PLC在交流双速电梯中的应用设计.docx
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PLC在交流双速电梯中的应用设计
课程设计（论文）指导教师成绩评定表
题目名称
评分项目
分值
得分
评价内涵
工作
表现
20%
01
学习态度
6
遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。
02
科学实践、调研
7
通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。
03
课题工作量
7
按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。
能力
水平
35%
04
综合运用知识的能力
10
能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。
05
应用文献的能力
5
能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。
06
设计（实验）能力，方案的设计能力
5
能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。
07
计算及计算机应用能力
5
具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。
08
对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）
10
具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。
成果
质量
45%
09
插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度
5
符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。
10
设计说明书（论文）质量
30
综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。
11
创新
10
对前人工作有改进或突破，或有独特见解。
成绩
指导教师评语
指导教师签名：
年 月 日
摘要
本文设计了一个用PLC控制的五层楼交流双速电梯系统，主要包括主电路的设计、PLC的输出、输入点分配以及电梯的启动、平层、换速、正反转、选向、感应楼层、轿内指令、门厅召唤等的设计，并给出了相关电路图、梯形图和指令语句。
另外，文章还简述了PLC和电梯的概况，分析设计结果的功能，并对该电梯的应用和优缺点做了分析。
关键词：
PLC；交流双速电梯；梯形图
Abstract
Thisarticlehasdesignedafivebuildingexchangetwin-speedelevatorsystemwhichcontrolswithPLC,itmainlyincludesmaincircuit'sdesign,thePLCoutput,theentrancepointassignmentaswellaselevator'sstart,theevenlevel,thethrowover,isreversing,electsto,toinduceinthefloor,thesedantheinstruction,theentrancehalltosummonandsoondesign,andhasgiventherelatedcircuitdiagram,thetrapezoidalchartandthedirectivestatement.Moreover,thearticlehasalsosummarizedPLCandelevator'ssurvey,theanalysisdesignresultfunction,andhasmadetheanalysistoelevator'sapplicationandthegoodandbadpoints.
Keyword:
PLC;Exchangesthetwospeedelevator;Trapezoidalchart
1绪论
随着城市建设的不断发展，高层建筑的不断增多，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。
目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制。
从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。
目前，电梯的发展日新月异，各大公司都已经拥有了成熟的技术，所有的高楼大厦的电梯都已采用大公司的产品，而对于一些短期使用的、功能要求不高的楼房用电梯或者货物载重升降机方面的产品很缺乏。
一方面，目前，对于技术要求不高的升降设备，人们为了节省成本，大部分还是应用继电器控制系统，由于它的接线复杂、可靠性差，导致很多事故的出现；另一方面，PLC具有可靠性高，程序设计方便灵活，若使用较少端口的PLC成本也不会太高，所以我设计了一个用PLC控制的电梯，由于实验条件的限制，我只做了其软件设计工作，其中包括主电路的设计、PLC的输出、输入点的分配、以及启动、平层、换速、正反转、选向、感应楼层、轿内指令、门厅召唤等功能的设计并给出了相关电路图、梯形图和指令语句。
它可以作为要求不高的五层楼上下电梯或者拖货机使用，能够实现一般电梯的基本功能。
1.1PLC的概述
PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）对PLC做了如下定义：
