基于PLC的电梯控制系统设计.docx

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基于PLC的电梯控制系统设计

优秀设计

基于PLC的电梯控制系统设计

摘要

本文介绍了电梯在七层建筑中的工作过程,PLC控制系统的硬件及软件，着重分析了电梯的自动平层、开关门、平层、层楼显示等梯形图的研究。

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，电梯技术的可靠性越来越高，已经进入了一个崭新的时代，其应用越来越广。

电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速发展，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。

电梯采用了PLC控制,用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。

控制系统结构简单，外部线路简化。

另外可方便地增加或改变控制功能。

将可编程序控制器（PLC）应用于7层电梯进行逻辑控制，大大提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，延长了使用寿命，同时缩短了电梯的开发周期。

系统中PLC是系统的核心，电梯的各种信号送到PLC，然后又由PLC发出控制信号和指示信号给门控装置和楼层显示器去控制电梯的运行状态，PLC根据输入信号和呼叫信号对目前电梯所处的位置自动确定电梯的运行方向，到达目的层后，自动的平层、停车、开关门，在运行过程中显示电梯的实际位置和运行方向，同时完成对呼叫信号的登记、保号、销号等工作；

本文在软件方面主要完成了层楼显示回路、选向回路、选层回路、指令和召唤回路的设计。

采用PLC对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。

关键词：

电梯，可编程控制器，梯形图

TheelevatorcontrolsystembasedonPLC

ABSTRACT

IntroducedinthesevenlayersofelevatorworkprocessandPLCcontrolhardwareandsoftwareofthesystemareanalyzed,andtheautomaticslidinglayer,elevatoropenedandclosed,floorofthestudyshowedladderdiagram.AlongwiththerapiddevelopmentofChineseeconomy,microelectronicstechnology,computertechnologyandautomaticcontroltechnologyisrapidlydeveloping,thereliabilityofthetechniqueforelevator,hasenteredanewera,themoreandmorewideapplication.Asamodernhigh-risebuildingofelevatortraffictools,verticaliscloselyrelatedtopeople'slives,withpeopletoimprovetheirrequirements,elevatorhasbeendevelopedrapidly,thelogicofPLCcontrolalsoreplaceoriginalrelaycontrol.ElevatoradoptsPLCcontrol,usesoftwaretorealizetheautomaticcontrolofelevatorrunning,reliability,improvegreatly.Controlsystemstructureissimple,externalcircuitsimplified.Anothercaneasilyaddorchangecontrolfunction.

Willprogrammablelogiccontroller（PLC）isappliedto7elevatorforlogiccontrol,andgreatlyimprovetheflexibilityandreliability,maintainability,andprolongthelife,andshortenthedevelopmentcycleoftheelevator.PLCsystemisthecoreofthesystem,allkindsofelevatorsignaltoPLC,thensentbyPLCcontrolsignalandinstructionsfordoorcontrolsignaldevicesandcontrolofelevatortothefloormonitorPLCoperationstate,accordingtotheinputsignalandcallforsignal'splaceelevatorrunningdirectioncanbedetermined,theelevator,afterthearrivaloftheautomaticadjustmentlayers,parking,openandclosedintheoperationprocessoftheactualpositionanddisplayelevatorrunningdirection,andcompletetheregistrationofcallsignals,etc;XiaoHao,

Inthispaper,somemajorsoftwarecompletedfloorshowcircuit,choosetoloop,selectedlayerscircuit,instructionsandsummoncircuitdesign.PLCcontrolofelevator,throughtherationalchoiceanddesign,improvetheelevatorcontrollevel,andimprovetheoperationofintimacy,theidealtocontroleffect.

KEYWORDS:

Elevator,PLC,ladderdiagram

目　录

前　言

本文介绍了电梯在七层建筑中的工作过程,PLC控制系统的硬件及软件，着重分析了电梯的自动平层、开关门、平层、层楼显示等梯形图的研究。

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，电梯技术的可靠性越来越高，已经进入了一个崭新的时代，其应用越来越广。

