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五层电梯论文
摘要
20世纪60年代末，为了克服传统继电器的种种应用上的缺点，人们研制出了一种先进的可编程序控制器PLC（ProgrammablelogicController），由于PLC具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。
随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC在工业控制领域内得到广泛的应用愈加明显。
PLC是一种基于数字计算机技术，专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。
具体来讲PLC主要具有以下的特点：
（1）可靠性高，抗干扰能力强；
（2）编程方法简单、直观；
（3）体积小、耗能低、重量轻；
（4）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；
（5）系统的设计/安装、调试工作量少；
（6）维修工作量小、维护方便；
（7）接口模块功能强、品种多。
PLC在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。
由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。
在电梯控制过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对电梯的控制。
本论文是以三菱广泛应用的整体中型机FX2N-128为背景机，详细介绍其系统配置，兼顾介绍，指令系统，编程方法和控制系统设计方法，同时也介绍了模块式PLC的一些智能单元。
本人毕业设计的电梯包括电梯自动运行、消防运行、PLC综合控制三个系统。
论文对PLC的结构、特点、性能以及与现场控制对象的连线进行了具体的研究，并通过PLC实现了电梯的自动控制以及消防运行。
通过此次毕业设计,提高了我们运用理论知识，分析、处理和解决实际问题的综合能力。
关键词：
PLC五层电梯控制系统
目录
第一章电梯的结构及工作原理...........................4
1.1电梯的结构...............................................4
1.1.1曳引系统.............................................4
1.1.2导向系统.............................................4
1.1.3轿厢...................................................4
1.1.4门系统.................................................4
1.1.5重量平衡系统...........................................4
1.1.6电力拖动系统...........................................4
1.17电气控制系统...........................................4
1.1.8安全保护系统...........................................5
1.2电梯的工作原理.............................................5
第二章电梯控制系统的硬件设计...........................5
2.1电梯控制的要求.............................................5
2.1.1电梯轿箱的控制要求.....................................5
2.1.2电梯门的控制要求.......................................5
2.2电梯模型结构...............................................5
2.2.1电梯层门...............................................5
2.2.2电梯轿厢内控制屏.......................................5
2.3主电路的设计...............................................6
2.3.1拖动电机电路的设计.....................................7
2.3.2门电机电路的设计.......................................7
第三章电梯PLC控制系统的设计..........................9
3.1PLC单台电梯控制系统的工作流程..............................9
3.2PLCI/O地址分配............................................10
3.2.1输入信号的确定.........................................10
3.2.2输出信号的确定.........................................11
3.2.3内部辅助继电器的确定...................................12
3.3PLCI/O硬件连接图.........................................12
