以PLC和变频器为核心控制器的电梯自动控制系统设计.docx
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以PLC和变频器为核心控制器的电梯自动控制系统设计
重庆邮电大学毕业设计
以PLC和变频器为核心控制器的电梯自动控制系统设计
王二
系别：
电气与信息工程系
专业班级：
电气自动化0123（3）班
指导教师：
老王
完成日期：
2011.06.10
电气与信息工程系系毕业答辩情况记录表
答辩人姓名
王二
班级
0123（3）班
专业
电气自动化
设计题目
以PLC和变频器为核心控制器的电梯自动控制系统设计
指导老师
老王
答辩日期
2011年06月日
答辩时间
时分—时分
自述
随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多。
电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。
传统的电梯控制系统控制易出故障，维护不便，运行寿命短，占地空间大，正逐步被淘汰。
本次设计采用以PLC和变频器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。
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，同时取得了良好的经济效益和社会效益。
回答问题
小结
答辩组长：
年月日
重庆邮电大学
毕业设计评定意见书
设计题目：
以PLC和变频器为核心控制器的电梯自动控制系统设计
专题：
以PLC和变频器为核心控制器的电梯自动控制系统设计
设计者：
姓名王二专业电气自动化班级0123（3）班
设计时间：
2011年03月01日—2011年06月10日
指导教师：
姓名老王职称教授单位重庆邮电大学
评阅人：
姓名职称单位
评定意见：
评定成绩：
指导教师（签名）：
年月日
评阅人（签名）：
年月日
答辩委员会主任（签名）：
年月日
毕业设计评定意见参考提纲
1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。
2.设计或论文（说明书）的优缺点，包括：
学生理论水平、独立实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力、勤勉态度等。
3.设计或论文（说明书）中较成功的部分。
4.作毕业设计或论文（说明书）时遇到的困难和问题。
重庆邮电大学
毕业设计任务书
一、题目：
以PLC和变频器为核心控制器的电梯自动控制系统设计
二、指导思想和目的：
通过毕业设计，培养学生综合运用所学的知识和技能解决问题的本领，巩固和加深对所学知识的理解；培养学生调查研究的习惯和工作能力；培养学生建立正确的设计和科学研究的思想，树立实事求是、严肃认真的科学工作态度。
三、设计任务或主要技术指标：
1．确定系统控制方案。
2．设计控制系统硬件。
3．设计控制系统软件。
4．电梯运行与维护。
四、设计进度与要求：
第一周：
熟悉设计要求，准备相关资料，明确设计任务，制作对象模型。
第二周：
据给定技术参数选择确定主控制方案，选择各种电气设备及PLC的型号。
第三周：
电气控制系统设计—硬件设计
第四周：
电气控制系统软件设计。
第五周：
系统安装，调试（手动，自动）和运行维护情况
第六周：
完成电气控制原理图，接线图，系统组成原理框图，PLC的功能图PLC的梯形图以及电气控制接线图。
第七周：
编写设计设计，准备答辩。
五、主要参考书及参考资料：
[01]李道霖，电气控制与PLC原理及应用,电子工业出版社，2006．
[02]杨兴瑶编著.电动机调速的原理及系统.[M]水利电力出版社出版，1979.8
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机械工业出版社，1998.4
[04]王子文，电梯PLC控制策略及其程序设计起重运输机械2006.7．
[05]叶安丽.电梯技术基础（第1版）[M].北京:
中国电力出版社,2004.
[06]童梦菊,陈景和.浅谈电梯制动器电气控制及其检验[J].福建质量信息,2007。
[07]姚玉刚.电梯智能控制系统研究[D].长春理工大学硕士学位论文,2008.
[08]陈恒亮.电梯结构与原理[M].北京:
中国劳动社会保障出版社,2005.