电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速发展，其逻辑控制也由PLC代替原来的继电器控制。

电梯采用了PLC控制,用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。

控制系统结构简单，外部线路简化。

另外可方便地增加或改变控制功能。

本文在使用少部分接触器的基础上，采用PLC对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。

第1章绪论

1.1关于电梯

1.1.1电梯的起源与现状

据考证，我国远在公元前2000年以前就已经发展并使用桔槔的人力升降设备。

战国时期有一种用于战场上观察敌情的升降机，叫做“巢车”。

公元前236年的古希腊人阿基米德设计出一种有绳和鼓轮的升降机械。

工业革命之后，人们相继发明了蒸汽梯，水压梯，以及后来发展为采用油压泵和控制阀的液压梯。

但这时的升降机各种功能很不完善，难以保证安全，故较少载人。

直到1889年，美国奥的斯升降公司设计了以电动机为动力的升降机，这才出现了名副其实的电梯。

1892年美国美国人亨利发明了用调节电动机励磁场来调速的电动机。

这时的电梯使用直流电动机驱动，用改变串接在电枢回路中的电阻值的方法来调节电梯的运行速度。

后来发明了交流感应电动机，在1900法国人布瑞在美国安装了第一台无齿轮式电梯。

最初的交流电动机只是单速的，电梯的运行性能很不理想。

直到发明了交流双速电动机，才基本满足了电梯的运行要求。

自20世纪80年代以来，微机在在各个领域内广泛应用，国外电梯制造商已成功的把微机技术应用于电梯控制系统，并取得了相当惊人的成绩，国内几家电梯企业也相继推出一些不同的微机控制系统从而导致电梯群控系统的出现。

可见，电梯自问世以来经历了从单梯运行到双梯并联运行、再到电梯群控系统

电梯与人们的工作和生活息息相关，随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，电梯用户对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。

同时由于电梯高度的增加、电梯速度的提高由此引起的噪声等问题也越来越来越严重，电梯的舒适性与安全性是评定电梯质量的重要指标，因此电梯的安装调试、性能测试、状态监测就尤为重要。

在电梯控制技术方面，早期在电梯控制中继电器和接触器在电梯的控制中占主导地位，继电器器接触器器采用固定接线的硬件实现控制逻辑，如果任务发生变化必须重新设计，改变硬件结构，这样造成大量的时间和资金的浪费。

此外使用的继电器数量多，体积大，耗电多，且继电器为机械触电，工作频率低，在频繁动作的情况下寿命较短。

应用可编程控制器（PLC）取代继电器控制逻辑实现闭环控制，可进一步提高电梯的性能和可靠性，并降低现场调试要求，是电梯控制技术的一大进步。

目前，国内七十、八十年代安装完成的电梯绝大部分为继电器线路逻辑控线路复杂，接点接线多，故障率较高。

其曳引系统采用直流调速系统或交流调压调速系统，直流调速系统维护困难，交流调压调速系统虽然维护方便，但属于能型调速，效率低，调速性能指标较差，严重影响电梯运行质量。

九十年代国内合资厂家生产的电梯以及进口电梯，采用变频调速技术和计算机控制技术，利用软件逻辑控制电梯运行，硬件明显减少，但技术含量有了很大提高，电梯运行安全可靠.少数效益好的电梯用户，拆除了老式的继电器线路控制的电梯，更换了新式的计算机控制的电梯，老电梯的拆除造成了很大浪费。

由于大部分老式电梯的机械部分没有太大问题，主要是电控系统可靠性欠佳，因此，大部分老式电梯的用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。

然而，电梯改造工作量大，利润低，电梯生产厂家对此不予重视，把主要精力放在出售安装新电梯。

因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量

1.1.2电梯的研究意义

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，交流变频调速技术已进入一个崭新的时代，其应用越来越广。

而电梯作为现在高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，有了电梯，摩天大楼才得以崛起，现代城市才得以长高。

电梯已成为人类现代生活中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。

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求发展起来的，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已逐渐被PLC控制所代替。

同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来的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已成为现代电梯行业的一个热点。

本设计在已有通用变频器的基础上，采用PLC对电梯进行控制，通过合理的选择和设计提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达了到较为理想的控制效果。

1.1.3电梯控制系统的分类

（1）继电器控制系统

继电器已有上百年的历史，它是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关。

在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除是非常困难的，可能会花费大量时间，严重地影响生产。

如果工艺要求发生变化，控制柜内的元件和接线需要做相应的变动，这种改造的工期长、费用高，以至于有的用户宁愿扔掉旧的控制柜，另外制作一台新的控制柜。

总之，继电器控制系统的动作缓慢，寿命短，可靠性差，体积大，耗电多，设计制造周期长，程序修改费时，不能实现与计算机对话，现在已经被逐渐淘汰。

（2）计算机控制系统

小型计算机用于开关控制系统显然存在着“大马拉小车”的情况，因为小型计算机的编程复杂，要求有较高水平的编程人员和操作人员；需要配套非标准的外部接口，对环境和现场条件的要求过高；功能过剩，机器资源未能充分利用；且造价高昂。