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
”
PLC具有以下特点:
可靠性高，抗干扰能力强;配套齐全，功能完善，适用性强;易学易用，深受工程技术人员欢迎;系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造;体积小，重量轻，能耗低。
我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。
最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。
接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。
目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
21世纪，伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
1.2电梯的概述
电梯是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。
电梯有以下组成部分:
曳引系统:
曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。
导向系统:
导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。
导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。
轿厢:
轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。
门系统:
门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。
门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。
重量平衡系统:
系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。
电力拖动系统:
电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。
电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。
电气控制系统:
电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。
安全保护系统:
保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。
按驱动方式可以把电梯分类：
交流电梯，用交流感应电动机作为驱动力的电梯。
根据拖动方式又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变压变频调等。
直流电梯，用直流电动机作为驱动力的电梯。
液压电梯，一般利用电动泵驱动液体流动，由柱塞使轿厢升降的电梯。
齿轮齿条电梯，将导轨加工成齿条，轿厢装上与齿条啮合的齿轮，电动机带动齿轮旋转使轿厢升降的电梯。
本文主要应用的是交流双速电梯，它与其他电梯的区别是它有两套绕组：
快速绕组和慢速绕组，由于其内部绕组级数不同，造成速度差异。
我们可以通过对接入绕组的转换来达到对电梯速度的转换目的。
2交流双速电梯的电气线路设计
2.1电机主电路的设计
电梯在启动过程中，为了限制启动电流、减少电网电压的波动以及减少启动的加速度，一般在定子电路中串入电抗、电阻与电抗的组合，进行降压启动。
这样，可以提高乘客乘坐的舒适感，并防止对机件的冲击。
启动后，随着速度的提高，再逐级将电阻或电抗短接切除，使电梯逐步加速，最后进入稳定运行。
启动过程中，常采用一级或者两级短路切除电抗和电阻。
电梯减速时，由高速绕组转到低速绕组。
为了限制电梯制动电流，减小减速时的加速度，防止冲击过大，我们可以采用二级或者三级切除电抗。
通过调整串联电阻或电抗的大小，以及控制逐级短接电阻和电抗的时间，可以改变电梯的加速度，以满足对舒适性的要求。
下面是我设计的交流双速电梯的拖动电路，它采用一级串联电抗启动，二级电阻电抗减速。
图1交流双速电梯电机的主电路
其基本原理是：
启动时，串入电抗XQ，进行降压启动；经过一段时间后，1C接触器接通，电机转入正常速度。
减速时，KC断开，MC接通，慢速绕组串入阻抗XJ和电阻R运行，延时一定时间后，2C接通，短接R，电机串入电阻XJ运行；再过一段时间后，3C接通，电机慢速运行，直到SC或XC断开，电机停止运转。
2.2电气控制线路
电梯的控制线路主要有：
轿内指令线路、厅门召唤线路、定向选层线路、启动运行线路、平层线路、安全保护线路。
它们之间的关系如图2所示。
图2交流双速电梯电气控制线路的组成框图
3PLC选型与I/O定义
首先应该确定PLC的输入输出点数，其多少随楼层的多少和电路复杂程度有关。
按电梯各个组成部分来统计如下：
3.1输入点
轿内指令按钮：
位于轿内的操纵箱上，每层各一个；
门厅召唤按钮：
位于电梯的厅门口，除顶层只有下呼和底层只有上呼外，其它楼曾各有两个；
楼层感应器：
位于井道每一层的相对位置，当轿箱到达每层的相对位置时，楼层感应器干簧管触电因隔磁板插入而断开，该触电信号用于选向、选层、轿内指示、厅们召唤的信号和指层电路；
平层感应器：
位于轿箱的顶部，用于准确平层，由上平层感应器SPG、门区感应器MQG和下平层感应器XPG组成，共占3个输入点；