第四章PLC单台电梯控制系统基本功能梯形图分析............14
4.1外呼信号的登记与消除.......................................14
4.2开门控制...................................................17
4.3关门控制...................................................19
4.4楼层信号的显示.............................................20
4.5电梯箱内选择停层与显示.....................................23
4.6电梯的定向环节.............................................25
4.6.1电梯定向（上行）环节....................................25
4.6.2电梯定向（下行）环节....................................27
4.7电梯的起步、稳定运行环节...................................28
4.8电梯的制动环节..............................................30
结论.................................................37
致谢.................................................38
参考文献...............................................39
第一章电梯的结构
1.1电梯的结构
1.1.1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。
曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。
1.1.2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。
1.1.3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。
轿厢由轿厢架和轿厢体组成。
1.1.4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。
1.1.5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。
系统主要由对重和重量补偿装置组成。
1.1.6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。
1.1.7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。
电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏（柜），平层装置，选层器等组成。
1.1.8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。
由限速器，安全钳，缓冲器，端站保护装置组成。
1.2电梯的工作原理
曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。
固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。
常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。
轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。
补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。
电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。
指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。
安全装置保证电梯运行安全。
第二章电梯控制系统的硬件设计
2.1电梯控制的要求
2.1.1电梯轿箱的控制要求：
（1）选向：
根据电梯各层内选外呼信号的先后和停止时轿箱所在的楼曾位置决定电梯的运行方向。
（2）选层换速：
指电梯能够根据轿内所选层而决定运行方向，而且遵守或一直向上，或一直向下的原则。
并且在每次平层的时候都能够换速。
（3）楼层位置的指示：
选用七段LED数码管显示的方法。
2.1.2电梯门的控制要求：
要求当电梯平层的时候，电梯门自动打开，经过10秒钟后电梯门自动关上。
如果遇到有人在门中间的情况，电梯会因为机械安全触板开关的作用而自动开门，也可以手动控制开门和关门。
2.2电梯模型结构
2.2.1电梯层门
电梯层门是为了确保乘客安全，而在各层楼的停靠站，通向井道的入口处，设置供司机、乘用人员和货物等出入的门。
图1为电梯层门示意图。
电梯层门旁装有消防按钮、上行召唤按钮和下行召唤按钮（最底层只有上行召唤按钮、最高层只有下行召唤按钮）,并有召唤登记指示灯。
层门上方装有LED数码管，用以显示轿厢所在层楼位置，另外还有轿厢上行和下行指示灯。
红色圆圈是消防按钮，向下按导致X10接通。
按下该按钮的同时向左转是消防关门开关，X14触点闭合，电梯门关闭；向右转是消防开门开关，X11触点闭合，电梯门打开。
呼梯按钮按下时，相应的按钮变成青绿色，表示该呼梯按钮已按下。