[09]张福恩等编著.交流调速电梯原理、设计及安装维修.[M]北京：
机械工业出版社，1999.6
[10]张汉达，王锡仲，朱学莉编著.现代电梯控制技术.[M]哈尔宾工业大学出版社发行，2001.3
[11]钱平主编.交直流传动系统.[M]高等教育出版社，2001.7
[12]吕宋元主编.半导体变流技术.[M]天津大学出版社出版
[13]顾战松，陈铁年编著.可编程控制器原理与应用.[M]北京：
国防工业出版社，1996
[14]杨宁主编.微机控制技术.[M]北京：
高等教育出版社，2001.8
[15]周良全权主编；傅恩锡等编.模拟电子技术基础.[M]北京：
高等教育出版社，1993.10
[16]丁树模主编.机械工程学.[M]北京：
机械工业出版社
[17]吴中俊等编著.可编程序控制器原理及应用.北京:
机械工业出版社.2004
[18]肖军,孟令军编著.可编程序控制器原理及应用.北京:
清华大学出版社.2008
[19]贺哲荣,曾龙飞编著.流行可编程序控制器梯形图识图入门.北京:
机械工业出版社.2008
[20]陈金华等编著.可编程序控制器（PC）应用技术.北京:
电子工业出版社.1995
[21]王整风，谢云敏.可编程控制器原理与实践教程.上海：
上海交通大学出版社，2007.
[22]郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术.南京：
东南大学出版社，2003.
[23]常晓玲.电气控制系统与可编程控制器.北京：
机械工业出版社，2006.
[24]严盈富，罗海平，屋海勤.监控组态软件与PLC入门.北京：
人民邮电出版社，2006.
[25]张运刚，宋小春.从入门到精通——西门子工业网络通信实战.北京：
人民邮电出版2007.
专业班级：
电气自动化0123（3）班学生：
王二指导教师：
老王
2011年06月14日
教研室主任（签名）：
系（部）主任（签名）：
年月日
摘要
随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多。
电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。
传统的电梯控制系统采用的是继电器逻辑控制电路，这种控制易出故障，维护不便，运行寿命短，占地空间大，正逐步被淘汰。
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和变频器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，取得了良好的经济效益和社会效益。
关键词：
电梯、PLC、变频器、梯形图
Abstract
Withthedevelopmentofmoderncities,anincreasingnumberofhigh-risebuildings,elevatorbecomesanindispensablemeansoftransportofdailylife.Thequalityoftheliftperformanceoftheimpactonpeople'slivesbecomingmoreandmoreobvious,itmuststrivetoimprovetheperformanceofelevatorsystems,andensuretheoperationoftheliftissafe,reliableandenergyefficient.Thetraditionalelevatorcontrolsystemuseslogicoftherelaytocontrolcircuit,thiskindofcontrolseasilytobecrash,maintainsinconveniently,themovementlifeisshort,andthatoccupyingalargeareaofspace,itbeingeliminatedgradually.
Forraisingthecredibilityoftheautomaticcontrolsystemandtheworkefficiencyoftheequipments,designasetoftakePLCasthecorecontrolleroftheelevatorautocontrolsystem,usingtoreplaceformermorecomplicatedofafterelectricappliances-thecontactmachinecontrol.Thecorepart（controlpart）ofthesystemusedaJapaneseMitsubishicompanytoproduceoftheFX2N-80typePLCisthesoftwareprocedurecontrolinthecorebecauseofwhattocontrolthepartadoption,thusBepromisingtheelevatorcirculatesnormallyunderthecircumstanceof[with]thisrequest,raisedelevatortobreakdowncheckandtheconvenienceandeasyformaintainconsumedly,stillovercametomoveanoperationsomeartificialinterferencefactorsbringinthemeantime,obtainthegoodresults.
