基于plc八层电梯控制系统.docx

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基于plc八层电梯控制系统

摘要

为了提高自动控制系统的可靠性和设备的工作效率，设计了一套以PLC为核心控制器的电梯自动控制系统，用来取代以往的较复杂的继电器—接触器控制。

系统的核心部分（控制部分）使用了日本三菱公司生产的FX2N-80MR-001型PLC，因为在核心控制部分采用的是软件程序控制，从而在保证电梯正常运行这个要求的情况下，大大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容易性，同时还克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素，取得了良好的预期效果。

关键词：

电梯、PLC、梯形图

Abstract

Withthedevelopmentofmoderncities,anincreasingnumberofhigh-risebuilding,elevatorbecomeanindispensablemeansoftransportofdailylife.Thequalityoftheliftperformanceoftheimpactonpeople'slivesbecomingmoreandmoreobvious,itmuststrivetoimprovetheperformanceofelevatorsystems,andensuretheoperationoftheliftissafe,reliableandenergyefficient.Thetraditionaleasilytobecrash,maintainsinconveniently,themovementlifeisshort,andthatoccupyingalargeareaofspace,itbeingeliminatedgradually.

Forraisingthecredibilityoftheautomaticcontrolsystemandtheworkefficiencyoftheequipments,designasetoftakePLCasthecorecontrolleroftheelevatorautocontrolsystem,usingtoreplaceformermorecomplicatedofafterelectricappliances-thecontactmachinecontrol.Thecorepart（controlpart）ofthesystemusedaJapaneseMitsubishicompanytoproduceoftheFX2N-80typePLCisthesoftwareprocedurecontrolinthecorebecauseofwhattocontrolthepartadoption,thusBepromisingtheelevatorcirculatesnormallyunderthecircumstanceof[with]thisrequest,raisedelevatortobreakdowncheckandtheconvenienceandeasyformaintainconsumedly,stillovercametomoveanoperationsomeartificialinterferencefactorsbringinthemeantime,obtainthegoodresults.

Keywords：

Elevator,PLC,LadderDiagram

第一章绪论

第一节设计的背景及意义

随着科学技术日新月异地发展，人们物质文化生活水平的逐步提高，高层建筑业得以迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起，十几层至几十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅楼如雨后春笋。

伴随建筑业的发展，为建筑内提供上下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。

电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种工作和生活中的必需设备，完全可以预想到，随着社会的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将和汽车一样，成为重要的垂直运输设备之一。

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控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。

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间。

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。

第二节电梯的国内外发展状况

中国电梯行业飞速发展。

目前，中国电梯产量、电梯保有量、年增长量均为世界第一。

1999-2009年我国电梯产量年均复合增长率为23.3%，2009年我国电梯市场总量已经超过了22万台。

2010年我国电梯产量为36.5万台，年产值约为800亿元。

截至2010年底，中国在用电梯总数达到162.8万台，并以每年20%左右的速度高速增长。

2011年，虽商品房受政策影响，大规模的保障房建设，却促成了电梯采购大单从千万元时代迈进亿元大关。

2011年我国电梯产销量约45万台，相比2010年增长幅度约23%，全国电梯保有量达200万台左右。

在我国电梯行业中，外资品牌一直处于强势地位。

长期受到压制的本土品牌，经过多年的苦苦拼挣，终于有了起色。

本土品牌所占的市场份额从10年前的20%增长到了目前30%以上，这样的数据变化是对本土品牌成绩的有力证明。

由于我国人口基数较大，尽管电梯产销量高速增长，但市场需求远未达到饱和程度，我国电梯需求还有很大的提升空间。

预计我国电梯保有量达到600万台后才进入饱和状态。

这也就意味着，未来我国至少还将有500万台左右的电梯需求，再加上老旧电梯的更新改造的需求，仍有3倍左右的市场空间，足可支撑电梯行业近几年内持续保持高速发展。

中国电梯行业发展历程，相对于西方工业化国家来说，我国电梯行业起步较晚，回顾我国电梯行业50年的发展历程，大致经历了如下三个阶段：

（1）计划经济时期

从1949年到1978年的30年间，我国的电梯工业发展十分缓慢，电梯生产企业基本为计划经济时代国家建设部定点生产的八大电梯生产企业，即北京电梯厂、上海电梯厂、沈阳电梯厂、苏州电梯厂、天津电梯厂、西安电梯厂、广州电梯厂、上海长城电梯厂。

