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电梯控制毕业论文

青岛求实职业技术学院

毕业设计

设计课题电梯PLC控制系统设计

院系机电工程学院

专业机电一体化

班级08级机电五班

学生姓名孙涛

指导教师胡宗金

完成日期2010年4月20日

中文摘要………………………………………………………3

英文摘要……………………………………………………….3

前言…………………………………………………………….4

第一章概述

1.1PLC概述……………………………………………………5

1.1.1PLC定义……………………………………………5

1.1.2PLC特点………………………………………………..5

1.1.3PLC分类…………………………………………………6

1.2电梯发展、分类

1.2.1电梯现状及定义……………………………………………7

1.2.2电梯分类…………………………………………………7

第二章电梯硬件控制系统设计

2.1PLC控制系统设计分析………………………………………10

2.2PLC选择和I/O地址分配及元件明细……………………………10

第三章电梯软件控制系统设计

3.1PLC程序分析……………………………………………….12

3.1.1电梯上行控制分析及梯形图………………………………………12

3.1.2电梯下行控制分析及梯形图………………………………………14

3.1.3电梯开门分析及梯形图………………………………………15

3.1.4电梯关门分析及梯形图………………………………………17

第四章电梯控制系统

4.1.1各类电梯安全可靠运行充分和必要条件………………………………18

第五章电梯故障分析

四层电梯PLC控制系统设计

摘     要

随着我国经济高速发展，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经进入一个崭新时代，其应用越来越广。

而电梯作为现代高层建筑垂直交通工具，和人们生活紧密相关，随着人们对其要求提高，电梯得到了快速发展。

近年来，我国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电梯，电梯主要分为机械系统和控制系统两大部份，随着自动控制理论和微电子技术发展，电梯拖动方式和控制手段均发生了很大变化，交流调速是当前电梯拖动主要发展方向。

目前电梯控制系统主要有三种控制方式：

继电路控制系统（“早期安装电梯多位继电器控制系统）、PLC控制系统、微机控制系统。

继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。

微机控制系统虽在智能控制方面有较强功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。

而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统技术改造。

本文在已有通变频器基础上，采用PLC对电梯进行控制，通过合理选择和设计，提高了电梯控制水平，并改善了电梯运行舒适感，使电梯达到了较为理想控制效果。

关键词PLC控制变频调速电梯舒适感/PLC电梯/可控式编程器

AbstractvAbstract：

Withthedevelopmentoftheeconomy,microelectronictechnology,computer

technologyandtheautomatictheoryaredevelopedrapidly,theACvariable

frequencytechnologyhasbeeninanewstate.Itsapplicationisbecomingmore

andmorewidely.Buttheelevatorasanimportanttrafficinskyscraper，italsohas

developedquicklywiththeimprovingrequirementofthepeople.therecentyears,ourcountry'selevatorproductiontechnologyobtainedtherapidlyexpand.Someelevatorfactoryunceasinglyisalsoimprovingthedesign,therevisioncraft.Therenewalproductionrenewal'selevator,theelevatormainlydividesintothemechanicalsystemandthecontrolsystemtwomajorparts,alongwiththeautomaticcontroltheoryandmicroelectronictechnology'sdevelopment,elevator'sdraggingwayandthecontrolmethodhashadtheverybigchange,theexchangevelocitymodulationisthecurrentelevatordraggingmaindevelopmentdirection.Atpresenttheliftcontrolsystemmainlyhasthreecontrolmodes:

Followingelectriccircuitcontrolsystem（“earlyinstallmentelevatormanyblack-whitecontrolsystem）,PLCcontrolsystem,microcomputercontrolsystem.Becausetheblack-whitecontrolsystemthefailurerateishigh,thereliabilityisbad,controlmodenotnimbleaswellasconsumedpowerbigandsoonshortcomings,atpresenthasbeeneliminatedgradually.

Thearticleisbasedonthenow-beinggeneralfrequencyconverter,using

PLCtocontroltheelevator,thereliabilityisimprovedandthefeelingofcomfort

isbetterthroughthereasonableselectionanddesign,sotheeffectofcontrolis

moreideal.