开关门：
有厅门和轿门电气触电开关，用于保证电梯厅，轿门都关好才能让电梯运行。
以及包括关门极限开关GMK、开门极限开关KMK，手动开关门按钮，共占5个输入点；
其他：
模式选择开关以及留有扩充功能的开关或者触电。
3.2输出点：
上行接触器SC，下行接触器XB；
快速接触器KC，慢速接触器MC；
加速接触器1C；第一减速接触器2C和第二减速接触器3C；
开关门接触器，楼层指示灯等。
因此，五层楼的电梯大约需要60点的PLC进行控制，我选用三菱公司的F1-60MR型，以下是I/O端子定义表：
表1PLC的I/O端子分配表
输入地址
定义
输出地址
定义
X400~X404
5YG~1YG：
上行楼层感应干簧触电
Y430
SC：
上行接触器
X405~X411
5YG1~1YG1：
下行楼层感应干簧管触点
Y431
XC：
下行接触器
X500~X504
A5J~A1J：
轿内指令按钮
Y432
KC：
快速接触器
X505~X510
A4S~A1S：
4~1层上召唤按钮
Y433
MC：
慢速接触器
X000~X003
A5X~A2X：
5~2层下召唤按钮
X004
有/无司机操作方式转换开关
X005
XPG：
下平层感应器触点
X412
SPG：
上平层感应器触点
X413
MQG：
门区感应接触器
X511
司机上行选择按钮
X512
司机下行选择按钮
X513
SHK：
上强迫换速开关
X411
XHK：
下强迫换速开关
4交流双速电梯PLC控制程序设计
以下为几个主要部分的PLC控制程序设计，其中涉及到的中间继电器的定义如表2所示。
表2梯形图中中间继电器的定义表
中间继电器
定义
中间继电器
定义
M110~M104
楼层感应中间继电器
M133
司机下行中间继电器
M105~M111
指层中间继电器
M134
换速中间继电器
M112~M116
轿内指令中间继电器
M135
门锁中间继电器
M117~M122
5~2层向下召唤中间继电器
M140
上平层感应中间继电器
M123~M126
4~1层向上召唤中间继电器
M141
门区感应中间继电器
M130
上行中间继电器
M142
下平层感应中间继电器
M131
下行中间继电器
M143
快速运行中间继电器
M132
司机上行中间继电器
M144
换速消除中间继电器
4.1电梯的启动平层电路控制的设计
电梯通常以快速启动，而在减速时断开快速绕组，接入慢速绕组。
设置中间继电器M143来控制快速接触器。
电梯启动的梯形图如图3所示，其中M135为门锁继电器，保证门管好后才能启动电梯，启动只需接通M130和M131任意一个即可以快速上行或下行；当M134接通时，中间继电器M143断电，输出线圈Y432断电，接通慢速接触器Y433，电机慢速运行。
图3电梯启动控制梯形图
电梯平层控制的梯形图如图4所示：
如果电梯上行超越平层位置，SPG离开隔磁板，使X412断开，M104断开，这时Y431由Y432、M140、M143和Y430的常闭接点和M142的常开接点而接通，电梯反向平层，直到M140接通。
电梯位于平层位置后，M140、M141和M142均接通，Y430和Y431均断开，进行抱闸。
T450为延时断开时间继电器，用于快速运行断开时的延时，以保护电机绕组。
图4电梯平层控制梯形图
4.2电梯的换速平层电路控制的设计
当电梯达到需要停止的楼层时，应发出换速信号，断开快速继电器，接通慢速继电器，然后制动。
图5电梯换速控制梯形图
如图5为换速电路的梯形图，其原理为：
如3楼有指令位号，即M114接通，在电梯将要到达3楼时，M107接通，使换速继电器M134接通，发出还速信号，并保持，其他楼层同类。
当电梯到达顶层时或底层时，无论有无轿内指令都必须换速。
M144位换速消除继电器，当电梯离开任一楼层时，M144接通，断开M134，这时电梯高速运行。
M130、M131常闭接点支路为无方向换速控制，保证由于人为或其它原因使M105~M111全部断开时，电梯进入换速状态，以便在最近楼层平层停止。
4.3电梯的选向电路控制的设计
改变电梯的运行方向，实际上就是改变电动机的旋转方向。
而对于三相电动机来说，我们只需要将其中两相电进行交换。
由此我设计了电动机正反转电路图，
图6电动机正反转控制电路图
如图6所示，当上行接触器SC接通时，电机正转；而当XC接通时，电动机反转。
如图7所示是选向控制的梯形图，其工作原理为：
当电梯处于2层时，中间继电器M110接通，如果这时按下3层指令按钮，中间继电器M114接通。
这时虽然M110的常闭触电为断开状态，但中间继电器M107、M106和M105的常闭触电均为接通状态，因此电梯上行继电器M130通电，选择上行方向。
反之，当电梯位于2层（中间继电器M110通电），而1层的指令按钮按下时，中间继电器M116通电，则下行方向继电器
M131通电，电梯选择向下方向运行。
图7电梯的选向控制梯形图
当上行、下行均有指令情况出现时，例如电梯在2层时，1层轿内指令中间继电器M116、4层轿内指令中间继电器M113、5层轿内指令中间继电器M112均接通。
这时，如果电梯已经处于上行状态，则执行完M113、M112表示的向上指令后，再执行M116表示的向下指令。
这是因为中间继电器M113或M112接通使中间继电器M130接通，选择向上，M130的常闭接点使M131断开，这样即使M116接通，M131也不能接通。
必须等到电梯到达5层后，中间继电器M112、M130均断开，才能选择向下运行。
在有司机操作的情况下，当电梯位于2层并处于上行状态时，如果继电器M113、M112、M116接通，而电梯在启动前司机已按下下行按钮（即X512接通），则中间继电器M133接通，其常闭接点断开，上行方向继电器M130断电，同时接通M131，选择下行方向。