电梯楼层显示采用7段LED数码管显示，图中显示电梯目前处于三楼的位置。
电梯运行方向用红色箭头表示，图中箭头向上表示电梯正处于上行状态中。
图1电梯层门示意图
2.2.2电梯轿厢内控制屏
1
图2轿厢内控制屏示意图
轿厢内控制屏示意图如图2所示。
其中包括上行、下行显示及LED层楼位置的显示。
另外还有1楼～5楼的指令按钮及登记显示按钮。
此外，还有手动开门和关门按钮，以满足乘客的需求。
2.3主电路的设计
2.3.1拖动电机电路的设计
本设计采用三相异步电机作为电梯的牵引电机，并且电机采用星-三角起动方式。
DC
图3电梯拖动电机电路
异步电机从静止状态过渡到稳定运行状态的过程称为异步电机的启动过程。
如果在额定电压下直接起动，由于最初起动瞬间主磁通约减小到额定值的1/2，转子功率因数又很低，造成了起动时堵转电流相当大而堵转转矩并不大（不像直流电机那样，起动转矩与起动电流成正比）的结果，所以要采用星-三角降压起动方法。
起动时，电机定子绕组接成星形联结，起动后改接成三角形联结，如图3所示。
起动时，接触器KM3、KM5触点闭合，电机定子绕组接成星形联结，待转速升高到一定程度后，接触器KM5触点断开，接触器KM6触点闭合，定子绕组改成三角形联结，电机进入正常运行。
制动时采用能耗制动，接触器KM3触点断开、KM7闭合，电机在断开交流电源的同时，在定子两相上通入直流电流，直流电流通过定子绕组，便在电机内建立一个位置固定、大小不变的恒定磁场。
电机转子由于惯性继续旋转，转子导体切割恒定磁场而产生感应电动势和电流，该电流和恒定磁场相互作用产生相互作用产生电磁转矩，转矩的方向与转子实际旋转方向相反，起到了制动的作用。
在制动过程中，电机的转速不断下降，电机不断吸收系统存储的机械能，并把它转换成电能消耗在转子电路的电阻上。
FR
图4电梯门拖动电机
2.3.2门电机电路的设计
门电机的驱动也采用三相异步电机，而起动时采用直接起动的方式，因为门电机的功率不大，直接起动对电源的影响不大，门电机电路如图4所示。
接触器KM1闭合，门电机正转，电梯门打开。
接触器KM2闭合，门电机反转，电梯门关闭。
第三章电梯PLC控制系统的设计
3.1PLC单台电梯控制系统的工作流程
图5为PLC单台电梯控制系统工作流程图，从图中可知控制一台电梯正常工作，主要需要如下信号：
控制信号、层楼信号、指令信号、召唤信号和消防信号。
清除
图5PLC单台电梯控制系统工作流程图
这些信号分别来自轿厢控制面板、井道行程开关、层面控制铵钮和层面火警开关。
来自井道行程开关的层楼信号进行层楼定位并参与自动定向，同时显示所在层楼位置。
来自轿厢控制面板的指令信号和来自层面控制按钮的召唤信号分别进行指令登记和召唤登记，同时进行信号登记显示。
这两种信号也参与自动定向，和层楼信号一同对电梯进行运行控制，包括开／关门、上／下行和停站。
当来自层面的火警开关发出消防控制信号时，立即消除指令登记和召唤登记，直接控制电梯下行至底楼并开门。
运行控制电梯的同时进行运行显示和驱动电动机正转或反转，即电梯上行或下行。
3.2PLCI/O地址分配
根据电梯操作的工艺过程及对控制系统的要求，首先归纳本系统中所有输入信号和输出信号；然后根据PLC的输入点和输出点进行I/O地址分配，使每个输入信号对应PLC内部的输入继电器，每个输出信号对应PLC内部的输出继电器。
3.2.1输入信号的确定
先考察电梯轿厢内的操作。
操作面板上应有各层的选层指令按钮，5层共有5个。
还有手动开门和关门按钮，2个。
各楼层乘客召唤时，除底层和顶层只有一个召唤按钮，其它各层均设上下两个召唤按钮，5层共需8个输入按钮。
5层电梯需5个行程开关来控制是否到了某一层，因此需5点输入。
一层到四层中间的减速触发触点，4个。
消防按钮1个，消防开门按钮1个，关门1个。
机械触板触点1个，门闭合触点1个，开门极限1个，关门1个，总共31个输入点，如表1所示。
表1输入信号地址
名称：
输入点：
名称：
输入点：
一层上行召唤按钮
X00
一楼楼层信号触点
X20
二层上行召唤按钮
X01
二楼楼层信号触点
X21
二层下行召唤按钮
X02
三楼楼层信号触点
X22
三层上行召唤按钮
X03
四楼楼层信号触点
X23
三层下行召唤按钮
X04
五楼楼层信号触点
X24
四层上行召唤按钮
X05
轿箱内一层呼钮
X30
四层下行召唤按钮
X06
轿箱内二层呼钮
X31
五层下行召唤按钮
X07
轿箱内三层呼钮
X32
消防按钮
X10
轿箱内四层呼钮
X33
消防开门按钮
X11
轿箱内五层呼钮
X34
门机械感应触点（门自动重开）
X12
一楼减速触点
X40
轿箱内开门开关
X13
二楼减速触点
X41
消防关门按钮
X14
三楼减速触点
X42
轿箱内关门开关
X15
四楼减速触点
X43
开门极限触点
X16
门闭合触点
X44
关门极限触点
X17
3.2.2输出信号的确定
各楼层乘客召唤时，按下的呼梯按钮需显示，所以有8个输出点。
开门、关门输出各1个。
楼层信号显示5个，轿厢内楼层按钮显示5个，电梯上行、下行指示输出各1个，拖动电机星形、三角形联结输出各1个，拖动电机正转、反转输出各1个，拖动电机减速输出1个，共27个，如表2所示。
表2输出信号地址分配表
名称：
输入点：
名称：
输入点：
一层上行召唤指示
Y00
五楼楼层信号显示
Y16
二层上行召唤指示
Y01
轿厢内一楼按钮显示
Y20
二层下行召唤指示
Y02
轿厢内二楼按钮显示
Y21
三层上行召唤指示
Y03
轿厢内三楼按钮显示
Y22
三层下行召唤指示
Y04
轿厢内四楼按钮显示
Y23
四层上行召唤指示
Y05
轿厢内五楼按钮显示
Y24
四层下行召唤指示
Y06
电梯上行指示
Y26
五层下行召唤指示
Y07
电梯下行指示
Y27
电梯开门
Y10
