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

华中科技大学文华学院

毕业设计（论文）

题目：

基于PLC的电梯控制系统设计

学生姓名：

学号：

学部（系）：

专业年级：

指导教师：

职称或学位：

硕士

2010年5月26日

基于PLC的电梯控制系统设计

摘要

电梯不仅仅是高层建筑罩的必备设施，在多层建筑里也是不可缺少的垂直运输工具。

电梯的控制系统已由初期的继电控制向微机控制发展。

可编程控制器由于具有可靠性高、功能强大等特点已经成为电梯微机控制系统的核心。

本文在阐述电梯的结构和可编程控制器的结构和工作原理的基础上，针对5层5站电梯，使用三菱FX2N．80MR可编程控制器，设计了电梯的控制系统。

包括电梯的指层控制模块、轿内指令和厅外召唤的登记与消号模块、电梯的选层和定向模块、电梯的歼关门运行模块、电梯运行控制模块等，实现了电梯的指层控制、轿内与各层厅站呼梯指令的记录、电梯运行方向和停靠的层站的控制，自动运行和自动开关门等功能。

这种电梯控制系统应用于实际运行的电梯中，运行结果表明：

电梯控制系统安全性和可靠性高，月常保养维护和故障检修方便，运行成本低。

电梯连续运行12000次，故障率为0,平层精度小于_+5mm，平衡系数48％～50％，起动、制动及运行平稳、舒适，安全保护和可靠性均达到GB7588．2003的规定，能够满足电梯的控制要求。

关键字:

电梯；控制系统；可编程控制器

DesignofElevatorControlSystemBasedonProgrammableLogicController

Abstract

Elevatorisnotonlythenecessaryfacilityinthehigh-risebuilding．isalsotheessentialverticaltransportmeansinthemulti—layeredconstruction．ThecontrolsystemofelevatoriSdevelopedfromtheinitialrelaycontrolsvstemtothemicrocomputercongolsystem．TheprogrammablelogiccontrollerhasalreadybecomethecoreoftheelevatormicrocomputercontrolsystembecauseofitshighreliabilityandformidablefunctionandSOOntllecharacteristics．

Thisarticleelabomtedtheelevatorstructure，thestructureandtheworkingprincipleoftheprogrammablelogiccontroller．Aimattheelevatoroffivefloorsandfivestations，thewriterdesignthiselevatorcontrolsystembytheuseofMitsubishiFX2N·80MRprogrammablelclgiccontroller．111ewriterdesigntheelevatorcontrolmodules．Suchthemoduleofshownlayer．themoduleofregisterandcanceltheinstructionsfromthecabin．Themoduleofregisterandcanceltheinstructionsfrom也esmfionhall．themoduleofchoosestationanddirection。

themoduleofdoormovement，themoduleofelevatoroperation，andSOon．Thesemodulesachievethefunctions：

fingeringOUtthelocationofthecabin，registeringtheinstructionsfromthecabinandthestationhall．choosingthedirectionandthestationofelevatorfollowtheseinstructions，operatingelevatoranddoorautomatically，andotherfunctions．

Thiselevatorcontrolsystemappliesintheactualoperatingelevator．theoperatingresultindieated：

itssecurityandreliabilityalehigh,theroUtinemaintenanceandthetroubleshootingareconvenient,theelevatoroperatingcostislow．Theelevatorcontinuousrunning12000times．thefailurerateis0。

theevenlevelprecisionissmallerthan+5mm，thebalanced

eoefficientiS48％～50％，thestarting，thebrakeandthemovementaleextremelysteadydndcomfortable，thesafekeepingofsecurityandthereliabilityachievedGB7588—2003thestipulations．Cansatisfytheelevatorthecontrolrequest．

KeyWords：

Elevator；ControlSystem；ProgrammableLogicController

1绪论

随着我国经济的发展,城市中涌现出越来越多的高层建筑,而与之配套的电梯已成为人们日常生活中不可缺少的工具。

同时,由于城市老龄化问题日益突出,多层建筑同样也有使用电梯的要求。

而目前,国内中小电梯厂商大多采用继电器控制或微机控制方法实现对电梯的控制前者控制线路复杂、体积大、故障率高、维护困难后者可靠性不高,容易发生故障,从而使电梯难以达到用户希望的安全、稳定、可靠的基本要求。

