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1、基于PLC的电梯控制系统的设计及实现过程毕业论文基于PLC的电梯控制系统的设计及实现过程毕业论文1 绪 论1.1 课题背景随着生产的发展和城市的崛起，电梯越来越接近我们的工作和生活。电梯作为一种垂直方向上的运输工具，广泛地进入了宾馆、仓库、住宅等场合，现代电梯在可靠性、速度、舒适、豪华等方面的要求越来越高。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。随着电梯的速度要求越来越快，高速、超高速电梯的数量愈来愈多。电梯的拖动技术也有了较大的发展。直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点。逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵

2、活等特点，使得在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变级调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF），使得电梯的速度、加速度控制更加符合人们的生理要求，电梯的舒适感大为改善。电梯的逻辑控制已从过去简单的继电器接触器控制发展为可编程序控制器（PLC）和微机控制，控制方式也从手柄控制、信号控制发展为集选控制、并联控制、群控等，电梯可靠性得到很大的提高。电梯的管理功能不断加强，电梯广泛采用微机控制技术，不断满足拥护的使用功能要求。如紧急停车操作，消防员专用、防捣乱系统等。智能群控管理得到广泛应用。机械传动方面，由于国际上机构加

3、工水平的不断提高，使斜齿传动和行星齿轮传动在电梯上的应用日益广泛，已使电梯的传动形式多样化。我国电梯控制系统主要有三种方式：继电器控制系统、微机控制系统和PLC控制系统。其中PLC控制系统以其显著的优点成为电梯控制系统的主流。80年代初投入使用的电梯大部分采用继电器控制、交流调速方式，这类电梯普遍存在起动电流大、调速性能差、结构复杂、舒适感差、能耗大等问题，加之使用年限较长、电梯零部件残旧老化、故障频繁、配件缺乏等原因，我们提出了采用VVVF变频调速器将该类电梯改造成VVVF型电梯。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。

4、从90年代开始，利用可编程控制器(PLC)与VVVF变频器结合，PLC控制系统主要有双速电梯系统和变压变频调速系统，后者通过改变电机供电的电压和频率，平滑调节电梯速度，可以获得更好的乘坐舒适感，它平层精度高，并具有显著的节能效果，保障了电梯的可靠性。1.2 课题意义我们的国家经济发展迅速,高楼中智能楼宇比例增加。电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。电梯是一种垂直运输工具，它在运行中不但具有动能，而且具有势能。它经常处在正反转，反复起制动过程中。为满足乘客的舒适感和平层精度，要求电动机在各种负载下都有良好的调速性能和准确停车性能。为满足这些要求，采用变频器控制电动机是最合适的。

5、变频器不但可以提供良好的调速性能，并能节约大量电能。变频调速是交流调速的一种重要手段，以其可靠性和很强的抗干扰能力在生产生活中得到了广泛的应用。用PLC组成的控制系统，省掉了接口电路的制作，系统结构简单、紧凑、可靠性高。直接将电梯的内外呼梯信号、层位检测信号、限位信号、开门关门信号等开关量接到PLC的开关量输入端，PLC提供的24V直流电源可作为指示灯的电源，用PLC的输出点直接控制变频器实现电机的正转、反转、停和多段速控制等。本文主要介绍一类小型电梯的PLC智能控制方法。所谓小型电梯是指在居民楼和小型办公楼中使用的电梯，这类电梯载重量相对较小，但是使用频繁。传统电梯控制系统主要有三种控制方式

6、即继电气控制、PLC控制和微机控制，其中继电气控制系统具有故障高、可靠性差、接线复杂、通用性差等缺点。而将可编程序控制器（PLC）应用于电梯进行逻辑控制，通过合理的选择和设计，不但提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，同时延长使用寿命，缩短了电梯的卡法周期，并提高了电梯的控制水平，改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。本文介绍的基于PLC的电梯控制系统与传统的电梯控制系统相比，在运行上具有良好的舒适感，可以节约电能，取得良好的经济效益与社会效益，达到较好的应用效果。2 电梯系统的组成及简介2.1 电梯系统的总体结构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

7、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。电梯的结构包括：四大空间，八大系统。四大空间：机房部分、井道及地坑部分、轿厢部分、层站部分。八大系统曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统。八大应用技术1、全数字识别乘客技术（所有乘客进入电梯前进行识别，其中包括眼球识别、指纹识别） 2、数字智能型安全控制技术（通过乘客识别系统或者IC卡以及数码监控设备，拒绝外来人员进入） 3、第四代无机房

