基于PLC的四层电梯控制系统设计文档格式.docx
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电梯控制系统是根据外部信号以及自身控制规律运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交换式的控制系统，单纯用顺序控制或一般逻辑控制都不能满足控制要求，而是采用随机的逻辑方式控制的。
由于可编程控制器（PLC）具有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、运行稳定可靠等特点。
所以国内外许多电梯制造商正在推广应用PLC控制方案。
基于PLC的电梯控制系统易于安装和使用，有高级的诊断功能，从长远角度看，PLC控制系统维护成本低。
另外PLC也正向微型化，网络化和开放性方向发展。
由此可见以PLC控制技术为基础的控制系统是目前及未来一段时间电梯设计的主流。
同时随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术迅速发展。
电动机交流变频调速技术是当今节电、提高产品质量、改善环境、推动技术进步的一种主要手段。
电梯的变速拖动方式己由直流调速逐渐过渡到交流变频调速。
交流变频调速是通过调节电机定子绕组供电电压的幅值及频率来调速的。
它通过电压、电流、速度信号反馈，采用矢量控制技术对交流电动机进行精确调节，使运行效率大大提高，运行性能更加完善。
变频调速电梯以其优越的调速性能、显著的节能效果，能够为乘客提供一个快速、平层准确、运行安全、乘坐舒适、噪音低的乘坐环境。
因此，目前交流变频调速已经取代其他调速方式，成为电梯拖动控制的主流方式
当电梯在运行中突然出现故障时，物管人员与电梯维修人员不能及时发现，给被关在电梯里的乘客的身心健康造成很大的影响。
电梯困人故障一直困扰着物管公司与电梯维修公司。
由于物管公司与电梯维修公司对管辖的电梯的实时信息了解不多，不利于设备的维护与保养，并且影响电梯的运行寿命。
电梯监控是一种较新的服务概念，它为电梯维修保养单位和电梯使用单位对电梯的管理提供了一种强有力的手段。
电梯监控系统对采集到的电梯数据进行处理，可以提供电梯运行状态（使用频率、故障次数及故障类型）的统计与分析，实现故障的早期预告、故障诊断及处理。
1.3设计的主要工作
设计的主要工作是设计一台四层电梯试验控制装置及监控系统，包括（电梯模型的机械结构设计，电梯PLC控制部分的设计和电梯监控系统的设计）
二电梯模型机械部分设计
2.1电梯结构及驱动方式的选择
根据电梯使用的不同要求，电梯的驱动可采用曳引驱动，液压驱动，卷筒驱动，及齿轮齿条，螺杆驱动等方式。
2.1.1拽引驱动
曳引驱动是采用曳引轮作为驱动部件。
钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端悬吊轿箱，另一端悬吊对重装置，由钢丝绳和曳引轮之间的摩擦产生曳引力驱动轿厢作上下运行。
2.1.2卷筒驱动
早期电梯的驱动，除了液压驱动之外都是卷筒驱动。
这种卷筒驱动常用两组悬挂的钢丝绳，每组钢丝绳的一端固定在卷筒上，另一端与轿箱或对重相连。
一组钢线绳按顺时针方向绕在卷筒上，而另一组钢丝绳按反时针方向绕在卷筒上。
因此，当一组钢丝绳绕出卷筒时，另一组钢丝绳绕入卷筒。
卷筒驱动电梯主要有以下几方面的问题：
1.提升高度低
2.额定载重低
3.电梯行程不同，必须配用不同的卷筒
4.导轨承受的侧向力大
5.钢丝绳有过绕和反绕的危险
6.能耗大
2.1.3其他驱动方式
1.液压驱动
液压电梯是通过液压动力源，把油压入油缸使柱塞作直线运动，直接或通过钢丝绳间接地使轿厢运动的电梯。
2.螺杆式驱动
将直顶式电梯的柱塞加工成矩形螺纹，再将带有推力轴承的大螺母安装于油缸顶，然后通过电机经减速机（或皮带）带动螺母旋转，从而使螺杆顶升轿厢上升或下降的电梯。
3.齿轮齿条式驱动
将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。
这种驱动型式主要用于建筑施工电梯上。
4.直线电机驱动
直线电机驱动的电梯，其动力源是直线电机，1990年4月第一台使用直线电机驱动的电梯在日本使用。
直线电机用于电梯是电梯驱动的重大改革，它与传统的驱动方式相比，具有结构简单，占用空间少，节能，可靠性高等特点。
因为是电梯试验模型所以电梯采用常见的拽引式结构驱动。
并选用TDY永磁同步低速电动机。
外形尺寸如下图：
其基本参数如下：
型号：
55TDY
额定电压：
220V
转速：
60R/MIN
最大转矩：
440mN.m
额定转矩：
350mN.m
启动转矩：
220mN.m
重量：
0.7Kg
2.2电梯模型外观的设计
电梯模型由PLC、铝合金立柱、透明有机玻璃板、印刷电路面板等组成，整个模型安置在一个的底板上，电梯部分固定在底板的左端，PLC固定在底板的中部，监控的触摸屏放置在最右端，电梯与PLC通过排线连接，模型的总高度约为65cm。