八大电梯生产企业30年总共生产了各种电梯万部左右，平均每家电梯企业每年只能生产40部左右，中国电梯行业面临资金和技术双重匮乏的局面

（2）改革开放以后引进外资

1980年建设部组织北京电梯厂、上海电梯厂与瑞士迅达集团合资成立了中国迅达电梯有限公司，之后其他国有电梯生产企业也先后与奥的斯、三菱、日立、迅达、蒂森克虏伯、通力、东芝、富士达等国外主要电梯生产企业组建合资企业。

外资品牌全面进入中国的同时也带来了先进的技术及大量的资金，中国电梯业开始起步。

外资企业凭借其在技术、资金、经营管理、税收优惠等方面的优势一度垄断了中国的电梯市场。

（3）行业市场竞争格局

目前国际电梯市场基本由美国奥的斯、芬兰通力、瑞士迅达、德国蒂森、日本三菱、东芝、日立、富士达等八大名牌垄断，他们的销售服务网点遍布世界各地广大中心城市，合计销量占到全球总销量的90%以上。

我国现已成为世界第一大电梯消费市场，巨大的需求吸引了全世界所有知名电梯企业来华投资，我国电梯市场也给这些全球最具竞争力的电梯企业提供了公平竞争的市场机制，外资电梯知名品牌或者挑选国内知名的电梯企业作为合作伙伴，或者独资建设世界一流的工厂，配置顶尖的设备，引进最新的技术，培训一流的管理人才，纷纷把自己的生产重心和研发中心转移到了中国。

这些国外电梯知名企业因此长期以来垄断了中国市场70%以上份额，我国电梯行业也成为了引

进的外资先进技术最多最全的行业之一。

据中国电梯协会统计，截至2010年，以奥的斯、上海三菱为代表的大型外商独资或合资企业占据了我国电梯市场70%的市场份额，进口电梯占据了1%的市场份额，民族企业占据了29%的市场份额。

（4）行业内的主要企业和主要企业的市场份额

据中国电梯协会统计，截至2010年底，奥的斯、三菱、日立三大品牌合计已占据了我国电梯市场40%-50%的市场份额。

迅达、通力、蒂森、东芝、富士达等其他外资品牌占据了20%-30%的市场份额。

民族品牌占据了30%的市场份额，并且已显现出市场份额将不断上升的态势。

第三节常用的控制系统及特点

一、继电器控制系统

在工农业、交通运输业等部门中，使用着各种各样的生产机械，它们大都以电动机作为动力进行拖动。

电动机是通过某种自动控制方式来进行控制的，最常见的是继电器控制方式。

其作用是:

实现对电力拖动系统的启动、调速、反转和制动等运行性能的控制；实现对拖动控制系统的保护，满足生产工艺的要求；实现生产过程自动化。

在电梯的控制中，继电器控制系统有以下优点：

（1）、所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路简单，电路图较直观形象，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人掌握。

（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。

尽管继电器控制系统有以上很多优点，但电梯继电器控制系统仍存在许多问题，主要有：

（1）、系统触点繁多，接线复杂，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）、由于采用固定接线形式，通用性和灵活性较差，不易改变。