Keywords:
Elevator,PLC,LadderDiagram
1绪论
1.1设计的背景及意义
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。
美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：
乘电梯比走楼梯安全5倍。
掘资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。
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丌发的第一台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。
1.2电梯的国内外发展状况
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，目自口进入了“第三次浪潮”，2004年总产量超过了8万台，而且目前还没有减速的迹象。
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、日立、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。
中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达l万台左右，约占亚洲市场的1/50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。
当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。
在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。
世界上有名的几家电梯公司，诸如：
美国奥的斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51％。
其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。
目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。
此外，家用小型电梯将成走电梯家族中新的组成部分。
1.3PLC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。
随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。
然而，人们的追求并没有就此停止下来，仍在不断地进行研究改进。
绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。
电梯是载人的机电设备，要实现“绿色”，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。
目前意义上的“绿色”，一般是强调“天然”的一面，强调与环境的协调与和谐。
电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽可能小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。
这也应是绿色电梯的发展方向。
（1）智能化。
我们这罩所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。
传统的智能控制是一种技术的事先安排，说到底是一种程序控制，是一种周期性的系统自动控制，实际上还算不上智能。
而真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而且还有传统的人工智能无法比拟的东西，具有动念和随机处理各种问题的能力，诸如能根据轿厢内的情况和各层的候梯信息，自动地制定每次最优的运动速度和停车政策；自动选择运动方面；双向语音交流；到达目的层的语音提示等，让乘客有更多的主动性，使大楼交通运输实现真正的人机对话。
智能化要求电梯有自动安全检测功能，让电梯自己能够检测到电梯的故障所在，并及时报警予以排除。
（2）安全。
运行安全是电梯的根本和关键。
可以说，电梯的全部其他工作都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。
运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁辐射，使用安全材料和运行稳定，而且要有一种良好的视觉效果，让每一位乘客在宽敞、明亮轿厢内有安全、舒适的好心情。
同时，电梯运行安全也要求电梯在运行中发生故障时，不但要使乘客容易与外界沟通联系，而且电梯本身应当能自动播放让乘客感到放松的音乐，彻底消除产生紧张不安的情绪。
当小孩和老人乘坐时，电梯对他们应给予一种如同家人般的照顾，不但让老人和孩子感到方便和舒适，而且更让其家人感到放心。
电梯运行安全还要求电梯有自动休眠功能，使电梯在保证运行效率最高的同时，使电梯能最大限度地得到休眠。
（3）与环境的协调和平衡，包括以下几个方面：
①视觉协调。
有人曾经做过环境色彩是否对人有影响的研究。
该研究发展：
视觉不协调的环境色彩对人的情绪、精神影响非常大。
色彩宜人，格调高雅，制作精良的电梯，乘客自然会有一种安全的感觉，有一种视觉上的舒适。
用料低廉，款式陈旧，色彩沉闷，甚至破破烂烂的电梯，乘客视觉协调无从谈起，乘坐电梯的第一感觉就是不安全。
国内的许多电梯公司对此的重视是远远不够的，甚至不少通过引进国外技术国产化的电梯也显露出一副土生土长的容貌。
②消除电磁辐射。
如前所述，由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是电磁干扰的元凶，所以绿色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小，而又不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备。
这样不仅可以保证乘客的身心健康，而且也可以保证大楼、大厦中的大楼的办公自动化（0A）、楼宇自动化（BA）、通讯自动化（CA）的正常运转。
③舒适感。
通过采用高载频波矢量静音变频器，可降低噪声变换频率及电压。
以CPU控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳定、更舒适的运行。
对现代化电梯性能的衡量，主要着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。
此外，对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应要求。
随着时代的发展，对人在与外界隔离封闭的电梯轿厢内，心理上的压抑感和恐惧感也有所考虑。
因此，提倡对电梯进行豪华性装修，比如：
轿厢内用镜面不锈钢装潢、在观光电梯井道设置宇宙空间或深海景象：
进而主张电梯、扶梯应与大自然相协调，在扶梯的周围种植花草；在轿厢壁和顶棚装饰某些图案甚至是有变化的图案，并且在色彩调配上要令人赏心悦目；在轿厢内播放优美的音乐，用以减少烦躁；在轿厢内播放电视节目，乘客可收看天气预报、新闻等。
1.4课题研究的内容
课题所研究的内容主要是用可编程控制器（PLC）改造在用电梯自动控制系统。
由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。
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，具有十分重要的意义。
针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。
论文的主要内容如下：
首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）作了比较全面的总结和介绍。
接着阐述了电梯控制系统的分类及特点，电梯的控制系统分为调速和信号控制两大部分。
确定了系统的总体结构，由PLC来实现电梯信号控制，有双速电机实现调速，完成了电机和可编程控制器（PLC）的选择。
然后是系统硬件开发，完成了PLC的选型、I/O点数分配与PLC的连接。
在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出了软件流程图，提出了模块化编程思想，介绍了系统的软件开发。
最后对改造后的电梯系统进行模拟调试。
2电梯的综述
2.1电梯的定义与简介
一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。
也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。
服务于规定楼层的固定式升降设备。
它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。
轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。
习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。
近几年来，随着国际社会对环保认识的关注，各大电梯公司现在在其电梯表面基本都采用了粉末涂料喷涂，这是一种新型环保无溶剂的涂料，并且各种性能
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