为了更好地展现电梯内部结构和电梯的运行状况，除了正面是印刷电路板，其它几个面均采用透明的有机玻璃板制成，使得电梯的内部结构一目了然;
电梯模型具备了实际电梯的基本功能，可以把此模型看作是小型化了的真实电梯。
由于电梯尺寸较小，各电子元器件之间采用传统的导线连接方式是比较困难的、而且容易出差错，所以采用印刷电路板取代传统导线连接方式，也就是，模型的正面使用了一整块印刷电路板，轿厢的正面也使用了一整块印刷电路板，两块印刷电路板之间的信号通过排线连接，所有的呼梯按键以及指示灯均焊接在电路板上，这样不但解决了模型的电气连接问题，而且提高了模型的可靠性，模型也显得较为整洁美观。
2.3电梯模型主要机械零件的选择和设计
2.3.1电梯井道的设计
电梯的井道采用四根铝合金立柱构成，铝合金的截面为20mm×
20mm正方形，高为650mm。
采用了内六角紧固螺钉竖直的固定在底板上。
2.3.2轿厢的设计
轿厢设计为110mm×
95mm×
80mm铁盒。
其具体形状如下图：
2.3.3滑轮组件选用
滑轮组采用下图结构：
滑轮直径为48mm，由铝合金铸成。
滑轮架为高61mm，长30mm，宽15mm材质也是铝合金。
固定轿厢和滑轮架所用的螺栓为GB
2.3.4其他一些结构的选择
对于卷筒的设计，根据电梯的运行距离计算得到的。
电梯总高65mm加上滑轮组和轿厢的高度电梯从一楼运行到四楼的总距离为40cm左右。
所以卷筒要卷吊绳的长度为80cm，现定卷筒的直径为3cm，计算出卷筒的长度为36mm加上吊绳槽之间的间距和边缘长度则卷筒的实际长度为52mm。
机构如下图：
电梯的外壳除正面印刷电路板外其他三面均选用有机玻璃，用内六角紧固螺钉固与四根立柱上。
螺钉选择GB
由于是电梯模型的设计吊绳的承重比较轻，所以选用了直径为4mm的涤纶绞制绳，其极限拉力为0.25T,使用拉力为0.05T。
2.3.5对以上零部件进行校核
1.吊绳的强度校核：
在设计中吊绳所承受的重量为K.
K=（轿厢的重量+滑轮组的重量+连接螺栓的重量）/2
轿厢的重量=（5mm×
110mm×
80mm+95mm×
80mm×
3mm×
4）×
7.8×
kg/
≈1.06kg
滑轮组的重量=（15mm×
61mm×
5mm×
2+30mm×
15mm×
5mm+3.14×
2.5mm×
50mm+×
3.14×
24mm×
16mm）×
2.7×
≈0.1126kg
连接螺栓的重量=2.5mm×
25mm×
≈0.004kg
K=1.1766/2=0.5883kg
所选吊绳的使用拉力为0.05T大于0.5883kg故吊绳安全。
2.电动起启动转矩的校核：
有1吊绳所承受的重量为0.5883kg，则可得卷筒所受的力为：
0.5883kg×
10N/kg≈5.9N
换算到电机上的转矩为：
5.9N×
0.015m=0.0885N.m=88.5mN.m
而所选的TDY永磁同步低速电动机的启动转矩为220mN.m大于88.5mN.m所以电动机可以满足改机构的启动转矩要求。
3.用同上的方法校核四根铝合金立柱的强度
四根立柱所承受的力主要是:
电动机组和其他辅助元件的重力约为20N,则每个立柱所要承受的重力为20N/4=5N
根据公式：
MP＜[
]
用上述的方法对滑轮组和其他的部件进行校核均符合要求。
具体装配见后附装配图。
三控制系统硬件设计
3.1控制系统硬件选型
这项工作在电梯设计中是非常重要的环节，如果选型得当，不仅可以保证电梯运行的质量，而且还可以提高电梯系统的运行性能。
硬件选型主要是PLC、变频器以及编码器的选型。
对与本模型的设计主要是PLC和接近开关的选型。
3.1.1PLC控制电梯的优点
PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，是一种工业控制用的专用计算机
1.PLC控制电梯的优点
由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC的内存工作单
元，使用次数不受限制，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控制有其它设备无法比拟的优点:
1）可靠性高，抗干扰性能强
2）编程简单，当电梯功能、层数发生变化时，无需增减继电器和大量的电路;
3）功能完善，适应性强;
4）使用简单，调试维修方便;
5）体积小、重量轻、功耗低。
3.1.2电梯选层开关的选型
电梯运行过程中，如何检测轿厢所处的楼层位置，是电梯正常运行的首要问
题，是正确定向和选层换速的必要前提。
电梯PLC控制系统一般不使用机械选层器，目前使用的位置检测元件主要方法有以下两种:
1）干簧管磁感应器
这种检测方法直观、简单，由于每层需要一个磁感应器，当楼层较高时，会占用PLC太多的输入点。
2）旋转编码器
PLC有高速脉冲
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