自问世以来,以其高可靠的特点在工业自动化领域获得广泛的应用。

近年来,随着超大规模集成电路技术和通信技术的进步,的性能价格比逐年提高,使用控制电梯,是一种投资小、见效快、可靠性高的好方法。

1.1课题研究背景和意义

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1。

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|’日J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.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问。

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国内外发展状况

国内外发展状况在经济不断发展，科学技术R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R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力．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、只立、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。

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，取代传统的继电器控制方式越来越受到人们的重视。

使用微型计算机控制，它成本低，体积小，可靠性高，使用寿命长，简化了安装调试工作，使得电梯控制系统体积减小，节省能源、可靠性提高。

可编程使灵活性增大。

更突出的优点是微型计算机具有算术运算功能和灵活的逻辑运算功能，因此可以实现更完善的自动控制，例如对于电梯平层可以实现自适应控制，便平层情况达到最佳状态”目前，交流调压调速电梯技术已趋成熟，一些企业都有成功的产品。

微机控制电梯是电梯技术的方向，～些生产企业与科研单位相结合，相继推出了微机控制的电梯新机型使控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。

除了合资企业外，也有其他厂家开发出了变频调速电梯新产品。

另外，用可编程序控制器取代继电器控制系统的机型对单梯进行控制还是有前途的。

有些生产企业开发了紧急供电装置、防火厅门、地震控制、自检测以及语言合成等电梯新功能；对机械系统采用了新结构、新材料、新技术和新工艺”3。

总之，与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距但国内电梯技术正以迅猛的发展速度赶超世界先进水平。

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％”1。

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

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。

国外对绿色电梯的研究做得比较出色的可能要数Peters了，他专门就绿色电梯进行研究。

当然，他的研究是从电梯对环境影响的角度进行的。

P不可再生资源的消耗、产生废弃物和为生产满足曳引电梯的电力而产生的二氧化碳。

同时他还认为，目前电力是不可持续的并对环境有损害，作为在地球上有责任的人，我们应当减少能源消耗，寻找可持续发展的能源。

2可编程序控制器简介

可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。

它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点．特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。

因而在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一”

2．1可编程序控制器的发展历史

在可编程序控制器问世以来，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。

这种由继电器构成的控制系统有着明显的缺点：

体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计并改变硬件结构造成了时间和资金的严重浪费。

1968年，在底特律的美国通用汽车公司（GM公司）为了在每次汽车改型或改变工艺流程时能不改动原有继电器柜内的接线以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，提出了研制新型逻辑顺序控制装置，并提出了该装置的研制指标要求，即十项招标技术指标。

其主要内容如下n

（1）在使用者的工厂里，能以最短中断服务时间，迅速方便地对其控制的硬件和设备进行编程及重新进行程序的设计。

（2）所有系统单元必须能在工厂内无特殊支持的设备、硬件及环境条件下运行。

（3）系统的维修必须简单易行。

在系统中应设计有状态指示器及插入式模块，以便在最短的停车时间内使维修和故障诊断变得简单易行。

（4）装置的体积应小于原有继电器控制柜的体积，它的能耗也应较少。

（5）必须能与中央数据收集处理系统进行通信，以便监视系统的运行状念和运行情况。

（6）输入开关量可以是已有的标准控制系统的按钮和限位开关的交流15V电压信号。

（7）输出的驱动信号必须能驱动以交流运行的电动机起动器和电磁阀线圈，每个输出量将设计为可开停和连续操纵具有115V、2A以下容量的电磁阀等负载设备。

（8）具有灵活的扩展能力。

在扩展时，必须能以系统最小的变动及最短的更换和停机时间，使原有装置从系统的最小配置扩展到系统的最大配置。

（9）在购买和安装费用上，应有与原有继电辑控制系统的竞争力，即有高的性能价格比。

（10）用户存储器容量至少在4KB以上。

（根据当时的汽车装配过程的要求提出）从上述十项指标可以看出，它实际上就是当今可编程序控制器的最基本的功能。

将它们归纳一下其核心为四点

（1）用计算机代替继电器控制盘。

（2）用程序代替硬件接线。

（3）输入输出电平可与外部装置直接连接。

（4）结构易于扩展。

美国的数字设备公司（DEC）CP标，并在1969年研制出了第一台可编程序控制器（PDP--14）““其后，美国的MODICON公司也推出了084控制器，1971年，日本推出了DSC．8控制器1973年西欧各国的各种可编程序控制器也研制成功．我国在1974年开始研制可编程序控制器可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。

