规定的逻辑和算术运算，产生相应的控制信号去控制输出电路，实现程序规定的各种操作；
④通过故障自诊断程序，诊断PLC的各种运行错误。
因此，CPU的性能对PLC的整机性能有着决定性的影响。
（2）存储器
PLC的存储器用来存放程序和数据。
程序分系统程序和用户程序。
（3）输入输出接口（简称I/O）
输入输出接口是CPU与工业现场装置之问的连接部分，是PLC的重要组成部分。
PLC的I/0接口是按强电要求设计的，即其输入接口可以接受强电信号，其输出接口可以直接和强电设备相连接
（4）编程器
编程器是PLC中一种主要的外部设备，它是开发、维护PLC控制系统的必备设备
（5）其他设备
PLC的外部设备还有盒式录音机、打印机、EPROM写入器及高分辨率屏幕彩色图形监控设备等。
3．5PLC的工作原理
与普通微机类似，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。
在软件的控制下，PLC才能正常地工作。
PLC的基本工作如下：
（1）输入现场信息：
在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态；
（2）执行程序：
顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状念和指令内容进行逻辑运算；
（3）输出控制信号：
根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。
上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。
每执行一遍所需的时间称为扫描周期。
PLC的扫描周期通常为几十毫秒。
3．6PLC电梯控制的优点
虽然传统的继电器电梯控制技术比较成熟，但是这种控制系统本身存在不少缺陷：
系统触点繁多、接线线路复杂；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；电磁机构及触点动作速度比较慢，系统控制精度难以提高；由于线路复杂，易出现故障等，正是由于这些原因，传统的电梯控制不再适用于现代高层快速电梯。
PLC电梯控制则表现出很多优点：
①可靠性高，抗干扰能力强。
PLC用软件代替了大量的中间继电器和时间继电器实现对电梯运行的自动控制。
接线减少，可靠性大增。
②功能强，性能价格比高。
一台小型的PLC可以实现非常复杂的功能，同时PLC提供标准网络通信接口，便于实现监控和组态。
③系统的设计、安装、调试工作量少。
PLC用软件功能取代了继电器控制系统中的大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。
PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可以观察输出信号的状态。
4电梯PLC控制系统的设计
4．1电梯的构造
电梯是一种特殊的起重运输设备，由轿厢及配重、拖动电机及减速传动机械、井道及井道设备、召唤系统及安全装置构成。
轿厢是载人或装货的部位，配重是为了改变电梯电机负载的特性以提高电梯安全性而设置的。
图4．1是电梯拖动系统示意图，图中可见电梯的轿厢及配重分系在钢丝绳的两端，钢丝绳跨挂在曳引轮上，曳引轮经减速机构由电机拖动，形成轿厢的上下运动。
井道指建筑物中用于安装电梯并提供电梯运行的通道，轿厢及配重都是在井道中运行的。
井道在各楼层设有门厅及呼梯设备。
门厅有厅门，厅门顶部装有层楼指示灯，用于指示电梯的运行方向及电梯所在的位置。
门厅里还设
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