4.4楼层感应电路控制的设计
楼层感应电路是通过楼层感应器干簧管触点的接通或断开来感应出楼层信号，用于指层、选向、厅门召唤得信号等。
在电梯工作过程中，要求楼层感应信号应是连接的，即该层感应信号只有当电梯运行到上层或下层时才能消失。
图8楼层感应电路的控制梯形图
楼层感应电路的控制的梯形图如图8所示，其基本原理是：
当电梯在1楼时，M104接通，M111接通，并保持。
电梯上行到2楼时，M103接通，M110接通，并保持，同时切断M111。
即：
电梯上行时，当上升至某层时，相应的楼层感应中间继电器接通指层中间继电器，实现楼层感应。
与电梯上行时的控制方法相同，当电梯下行时，相应的楼层感应中间继电器也接通指层中间继电器，时间楼层感应。
4.5轿内指令及厅召唤电路的控制
关于电梯执行召唤先后顺序,我按照国际上比较常用的方法：
向相应向上的信号，然后再执行向下的信号，如此反复。
上行时应保留下行的信号，下行时也保留上行的信号。
图9轿内指令控制梯形图
轿内指令控制梯形图如图9所示，它的工作原理是：
进入轿箱内后，当按下第三层的指令按钮时，输入X502接通，中间继电器M114接通并自保，当电梯达到3层时，楼层信号M102断开指令信号。
图10门厅召唤控制梯形图
门厅召唤电路如图10所示，它的工作原理是：
当电梯位于一层时，若3层门厅有上呼叫信号，2楼门厅有上、下呼叫信号，即M125、M122、124接通，电梯到达2楼时，M110接通，M125断开，2楼上呼叫信号消除，而下呼叫信号M122保持，即下呼叫信号得到保留。
小结
电动机拖动的电梯控制系统是一中典型的电器控制系统，各种电梯的电气控制系统都比较复杂，对控制的可靠性要求也很高，如果采用常规的继电器控制系统进行控制，要实现较多的控制功能，那么需要的元件就非常多，而且接线复杂，可靠性比较差。
采用PLC进行电梯的运行控制，控制系统的硬件结构将大为简化，同时由于采用的是“软接线”方法的程序控制，系统地可靠性和灵活性都大大提高。
由于电梯控制系统的信号输入点比较多，这就造成了PLC控制系统要比继电器控制系统的成本要高，不过可以采用节省输入点的办法解决成本较高的问题。
例如，可以采用编码/译码电路来减少PLC的输入点，从而降低成本，但也要根据情况而定，不能因为过分依赖于硬件电路而降低了系统的可靠性。
这篇论文的完成不仅使我对可编程控制系统有了更多的了解，更让我学会脱离了课堂如何学习，在这个过程中，我的指导老师金轶锋教授给了我很大的帮助和鼓励，使我突破了很多难关，在这里我表示衷心的感谢。
（指导老师：
文广）
参考文献
[1]马小军.建筑电器控制技术[M].北京：
机械工程出版社，2002.
[2]周洪.智能建筑控制系统概述[M].北京：
中国电力出版社，2003.
[3]陈志新.电气与PLC控制技术[M].北京：
中国林业出版社，2000.
[4]常南斗，李全力.可编程控制器原理极其应用[M].北京：
电子工程出版社，2005.
[5]常小玲.电梯控制系统与可编程控制器[M].北京：
机械工程出版社，2004.
[6]罗雪莲.交流双速电梯PLC控制[J].机电一体化，2001，（4）：
46-48.
附录：
程序指令
表a.电梯启动控制部分
编号
指令
编号
指令
1
LDNOTX513
2
ANDM130
3
LDNOTX411
4
ANDM131
5
ORLD
6
ANDM135
4
ANTM134
8
ANDOUTM143
9
LDM143
10
ANTY433
11
ANDOUTY432
12
LDY430
13
LDY431
14
ORLD
15
ANTM141
16
ANTY432
17
ANDOUTY433
表b.电梯平层控制部分
编号
指令
编号
指令
1
LDX412
2
ANDOUTM140
3
LDX413
4
ANDOUTM141
5
LDX005
6
ANDOUTM142
7
LDT450
8
ANDM143
9
ANDM130
10
LDNOT141
11
ANDY433
12
ANDY430
13
LDNOTY432
14
ANTM142
15
ANTM243
16
ANDM140
17
ORLD
18
ANTY431
19
ANDOUTY430
20
LDT450
21
ANDM143
22
ANDM131
23
LDNOTM141
24
ANDY433
25
ANDY431
26
LDNOTY432
27
ANTM140
28
ANTM143
29
ANDM142
30
ORLD
31
ANTY430
32
ANDOUTY431
表c.电梯换速控制部分
编号
指令
编号
指令
1
LDM105
2
LDM113
3
ANDM106
4
LD114
5
ANDM107
6
LDM115
7
ANDM110
8
LDM111
9
LDNOTM130
10
ANTM131
11
LDM134
12
ORLD
13
ANTM144
14
ANDOUTM134
15
LDNOTM105
16
ANTM106
续表c
编号
指令
编号
指令
17
ANTM107
18
ANTM110
19
ANTY111
20
ANDOUTM144
表d.电梯的选向控制部分
编号
指令
编号
指令
1
LDM112
2
ANTM105
3
LDM112
4
ANTM106
5
ANTM105
6
LDM114
7
ANTM107
8
ANTM106
9
ANTM105
10
LDM115
11
ANTM110
12
ANTM107
13
ANTM106
14
ANTM105
15
LDM116
16
ANTM111
升级会员 