这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了它们的发展。

从控制功能束分，可编程序控制器的发展经历了下列四个阶段。

第一阶段：

从第一台可编程序控制器问世到20世纪70年代中期，是可编程序控制器的初创阶段。

这一阶段的产品主要用于逻辑运算和计时、计数运算，它的CPU由中小规模的数字集成电路组成，它的控制功能较简单．典型产品有MODICON公司的084＼ALLEN—BRADLEY（AB）公司的PDQ2、DEC的PDP．14、同立公司的SCY--022等。

由于这些产品主要完成逻辑运算功能，因此被称为可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicControllet--PLC）。

第二阶段：

从20世纪70年代中期到末期，是可编程序控制器的扩展阶段，在这一阶段，产品的主要控制功能得到了较大的发展，它的发展主要来自两方面，从可编程序控制器发展而来的控制器，它的主要功能是逻辑运算，同时扩展了其他运算功能；而从模拟仪表发展而来的控制器，其功能主要是模拟运算，同时扩展了逻辑运算功能。

因此，按习惯的分类方法，前者被称为可编程序逻辑控制器（PLC，后者被称为单回路或多回路控制器。

可编程序控制器的名称缩PC（ProgrammableControll），但是为了与个人计算机（PersonalComputer）的名称缩写PC相区别，通常还是把可编程序控制器简称为PLC，这一阶段的产品有MODICON公司的184、284、384，西门予公司的SomaticS3系列，富士电机公司的SC系列等产品．第三阶段：

从20世纪70年代末期到20世纪80年代中期，是PLC通信功能实现阶段。

与计算机通信的发展相联系，PLC也在通信方面有了很大的发展，初步形成了分布2式的通信网络体系，但是，由于制造企业各自为政，通信系统自成系统，因此，各产品的互相通信是较困难的。

在该阶段，由于生产过程控制的需要，对PLC的需求大大增加，产品的功能也得到了发展，数学运算的功能得到了较大的扩充，产品的可靠性进一步提高。

这一阶段的产品有西门子公司的SYMATICS6系列、富士电机公司的MICREX和德州仪器公司的T1530等等。

第四阶段：

从20世纪80年代中期开始是PLC的开放阶段。

由于开放系统的提出，使PLC也得到了较大的发展。

主要表现在通信系统的开放，使各制造企业的产品可以通信，通信协议的标准化使用户得到了好处。

在这一阶段，产品的规模增大，功能不断完善，大中型的产品多数有CRT屏幕的显示功能，产品的扩展也因通信功能的改善而变得方便，此外，还采用了标准的软件系统，增加了高级编程语占等。

这一阶段的产品有西门子公司的SYMA7ICS5和s7系列、AB公司的PLC一5等。

2．2PLC的特点

PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点。

可靠性对可以维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性．PLC的可靠性高，表现在下列几方面：

与继电器逻辑控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因：

①PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。

与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高。

②PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如冗余设计、掉电保护、故障渗断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高。

③PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因此对操作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。

与通用的计算机控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因：

①PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。

采用了经简化的编程语言，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。

因此，PLC的可靠性较通用计算机控制系统的可靠性有较大提高。

②在PLC的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。

例如，采用可靠性高的元件；采用先迸的工艺制造流水线生产；对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等，设有对电源的掉电保护、存储器内容的保护并采用看门狗和其他自诊断措施、便于维修的设计等等。

③在PLC的软件设计方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措旌。

例如，采用软件滤波，软件自诊断、简化编程语言、信息保护和恢复、报警和运行信息的显示等等。

一份用户选用PLC原因的调查报告指出，在各种选用PLC的原因中，第一位的原因是由于PLC可靠性高的用户达93％。

其次，才是性能和维修方便等原因。

可见，可靠性高是PLC的主要特点。

（2）易操作性PLC的易操作性表现在下列三个方面：

①操作方便。

对PLC的操作包括程序输入的操作和程序更改的操作。

大多数PLC采用编程器进行程序输入和更改的操作。

编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。

更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。

更改的信息可在液晶屏或CRT屏幕上显示。

所以PLC