KEYWORDSPLCcontrolfrequencyconversiontimingelevatorfeelingofcomfort，PLCelevator，controllable-likeprogrammer

前言

在现代社会和经济活动中，电梯已经成为城市物质文明一种标志。

特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少垂直运输设备。

电梯作为垂直运输升降设备其特点是在高层建筑物中所占面积很很小，同时通过电气或其它控制方式可以将乘客或货物安全、合理、有效地送到不同楼层。

基于这些优点，在建筑业特别是高层建筑飞速发展今天，电梯行业也随之进入了新发展时期。

目前电梯控制系统主要有三种控制方式：

继电路控制系统（“早期安装电梯多位继电器控制系统）、PLC控制系统、微机控制系统。

继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。

微机控制系统虽在智能控制方面有较强功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。

而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统技术改造。

第一章概述

本章重点介绍关于PLC和电梯基础知识。

关于PLC特点和分类，以及电梯发展、分类和定性分析等内容。

将PLC应用到电梯技术当中，使之更加完善。

1.1　PLC概述

1.1.1PLC定义

可编程控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境应用而设计。

它采用一类可编程存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数和算术操作等面向用户指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外部设备，都按易于和工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能原则设计。

总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造计算机。

它具有丰富输入/输出接口，并且具有较强驱动能力。

但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。

1.1.2PLC特点：

一、可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备关键性能

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格生产工艺制造，内部电路采取了先进抗干扰技术，具有很高可靠性。

例如三菱公司生产F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPUPLC平均无故障工作时间则更长。

从PLC机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模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故障自诊断程序，使系统中除PLC以外电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高可靠性也就不奇怪了。

二、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、小各种规模系列化产品。

可以用于各种规模工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC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通信能力增强及人机界面技术发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

三、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。

梯形图语言图形符号和表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

四、系统设计、建造工作量小，维护方便.

容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部接线，使控制系统设计及建造周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要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、小批量生产场合。

五、体积小，重量轻。

能耗低以超小型PLC为例，新近出产品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化理想控制设备。

1.1.3PLC分类

PLC通常可按输入/输出点数多少及结构特征两种方法分类。

按输入/输出点数多少PLC可分为微型、小型、中型及大型机。

微型PLC输入/输出点数小于128点，以上两种机型通常为低档PLC；中型PLC输入/输出点数为128～512点；大型PLC输入/输出点数在512点以上。

按结构特征PLC可人整体式、模块式、整体模块混合式三种类型。

整体PLC一般都是小型或微型机，集中CPU、输入/输出单元、电源、通信接口等部件都集成到一个机壳内。

模块式PLC是将CPU、输入/输出单元、电源、通信接口等分别制成模块，在应用中可以按照需要进行模块组装，大、中型PLC一般都是模块式结构，整体模块混合式PLC将CPU、电源模块、通信模块及一定数量输入/输出单元集成到一个机壳内，当其中输入/输出模块不够使用时再进行模块扩展。

1.2电梯发展、分类

1.2.1电梯定义及现状

随着现代化城市高速发展，为建筑物内提供上下交通运输电梯工业也迅速发展起来。

电梯不仅是生产运输主要设备，更是人们生活和工作中必备交通工具。

和汽车一样，电梯已成为人们频繁使用交通运输设备。

在高层建筑中，电梯作用在一定程度上比建筑物本身更为重要，设计上稍有疏忽，就很容易降低建筑物使用功能，或造成垂直交通拥挤。

因此，在现代建筑物中，电梯和扶梯设计、使用和监控管理有着举足轻重地位。

电梯安装、使用和控制方式好坏，直接影响着整个建筑使用效率。

生活中，人们经常在使用电梯和自动扶梯，而很多人对电梯和自动扶梯没有正确概念，甚至将电梯和自动扶梯都称为电梯。

这是不对，那究竟什么是电梯，什么是自动扶梯呢？

正确定义如下：

电梯——服务于规定楼层固定式升降设备。

它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直或倾斜角小于15°刚性导轨之间。

轿厢尺寸和结构型式便于乘客出入或装卸货物。

自动扶梯——带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜送乘客固定电力驱动设备。

自动人行道——带有循环运行（板式或带式）走道，用于水平或倾斜不大于12°输送乘客固定电力驱动设备。

由此可见，自动扶梯和自动人行道是电梯家族一个分支或近亲，但不同和电梯。

1.3电梯模型PLC控制系统设计

1.3.1电梯类型

按使用性质分：

①客梯；②货梯；③消防电梯

按电梯行驶速度分：

①高速电梯。

速度大于2m/s。

②中速电梯。

速度在2m/s之内。

③低速电梯。

运送食物电梯常用低速，速度在1.5m/s以内。

观光电梯：

观光电梯是把竖向交通工具和登高流动观景相结合电梯。

1.3.2电梯构造

1）电梯由下列几部分组成：

①电梯井道；②电梯机房；③井道地坑：

井道地坑在最底层平面标高下≥1.4m，作为轿厢下降时所需缓冲器安装空间；④组成电梯有关部件；2）轿厢；3）井壁导轨和导轨支架；4）牵引轮及其钢支架、钢丝绳、平衡锤、轿厢开关门、检修起重吊钩等；5）有关电器部件。