8、电梯技术（主机必须与导轨和轿厢分离，完全没有共振共鸣，速度可以达到2.0M/S以上，最高可以使用在30层以上。） 4、双向安全保护技术（双向安全钳、双向限速器，在欧洲必须使用，中国正在被普遍使用） 5、快速安装技术（改变过去的电梯安装方法，能够快速组装） 6、节能技术（采用节能技术，使电梯更节约能源） 7、数字监控技术（完全采用计算机进行电梯监控与控制） 8、无线远程控制及报警装置（当电梯产生故障时，电梯可以通过无线装置给手机发送故障信息，并通过手机发送信号对电梯进行简单控制。）电梯的基本结构剖视图如图2.1所示。1-减速箱； 2-曳引轮；3-曳引机底座； 4-导向轮；5-限速器；6-机座；7

9、-导轨支架；8-曳引钢丝绳；9-开关碰铁； 10-紧急终端开关；11-导靴； 12-轿架；13-轿门； 14-安全钳；15-导轨； 16-绳头组合；17-对重， 18-补偿链；19-补偿链导轮； 20-张紧装置；21-缓冲器； 22-底坑；23-层门； 24-呼梯盒；25-层楼指示灯； 26-随行电缆；27-轿壁； 28-轿内操纵箱；29-开门机； 30-井道传感器；31-电源开关； 32-控制柜；33-曳引电机； 34-制动器图2.1 电梯的整体构造图2.2 电梯系统的组成1、 电梯曳引系统电梯曳引系统如图2.2所示 图2.2 电梯曳引系统功能：输出与传递动力，使电梯运行。组成：主要由供电系

10、统、曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、速度反馈装置、调速装置、反绳轮等组成。供电系统：为电梯的电机提供电源的装置。曳引机：电动机、制动器、减速箱等组成，为电梯的运行提供动力，如无齿轮，则没有减速箱。曳引钢丝绳：连接轿厢和对重，靠与曳引轮间的摩擦力来传递动力，驱动轿厢升降。导向轮：安装在曳引机机架上或承重梁上，将曳引绳引向对重或轿厢的钢丝绳轮。速度反馈装置：为调速装置提供电梯实际速度信号的反馈装置，如测速发电机、速度编码器等，一般安装在曳引电动机尾部。调速装置：对曳引电动机实行速度调节和控制的装置。反绳轮：设置在轿厢顶和对重架顶部的动滑轮及设置在机房的定滑轮，根据需要曳引绳绕过反绳轮可构成不同的曳引比

11、。2、 导向系统 电梯导向系统如图2.3所示图2.3 电梯导向系统功能：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上下作升降运动。组成：由导轨、导靴、导轨支架组成。导轨：在井道中确定轿厢与对重的相互位置，并对它们的运动起导向作用的组件，一般由钢轨与连接板构成。导靴：安装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重的运动服从于导轨的部件。导轨架：是支承导轨的组件，固定在井道壁上。3、 轿厢功能：用以运送乘客或货物的电梯组件。组成：由轿厢架与轿厢体（轿壁、轿顶、轿底及操纵箱等）构成，对于客梯，轿底一般安装有负载称重装置。轿厢架：固定轿厢体的承重构架，由上梁、立柱、底梁以及斜拉杆等组成。轿

12、厢体：由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操作按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定载客量决定。轿厢如图2.4所示。4、 门系统 功能：封住层站入口和轿厢入口。组成：由轿厢门、层门、开门机、门锁装置等组成。轿厢门：设在轿厢入口的门，由轿门板、门导轨、轿厢地坎等组成。层门：又称厅门，设置在每个层站入口的门，由门、门导轨、层门地坎、层门联动机构及自复门机构等组成。开门机：使轿厢门及层门开启或关闭的装置。门锁装置：设置在层门内侧，门关闭后将层门锁紧，同时接通安全回路，使电梯方能运行的机电连锁安全装置。 图2.4 轿厢 门系统如图2.5所示图2.5 门系统5、重量平衡系

13、统 重量平衡系统如图2.6所示图2.6 重量平衡系统功能：相对平衡轿厢重量，使轿厢与对重间的重量差保持在某一个限额之内，减少电梯曳引电动机功率的损耗，减少钢丝绳与曳引轮之间的曳引力（摩擦力），从而延长钢丝绳的使用寿命，保证电梯的曳引传动正常。组成：对重和对重块及重量补偿装置。对重：由对重架和对重块组成，其重量与轿厢满载时的重量成一定比例，与轿厢间的重量差具有一个恒定的最大值，又称平衡重。对重重量=轿厢重量+K*额定载重量K=0.4- 0.5重量平衡装置：补偿轿厢与对重侧曳引绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置，一般有平衡链和平衡钢丝绳。6、 电梯安全系统 安全系统：电梯在狭小的轿厢内乘载着乘客，