但微机控制多台电梯运行是电梯控制技术的发展趋势。

（3）PLC控制系统

可编程序控制器（PLC）是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，它的功能强，可靠性极高，编程简单，使用方便，体积小巧，近年来在工业生产中得到了广泛的应用，被誉为当代工业自动化的主要支柱之一。

它不仅能实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数据处理、运动控制、模拟量PID控制、通信联网等功能。

在发达的工业化国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门，其应用已扩展到楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域。

用可编程序控制器结合变频器控制电梯的运行，能使电梯平稳运行并准确停靠。

应用可编程控制器（PLC）取代继电器控制逻辑实现闭环控制，可进一步提高电梯的性能和可靠性，并降低现场调试要求，是电梯控制技术的一大进步

1.1.4电梯的基本原理结构

根据电梯工作的特点，电梯控制系统可分为调速部分和逻辑控制部分。

调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响，调速部分选用可以选择高性能的变频器，利用旋转编码器测量曳引机电机转速，构成闭环矢量控制系统，内环由变频器本身构成电流闭环。

通过对变频器参数的合理设置，对超速、缺相等进行了有效的保护。

变频器的起动、停止、电机的给定速度选择等，由逻辑部分进行控制，具有起动、停止平稳，低速特性好。

节电效果明显等突出优点，并可实现对电机转速加速。

度变化率dt2的有效控制，表现在电梯运行上为运行平稳、舒适感好。

但是变频调压调速系统，价格比较按贵。

简单的交流调速系统，在速度为1.5m/s以下的中底速电梯中经常采用交流双速电梯。

而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。

逻辑控制部分选用高可靠性的PLC，利用软件逻辑进行逻辑控制。

电梯的种类很多，电梯按拖动系统来分有交流单速/双速拖动电梯、交流调压调速电梯、直流发电机—电动机可控硅励磁电梯、VVVF变频调压电梯等，按控制方式有信号控制电梯、集选控制电梯、下集选控制电梯等。

由轿箱、开关门机构、曳引机构、控制系统等构成。

曳引电机是由安装在机房的电动机通过减速箱、制动器等组成，使曳引钢丝绳通过曳引轮，一端连接轿厢，一端连接对重装置，轿厢与对重装置的重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮绳槽内产生摩擦力，这样电动机一转动就带动曳引轮转动，驱动钢丝绳，拖动轿厢和对重作相对运动。

电梯自产生以来，就一直在不断发展，但是对不同的电梯，不论采用何种控制方式，总是按轿厢内指令，层站召唤信号要求，向上或向下起动，起行，减速，制动，停站。

电梯的控制主要是指对电梯原动机及开门机的起动，减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿车内指令，安全保护等指令信号进行管理。

操纵是实行每个控制环节的方式和手段。

1.1.5电梯控制系统方案的选择

电梯是高层建筑内部的重要设施之一，电梯的质量好坏在很大程度上是由拖动系统和控制系统两部分决定的。

电梯的拖动系统经历了从简单到复杂的过程。

目前用于电梯的驱动系统主要有：

单、双速交流电动机拖动系统；交流电动机定子调压、调速拖动系统；直流发电机—电动机、晶闸管励磁拖动系统；晶闸管直接供电拖动系统；VVVF变频变压调速拖动系统。

直流电动机具有调速性能好，调速范围大的特点，因此很早就已应用于电梯，采用发电机—电动机组形式驱动，它控制的电梯速度达4m/s，但是，机组结构体积大、耗电大、维护工作量较大，且造价高，因此常用于对速度，舒适感要求较高的建筑物中。

晶闸管直接供电系统在工业上早有应用，但用于电梯却要解决舒适感（尤其是低速度段）问题，因此应用较晚，它几乎与微机同时应用。

比起直流发电机—电动机组形成的直流电梯，它有很多优点。

如：

机房占地节省35%，重量减轻40%，节能25%～35%，世界上最高速的10m/s电梯就是采用这种系统，调速比达1：

1200。

电梯是一种机电结合很紧密的大型工业产品，近年来发展十分迅速。

目前电梯主要有VVVF变频变压交流调速电梯和PLC控制的交流双速电梯。

1984年，第一台用变频变压（VVVF）系统控制的电梯问世。

它采用交流电动机驱动，却可以达到直流电动机的水平。

目前速度已达6m/s。

它的体积小、重量轻、效率高，节省能源，几乎包括了以往电梯的所有优点，已成为目前最新的电梯拖动系统。

交流单、双速交流电动机拖动系统虽然具有舒适感较差（尤其反映在减速上）的缺点，但具有结构紧凑、维护简单的特点，又采用开环控制方式，线路简单，价格较低，因此得到了广泛的使用。