（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。

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，还可能出现人身事故。

二、微机控制系统

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控制方式越来越受到人们的重视。

微机的功能很多，在电梯的控制上主要作用是：

取代全部或部分的继电器；取代传统选层方法，结合光电编码器实现了数字选层；实现复杂的调配管理。

微机控制系统用于电梯的控制中，有许多优点，如下所示：

（1）、采用无触点逻辑线路，以提高系统的可靠性，降低维修费用，提高产品质量。

（2）、可改变控制程序，灵活性大；可适应各种不同的要求，实现控制自动化。

（3）、可实现故障显示及记录，使维修简便，减少故障时间，提高运行效率。

（4）、微机控制装置体积小，可减少控制装置占地面积。

（5）、用微机实现群控管理，合理调配电梯运行效率，节约能源。

采用微机控制系统，电梯附加功能的实现，主要依靠软件来实现，这就要求工作人员对程序的掌握很熟悉，而这恰恰是我国的薄弱之处。

三、可编程控制器系统

在当今时代由于工业自动化程度的不断提高对自动化控制的要求也日趋增加，PLC则能在很大程度上很广的范围内实现自动化控制。

由于PLC具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。

现在PLC作为用于工业生产过程控制的专用计算机，与商家、家用的微机不同，由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和工作运行的连续性，使其在设计上有许多特点。

（1）、可靠性高，抗干扰能力强；

（2）、编程方法简单、直观；

（3）、体积小、耗能低、重量轻；

（4）、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；

（5）、控制程序可变，具有良好的柔性；

（6）、维修工作量小、维护方便；

（7）、接口模块功能强、品种多

第四节PLC在电梯控制中的应用以及发展前景

目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。

而PLC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。

PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。

第二章控制对象介绍

第一节电梯的简介及发展动态

一、电梯的发展

据国外有关资料介绍，公元前2800年在古代埃及，为了建筑当时的金字塔，曾使用过由人力驱动的升降机械。

公元1765年瓦特发明了蒸汽机后，1858年美国研制出以蒸汽为动力，并通过带传动和蜗轮减速装置驱动的电梯。

1878年英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。

并随着水压梯的发展，淘汰了蒸汽梯。

后来又出现了液压泵和控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压梯。

这种液压梯至今仍为人们所采用。

但是，电梯得以兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。

18世纪末发明了电机，并随着电机技术的发展，19世纪初开始使用交流异步单速和双速电动机作动力的交流电梯，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能。

在20世纪初，美国奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯，从而为后来的高速度、高行程电梯的发展奠定了基础。

20世纪30年代美国纽约市的102层摩天大楼建成，美国奥的斯电梯公司为这座大楼制造和安装了74台速度为6.0m/s的电梯。

从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异地发展着。

目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。

随着电子工业的发展，可编程序控制器（PLC）和电子计算机成功地应用到电梯的电气控制系统中去后，电梯产品的质量和运行效果显著提高。

二、设计内容

本次设计从一下几个方面对PLC电梯控制系统进行研究和论证

1、电梯类型的选择：

综合电梯的类别和各类的特点和要求，在本次设计中，主要研究八层电梯的上下行控制，开、关控制、内外呼叫控制。

2、电梯硬件系统的设计：

本次设计的电梯要求运行迅速准确度高，在电梯的各层检测系统中许啊用用在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现PLC对电梯的控制。

在硬件系统的设计过程中主要考虑了电梯的经济实用、稳定的需要。

3、电梯控制系统软件的设计：

本次设计选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计出机械手控制的要求，梯形图的编写运用SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件，此软件支持全部三菱FX系列的PLC，并且具有强大的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，从而大大缩短了维修时间。

三、设计的目的和意义

随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，电梯已成为人类现代生活广泛使用的人员运输工具。

随着人们对电梯运行安全性、高效性、舒适性等要求的提高，电梯得到了快速发展，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。

可编程控制器（PLC）因为稳定可靠、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面最广、最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。