14、在井道内以相当的速度进行升降运行，所以要具有各种安全装置。除国标规定的安全装置外，也要有各种的安全装置或安全上必要的装备，所以电梯成为一种安全的交通工具。功能：保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。组成：主要由限速器、安全钳、缓冲器、端站保护装置等。若大致区分这些安全装置和安全上必要的装备，可以分为机械的和电气两种安全装置。表2.2和表2.3表示机械的安全装置类和电气的安全装置类的概要。表2.1 电梯安全装置一览表NO.规定内容安全装置名称1轿厢门及全部厅门任何一扇没有关闭就不能使轿厢升降的装置1.轿厢门连锁开关2.厅门连锁开关2交响不是停在厅门的位置时，若不用专门锁匙就不能从外面

15、打开厅门的装置。机械门锁装置3曳引机驱动电梯启动时，电梯驱动主机不旋转；轿厢或对重受障碍物阻挡停止上行，并导致曳引绳在曳引轮上打滑。这时设有一种装置使电梯停止运行保持停止状态防止点击空转保护装置4在轿厢，机房，底坑或轿顶上可以切断动力的装置急停开关5轿厢速度在异常加大了的时候，下方向每分钟的速度还没有超过详单与额定速度的1.3倍时，就自动断动力的装置限速器电气保护开关6 紧急停止或正常制止由惯性产生的曳引机旋转的装置磁制动器7交响速度在异常加大的时候，下方向每分钟速度还没有超过相当于额定速度的1.4倍时候就自动制止下降的装置限速器安全钳8轿厢运行至接近上下端站不能正常减速时，强行减速及制止轿厢

16、升降的装置1.强迫换速开关2.终端限位开关9轿厢或对重，由于上述7,8记载的装置失效而冲击井道底部时为了轿内人员的安全，而设置缓和冲击的装置缓冲器及电气保护开关10在电梯等非常状况下，轿内可以与轿外联络的装置对讲机11在客梯或病床梯方面，列举如下安全装置:(1) 在显著超过了载重量的情况下发出警报，并自动的制止入口门门锁的装置(2) 即使停电梯的时候，能提供至少1W灯泡用1h1.铃，蜂鸣器2.称重装置3.应急灯表2.2 机械安全装置类的概要装置名称作用设置场所1磁制动器停电或电梯停止时，为了不让轿厢下降，以弹力来制动液印记的驱动轴曳引机2限速器用机械检测轿厢过对重的异常速度，当异常速度增大到一

17、额定值时带动安全钳动作机房3安全钳在限速器动作时，锲块加紧导轨从而使轿厢停止轿底4缓冲器轿厢或对重进井道底部时，缓和冲击，使其停止井道底部5门锁装置安装在各听门外侧可用钥匙打开门厅门上端6轿厢上部安全窗因停电或故障，乘客被困在轿内时，为了把乘客救出轿外，而在天花板上设置安全窗轿顶7手动紧急操作装置轿厢在楼层中间时，则放松磁制动器，然后人力转动曳引机，使交响移动到楼层地面的盘车手轮机房表2.3 电气的安全装置类的概要装置名称作用设置场所1主接触器因各部分的故障及停电或低电压时，切断主回路控制屏2保险丝对于超负载或线路故障等引起过电流的保护控制屏3门联锁开关厅门在不完全闭锁时，电梯则不能运行厅门上

18、端4轿门开关轿门在不完全闭锁时，电梯则不能运行轿门上端5急停开关应及时，使交响停止轿顶、底坑、机房6轿门安全触板当人体或货物接触到正在关闭的轿门时，使门重新打开轿门7强迫换速开关超出规定以上的速度靠近了井道终端层时使之减速井道8终端限位开关靠近井道末端时切断工作电源井道上、下9终端机极限开关限位开关不动作，而更靠近终端部时，则切断工作电源井道上、下10安全窗开关打开安全窗时，切断电源轿顶上或侧边11内部对讲机由轿内用蜂鸣器呼叫外部管理人员，可以联络情况的装置轿内12称重装置超过额定载重时，则发出警报，停止门关闭，使电梯不能运行轿底或轿顶13应急灯停电时提供应急照明轿顶2.3 电梯的分类1、 按