1.3.3电梯控制要求

1）信号控制系统

电梯信号控制基本由CPU软件实现。

输入到CPU控制信号有：

运行方式选择（如自动，有司机，检修，消防运行方式）运行控制，轿内指令，层站召呼，安全保护信号，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。

2）电梯控制系统实现功能

一台电机控制上升和下降

各层设上／下呼叫开关（最顶层和起始层设一只）

电梯到位后有手动或自动开门关门功能

电梯内设有楼层指令键，开关门按键，警铃风扇及照明按键

电梯内设有方向指令灯及电梯当前层号指示灯

待客自动开门，电梯在某层停梯待客时，按下层召唤按钮，应用自动开门迎客

自动关门和提早关门，在一般情况下，电梯停站4~6秒应能自动关门，在延时时间内，若按下关门按钮门将不经延时，提前实现关门动作

按钮开门，在开关过程中或门关闭后，电梯启动前按下操纵盘上开关按钮门将打开

内指令记忆，当轿厢内操纵盘有多个选层指令时，电梯应能按顺序自动停靠车门，并能至调定时间自动确定运行方向，

自动定向，当轿厢内操纵盘上选层指令相对于电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主原则自动确定运行方向

11）呼停记忆和顺向载停。

电梯在运行中应能记忆层外呼梯信号，对符合运行方向召唤，应能自动逐一停靠应答

12）自动换向。

当电梯全部完成顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向信号

13）自动关门待客。

当完成全部轿箱内指令，又无层外呼梯新号时电梯应能自动关门，在调定时间内自动关闭轿厢照明

14）自动返基站，当电梯没有基站时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站，停机待客

3）电梯操纵方式

单轿厢下集选控制登记所有轿厢和厅门下行召唤，轿厢上行只是答应轿厢召唤，直至最高层，自动改变运行方向为下行，应答厅门下行召唤

单轿厢全集选登记所有厅门和轿厢召唤，上行时顺应答轿厢和厅门

召唤，直至最高层自动反向应答下行召唤和轿厢召唤

本设计采用全集选操作方式

第二章电梯硬件控制系统设计

2.1PLC控制系统设计分析

在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：

（1）最大限度地满足被控对象控制要求

（2）保证PLC控制系统安全可靠

（3）力求简单、经济、使用及维修方便

2.2PLC选择和I/O地址分配及元件明细

（1）PLC选择

电梯电力驱动系统对电梯起动加速、稳速运行、制动减速起着决定性作用。

驱动系统优劣直接影响电梯起动、制动、加减速度、平层精度、乘座舒适感等指标。

本设计选择了日本三菱公司生产FX系列机，FX系列机具有体积小，功能较强，价格便宜，使用方便、灵活等优点。

（2）FX系列介绍

FX系列PLC是由三菱公司近年来推出高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC产品。

其中FX2是1991年推出产品，FX0是在FX2之后推出超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高性能价格比，应用广泛。