电梯控制要求介入设备使用简便，对应于系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。

通过PLC对程序设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感。

因此PLC在电梯控制系统中的应用非常广泛，非常有实际价值。

四、电梯的分类

电梯的分类有各式各样：

（1）按速度分类低速电梯1m/s以下高速电梯2-3m/s超高速电梯3-10m/s

（2）按用途分类乘客电梯住宅电梯观光电梯载货电梯客货两用电梯车辆电梯其他电梯

（3）按拖动方式分类交流电梯直流电梯液压电梯齿轮齿条电梯螺杆式电梯

（4）按有无司机分类有司机电梯无司机电梯有/无司机电梯

（5）按控制方式分类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群控电梯

（6）按曳引机结构分类有齿曳引机电梯无齿曳引机电梯

（7）其它分类方式按轿厢尺寸的大小分类时，经常使用“小型”、“超大型”等词来描述电梯。

按机房位置不同可分为：

机房位于井道顶部的上置式电梯；机房底部的下置式电梯。

五、电梯的功能要求

（1）电梯运行到指定位置后应具有手动或自动开/关门的功能。

（2）利用指示灯显示电梯轿厢外的呼唤信号、电梯轿厢内的指令信号和电梯的到达信号。

（3）能自动判断电梯的运行方向，并发出响应的指示信号。

（4）电梯的上行下行有一台交流双速电机牵引。

电机正传，电梯上升；电梯反转，电梯下降。

（5）电梯轿厢门由另一台小功率电机驱动。

电机正传，轿厢门打开；电机反转，轿厢门关闭。

（6）每一层楼设有呼叫按钮；轿厢内设有开关轿厢门按钮；轿厢内的层面指令按

（7）电梯启动、运行、到站实现速度的调节。

（8）行车时，厅门和轿厢都不能开门。

开门之后不能行车，有门连锁保护。

平层时可自动开门、手动开门，夹人时自动开门

六、电梯的组成及工作原理

（一）.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、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：

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。

系统主要由对重和重量补偿装置组成。

6、电力拖动系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，位置显示装置，控制屏（柜），平层装置，选层器等组成。

8、安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。

由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成

（二）.原理

曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，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，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。

常闭块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，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。

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。

七、电梯发展展望

（一）结构不断紧凑化，体积不断轻型化、小巧化

随着新技术、新结构、新材料、新工艺的发展，电梯的机械系统结构简单化、体积小型化、材料轻型化、工艺先进化、外观漂亮化。

同时，无机房电梯在新世纪将会有较大速度发展。

（二）技术含量更高，性能更好。

电梯行业技术发展非常迅速，几年前推出的具有先进性能、高舒适性的VVVF电梯，如今已成为电梯行业的标准配置，因为永磁同步无齿轮曳引机具有更节能、更洁净、更安全、更安静、更经济的特点，所以永磁同步曳引机逐步成为新型曳引机的主流；由于永磁技术的先进性，将来很有可能取代VVVF技术。

另外，网络控制和智能群控系统以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。

（三）安装更方便、更快捷高效、安全、可重复使用的无脚手架安装，将是高层电梯安装的主要方式，随着技术的开发、应用，电梯的硬件系统给安装带来更大的方便，使电梯安装更快、效率更高。

此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制、绿色环保——安全、环保、节能、舒适，也将是未来电梯的重要发展方向。

此次设计的电梯选型为垂直升降的乘客专用电梯。

第二节设计思路

结合PLC控制系统的设计步骤，根据电梯控制系统的性能指标要求，基于PLC的电梯控制系统设计思路如图2-1所示。

图2-1设计思路

其中信号控制系统如下：

电梯信号控制基本由PLC软件实现。

电梯信号控制系统如图2-2所示，输入到PLC的控制信号有：

运行方式选择（如自动、有/无司机、检修、消防运行方式等）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器、光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。

图2-2信号控制系统

电梯控制系统实现的功能如下：

（一）行车方向由内选信号决定,顺向优先执行;

（二）行车途中如遇呼梯信号时,顺向截车，反向不截车;

（三）内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除。

（四）内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示

（五）停层时可延时自动开门、手动开门、（关门过程中）本层顺向呼梯开门;

（六）有内选信号时延时自动关门,关门后延时自动行车;

（七）无内选时延时5s自动关门，但不能自动行车;

（八）行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。

第三章硬件的选择与设计

第一节变频器选择

随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速已应用到许多领域，变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。

目前，有为电梯控制而设计的专用变频器，其功能较强，使用灵活，但其价格昂贵。

因此，本设计没有采用专用变频器，而是选用了通用变频器，通过合理的配置、设计和编程，同样可以达到专用变频器的控制效果。

电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，他的舒适度指标往往是选择的一项重要内容。

本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行，以改善电梯运行的舒适感;另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。

考虑以上各种因素，本设计选用安川VS-6166