19、用途分乘客电梯: 有完善的安全设计，只用于乘载乘客。住宅电梯：电梯功能、轿厢装潢较简单。观光电梯：轿厢壁透明，便于乘客观光电梯外景的客梯。病床电梯：轿厢长且窄，主要用于搭载病床和病人。乘客梯，观光梯，病床梯如图2.7所示 图2.7 乘客梯 观光梯 病床梯2、 按用途分客货电梯(服务梯)：轿厢装潢有别于客梯，可分别用来乘客和载物。货梯：有必备的安全装置，主要用于载货。杂物电梯：无乘人必备的安全装置，决不允许载人的小型货梯。按运行速度分低速梯: V 1.0m/s快速梯: 1.0m/s V 2.0m/s （10层以上）高速梯: 2.0m/s 5.0m/s3、 按驱动方式分交流电梯: 用交流电动机作为

20、驱动力的电梯交流单速电动机，速度一般不高于0.5M/S。交流双速电动机，速度一般不高于1.0M/S。交流调压调速电梯，速度一般不高于1.75M/S。交流调频调压调速电梯，广泛应用于各速度段。直流电梯：用直流电动机作为驱动力的电梯，电梯的额定速度都在2m/s以上，已停止生产，目前已被交流调频调压调速电梯所取代。4、 按控制方式分 并联电梯:两、三台电梯共用厅外召唤信号，由控制系统自动调度电梯运行，当电梯无任务时，一台电梯自动返回基站，另一台电梯则停在其它层楼或停在设定的区域中心。 群控电梯:三台以上的电梯共用厅外召唤信号，由控制系统自动控制和集中调度电梯的运行、停车及返回基站或区域中心，主要用于

21、高层建筑中。群控智能控制电梯:具有数据采集、交换、存贮、分析、筛选以及报告功能。由电脑控制系统根据召唤信号、轿厢位置、轿厢负载等情况，自动选择最佳运行控制程序。3 可编程控制器（PLC）简介3.1 PLC概述可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC或PC，在现代工业控制中占有重要地位。本文对其基础知识进行简要介绍。可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）， 简称PLC，它主要用来

22、代替继电器实现逻辑控制随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。PLC的应用广、功能强大、使用方便，是现代工业自动化的主要设备之一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。1、 PLC的组成PLC各组成部件及作用（1）CPU是PLC的核心部分。 与通用微机CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经中枢。其功能：（a）用扫描方式接收现场输

23、入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器；（b）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；（c）诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误；（2）存储器系统程序存储器存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令、解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数，不能由用户直接存取。用户程序存储器存放用户程序。即用户通过编程器输入的用户程序，可以由用户直接存取。功能存储器（数据区）存放用户数据注意：PC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。系统程序直接关系到PC的性能，不能由用户直接存取，所以，通常PC产品资料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用

24、户程序存储器而言。（3）I/O输入/输出部件（I/O模块：接口电路、I/O映像存储器）I/O输入/ 输出部件 CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块，以及各种用途的I/O组件供用户选用：输入/输出，电平转换，电气隔离，串/并行转换，数据传送， A/D、D/A转换，误码校验，其他功能模块。I/O模块可与CPU放在一起，也可远程放置。通常，I/O模块上还具有状态显示和I/O接线端子排。(4) 编程器等外部设备编程器PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具。作用：用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视。通过键盘和显示器去检测PL

25、C内部状态和参数。通过通讯端口与CPU联系，实现与PLC的人机对话。分类：简单型只能联机编程；只能用指令清单编程 智能型既可联机（Online），也可脱机（Offline）编程；可以采用指令清单（语句表）、梯形图等语言编程。常可直接以电脑作为编程器，安装相关的编程软件编程。注意：编程器不直接加入现场控制运行。一台编程器可开发、监护许多台PLC的工作。其他外设：磁盘、光盘、EPROM写入器（用于固化用户程序）、打印机、图形监视系统或上位计算机等等。(5) 电源内部电源开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供DC24V稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。外部电源可用一般工业电

26、源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。2、 PLC的工作原理最初研制生产的PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。PLC 的CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。 为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装

27、置各类触点的动作时间一般在100ms 以上，而PLC 扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术。这样在对于I/O 响应要求不高的场合，PLC 与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。当PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 （1） 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用

28、户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 （2） 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否

29、要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O 映象区或系统RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 （3） 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC 的真正输出。

30、3.2 PLC的特点及功能3.2.1 PLC的特点1、高可靠性 所有的I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC 内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。采用性能优良的开关电源。对采用的器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。大型PLC 还可以采用由双CPU 构成冗余系统或有三CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高。 2、丰富的I/O 接口模块 PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等有相应的I/O 模块与工业现场的器件或设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀 直接连接；另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 （1）采用模块化结构 （2）编程简单易学 （3）安装简单维修方便 PLC不需要专门的机