同时人们将涡流制动，能耗制动等方式用于交流电梯上，因此可得到满意的舒适感和平层准确度，因而更增加了它的普遍适应性。

况且现在国内的电梯产品和正在运行的电梯大多采用继电器组成的控制系统，其缺点是触点多，故障率高，可靠性差和体积庞大等，采用PLC控制是解决上述问题的重要途径。

本设计是设计的交流双速电梯，故采用的是双速交流电动机拖动系统。

由于在PLC之前，所有的电梯都是用继电器控制的。

传统的控制系统由继电器接触控制逻辑组成。

而继电器系统的可靠性差，复杂的继电器系统，其故障诊断与排除均非常困难，平均修复时间长，其控制功能被固定在线路之中，功能单一，不易修改，灵活性差，继电器控制是靠触点的机械动作来实现的，使用的继电器越多，反应速度越慢，还存在触点动作时的抖动问题。

为了保证控制的安全可靠，设置了许多复杂的连锁电路。

加之至今还没有一套通用的容易掌握的继电器电路设计方法。

因此，设计复杂的继电器电路既困难又费时，设计出的电路也很难阅读和理解。

单片机只是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。

要将它用于工业控制，还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作，而程序设计的工作量相当大，要求设计者具有较强的计算机领域的理论知识和实践经验。

工业控制机（简称工控机）也是为工业控制设计的。

它有实时操作系统的支持，在要求快速、实时性强、功能复杂的领域中占有优势，但其价格较高，将它用于开关量控制以取代继电器系统有些大材小用，其控制的程序一般是用汇编语言编写的，不易被工厂的电气人员掌握。

可编程序控制器是专门为工厂现场应用环境设计的数字运算操作的电子系统，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模板式的输入和输出来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，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

结构上采取整体密封或插件组合型，对印刷板、电源、机架、插座的制造和安装，均采取了严密的措施，具有编程方法简单易学、可靠性高、抗干扰能力强，体积小、能耗低，维修工作量小、维修方便，系统的设计、安装、调试工作量小等优点，在工业控制领域具有不可比拟的竞争力。

可编程序控制器的特点：

（1）编程方法简单易学

梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天的时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。

（2）功能强，性能价格比高

一台小型可编程序控制器内有成百上千个内部继电器、几十到几百个定时器和计数器、几十个特殊用途继电器，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。

与相同功能的继电器系统相比，它具有很高的性能价格比。

一台可编程序控制器可以同时控制几台设备，也可以通过联网通信，实现分散控制，集中管理。

（3）硬件配套齐全，用户使用方便，实用性强

可编程序控制器产品已经标准化、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，用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

可编程序控制器有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。

硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速的适应工艺条件的变化。

（4）无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强

传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。

触点和接线一多，难免接触不良，因此容易出现故障。

可编程序控制器用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，尽剩下与输入和输出有关的少量接线，一般为继电器控制系统接线的十分之一到百分之一，因触点接触不良造成的故障减少了很多。

可编程序控制采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，如滤波、隔离、屏蔽、自诊断、自恢复等，使之具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，可编程序控制器已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

（5）系统的设计、安装、调试工作量少

可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、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。

可编程序控制器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，设计梯形图所花的时间比设计继电器系统电路花的时间要少的多。

号的状态可以观察可编程序控制器上有关的发光二极管，调试好后将可编程序控制器安装在现场统调。

调试过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，调试的时间比继电器系统少的多。

（6）维修工作量少、维修方便

可编程序控制器的故障率很低，并且有完善的自诊断和显示功能。

可编程序控制器或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程序控制器上的发光二极管或编程器提供的信息迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速的排除故障。

（7）体积小、能耗低

对于复杂的控制系统，使用可编程序控制器后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，而可编程序控制器的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小的原来的1/2～1/10。

可编程序控制器的配线比继电器控制系统的配线少的多，故可以省下大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节约大量的费用。

电梯的运行是一个复杂的过程，为了实现安全、方便、舒适、高效和自动化运行，除了需要良好的拖动系统以外，还必须要有一套完善，可靠的控制系统。

随着科学技术的发展，各种危险计算机控制系统，从而大大简化了控制线路，提高了运行可靠性和自动化程度。

控制系统主要是对大量的输入输出开关量进行逻辑运算和处理。

现在国内的电梯产品和正在运行的电梯大多采用继电器组成的控制系统，其缺点是触点多，故障率高，可靠性差和体积庞大等。

微机控制和PLC控制是解决上述问题的两个重要途径。

PLC控制更以研制周期短和可靠性高等优越性受到了电梯生产厂家的青睐。

近年来，国内有些电梯生产厂家利用可编程序控制器的优点，采用PLC