拖动电机星形联结
Y30
电梯关门
Y11
拖动电机三角形联结
Y31
一楼楼层信号显示
Y12
拖动电机正转
Y46
二楼楼层信号显示
Y13
拖动电机反转
Y47
三楼楼层信号显示
Y14
拖动电机减速
Y40
四楼楼层信号显示
Y15
3.2.3内部辅助继电器的确定
见表3
表3内部辅助继电器地址分配表
名称：
内部辅助继电器：
名称：
内部辅助继电器：
一楼～五楼楼厅呼梯信号辅助
M00～M07
拖动电机减速辅助
M43
上行辅助
M08
开门辅助
M100
下行辅助
M09
关门辅助
M101
一楼～五楼楼层信号辅助
M10～M14
电梯运行禁止开门辅助
M102
箱内停层选择信号辅助
M20～M24
停层辅助
M200
拖动电机正转辅助
M41
电梯制动环节中辅助继电器
M301～M306
拖动电机反转辅助
M42
3.3PLCI/O硬件连接图
根据上面I/O地址分配的分析和第四章关于中PLC选型的要求，本设计采用三菱公司的PLC，型号为FX2N-128，输入输出节点各为64个。
该PLC既能满足输入输出节点的需求，而且还留有一定的冗余量，为以后电梯系统的扩展提供方便，具体的硬件连接图如图6所示。
AC220V～
KM7
图6五层电梯硬件连接图
第四章PLC单台电梯控制系统基本功能梯形图分析
4.1外呼信号的登记与消除
乘客在楼厅门外呼叫电梯时，呼梯信号应被接收和保持，并用指示灯显示出来。
当电梯运行到呼梯楼层，而且外呼信号的方向与电梯运行方向一致时（基层和顶层不必考虑，因为它们的运行方向是确定的，即一楼只能选择上行，五楼只能选择下行），电梯将停靠在该楼层，同时外呼信号应被消除，相应的指示灯也被熄灭。
外呼信号登记与消除环节梯形图如图7所示，指令见表4。
当按下某一外呼按钮时，相对应的外呼辅助继电器M0～M7接通并自锁，同时与外呼按钮对应的指示灯亮，表示该呼梯要求已被电梯接收并保持。
比如，当二楼厅外有人按下上行按钮X01时，外呼信号辅助继电器M1得电并自锁，二楼上行的呼梯信号被接受并保持，同时二楼上行指示灯Y01得电显示。
外呼信号的消除环节是由楼层信号辅助继电器的常闭触点与电梯运行方向辅助继电器的常闭触点并联构成的（M8为上行辅助继电器，M9为下行辅助继电器）。
当电梯运行方向与外呼信号的方向一致且电梯到达呼梯楼层时，电梯将停止在该楼层，同时楼层信号辅助继电器的常闭触点M10～M14与电梯运行方向辅助继电器的常闭触点都断开，导致外呼辅助继电器失电断开，呼梯信号被消除且指示灯熄灭。
而当外呼信号的方向与电梯运行方向相反时，虽然电梯到达该楼层的时候，楼层信号辅助继电器的常闭触点断开，但电梯运行方向辅助继电器的常闭触点未断开，外呼辅助继电器仍得电，外呼信号仍有效不会被清除。
比如，电梯从一楼向上运行（上行），而呼梯要求从二楼向下时，若有去三楼以上的箱内内选层要求及外呼要求，电梯到达二楼时（无二楼上行要求）不停梯，呼梯要求没有满足，呼梯信号不能消除，电梯要先运行到三楼或以上楼层，待电梯下行到二楼时，呼梯信号才能被消除；若三楼以上无用梯要求，电梯将停在二楼，但是呼梯信号（二楼下行）也不能立即被消除，而是待乘客进入轿厢并选层（去一楼）后，这时电梯定向为向下运行，则二楼下行呼梯信号已满足，呼梯信号被消除。
X10的常闭按钮是消防按钮，当消防按钮按下时，所有的外呼登记与显示信号都被清除。
接下图
接上图
Y07
图7外呼信号登记与消除环节梯形图
表4楼厅外呼信号的登记与消除环节的指令表
一楼上行登记：
ANIX10
ORM5
输出显示：
LDX00
OUTM2
LDIM13
LDM0
ORM0
三楼上行登记：
ORIM8
OUTY00
ANIM10
LDX03
ANB
LDM1
ANIX10
ORM3
ANIX10
OUTY01
OUTM0
LDIM12
OUTM5
LDM2
二楼上行登记：
ORIM8
四楼下行登记：
OUTY02
LDX01
ANB
LDX06
LDM3
ORM1
ANIX10
ORM6
OUTY03
LDIM11
OUTM3
LDIM13
LDM4
ORIM8
三楼下行登记：
ORIM9
OUTY04
ANB
LDX04
ANB
LDM5
ANIX10
ORM4
ANIX10
OUTY05
OUTM1
LDIM12
OUTM6
LDM6
二楼下行登记：
ORIM9
五楼下行登记：
OUTY06
LDX02
ANB
LDX07
LDM7
ORM2
ANIX10
ORM7
OUTY07
LDIM11
OUTM4
ANIM14
ORIM9
四楼上行登记：
ANIX10
ANB
LDX05
OUTM7
4.2开门控制
本设计考虑以下5种开门的条件，只要满足其中之一，那么电梯门就将自动或手动开启。
（1）电梯自动运行停层时的开门。
电梯在运行到指定楼层时，电梯应开始开门。
（2）电梯关门过程中的重新开门。
在电梯关门的过程中，若有人或物夹在两门的中间，需重新开门。
目前大多数电梯采用光幕或机械安全触板进行检测，自动发出重新开门信号，以达到重新开门的目的。
（3）手动重新开门。
有时电梯外乘客未进入电梯，而电梯却在关门过程中，这时箱内的人可以手动控制开门，让电梯外的乘客进入。
（4）呼梯开门。
电梯到达某层站后，如果没有人继续使用电梯，电梯将停靠在该层站待命，若有人在该层站呼梯，电梯将首先开门，以满足用梯的要求。
若其他层站有人呼梯，电梯将首先定向，并起动运行，到达呼梯楼层时再开门，此时的开门按停层开门处理。
（5）电梯消防时的开门。
消防状态下，开门均为手动状态，由开门按钮实施开门。
开门环节梯形图如图8所示，其中Y46、Y47分别为电梯拖动电机正反转输出，只要电梯在运行过程中，那么电梯门就不能打开。
本设计中用
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