工学电梯模拟控制系统.docx

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工学电梯模拟控制系统

摘要

电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。

由于传统的电梯运行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路。

采用这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。

从技术发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。

电梯模拟控制系统是为有关电梯专业和楼宇自动化专业课程演示实验所制做实验仪器，使更多的学生能够更好地了解电梯、使用电梯，培养出更多的电梯专业人才，适应电梯行业的发展需要，能够很直观、透彻地了解、掌握电梯的结构、动作原理及其控制原理。

本文将可编程序控制器（PLC）应用于四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。

这种电梯控制系统较原有电梯控制系统可以更容易的完成更为复杂的控制任务，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。

该电梯控制系统具有司机运行和无司机运行即手动和自动的功能，并且具有指层、厅召唤、选层、选向等功能。

关键词：

电梯控制；可编程控制器；指层控制；选层选向

Abstract

Theelevatorisakindtoolthatisindispensabilityinthehigh-buildingperpendiculartransportation.Thetraditionalelevatoradoptarelay-logicaltocontrolitscirculationwhichtheelevatorbecomeaccident-proneness,shortlife-span,inconvenienceinmaintainingandthiscontrolcircuitalsotakesupbigspace,etc.Seefromtheeyesoftechniquedevelopment,thiskindofsystemwillbegraduallyeliminated.

Theelevatorimitatestocontrolthesystemfortherelevantelevatorprofessionandthebuildingautomatetheprofessionalcoursetoplaytoshowtheexperimentmaketodotoexperimenttheinstrument,canmakemorestudentsunderstandtheelevatorandusetheelevatorbetterly,developamoretalentedpersonwithprofessionalelevator,adaptthedevelopmentdemandoftheelevatorprofession,cankeeptheviewverymuch,veryclearlyunderstand,controlthestructureoftheelevator,acttheprincipleanditcontrolstheprinciple.

Thistextappliesprogrammablelogiccontrollertocarryonthelogiccontrolinafourlayerelevator,whichraisestheelevator'sreliability,maintainabilityandflexibilityconsumedly,prolongstheservicelife,andshortensthedevelopmentperiodoftheelevatoratthesametime.Competingtothetraditionalelevator,thiskindofelevatorcancompletethemorecomplicatedmissionmoreeasily,anditcancarryoutmanyfunctionsthattraditionalelevatorcontrolsystemcannot.

Thiselevatorcontrolsystemwmposesofadrive-movementcontrolstateandanon-drive-movecontrolstate,namelyanautofunctionstateandamanualfunctionstate.Itstillhassomefunction,likeindicatinglayer,invokingbyhall,choosinglayerandchoosingdirectionetc.

Keywords:

Theelevatorcontrol;Programmablecontroller;Pointthelayercontrol;Choosingthelayerandchoosingthedirection

目录

第1章绪论1

第2章电梯概述3

2.1电梯的起源与发展3

2.2国外电梯的情况5

2.3国内电梯的情况5

第3章可编程序控制器7

3.1可编程序控制器的发展历史7

3.2可编程序控制器发展的几个阶段8

3.3PLC的定义和特点9

3.4PLC与继电器控制系统的比较12

3.5PLC的基本结构13

3.6PLC的工作原理15

第4章电梯PLC控制系统的设计17

4.1电梯的构造17

4.2电梯控制要求18

4.3PLC控制系统的设计分析20

4.4电梯PLC控制系统的设计21

4.5PLC的选择25

4.6I/O分配对照表26

4.7安装图28

4.8梯形图28

第5章控制系统指令说明29

5.1有司机运行状态29

5.2无司机运行状态35

第6章结论38

参考文献39

致谢40

附录Ⅰ41

附录Ⅱ43

附录Ⅲ48

附录Ⅳ56

第1章绪论

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。

1889年，美国奥梯斯升降机公司推出的世界上第一部以电动机为动力的升降机，同年在纽约市的马累特大厦安装成功。

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。

传统的电梯运行逻辑控制系统采用继电器逻辑控制线路。

这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。

从技术发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。

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，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。

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开发的第一台PLC问世以来，迄今已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现己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，日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—接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。

PLC的应用深度和广度己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，在计算机诞生前的几十年里，继电器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用，然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应电梯控制的要求和发展，与PLC相比较，存在着质的差别。

电梯使用继电接触器控制的时代，很难设计出质量优良的电梯控制系统，而现在，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、机械与电气部件被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，它己经成为电梯运行中的关键技术。

第2章电梯概述

2.1电梯的起源与发展

电梯属于垂直提升运输设备，起源于我国古代农业和建筑的原始提升工具。

公元前十一世纪，我国北方劳动人民发明了辘轳。

公元前236年，希腊人阿基米德设计出一种人力驱动的卷筒式卷扬机，共造出三台，安装在尼罗宫殿里。

在瓦特发明了蒸汽机之后，于1850年，在美国纽约市出现了世界上第一台由亨利·沃特曼制作的以蒸汽机为动力的卷扬机。

1852年美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥梯斯发明了世界上第一部以蒸汽机为动力、配有安全装置的载人升降机。

这便是世界上第一部备有安全装置的客梯，在1857年被安装在纽约市豪华商厦里。

在此期间，英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。

随着水压梯的发展，蒸汽梯也就被淘汰了。

后来发展为采用油压泵和控制阀的液压梯，而直到今天液压梯仍在使用。

在1889年，美国奥梯斯升降机公司推出了世界第一部以电动机为动力的升降机，这才开始出现了名副其实的电梯，同年在纽约市的马累特大厦安装成功。

在1903年，又将卷筒式驱动方式改进为槽轮式（即曳引式）驱动。

所谓卷筒式驱动，是将曳引绳缠卷在卷筒上来提升重物，而槽轮式也称为曳引式驱动，是在曳引绳一端提升重物，另一端为平衡重，依靠曳引绳和曳引轮的绳槽之间的摩擦来驱动重物作垂直运动。