它们采用整体式和模块式相结合叠装式结构。

本设计按六层电梯考虑。

（2）元件明细表如表4-1所示

按钮和限位信号PLC口按钮和限位信号PLC口

一层平层信号

0000

开门内选按钮

0014

二层平层信号

0001

关门内选按钮

0015

三层平层信号

0002

一层外选按钮

0100

四层平层信号

0003

二层上选按钮

0101

五层平层信号

0004

二层下选按钮

0102

六层平层信号

0005

三层上选按钮

0103

开门限位信号

0012

三层下选按钮

0104

关门限位信号

0013

四层上选按钮

0105

一层内选按钮

0006

四层下选按钮

0106

二层内选按钮

0007

五层上选按钮

0107

三层内选按钮

0008

五层下选按钮

0108

四层内选按钮

0009

六层外选按钮

0109

五层内选按钮

0010

上升顶层限位

0110

六层内选按钮

0012

下降底层限位

0111

输出信号

上升信号

0501

一层外选指示

0600

下降信号

0502

二层上外选指示

0601

开门信号

0503

二层下外选指示

0602

关门信号

0500

三层上外选指示

0603

上升指示信号

0613

三层下外选指示

0604

下升指示信号

0614

四层上外选指示

0605

开门指示信号

0504

四层下外选指示

0606

关门指示信号

0505

五层上外选指示

0607

一层内选指示

0506

五层下外选指示

0608

二层内选指示

0507

六层外选指示

0609

三层内选指示

0508

楼层显示编码A

0610

四层内选指示

0509

楼层显示编码B

0611

五层内选指示

0510

楼层显示编码C

0612

六层内选指示

0511

第三章PLC系统软件设计

3.1PLC程序分析

由于程序较长，I/O接口内部辅助器较多，把程序按照电梯运行过程，分成：

上升，下降，开门，关门四个部分来分析。

3.1.1上升：

有两种情况，一种式人在高于轿厢所在层地方呼叫电梯，另一种是人在轿厢内部要往上走。

但让好考虑一些实际问题，比如，当轿厢还没关好或说刚要开门时候，轿厢是无法上升，首先，为了判断呼电梯地方是否在比轿厢高楼层还是低楼层，必须得先定层，设，1—6层分别为HR000—HR005程序如下图，其次为判断是否有恩呼叫电梯或者说要去那层，必须得先了解按钮指示程序。

图2所示为上升程序，根据I/O分配可知：

0507—0511分别是2—6层内选应答；0601—0609分别是2—6层外呼应答，也就是说，如果轿厢在一楼则其中任何一个按钮下去电梯都上升，若轿厢在二楼，则HR001断开这样按二楼内选按钮外呼按钮，电梯将不上升，若在三楼，则HR002断开，这样按二楼，三楼内外选呼按钮都没用，若在四，五，六层则一次类推

3.1.2下降：

也有两种情况

1）有人在低于轿厢所在层地方呼电梯

2）另一种是人在轿厢里面往下行

在下行之前也要考虑一些实际问题，如果门没有关好或者说正要开门时电梯不会下降，根据I/O分配表可知：

0506—0510分别是1—5楼外呼应答，也就是说，若轿厢在六楼则其中任何一个按钮按下去都将下降，若轿厢在五楼，则HR004断开，这样按五楼内选外呼按钮，电梯将不下降，若在四楼则HR003断开，这样按五楼四楼内选外呼按钮都没用，若在三楼二楼一楼则依此类推

3.1.3开门：

开门主要有四种情况。

1）本层呼电梯开门，人在轿厢所在层，用外选按钮进行呼电梯，比如说轿厢在六楼有人要去三楼去乘电梯，不管它是要上行还是下走，只要按外选按钮，门就会自动开，如下图所示为本层呼电梯程序：

由I/O分配可知：

0100——0109是1——6层外选按钮，HR000——HR005为1——6层内部辅助继电器，0501是上升继电器，0502是下降继电器，，由图可知，只要上升，下降或开门继电器由一个得电对本层说是起不到作用，当三个继电器都没得电是，若轿厢在一楼（即HR000）闭合，则按下0100本层继电器1804得电，若轿厢在二楼（即HR001）闭合，怎按下0101或0102本层继电器1804得电，三四五或六层依此类推

2）本层开门，轿厢到达乘客所到达地方或者说到达呼叫地方，门会自动开，这就是到层开门，如下图所示

由I/O分配图可知：

0506——0511是内选指示，0600——0609是外呼按钮，HR000——HR005是1——6楼，1802和1803分别是上行和下行定向，比如说，有人要去3楼，则0508得电吸合，当轿厢没有到3楼之前，1806不得电，当轿厢到3楼后，HR002得电吸合，则内部辅助继电器1806得电，起到内选判停作用，外呼合内选基本一样。

3按开门按钮开门，按一下开门按钮，门自动带开。

3）上电复位开门，在电梯刚刚上电瞬间门会自动打开，有内部专用继电器1815来实现，如下图：

在图中时间继电器TIM00作用是：

若三秒后门还没完全关好，则自动体制，如门被什么东西卡住了或者出了什么故障，则TIM0就让他停止开门

3.1.4关门：

主要有两种情况

1）按关门按钮关门

2）6秒后还没有人去，自动关门，如下图

其中TIM01作用和TIM00差不多，如果四秒后还没把门关好则自动停止关门，TIM02作用是6秒后还没人去使用则自动关门。

第四章电梯控制系统

4.1各类电梯安全可靠运行充分和必要条件

电梯安全可靠运行充分和必要条件有：

（1）必须把电梯轿厢门和各个层楼电梯层门全部关闭好——这是电梯安全运行关键，是保障乘客和司机等人员人身安全最重要保证之一。

（2）必须要有确定电梯运行方向（上行或下行）——这是电梯最基本任务，即把乘客（或货物）送上或送下到需要停层层楼。

（3）电梯系统所有机械及电气机械安全保护系统有效而可靠——