因此，只要在曳引系统的容量和强度允许范围内，通过改进曳引绳长度就可适应不同的提升高度，而不再像卷筒式那样受卷筒长度限制。

此外，当重物或平衡重碰底时，曳引绳与曳引槽会由于摩擦力减小而打滑，从而避免了像卷筒式那样，在失控时造成的曳引绳断裂等严重事故的发生。

曳引式驱动可以使用多条曳引绳，而卷筒式驱动方式使用的曳引绳条数却受到限制。

曳引式驱动方式为长行程并具有高度安全性的现代电梯奠定了基础。

当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运行速度。

后来发明了交流感应电动机，在1900年开始用于驱动电梯。

最初的交流电动机只是单速的，电梯运行性能很不理想。

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。

随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多。

所以，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。

尽管交流电动机结构简单，造价便宜，但在调速性能方面却难以满足更高的要求，而对直流电动机来讲，由于后来采用了发电机—电动机组调速系统，能较好地满足电梯调速的高要求。

因此，在20世纪前半叶，电梯的电力拖动，尤其是高层建筑物中的电梯速度的调节，几乎都是采用直流调速系统来实现的。

1900年美国奥梯斯电梯公司制造出世界上第一台自动扶梯。

1915年已设计成功电梯自动平层控制系统。

1933年美国制造出6m/s的高速电梯。

在第二次世界大战以后，美国的建筑业得以快速发展，促使电梯也进入发展时期，新技术被广泛用于电梯。

1949年研制出4-6台电梯的群控系统。

1955年出现了真空电子管小型计算机控制的电梯。

1962年在美国己出现了8.5m/s的超高速电梯。

在1967年将固体晶闸管用于电梯拖动系统。

随着电力电子技术的发展，在用晶闸管取代直流发电机—电动机组的同时，研制出了交流调压调速系统，是交流电梯的调速性能得到了明显改善。

1976年将微处理器应用于电梯。

1977年日本三菱电机株式会社开发出了l0m/s的超高速电梯。

至此，电梯的控制技术有了很大发展。

进入80年代，电梯控制技术又有了新的变化。

由于固体功率器件的不断发展和完善以及微机技术的应用，出现了交流变频调速系统。

1984年在日本己将其用于2m/s以上的高速电梯。

1985年以后，又将其延伸到中、低速交流调速电梯。

交流变频调速技术被认为是电梯行业的当代技术。

1985年日本生产出世界上第一台螺旋式自动扶梯，使其明显减少了占地面积。

1993年日本生产的12.5m/s世界上最高速的交流变频调速电梯已投入运行。

当前，在电梯电力拖动方面，除了大容量电梯还采用直流拖动系统以外，用交流变频调速方式取代直流调速方式，以成为高速电梯的主流。

应用微机全面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，并可降低现场调试要求，是电梯控制技术的方向。

电梯群控系统是现代电梯的技术的又一重要组成部分。

它不但有完善的分区服务、运行监控、客流交通统计分析等功能，还具备故障诊断功能。

在电梯品种方面，出现了双层电梯、大吨位的集装箱电梯等。

为适应摩天大楼对电梯的特殊要求，目前正在研制无绳直线驱动电梯。

对于电梯的曳引机，目前除了中、低速范围的电梯还采用涡轮减速装置外，其他均已采用圆柱斜齿轮曳引系统，使效率提高了15%~25%。

此外，用电子位置传感器取代机械选层器、用更先进的装置取代门安全触板、增设轿厢内通信设施以及轿厢非安全门区语音提醒和运行状态语音报告等装置，也是电梯技术现代化的体现。

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饰、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，并且在彩色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。

时至今日，电梯己进入了全面发展的新时期。

2.2国外电梯的情况

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：

美国奥梯斯公司、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，奥梯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，家用小型电梯将成为电梯家族中新的组成部分。

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，在电梯上己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，己“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和维修单位，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。

据资料统计，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。

2.3国内电梯的情况

解放前，全国只有2000台电梯，几乎没有电梯生产企业。

解放后，随着我国经济建设的发展，电梯企业应运而生。

我国的电梯企业由60年代开始起步，到了70年代己初具规模。

改革开放以来，我国电梯的需求量急剧上升。

在我国通过引进国际电梯标准以及发达国家的先进产品和技术，产生了一支以中外合资企业为主体的外向型企业队伍。

如中国迅达公司、天津奥梯斯公司、上海三菱公司、苏州迅达公司和广州电梯工业公司等企业，就是通过合资和补偿贸易方式，引进发达国家的先进管理和技术，不断改善现有产品结构和管理体制，使企业素质和产品质量都提高到了一个新水平，推出一代电梯新产品。

目前，交流调压调速电梯技术己趋成熟，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，一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。

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1万台左右，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。

今年来，为保证电梯最终质量，在建立全国性完整的电梯管理法规、落实检查机构、壮大安装调试队伍、组建维修保养网络和提高相关人员技术素质等方面，正在进行着一系列实质性的工作。

我国电梯行业，正在走向法规化，加速步入世界先进行列。

第3章可编程序控制器

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。

3.1可编程序控制器的发展历史

在可编程序控制器问世以前，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：

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态和运行情况。

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115V电压信号。

7.输出的驱动信号必须能驱动以交流运行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）中标，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。

3.2可编程序控制器发展的几个阶段

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。

从控制功能来分，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\LLEN-BRADLEY（AB）公司的PDQ2,DEC的PDP-14、日立公司的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（ProgrammableLogicController-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写为PC（ProgrammableController），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，西门子公司的SYMATICS3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SYMAT